(57)【要約】少なくとも一部の燃料をエンジンの燃焼システムに送り込む前に予熱する、エンジンの操作系統及び方法を実現する。通常の空気過剰率よりも高い空気過剰率でエンジンを動作させるための制御系統も実現する。システムは、既存のエンジンに後付けするためのキット形式で実現できる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃エンジンの操作系統であって、
（ａ）燃料の少なくとも一部を、前記エンジンの燃焼システムに送り込む前に、所定の温度まで加熱する加熱手段を含む燃料系統であって、前記温度は、燃料供給圧力の下で燃料の気化温度よりも低いが、前記燃焼システムの圧力の下では燃料の気化温度以上である、燃料系統を含む操作系統。
【請求項２】
前記所定の温度は、約６０℃から約１００℃の範囲、好ましくは７０℃から約８５℃までの範囲である請求項１に記載の操作系統。
【請求項３】
前記燃料系統は、
（ｉ）上流の一次配管及び下流の一次戻り配管を介してプレッシャ・バルブに動作するように接続されている燃料タンクを含む一次燃料回路と、
（ｉｉ）前記エンジンの前記燃焼システムと選択的に連絡する、上流の二次配管を介して前記一次配管に動作するように接続されている燃料噴射手段を含む二次燃料回路と、
（ｉｉｉ）前記二次燃料回路内で前記燃料を加熱するのに適した燃料加熱手段とを備える請求項１に記載の操作系統。
【請求項４】
前記噴射手段は、下流の二次戻り配管を介して前記戻り配管に動作するように接続されている請求項３に記載の操作系統。
【請求項５】
前記一次燃料回路は、燃料を前記回路に通し、前記二次燃料回路に通して循環させるための適当なポンプ手段を備える請求項３に記載の操作系統。
【請求項６】
前記二次燃料系統は、前記タンクから前記第１の燃料回路により送られる前記供給燃料の流れの前記部分を流路を通して運ぶように適合されている請求項３に記載の操作系統。
【請求項７】
前記部分は、前記燃料供給の流れの約１０％未満、及び好ましくは、前記供給燃料の流れの約２％から約５％を含む請求項６に記載の操作系統。
【請求項８】
燃料の前記部分は、実質的に、前記燃料噴射手段を介して前記エンジンに供給する必要がある燃料の量である請求項６に記載の操作系統。
【請求項９】
前記二次燃料回路は、前記二次戻り配管内に適当な第２のプレッシャ・バルブを備える請求項４に記載の操作系統。
【請求項１０】
前記加熱手段は、その中の燃料温度を感知する適当な温度感知手段を備え、前記温度感知手段は適当なコントローラに動作するように接続され、前記コントローラは、前記第２のプレッシャ・バルブに動作するように接続される請求項９に記載の操作系統。
【請求項１１】
前記コントローラは、前記第２のプレッシャ・バルブを開き、前記温度感知手段により感知された前記燃料温度が所定限界を超えたときに燃料流を前記加熱手段から迂回させるように適合されている請求項１０に記載の操作系統。
【請求項１２】
前記燃料系統は、
（ｉ）上流の一次配管及び下流の一次戻り配管を介してプレッシャ・バルブに動作するように接続されている燃料タンクを含む一次燃料回路と、
（ｉｉ）前記エンジンの前記燃焼システムと選択的に連絡する、上流の二次配管を介して前記一次配管に動作するように接続されている燃料噴射手段を含む二次燃料回路と、
（ｉｉｉ）前記一次燃料回路内で前記燃料を加熱するのに適した燃料加熱手段と、
（ｉｖ）前記一次戻り配管内の前記燃料を冷却するのに適した燃料冷却手段とを備える請求項１に記載の操作系統。
【請求項１３】
前記一次燃料回路は、燃料を前記回路に通し、前記二次燃料回路に通して循環させるための適当なポンプ手段を備える請求項１２に記載の操作系統。
【請求項１４】
前記二次燃料系統は、前記タンクから前記第１の燃料回路により送られる前記供給燃料の流れの前記部分を流路を通して運ぶように適合されている請求項１２に記載の操作系統。
【請求項１５】
前記部分は、前記燃料供給の流れの約１０％未満、及び好ましくは、前記供給燃料の流れの約２％から約５％を含む請求項１４に記載の操作系統。
【請求項１６】
燃料の前記部分は、実質的に、前記燃料噴射手段を介して前記エンジンに供給する必要がある燃料の量である請求項１４に記載の操作系統。
【請求項１７】
前記燃料系統は、
（ｉ）上流の一次配管及び下流の一次戻り配管を介して燃料噴射手段に動作するように接続されている燃料タンクを含む一次燃料回路であって、前記燃料噴射手段は、前記エンジンの前記燃焼システムと選択的に連絡する、一次燃料回路と、
（ｉｉ）前記一次燃料回路内で燃料を加熱するのに適した燃料加熱手段とを備える請求項１に記載の操作系統。
【請求項１８】
前記一次燃料回路は、燃料を前記回路に通して循環させるための適当なポンプ手段を備える請求項１７に記載の操作系統。
【請求項１９】
前記ポンプにより循環される前記燃料は、実質的に、前記燃料噴射手段を介して前記エンジンに供給する必要がある燃料の量である請求項１７に記載の操作系統。
【請求項２０】
前記一次燃料回路は、前記一次戻り配管内に適当なブリーディング・バルブを備える請求項１７に記載の操作系統。
【請求項２１】
前記加熱手段は、その中の燃料温度を感知する適当な温度感知手段を備え、前記温度感知手段は適当なコントローラに動作するように接続され、前記コントローラは、前記ブリーディング・バルブに動作するように接続される請求項２０に記載の操作系統。
【請求項２２】
前記コントローラは、前記第２のプレッシャ・バルブを開き、前記温度感知手段により感知された前記燃料温度が所定限界を超えたときに燃料流を前記加熱手段から迂回させるように適合されている請求項２１に記載の操作系統。
【請求項２３】
前記燃料系統は、
（ｉ）上流の一次配管及び下流の一次戻り配管を介して前記のエンジンの前記燃焼システムに関連する少なくとも１つの第１の燃料噴射手段に動作するように接続されている燃料タンクを含む一次燃料回路と、
（ｉｉ）前記加熱手段を含む予熱器手段と選択的に連絡する、上流の二次配管を介して前記一次配管に動作するように接続され、前記予熱器手段に燃料の前記部分を供給するように適合されている第２の燃料噴射手段と、
（ｉｉｉ）所定の気流を前記予熱器手段に供給するため前記予熱器手段と連絡するエンジン吸気系統からのエア・ブリードであって、前記予熱器手段は前記空気と燃料の前記部分とを混合するように適合されている、エア・ブリードと、
（ｉｖ）前記予熱器手段を介して前記所定の温度まで加熱された混合気を供給するため前記燃焼システムと連絡する二次下流配管をさらに備える前記予熱器手段とを備える請求項１に記載の操作系統。
【請求項２４】
前記一次燃料系統は、前記第２の上流燃料配管を介して送られる前記供給燃料の流れの前記部分を流路を通して運ぶように適合されている請求項２３に記載の操作系統。
【請求項２５】
前記部分は、前記燃料供給の流れの約１０％未満、及び好ましくは、前記供給燃料の流れの約２％から約５％を含む請求項２４に記載の操作系統。
【請求項２６】
燃料の前記部分は、前記燃料噴射手段を介して前記エンジンに供給する必要がある燃料の量よりも実質的に少ない請求項２４に記載の操作系統。
【請求項２７】
予熱器手段は、前記第２の燃料噴射手段及び前記エア・ブリードと連絡する室を有するハウジングを備える請求項２３に記載の操作系統。
【請求項２８】
前記室は、前記室に供給される前記空気と燃料とを混合し前記燃料を前記所定の温度まで加熱するように適合された複数の通路を有するコア部分を備える請求項２７に記載の操作系統。
【請求項２９】
前記室は、回転するように取り付けられた１対の逆回転可能なローターと、前記第２の燃料噴射手段により供給される前記燃料及び前記エア・ブリードにより供給される空気を前記ローターに当たるように向き付けるためのノズル手段と、気化された燃料及び空気のみ通過できるように適合されたスクリーン手段とを備え、さらに、燃料の前記部分を前記所定の温度に維持するため前記予熱器から前記燃料への熱伝達がさらに行われるように適合されている複数の通路を有する下流コア部分を備える請求項２７に記載の操作系統。
【請求項３０】
前記ノズル手段は、前記ローターが逆回転するように前記第２の燃料噴射手段により供給される前記燃料及び前記エア・ブリードにより前記ローター間の領域に供給される前記空気を向き付けるように適合されている請求項２９に記載の操作系統。
【請求項３１】
それぞれの前記ローターは、複数の羽根を持ち、それぞれの前記羽根はローターのハブに前記羽根の根元のところで接続され、前記羽根の先端部で１つに結合されている１対の壁を備える請求項２９に記載の操作系統。
【請求項３２】
前記壁は、互いに間隔をあけて隔てられ、前記ローターが所定の高速度で回転されたときに前記壁が一緒になるように柔軟な材料でできている請求項３１に記載の操作系統。
【請求項３３】
前記壁は、メッシュ・タイプの材料でできている請求項３２に記載の操作系統。
【請求項３４】
前記壁のメッシュ・パターンは、前記壁が一緒にさせられたときに、１つの壁のメッシュのオープン・スペースの少なくとも一部は他方の壁のメッシュのオープン・スペースの上に重ならないようなパターンである請求項３３に記載の操作系統。
【請求項３５】
前記スクリーン手段は、第１のメッシュ部材及び第１のメッシュ部材に関して重ね合わされている二次メッシュ部材を備え、前記第１のメッシュ部材と前記第２のメッシュ部材のうちの少なくとも一方は、前記第２のメッシュ部材又は前記第１の部材に関してそれぞれ回転可能であり、前記第１のメッシュ部材の前記オープン・スペースの少なくとも一部は、前記第２のメッシュ部材の前記オープン・スペースの上に重ならない請求項２９に記載の操作系統。
【請求項３６】
前記第１のメッシュ部材及び二次メッシュ部材は、第１のメッシュ部材及び二次メッシュ部材が互いに関して回転する場合、それらの間の有効な空き領域が増減するようなメッシュの幾何学的形状を有する請求項３５に記載の操作系統。
【請求項３７】
さらに、前記有効な空き領域を増減するなどのために前記二次メッシュ部材に関して前記第１のメッシュ部材を自動的に且つ選択的に回転させる適当なメカニズムを備える請求項３６に記載の操作系統。
【請求項３８】
さらに、前記二次燃料噴射手段を望み通りに操作するための適当な制御手段を備える請求項２３に記載の操作系統。
【請求項３９】
前記加熱手段は、適当な熱交換器配置を備え、それによって、前記エンジンの前記冷却系統内で発生した熱が燃料に伝えられ、燃料が熱せられる請求項１に記載の操作系統。
【請求項４０】
前記熱交換器配置は、前記エンジンの前記冷却系統に動作するように接続されている熱交換配管を備え、前記熱交換配管は前記噴射手段を通り、これにより前記噴射手段内を流れる前記燃料を加熱できるようにする請求項３９に記載の操作系統。
【請求項４１】
前記熱交換配管は、前記燃料との熱交換効率を高める適度な波形を有する請求項４０に記載の操作系統。
【請求項４２】
前記加熱手段は、さらに、前記エンジンの前記温度とは無関係に前記燃料を加熱するための適当な補助加熱手段を備える請求項３９に記載の操作系統。
【請求項４３】
前記補助加熱システムは電気ヒーターを備える請求項４２に記載の操作系統。
【請求項４４】
前記燃料系統は、複数のフュエル・インジェクタを備える燃料噴射手段を備え、それぞれのインジェクタは前記エンジンのシリンダに関連付けられており、前記エンジンの前記燃焼システムと選択的に連絡する燃料噴射端を備える請求項１に記載の操作系統。
【請求項４５】
前記複数のフュエル・インジェクタは、共通配管を介して流体により連絡している請求項４４に記載の操作系統。
【請求項４６】
前記噴射手段は、燃料を直接前記エンジンの燃焼室に供給する請求項４４に記載の操作系統。
【請求項４７】
前記噴射手段は、燃料を前記エンジンの燃焼室の上流にある吸気系統に供給する請求項４４に記載の操作系統。
【請求項４８】
さらに、
（Ｂ）基準空気過剰率よりも実質的に高い目標空気過剰率に対応する空燃比を前記エンジンに与えるための適当な制御手段を備え、前記エンジンが（ａ）の燃料加熱手段を含む前記燃料系統の代わりに通常燃料系統で動作しているときに、前記基準空気過剰率は、前記エンジンの少なくとも１つの最適な運転特性に関連付けられている請求項１から４７のいずれか一項に記載の操作系統。
【請求項４９】
前記基準空気過剰率は、約０．９６と約１．０４との間である請求項４８に記載の操作系統。
【請求項５０】
前記目標空気過剰率は、実質的に約１．０５よりも大きく、好ましくは約１．０５と約２．０との間、より好ましくは約１．１と約１．６との間、さらに好ましくは約１．１５と約１．５との間、さらに好ましくは約１．２と約１．４との間、さらに好ましくは約１．２５と約１．３５との間、さらに好ましくは約１．２８７若しくは１．３である請求項４９に記載の操作系統。
【請求項５１】
前記目標空気過剰率は、前記エンジンに対し少なくとも１つの最適な運転特性を与えるような比率である請求項４８に記載の操作系統。
【請求項５２】
前記少なくとも１つの最適な運転特性は、前記エンジンの最適な燃費と最適なトルクのうちの少なくとも一方を含む請求項５１に記載の操作系統。
【請求項５３】
前記基準空気過剰率は、質量で約１４．７対１の空燃比に対応する請求項４８に記載の操作系統。
【請求項５４】
どのようなエンジン状態でも前記目標空気過剰率は、実質的に同じエンジン状態で運転した場合に（ｂ）において前記対応するエンジン内に送り込まれる前記対応する燃料の流れに関して前記燃焼システムに送り込む燃料の流れを少なくすることにより得られる請求項４８に記載の操作系統。
【請求項５５】
前記制御手段は、前記エンジンに動作するように接続されている請求項５４に記載の操作系統。
【請求項５６】
どのようなエンジン状態でも前記目標空気過剰率は、実質的に同じエンジン状態で運転した場合に（ｂ）において前記対応するエンジン内に送り込まれる前記対応する空気の流れに関して前記燃焼システムに送り込む空気の流れを多くすることにより得られる請求項４８に記載の操作系統。
【請求項５７】
前記多量の空気の流れは、前記エンジンの前記吸気系統内に備えられたターボチャージャを使用して送り込まれる請求項５６に記載の操作系統。
【請求項５８】
前記制御手段は、前記吸気手段に動作するように接続されている請求項５７に記載の操作系統。
【請求項５９】
前記制御手段は、適当なコンピュータ手段及び適当な電子的手段のうち少なくとも一方を含む請求項４８に記載の操作系統。
【請求項６０】
前記制御手段は、前記エンジンの前記燃料噴射制御コンピュータ内に備えられている請求項５９に記載の操作系統。
【請求項６１】
前記燃料系統は、請求項２３の予熱器を備え、前記制御手段は、前記エンジンの前記制御系統から分離されている請求項４８に記載の操作系統。
【請求項６２】
前記制御手段は、前記二次燃料噴射手段の動作を制御し、前記適切な信号を前記エンジンの前記制御系統に送って前記目標空気過剰率で前記一次燃料噴射手段を動作させるように適合されている請求項６１に記載の操作系統。
【請求項６３】
前記制御手段は、前記エンジンの吸気を判断するために使用される少なくとも１つのエンジン・センサに動作するように接続され、前記制御手段は、通常であれば前記少なくとも１つのセンサにより供給される信号を模倣する適当な信号を前記制御系統に供給し、前記模倣される信号は前記制御系統が前記一次燃料噴射手段を操作し、前記二次燃料噴射手段を介して供給される前記燃料について補正された、前記目標空気過剰率に対応する前記必要な燃料の流れを供給するようにできる信号である請求項６２に記載の操作系統。
【請求項６４】
内燃エンジン内に備えられ、霧化された媒質を前記エンジン内に備えられている燃焼室に送り込むための、請求項１から４８のいずれか一項に記載のエンジン操作系統とともに使用される添加霧化ユニットであって、
多量の前記媒質を保持するための詰め替え可能貯蔵容器と、
霧化ユニットと、
前記貯蔵容器と前記霧化ユニットとの間、及び前記霧化ユニットと前記エンジンの前記吸気系統との間で流体による連絡をそれぞれ行う適当な第１及び第２の流体管路とを備える添加霧化ユニット。
【請求項６５】
さらに、前記第１の流体管路内に適当なフィルタを備える請求項６４に記載の添加霧化ユニット。
【請求項６６】
前記霧化ユニットは、その底部にエア入口手段を有するハウジング、前記媒質を曝気するエアレータ、曝気された気化媒質を回収するための上部回収装置、及び前記第２の流体管路を介して前記エンジン吸気系統と流体で連絡している排出手段とを備える請求項６５に記載の添加霧化ユニット。
【請求項６７】
空気は、適当なエア・フィルタと連絡している適当なエア・パイプを介して前記エア入口手段に供給される請求項６６に記載の添加霧化ユニット。
【請求項６８】
さらに、前記霧化ユニット内の媒質のレベルを維持するため適当なレベル検出器に動作するように接続されている自動注入手段を備える請求項６７に記載の添加霧化ユニット。
【請求項６９】
前記媒質は、メタノールと酢酸との混合物を含む請求項６８に記載の添加霧化ユニット。
【請求項７０】
前記混合物は、体積で約６０％から８０％のメタノールと約４０％から２０％の酢酸との混合物を含む請求項６９に記載の添加霧化ユニット。
【請求項７１】
さらに、前記霧化ユニットと前記エンジンの前記吸気系統との間で流体により連絡するため前記エンジンの前記吸気系統内に取り付けられた分配カラーを備える請求項６４に記載の添加霧化ユニット。
【請求項７２】
内燃エンジンを動作させる方法であって、
（Ａ）燃料の少なくとも一部を、前記エンジンの前記燃焼システムに送り込む前に、所定の温度まで加熱し、前記温度は、前記燃料供給圧力の下で前記燃料の気化温度よりも低いが、前記燃焼システムの前記圧力の下では前記気化温度以上であることを含む方法。
【請求項７３】
前記所定の温度は、約６０℃から約１００℃の範囲、好ましくは７０℃から約８５℃までの範囲である請求項７２に記載の方法。
【請求項７４】
燃料の前記少なくとも一部は、請求項１から４７のいずれか一項の前記燃料系統を利用して加熱される請求項７２に記載の方法。
【請求項７５】
さらに、
（Ｂ）基準空気過剰率よりも実質的に高い空気過剰率を与えるような前記エンジンへの空燃比を制御することを含み、前記基準空気過剰率は、工程（Ａ）が前記エンジンに適用されずに前記エンジンが運転された場合に前記エンジンの少なくとも１つの最適な運転特性に関連付けられている請求項７２から７４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７６】
前記基準空気過剰率は、０．９６と約１．０４との間である請求項７５に記載の方法。
【請求項７７】
前記目標空気過剰率は、実質的に約１．０５よりも大きく、好ましくは約１．０５と約２．０との間、より好ましくは約１．１と約１．６との間、さらに好ましくは約１．１５と約１．５との間、さらに好ましくは約１．２と約１．４との間、さらに好ましくは約１．２５と約１．３５との間、さらに好ましくは約１．２８７若しくは１．３である請求項７５に記載の方法。
【請求項７８】
前記目標空気過剰率は、前記エンジンに対し少なくとも１つの最適な運転特性を与えるような比率である請求項７５に記載の方法。
【請求項７９】
前記少なくとも１つの最適な運転特性は、前記エンジンの最適な燃費と最適なトルクのうちの少なくとも一方を含む請求項７８に記載の方法。
【請求項８０】
前記基準空気過剰率は、質量で約１４．７対１の空燃比に対応する請求項７５に記載の方法。
【請求項８１】
どのようなエンジン状態でも前記目標空気過剰率は、実質的に同じエンジン状態で運転した場合に（Ｂ）において前記対応するエンジン内に送り込まれる前記対応する燃料の流れに関して前記燃焼システムに送り込む燃料の流れを少なくすることにより得られる請求項７５に記載の方法。
【請求項８２】
前記空気過剰率は、前記エンジンの燃料噴射手段に動作するように接続されている適当な制御手段により制御される請求項８１に記載の方法。
【請求項８３】
どのようなエンジン状態でも前記目標空気過剰率は、実質的に同じエンジン状態で運転した場合に（Ｂ）において前記対応するエンジン内に送り込まれる前記対応する空気の流れに関して前記燃焼システムに送り込む空気の流れを多くすることにより得られる請求項７５に記載の方法。
【請求項８４】
前記多量の空気の流れは、前記エンジンの前記吸気系統内に備えられたターボチャージャを使用して送り込まれる請求項８３に記載の方法。
【請求項８５】
前記基準空気過剰率の前記制御は、適当な制御手段により実行される請求項７５に記載の方法。
【請求項８６】
前記制御手段は、適当なコンピュータ手段を備える請求項８５に記載の方法。
【請求項８７】
前記制御手段は、前記エンジンの前記燃料噴射制御コンピュータ内に備えられている請求項８６に記載の方法。
【請求項８８】
燃料の少なくとも一部を、前記エンジンの燃焼システムに送り込む前に、所定の温度まで加熱する加熱手段を含み、前記温度は、前記燃料供給圧力の下で前記燃料の前記気化温度よりも低いが、前記燃焼システムの前記圧力の下では前記燃料の前記気化温度以上である、操作系統を内燃エンジンに後付けするためのキット。
【請求項８９】
前記所定の温度は、約６０℃から約１００℃の範囲、好ましくは７０℃から約８５℃までの範囲である請求項８８に記載のキット。
【請求項９０】
前記エンジンは、
上流の一次配管及び下流の一次戻り配管を介してプレッシャ・バルブに動作するように接続されている燃料タンクを含む、前記プレッシャ・バルブの上流にある燃料噴射手段を備える一次燃料回路であって、前記燃料噴射手段は前記エンジンの前記燃焼システムと選択的に連絡する、一次燃料回路を備え、
前記キットは、
（ｉ）前記一次配管を、タンクから前記燃料噴射手段へではなく、直接、前記タンクから前記プレッシャ・バルブへ再配管する第１の配管手段と、
（ｉｉ）前記燃料噴射手段を前記第１の配管手段に動作するように接続する第２の配管手段と、
（ｉｉｉ）前記燃料噴射手段の下流端を、前記プレッシャ・バルブではなく前記一次戻り配管に動作するように接続する第３の配管手段と、
（ｉｖ）前記燃料噴射手段内で前記燃料を加熱するのに適した燃料加熱手段とを備える請求項８８に記載のキット。
【請求項９１】
前記第１の配管手段及び前記第２の配管手段は、前記タンクからの一次燃料配管により供給される前記供給燃料の流れの前記部分を流路を通して運ぶように適合されている請求項９０に記載のキット。
【請求項９２】
前記部分は、前記燃料供給の流れの約１０％超、及び好ましくは、前記供給燃料の流れの約２％から約５％を含む請求項９１に記載のキット。
【請求項９３】
燃料の前記部分は、実質的に、前記燃料噴射手段を介して前記エンジンに供給する必要がある燃料の量である請求項９２に記載のキット。
【請求項９４】
前記第３の配管手段回路は、前記二次戻り配管内に適当な第２のプレッシャ・バルブを備える請求項９０に記載のキット。
【請求項９５】
前記加熱手段は、その中の燃料温度を感知する適当な温度感知手段を備え、前記温度感知手段は適当なコントローラに動作するように接続され、前記コントローラは、前記第２のプレッシャ・バルブに動作するように接続される請求項９０に記載のキット。
【請求項９６】
前記コントローラは、前記第２のプレッシャ・バルブを開き、前記温度感知手段により感知された前記燃料温度が所定限界を超えたときに燃料流を前記加熱手段から迂回させるように適合されている請求項９５に記載のキット。
【請求項９７】
さらに、
基準空気過剰率よりも実質的に高い目標空気過剰率に対応する空燃比を前記エンジンに与えるための適当な制御手段を備え、前記基準空気過剰率は、前記キットなしで動作させたときの前記エンジンの少なくとも１つの最適な運転特性に関連付けられる請求項９０から９６のいずれか一項に記載のキット。
【請求項９８】
前記目標空気過剰率は、実質的に約１．０５よりも大きく、好ましくは約１．０５と約２．０との間、より好ましくは約１．１と約１．６との間、さらに好ましくは約１．１５と約１．５との間、さらに好ましくは約１．２と約１．４との間、さらに好ましくは約１．２５と約１．３５との間、さらに好ましくは約１．２８７若しくは１．３である請求項９７に記載のキット。
【請求項９９】
前記目標空気過剰率は、前記エンジンに対し少なくとも１つの最適な運転特性を与えるような比率である請求項９８に記載のキット。
【請求項１００】
前記エンジンは、
上流の一次配管及び下流の一次戻り配管を介して複数の一次燃料噴射手段に動作するように接続されている燃料タンクを備え、必要な燃料供給動作圧力を供給する適当な手段を備え、前記プレッシャ・バルブの上流にある第１の燃料噴射手段を備え、前記一次燃料噴射手段は前記エンジンの前記燃焼システムと関連付けられている、一次燃料回路を備え、前記エンジンは、さらに、空気を前記燃焼システムに供給する吸気系統、及び前記一次燃料噴射手段を操作するための制御系統を備え、
前記キットは、
（ｖ）前記一次燃料配管を前記一次戻り配管とともに動作するように接続し、前記キットなしで動作させた場合に前記エンジンに関して前記燃料供給動作圧力を低減するプレッシャ・バルブ及びタップを備えるハイパス配管と、
（ｖｉ）前記加熱手段を含み、さらに上流の二次配管を介して前記一次燃料配管に動作するように接続され、前記予熱器手段に燃料の前記部分を供給するように適合されている第２の燃料噴射手段を備える予熱器手段と、
（ｖｉｉ）所定の空気の流れを前記予熱器手段に供給するため前記エンジン吸気系統と前記予熱器手段との間の連絡を実現するエア・ブリード配管であって、前記予熱器手段は前記空気と燃料の前記部分とを混合するように適合されている、エア・ブリード配管と、
（ｖｉｉｉ）前記予熱器手段を介して前記所定の温度まで加熱された混合気を供給するため前記燃焼システムと連絡する二次下流配管をさらに備える前記予熱器手段とを備える請求項８８に記載のキット。
【請求項１０１】
前記第２の燃料配管は、前記供給燃料の流れの前記部分を流路を通して前記予熱器に運ぶように適合されている請求項１００に記載のキット。
【請求項１０２】
前記部分は、前記燃料供給の流れの約１０％未満、及び好ましくは、前記供給燃料の流れの約２％から約５％を含む請求項１０１に記載のキット。
【請求項１０３】
燃料の前記部分は、前記燃料噴射手段を介して前記エンジンに供給する必要がある燃料の量よりも実質的に少ない請求項１０１に記載のキット。
【請求項１０４】
予熱器手段は、前記第２の燃料噴射手段及び前記エア・ブリードと連絡する室を有するハウジングを備える請求項１０１に記載のキット。
【請求項１０５】
前記室は、前記室に供給される前記空気と燃料とを混合し前記燃料を前記所定の温度まで加熱するように適合された複数の通路を有するコア部分を備える請求項１０４に記載のキット。
【請求項１０６】
前記室は、回転するように取り付けられた１対の逆回転可能なローターと、前記第２の燃料噴射手段により供給される前記燃料及び前記エア・ブリードにより供給される空気を前記ローターに当たるように向き付けるためのノズル手段と、気化された燃料及び空気のみ通過できるように適合されたスクリーン手段とを備え、さらに、燃料の前記部分を前記所定の温度に維持するため前記予熱器から前記燃料への熱伝達がさらに行われるように適合されている複数の通路を有する下流コア部分を備える請求項１０４に記載のキット。
【請求項１０７】
前記ノズル手段は、前記ローターが逆回転するように前記第２の燃料噴射手段により供給される前記燃料及び前記エア・ブリードにより前記ローター間の領域に供給される前記空気を向き付けるように適合されている請求項１０６に記載のキット。
【請求項１０８】
それぞれの前記ローターは、複数の羽根を持ち、それぞれの前記羽根はローターのハブに前記羽根の根元のところで接続され、前記羽根の先端部で１つに結合されている１対の壁を備える請求項１０６に記載のキット。
【請求項１０９】
前記壁は、互いに間隔をあけて隔てられ、前記ローターが所定の高速度で回転されたときに前記壁が一緒になるように柔軟な材料でできている請求項１０８に記載のキット。
【請求項１１０】
前記壁は、メッシュ・タイプの材料でできている請求項１０９に記載のキット。
【請求項１１１】
前記壁のメッシュ・パターンは、前記壁が一緒にさせられたときに、１つの壁のメッシュのオープン・スペースの少なくとも一部は他方の壁のメッシュのオープン・スペースの上に重ならないようなパターンである請求項１１０に記載のキット。
【請求項１１２】
前記スクリーン手段は、第１のメッシュ部材及び第１のメッシュ部材に関して重ね合わされている二次メッシュ部材を備え、前記第１のメッシュ部材と前記第２のメッシュ部材のうちの少なくとも一方は、前記第２のメッシュ部材又は前記第１の部材に関してそれぞれ回転可能であり、前記第１のメッシュ部材の前記オープン・スペースの少なくとも一部は、前記第２のメッシュ部材の前記オープン・スペースの上に重ならない請求項１０６に記載のキット。
【請求項１１３】
前記第１のメッシュ部材及び二次メッシュ部材は、第１のメッシュ部材及び二次メッシュ部材が互いに関して回転する場合、それらの間の有効な空き領域が増減するようなメッシュの幾何学的形状を有する請求項１１２に記載のキット。
【請求項１１４】
さらに、前記有効な空き領域を増減するなどのために前記二次メッシュ部材に関して前記第１のメッシュ部材を自動的に且つ選択的に回転させる適当なメカニズムを備える請求項１１３に記載のキット。
【請求項１１５】
前記加熱手段は、前記エンジンの前記冷却系統に動作するように接続可能な適当な熱交換器配置を備え、それによって、前記エンジンの前記冷却系統内で発生した熱が前記燃料に伝えられ、燃料が熱せられる請求項１００に記載のキット。
【請求項１１６】
前記熱交換器配置は、前記エンジンの前記冷却系統に動作するように接続されている熱交換配管を備え、前記熱交換配管は前記噴射手段を通り、これにより前記噴射手段内を流れる前記燃料を加熱できるようにする請求項１１５に記載のキット。
【請求項１１７】
前記加熱手段は、さらに、前記エンジンの前記温度とは無関係に前記燃料を加熱するための適当な補助加熱手段を備える請求項１１６に記載のキット。
【請求項１１８】
前記補助加熱システムは電気ヒーターを備える請求項１１７に記載のキット。
【請求項１１９】
前記加熱手段は、前記予熱器手段の温度をほぼ前記所定の温度に維持するための適当なサーモスタット手段を備える請求項１００に記載のキット。
【請求項１２０】
さらに、
基準空気過剰率よりも実質的に高い目標空気過剰率に対応する空燃比を前記エンジンに与えるための適当な制御手段を備え、前記基準空気過剰率は、前記キットなしで動作させたときの前記エンジンの少なくとも１つの最適な運転特性に関連付けられる請求項１００から１１９のいずれか一項に記載のキット。
【請求項１２１】
前記目標空気過剰率は、実質的に約１．０５よりも大きく、好ましくは約１．０５と約２．０との間、より好ましくは約１．１と約１．６との間、さらに好ましくは約１．１５と約１．５との間、さらに好ましくは約１．２と約１．４との間、さらに好ましくは約１．２５と約１．３５との間、さらに好ましくは約１．２８７若しくは１．３である請求項１２０に記載のキット。
【請求項１２２】
前記目標空気過剰率は、前記エンジンに対し少なくとも１つの最適な運転特性を与えるような比率である請求項１２１に記載のキット。
【請求項１２３】
前記少なくとも１つの最適な運転特性は、前記エンジンの最適な燃費と最適なトルクのうちの少なくとも一方を含む請求項１２１に記載のキット。
【請求項１２４】
どのようなエンジン状態でも前記目標空気過剰率は、前記キットが存在せず、実質的に同じエンジン状態で運転した場合に前記対応するエンジン内に送り込まれる前記対応する燃料の流れに関して前記燃焼システムに送り込む燃料の流れを少なくすることにより得られる請求項１２３に記載のキット。
【請求項１２５】
どのようなエンジン状態でも前記目標空気過剰率は、前記キットが存在せず、実質的に同じエンジン状態で運転した場合に前記対応するエンジン内に送り込まれる前記対応する空気の流れに関して前記燃焼システムに送り込む空気の流れを多くすることにより得られる請求項１２３に記載のキット。
【請求項１２６】
前記多量の空気の流れは、前記エンジンの前記吸気系統内に備えられたターボチャージャを使用して送り込まれる請求項１２５に記載のキット。
【請求項１２７】
前記制御手段は、前記二次燃料噴射手段の動作を制御し、前記適切な信号を前記エンジンの前記制御系統に送って前記目標空気過剰率で前記一次燃料噴射手段を動作させるように適合されている請求項１２０に記載のキット。
【請求項１２８】
前記制御手段は、前記エンジンの吸気を判断するために使用される少なくとも１つのエンジン・センサに動作するように接続され、前記制御手段は、通常であれば前記少なくとも１つのセンサにより供給される信号を模倣する適当な信号を前記制御系統に供給し、前記模倣される信号は前記制御系統が前記一次燃料噴射手段を操作し、前記二次燃料噴射手段を介して供給される前記燃料について補正された、前記目標空気過剰率に対応する前記必要な燃料の流れを供給するようにできる信号である請求項１２４に記載のキット。
【請求項１２９】
前記制御手段は、前記吸気手段に動作するように接続されている請求項１２０に記載のキット。
【請求項１３０】
前記制御手段は、適当なコンピュータ手段又は適当な電子制御手段を備える請求項１２０に記載のキット。
【請求項１３１】
前記制御手段は、前記エンジンの前記燃料噴射制御コンピュータ内に備えられている請求項１２０に記載のキット。
【請求項１３２】
エンジン操作系統を内燃エンジンに後付けする方法であって、請求項９０から９９のいずれか一項に記載のキットを前記エンジンに備えることを含み、
さらに、
（ｉ）前記一次配管を、タンクから前記燃料噴射手段へではなく、直接、前記タンクから前記プレッシャ・バルブへ再配管することと、
（ｉｉ）前記燃料噴射手段を前記再配管された一次配管に動作するように接続することと、
（ｉｉｉ）前記燃料噴射手段の前記下流端を、前記プレッシャ・バルブではなく前記一次戻り配管に動作するように接続することと、
（ｉｖ）前記燃料噴射手段内で前記燃料を加熱するのに適した燃料加熱手段とを備えることとを含む方法。
【請求項１３３】
エンジン操作系統を内燃エンジンに後付けする方法であって、請求項１００から１３１のいずれか一項に記載のキットを前記エンジンに備えることを含み、さらに、
（ｉ）前記一次燃料配管及び前記一次戻り配管をバイパスして、前記キットなしで動作させた場合に前記エンジンに関して前記燃料供給動作圧力を低減することと、
（ｉｉ）前記一次燃料配管を前記予熱器手段に動作するように接続することと、
（ｉｉｉ）前記エンジン吸気系統から前記予熱器手段に抽気することと、
（ｉｖ）前記予熱器手段の排出端を前記エンジンの前記燃焼システムに再配管することとを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの燃焼室に燃料を供給しそこで燃焼させるための燃料系統及び方法に関するものであって、特に、燃焼室内で気化が最大になるように燃料が適度の圧力になるまで予熱され、これまでよりも実質的に希薄な混合気が供給され、燃費の面で大きなメリットが得られる燃料系統及び方法に関する。本発明は、燃焼安定性を実現し、エンジン寿命を延ばす手段も備える該システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃エンジンでは、各シリンダの燃焼室内での燃焼工程に必要な燃料／空気の混合気は、通常、燃料噴射システム又は入口マニホールドの上流若しくはその内部に置かれた気化器により供給され、その可燃混合気は空気の流れ内に同伴するさまざまなサイズの燃料液滴を含む。よく知られているように、温度が比較的低い場合には、比較的高い温度の場合に比べて、燃料液滴は大きな直径になる傾向があり、気流中への分散はあまり均一ではない。
【０００３】
燃料入口点（通常、気化器又は燃料噴射器を使用する）は、一般的に、一定の長さの流路によりそれぞれの燃焼室の入口ポートから隔てられている。通常、燃料液滴は、高温の壁から隔てられてられ、比較的低温に保たれるため燃料が完全に気化するのが抑制され、さらに、気流の効果が液滴が相互吸収で大きな液滴になるのを推し進める。その結果、燃焼室に到達した混合気は、比較的サイズが大きくしたがって体積：表面積比が比較的大きく、混合気が不均一なことによる酸素の適切に利用できていないという理由から点火したときに十分にすばやく燃焼できない燃料液滴を高い割合で含む実質的に濃い燃料が中心的に流れる部分を含む。エンジン回転数が高いほど、燃料が気流の中心に移動する傾向が強まる。
【０００４】
したがって、燃料のある割合の部分、通常は、１０％から３０％、又はそれ以上の部分は、エンジンにより動力発生のために適切に使用されず、燃焼せずに残るか、又はその動力サイクルの後の方で燃焼し、少なくとも一部は汚染物質に転換されるので、大気中へ放出されるのを避けるために、排気系統内に高価な触媒コンバータを備え、排ガスを浄化する必要がある。さらに、燃料の不完全燃焼もまた、カーボン付着物を形成し、点火装置、ピストン、バルブ、及び一般的にエンジンの耐用年数を短くする。
【０００５】
燃焼効率を高める試みの１つでは、燃料噴射又は気化の前に燃料を予熱することを重視している。この主題に関する多くの特許では、燃料の霧化及び／又は部分的気化について説明している。気化系統は、燃料が気化される、つまり、燃料の気体状態に転化されるシステムに関係する。その一方で、霧化システムでは、燃料液滴は細かい液体粒子にされ、気流に乗って運ばれるが、ある程度の気化も生じうる。しかし、液滴又は液体粒子の存在により、どんなに細かであろうと、燃焼効率は低下する。理論空燃比（つまり、空気率λ（使用される空気の量／理論上必要な空気の量の比）が１である）が使用されたとしても、まだ燃焼工程には不効率がある。一般的に、このような不効率は、徐々に燃焼されるそれぞれの燃料液滴の外層に関して説明することができ、したがって、燃焼工程全体は、ピストンが爆発行程で移動を開始するとともに続く。したがって、燃焼の一部は、この下降行程のときに存在する低い圧力で生じ、そのため燃焼の効率は減少する。最適な性能を得るために、すべての燃焼はほぼ上死点（ＴＤＣ）で発生し、圧力はそこで最高となる。
【０００６】
米国特許第４，３７２，２７８号では、エンジンの燃料系統について説明しており、そこでは、燃料は、他の多くの種類のみかけ「気化系統」とは対照的に、燃料自体の高圧及び高温の組み合わせにより気化されるといわれ、この参照によれば、これは実際に霧化システムである。このような高い温度及び圧力は、それぞれ、２５０℃及び６００ｐｓｉに達することがある。しかし、米国特許第４，３７２，２７８で説明されているシステムには、多数の欠点がある。例えば、燃料を高温及び高圧になるまで加熱するには、燃料系統を循環する高温の燃料に燃料系統が耐えられるように設計する必要がある。そのようなシステムだと、エンジンの資本コストが高くなり、さらに、燃料の高い温度及び圧力のため、事故が発生した場合の損害及びケガのリスクが高まる。
【０００７】
米国特許第３，７６２，３７８号では、燃料が直接シリンダの燃焼室内に噴射される燃料噴射システムが説明されている。燃料は、シリンダに噴射される前にインジェクタ配置で予熱される。インジェクタにつながる燃料系路は、燃料を予熱するためにも使用されるシリンダの排気管内に熱交換器配置を備える。燃料は、点火温度を超える温度まで予熱され、インジェクタよりも低い圧力と燃焼を後押しする酸素とがある環境内に導かれた結果、燃焼室内で点火する。インジェクタにつながる燃料パイプ内のリトラクタ・バルブは、インジェクタ内の燃料圧力を圧力パルスの間で燃料の臨界圧力よりも高く、インジェクタのバルブ・ヘッドの開口圧力よりも低く保持する。
【０００８】
米国特許第２，８８１，８２８号では、ディーゼル・エンジン用の燃料噴射システムを説明しており、そこでは、燃料温度はサーモスタットを使い、インジェクタにつながる入口燃料系路と出口燃料系路との間の熱交換器により制御される。
【０００９】
米国特許第３，７３８，３３４号では、予熱器配置により、排ガスに結合されている熱交換器配置を使用して気化器の前に燃料を加熱する。
【００１０】
さらに、従来技術の燃料加熱システムにも、以下の問題点がある。燃料液滴を高温に加熱することにより、完全に霧化又は気化される前であっても、液滴の早すぎる燃焼が起こる可能性が高まる。過早点火問題が生じることがあり、燃料は完全燃焼せず、運転効率の低下及び大気中に放出される汚染物質の増大につながる。このような問題は、そのような従来技術の高い温度及び圧力の燃料加熱システムに関して議論も示唆もされていない。
【００１１】
ＷＯ  ００／２５０１５では、燃焼室の上流にある混合気内の燃料液滴の霧化及び混合を改善するための装置が実現されている。さらに、吸入行程において霧化された媒質を燃焼室に送るための燃焼安定手段が実現されている。この媒質はメタノールと酢酸とを含むものとして説明されており、これは曝気されエンジンのエア入口システムへと吸い上げられる。エタノールを加えることにより、酢酸の気化特性が改善される。本発明のこの態様によれば、媒質の高度の霧化が確実に行われるようにする霧化器が実現される。このようなシステムがあれば、一般的に、エンジンの各部品の清浄化及び混合気の過早点火の発生可能性の低減に役立つと思われる。
【００１２】
水を細霧状態にして送ることによりエンジン性能を高める他の装置が知られており、例えば、米国特許第３，７６７，１７２号及び第４，０７６，００２号で開示されている。しかし、エンジン性能を改善する一方で、内燃エンジン内で水噴射を使用することには、バルブ、ピストン、及び点火プラグにカルシウム及びスラグ付着物が形成されるなどのいくつかの短所がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
したがって、本発明の目的は、従来技術の燃料／空気系統の制限を実質的に克服する操作系統（及びそれに対応する方法）、特に燃料系統を実現することである。特に、本発明の目的は、液体燃料を実質的に気化させることを可能にするなど燃料を予熱することが可能な比較的低い圧力で動作する燃料系統を備える操作系統を実現することである。
【００１４】
本発明の他の目的は、従来技術よりもかなり高い空気過剰率でエンジンを動作させられる該操作系統を実現することである。
【００１５】
本発明の他の目的は、エンジン効率、燃費、及び性能の著しい改善、並びに大気汚染の低減を実現する該システム及び方法を実現することである。
【００１６】
本発明の他の目的は、特に事故が発生した状況において、利用者の安全性を実質的に損なうことのない該システムを実現することである。
【００１７】
本発明の他の目的は、既存の内燃エンジン内に特にキットの形で後付けでき、しかもエンジン又は周囲のエンジン室領域の修正が最小限度又はほんのわずかで済む、該システムを実現することである。
【００１８】
本発明の他の目的は、取り付け及び操作が簡単な該システムを実現することである。
【００１９】
本発明の他の目的は、機械構造に関して比較的単純で、生産も保守も経済的な該システムを実現することである。
【００２０】
本発明の他の目的は、干渉することなく、又は動作異常があると制御系統に感知させることなく、エンジンの制御系統に接続できる該制御系統を実現することである。
【００２１】
さらに、本発明の他の目的は、燃料の完全燃焼により内燃エンジンに関して達成すべき燃料効率の高レベル化及び汚染の低レベル化を実現する該燃料系統とともに適当な燃焼安定システムを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は、内燃エンジンの操作系統に関するものであり、
（ａ）燃料の少なくとも一部を、エンジンの燃焼システムに送り込む前に、所定の温度まで加熱する加熱手段を含む燃料系統であって、前記温度は、燃料供給圧力の下で燃料の気化温度よりも低いが、燃焼システム圧力の下では気化温度以上である、つまり燃焼システムの圧力下で燃料の前記部分を実質的に気化させられる十分な温度である、燃料系統を備える。
【００２３】
この所定の温度は、約６０℃から約１００℃の範囲、好ましくは７０℃から約８５℃までの範囲とすることができる。
【００２４】
第１の実施例では、燃料系統は、
（ｉ）上流の一次配管及び下流の一次戻り配管を介してプレッシャ・バルブに動作するように接続されている燃料タンクを含む一次燃料回路と、
（ｉｉ）エンジンの燃焼システムと選択的に連絡する、上流の二次配管を介して前記一次配管に動作するように接続されている燃料噴射手段を含む二次燃料回路と、
（ｉｉｉ）前記二次燃料回路内で燃料を加熱するのに適した燃料加熱手段とを備える。
【００２５】
前記インジェクタ手段は、前記戻り配管に、下流の二次戻り配管を介して動作するように接続することができ、一次燃料回路は、燃料をその回路に通し、前記二次燃料回路に通して循環させるための適当なポンプ手段を備えることができる。
【００２６】
二次燃料系統は、タンクから第１の燃料回路により行われる供給燃料の流れの前記部分を流路を通して運ぶように適合することができる。この部分は、前記燃料供給の流れの約１０％未満、及び好ましくは、前記供給燃料の流れの約２％から約５％を含むことができる。燃料のこの部分は、実質的に、燃料噴射手段を介してエンジンに供給する必要がある燃料の量としてよい。
【００２７】
二次燃料回路は、前記二次戻り配管内に適当な第２のプレッシャ・バルブを備えるのが好ましく、加熱手段は、その中の燃料温度を感知する適当な温度感知手段を備え、前記温度感知手段は適当なコントローラに動作するように接続されることができ、前記コントローラは、前記第２のプレッシャ・バルブに動作するように接続される。コントローラは、前記第２のプレッシャ・バルブを開き、前記温度感知手段により感知された前記燃料温度が所定限界を超えたときに燃料流を前記加熱手段から迂回させるように適合されることが好ましい。
【００２８】
第２の実施例では、燃料系統は、
（ｉ）上流の一次配管及び下流の一次戻り配管を介してプレッシャ・バルブに動作するように接続されている燃料タンクを含む一次燃料回路と、
（ｉｉ）エンジンの燃焼システムと選択的に連絡する、上流の二次配管を介して前記一次配管に動作するように接続されている燃料噴射手段を含む二次燃料回路と、
（ｉｉｉ）前記一次燃料回路内で燃料を加熱するのに適した燃料加熱手段と、
（ｉｖ）前記一次戻り配管内の燃料を冷却するのに適した燃料冷却手段とを備える。
【００２９】
この実施例では、一次燃料回路は、燃料をその回路に通し、前記二次燃料回路に通して循環させるための適当なポンプ手段を備える。二次燃料系統は、タンクから第１の燃料回路により行われる供給燃料の流れの前記部分を流路を通して運ぶように適合されていることが好ましい。この部分は、前記供給燃料の流れの約１０％未満、好ましくは前記供給燃料の流れの約２％から約５％を含むことができ、燃料の前記部分は、実質的に燃料噴射手段を介してエンジンに供給する必要がある燃料の量であることが好ましい。
【００３０】
第３の実施例では、燃料系統は、
（ｉ）上流の一次配管及び下流の一次戻り配管を介して燃料噴射手段に動作するように接続されている燃料タンクを含む一次燃料回路であって、前記燃料噴射手段は、エンジンの燃焼システムと選択的に連絡する、一次燃料回路と、
（ｉｉ）前記一次燃料回路内で燃料を加熱するのに適した燃料加熱手段とを備える。
【００３１】
この実施例では、一次燃料回路は、燃料をその回路に通して循環させるための適当なポンプ手段を備える。前記ポンプにより循環される燃料は、実質的に、燃料噴射手段を介してエンジンに供給する必要がある燃料の量である。一次燃料回路は、前記一次戻り配管内に適当な第２のプレッシャ・バルブを備えることが好ましい。加熱手段は、その中の燃料温度を感知する適当な温度感知手段を備え、前記温度感知手段は適当なコントローラに動作するように接続されることができ、前記コントローラは、前記第２のプレッシャ・バルブに動作するように接続される。コントローラは、前記第２のプレッシャ・バルブを開き、前記温度感知手段により感知された前記燃料温度が所定限界を超えたときに燃料流を前記加熱手段から迂回させるように適合されることが好ましい。
【００３２】
第４の実施例及び第５の実施例では、燃料系統は、
（ｉ）上流の一次配管及び下流の一次戻り配管を介して前記のエンジンの燃焼システムに関連する少なくとも１つの第１の燃料噴射手段に動作するように接続されている燃料タンクを含む一次燃料回路と、
（ｉｉ）前記加熱手段を含む予熱器手段と選択的に連絡する、上流の二次配管を介して前記一次配管に動作するように接続され、前記予熱器手段に燃料の前記部分を供給するように適合されている第２の燃料噴射手段と、
（ｉｉｉ）所定の気流を前記予熱器に供給する前記予熱器手段と連絡するエンジン吸気系統からのエア・ブリードであって、前記予熱器手段は前記空気と燃料の前記部分とを混合するように適合されている、エア・ブリードと、
（ｉｖ）前記予熱器手段を介して前記所定の温度まで加熱された混合気を供給するため前記燃焼システムと連絡する二次下流配管をさらに備える前記予熱器手段とを備える。
【００３３】
一次燃料系統は、前記第２の上流燃料配管を介して供給燃料の流れの前記部分を流路を通して運ぶように適合されており、前記部分は、通常、前記供給燃料の流れの約１０％未満、好ましくは、前記供給燃料の流れの約２％から約５％を含む。燃料の前記部分は、通常、燃料噴射手段を介してエンジンに供給する必要がある燃料の量よりも実質的に少ない。
【００３４】
予熱器手段は、前記第２の燃料噴射手段及び前記エア・ブリードと連絡する室を有するハウジングを備える。
【００３５】
第４の実施例では、室は、前記室に供給される空気と燃料を混合し燃料を前記所定の温度まで加熱するように適合された複数の通路を有するコア部分を備える。
【００３６】
第５の実施例では、前記室は、回転するように取り付けられた１対の逆回転可能なローター、前記第２の燃料噴射手段により供給される燃料及び前記エア・ブリードにより供給される空気を前記ローターに当たるように向き付けるためのノズル手段、及び気化された燃料及び空気のみ通過できるように適合されたスクリーン手段とを備え、さらに、燃料の前記部分を前記所定の温度に維持するため予熱器から前記燃料への熱伝達がさらに行われるように適合されている複数の通路を備える下流コア部分を備える。ノズル手段は、前記ローターが逆回転するように前記第２の燃料噴射手段により供給される前記燃料及び前記エア・ブリードにより前記ローター間の領域に供給される前記空気を向き付けるように適合されている。それぞれの前記ローターは、複数の羽根を持ち、それぞれの前記羽根はローターのハブに羽根の根元のところで接続され、羽根の先端部で１つに結合されている１対の壁を備える。壁は、互いに間隔をあけて隔てられ、またローターが所定の高速で回転されたときに前記壁が一緒になるように柔軟な材料でできている。それらの壁は、メッシュ・タイプの材料でできているのが好ましく、前記壁のメッシュ・パターンは、前記壁が一緒にさせられたときに、１つの壁のメッシュのオープン・スペースの少なくとも一部は他方の壁のメッシュのオープン・スペースの上に重ならないようなパターンである。
【００３７】
第５の実施例のスクリーン手段は、通常、第１のメッシュ部材及び第１のメッシュ部材に対し重ね合わされている二次メッシュ部材を備え、前記第１のメッシュ部材と前記第２のメッシュ部材のうちの少なくとも一方は、前記第２のメッシュ部材又は前記第１の部材に関してそれぞれ回転可能であり、前記第１のメッシュ部材のオープン・スペースの少なくとも一部は、第２のメッシュ部材のオープン・スペースの上に重ならない。前記第１のメッシュ部材及び二次メッシュ部材は、前記第１のメッシュ部材及び二次メッシュ部材が互いに関して回転する場合、それらの間の有効な空き領域が増減するようなメッシュの幾何学的形状を有することが好ましい。このスクリーン配置は、さらに、前記有効な空き領域を増減するため前記二次メッシュ部材に関して前記第１のメッシュ部材を自動的に且つ選択的に回転させる適当なメカニズムを備えることが好ましい。
【００３８】
第４及び第５の実施例は、さらに、前記二次燃料噴射手段を望み通りに操作するための適当な制御手段を備えることが好ましい。
【００３９】
すべての実施例において、加熱手段は、適当な熱交換器配置を備え、それによって、エンジンの冷却系統内で発生した熱が燃料に伝えられ、燃料が熱せられることが好ましい。熱交換器配置は、エンジンの冷却系統に動作するように接続されている熱交換配管を備えることができ、前記熱交換配管は前記燃料噴射手段を通り、これにより前記噴射手段内を流れる燃料を加熱できる。任意選択により、熱交換配管は、前記燃料との熱交換能力を高められるように適宜波形にできる。加熱手段は、それとは別に、又はさらに、エンジンの温度とは無関係に前記燃料を加熱する適当な二次加熱手段を備えることができる。任意選択により、前記二次加熱システムは電熱器を備える。
【００４０】
すべての実施例において、燃料噴射手段は、複数のフュエル・インジェクタを備えることができ、それぞれのインジェクタはエンジンの気筒に関連付けられており、エンジンの燃焼システムと選択的に連絡する燃料噴射端を備える。複数のフュエルは、共通配管を介して流体による相互連絡が可能である。
【００４１】
すべての実施例において、燃料噴射手段は、エンジンの燃焼室に直接燃料を供給することができる。それとは別に、燃料噴射手段は、エンジンの燃焼室の上流にある吸気系統に燃料を供給する。
【００４２】
好ましくは、操作系統は、さらに、
（ｂ）前記エンジンに、実質的に基準空気過剰率よりも大きい目標空気過剰率に対応する空燃比を与える適当な制御手段であって、前記基準空気過剰率は、前記エンジンの少なくとも１つの最適な運転特性に関連付けられており、該エンジンは、前記操作系統なしで、つまり、エンジンが（ａ）の燃料加熱手段を含む燃料系統の代わりに通常の燃料系統とともに運転される場合に運転される、制御手段を備える。
【００４３】
基準空気過剰率は、通常、０．９６から１．９４の間であり、前記目標空気過剰率は、実質的に約１．０５よりも大きく、好ましくは約１．０５と約２．０との間、より好ましくは約１．１と約１．６の間、さらに好ましくは約１．１５と約１．５との間、さらに好ましくは約１．２と約１．４との間、さらに好ましくは約１．２５と約１．３５との間、さらに好ましくは約１．３である。
【００４４】
目標空気過剰率は、エンジンの最適な燃費と最適なトルクのうちの少なくとも１つを含む、エンジンの少なくとも１つの最適な運転特性を与える値であることが好ましい。基準空気過剰率は、通常、質量で約１４．７：１の空燃比に対応する。
【００４５】
すべての実施例において、どのようなエンジン状態でも目標空気過剰率は、実質的に同じエンジン状態で運転した場合（ｂ）において前記対応するエンジン内に送り込まれる対応する燃料の流れに関して前記燃焼システムに送り込む燃料の流れを少なくすることにより得られる。そのような場合、前記制御手段は、エンジンの前記燃料噴射手段に動作するように接続することができる。
【００４６】
そうする代わりに、又はそれに加えて、どのようなエンジン状態でも目標空気過剰率は、実質的に同じエンジン状態で運転した場合（ｂ）において前記対応するエンジン内に送り込まれる対応する空気の流れに関して前記燃焼システムに送り込む燃料の流れを多くすることにより得ることができる。エンジンのエア入口システム内に置かれているターボチャージャを使用してより高い気流を送り込むことができ、前記制御手段は、前記吸気手段に動作するように接続されている。
【００４７】
前記制御手段は、適当なコンピュータ又は電子的手段を備えることができる。任意選択により、前記制御手段は、エンジンの燃料噴射制御コンピュータ内に備えられる。
【００４８】
特に、第４及び第５の実施例では、前記制限手段は、前記エンジンの制御系統から独立しているのが好ましく、前記制御手段は、前記二次燃料噴射手段の動作を制御し、適切な信号を前記エンジンの前記制御系統に送って前記目標空気過剰率で前記一次燃料噴射手段を動作させるように適合されている。制御手段は、前記エンジンの吸気を判断するために使用される少なくとも１つのエンジン・センサに動作するように接続されると都合がよく、前記制御手段は、通常であれば前記少なくとも１つのセンサにより供給される信号を模倣する適当な信号を前記制御系統に供給し、前記模倣される信号は前記制御系統が前記一次燃料噴射手段を操作し、前記二次燃料噴射手段を介して供給される燃料について補正された、前記目標空気過剰率に対応する必要な燃料の流れを供給するようにできる信号である。
【００４９】
本発明は、さらに、本明細書で定められているようなエンジン操作系統とともに使用され、霧化された媒質を前記エンジン内に備えられている燃焼室に送り込む添加霧化ユニットに関するものであり、前記添加霧化ユニットは、
多量の前記媒質を保持するための詰め替え可能貯蔵容器と、
霧化ユニットと、
前記貯蔵容器と前記霧化ユニットとの間、及び前記霧化ユニットと前記エンジンの前記吸気系統との間で流体による連絡をそれぞれ行う適当な第１及び第２の流体管路とを備える。
【００５０】
添加霧化ユニットは、さらに、前記第１の流体管路内に適当なフィルタを備えることができる。霧化ユニットは、その底部にエア入口手段を有するハウジング、前記媒質を曝気するエアレータ、曝気された気化媒質を回収するための上部回収装置、及び前記第２の流体管路を介して前記エンジン吸気系統と流体で連絡している排出手段とを備えることができる。空気は、適当エア・フィルタと連絡している適当なエア・パイプを介して前記エア入口手段に供給される。添加霧化ユニットは、さらに、前記霧化ユニット内の媒質のレベルを維持するため適当なレベル検出器に動作するように接続されている自動注入手段を備えることができる。この媒質は、通常、メタノールと酢酸との混合物を含み、この混合物は、通常、体積で約６０％から８０％のメタノール及び約４０％から２０％の酢酸を含む。
【００５１】
添加霧化ユニットは、さらに、前記霧化ユニットと前記エンジンの前記吸気系統との間で流体による連絡をとるためエンジンの吸気系統内に取り付けられた分配カラーを備えることが好ましい。
【００５２】
本発明は、さらに、内燃エンジンを操作する方法に関するものであり、
（Ａ）燃料の少なくとも一部を、エンジンの燃焼システムに送り込む前に、所定の温度まで加熱することを含み、前記温度は、燃料供給圧力の下で燃料の気化温度よりも低いが、燃焼システムの圧力の下では気化温度以上である、つまり燃料のその部分が送り込まれる燃焼システム内の圧力下で燃料の前記部分が実質的に気化させられる十分な温度である。
【００５３】
この所定の温度は、通常、約６０℃から約１００℃の範囲、好ましくは７０℃から約８５℃までの範囲である。燃料の少なくとも一部は、本明細書で定められているように燃料系統により加熱されることができる。
【００５４】
この方法は、さらに、
（Ｂ）基準空気過剰率よりも実質的に高い空気過剰率を与えるような前記エンジンへの空燃比を制御することを含むのが好ましく、前記基準空気過剰率は、対応するエンジンの少なくとも１つの最適な運転特性に関連付けられており、工程（Ａ）は前記対応するエンジンに適用されない。
【００５５】
前記基準空気過剰率は、通常０．９６と１．０４の間であり、前記目標空気過剰率は、実質的に約１．０５よりも大きく、好ましくは約１．０５と約２．０との間、より好ましくは約１．１と約１．６との間、さらに好ましくは約１．１５と約１．５との間、さらに好ましくは約１．２と約１．４との間、さらに好ましくは約１．２５と約１．３５との間、さらに好ましくは約１．３である。前記目標空気過剰率は、エンジンの最適な燃費と最適なトルクのうちの少なくとも１つを含むことができる、前記エンジンの少なくとも１つの最適な運転特性を与えるような値であることが好ましい。基準空気過剰率は、通常、質量で約１４．７：１の空燃比に対応する。
【００５６】
どのようなエンジン状態でも目標空気過剰率は、実質的に同じエンジン状態で運転した場合（Ｂ）において前記対応するエンジン内に送り込まれる対応する燃料の流れに関して前記燃焼システムに送り込む燃料の流れを少なくすることにより得られる。前記空気過剰率は、エンジンの燃料噴射手段に動作するように接続されている適当な制御手段により制御することができる。
【００５７】
そうする代わりに、又はそれに加えて、どのようなエンジン状態でも目標空気過剰率は、実質的に同じエンジン状態で運転した場合（Ｂ）において前記対応するエンジン内に送り込まれる対応する空気の流れに関して前記燃焼システムに送り込む燃料の流れを多くすることにより得ることができる。エンジンのエア入口システム内に置かれているターボチャージャを使用してより高い気流を送り込むことができ、前記空気過剰率の制御は、例えば、エンジンの燃料噴射制御コンピュータ内に備えることができる、適当なコンピュータ手段及び／又は電子制御手段を含む、適当な制御手段により実行される。
【００５８】
本発明は、さらに、内燃エンジンに操作系統を後付けするためのキットに関するものであり、燃料の少なくとも一部を、エンジンの燃焼システムに送り込む前に、所定の温度まで加熱する加熱手段を含み、前記温度は、燃料供給圧力の下で燃料の気化温度よりも低いが、燃焼システムの圧力の下では燃料の気化温度以上である、つまり燃料のその部分が送り込まれる燃焼システム内の圧力下で燃料の前記部分が実質的に気化させられる十分な温度である。この所定の温度は、通常、約６０℃から約１００℃の範囲、好ましくは７０℃から約８５℃までの範囲である。
【００５９】
キットは、既存のエンジンに関して後付けできるように適合された、本発明の第１、第２、第３、第４、又は第５の実施例のうちのいずれか１つによるシステムを備えることができる。例えば、第１の実施例のシステムから派生するキットは、通常、
上流の一次配管及び下流の一次戻り配管を介してプレッシャ・バルブに動作するように接続されている燃料タンクを含む、前記プレッシャ・バルブの上流にある燃料噴射手段を備える一次燃料回路であって、前記燃料噴射手段はエンジンの燃焼システムと選択的に連絡する、一次燃料回路を備えるエンジンとともに使用し、
前記キットは、
（ｉ）前記一次配管を、タンクから前記燃料噴射手段へではなく、直接、前記タンクから前記プレッシャ・バルブへ再配管する第１の配管手段と、
（ｉｉ）前記燃料噴射手段を前記第１の配管手段に動作するように接続する第２の配管手段と、
（ｉｉｉ）前記燃料噴射手段の下流端を、前記プレッシャ・バルブではなく前記一次戻り配管に動作するように接続する第３の配管手段と、
（ｉｖ）前記燃料噴射手段内で燃料を加熱するのに適した燃料加熱手段とを備える。
【００６０】
前記第１の配管手段及び前記第２の配管手段は、通常、タンクからの一次燃料配管により供給される供給燃料の流れの前記部分を流路を通して運ぶように適合されている。前記部分は、前記供給燃料の流れのさらに約１０％、好ましくは前記供給燃料の流れの約２％から約５％を含むことができ、燃料の前記部分は、実質的に燃料噴射手段を介してエンジンに供給する必要がある燃料の量であることが好ましい。
【００６１】
前記第３の配管手段回路は、前記二次戻り配管内に適当な第２のプレッシャ・バルブを備えることが好ましい。
【００６２】
キットの加熱手段は、その中の燃料温度を感知する適当な温度感知手段を備え、前記温度感知手段は適当なコントローラに動作するように接続され、前記コントローラは、前記第２のプレッシャ・バルブに動作するように接続されていることが好ましい。コントローラは、前記第２のプレッシャ・バルブを開き、前記温度感知手段により感知された前記燃料温度が所定限界を超えたときに燃料流を前記加熱手段から迂回させるように適合されている。
【００６３】
このキットは、さらに、
基準空気過剰率よりも実質的に高い目標空気過剰率に対応する空燃比を前記エンジンに与えるための適当な制御手段を備えるのが好ましく、前記基準空気過剰率は、前記キットが存在しない場合のエンジンの少なくとも１つの最適な運転特性に関連付けられている。
【００６４】
目標空気過剰率は、実質的に約１．０５よりも大きく、好ましくは約１．０５と約２．０との間、より好ましくは約１．１と約１．６との間、さらに好ましくは約１．１５と約１．５との間、さらに好ましくは約１．２と約１．４との間、さらに好ましくは約１．２５と約１．３５との間、さらに好ましくは約１．３であり、前記目標空気過剰率は、エンジンの最適な燃費と最適なトルクのうちの少なくとも１つを含むことができる、前記エンジンの少なくとも１つの最適な運転特性を与えるような値であることが好ましい。
【００６５】
キットは、どのようなエンジン状態でも目標空気過剰率が、前記キットが存在しない場合及び実質的に同じエンジン状態で運転した場合に前記対応するエンジン内に送り込まれる対応する燃料の流れに関して前記燃焼システムに送り込む燃料の流れを少なくすることにより得られるように適合され、前記制御手段は、エンジンの前記燃料噴射手段に動作するように接続することができる。
【００６６】
そうする代わりに、又はそれに加えて、どのようなエンジン状態でも目標空気過剰率は、前記キットが存在しない場合、及び実質的に同じエンジン状態で運転した場合に前記対応するエンジン内に送り込まれる対応する空気の流れに関して前記燃焼システムに送り込む燃料の流れを多くすることにより得ることができる。エンジンのエア入口システム内に備えられているターボチャージャを使用してより高い気流を送り込むことができ、制御手段は、前記吸気手段に動作するように接続され、エンジンの燃料噴射制御コンピュータ内に備えられる、適当なコンピュータ手段を備えることができる。
【００６７】
他の実施例では、第４又は第５の実施例のシステムから派生するキットは、通常、
上流の一次配管及び下流の一次戻り配管を介して複数の一次燃料噴射手段に動作するように接続されている燃料タンクを含み、必要な燃料送り込み動作圧力を供給する適当な手段を含み、前記燃料回路は前記プレッシャ・バルブの上流にある第１の燃料噴射手段を備え、前記一次燃料噴射手段はエンジンの燃焼システムと関連付けられている、一次燃料回路を備え、前記エンジンは、さらに、空気を前記燃焼システムに供給する吸気系統、及び前記一次燃料噴射手段を操作するための制御系統を備えるエンジンとともに使用され、
前記キットは、
（ｉ）前記一次燃料配管を前記一次戻り配管とともに動作するように接続し、前記キットなしで動作させた場合に前記エンジンに関して燃料供給動作圧力を低減するプレッシャ・バルブ及びタップを備えるハイパス配管と、
（ｉｉ）前記加熱手段を含み、さらに上流の二次配管を介して前記一次燃料配管に動作するように接続され、前記予熱器手段に燃料の前記部分を供給するように適合されている第２の燃料噴射手段を備える予熱器手段と、
（ｉｉｉ）所定の空気の流れを前記予熱器に供給するため前記エンジン吸気系統と前記予熱器手段との間の連絡を実現するエア・ブリード配管であって、前記予熱器手段は前記空気と燃料の前記部分とを混合するように適合されている、エア・ブリード配管と、
（ｉｖ）前記予熱器手段を介して前記所定の温度まで加熱された混合気を供給するため前記燃焼システムと連絡する二次下流配管をさらに備える前記予熱器手段とを備える。
【００６８】
このキットでは、前記第２の燃料配管は、供給燃料の流れの前記部分を流路を通して前記予熱器に運ぶように適合され、前記部分は、前記供給燃料の流れの約１０％未満、好ましくは前記供給燃料の流れの約２％から約５％を含むことができ、燃料の前記部分は、通常、燃料噴射手段を介してエンジンに供給する必要がある燃料の量よりも実質的に少ない。予熱器は、第４又は第５の実施例について説明されているものと実質的に類似している。
【００６９】
このキットは、さらに、基準空気過剰率よりも実質的に高い目標空気過剰率に対応する空燃比を前記エンジンに与えるための適当な制御手段を備え、前記基準空気過剰率は、前記キットなしで動作した場合のエンジンの少なくとも１つの最適な運転特性に関連付けられている。この制御手段は、第４及び第５の実施例で操作系統ついて説明されているものと実質的に似ており、前記二次燃料噴射手段の動作を制御し、適切な信号をエンジンの前記制御系統に送って前記目標空気過剰率で前記一次燃料噴射手段を動作させるように適合されている。したがって、通常、制御手段は、前記エンジンの吸気を判断するために使用される少なくとも１つのエンジン・センサに動作するように接続され、前記制御手段は、通常であれば前記少なくとも１つのセンサにより供給される信号を模倣する適当な信号を前記制御系統に供給し、前記模倣される信号は前記制御系統が前記一次燃料噴射手段を操作し、前記二次燃料噴射手段を介して供給される燃料について補正された、前記目標空気過剰率に対応する必要な燃料の流れを供給するようにできる信号である。制御手段は、さらに、前記吸気手段に動作するように接続される。制御手段は、通常、適当なコンピュータ手段又は適当な電子的制御手段を備える。
【００７０】
本発明は、さらに、第１の実施例のように、キット形式で、内燃エンジンに操作系統を後付けする方法に関するものであり、前記エンジンは、
上流の一次配管及び下流の一次戻り配管を介してプレッシャ・バルブに動作するように接続されている燃料タンクを含む、前記プレッシャ・バルブの上流にある燃料噴射手段を備える一次燃料回路であって、前記燃料噴射手段はエンジンの燃焼システムと選択的に連絡する、一次燃料回路を備え、
前記方法は、さらに、
（ｉ）前記一次配管を、タンクから前記燃料噴射手段へではなく、直接、前記タンクから前記プレッシャ・バルブへ再配管することと、
（ｉｉ）前記燃料噴射手段を前記再配管された一次配管に動作するように接続することと、
（ｉ）前記燃料噴射手段の下流端を、前記プレッシャ・バルブではなく前記一次戻り配管に動作するように接続することと、
（ｉｉ）前記燃料噴射手段内で燃料を加熱するのに適した燃料加熱手段を備えることとを含む。
【００７１】
本発明は、さらに、内燃エンジンにエンジン操作系統を後付けする方法に関するものであり、システムの第４又は第５の実施例により前記エンジンにキットを備えることを含み、さらに、
（ｉ）前記一次燃料配管及び前記一次戻り配管をバイパスして、前記キットなしで動作させた場合に前記エンジンに関して燃料供給動作圧力を低減することと、
（ｉｉ）一次燃料配管を予熱器手段に動作するように接続することと、
（ｉｉｉ）エンジン吸気系統から予熱器手段に抽気することと、
（ｉｖ）予熱器手段の排出端をエンジンの燃焼システムに再配管することとを含む。
【実施例】
【００７２】
本発明は、請求項により定められ、その内容は、明細書の開示の範囲内に含まれるものとして解釈すべきであり、そこで、いくつかの付属の図を参照しつつ例を用いて説明する。
【００７３】
相対的位置を示す用語「上流」及び「下流」は、本明細書では、特に断りのない限り、一般的に、それぞれ、空気、燃料、及びそれらの混合気を含む流体の流れの方向から遠ざかる方向及び流れの方向に沿った方向を意味する。
【００７４】
気化温度という用語は、燃料が与えられた圧力の下で実質的に気化する温度を意味する。したがって、燃料系統圧力など圧力下の高温での燃料の気化温度は、通常、エンジンの上流燃焼システム内に存在するように、周囲大気圧又は周囲大気圧以下の圧力での気化温度よりも高い。
【００７５】
本発明は、内燃エンジンの操作系統に関するものであり、燃料が燃焼前に燃焼室内で実質的に完全に気化できるように中程度の圧力で予熱された燃料を内燃エンジンに供給するように適合された燃料系統を備える。特に、操作系統は、従来技術で提案されている混合気に比べて実質的により希薄な混合気がエンジンに供給され、燃費を含む性能の改善が得られるようにするため、空燃比を制御する手段をも備える。本発明は、さらに、気化された媒質をエンジン内に備えられている燃焼室に送り込み、それによって加熱された燃料系統のメリットを高める改善された燃焼安定システムに関する。
【００７６】
以下の説明は、オットー・サイクルで動作する内燃エンジンを対象としているが、必要な変更を加えれば、ディーゼル・エンジンを含む、他の内燃エンジンにもあてはまる。同様に、以下の説明は、往復ピストン・エンジンのシリンダを対象としているが、例えば、ヴァンケル・エンジンを含む、他の種類の内燃エンジンにもあてはまる。
【００７７】
図１を参照すると、典型的な従来の内燃火花点火エンジン（１）は、クランクシャフト（図に示されていない）に動作するように接続されている内部の往復ピストン（１２３）を備える少なくとも１つのシリンダ（１１０）及び上側燃焼室（１２２）を備える。
【００７８】
前記シリンダ（１１０）は、さらに、空気と燃料を別々に導き入れるための手段を備える。エンジン（１）のエア入口システムは、通常、エア入口ダクト（１６０）及びインテーク・マニホールド（１６５）を備える。エア入口ダクト（１６０）は、入口バルブ（１１２）を備える入口ポート（１６２）と、及び通常インテーク・マニホールド（１６５）を介して、又はターボチャージャ若しくはスーパーチャージャ・システム（図に示されていない）を介して、大気中から直接供給されるエアサプライと、流体により連絡している。エア入口ダクト（１６０）、通常、エンジン・ブロック上に取り付けられているエンジン（１）のシリンダ・ヘッド内に備えられている。液体燃料は、エア入口ダクト（１６０）と流体で連絡しているフュエル入口パイプ又はインジェクタ（１７０）により供給される。通常、インテーク・マニホールド（１６５）内に配置されている、又はインジェクタ・ノズルが燃焼室（１２２）自体の中にある、フュエル・インジェクタ（１７０）がエンジン（１）のシリンダ（１１０）毎に別々にある。（それとは別に、前記シリンダ（１１０）は、気化器（図に示されていない）内にある程度すでにあらかじめ混合されている空気と燃料を導入する手段を備え、例えば、前記手段は前記インテーク・マニホールド（１６５）を介して前記エア入口ダクト（１６０）と流体で連絡している。）通常、マニホールド（１６５）は上流端を備え、下流でエンジン（１）内の前記シリンダ（１１０）の数に相関する多数の枝に分岐される。他の配置もまた、当業ではよく知られている。前記シリンダ（１１０）は、さらに、爆発行程の後のシリンダの流体内容物を排出する手段を備え、出口バルブ（１１４）を有する燃焼室（１２２）内の出口ポート（１３１）と流体で連絡している出口ダクト（１３０）を備える。前記シリンダ（１１０）は、さらに、点火プラグなどのイグナイタ手段（１１８）を備える。
【００７９】
大半の従来の内燃火花点火エンジンは、４行程サイクルで動作するが、２行程サイクルで動作するエンジンもある。典型的な４行程オットー・サイクルでは、第１の吸気行程では、ピストン（１２３）は下方に動き、入口バルブ（１１２）は同期して、開いて入口マニホールドから適切な混合気を引き込み、そこで、フュエル・インジェクタ（１７０）は、所定のパラメータに従い、通常はエンジン・コンピュータにより制御されている同期したタイミングで、所定の量の燃料を空気流中に導き入れる。圧縮工程とも呼ばれる第２の行程では、ピストン（１２３）は上方に移動し、混合気を圧縮して燃焼室（１２２）に送り込む。通常、ピストンが上死点（ＴＤＣ）に到達する少し前に、イグナイタ手段（１１８）により混合気が点火される。急激な燃焼が生じ、それに伴い、高温・高圧の燃焼ガスが発生する。第３の行程、爆発行程では、高圧燃焼ガスにより、ピストン（１２３）が下方に押しやられ、クランクシャフトを介して回転出力が得られる。第４の行程である排気行程では、出口バルブ（１１４）は同期して開きピストン（１２３）が上方に移動すると燃焼ガスがシリンダ（１１０）から流れ出し、再び次のサイクルが開始する。
【００８０】
火花のタイミング及び持続時間さらに混合気の割合は、エンジン速度及び負荷とともに変化し、慎重に制御されなければならない重要なパラメータである。定常状態では、空燃比は、実質的に、約１４．７：１と一定である。以前には制御に機械システムが使用されていたが、適当な燃料噴射システムに動作するように接続されている電子マイクロプロセッサによる制御は広範にわたり、高い信頼性を有しており、これは当業で知られていることである。
【００８１】
従来技術の燃料系統では、燃料が与えられたシステム圧力の下で吸気系統に送られると、吸気系統の比較的低い周囲圧力のため、燃料が膨張し、冷却する。次に、これにより燃料が気化する可能性が少なくなるが、その代わりに、燃料は液滴を形成し、上ですでに説明した問題が生じる可能性がある。
【００８２】
図２を参照すると、従来技術の典型的な燃料系統（２５０）は、通常は圧力不足の燃料タンク（２０１）を備え、圧力がかけられている液体燃料（通常は２〜３バールのゲージ圧力）を供給配管（２１０）を介してインジェクタ（１７０）に供給する。戻り配管（２２０）は、供給燃料圧力を所定の上下限の間に維持するために使用される、プレッシャ・バルブ（２０４）を介して未使用の燃料のほとんどをタンク（２０１）に戻す。供給配管（２１０）から少量の、通常、流れの１０％よりもかなり少ない燃料が、実際に、インジェクタ（１７０）により噴射され、残りはタンクに戻される。燃料供給圧力を一定に保つことが比較的容易であり、燃料をインジェクタに供給するのに厳密に必要な少ない流量よりもかなり高い燃料流量でより経済的に実現できるため、このような配置が通常は好ましい。
【００８３】
さらに、図２を参照すると、エンジンの冷却系統（２６０）は、通常、水冷式であり、冷却ジャケット及び冷却水通路（２６５）を介して水をエンジン・ケース内に循環させるラジエータ（２０６）を備える。
【００８４】
一般に（９００）と示されている本発明による操作系統は、燃料が実質的にエンジンの各シリンダに送り込まれるように燃料を適度に予熱すること、又は燃焼行程において、爆発行程で利用できる最高の圧力に達するＴＤＣでほぼ瞬時に燃料の完全燃焼が実質的に行われるような燃料噴射システムを目指している。
【００８５】
発明者は、本発明による燃料系統が内燃エンジンに応用された場合、空気過剰率（空気率λともいう）を１．８まで上げることにより燃費の実質的改善が得られる。実際、本発明によれば、最適な空気過剰率（約１．４）で得られるのと比較して、空気過剰率の上限ではトルクの減少が発生する場合があるが、これは当業の通常のエンジンに十分匹敵し、より高い空気過剰率で運転するのはそもそもむずかしいのである。したがって、本発明によれば、操作系統（９００）は、従来技術で提案されているのよりもかなり高い空気過剰率を供給する適当な手段を備え、その結果、汚染物質レベルの低減と関連して燃料効率も上昇する。特に、操作系統（９００）は、通常、本発明の燃料加熱システムとともに動作させたときにエンジンの出力、トルク、及び燃費を最適にする空気過剰率を与える。
【００８６】
また、発明者は、操作系統、特に本発明による燃料系統は、さらに、本発明による燃焼安定手段を備え、燃料系統の潜在的メリットは、そのような手段がなくても、さらに長い期間にわたり、高い信頼性の下で得られるということも観察した。
【００８７】
本発明では、燃料は、通常の燃料供給圧力（標準では２〜３バールのゲージ圧力）で燃料の気化温度よりも十分低い温度まで予熱される。通常、燃料は、６０℃から１００℃までの範囲、好ましくは７０℃から８５℃の範囲の温度に加熱される。温度の正確な最適範囲は、一般に、具体的燃料に依存し、一部の燃料については、最適な温度は１００℃よりも上、又は実際には６０℃より下の場合もある。これらの燃料温度及び圧力が十分に低く、燃料がシステム内で実質的に完全に液体状態になっていられる間、それと同時に液体燃料のインジェクタ・ノズルを介して吸気系統に燃料が排出されたときに、吸気系統内で発生した圧力の急激な低下及び燃料の冷却は気化を防止するのに十分ではない。さらに、燃料系統では、必ず液体燃料のみが燃料タンクから吸気系統内のフュエル出口に供給され、その中の燃料温度及び圧力が適度であれば、システムのこの部分には燃料の気相は実質的にいっさい通過しない。いくつかの従来技術のシステムでは、吸気系統の壁は燃料に対し冷却効果をもたらすと仮定しており、したがって、この効果に対抗するため燃料を非常に高い温度まで加熱する必要があり、それと同時に、システム内の過早気化を防止するために高圧システムが必要である。
【００８８】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に例示されているように、エンジンが約１の標準空気過剰率（空気率又は「λ」ともいう）、又は従来技術では通例のことであるが、空燃比約１４．７：１である約０．９６から約１．０４の範囲内で運転される場合、本発明の燃料予熱システム（ＭＥ）は、燃費及びトルクに関して、この予熱機能（ＳＥ）を使用しない通常のエンジンに比べて性能面でいくつかの利点がある。このような燃料予熱をしないエンジンは、本明細書では、基準エンジンと呼ばれる。しかし、空気過剰率が上昇すると、λ＝１．２８で予熱システムを使い、λ＝１で動作している通常のエンジンで得られるのとほとんど同じ最大トルクが得られるが、具体的燃費はかなり低減される。本発明の操作系統を使用した特定のエンジンに対する最適な空気過剰率は、エンジン毎に異なる場合があり、通常、エンジンは理想的な空気過剰率を決定するために適当な較正を必要とする。もちろん、特定のエンジンに対する実際の空気過剰率は、負荷、回転数、点火タイミング、及び燃料温度を含む、エンジン状態によって変化する。
【００８９】
本発明により必要な希薄混合気は、インジェクタに送られる燃料の量を減らすことにより供給することができ、これにより燃費が下がる。それとは別に、これは、シリンダ内に導き入れられる空気の体積流量率を高めることにより、例えば、中程度の燃費、つまり類似のターボ過給を使用する通常のエンジンに比べて低い燃費を維持しながらエンジンの発生するトルクを高めるターボ過給により実現できるが、通常空気過剰率で、しかも燃料予熱なしで運転できる。
【００９０】
したがって、本発明によれば、操作系統（９００）は、
（ａ）燃料の少なくとも一部を、エンジンの燃焼システムに噴射する前に、適当な温度まで加熱するように適合された適当な燃料系統であって、前記温度は、燃料供給圧力の下で燃料の気化温度よりも低いが、燃料の一部が噴射される燃焼システム内の圧力の下で燃料の前記部分を実質的に気化させられる十分な温度である、燃料系統を備える。
【００９１】
特に、操作系統は、さらに、
（ｂ）基準空気過剰率よりも実質的に高い目標空気過剰率に対応する空燃比を前記エンジンに与えるための適当な制御手段を備え、前記基準空気過剰率は、対応するエンジンの少なくとも１つの最適な運転特性に関連付けられており、前記対応するエンジンは、（ａ）で加熱するための前記手段を備えていない。
【００９２】
通常、燃料供給圧力は、５バールのゲージ圧力よりも低く、さらに一般的には、３バール又は１．８バールのゲージ圧力よりも低い。
【００９３】
当業の通常のエンジンの基準空気過剰率は、公称的に１．０の定常状態（クルージング又はアイドリング）であり、実際には、約０．９６から約１．０４までの範囲でよい。本発明によれば、エンジンが作動する目標空気過剰率は、同じタイプのエンジンの公称又は基準空気過剰率よりも実質的に大きい。
【００９４】
したがって、通常、約１．０５を実質的に超える、好ましくは約１．０５と約２．０との間、より好ましくは約１．１と約１．６との間、より好ましくは１．１５と約１．５との間、より好ましくは約１．２と約１．４との間、より好ましくは約１．２５と約１．３５との間、より好ましくは約１．２７と約１．３との間の空気過剰率、さらに好ましくは最適な燃費及び／又は最適なトルクが得られるような空気過剰率を与えるために、燃料噴射流量を制御するように適当な制御手段が適合される。
【００９５】
燃焼システムという用語は、本明細書では、主に、エンジンのシリンダの燃焼室の上流にある吸気系統の一部を指し、さらに、特に燃焼室が接続されている上流の吸気系統と流体で連絡している場合に燃焼室も含む。したがって、燃料のこの部分は、燃焼の前に、特に圧縮行程の前に、ただしより一般的には、後から入口バルブを介して吸気とともに燃焼室内に入るように上流の吸気系統の前に、燃焼室内に直接噴射することができる。
【００９６】
したがって、図４を参照すると、本発明の第１の実施例では、エンジン操作系統（９００）は、燃料を所定の温度まで加熱する燃料系統（１００）、及び空気過剰率を制御する適当な燃料制御手段（５００）を備える。それ自体も新規性がある燃料系統（１００）は、一次燃料配管（１５）などを介してプレッシャ・バルブに動作するように接続されている燃料ポンプ（８）を有する燃料タンク（１０）、通常は圧力不足タンク及び下流の一次戻り配管（１８）を含む第１の燃料回路（１５）を備える。二次燃料回路は、Ｔ字型連結器（２８）などを介してバルブ（２５）の上流にある一次配管（１５）から分岐する二次配管（１６）を備え、通常はプレナム又は共通配管（２７）を介して隣接するシリンダのインジェクタ手段（２０）に動作するように接続される。インジェクタ手段（２０）は、燃焼システムに選択的に連絡しており、必要に応じて燃料を供給するかしないかを選択する。一次配管（１５）及び二次配管（１６）のサイズは、一次配管（１５）内の燃料の流れのわずかな割合、通常は、約１０％未満が迂回され、二次配管（１６）内を流れるように定められる。プレッシャ・バルブ（２５）は、一次配管（１５）及び二次配管（１６）内の上流で圧力を実質的に一定に、通常は、約２バールから約３バールのゲージ圧力範囲内に維持するように適合される。低圧力燃料は、気化された燃料を含む場合もあり、前記バルブ（２５）から一次戻り配管（１８）を介してタンク（１０）に戻る。
【００９７】
燃料噴射手段（２０）は、エンジンのシリンダ毎に個々のフュエル・インジェクタを備えることが好ましい。通常、燃料噴射手段（２０）は、燃料を吸気系統（又はディーゼル・タイプのエンジンでは、直接シリンダ）に供給し、通常、「自然吸気」エンジンでは約−０．６から０バールのゲージ圧力、ターボチャージャ付きエンジンでは−０．６から１．５バールのゲージ圧力である。
【００９８】
燃料系統（１００）は、さらに、二次燃料流、つまり、二次配管（１６）を介してインジェクタ手段に流れる燃料を、適当に制御して、所定の温度まで加熱する適当な一次加熱手段（３００）を備える。このような加熱手段は、適当な加熱システムを備えることができ、例えば、直接電気加熱、高温媒質（水冷式システム、オイル・サンプ、排気ガス、エンジン・ブロックなど）に関する熱交換、又はその他の手段を含むことができる。前述のように、この適当な温度は、通常、燃料供給圧力下で燃料の気化温度よりも低いが、それと同時に、燃料が噴射される吸気系統内に存在する圧力下で燃料を実質的に気化させられる十分な温度である。
【００９９】
図５、図６（ａ）、及び図６（ｂ）を参照すると、一次加熱手段（３００）は、エンジン冷却系統からの廃熱を利用して燃料を予熱することが好ましい。この実施例では、一次加熱手段（３００）は、熱交換配置（３５０）を備え、適当な熱交換配管（３４０）は、冷却系統のラジエータ（３０３）と流体で連絡しており、インジェクタ手段（２０）の共通配管（２７）を通り、内部熱交換容積を形成する。熱交換配管（３４０）は、内部熱交換配管（３４０）を通過する冷却水と共通配管（２７）と熱交換配管（３４０）との間に形成されているジャケット内を流れる燃料との間の熱交換を最大にするため波形であること及び／又は羽根を備えることが好ましい。図５に例示されているように、熱交換配置（３５０）は、それとポンプ（３２４）を介してラジエータ（３０３）とに動作するように連結されている供給配管（３２２）から実質的に高温の水を受け取り、戻り配管（３２６）を介して水をラジエータ（３０３）に再循環させる。したがって、冷却水はエンジン冷却系統内を通過し、エンジン・ブロックから過剰熱を除去し、その後、この熱を使用し、噴射手段（２０）による吸気系統内への噴射に先立って共通配管（２７）内の燃料を加熱する。特に、寒い日、及びエンジン始動後のエンジンの暖地機関中には、一般的に、冷却系統内の熱が不足し、燃料を必要な温度まで加熱することができできない。したがって、図４に例示されているように、二次加熱システム（３９０）を備えるのが好ましく、この実施例では、共通配管（２７）の上流で、二次配管（１６）内に備えられた電気的発熱体を装備する。
【０１００】
図４を参照すると、燃料系統（１００）は、さらに、通常ニードル・バルブ又はオリフィス・バルブを含むバルブ（２６）を介して共通配管（２７）の下流端を一次戻り配管（１８）に動作するように接続する二次戻り配管（１９）を備える。二次戻り配管（１９）により、一方で、二次配管（１６）から余分な燃料をタンク（１０）に戻すことができる。それに加えて、共通配管（２７）又はその上流にある空気若しくは燃料の蒸気も、戻り配管（１８）に放出し、その後、タンク（１０）に放出することができる。バルブ（２６）は、二次配管（１６）内を流れる割合の燃料の部分の温度を制御することができ、過熱した場合の安全弁として、開くバルブ（２６）が多いほど、二次配管（１６）を介して流れる燃料は多くなり、その結果、共通配管（２７）内の燃料の温度が低下する。バルブ（２６）は、自動化された方法で調整可能であり、機械的手段、電気的手段、空気圧式手段、又は油圧式手段など適当な方法により操作することができるのが好ましく、また適当な制御コンピュータに動作するように接続されることが好ましい。
【０１０１】
したがって、この実施例では、燃料の流れのごくわずかの割合の部分、通常は３から６％、場合によっては、タンクからの燃料の流れの最大１０％までが実際に加熱される。これには、複数の利点がある。第１に、加熱されていない燃料の残り部分は、燃料を予熱しない従来技術のエンジンと実質的に同じ方法でタンク（１０）に向かい続け、そのため、このパーツに関しては追加ハードウェアは必要なく、したがって、本発明による燃料系統は比較的容易に既存のエンジンに後付けすることができる。第２に、燃料のごくわずかの割合の部分が加熱されるので、エンジンからの余分な熱は、一般的に、燃料の予熱だけに使用することができ、エンジンの性能を落とすことにはならない。第３に、燃料のごくわずかの割合の部分のみが加熱されるので、加熱された燃料によって生じる危険性は比較的小さく、どのような場合も、二次戻り配管（１９）及びバルブ（２６）は比較的すばやく反応し、潜在的に危険な燃料の過熱状況を緩和することができる。すべての燃料が加熱されるシステムでは、戻り配管内の燃料は、タンクに到達する前に冷却されなければならず、燃料系統内の気化した燃料によって生じる危険性が高まり、その結果、燃料系統の複雑さが増し、コストが上がる。
【０１０２】
本発明は、さらに、動作空気過剰率が燃料の予熱なしで同じエンジンの場合よりも実質的に大きいことを特徴とする。上述のように、大半の従来技術のエンジンは、約０．９６と約１．０４の間の空気過剰率で動作し、図３（ａ）及び図３（ｂ）で例示されているように、そのようなエンジンが実質的に高い空気過剰率、つまり１．３若しくは１．４で動作していた場合、エンジンによって発生するトルクは、ほぼ５０％だけ減少し、その一方で燃費は上がる。本発明では、操作系統を使用することにより、最適なトルク又は燃費、つまり本発明によって提供される燃料予熱なしの類似のエンジンと比較して、類似の出力改善された燃費、又は同じ燃費での改善された出力をもたらすように運転条件を変化させることができる。したがって、本発明の操作系統（９００）は、さらに、１．１よりも大きい、好ましくは１．２と１．４との間、より好ましくは１．２５と１．３との間の空気過剰率を与えるような空気過剰率を制御することと同義である、空燃比を制御する適当な制御手段（５００）を備える。このような制御は、通常、噴射手段（２０）の動作を制御するコンピュータにより実行される。従来技術のエンジン内の噴射手段を操作するのと類似の方法により、制御手段（５００）は、負荷、回転数などのエンジン運転パラメータに従って各シリンダに送られる燃料の量を判別するが、ただしさらに、特定の条件下で空気過剰率は実質的に１．０５よりも大きく、燃料系統（１００）とともに取得可能なトルク及び／又は燃費を最適化するような値を含むことが好ましい。さらに、又はそうする代わりに、制御系統（５００）は、エンジンのスーパーチャージャ又はターボチャージャ（５５０）に動作するように接続することができ、ただしそのときに、実際にエンジンは空気体積流量を上げるための装置を備えており、その場合、制御系統（５００）は、インジェクタ手段（２０）に供給される燃料の量及びスーパーチャージャ又はターボチャージャ（５５０）により供給される空気の体積流量のうちの一方若しくは両方を制御することができる。与えられた状況又はエンジン状態について適用する空気過剰率の値を決定するための正確なアルゴリズム、真理値表、又はその他の手段は、エンジンのそれぞれの特定のタイプ、使用される燃料のタイプ、ターボチャージャが使用されるのかそれともスーパーチャージャが使用されるのか、予熱される燃料の量、エンジンが定常状態で作動しているのか、加速しているのか、減速しているのか、アイドリング中なのか、本発明の燃料系統による燃料の気化の効率などによって異なり、空燃比制御手段は、それに応じて、適切にプログラムされる。したがって、制御手段（５００）は、エンジンの噴射手段（２０）だけでなく、エンジン状態に関して制限手段（５００）にデータを供給する任意個数の適当なセンサ（図に示されていない）にも動作するように接続される。制御系統（５００）は、さらにエンジン・コンピュータ、又は燃料噴射コントローラに動作するように接続されている独立の装置の形態をとることができる。それとは別に、制御系統（５００）は、エンジン・コンピュータ又は燃料噴射コントローラ内に組み込むことができる、つまり、エンジン・コンピュータ又は燃料噴射コントローラは、相応して、制御系統（５００）について説明されている方法で動作するようにプログラムされる。
【０１０３】
操作系統、及び特に本発明の燃料系統は、適当な媒質又は添加霧化システムとともにエンジン内に取り付けられることが好ましい。
【０１０４】
図７及び図８を参照すると、一実施例による添加霧化システム（４００）は、適当な体積の適当な媒質又は添加剤（４８２）を保持し、管路又は配管（４８１）を介して適当な添加霧化ユニット（４６０）にそれを供給するための詰め替え可能貯蔵容器（４８０）を備える。
【０１０５】
添加霧化ユニット（４６０）は、前記媒質（４８２）の粉砕、霧化、及び曝気のために用意されている。添加霧化ユニット（４６０）は、添加霧化ユニット（４６０）への熱伝達を最大にするため、通常、でエンジンの近く又はエンジンの上に装着される。
【０１０６】
添加霧化ユニット（４６０）は、内室（４９４）を定めるハウジング（４１０）を備えることが好ましい。通常適当なフィルタが備えられている２つの独立した吸気配管（４８３）、（４８５）を介して、内室（４９４）のボトム・エンド（４８３）に空気が供給される。吸気配管（４８３）、（４８５）はそれぞれ、媒質（４８２）の曝気のためのエアレータを通じて空気を内室（４９４）に送り込む。
【０１０７】
添加霧化ユニット（４６０）とエンジンとの間の熱交換により、媒質（４８２）の温度が上昇し、媒質を少なくとも一部気化させることができる。そうする代わりに、２つ以上の概内室を備えることもできる。気化及び曝気された媒質（４８２）は、内室（４９４）の上部空間（４９２）又は体積内に回収され、その後、任意選択により調節可能なバキューム・ポンプ（図に示されていない）及び管路（４９８）を介してエンジン吸気系統に吸い出される。吸気系統は、必要な低圧を供給することが好ましい。添加霧化ユニット（４６０）は、管路（４８１）及び適当な自動注入手段（図に示されていない）、通常は、適当なレベル検出器（４２５）により検出された媒質（４８２）のレベルの低下に応答する電気的制御バルブを介して媒質（４８２）の供給を絶やさない。そうする代わりに、適当なバキュームを使用して注入を行うこともできる。レベル検出器（４２５）は、通常、例えば、フロート及びソレノイドを含む配置を備え、適当なガード（４２８）を使用して、添加霧化ユニット（４６０）内のフロートの過剰な移動を防止することができる。スロットルに接続されているコンピュータ又はマイクロスイッチによる適当な制御手段を使い、エンジンの運転状態に応じて、空気路（４８３）、（４８５）の一方又は両方で空気を内室（４９４）に送り込むことができる。通常、一方の空気路、つまり配管（４８３）は、例えば、高エンジン負荷の条件で、両方の配管（４８３）、（４８５）が使用されているときに、霧化ユニット（４６０）が作動している間中ずっと空気を送り込む。蒸気は、低温、低圧である。
【０１０８】
図７を参照すると、都合よく、添加霧化ユニット（４６０）からの管路又は配管（４８９）の下流端は、エンジンの吸気系統（１６５）内に配置されている、空気マニホールド手段のちょうど上流、又は実際に中に組み込まれている分配カラー（９０）を備える。分配カラー（９０）は、実質的に放射状及び一様に配置され、エア・インテーク・ダクトの中の方に向いている複数の排出ノズル又はアパーチャ（９５）を備え、これにより、吸気系統（１６５）内で、特にインテーク・ダクト又はインテーク・マニホールドのところで、曝気された媒質（４８２）を実質的に均一に分配することができる。
【０１０９】
媒質（４８２）は、エタノール及び有機アルコールを含むメタノールなどと酢酸などとの混合物を含むことが好ましい。それぞれ、メタノールなどのパーセンテージは、通常、体積で６０％から８０％との間、そこで酢酸などのパーセンテージは２０％から４０％との間となる。通常、酢酸などの水溶液濃度は体積で３％から５％の間である。曝気された媒質（４８２）は、気化された燃料と混合された空気の流れの中の媒質の細かな液滴の懸濁を含む。
【０１１０】
それとは別に、媒質を前もって曝気することなく、貯蔵容器（４８０）と連絡している適当なスプレー・インジェクタ又はノズルを使って媒質をインテーク・マニホールドに直接噴霧することもできる。
【０１１１】
図９は、都合よく、燃料系統（１００）の主要素、加熱システム（３００）、及び添加霧化システム（４００）を例示している。
【０１１２】
この実施例の燃料系統（１００）は、特に通常エンジンに後付けするのに適している。したがって、図２及び図４を参照すると、図２に例示されている従来技術の通常エンジンは、次のように修正することができる。第１に、Ｔ字型連結器を配管（２１０）内に装備し、図４に例示されているように、任意選択のヒーター（３９０）を介して、インジェクタ手段（１７０）との流体による連絡を維持しながら、主燃料流がプレッシャ・バルブ（２０４）に向かうようにする。インジェクタ手段からの戻り配管（２２０）は、図４に例示されているように、バルブ（２０４）からブリーディング・バルブ（２６）に再配管され、もう１つのＴ字型連結器によりプレッシャ・バルブ（２０４）の下流端がブリーディング・バルブ（２６）及び戻り配管（２２０）に接続される。その後、例えば、図４、５、６（ａ）、及び６（ｂ）に示されているようにインジェクタ手段を修正し、エンジンの吸気系統に噴射する前に燃料の加熱を行うようにするか、又はそれとは別に、適当な何らかの手段を使用して燃料を加熱することができる。任意選択で、また好ましくは、図７及び８に例示されているように、添加霧化システム（４００）もエンジンに備えることができる。任意選択により、スーパーチャージャ又はターボチャージャ（５５０）もエンジンに取り付けることができる。最後に、エンジンは、本発明の操作系統を完全後付けすることができ、上で概要を述べた修正に加えて、制御ユニット（５００）もエンジン内に取り付けるか、又はそれとは別に、エンジン・コンピュータ又は燃料噴射コントローラを調整又は再プログラムして前記エンジン・コントローラとして動作するようにできる。
【０１１３】
したがって、本発明は、さらに、内燃エンジンに操作系統を後付けするためのキットに関するものであり、燃料の少なくとも一部を、エンジンの燃焼システムに送り込む前に、所定の温度まで加熱する加熱手段であって、前記温度は、燃料供給圧力の下で燃料の気化温度よりも低いが、燃料の一部が送り込まれる燃焼システム内の圧力の下で燃料の前記部分を実質的に気化させられる十分な温度である、加熱手段を備える。この所定の温度は、通常、約６０℃から約１００℃の範囲、好ましくは７０℃から約８５℃までの範囲である。
【０１１４】
このキットは、通常、
上流の一次配管及び下流の一次戻り配管を介してプレッシャ・バルブに動作するように接続されている燃料タンクを含む、前記プレッシャ・バルブの上流にある燃料噴射手段を備える一次燃料回路であって、前記燃料噴射手段はエンジンの燃焼システムと選択的に連絡する、一次燃料回路を備えるエンジンとともに使用し、
前記キットは、
（ｉ）前記一次配管を、タンクから前記燃料噴射手段へではなく、直接、前記タンクから前記プレッシャ・バルブへ再配管する第１の配管手段と、
（ｉｉ）前記燃料噴射手段を前記第１の配管手段に動作するように接続する第２の配管手段と、
（ｉｉｉ）前記燃料噴射手段の下流端を、前記プレッシャ・バルブではなく前記一次戻り配管に動作するように接続する第３の配管手段と、
（ｉｖ）前記燃料噴射手段内で燃料を加熱するのに適した燃料加熱手段とを備える。
【０１１５】
前記第１の配管手段及び前記第２の配管手段は、通常、タンクからの一次燃料配管により供給される供給燃料の流れの前記部分を流路を通して運ぶように適合されている。前記部分は、前記供給燃料の流れのさらに約１０％、好ましくは前記供給燃料の流れの約２％から約５％を含むことができ、燃料の前記部分は、実質的に燃料噴射手段を介してエンジンに供給する必要がある燃料の量であることが好ましい。
【０１１６】
前記第３の配管手段回路は、前記二次戻り配管内に適当な第２のプレッシャ・バルブを備えることが好ましい。
【０１１７】
キットの加熱手段は、その中の燃料温度を感知する適当な温度感知手段を備え、前記温度感知手段は適当なコントローラに動作するように接続され、前記コントローラは、前記第２のプレッシャ・バルブに動作するように接続されていることが好ましい。コントローラは、前記第２のプレッシャ・バルブを開き、前記温度感知手段により感知された前記燃料温度が所定限界を超えたときに燃料流を前記加熱手段から迂回させるように適合されている。
【０１１８】
このキットは、さらに、
基準空気過剰率よりも実質的に高い目標空気過剰率に対応する空燃比を前記エンジンに与えるための適当な制御手段を備えるのが好ましく、前記基準空気過剰率は、前記キットが存在しない場合のエンジンの少なくとも１つの最適な運転特性に関連付けられている。
【０１１９】
目標空気過剰率は、実質的に約１．０５よりも大きく、好ましくは約１．０５と約２．０との間、より好ましくは約１．１と約１．６との間、さらに好ましくは約１．１５と約１．５との間、さらに好ましくは約１．２と約１．４との間、さらに好ましくは約１．２５と約１．３５との間、さらに好ましくは約１．３であり、前記目標空気過剰率は、エンジンの最適な燃費と最適なトルクのうちの少なくとも１つを含むことができる、前記エンジンの少なくとも１つの最適な運転特性を与えるような値であることが好ましい。
【０１２０】
キットは、どのようなエンジン状態でも目標空気過剰率が、前記キットが存在しない場合及び実質的に同じエンジン状態で運転した場合に前記対応するエンジン内に送り込まれる対応する燃料の流れに関して前記燃焼システムに送り込む燃料の流れを少なくすることにより得られるように適合され、前記制御手段は、エンジンの前記燃料噴射手段に動作するように接続することができる。
【０１２１】
そうする代わりに、又はそれに加えて、どのようなエンジン状態でも目標空気過剰率は、前記キットが存在しない場合、及び実質的に同じエンジン状態で運転した場合に前記対応するエンジン内に送り込まれる対応する空気の流れに関して前記燃焼システムに送り込む燃料の流れを多くすることにより得ることができる。エンジンのエア入口システム内に備えられているターボチャージャを使用してより高い気流を送り込むことができ、制御手段は、前記吸気手段に動作するように接続され、エンジンの燃料噴射制御コンピュータ内に備えられる、適当なコンピュータ手段を備えることができる。
【０１２２】
本発明は、さらに、内燃エンジンに操作系統を後付けする方法に関するものであり、前記エンジンは、
上流の一次配管及び下流の一次戻り配管を介してプレッシャ・バルブに動作するように接続されている燃料タンクを含む、前記プレッシャ・バルブの上流にある燃料噴射手段を備える一次燃料回路であって、前記燃料噴射手段はエンジンの燃焼システムと選択的に連絡する、一次燃料回路を備え、
前記方法は、
（ｉ）前記一次配管を、タンクから前記燃料噴射手段へではなく、直接、前記タンクから前記プレッシャ・バルブへ再配管することと、
（ｉｉ）前記燃料噴射手段を前記再配管された一次配管に動作するように接続することと、
（ｉｉｉ）前記燃料噴射手段の下流端を、前記プレッシャ・バルブではなく前記一次戻り配管に動作するように接続することと、
（ｉｖ）前記燃料噴射手段内で燃料を加熱するのに適した燃料加熱手段とを備えることとを含む。
【０１２３】
工程（ｉｉ）において、タンクからの燃料の流れの一部は、流路を通して前記燃料を噴射手段に運ぶことができる。前記部分は、前記供給燃料の流れのさらに約１０％、好ましくは前記供給燃料の流れの約２％から約５％を含むことができ、実質的に燃料噴射手段を介してエンジンに供給する必要がある燃料の量であることが好ましい。
【０１２４】
この方法は、さらに、前記燃料噴射手段の下流端と前記一次戻り配管との間に適当な二次プレッシャ・バルブを備える工程を含むことが好ましい。この方法は、さらに前記加熱手段に中の燃料温度を感知するための適当な温度感知手段、並びに前記温度感知手段及び前記第２のプレッシャ・バルブに動作するように接続されている適当なコントローラを備えることを含むことが好ましい。前記コントローラは、前記第２のプレッシャ・バルブを開き、前記温度感知手段により感知された前記燃料温度が所定限界を超えたときに燃料流を前記加熱手段から迂回させるように適合されることが好ましい。
【０１２５】
この後付け方法は、さらに、
（ｉｉｉ）基準空気過剰率よりも実質的に高い目標空気過剰率に対応する空燃比を前記エンジンに与えるための適当な制御手段を備え、前記基準空気過剰率は、前記加熱手段が存在しない場合のエンジンの少なくとも１つの最適な運転特性に関連付けられていることを含むことが好ましい。
【０１２６】
前記目標空気過剰率は、好ましくは実質的に約１．０５よりも大きく、好ましくは約１．０５と約２．０との間、より好ましくは約１．１と約１．６との間、さらに好ましくは約１．１５と約１．５との間、さらに好ましくは約１．２と約１．４との間、さらに好ましくは約１．２５と約１．３５との間、さらに好ましくは約１．３である。目標空気過剰率は、エンジンの最適な燃費と最適なトルクのうちの少なくとも１つを含むことができる、前記エンジンの少なくとも１つの最適な運転特性を与えるような値であることが好ましい。
【０１２７】
後付け方法では、どのようなエンジン状態でも目標空気過剰率は、前記後付けが存在しない場合、及び実質的に同じエンジン状態で運転した場合に前記対応するエンジン内に送り込まれる対応する燃料の流れに関して前記燃焼システムに送り込む燃料の流れを少なくすることにより得ることができる。制御手段は、エンジンの前記燃料噴射手段に動作するように接続することができる。
【０１２８】
そうする代わりに、又はそれに加えて、どのようなエンジン状態でも目標空気過剰率は、前記後付けが存在しない場合、及び実質的に同じエンジン状態で運転した場合に前記対応するエンジン内に送り込まれる対応する空気の流れに関して前記燃焼システムに送り込む燃料の流れを多くすることにより得ることができ、エンジンのエア入口システム内に備えられているターボチャージャを使用してより高い気流を送り込むことができる。制御手段は、前記吸気手段に動作するように接続され、エンジンの燃料噴射制御コンピュータ内に備えられる、適当なコンピュータ手段を備えることができる。
【０１２９】
図１０を参照すると、本発明の第２の実施例では、操作系統は、必要な修正を加えて第１の実施例に関してすでに説明されているような制御系統及び一般に数字（１１００）で示されている燃料系統を備える。第２の実施例による燃料系統（１１００）は、１つ又は複数の一次燃料系路若しくは配管（１０１５）を介してフュエル・インジェクタ手段（１０２０）に動作するように接続されている、燃料タンク（１０１０）を備える。フュエル・インジェクタ手段（１０２０）は、エンジンのシリンダ毎に個々のフュエル・インジェクタを備えることが好ましい。通常、フュエル・インジェクタ手段（１０２０）は、燃料を吸気系統（又はディーゼル・タイプのエンジンでは、直接シリンダ）に供給し、通常、「自然吸気」エンジンでは約−０．６から０バールのゲージ圧力、ターボチャージャ付きエンジンでは−０．６から１．５バールのゲージ圧力である。
【０１３０】
第１の実施例とは対照的に、第２の実施例では、タンク（１０１０）から流れる燃料はすべて加熱され、燃料のわずかの割合の部分がシリンダ内に噴射されるが、残りは冷却された後、タンク（１０１０）に戻るが、これについては詳述される。
【０１３１】
そこで、フュエル・インジェクタ手段（１０２０）に流れている間に中の燃料を所定の温度まで加熱できるように配管（１０１５）に対し燃料加熱手段（１０３０）を用意し、燃料がこの温度を超えて過熱されないようにする適当な制御手段（図に示されていない）を用意する。第１の実施例のように、性能の著しい改善（後述する）は、約６０℃の燃料温度で有意なものになり始める。最適な燃料温度は、約７０℃から８５℃であることがわかっており、燃料温度をこれ以上高くしても性能にはほとんど影響しなかった。しかし、燃料をすべて加熱してから、未使用の燃料を冷却してタンクに戻すようにすると、第１の実施例よりも必要なエネルギーが増える。
【０１３２】
燃料加熱手段（１０３０）は、ヒーター、好ましくはエンジンの電気系統に動作するように接続されている電気的加熱手段を備えることができる。それに加えて、又はそれとは別に、燃料加熱手段（１０３０）は、例えば、主要な修正を加えて第１の実施例に出して説明されているように、エンジンの冷却系統又は他の高温部に動作するように接続されている熱交換器を備えることができる。
【０１３３】
一次燃料配管（１０１５）に動作するように接続されている適当なポンプ（図に示されていない）により、燃料を約２から３バールのゲージ圧力になるまで圧縮する。
【０１３４】
フュエル・インジェクタ手段のすぐ上流において、一次燃料配管は二次燃料配管（１０１７）に分岐し、適当なバルブ（１０１６）を介して、燃料の流れの大部分、通常は一次燃料配管（１０１５）内を流れる全燃料の９０％超、好ましくは約９４％から９７％を液体トラップ（１０５０）に迂回させる。したがって、噴射手段（１０２０）に供給される比較的小さな燃料流は、分岐（１０１７）と噴射手段（１０２０）の間で、一次配管（１０１５）の下流部分を通って流れる。
【０１３５】
バルブ（１０１６）の下流にある二次燃料系路又は配管（１０１７）内の圧力は、プレッシャ・バルブ（１０１６）により、通常約０．１５バールのゲージ圧力まで下がり、インジェクタ手段のところで比較的高い燃料圧力を維持する。
【０１３６】
一次燃料系路（１０１５）は、さらに燃料を加熱するため、特に寒い日にエンジンの始動時に使用できるフュエル・インジェクタ手段（１０２０）のすぐ上流にある補助ヒーター（１０７０）を備える。
【０１３７】
二次配管（１０１７）により、過剰な高温の燃料が液体トラップ（１０５０）に送り込まれ、燃料蒸気が液体燃料から分離される。液体トラップ（１０５０）は、さらに、エア入口（１０５２）も備える。液体燃料は、流路を通して、例えば、配管（１０５５）を介して燃料をタンク（１０１０）に安全に十分戻せる温度まで液体燃料の温度を下げるなどのためにコンベクタ・ファン（１０６６）に結合されたラジエータ配置（１０５８）を備える冷凍又は冷却系統（１２００）に運ばれる。
【０１３８】
第２の実施例は、さらに、必要な修正を加えて本明細書で説明されている相違点を持つ第１の実施例に関して説明されているのと類似している添加霧化システム（１４００）を備えることが好ましい。第１の実施例のように、添加霧化システム（１４００）は、さらに、適当な量の適当な媒質（４８２）を保持し、それを管路又は配管（１４８１）を介して適当な添加霧化ユニット（１４６０）に供給するための詰め替え可能な貯蔵容器（１４８０）、及び霧化された媒質をエンジンの吸気系統（１６５）に供給するための適当なカラー（１０９０）も備える。しかし、下部エア入口を介して空気だけを供給するのではなく、代わりに液体トラップ（１０５０）からの空気と気体燃料との混合気がフィルタ及び入口パイプ（１４８５）を介して室のボトム・エンドに供給される。
【０１３９】
図１１を参照すると、本発明の第３の実施例では、操作系統は、必要な修正を加えて第１の実施例に関してすでに説明されているような制御系統及び一般に数字（２１００）で示されている燃料系統を備える。第３の実施例による燃料系統（２１００）は、１つ又は複数の燃料系路又は配管（２０１５）を介してフュエル・インジェクタ手段（２０２０）に動作するように接続されている、燃料タンク（２０１０）を備える。フュエル・インジェクタ手段（２０２０）は、エンジンのシリンダ毎に個々のフュエル・インジェクタを備えることが好ましい。通常、フュエル・インジェクタ手段（２０２０）は、燃料を吸気系統又は直接シリンダに供給し、通常、「自然吸気」エンジンでは約−０．６から０バールのゲージ圧力、ターボチャージャ付きエンジンでは−０．６から１．５バールのゲージ圧力である。
【０１４０】
第１又は第２の実施例とは反対に、第３の実施例では、要求があったときに必要な燃料のみがタンク（２０１０）から供給され、したがって、タンク（２０１０）からの燃料流量は、第１及び第２の実施例よりも実質的に少ない。しかしながら、明細書でさらに説明するように、タンク（２０１０）から流れる燃料すべてが加熱され、その後、シリンダ内に噴射され、通常は、タンク（２０１０）に戻すべき燃料は残らない。
【０１４１】
そこで、フュエル・インジェクタ手段（２０２０）に流れている間に中の燃料を所定の温度まで加熱できるように配管（２０１５）に対し燃料加熱手段（１３００）を用意する。前記燃料加熱手段（１３００）は、必要な修正を加えて、第１又は第２の実施例に関して説明されているのと類似したものでよい。第１及び第２の実施例のように、性能の著しい改善（後述する）は、約６０℃の燃料温度で有意なものになり始める。最適な燃料温度は、約７０℃から８５℃であることがわかっており、燃料温度をこれ以上高くしても性能にはほとんど影響しなかった。
【０１４２】
一次燃料配管（２０１５）に動作するように接続されている適当なポンプ及び制御系統（図に示されていない）により、低い燃料流量が必要であるにもかかわらず、燃料を約２から３バールのゲージ圧力になるまで圧縮する。
【０１４３】
燃料系統（２１００）は、さらに、バルブ（２０２６）を介して共通配管（２７）の下流端をタンク（２０１０）に動作するように接続する戻り配管（２０１９）を備えることが好ましい。二次戻り配管（２０１９）により、一方で、共通配管（２７）から余分な燃料をタンク（２０１０）に戻すことができる。それに加えて、共通配管（２７）又はその上流にある空気若しくは燃料の蒸気も、戻り配管（２０１９）に放出し、その後、タンク（２０１０）に放出することができる。バルブ（２０２６）は、一次配管（２０１５）内を流れる割合の燃料の部分の温度を制御することができ、過熱した場合の安全弁として、開くバルブ（２０２６）が多いほど、配管（２０１５）を介して流れる燃料は多くなり、その結果、共通配管（２７）内の燃料の温度が低下する。バルブ（２０２６）は、自動化された方法で調整可能であり、機械的手段、電気的手段、空気圧式手段、又は油圧式手段など適当な方法により操作することができるのが好ましく、また適当な制御コンピュータに動作するように接続されることが好ましい。そこで、バルブ（２０２６）が閉じるか、又は少ししか開いていない場合に、これはインジェクタ手段のところで比較的高い燃料圧力を維持する。
【０１４４】
一次燃料系路（２０１５）は、さらに燃料を加熱するため、特に寒い日にエンジンの始動時に使用できるフュエル・インジェクタ手段（２０２０）のすぐ上流にある補助ヒーター（２３９０）を備えることが好ましい。
【０１４５】
第３の実施例は、さらに、適当な量の適当な媒質（４８２）を保持し、それを管路又は配管（２４８１）を介して適当な添加霧化ユニット（２４６０）に供給するための詰め替え可能な貯蔵容器（１４８０）、及び霧化された媒質を吸気系統（１６５）に供給するための適当なカラー（２０９０）を含む、必要な修正を加えて第１の実施例に関して説明されているのと類似している添加霧化システム（２４００）も備えることが好ましい。
【０１４６】
第１の実施例と同様に、第２及び第３の実施例も、必要な変更を加えて、第１の実施例について説明されているのと類似の方法により、従来技術により提案されている比率よりも希薄な空燃比で動作させることが好ましい。
【０１４７】
図１２を参照すると、本発明の第４の実施例では、操作系統は制御系統（３５００）及び燃料系統（３１００）を備える。第４の実施例による燃料系統（３１００）は、１つ又は複数の一次燃料系路若しくは配管（３０１５）を介してエンジン（３０００）のフュエル・インジェクタ手段（３０２０）に動作するように接続されている、燃料タンク（３０１０）を備える。燃料噴射手段（３０２０）は、エンジンのシリンダ毎に個々のフュエル・インジェクタを備えることが好ましい。通常、フュエル・インジェクタ手段（３０２０）は、燃料を吸気系統又は直接シリンダに供給し、通常、「自然吸気」エンジンでは約−０．６から０バールのゲージ圧力、ターボチャージャ付きエンジンでは−０．６から１．５バールのゲージ圧力である。
【０１４８】
第４の実施例では、燃料の流れの一部は、及びエンジン（３０００）への空気の流れの一部は、特別な混合気予熱器（３８００）に迂回され、燃料は空気と混合され、前記所定の温度まで予熱されてから、燃焼システム内に噴射され、そこからシリンダに送られ、通常は、ここでさらに説明するように、タンク（３０１０）に戻すべき燃料は残っていない。
【０１４９】
第１、第２、及び第３の実施例と同様に、性能の著しい改善は、燃料の種類にもよるが、約６０℃の燃料温度で有意なものになり始める。最適な燃料温度は、約７０℃から８５℃と思われ、燃料温度をこれ以上高くしても性能にはほとんど影響しない。
【０１５０】
そこで、図１２を参照すると、燃料系統（３１００）は、一次燃料配管（３０１５）から分岐し、燃料系統（３１００）を予熱器（３８００）のフュエル入口ポート（３８１０）に接続する二次配管（３１０１）を備える。
【０１５１】
燃料系統（３１００）は、さらに、バルブ（図に示されていない）を介してインジェクタ（３０２０）の下流端をタンク（３０１０）に動作するように接続する戻り配管（３０１９）を備えることが好ましい。戻り配管（３０１９）により、余分な燃料をタンク（３０１０）に戻すことができる。
【０１５２】
バイパス配管（３０１６）は、一次燃料配管（３０１５）と戻り配管（３０１９）との間に用意され、プレッシャ・バルブ（３０１７）とタップ（３０１４）とを備え、タップは、後述のように低圧が必要な場合のみ開く。一次燃料配管（３０１５）に動作するように接続されている適当なポンプ及び制御系統（図に示されていない）により、低い燃料流量が必要であるにもかかわらず、燃料を約２から３バールのゲージ圧力になるまで圧縮し、バイパス配管はゲージ圧力を約１．８から１．９バールの範囲の値に下げる。燃料圧力を基準エンジン（つまり、本発明の操作系統を有しないエンジン）に関して下げて、追加フュエル・インジェクタ（予熱器（３８００）内の）の追加を補正する。フュエル・インジェクタを追加すると、通常、さらに多くの燃料が同じ圧力で供給され、空気過剰率が減少する。
【０１５３】
図１３から１６を特に参照すると、予熱器（３８００）は、混合室（３８７０）及び適当な加熱手段を含むかなり頑丈なハウジング（３８５０）を備えている。加熱手段は、通常、熱交換器配置の形態であり、ハウジング内の適当な配管（３８６３）又は流路を介してウォータ出口ボート（３８６２）に接続されているウォータ入口ポート（３８６１）を備える。そこで、エンジン冷却系統（３００）は、冷却系統の温度の高い部分から分岐し、前記予熱器（３８００）内のウォータ入口ポート（３８６１）に接続されている配管（３０１）、及び冷却系統の温度の低い部分から分岐し、前記予熱器（３８００）内のウォータ出口ポート（３８６２）に接続する第２の配管（３０２）を有する第２の回路を備える。エンジン冷却系統内で加熱された熱水は、熱交換器配置を介してハウジング（３８５０）を通過し、以下で明らかになるが、それによって、ハウジング並びにそこに投入される燃料及び空気を加熱する。サーモスタット（図に示されていない）は、本発明により、ハウジング、及び特にその中の燃料の温度を所定の上下限範囲内に維持するために備えられる。それとは別に、予熱器内で適切な温度に達したときに本発明によりサーモスタットをエンジンの操作に使用することができ、温度が必要な温度よりも低い間、エンジンは、通常のように、λの従来技術の値、例えば、定常状態条件では約１で動作する。ハウジング（３８５０）は、通常、例えば堅いアルミニウム又は適当な他の金属などの熱伝導材料から作られ、したがって、加熱システムから室（３８７０）へ熱を容易に伝えられる。それとは別に、ハウジングは、実質的に中空であって前記室（３８７０）を定める内部ケーシングを有していてもよく、その場合、適当な液体、固体、気体、又はその他の熱伝導媒質がハウジングとケーシングとの間の容積内に供給される。
【０１５４】
配管（３８１１）は、フュエル入口ポート（３８１０）を、適当なリード（３９１０）を介してそこに動作するように接続されているコントローラ（３９００）から受け取ったコマンドに応じて燃料を計測した量だけ室（３８７０）の上流端内に分給する燃料分給出口（３８１３）を有するフュエル・インジェクタ（３８１２）と接続する。
【０１５５】
配管（３３１０）は、エンジンの吸気系統（１６５）からある程度の空気を、室（３８７０）の上流端にこのエア・ブリードを導き入れるハウジング（３８５０）内に備えられているエア入口ポート（３３２０）に送り込む。
【０１５６】
室（３８７０）は、上流端（３８７１）のところに混合プレナム（３８７３）を、下流端（３８７２）のところに加熱部分（３８７４）を備える。少なくとも、加熱部分（３８７４）は、通常、円筒状であり、室（３８７０）の縦方向の長さは、加熱部（３８７４）の直径よりも実質的に大きいことが好ましい。
【０１５７】
加熱部分（３８７４）は、プレナム（３８７１）に導き入れられる空気と燃料との混合を高め、ハウジング（３８５０）から混合気への熱伝達を最大にするように適合される。加熱部分（３８７４）は、流線形の上流部分（３８８１）、ボディ部分（３８８２）、及び実質的に平滑な下流端（３８８３）を有する実質的に円筒状のコア部分（３８８０）を備える。多数の縦方向の流路（３８８５）（本発明では、４つあるが、それよりも多くても少なくてもよい）が、ボディ部分（３８８２）の円筒表面上に形成され、開いている下流端（３８８６）を備え、各流路（３８８０）は上流端に開口（３８８７）のあるコア部分（３８８０）内に形成されている対応する配管（３８８４）上に重ねられ、流路（３８８５）の長さ方向に沿って配列されている複数のアパーチャ（３８８９）を介して対応する流路（３８８５）と流体により連絡している。ボディ部分（３８８２）の外径は、２つのコンポーネントの間にぴったり収まるように加熱部分（３８７４）の内径よりもわずかに小さい。
【０１５８】
そこで、ブリード配管（３３１０）からの空気及びインジェクタ（３８１２）からの燃料がプレナム（３８７３）に導き入れられる。その後、空気と燃料は、開口（３８８７）から配管（３８８４）内に入り、アパーチャ（３８８９）を通り、対応する流路（３８８５）内に入り、その際に混合される。それと同時に、寸法が比較的小さな幅又は直径である配管（３８８４）及び流路（３８８５）は、端部（３８８６）への比較的長い通路とともに、ハウジング（３８５０）とコア部分（３８８０）との間で多量の熱伝達が必ず生じ、混合気が効率的にその中を通るようにする。その後、適切に加熱された混合気は、それぞれ出口（３８５１）及び配管（３８５２）を介して吸気系統及びフュエル・インジェクタにより供給される空気及び燃料の残り部分とともに、エンジンの燃焼システムに供給される。
【０１５９】
燃料系統（３１００）のフュエル・インジェクタ（３０２０）の活動は、通常のエンジン管理システム又はコンピュータ（３１２０）により調整される。通常、当業の通常エンジンでは、コンピュータ（３１２０）は、例えば酸素センサ（３１２２）などの多数の異なるセンサを介して感知された、エンジンのある範囲又は状態についてインジェクタ（３０２０）を介して燃焼システムに供給する燃料の量を制御する。このような酸素センサ（３１２２）は、エンジンに供給されている酸素の量をリアルタイムで判別できるようにするため当業でふつうに使用されており、実際には、排気ガス中の酸素のレベルを感知するのが通常である。例えば、センサが排気ガス中に酸素が多すぎると判別した場合、これは、より多くの燃料が必要であることを意味する。そこで、エンジンのスピードと負荷に適切な空気過剰率に基づいて、酸素センサからの入力により、コンピュータは、燃焼室に供給される必要がある燃料を判別することができる。そこで、通常の定常状態の条件では、供給される燃料の量は、空気過剰率がほぼ１（定常状態条件の下で）となりような量であり、空燃比はほぼ理論空燃比である。加速又は大きな負荷がかかっているときには、空気過剰率は、さらに多くの燃料を加えることにより下げられ、アイドリング時には、空気過剰率は増大するが、通常は１を超えない。
【０１６０】
さらに、第４の実施例による操作系統は、コントローラ（３９００）を備え、この機能は、本発明の他の実施例の場合のように、本発明の操作系統がなければ対応するエンジンに関して実質的に大きくなる、本発明によりエンジンが動作する空気過剰率を制御することである。コントローラ（３９００）は、したがって、ソフトウェア及び／又はハードウェアに関して、エンジン・コンピュータ（３１２０）の一部であり、したがってその中に組み込むことができる。それとは別に、コントローラ（３９００）は、コンピュータ（３１２０）から独立しており、独立したコンピュータ又はその他の電子制御手段を備えることができ、したがって、予熱器（３８００）と併せて、後付けキットとして既存の車両上に後付け可能である。そのような場合、コントローラ（３９００）は、コンピュータ（３１２０）及び予熱器（３８００）のフュエル・インジェクタ（３８１２）に、さらにもちろん、適当な電源に、適切であれば、さらにスーパーチャージャ又はターボチャージャにも、動作するように接続される。
【０１６１】
その一方で、コントローラ（３９００）は、コンピュータ（３１２０）に対し問い合わせを行い、エンジンの現在の運転状態、例えば、加速なのか、アイドリングなのか、クルージングなのかを判別する。その後、この状態に必要な空気過剰率をコンピュータが判別したことに基づいて、コントローラ（３９００）は、本発明により適切な空気過剰率を算出するが、これは、コンピュータ（３１２０）により判別された値よりも実質的に高く、通常は約１である。
【０１６２】
それとは別に、酸素センサ（３１２２）などの１つ又は複数のセンサは、コンピュータ（３１２０）ではなく、コントローラ（３９００）に接続されている。すると、コントローラ（３９００）は、本発明により適切な空気過剰率に関してエンジンにより必要な燃料の量を算出し、これは、従来技術のエンジンよりも実質的に高く、動作状態にもよるが、つまり、エンジンの速度及び負荷、並びにエンジンに供給される空気又は酸素の量にもよるが、通常は約１．３である。この接続では、バルブ（３０１７）及びタップ（３０１４）を含むハイパス配管（３０１６）は、燃料圧力を約１．８バール若しくは１．９バールのゲージ圧力まで下げ、そうすることにより、燃料の流れを減らしフュエル・インジェクタに送ることができる。
【０１６３】
その後、コントローラ（３９００）は、適切な信号をコンピュータ（３１２０）に送信し、空気過剰率の必要な高い値が得られるような適切な量だけインジェクタ（３０２０）により噴射される燃料の量を減らす。
【０１６４】
コントローラ（３９００）は、その後、次の信号をコンピュータ（３９００）に送信し、それでも空燃比が正しいことを確認する。この後者の信号がないと、コンピュータ（３１２０）は、空燃比が低すぎると感知し（空気過剰率がかなり高いため）、それを理論空燃比又はエンジンが通常必要とするであろう値（つまり、本発明の操作系統がない場合）まで高めることになるであろう。実際、通常であれば必要な空気過剰率を計算できるようにするため必要な入力をコンピュータ（３１２０）に供給するセンサは、代わりに、コントローラ（３９００）に接続されることになる。次に、コントローラ（３９００）は、エンジンが通常の空気過剰率で運転されている場合にコンピュータがそれらのセンサから受け取っているであろう信号を模倣する適切な信号をコンピュータ（３１２０）に供給する。そこで、コンピュータ（３１２０）は、エンジンが通常の空気過剰率で運転しているかのように動作する。
【０１６５】
さらに、コントローラ（３９００）は、予熱器（３８００）のフュエル・インジェクタ（３８１２）の活動も制御し、そこで、エンジンの状態に応じて適切な信号をインジェクタ（３８１２）に供給する。エンジンに送られる燃料の一部はインジェクタ（３８１２）を対して供給されるため、インジェクタ（３０２０）により供給される燃料は、実際にはさらに減らされ、有効運転空気過剰率は、つまり、インジェクタ（３０２０）により供給される燃料及び吸気系統により供給される空気流に関して、定常状態のクルージング条件に関し実質的に１．４より小さく、通常は約１．２８７である。他の条件での空気過剰率も、必要な変更を加えて、同様に調整される。エンジンにスーパーチャージャ又はターボチャージャを装着する場合、気流も、コントローラ（３９００）により、必要な空気過剰率が得られるように燃料投入とともに制御することができる。
【０１６６】
任意選択により、コントローラ（３９００）は、さらに、いくつかの条件の下で、通常の空気過剰率でエンジンが運転できるように適合することができる。例えば、加速時に、本発明によるより高い空気過剰率ではなく通常又は基準空気過剰率でエンジンを運転すると都合がよい場合がある。このような場合、コントローラ（３９００）は、タップ（３０１４）を閉じて、さらに、予熱器のフュエル・インジェクタ（３８１２）への燃料の供給も閉じて、その後、適切な燃料をフュエル・インジェクタ（３０２０）に供給するように適切な信号をエンジン・コンピュータ（３１２０）に送信する。
【０１６７】
上述の第１、第２、及び第３の実施例による後付けでは、コントローラ（３９００）に類似のコントローラを、必要な変更を加えてから使用することにより、エンジン管理システム又はエンジンの通常コンピュータとやり取りを行い、その運転に対する修正を最小限に抑えるようにできる。
【０１６８】
任意選択により、第４の実施例は、さらに、適当な量の適当な媒質を保持し、それを管路又は配管を介して適当な添加霧化ユニットに供給するための詰め替え可能な貯蔵容器、及び霧化された媒質を吸気系統に供給するための適当なカラーを含む、必要な修正を加えて第１の実施例に関して説明されているのと類似している添加霧化システム（図に示されていない）も備えることが好ましい。それとは別に、媒質を曝気しない場合であっても、媒質貯蔵容器と連絡している適切なインジェクタを介して媒質を直接燃焼室（１２２）に噴射することもできる。それとは別に、霧化された媒質を直接、適当な流路を介して予熱器（３８００）のプレナム（３８７３）に供給することもできる。
【０１６９】
したがって、第４の実施例は、例えば、以下のようにして、通常のエンジンに容易に後付けできる。Ｔ字型連結器を接続することにより、メイン・燃料系路（３０１５）を修正し、予熱器（３８００）のフュエル入口ポート（３８１０）に接続される二次配管を備える。バイパス配管（３０１６）は、一次燃料配管（３０１５）と戻り配管（３０１９）との間に用意され、プレッシャ・バルブ（３０１７）とタップ（３０１４）とを備える。同様に、エンジンの冷却系統、特に、ラジエータ内に出入りする水配管も、同様に修正し、ある割合の熱水がポート（３８６１）及び（３８６２）を介して予熱器（３８００）に放出されるようにする。その後、エア入口ポート（３３２０）を介して吸気系統から予熱器（３８００）にエア・ブリードが送られる。
【０１７０】
その後、コントローラ（３９００）は、予熱器（３８００）及び車載コンピュータ（３１２０）に接続され、もちろん、適当な電源にも接続されている。
【０１７１】
図１７から２０を参照すると、本発明の第５の実施例では、操作系統は、予熱器に関する以下の相違点とともに、必要な変更を加えて、第４の実施例に関してここで実質的に説明されているような制御系統及び燃料系統を備える。
【０１７２】
第４の実施例のように、燃料の流れの一部は、及びエンジンへの空気の流れの一部は、特別な混合気予熱器（４８００）に迂回され、燃料は空気と混合され、前記所定の温度まで予熱されてから、燃焼システム内に噴射され、そこからシリンダに送られ、必要な変更を加えて第４の実施例に関して説明されているように、通常はタンクに戻すべき燃料は残っていない。第４の実施例と共通して、予熱器は、エンジンの燃焼システムと連絡しており、したがって予熱器は、燃焼システムと実質的に同じ圧力がかかっている。そのため、予熱器は、燃料の一部（及びさらにある程度の空気）を所定の温度まで加熱してから燃料の前記一部をエンジンの燃焼システムに送り込む。この所定の温度が燃料供給圧力下で燃料の気化温度よりも低い間、それにもかかわらず、燃料のこの部分を予熱器内に存在する前記燃焼システムの周囲圧力下で実質的に気化させられるようにすることなどは十分である。
【０１７３】
本明細書で説明されている他の実施例と同様に、性能の著しい改善は、燃料の種類にもよるが、約６０℃の燃料温度で有意なものになり始める。最適な燃料温度は、約７０℃から８５℃と思われ、燃料温度をこれ以上高くしても性能にはほとんど影響しない。
【０１７４】
第４の実施例と同様に、二次燃料配管は、燃料系統を予熱器（４８００）のフュエル入口ポート（４８１０）に接続している一次燃料配管から分岐し、燃料系統は、さらに、バルブを介して、エンジンのフュエル・インジェクタの下流端をタンクに動作するように接続する戻り配管を備えることが好ましい。戻り配管により、余分な燃料をタンクに戻すことができる。バイパス配管は、一次燃料配管と戻り配管との間に用意され、プレッシャ・バルブとタップとを備え、タップは、必要な変更を加えて第４の実施例に関してすでに説明されたように、低圧が必要な場合のみ開く。一次燃料配管に動作するように接続されている適当なポンプ及び制御系統により、低い燃料流量が必要であるにもかかわらず、燃料を約２から３バールのゲージ圧力になるまで圧縮し、バイパス配管はゲージ圧力を約１．８から１．９バールの範囲の値に下げる。燃料圧力を基準エンジン（つまり、本発明の操作系統を有しないエンジン）に関して下げて、追加フュエル・インジェクタ（予熱器（４８００）内の）の追加を補正する。フュエル・インジェクタを追加すると、通常、さらに多くの燃料が同じ圧力で供給され、空気過剰率が減少する。
【０１７５】
図１７から２０を特に参照すると、予熱器（４８００）は、混合室（４８５０）及び適当な加熱手段を含むかなり頑丈なハウジング（４８７０）を備えている。加熱手段は、通常、熱交換器配置の形態であり、ハウジング内の適当な配管（４８６９）又は流路を介してウォータ出口ボートに接続されているウォータ入口ポートを備える。そこで、エンジン冷却系統は、冷却系統の温度の高い部分から分岐し、前記予熱器（４８００）内のウォータ入口ポートに接続されている配管、及び冷却系統の温度の低い部分から分岐し、前記予熱器（４８００）内のウォータ出口ポートに接続する第２の配管を有する第２の回路を備える。エンジン冷却系統内で加熱された熱水は、熱交換器配置を介してハウジング（４８５０）を通過し、以下で明らかになるが、それによって、ハウジング並びにそこに投入される燃料及び空気を加熱する。サーモスタット（図に示されていない）は、本発明により、ハウジング、及び特にその中の燃料の温度を所定の上下限範囲内に維持するために備えられる。それとは別に、予熱器内で適切な温度に達したときに本発明によりサーモスタットをエンジンの操作に使用することができ、温度が必要な温度よりも低い間、エンジンは、通常のように、λの従来技術の値、例えば、定常状態条件では約１で動作する。ハウジング（４８５０）は、通常、例えば堅いアルミニウム又は適当な他の金属などの熱伝導材料から作られ、したがって、加熱システムから室（４８７０）へ熱を容易に伝えられる。それとは別に、ハウジングは、実質的に中空であって前記室（４８７０）を定める内部ケーシングを有していてもよく、その場合、適当な液体、固体、気体、又はその他の熱伝導媒質がハウジングとケーシングとの間の容積内に供給される。
【０１７６】
配管（４８１１）は、フュエル入口ポート（４８１０）を、適当なリード（４９１０）を介してそこに動作するように接続されているコントローラから受け取ったコマンドに応じて燃料を計測した量だけ室（４８７０）の上流端内に分給する燃料分給出口（４８１３）を有するフュエル・インジェクタ（４８１２）と接続する。
【０１７７】
配管（４３１０）は、エンジンの吸気系統（１６５）からある程度の空気を、ハウジング（４８５０）内に備えられているエア入口ポート（４３２０）に送り込み、このエア・ブリードを室（４８７０）の上流端に導き入れる第５の実施例では、空気配管（４３１０）は、第４の実施例よりも大きく、比較的多くの空気を予熱器（４８００）内に導き入れることができる。
【０１７８】
室（４８７０）は、エア入口ポート（４３２０）及びフュエル・インジェクタ出口（４８１３）のすぐ下流に混合及びガス化ゾーン（４８７３）を備え、また室（４８７０）の下流端（４８７２）に補助加熱部分（４８７４）を備える。加熱部分（４８７４）は、通常、円筒状であるが、ゾーン（４８７３）は、通常、長方形のセクションであり、室（４８７０）の縦方向の長さは、加熱部分（４８７４）の直径よりも実質的に大きいことが好ましい。
【０１７９】
第４の実施例と第５の実施例との大きな違いは、ゾーン（４８７３）にある。第５の実施例では、ゾーン（４８７３）は、少なくとも１つの、及び好ましくは２つのパドル形ローター（４６２０）、その上流にあるノズル（４６１０）、及びその下流にある二重ネット隔壁又はスクリーン配置（４６５０）を備える。
【０１８０】
ノズル（４６１０）は、円形又は実質的に長方形の出口を有し、長手方向は軸に対し直交している、室（４８７０）の縦軸（４６９０）と実質的に位置が揃えられている。ノズル（４６１０）は、室（４８７０）の上流端に供給される空気と燃料を加速し、この混合気をローター（４６２０）に向けて送る。
【０１８１】
特に図１８を参照すると、それぞれのローター（４６２０）は、予熱器（４９００）の縦軸（４６９０）に直交する形で回転するように取り付けられており、複数の羽根（４６２５）を備える。ローター（４６２０）は、図１８に例示されているように、平行な軸とともに取り付けられ、ノズル（４６１０）からの混合気は、ローター（４６２０）の間の領域（４６４０）に向けて送られ、ローター（４６２０）は逆回転する。特に図１９（ａ）から１９（ｂ）を参照すると、それぞれの羽根（４６２５）は、根元でローター（４６２０）のハブ（４６３０）に結合され、先端で１つに結合されている一対の外向に膨れた壁（４６２１）を備える壁（４６２１）は、遠心力が加わるとゆがんで各羽根（４６２５）の２つの壁（４６２１）が一体になる薄いメッシュ材料でできており、これらのメッシュは実質的に重なっているが、通常は実質的に同調していない、つまり、１つのメッシュ内のオープン・スペースすべてが他のメッシュ内のオープン・スペースの上に重なり、したがって、この２つのメッシュの有効な空き領域は減少する。そのため、ノズルを通る流れが比較的低速な場合、ローター（４６２０）は、比較的遅い速度で回転し、そこを流れる燃料の液滴はそれぞれ羽根の両方の壁を通過しなければならず、それらの羽根で燃料を霧化し、加熱手段によって与えられる熱入力を使って燃料をガス化する能力が高まる。流量が大きければ、ローターを高速回転させ、したがって羽根の壁を一体にした場合、燃料液滴はより大きな力で羽根にあたり、重ねられているメッシュ内の比較的小さな開口が開いて燃料の霧化とガス化を助ける。
【０１８２】
スクリーン配置（４６５０）がローター（４６２０）の下流に用意されており、ガス化された燃料が空気と一緒にそこを通り加熱部分（４８７４）に向かうことのみが可能になる。特に図２０を参照すると、スクリーン配置は、少なくとも１つのメッシュ及び好ましく一対のメッシュを備え、ゾーン（４８７３）内の軸（４６９０）に実質的に直交して取り付けられているベース・メッシュ（４６５２）、及びゾーン（４８７３）の軸（４６９０）と実質的に平行又は同軸である軸を中心としてベース・メッシュ（４６５２）に関して回転するように取り付けられている二次メッシュ（４６５４）を備える。ベース・メッシュ（４６５２）は、実質的に半球形であるか、又は下流方向では凸である他の適当な形状であり、二次メッシュ（４６５４）を受け入れるようになっており、これは実質的に半球形であるか、又はその凹面内でベース・メッシュ（４６５２）を補完する形状を持つ。二次メッシュ（４６５４）は回転の軸を中心に一方向にベース・メッシュに関して回転されるとき、１つのメッシュのいくつかのノードは、他のメッシュのオープン・スペースを覆い、またその逆もあり、スクリーン配置（４６５０）の有効な空き領域を事実上減らすことになる。二次メッシュが反対方向に回転されると、有効な開いている領域は再び増える。
【０１８３】
そこで、二重メッシュ又はネット配置（４６５０）により、メッシュ又はネットのそれぞれの開いている領域及び閉じている領域の相対的位置に応じて、開いているネット領域を閉じるか、又は開くことができる。例えば、予熱器（４８００）内の燃料の急激な増加を加速する必要がある場合、バキュームを減らす、つまり、空気圧力を高め、シリンダへの流れを減らす。したがって、ネット配置（４６５０）は開くとエンジンへの気流を増やす。エンジンの回転数を上げ、予熱器（４８００）とエンジンとの間の差圧を再び回復すると、ネット配置（４６５０）は再び閉じて、元の流れ領域を与える。ネット配置を作動させて、特定の圧力で有効な流れ領域を開き、圧力が低下したときに閉じる適当なメカニズムを用意する。このようなメカニズムは、ネット配置（４８００）が完全に開いた有効領域になるまで開く差圧値を設定するなどのために予熱器（４８００）から外部的に調整可能であることが好ましい。
【０１８４】
ネット配置（４６５０）では、霧化又は気化された燃料と空気との混合気は通過できても燃料の液滴は通過できない。必要な加速が得られ、差圧が再び増加した場合、ネット配置（４６５０）は元の位置に戻り、有効な流れ領域は再び減少する。この実施例では、吸気配管（４３１０）は第４の実施例と比べて大きく、加速要求に対する応答時間を短縮できる。
【０１８５】
加熱部分（４８７４）は、予熱器（４８００）を出る前に空気と燃料の混合気をさらに加熱し、ハウジング（４８５０）から混合気への熱伝達を最大にするように適合されている。加熱部分（４８７４）は、流線形の上流部分（４８８１）、ボディ部分（４８８２）、及び実質的に平滑な下流端（４８８３）を有する実質的に弾丸形のコア部分（４８８０）を備える。ボディ部分は、第４の実施例よりも実質的に短くてよい。多数の縦方向流路（４８８５）（本実施例では、４つであるが、それより多くても少なくてもよい）が、ボディ部分（４８８２）の表面に形成されており、開いている下流端（４８８６）、及び上流端の開口（４８８７）を有する。ボディ部分（４８８２）の外径は、２つのコンポーネントの間にぴったり収まるように加熱部分（４８７４）の内径よりもわずかに小さい。
【０１８６】
そこで、ブリード配管（４３１０）からの空気及びインジェクタ（４８１２）からの燃料がノズル（４６１０）を介してゾーン（４８７３）内に導き入れられる。この後、燃料はローター（４６２０）及び熱入力により霧化され、気化されて、空気と混合される。次に、空気及び気化された燃料の混合気は、ネット配置（４６５０）を通過し、加熱部分（４８７４）に至り、まだ気化されていない燃料は循環されゾーン（４８７３）に戻り、結局気化される。その後、混合気は開口（４８８７）を介して流路（４８８５）に入り、ハウジング（４８５０）とコア部分（４８８０）との間で熱伝達が生じ、混合気は効率的にその中を通る。ゾーン（４８７３）は、エンジンの燃焼システムと実質的に同じ圧力であり、予熱器（４８００）内の燃料への熱伝達は、燃料をこの圧力下で気化温度まで加熱するような熱伝達である。（もちろん、この温度は燃料供給圧力自体では燃料を気化するには低すぎる。）その後、適切に加熱された混合気は、それぞれ出口（４８５１）及び配管（４８５２）を介して吸気系統及びフュエル・インジェクタにより供給される空気及び燃料の残り部分とともに、配管（４８５２）を介して、エンジンの燃焼システムに供給される。
【０１８７】
エンジンの元の燃料系統のフュエル・インジェクタの活動は、必要な変更を加えて、第４の実施例について説明されているのと類似の方法で、通常のエンジン管理システム又はコンピュータにより調整される。
【０１８８】
したがって、第５の実施例は、例えば、以下のようにして、通常のエンジンに容易に後付けできる。Ｔ字型連結器を接続することにより、燃料系統のメイン・燃料系路を修正し、予熱器（４８００）のフュエル入口ポート（４８１０）に接続される二次配管を備えるようにする。バイパス配管は、一次燃料配管と戻り配管との間に用意され、プレッシャ・バルブとタップとを備える。同様に、エンジンの冷却系統、特に、ラジエータ内に出入りする水配管も、同様に修正し、ある割合の熱水がウォータ・ポートを介して予熱器（４８００）に放出されるようにする。その後、エア入口ポート（４３２０）を介して吸気系統から予熱器（４８００）にエア・ブリードが送られる。その後、コントローラ（３９００）は、予熱器（４８００）並びに車載コンピュータ（３１２０）及びセンサに接続され、もちろん、第４の実施例の場合のように、適当な電源にも接続されている。
【０１８９】
本発明は、さらに、内燃エンジンを操作する方法に関するものであり、
（Ａ）燃料の少なくとも一部（任意選択により空気とともに）を、エンジンの燃焼システムに送り込む前に、所定の温度まで加熱し、前記温度は、燃料供給圧力の下で燃料の気化温度よりも低いが、燃焼システムの圧力の下で燃料の前記部分を実質的に気化させられる十分な温度であることを含む。
【０１９０】
この所定の温度は、通常、約６０℃から約１００℃の範囲、好ましくは７０℃から約８５℃までの範囲である。燃料の少なくとも一部は、本明細書で定められているように燃料系統により加熱されることができる。
【０１９１】
この方法は、さらに、
（Ｂ）基準空気過剰率よりも実質的に高い空気過剰率を与えるような前記エンジンへの空燃比を制御することを含むのが好ましく、前記基準空気過剰率は、対応するエンジンの少なくとも１つの最適な運転特性に関連付けられており、工程（Ａ）は前記対応するエンジンに適用されない。
【０１９２】
前記基準空気過剰率は、通常０．９６と１．０４の間であり、前記目標空気過剰率は、実質的に約１．０５よりも大きく、好ましくは約１．０５と約２．０との間、より好ましくは約１．１と約１．６との間、さらに好ましくは約１．１５と約１．５との間、さらに好ましくは約１．２と約１．４との間、さらに好ましくは約１．２５と約１．３５との間、さらに好ましくは約１．２８７若しくは１．３である。前記目標空気過剰率は、エンジンの最適な燃費と最適なトルクのうちの少なくとも１つを含むことができる、前記エンジンの少なくとも１つの最適な運転特性を与えるような値であることが好ましい。基準空気過剰率は、通常、質量で約１４．７：１の空燃比に対応する。
【０１９３】
どのようなエンジン状態でも目標空気過剰率は、実質的に同じエンジン状態で運転した場合に（Ｂ）において前記対応するエンジン内に送り込まれる対応する燃料の流れに関して前記燃焼システムに送り込む燃料の流れを少なくすることにより得られる。前記空気過剰率は、エンジンの燃料噴射手段に動作するように接続されている適当な制御手段により制御することができる。
【０１９４】
そうする代わりに、又はそれに加えて、どのようなエンジン状態でも目標空気過剰率は、実質的に同じエンジン状態で運転した場合に（Ｂ）において前記対応するエンジン内に送り込まれる対応する空気の流れに関して前記燃焼システムに送り込む燃料の流れを多くすることにより得ることができる。エンジンのエア入口システム内に置かれているターボチャージャを使用してより高い気流を送り込むことができ、前記空気過剰率の制御は、例えば、エンジンの燃料噴射制御コンピュータ内に備えることができる、適当なコンピュータ手段を含む、適当な制御手段により実行される。
【０１９５】
例
試験施設において、自動車に搭載されている標準的なＶＷ  Ｇｏｌｆ  ２０００ｃｃエンジン（２００２年）の運転を表１に記載の条件の下でエンジン出力定格１５ｋＷに関して行った。燃費及び排気ガス組成を測定した結果を表ＩＩに記載した。その後、エンジンを、本明細書で説明されている第１の実施例による本発明の操作系統を備えるように修正してから、表Ｉに記載されているとおり、空気過剰率を約１．２６とし、本明細書で説明されているように燃料を予熱して、実質的に類似の条件の下でこの試験を繰り返した。さらに燃費及び排気ガス組成を記録し、表ＩＩに記載した。各標準試験を、制御された負荷で公称２９２秒間実施した。
【０１９６】
【表１】
2005531727.tif 000003
【０１９７】
【表２】
2005531727.tif 000004
【０１９８】
容易にわかるように、燃料の予熱を行い、空気過剰率を高めると、燃料消費量が１６％以上低減し、一酸化炭素、炭化水素、及びＮＯｘ放出レベルが著しく低減した。
【０１９９】
その後、エンジン出力定格２５ｋＷに関して表ＩＩＩに記載の条件で試験を繰り返し、燃費及び排ガス組成を測定し、その結果を表ＩＶに記載した。これもまた、各標準試験を、制御された負荷で公称２９２秒間実施した。
【０２００】
【表３】
2005531727.tif 000005
【０２０１】
【表４】
2005531727.tif 000006
【０２０２】
容易にわかるように、燃料の予熱を行い、空気過剰率を高めると、燃料消費量が１４％以上低減し、一酸化炭素、炭化水素、及びＮＯｘ放出レベルが著しく低減した。
【０２０３】
この後、同じエンジンでさらに一連の比較試験を実施し、最初に、未修正の通常エンジンについて行い、その後、第４の実施例による操作系統を備えて行った。
【０２０４】
【表５】
2005531727.tif 000007
【０２０５】
容易にわかるように、燃料の予熱を行い、空気過剰率を高めると、燃料消費量が１４％から１６％ほど低減し、一酸化炭素、炭化水素、及びＮＯｘ放出レベルが著しく低減した。
【０２０６】
これらの試験はオープン・ループ制御で実施したが、エンジンの運転時、本発明による修正の前後に、実際の動作条件にうまくマッチするように閉ループ制御を使用することで、よりよい比較結果を得ることができる。
【０２０７】
本発明の操作系統は、スーパーチャージ若しくはターボチャージを使用する場合又は使用しない場合も含めて、すべてのタイプの燃料噴射システムを備える内燃エンジンとともに使用することができる。
【０２０８】
同様に、本発明の操作系統は、必要な変更を加えて、本明細書で説明されている方法と類似の方法でディーゼル・エンジンに応用することができる。特に、コモン・レール噴射システムを組み込んだディーゼル・エンジンは、必要な変更加えて、本明細書で説明されているように第１、第２、第３、及び第４の実施例に関して説明されている方法と類似の方法で修正することができるが、燃料は、通常、より高い温度、通常例えば約２００℃から約３００℃に加熱される。
【０２０９】
前記の説明では、本発明のいくつかの具体的実施例のみを詳細に説明しているが、当業者であれば、本発明はそれに限定されず、他の異なる形態及び詳細も、本明細書で開示されている本発明の範囲及び精神から逸脱することなく可能であることを理解するであろう。
【図面の簡単な説明】
【０２１０】
【図１】従来技術の内燃エンジンのエア入口及び燃焼システムの一般的レイアウトを例示する図である。
【図２】従来技術の内燃エンジンの燃料系統の主要素の一般的レイアウトを例示する図である。
【図３（ａ）】従来技術のエンジン（ＳＥ）と比較した本発明の操作系統（ＭＥ）を備えるエンジンの燃費及びトルクに空気過剰率が及ぼす影響を例示する図である。
【図３（ｂ）】従来技術のエンジン（ＳＥ）と比較した本発明の操作系統（ＭＥ）を備えるエンジンの燃費及びトルクに空気過剰率が及ぼす影響を例示する図である。
【図４】本発明の燃料系統の第１の実施例の主要素を例示する透視図である。
【図５】本発明の燃料加熱システムの第１の実施例の主要素を例示する透視図である。
【図６（ａ）】それぞれ共通配管のある場合とない場合の図５の熱交換器配置を例示する透視図である。
【図６（ｂ）】それぞれ共通配管のある場合とない場合の図５の熱交換器配置を例示する透視図である。
【図７】本発明の添加霧化システムの第１の実施例の主要素を例示する透視図である。
【図８】図７の添加霧化ユニットを例示する断面横断図である。
【図９】本発明のシステムの第１の実施例の主要素を例示する透視図である。
【図１０】本発明のシステムの第２の実施例の主要素を例示する透視図である。
【図１１】本発明のシステムの第３の実施例の主要素を例示する透視図である。
【図１２】本発明のシステムの第４の実施例の主要素を例示する図である。
【図１３】図１２のシステムの予熱器を例示する図である。
【図１４】図１２及び１３の予熱器を例示する部分断面図である。
【図１５】図１２から１４の予熱器の一部を例示する断面図である。
【図１６】Ｘ−Ｘに沿って取り出した図１５の予熱器を例示する断面図である。
【図１７】本発明の第５の実施例による予熱器の一部を例示する断面図である。
【図１８】図１７の実施例のローター配置の詳細を例示する図である。
【図１９（ａ）】図１８の実施例のローターの羽根に対する遠心力の影響を例示する部分断面図である。
【図１９（ｂ）】図１８の実施例のローターの羽根に対する遠心力の影響を例示する部分断面図である。
【図２０】図１７の実施例のスクリーン配置の詳細を例示する図である。
【図１】
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【図２】
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【図３（ａ）】
2005531727.tif 000010
【図３（ｂ）】
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【図４】
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【図５】
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2005531727.tif 000014
2005531727.tif 000015
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2005531727.tif 000019
【図１１】
2005531727.tif 000020
【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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2005531727.tif 000028
【図２０】
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【国際調査報告】
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