(57)【要約】特許発明「燃料加熱装置および内燃エンジンの燃料予熱方法」。内燃エンジンに使用される燃料の適切な予熱を行うことができる加熱装置について開示する。さらに、ユーザが意識すること無く行われる予熱方法について開示する。
2008542622.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料加圧システムに接続された燃料入口（２ａ、２ｅ、２ｆ、２ｇ、２ｈ、２ｉ）とつながる燃料レール（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、１ｉ）と、
燃料レール（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、１ｉ）内にあり、少なくとも１つの噴射弁（５ａ、５ｃ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈ、５ｉ）と流通された燃料出口（４ａ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ、４ｇ、４ｈ、４ｉ）と、
燃料レール（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、１ｉ）内に挿入された少なくとも１つの加熱部材（９ａ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ、９ｇ、９ｈ、９ｉ）と、
加熱部材（９ａ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ、９ｇ、９ｈ、９ｉ）が挿入された１つの伝熱領域（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅ、１９ｆ、１９ｇ、１９ｈ、１９ｉ）と、を備え、
伝熱領域（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅ、１９ｆ、１９ｇ、１９ｈ、１９ｉ）が燃料レール（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、１ｉ）の全容量よりも小さいことにより、加熱部材（９ａ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ、９ｇ、９ｈ、９ｉ）が燃料レール（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、１ｉ）の上記燃料出口（４ａ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ、４ｇ、４ｈ、４ｉ）にて実質的に見越されることを特徴とする、内燃エンジンの燃料加熱装置。
【請求項２】
燃料加圧システムに接続された燃料入口（２ａ、２ｅ、２ｆ、２ｇ、２ｈ、２ｉ）とつながる燃料レール（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、１ｉ）と、
燃料レール（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、１ｉ）内にあり、少なくとも１つの噴射弁（５ａ、５ｃ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈ、５ｉ）と流通された燃料出口（４ａ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ、４ｇ、４ｈ、４ｉ）と、
燃料レール（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、１ｉ）内に挿入された少なくとも１つの加熱部材（９ａ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ、９ｇ、９ｈ、９ｉ）と、
加熱部材（９ａ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ、９ｇ、９ｈ、９ｉ）が挿入され、噴射弁（５ａ、５ｃ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈ、５ｉ）の上流側にある１つの伝熱領域（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅ、１９ｆ、１９ｇ、１９ｈ、１９ｉ）と、を備え、
伝熱領域（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅ、１９ｆ、１９ｇ、１９ｈ、１９ｉ）が燃料レール（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、１ｉ）の全容量よりも小さいことにより、加熱部材（９ａ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ、９ｇ、９ｈ、９ｉ）が燃料レール（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、１ｉ）の上記燃料出口（４ａ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ、４ｇ、４ｈ、４ｉ）にて実質的に見越され、少なくとも１つの噴射弁（５ａ、５ｃ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈ、５ｉ）が加熱部材（９ａ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ、９ｇ、９ｈ、９ｉ）により加熱された燃料を受け取ることを特徴とする、内燃エンジンの燃料加熱装置。
【請求項３】
加熱部材（９ａ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ、９ｇ、９ｈ、９ｉ）の軸方向が、伝熱領域（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅ、１９ｆ、１９ｇ、１９ｈ、１９ｉ）内の燃料の流れ方向とされていることを特徴とする、請求項１または２に記載の燃料加熱装置。
【請求項４】
加熱部材（９ａ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ、９ｇ、９ｈ、９ｉ）は、加熱用槍部（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ、１２ｉ）を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の燃料加熱装置。
【請求項５】
加熱部材（９ａ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ、９ｇ、９ｈ、９ｉ）は、グロープラグであることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【請求項６】
槍部（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ、１２ｉ）は、正の温度係数（ＰＴＣ）のセラミック材料にて形成されていることを特徴とする、請求項４または５に記載の燃料加熱装置。
【請求項７】
噴射弁（５ａ、５ｃ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈ、５ｉ）の内部に収容される容量は、伝熱領域（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅ、１９ｆ、１９ｇ、１９ｈ、１９ｉ）内に収容される容量よりも小さいことを特徴とする、請求項１から６のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【請求項８】
燃料レール（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、１ｉ）は、槍部（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ、１２ｉ）が挿入される受け開口（８ａ、８ｃ）を有していることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【請求項９】
加熱部材（９ａ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ、９ｇ、９ｈ、９ｉ）は、噴射弁（５ａ、５ｃ）に対して反対側の燃料レール（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、１ｉ）に装備されていることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【請求項１０】
伝熱領域（１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅ、１９ｆ、１９ｇ、１９ｈ、１９ｉ）の部分を制限するように、燃料レール（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、１ｉ）の内部にフィン（２０ａ、２０ｃ）が挿入されていることを特徴とする、請求項１から９のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【請求項１１】
フィン（２０ａ、２０ｃ、２０ｄ）が加熱用槍部（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ、１２ｉ）の軸方向に向かっていることを特徴とする、請求項１０に記載の燃料加熱装置。
【請求項１２】
フィン（２０ａ、２０ｃ）が噴射弁（５ａ、５ｃ）の近くに固定されていることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の燃料加熱装置。
【請求項１３】
フィン（２０ｄ）がＵ字形状に形成されていることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【請求項１４】
燃料レール（１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、１ｉ）は、主管（２４、２４ｇ、２４ｈ、２４ｉ）と第２管（２５、２５ｇ、２５ｈ、２５ｉ）とを備え、第２管（２５、２５ｇ、２５ｈ、２５ｉ）に噴射弁が挿入されかつ噴射弁（５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈ、５ｉ）が接続されていることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【請求項１５】
主管（２４、２４ｇ、２４ｈ、２４ｉ）と第２管（２５、２５ｇ、２５ｈ、２５ｉ）との間に、燃料の流れを制限する連絡オリフィス（２６、２６ｇ、２６ｈ、２６ｉ）が配置されていることを特徴とする、請求項１４に記載の燃料加熱装置。
【請求項１６】
槍部（１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ、１２ｉ）が、第２管（２５、２５ｇ、２５ｈ、２５ｉ）の軸方向に向かっていることを特徴とする、請求項１４または１５に記載の燃料加熱装置。
【請求項１７】
噴射弁（５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈ、５ｉ）が、第２管（２５、２５ｇ、２５ｈ、２５ｉ）の中央部分の接続されていることを特徴とする、請求項１４から１６のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【請求項１８】
伝熱領域（１９ｅ、１９ｆ、１９ｇ、１９ｈ、１９ｉ）が、第２管（２５、２５ｇ、２５ｈ、２５ｉ）により制限されていることを特徴とする、請求項１４から１７のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【請求項１９】
槍部（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ、１２ｉ）の一端が、噴射弁（５ａ、５ｃ、５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈ、５ｉ）の燃料入口（１７）に挿入されていることを特徴とする、請求項４から１８のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【請求項２０】
槍部（１２ｂ）の一端が、噴射弁（５ｂ）の燃料入口（１７）に向かい合っていることを特徴とする、請求項４から１７のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【請求項２１】
加熱部材（９ｅ、９ｆ、９ｇ、９ｈ、９ｉ）が、燃料の流れと逆向きに第２管（２５、２５ｅ、２５ｇ、２５ｈ、２５ｉ）の内部に挿入されていることを特徴とする、請求項１から２０のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【請求項２２】
第２管（２５ｇ）がＹ字形状を有することを特徴とする、請求項１から２１のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【請求項２３】
加熱部材（９ｅ、９ｆ、９ｇ、９ｈ、９ｉ）が、第２管（２５、２５ｅ、２５ｇ、２５ｈ、２５ｉ）の中央部分にまで延在していることを特徴とする、請求項１から２２のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【請求項２４】
槍部（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ、１２ｉ）が、燃料出口（４ａ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ、４ｇ、４ｈ、４ｉ）の方向に延在して、上記槍部が上記出口の近くに配置されていることを特徴とする、請求項１から２３のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【請求項２５】
第２管（２５、２５ｅ、２５ｇ、２５ｈ、２５ｉ）が、主管（２４、２４ｅ、２４ｆ、２４ｇ、２４ｈ、２４ｉ）のそれぞれの端部とともに上記主管（２４、２４ｅ、２４ｆ、２４ｇ、２４ｈ、２４ｉ）の中央部分に配置されることを特徴とする、請求項１から２４のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【請求項２６】
第２管（２５、２５ｅ、２５ｇ、２５ｈ、２５ｉ）の内側において、反重力方向に燃料が流れることを特徴とする、請求項１から２５のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【請求項２７】
コネクタ（２９）が加熱部材（９ｅ、９ｆ、９ｇ、９ｈ、９ｉ）に接続されていることを特徴とする、請求項１から２６のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【請求項２８】
１つの噴射弁（５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈ、５ｉ）が第２管（２５、２５ｅ、２５ｇ、２５ｈ、２５ｉ）とともに主管（２４、２４ｅ、２４ｆ、２４ｇ、２４ｈ、２４ｉ）と流通され、これらの管により燃料レールが形成されることを特徴とする、請求項１から２７のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【請求項２９】
燃料出口（４ａ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ、４ｇ、４ｈ、４ｉ）の方向に燃料が流れることを特徴とする、請求項１から２８のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【請求項３０】
反重力方向に燃料が流れることを特徴とする、請求項１から２９のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【請求項３１】
請求項１から３０のいずれか１つに記載の加熱装置を用いて、電子中央ユニットを備える内燃エンジンの燃料の予熱を行う方法であって、
自動車においてユーザが介在する工程と、
自動車におけるユーザの介在についての情報を電子中央ユニットにより受け取る工程と、
自動車におけるユーザの介在情報の受け取りに応えて、電子中央ユニットにより信号を発生させる工程と、
電子中央ユニットにより発生された信号により加熱装置を作動させて、これにより伝熱領域の燃料の予熱を行う工程と、を備えることを特徴とする、内燃エンジンの燃料予熱方法。
【請求項３２】
内燃エンジンの始動の後、電子中央ユニットによりプログラムされた時間の間、加熱装置による燃料の加熱が継続的に行われることを特徴とする、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
自動車におけるユーザの介在情報を電子中央ユニットにより受け取る工程は、自動車の警報の解除あるいはドアロック解除により実施されることを特徴とする、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
電子中央ユニットにより作動される加熱装置による燃料予熱工程は、電子中央ユニットにてプログラムされた最低温度から実施されることを特徴とする、請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
最低温度は環境温度であることを特徴とする、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
最低温度は内燃エンジンの温度であることを特徴とする、請求項３４に記載の方法。
【請求項３７】
電子中央ユニットにて決定されたプログラムされた時間は、外部温度と関係することを特徴とする、請求項３２に記載の方法。
【請求項３８】
電子中央ユニットにより作動された加熱装置による燃料予熱の後、内燃エンジンの始動が決められた時間内に実施されなければ、電子中央ユニットは加熱装置の運転を停止させることを特徴とする、請求項３１に記載の方法。
【請求項３９】
加熱装置による燃料予熱の後、ユーザは信号を受け取ることを特徴とする、請求項３１から３８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項４０】
サインは音サインであることを特徴とする、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
サインは光表示であることを特徴とする、請求項３９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料加熱装置および内燃エンジンの燃料予熱方法に関する。この装置および方法は、高気化熱にて燃料を消費するエンジンに主に用いられる。
【背景技術】
【０００２】
最近、アルコール燃料を用いるオットーサイクルの内燃エンジンは、その低温始動を補助するシステムや装置を備えている。これらのエンジンは、必ずしもアルコールだけを用いるのではなく、アルコールとガソリンの様々な比率での混合燃料も用いられる。このような混合燃料は、市場において、フレックスフューエル(flex fuel)、トリフューエル(trifuel)、デュアルフューエル(dual-fuel)、トリフューエル(tri-fuel)として知られている。
【０００３】
このように高いパーセンテージのアルコールまたは純アルコールが用いられている場合、エンジンの低温始動を補助するために低温始動システムを作動させなければならない。このシステムは、基本的には、エンジンの吸気系構成部材におけるガソリン噴射、例えば、吸気マニホールドまたは燃焼マニホールドにある。
【０００４】
ガソリンが用いられるのは、ガソリンはアルコールよりも低い気化熱を有し、環境から多くの熱を引き出すことを必要としないからである。また、低温にてエンジン内に噴射されたとき、高い気化熱を有するアルコールが凝縮して、アルコールの気化が妨げられるということもある。
【０００５】
この凝縮により、点火プラグを通してイグニッションシステムにより提供されるスパークが効率的な燃料を起こさせるのに十分ではないような場合には、アルコールの気化はかなり困難であり、エンジンを運転状態とすることの妨げとなる。
【０００６】
したがって、ガソリンの噴射を行うために、主タンクよりも小さな容積を有する第２燃料室が用いられる。この第２燃料室は、通常、車のエンジン室内に備えられて、かなりの容積を占めている。
【０００７】
さらに、この始動システムにおいては、例えば、補助燃料ポンプ、電磁弁、あるいはさらに、追加の配管などの他の構成部材が必要とされ、エンジンにおいて燃料であるアルコールの使用を補助して満足のいく始動を行えるようにするには、そのコストがかなり増加することになる。その上、追加配管を設ければ、燃料配管の量も多くなり、故障時に燃料漏れが生じる可能性も高くなって、燃料漏れのリスクが増すことになり、乗客および運転手に対するリスクも自ずと増すことになる。さらに、第２燃料室に収容されたガソリンが通常使用されない場合には、そのガソリンが劣化して、低温始動の動作不良が生じる可能性もある。
【０００８】
このシステムの別の欠点としては、そのコストのために、内燃エンジンの吸気マニホールド内にこの燃料を噴射しなければならないという追加的な始動用燃料を用いることである。このようなマニホールド内への噴射は、吸気コレクタ内の早期爆発現象（バックファイア）が生じる可能性を増加させ、これらの構成部材を損傷させ、使用耐久寿命も短くなる。
【０００９】
言及しなければならないもう一つの側面は、内燃エンジンの加熱段階における空燃比である。ガソリンととともにアルコールを用いるエンジンの適切な加熱を可能とする「リッチ」な混合燃料である理論空燃比を下回るように、この空燃比を保持しなければならない。加熱されている間は、エンジンがすでに適切に加熱されたときに、その空燃比が、理論空燃比に達するまでその比に近づくことになる。
【００１０】
空燃比が理論空燃比よりも低く保たれていることにより、エンジンが加熱されるまで炭化水素（ＨＣ）と他の汚染物質の排出量がかなり高くなる。加熱段階の間におけるこれらの排出物は、平均すると、内燃エンジンによって生成される排出物の約９０％にも達する。このような排出物は、年々厳しくなる排出物についての行政目標値の達成の可能性を低減させている。
【００１１】
さらに言及しなければならない側面は、エンジンが加熱されている間は、触媒もまだ低温状態であり、このことはエンジンの運転効率および運転により生じる排出物の減少を阻害するということである。
【００１２】
したがって、補助的な始動システム（第２燃料）を用いることなく、高いレベルの排出物を避けるとともに、エンジンの低温始動を最適化するために、内燃エンジンのシリンダ内における燃料の噴射前に燃料を加熱するといういくつかの試みがなされている。
【００１３】
第１の試みは、ディーゼルサイクルエンジンにて用いられている技術を適用するというものである。ディーゼルサイクルエンジンでは、燃焼室の加熱が加熱プラグを用いて行われている。アルコールの物理化学特性はこのような手法には適していないため、実際には、ディーゼル燃料には適用できるものの、アルコールには適用することができない。ディーゼル燃料は、例えば、自然着火温度が２５０℃であり、このような温度はアルコールよりも十分に低い。
【００１４】
そのため、最も効果的な解決手段は、エンジンシリンダの入口に隣接して燃料レールや噴射弁が備えられている場所である燃料供給ラインの末端にて燃料の加熱を行うことであると言われている。供給ラインの末端でのこのような加熱を行えば、燃料が燃料ラインを通過して冷却されて、システム効率が低下することを抑制できる。
【００１５】
最も新しい解決手段は、内燃エンジンの燃料レールの内部にて、燃料、好ましくはアルコールの予熱を行うことである。米国文献Ｈ１，８２０に示されているように、レール内に加熱プラグを挿入して、エンジンを始動する前に、加熱プラグにより燃料の加熱を行うという手法により、このような予熱が行われる。このシステムの欠点は、燃料レールの内部に設置された温度センサを用いた加熱制御装置のコストである。さらに、加熱部材（加熱部材）はレールに存在する全ての燃料を加熱しなければならないため、加熱には著しく長い時間を要し、ユーザは燃料の加熱のために相対的に長い時間待たなければならない。
【００１６】
通常、満足できる始動を得て汚染物質、主にＨＣの排出を低減させるような燃料の適切な加熱のために、ユーザは長い時間待つことはしない。
【００１７】
加熱部材または加熱部材によって発生される出力に対して、レール内に収容されている燃料の量は、相対的に大きい。これらの加熱部材の数あるいは出力を増やすような解決手段では、レール内の燃料加熱装置の製造コストが大幅に上昇する。また、大きな容量の電源、すなわちバッテリも必要となる。
【００１８】
そのため、レール内の燃料容積を減少させることが提案されている。このような提案では、第１にコストがかからない方法であって、簡単な技術の適用でできるものの、相対的に低い温度においては、このような提案では要求されるように機能しない。
【００１９】
このような場合において、レール内の燃料の最小内部容量というものはない。最小容量は、内燃エンジンおよびその構成部材の製造から要求されるものであり、燃料ラインが加圧される前に燃料の最小容量を確保しなければならない。この容量は、内燃エンジンの始動と最初の運転に必要な燃料量を確保する。
【００２０】
もう１つの提案は噴射弁の本体内部に加熱部材を挿入して、噴射弁内にある燃料の死容量を最初に加熱するというものであった。この容量が大幅に少なくされると、始動の際にレール内にある燃料を利用することが必要となる。そのため、低い温度の燃料が始動の際に用いられることとなり、そのような場合には、上述した欠点が生じることになる。さらに、噴射弁の本体内にある加熱部材は、そのサイズの制限により、エンジンの始動の際に十分な熱を付与することができない。その上、燃料の加熱を望むように行えないこのような解決手段はコスト的にも高い。
【発明の開示】
【００２１】
本発明は、内燃エンジンに用いられる燃料加熱装置に関する。この装置は、複数の燃料噴射弁を有し、噴射される前に適切に予熱された燃料をエンジンに供給する燃料レールを備えている。
【００２２】
このような適切な燃料の予熱は、燃料レールの予熱領域にて的確な量の燃料が加熱されることにより実現される。
【００２３】
本発明は、燃料予熱方法についても開示している。この方法では、必要な予熱時間を最適化して、ユーザが意識することなく、燃料予熱を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
さらに記述するように、本発明は、最新技術において生じる問題を、燃料加熱装置を用いることにより解決する。
【００２５】
本装置は、始動用燃料の追加的な収容部を必要とすることなく、高い気化熱を有する燃料を用いた内燃エンジンの低温始動を可能にする構成および装置を備えている。さらに、本装置は、エンジンの低温始動および運転の際に、炭化水素と汚染物質の排出を低減することもできる。
【００２６】
本発明の加熱のための装置は燃料レール内にあり、エンジンの始動のために望ましい燃料加熱を行うこと、すなわち、エンジンの燃焼室内での燃料燃焼のために十分な温度に到達することができるように、その構成装置は燃料レールに固定されている。
【００２７】
現在の最新技術に開示されているように、レールにある燃料全てを加熱することはできず、噴射弁内にある燃料を単に加熱するだけでは、内燃エンジンの適切な始動には十分ではない。そのため、レール内で加熱されなければならない燃料の適切な容量というものが存在する。
【００２８】
この適切な容量は、噴射弁の内部に収容される容量よりも多く、そしてレールの内部に収容される容量よりも少ない。加熱される燃料の容量がこの適切な容量よりも少ない場合には、始動された後、エンジンを正しい方法で運転し続けることができない。
【００２９】
一方、もし加熱される燃料の容量がこの適切な容量よりも多ければ、ユーザが望まないような長い予熱時間が必要となる。この２つ目の場合において、短い予熱時間でエンジンが作動されると、燃料温度がエンジンの適切な運転のために十分に高くなく、エンジンが始動しない、あるいは仮に始動しても排出物がかなり多くなる。
【００３０】
そのため、上述の全ての条件に適合するような方法として、本発明は、加熱部材および装置のその他の構成装置からの燃料の理想の容量を加熱する方法を提供する。
【００３１】
図１に示すように、燃料レール１ａは、燃料入口２ａを有している。図示しない加圧システムから燃料がこの燃料入口２ａを通して供給される。加圧システムは、燃料入口２に接続された配管内の燃料を加圧する燃料ポンプにより基本的に構成され、その作動により、レール１の内部の燃料が加圧状態とされる。
【００３２】
レール１ａの下面３には、燃料出口４ａがある。各々の燃料出口４ａは、各々の噴射弁５ａに接続されており、噴射弁５ａは、内燃エンジンの燃焼室内で燃料の燃焼が行われる前に燃料の霧化を行う。
【００３３】
噴射弁５ａは、保持部材６、望ましくは取付金具６ａを用いてレール１ａに接続されている。これらの取付金具６ａは、噴射弁をレールにしっかりと固定して、噴射弁５ａと燃料出口４ａとの接続部分にて加圧された燃料が漏れ出すことを防止している。
【００３４】
下面３の反対側にある上面７には、加熱部材９ａの受け開口８ａが設けられている。開口８ａは、各々の加熱部材９ａをレール１ａに入れて、その中にある燃料を加熱すること可能とする（加熱については後述する。）。
【００３５】
加熱部材９ａと開口８ａとの間には固定を行う保持用取っ手１０があり、この保持用取っ手１０は、封止部材（図１に図示せず。）を用いた固定が行われることにより、開口８ａを通して燃料が漏れ出すことが防止されている。
【００３６】
加熱部材９ａはコネクタ１１と連結されており、コネクタ１１はバッテリから加熱部材９ａへの電力供給を行う。電力は熱エネルギに変換され、そして加熱部材９ａを通じてレール１の内部の燃料に熱エネルギが伝達される。
【００３７】
図２は、加熱部材９ａ単体、すなわち、燃料レール１の開口８ａに装備されていない状態の加熱部材９ａを示す。加熱部材９ａは最新技術の加熱部材と似ているが、その加熱分布を異なる方法で集中させており、これについては後述する。
【００３８】
加熱部材９ａは、その一端に槍部１２ａを有しており、この槍部１２ａは、レール１ａの内部の加熱されるべき燃料に対して熱を付与する役目を果たす。この槍部１２ａは、高温ガスと腐食とに対する耐性を有する外層を備えている。高温ガス耐性は、例えば、電力を熱エネルギに変換するフィラメントが備えられているその内部に、均一的配置された圧縮酸化マグネシウム粉末による。腐食耐性は、例えば、アルコールのように高い腐食性を有する燃料への直接的な接接のためにある。
【００３９】
加熱部材９ａの中央部分には、レール１ａの開口８ａに加熱部材９ａを係合させる役割を有する中心体１３と、開口８ａを通してレール１ａから燃料が漏れることを防止する封止リング１５とが設けられている。
【００４０】
加熱部材９の他端には、コネクタ１１に連結されて電力供給を行うケーブル１４が固定されている。リング状溝１６には、取付部材１０が接続されており、加熱部材９ａのレール１への固定が保持されている。
【００４１】
図３および図４により、本発明の２つの第１実施形態を確認することができる。これらの図面は本装置の断面図であり、以下に説明するいくつかの相違点がある。
【００４２】
図３に示される本発明の第１実施形態では、レール１ａの断面図が示され、噴射弁５ａと加熱部材９ａの断面が示されている。
【００４３】
噴射弁５ａには、最新技術の弁と比して大きな変更点はない。最も大きな相違点は、燃料入口１７にフィルタが設けられていないこと、または、槍部１２ａと入口１７の内壁１８との間に改良されたフィルタが設けられていることである。
【００４４】
このフィルタは図３では図示しないが、このフィルタは現在の最新技術のフィルタに内部孔を設けたものであり、槍部１２ａと直接接触されるので高温耐性を有している。
【００４５】
燃料入口１７にこのフィルタがない場合には、別のフィルタをレール１ａの燃料開口２ａ内にオフション的に設けることができる。
【００４６】
レール１ａの下面３において、燃料出口４ａに噴射弁５ａが係合されていることがわかる。したがって、内燃エンジンが運転されている際に、レール１ａは加熱された燃料をその霧化のために噴射弁５ａに供給する。
【００４７】
噴射弁５ａの反対側において、上面７に加熱部材９ａが設けられて、加熱部材９ａがレール１ａの開口８ａに係合されている。加熱部材が取付金具１６により固定されかつ開口８ａに封止リング１５で封止されていることは、上述したように応力に対して利点がある。
【００４８】
加熱されるべき燃料が存在するレール１ａの内部に挿入されている槍部１２ａは、レール１ａ内のその周りにある燃料の一部である伝熱領域１９ａに集中するように位置決めされている。言い換えれば、レール１内にある燃料の一部のみが槍部１２ａからの熱を受け取ることができる。すなわち、レールの燃料の一部を加熱することを目的としており、噴射弁５ａの導かれる燃料を適切に加熱することを確実にしている。これは、噴射弁５ａに導かれる燃料が、必然的に伝熱領域１９ａを通過することになるからである。
【００４９】
したがって、レール１ａからの燃料の一部に対して熱伝達を集中させるようにしているので、本発明の１つの目的である適切に加熱された燃料を内燃エンジンに噴射することを確実にするのに十分な出力を、槍部１２ａが有することが可能となる。
【００５０】
さらに、フィン２０ａが、槍部１２ａに隣接して位置されており、レール１ａから伝熱領域１９ａへの全ての燃料の流れが制限されている。これにより、要求される集中が増大する。したがって、燃料を適切に加熱することが確実となる。
【００５１】
フィン２０ａは、レール１ａの内部の拡張部分に沿って並べられており、伝熱領域１９ａとレール１の内部の残りの部分との間に通路２１ａが設けられている。これにより、領域１９ａ内の燃料の容量を、内燃エンジンの始動の際の加熱に適切なものとすることができる。なお、フィン２０ａの位置は、装置の運転に影響されず、その形状を他の幾何学的なもの、例えば、フィン２０ａに代えて孔を有する内壁を用いることもできる。フィンの他の形態、すなわち伝熱領域１９ａへの流れを制限するという本発明の対象については後述する。
【００５２】
本実施形態では、槍部１２ａを延伸させているので、さらに示す第２実施形態よりも熱交換エリアを拡大することできる。しかしながら、燃料入口１７と確実に同心配置させるために、開口８ａは、前もって配置された槍部１２ａに関係した径を有する必要がある。
【００５３】
このような関連した径は、装置への装備の際に槍部１２ａが干渉して、隙間なく固定されるような制御された径を有する孔である。
【００５４】
なお、燃料入口１７に槍部１２ａを挿入することで、伝熱領域１９ａを大幅に拡大する。
【００５５】
ここで、本発明の第２実施形態について図４を用いて説明する。より大きな長さを有する槍部１２ａが用いられている第１実施形態とこの実施形態との相違点は、槍部１２ｂに存在する。槍部１２ｂが槍部１２ａよりも短い長さを有しているため、その結果、伝熱領域１９ｂの燃料への熱の伝達が少なくなる。さらに、このように長さが短いことにより、槍部１２ｂの一端が燃料入口１７と向かい合うことになり、そのため、この入口に必ずしも集中しなくなる。したがって、第１実施形態と比較すると精密な接続が要求されなくなり、装置への組み付けがより簡単になり、本装置の製造コストが低減される。
【００５６】
同様に、槍部１２ｂが噴射弁５に挿入されないことにより、第１実施形態とは異なり、フィルタを弁内に配置した状態とすることができる。
【００５７】
図４ではフィン２０ａが開示されていない。しかしながら、両実施形態において、伝熱領域１９ａ、１９ｂに加熱されていない燃料が通過することを制限するように、フィン２０を設けてもよいし、あるいは設けなくてもよい。
【００５８】
それぞれの第１実施形態における加熱の大きな相違点は、槍部１２ａの面積が大きく、より多くの熱を伝達することができる第１実施形態の方が、第２実施形態よりも予熱時間が短いことである。しかしながら、両者ともに、噴射弁５に供給されるレール１内の燃料が要求通りに加熱される。
【００５９】
第１実施形態が理解され、加熱装置の構成部材が相互にどのように作用するかを既に明らかにしたので、第１実施形態を除く本発明の他の実施形態については、実施形態の主要な改変点についてのみ明らかにする。
【００６０】
突起２０ａの別の形態を例示するために、図５に、異なる内部形状を有するレール１ｃを示す。本発明の装置の断面図は、上記に示した装置よりも詳細には示さないが（後の実施形態でも詳細には示さない。）、噴射弁５ｃに向かう、レール１ｃ内の加熱部材９ｃの槍部１２ｃを示す。
【００６１】
このレールでは、フラップ２０ｃにより燃料の流れが規制されている。フラップ２０ｃは、レール１ｃ内に挿入されている槍部１２ｃを取り囲んでいる。フラップ２０ｃは、槍部１２ｃの軸方向に配置され、通路２２が伝熱領域１９ｃ内に流れる燃料の流れの規制を可能としている。本実施形態では、フラップ２０ｃと槍部１２ｃとの間に形成される空間が、この伝熱領域１９ｃとなっている。さらに、その通路に沿いにおける燃料と槍部１２ｃとの接触をより大きくするために、レール内において、噴射弁５ｃに近く、開口８ｃとは反対側にフラップ２０ｃが固定される。
【００６２】
伝熱領域１９ｃでは燃料の流れが集中するため、レール１ｃに収容される燃料の全ての容量を加熱する必要なく、噴射弁５ｃによって噴射される燃料のかなりの容量を十分に加熱することが保証される。
【００６３】
さらに、槍部１２ｃの近くで加熱される燃料の対流が、レール内部のより高い温度の燃料を、通路２２の近くに集中させることを可能とする。これは、より高い温度の燃料が、レール１ｃの高い位置に集中する傾向があるためにより生じる。
【００６４】
したがって、内燃エンジンの始動において、噴射弁５ｃを通過する燃料の最初の部分がより高い温度となることが保証される。
【００６５】
上述したように、フラップ２０ｃは異なる形状を有してもよい。重要なのは、フラップが、伝熱領域１９ａ、１９ｃにおける熱の集中を増大させて集中を保持させるということである。
【００６６】
先の実施形態では、槍部１２ｃを噴射弁５ｃに対して同心に配置する必要がある。しかしながら、噴射弁５ｃに対して同心に配置された槍部を用いないことも可能である。
【００６７】
図６に非同心配置の実施形態を示す。この実施形態では、他の実施形態とは異なり、レール１ｄを貫通しないように、燃料レール１ｄ内に槍部１２４が挿入されている。これは、噴射弁の配置により実現される。ここでは噴射弁は図示されず、燃料出口４ｄのみを示す。
【００６８】
槍部１２ｄに対してこの燃料出口４ｄが配置されていることが確認できる。しかしながら、槍部１２ｄの下部を取り囲むようにＵ字形状を有するフラップ２０ｄは、燃料出口４ｄの近くに加熱された燃料が集められる伝熱領域１９ｄを形成する。
【００６９】
したがって、内燃エンジンの始動の際に、伝熱領域１９ｄに集められた燃料が噴射され、エンジンの低温始動が確実に行われる。
【００７０】
エンジンカバー内で使用できる寸法の制約から、内燃エンジンの課題として、より多くの量の燃料を加熱できるより小型の燃料加熱装置が求められている。
【００７１】
そのため、槍部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを噴射弁５と同心に配置することは、望ましくない。
【００７２】
図７に示すレール１ｅは、互いに流通された主管２４と４本の第２管２５とにより構成されている。このレールは、レール１ｅ内にポンプで注入される燃料が通過する燃料入口２ｅを備えている。
【００７３】
各々の第２管２５は、その中心部分に燃料出口４ｅを備えており、燃料出口４ｅに噴射弁５ｅが接続されている。この噴射弁は、取付金具６ｅにより第２管２５に確実に固定されている。
【００７４】
噴射弁５ｅは、第２管２５の軸方向と直交して配置されており、それぞれの第２管２５は、主管２４の軸方向に対して傾斜されて順に配置されている。
【００７５】
本実施形態では、それぞれの第２管２５は平行とされており、それぞれの第２管２６の主管２４への接続部分とは反対側の端部に、加熱部材９ｅが挿入されている。
【００７６】
本実施形態における装置の内部詳細を図８に示す。図８は、主管２４、第２管２５、および加熱部材９ｅの一部を上方から見た断面図である。
【００７７】
図８に示すように、加熱部材９ｅは槍部１２ｅを有しており、槍部１２ｅは第２管２５の軸方向に配置され、第２管２５と主管２４との間の連絡オリフィス２６に近づく所まで配置されている。連絡オリフィス２６を通して、主管２４から第２管２５に燃料が流れ込み、そして、本実施形態では示さない噴射弁を通して内燃エンジンに噴射されるまでに、燃料出口４ｅに燃料が流れ込む。
【００７８】
主管２４から第２管２５への燃料の流れは、連絡オリフィス２６により制限される。このような方法では、槍部１２ｅの周りに伝熱領域１９ｅを形成する第２管２５の内部に、燃料の加熱が集中する。また、内燃エンジンに噴射される燃料が十分に加熱されることを確実にすることができる。
【００７９】
本実施形態では、第２管２５は、主管２４よりも僅かに高い位置に位置されている。したがって、より高い温度の燃料が上昇することにより、エンジン始動の際に、より加熱された燃料が最初に燃料出口４ｅを通過することが保証される。さらに、伝熱領域１９ｅ内にて加熱される燃料の連絡オリフィス２６を通しての熱ロスは僅かである。
【００８０】
本発明によれば、本実施形態の各々の伝熱領域１９ｅは熱的に他の領域から分離されており、各槍部１２ｅの近くの燃料に付与された熱は、装置内の他の伝熱領域１９に付与される熱に影響を及ぼさない。そのため、噴射弁を通して噴射される燃料に同じ熱量が伝達されることを確実にすることができる。他の実施形態では、上記レール内の燃料入口と反対側に噴射弁を設けて、燃料入口の近くに弁が配置された場合よりも、より高い温度の燃料を噴射させるようにすることもできる。
【００８１】
内燃エンジンの設計形式により、それぞれの第２管２５を異なる傾きで設けることもできる。これは、図９に示すように、２本の第２管２５が、他の２本の第２管２５とは反対向きに傾けられている。これは、別の形式の内燃エンジン用の燃料加熱装置であり、寸法が異なり、例示するように、第２管２５の間のスペース、すなわち、噴射弁５ｆの間のスペースが異なっている。
【００８２】
加熱部材９ｆは、それぞれの第２管２５の軸方向に沿って配置される。この実施形態では、噴射弁５ｆの電気接続部が主管２４に面しており、弁５ｆの電源供給がレール１ｆの下方に位置される。
【００８３】
図１０および図１１は、第２管２５の内部の変形例であり、管を通過する燃料の速度の低減と集中を行うものである。
【００８４】
図１０において、燃料出口４ｅ、４ｆに接続された噴射弁５ｅ、５ｆと、伝熱領域１９ｅ、１９ｆ内に挿入された槍部１２ｅ、１２ｆを有し、第２管２５に装備された加熱部材９ｅ、９ｆとを示す。第２管２５の内壁には、燃料の流速を低減させる機能を有するねじが形成されており、これによって、伝熱領域１９ｅ、１９ｆ内にて熱交換性を高めることができる。
【００８５】
一方、図１１に、燃料出口４ｅ、４ｆに接続された噴射弁５ｅ、５ｆと、伝熱領域１９ｅ、１９ｆ内に挿入された槍部１２ｅ、１２ｆを有し、第２管２５に装備された加熱部材９ｅ、９ｆとを示す。
【００８６】
第２管２５の内壁は、燃料流れの下流側に向かってその断面が大きくなっている。すなわち、流れ方向に向かって流路が拡大されており、加熱される燃料の容量をより少なくするという観点にて、燃料出口４ｅ、４ｆの近くに熱交換をより集中させるようにしている。
【００８７】
さらに、図１２に、燃料加圧システムと連通された燃料入口２ｇを有する主管２４ｇを示す。２本の第２管２５ｇを備える燃料レールにおいて不可分な部分である主管２４ｇは、この第２管２５ｇと連通されている。
【００８８】
したがって、噴射弁５ｇに到達するまでに、燃料は燃料入口２ｇを通して導入され、主管２４ｇを通過して、そして第２管２５ｇを通過する。
【００８９】
主管２４ｇは細長い形状を有しており、実質的にその両端にＹ形状の第２管２５ｇが接続されている。
【００９０】
第２管２５ｇ内に燃料を導く方法については後述するが、第２管２５ｇがその形状により３つの端部を有しており、第１端部と第２端部がそれぞれ噴射弁５ｇに接続されている、すなわち、２組の噴射弁５ｇが各第２管に接続されていることは、図面から明らかである。この接続は、燃料出口４ｇにて行われ、取付金具６ｇによりこの出口に噴射弁５ｇが保持されることにより行われる。
【００９１】
一方、第２管２５ｇの第３端部は、主管２４ｇと加熱部材９ｇとの両方に接続されている。
【００９２】
これまでの加熱装置についてすでに説明したように、加熱部材９ｇは、主管２４ｇと第２管２５ｇとの接続位置の近くにおいて第２管２５ｇ内に挿入された槍部１２ｇを備えている。
【００９３】
さらに、本実施形態では、本加熱装置がいくつかの他の補助部材を備えている。具体的には、加熱部材９ｇへの電力供給を行うコネクタ２７ｇを備えている。別の補助部材としては、一般的に自動車産業では用いられているものであるが、噴射弁５ｇの機能のために電気的刺激／パルスを供給するコネクタ２８ｇがある。
【００９４】
図１の加熱装置の一部を図１３に示す。この図では、第２管２５ｇを際立たせている。複数の第２管２５ｇのうちの１つのみと、それぞれの構成部材、例えば、噴射弁５ｇ、燃料出口４ｇ、および取付部材６ｇとが接続されている状態が示されている。
【００９５】
加熱部材９ｇが挿入されている第２管２５ｇの端部には、連通口２６ｇが設けられており、この連通口２６ｇは、主管２４ｇから第２管２５ｇ内に燃料を通過させるものである。この連通口は、２つの管の交差部分に設けられている。
【００９６】
第２管２５ｇ内に入り込んだ燃料は、連通口２６ｇを通過する際に、この管内にある槍部１２ｇに接触する。これは、加熱が行われる際に、槍部と接触するあるいはその近くにある燃料と、槍部１２ｇとの間で熱伝達を行うということである。このような方法では、主管２４ｇから流出する燃料が、第２管２５ｇ内にて実質的に閉じ込められた燃料によって形成される伝熱領域１９ｇを、必然的に通過することが保証される。
【００９７】
槍部１２ｇは、第２管２５ｇの中央部分にまで延在しており、それぞれの噴射弁５ｇに向けて流れるように燃料が分流される時に、もはや槍部１２ｇからの熱を燃料は受け取らない。しかしながら、この槍部１２ｇは、最終的には、それぞれの燃料出口４ｇに向かって延在するようなその他の形状を採ってもよい。したがって、加熱部材９ｇ、より明確には槍部１２ｇは、実質的に燃料出口４ｇに近づけられる。
【００９８】
よって、レールの全容量よりも小さな容量が加熱されることになり、本発明の最終的な目的、すなわち噴射弁５ｇあるいは必然的に内燃エンジンに供給される燃料を十分に加熱することが実現できる。
【００９９】
さらに指摘すれば、上述した加熱装置の１つでも言及したように、連通口２６ｇを通してある量の熱ロスが生じるが。この熱ロスは、噴射される燃料の加熱を損なう程、著しいロスではない。
【０１００】
本発明の別の変形例を図１４に示す。先の実施形態におけるコネクタ２７ｇ、２８ｇ、噴射弁５ｇ、主管２４ｇ、燃料入口２ｇと類似の機能を有するコネクタ２７ｈ、２８ｈ、噴射弁５ｈ、主管２４ｈ、燃料入口２ｈを備えているため、本変形例は先の実施形態と似ている。
【０１０１】
しかしながら、先の実施形態と比較して、本変形例は多数の加熱部材９ｈを備えており、個々の部材は噴射弁５ｈを通過する燃料を加熱する役割を有している。
【０１０２】
これと同様な変形例における上面図を図１５に示す。
【０１０３】
図１４および図１５において、第２管２５ｈが加熱部材９ｈを有し、この実施形態では第２管２５ｈが実質的にＬ形状を有していることがわかる。しかしながら、このＬ形状は、その傾斜が鈍角とされている。先の実施形態のように、槍部１２ｈは、この傾斜部分にできる限り近づくように第２管２５ｈの内部にて延在して配置されている。この槍部１２ｈは燃料出口４ｈにできるだけ近づくように延在させることもできる。
【０１０４】
本実施形態の槍部が、先の実施形態の槍部と同様な出力を有している場合には、本実施形態の加熱装置はより多くの加熱部材を備えているため、より多くの熱が燃料に伝達される。
【０１０５】
それにもかかわらず、第２管は、主管２４ｈの端部と、その中央部分との両方に配置されている。このような配置は異なる形態であり、供給先の内燃エンジンの形式による。言い換えれば、エンジンの設計は第２管２５ｈの配置に影響する。
【０１０６】
さらに、伝熱領域１９ｈが各々の第２管２５ｈ内に形成されており、燃料レールの全収容量よりも小さな容量をこの領域が有していることがわかる。そのため、熱とこの領域に流れ込む燃料とを制限することにより、燃料の一部のみが十分に加熱される。
【０１０７】
先に用いた同様な方法にて、このように低減されたが十分である加熱容量が、内燃エンジンを望ましく機能させることを確実にする。
【０１０８】
本実施形態の側面図を図１６に示す。加熱装置の傾斜配置について明確にこの図に示す。燃料の流れの向きと反対側にある第２管２５ｈの下方部分に、加熱部材９ｈは挿入されており、加熱部材が挿入された場所にて熱集中が起こり、燃料が流れる際に、加熱部材９ｈの槍部に燃料が接触して燃料が徐々に加熱される。これにより、槍部１２ｈが接続されている加熱部材の部分、すなわち、そのベースが加熱され難くすることができる。加熱部材の過加熱により生じる不良を大幅に抑えることができるというこのような方法では、本発明の加熱装置の正しい機能およびロバスト性を確実なものとすることができる。
【０１０９】
加圧された燃料は、第２管２５ｈ内に導入される際に、重力と反対向きに流れて、加熱部材９ｈの槍部１２ｈに接触して加熱される。この方法では、低温の燃料は、伝熱領域１９ｈ内に導入される際に、加熱部材９ｈが挿入されている場所により近づくことになる。これにより、加熱部材９ｈの過加熱の問題をさらに抑えることができる。
【０１１０】
さらに、加熱された燃料は上昇する傾向があるため、このような配置により、伝熱領域１９ｈにてより加熱された燃料が噴射弁５ｈ内に導入されることが確実となる。
【０１１１】
第２管２５ｈの下方部分に加熱部材９ｈを配置させることで、部材自身が加熱されるという多くの欠点を防止することができるとともに、加熱される燃料への熱の分配性を良好なものとすることができる。
【０１１２】
上述したように、後に熱エネルギへと変換するために、コネクタ２７ｇ、２７ｈは加熱部材に電気エネルギを供給する。このコネクタは正極のみを有している。燃料レールそれ自身の胴体が負極（もしくは接地極）となる。この胴体は通常、導電性材料により形成されている。
【０１１３】
しかしながら、導電性を有さない材料、例えば樹脂により燃料レールを製造することもできる。このような種類の材料が用いられる場合には、コネクタ２９が必須であり、図１７に示すように、コネクタ２９が接地極（負極とみなすことができる。）となるように加熱部材に接続される。このようにすることで、燃料レールに導電性材料が用いられないような場合であっても、加熱部材に適切に電気エネルギが供給される。
【０１１４】
最後に、本発明の最後の実施形態を図１８に示す。この実施形態は、先の加熱装置の実施形態と全く似ているが、いくつかの顕著な相違点があり、主に、加熱部材の配置に関する。
【０１１５】
先の実施形態におけるいくつかの構成部材、例えば、コネクタ２７、２８と取付部材６は、同じ機能を有する。
【０１１６】
上述したように、本実施形態では、コネクタ２７ｉ、２８ｉおよび取付部材６ｉの配置に、他の実施形態との相違点がある。
【０１１７】
図１８において、燃料レールは、燃料入口２ｉを有する主管２４ｉを備える。この入口は、燃料タンクから加圧された燃料を自然に供給する燃料加熱システムに接続されている。
【０１１８】
供給された燃料は、燃料入口２ｉから主管２４ｉを通して、少なくとも１つの噴射弁５ｉの所まで流れる。この弁は、内燃エンジンに供給する燃料を噴霧する機能を有している。
【０１１９】
しかしながら、燃料が噴射弁５ｉに到達する前であり、主管２４ｉから流れ出た後に、燃料は第２管２５ｉを通過する。第２管２５ｉ内には伝熱領域１９ｉがあり、これは次の図がよりわかり易い。
【０１２０】
図１９および図２０は、図７ＣＡの加熱装置の側面図と断面図を示す。
【０１２１】
これらの図では、燃料出口４ｉに噴射弁５ｉが接続されており、取付金具６ｉにより出口に弁が保持されている。
【０１２２】
第２管２５ｉと主管２４ｉの両方は噴射弁５ｉと流通されており、実質的に燃料レールを形成している。この点に関し、主管２４ｉから流出した燃料は、第２管２５ｉへの導入を規制する連通口２６ｉを通過する。
【０１２３】
後者の管内にて加熱部材９ｉにより燃料が加熱され、より具体的には、伝熱領域１９ｉ内にてこの部材の槍部１２ｉにより加熱が行われる。この領域は第２管２５ｉ内に形成され、レール内の燃料の一部が加熱される。このような方法では、伝熱領域１９ｉを通過した後、噴射弁５ｉを通して内燃エンジン内に噴射されるまでに、加熱された燃料の適切な容量が出口４ｉから流出されることが保証される。
【０１２４】
先の実施形態でも言及したように、加熱部材９ｉは、連通口２６ｉに近づくように第２管２５ｉの下方部分に固定されている。そのため、燃料の流れ方向において、連通口２６ｉに近づくように槍部１２ｉが延在している。この燃料の流れは、燃料出口４ｉに向かっている。
【０１２５】
槍部１２ｉと接触されると、伝熱領域１９ｉにて燃料は熱を受け取る。本実施形態では、この領域は第２管２５ｉによってその範囲が画定されている。そのため、この領域内にて燃料の容量が十分に加熱される。
【０１２６】
伝熱領域１９ｉに導入される燃料の最初の部分は低温であり、また加熱部材９ｉのベースに近づき、槍部１２ｉはベースから延伸されているため、加熱部材が高温にさらされることはない。したがって、本実施形態では過加熱の問題は生じず、装置は、信頼性、ロバスト性、および高い効率を有することになる。
【０１２７】
内燃エンジンの始動の前に、言い換えれば、燃料の流れがない状態で加熱動作が行われるため、伝熱領域１９ｉ内の燃料はより高い温度となって反重力方向に移動することになる。より加熱された燃料は上昇する傾向にあり、低い温度の燃料は重力方向に移動して連通口２６ｉの近くのスペースを占める傾向にある。
【０１２８】
しかしながら、連通口２６ｉは、燃料出口４ｉの反対側にあり、第２管２５ｉの下方部分に近い位置にある。このような方法では、上昇という方法によって、伝熱領域１９ｉに燃料が通過する。第２管２５ｉ内にてより加熱された燃料が上昇する傾向にあるため、噴射弁５ｉに向けて燃料出口４ｉを通過する燃料がより高い温度を有することが保証される。
【０１２９】
さらに、加熱の際にガスが形成されるような場合、言い換えれば、燃料が液状態からガス状態へとうつるような場合、このガスが加熱部材９ｉからできる限り離すことがさらに可能となる。これにより、槍部１２ｉがガス状態の燃料と接触した状態となることを防止して、過加熱を防止することができる。
【０１３０】
上述の実施形態では、加熱部材９は、グロープラグであるとともに、正の温度係数（ＰＴＣ）のセラミック材料抵抗を有してもよい。これにより、適用された電流に比例して加熱温度を正確に制御することができる。
【０１３１】
内燃エンジンの始動の前に燃料を加熱することができるこのように示された装置の実施形態においては、十分な熱エネルギが供給されて、伝熱領域１９にある適切な容量の燃料が必要な温度に達する。これにより、望むような始動と、始動の後も徐々に熱を燃料に供給することができるため、空燃比を理論空燃比に近づけることが可能となる。この燃料への熱供給を継続することで、内燃エンジンの適切な始動の後であっても、排出物、主としてＨＣを減少させることができる。
【０１３２】
さらに言及すべきことは、このように提示された改変は、現在のエンジンの設計において著しい変更が要求されるものではなく、低コストで実現できるということである。さらに、最終的には構成部材の取り替えが必要となるので、構成部材のメンテナンスを容易にするように装置が装備される。
【０１３３】
上述したように、予熱完了までの長い時間をユーザは待たない、あるいは待ちたくないので、内燃エンジンの始動の前の燃料の予熱時間はとても重要である。ユーザがエンジンを始動する意図（一般的には、イグニッションキーを回転してエンジンの電気部品が作動するまで）とともに開始され、エンジン自身が始動されるまでに開始されるため、この時間は相対的に短い。
【０１３４】
したがって、本発明は、これより前に説明したように加熱装置を用いた内燃エンジンの燃料予熱方法を含む。
【０１３５】
予熱時間を有するエンジンとしては、通常ディーゼルエンジンがあり、予熱時間としてユーザが待たなければならない最小の時間が表示される電光表示が計器パネルに設けられている。
【０１３６】
オットーサイクルでは、ユーザはこのような手順を採る必要はない。すなわち、おそらく、予熱は効率的な方法とは言えないであろう。予熱の正しい実行に対してユーザの積極的な介入の必要性が生じることを避けるために、本方法では、ユーザが自身の介入に気付くことなく、予熱が実施される。
【０１３７】
通常、説明した限りでは、エンジンは、乗り物、すなわち自動車に用いられている。このような自動車にてユーザがエンジンを始動させようとする際に、ユーザは自動車のドアを開けなければならない。このドアを開くことで、電子ユニットに接続されたリレーが、ドアが開けられたという情報を送る。これにより、内燃エンジンが始動される可能性があるという情報を電子ユニットに受け取らせることができる。その後、自動車のイグニッション指令におけるキーの挿入前であっても、電子ユニットが燃料加熱装置を作動させる。したがって、エンジンが始動される前の数秒の加熱時間が得られる。これは、満足のいく予熱にとって顕著な相違点である。
【０１３８】
加熱装置の作動は他の要素によっても行うことができる。例えば、自動車の警報の解除、あるいはリモート制御によるドアロックの解除である。重要なのは、内燃エンジンを始動させようとするユーザの意思が存在する可能性の情報を電子ユニットが受け取ることであり、これにより、電子ユニットが加熱装置を作動させるということができる。さらに重要なのは、ユーザが自身の介在を無意識に行うことであり、そのため、本方法では、ユーザとの間の双方向性は要求されない。
【０１３９】
しかしながら、電子ユニットにより作動される前に、外部温度が、レール１内の燃料の予熱に要求されるような温度にあるような場合については後述する。最低温度のプログラミングはユニットにて行うことができ、この温度、例えば、２０℃を下回る温度から予熱の作動をスタートさせるようにすることができる。
【０１４０】
燃料の予熱の後、ユーザは自動車の内燃エンジンを始動させ、始動の後であっても、電子ユニットは加熱装置をまだおよそ１分間作動し続ける。これにより、汚染物質、主にＨＣの放出が大幅に削減され、空燃比が理論空燃比により早く近づくことになる。
【０１４１】
必然的に、作動し続ける加熱装置の継続時間は、外部温度に基づいて算出される。この時間は、装置が適用されるエンジンの形式によって変わる。
【０１４２】
総合すれば、本方法は次の工程を備えている：
Ｉ−例えば、自動車のドアを開ける、あるいはリモート制御により自動車の警報を解除することによりユーザが介在する工程；
ＩＩ−ユーザの介在情報を電子ユニットにより受け取る工程；
ＩＩＩ−電子ユニットにより作動された加熱装置により燃料の予熱を行う工程；
ＩＶ−予熱の後、ユーザにより内燃エンジンを始動する工程；
Ｖ−エンジンの始動の後、汚染物質の放出を削減するために、電子ユニットにて決定されたプログラム時間、例えば１分の間、加熱装置により燃料加熱を継続する工程。
【０１４３】
なお、内燃エンジンが始動される前において、加熱装置の加熱は、自動車の他の構成部材の作動、例えば、燃料ポンプや噴射弁の作動とは独立して行われる。
【０１４４】
燃料の予熱の後、何らかの理由によって内燃エンジンが始動されなければ、自動車のバッテリの放電を防止するために、電子ユニットは予熱装置の作動を停止させる。
【０１４５】
さらに、内燃エンジンの始動の前に燃料が適切に予熱されており、内燃エンジンの理想的な始動に必要な上述した条件に従っていることを知らせる電子ユニットからのサインを、ユーザは受け取ることができる。このサインは、音のサイン、あるいは自動車のパネル上への光表示であってもよい。
【０１４６】
実施形態の望ましい２つの例について開示したが、本発明の範囲には、付属の特許請求の範囲の内容によってのみ限定される他の改変および均等なものも含まれると理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１４７】
本発明は、以下に示す図面に表された実施形態に基づいて記述される。
【図１】図１は、燃料レールに適用された燃料加熱装置の斜視図である。
【図２】図２は、燃料加熱装置に用いられる加熱部材の正面図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態にかかる燃料加熱装置の断面図である。
【図４】図４は、第２実施形態の燃料加熱装置の断面図である。
【図５】図５は、本発明の第３実施形態にかかる燃料加熱装置の断面図である。
【図６】図６は、本発明の第４実施形態にかかる燃料加熱装置の断面図である。
【図７】図７は、本発明の第５実施形態にかかる燃料加熱装置の斜視図である。
【図８】図８は、本発明の第５実施形態にかかる燃料加熱装置の断面図である。
【図９】図９は、本発明の第６実施形態にかかる燃料加熱装置の斜視図である。
【図１０】図１０は、燃料加熱装置の詳細の断面図である。
【図１１】図１１は、燃料加熱装置の詳細の断面図である。
【図１２】図１２は、加熱装置の斜視図である。
【図１３】図１３は、図１２の加熱装置の詳細の斜視図である。
【図１４】図１４は、加熱装置の斜視図である。
【図１５】図１５は、図１４の加熱装置の上面図である。
【図１６】図１６は、図１４の加熱装置の側面図である。
【図１７】図１７は、加熱装置の詳細の拡大斜視図である。
【図１８】図１８は、加熱装置の斜視図である。
【図１９】図１９は、図１８の加熱装置の側面図である。
【図２０】図２０は、図１８の加熱装置の断面図である。
【符号の説明】
【０１４８】
１  燃料レール
２  燃料入口
３  下面
４  燃料出口
５  噴射弁
６  取付金具
７  上面
８  受け開口
９  加熱部材
１０  保持用取っ手
１１  コネクタ
１２  槍部
１３  中心体
１４  ケーブル
１５  封止リング
１６  リング状溝
１７  燃料入口
１８  内壁
１９  伝熱領域
２０  フィン
２１  通路
２２  通路
２４  主管
２５  第２管
２６  連絡オリフィス
２７  コネクタ
２８  コネクタ
２９  コネクタ
【図１】
2008542622.tif 000003
【図２】
2008542622.tif 000004
【図３】
2008542622.tif 000005
【図４】
2008542622.tif 000006
【図５】
2008542622.tif 000007
【図６】
2008542622.tif 000008
【図７】
2008542622.tif 000009
【図８】
2008542622.tif 000010
【図９】
2008542622.tif 000011
【図１０】
2008542622.tif 000012
【図１１】
2008542622.tif 000013
【図１２】
2008542622.tif 000014
【図１３】
2008542622.tif 000015
【図１４】
2008542622.tif 000016
【図１５】
2008542622.tif 000017
【図１６】
2008542622.tif 000018
【図１７】
2008542622.tif 000019
【図１８】
2008542622.tif 000020
【図１９】
2008542622.tif 000021
【図２０】
2008542622.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成20年5月1日(2008.5.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料加圧システムに接続された燃料入口（２ｅ、２ｆ、２ｇ、２ｈ、２ｉ）とつながる燃料レール（１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、１ｉ）の主管（２４、２４ｅ、２４ｆ、２４ｇ、２４ｈ、２４ｉ）と、
燃料レール内にあり、少なくとも１つの噴射弁（５ｅ、５ｆ、５ｇ、５ｈ、５ｉ）と流通された燃料出口（４ｅ、４ｆ、４ｇ、４ｈ、４ｉ）と、
燃料レール内に挿入された少なくとも１つの加熱部材（９ａ、９ｃ、９ｄ、９ｅ、９ｆ、９ｇ、９ｈ、９ｉ）と、
加熱部材が挿入された１つの伝熱領域（１９ｅ、１９ｆ、１９ｇ、１９ｈ、１９ｉ）と、を備え、
伝熱領域は、噴射弁の上流側に位置され、
伝熱領域が燃料レールの全容量よりも小さい容量を有し、主管と伝熱領域との間に連絡オリフィス（２６、２６ｅ、２６ｆ、２６ｇ、２６ｈ、２６ｉ）が配置されており、
燃料レールにおいて、燃料出口よりも下側の位置に連絡オリフィスが配置されていることを特徴とする、内燃エンジンの燃料加熱装置。
【請求項２】
加熱部材の軸方向が、伝熱領域内の燃料の流れ方向とされている、請求項１に記載の燃料加熱装置。
【請求項３】
加熱部材は、加熱用槍部（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ、１２ｉ）を有する、請求項１に記載の燃料加熱装置。
【請求項４】
加熱部材は、グロープラグである、請求項１から３のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【請求項５】
槍部は、正の温度係数（ＰＴＣ）のセラミック材料にて形成されている、請求項３に記載の燃料加熱装置。
【請求項６】
噴射弁の内部に収容される容量は、伝熱領域内に収容される容量よりも小さい、請求項１から５のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【請求項７】
加熱部材は加熱用槍部（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ、１２ｉ）を有し、燃料レールは、槍部が挿入される受け開口（８ａ、８ｂ）を有する、請求項１から６のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【請求項８】
加熱部材は、噴射弁に向かい合うように燃料レールに装備されている、請求項１から７のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【請求項９】
伝熱領域の部分を制限するように、燃料レールの内部にフィン（２０ａ、２０ｃ）が挿入されている、請求項１から８のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【請求項１０】
加熱部材は加熱用槍部（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ、１２ｉ）を有し、フィンが加熱用槍部の軸方向に向かっている、請求項９に記載の燃料加熱装置。
【請求項１１】
フィンが噴射弁の近くに固定されている、請求項９または１０に記載の燃料加熱装置。
【請求項１２】
フィンがＵ字形状に形成されている、請求項９から１１のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【請求項１３】
燃料レールは、主管と第２管（２５、２５ｇ、２５ｈ、２５ｉ）とを備え、第２管に加熱部材が挿入されかつ噴射弁が接続されている、請求項１から１２のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【請求項１４】
連絡オリフィスは、主管から第２管への燃料の流れを制限する、請求項１３に記載の燃料加熱装置。
【請求項１５】
加熱部材は、加熱用槍部（１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ、１２ｉ）を有し、槍部が、第２管の軸方向に向かっている、請求項１４に記載の燃料加熱装置。
【請求項１６】
噴射弁が、第２管の中央部分の接続されている、請求項１４または１５に記載の燃料加熱装置。
【請求項１７】
伝熱領域が、第２管により制限されている、請求項１４から１６のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【請求項１８】
加熱部材は、加熱用槍部（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ、１２ｉ）を有し、槍部の一端が、噴射弁の燃料入口（１７）に挿入されている、請求項３から１７のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【請求項１９】
加熱部材は加熱用槍部（１２ｂ）を有し、槍部の一端が、噴射弁の燃料入口（１７）に向かい合っている、請求項３から１６のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【請求項２０】
加熱部材が、燃料の流れの方向とは反対側の第２管の下部に挿入されている、請求項１３から１７のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【請求項２１】
第２管がＹ字形状を有する、請求項１３から１７のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【請求項２２】
加熱部材が、第２管の中央部分にまで延在している、請求項１３から１７のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【請求項２３】
加熱部材は、加熱用槍部（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ、１２ｈ、１２ｉ）を有し、槍部が、燃料出口の方向に延在して、槍部が出口の近くに配置されている、請求項１から２２のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【請求項２４】
第２管が、主管のそれぞれの端部とともに主管の中央部分に配置される、請求項１３から１７、および請求項２０から２２のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【請求項２５】
第２管の内側において、反重力方向に燃料が流れる、請求項１３から１７、請求項２０から２２、および請求項２４のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【請求項２６】
コネクタ（２９）が加熱部材に接続されている、請求項１から２５のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【請求項２７】
１つの噴射弁が第２管とともに主管と流通され、これらの管により燃料レールが形成される、請求項１３から１７、請求項２０から２２、ならびに請求項２４および２５のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【請求項２８】
燃料出口の方向に燃料が流れる、請求項１から２７のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【請求項２９】
反重力方向に燃料が流れる、請求項１から２８のいずれか１つに記載の燃料加熱装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料加熱装置および内燃エンジンの燃料予熱方法に関する。この装置および方法は、高気化熱にて燃料を消費するエンジンに主に用いられる。
【背景技術】
【０００２】
最近、アルコール燃料を用いるオットーサイクルの内燃エンジンは、その低温始動を補助するシステムや装置を備えている。これらのエンジンは、必ずしもアルコールだけを用いるのではなく、アルコールとガソリンの様々な比率での混合燃料も用いられる。このような混合燃料は、市場において、フレックスフューエル(flex fuel)、トリフューエル(trifuel)、デュアルフューエル(dual-fuel)、トリフューエル(tri-fuel)として知られている。
【０００３】
このように高いパーセンテージのアルコールまたは純アルコールが用いられている場合、エンジンの低温始動を補助するために低温始動システムを作動させなければならない。このシステムは、基本的には、エンジンの吸気系構成部材におけるガソリン噴射、例えば、吸気マニホールドまたは燃焼マニホールドにある。
【０００４】
ガソリンが用いられるのは、ガソリンはアルコールよりも低い気化熱を有し、環境から多くの熱を引き出すことを必要としないからである。また、低温にてエンジン内に噴射されたとき、高い気化熱を有するアルコールが凝縮して、アルコールの気化が妨げられるということもある。
【０００５】
この凝縮により、点火プラグを通してイグニッションシステムにより提供されるスパークが効率的な燃料を起こさせるのに十分ではないような場合には、アルコールの気化はかなり困難であり、エンジンを運転状態とすることの妨げとなる。
【０００６】
したがって、ガソリンの噴射を行うために、主タンクよりも小さな容積を有する第２燃料室が用いられる。この第２燃料室は、通常、車のエンジン室内に備えられて、かなりの容積を占めている。
【０００７】
さらに、この始動システムにおいては、例えば、補助燃料ポンプ、電磁弁、あるいはさらに、追加の配管などの他の構成部材が必要とされ、エンジンにおいて燃料であるアルコールの使用を補助して満足のいく始動を行えるようにするには、そのコストがかなり増加することになる。その上、追加配管を設ければ、燃料配管の量も多くなり、故障時に燃料漏れが生じる可能性も高くなって、燃料漏れのリスクが増すことになり、乗客および運転手に対するリスクも自ずと増すことになる。さらに、第２燃料室に収容されたガソリンが通常使用されない場合には、そのガソリンが劣化して、低温始動の動作不良が生じる可能性もある。
【０００８】
このシステムの別の欠点としては、そのコストのために、内燃エンジンの吸気マニホールド内にこの燃料を噴射しなければならないという追加的な始動用燃料を用いることである。このようなマニホールド内への噴射は、吸気コレクタ内の早期爆発現象（バックファイア）が生じる可能性を増加させ、これらの構成部材を損傷させ、使用耐久寿命も短くなる。
【０００９】
言及しなければならないもう一つの側面は、内燃エンジンの加熱段階における空燃比である。ガソリンととともにアルコールを用いるエンジンの適切な加熱を可能とする「リッチ」な混合燃料である理論空燃比を下回るように、この空燃比を保持しなければならない。加熱されている間は、その空燃比が、理論空燃比に近い値に達することになる。しかしながら、エンジンがすでに適切に加熱された場合に限ってその値に達することができる。
【００１０】
空燃比が理論空燃比よりも低く保たれていることにより、エンジンが加熱されるまで炭化水素（ＨＣ）と他の汚染物質の排出量がかなり高くなる。加熱段階の間におけるこれらの排出物は、平均すると、内燃エンジンによって生成される排出物の約９０％にも達する。このような排出物は、環境的な理由により益々厳しくなる排出物についての行政目標値の達成の可能性を低減させている。
【００１１】
さらに言及しなければならない側面は、エンジンが加熱されている間は、触媒もまだ低温状態であり、このことはエンジンの運転効率および運転により生じる排出物の減少を阻害するということである。
【００１２】
したがって、補助的な始動システム（第２燃料）を用いることなく、高いレベルの排出物を避けるとともに、エンジンの低温始動を最適化するために、内燃エンジンのシリンダ内における燃料の噴射前に燃料を加熱するといういくつかの試みがなされている。
【００１３】
第１の試みは、ディーゼルサイクルエンジンにて用いられている技術を適用するというものである。ディーゼルサイクルエンジンでは、燃焼室の加熱が加熱プラグを用いて行われている。アルコールの物理化学特性はこのような手法には適していないため、実際には、ディーゼル燃料には適用できるものの、アルコールには適用することができない。ディーゼル燃料は、例えば、自然着火温度が２５０℃であり、このような温度はアルコールよりも十分に低い。
【００１４】
そのため、最も効果的な解決手段は、エンジンシリンダの入口に隣接して燃料レールや噴射弁が備えられている場所である燃料供給ラインの末端にて燃料の加熱を行うことであると言われている。供給ラインの末端でのこのような加熱を行えば、燃料が燃料ラインを通過して冷却されて、システム効率が低下することを抑制できる。
【００１５】
それらの解決手段の一つは、内燃エンジンの燃料レールの内部にて、燃料、好ましくはアルコールの予熱を行うことである。米国文献Ｈ１，８２０に示されているように、レール内に加熱プラグを挿入して、エンジンを始動する前に、加熱プラグにより燃料の加熱を行うという手法により、このような予熱が行われる。このシステムの欠点は、燃料レールの内部に設置された温度センサを用いた加熱制御装置のコストである。さらに、加熱部材はレールに存在する全ての燃料を加熱しなければならないため、加熱には著しく長い時間を要し、ユーザは燃料の加熱のために相対的に長い時間待たなければならない。
【００１６】
満足できる始動を得て汚染物質、主にＨＣの排出を低減させるような手段において、通常ユーザは、燃料の適切な加熱のために長い時間待つことはしない。
【００１７】
加熱部材によって発生される出力に対して、レール内に収容されている燃料の量は、相対的に大きい。これらの加熱部材の数あるいは出力を増やすような解決手段では、レール内の燃料加熱装置の製造コストが大幅に上昇する。また、大きな容量の電源、すなわちバッテリも必要となる。
【００１８】
そのため、レール内の燃料容積を減少させることが提案されている。このような提案では、第１にコストがかからない方法であって、簡単な技術の適用でできるものの、相対的に低い温度においては、このような提案では要求されるように機能しない。
【００１９】
このような場合において、レール内の燃料の最小内部容量というものはない。最小容量は、内燃エンジンおよびその構成部材の製造から要求されるものであり、燃料ラインが加圧される前に燃料の最小容量を確保しなければならない。この容量は、内燃エンジンの始動と最初の運転に必要な燃料量を確保する。
燃料レールにおいて加熱される燃料の量を最小化するために、レールの主管からの噴射ラインの中に加熱部材を配置させるという提案が、国際公開第ＷＯ２００５／０２４２２５号パンフレットにてなされている。レールから燃料が流れて、噴射弁に向かって噴射ラインを燃料が通過する時に、噴射ラインにおいて加熱部材から燃料に伝熱が行われる。これにより、燃料レール中の全量ではない量の燃料が加熱されて、噴射弁に加熱された燃料が供給される。
しかしながら、燃料は加熱されているものの、加熱されていない燃料もまた噴射弁に供給されることになる。これは、噴射弁の近くの燃料のみが適切に加熱されて、エンジンに供給されるということが保証できないからである。国際公開第ＷＯ２００５／０２４２２５号パンフレットに開示されている燃料レールが内燃エンジンに装備された場合には、燃料が加熱される領域と比べて下方の位置に噴射弁が位置されることになる。このような場合には、加熱された燃料のほとんどは噴射弁への入口とは逆向きに上昇する傾向にあり、低温の燃料は噴射弁への入口に近づく傾向となる。このような方法では、寒い日にエンジンを始動する場合に、低温の燃料がエンジンに供給されることとなり、満足のいくエンジンの始動を行うことができない。
【００２０】
もう１つの提案は噴射弁の本体内部に加熱部材を挿入して、噴射弁内にある燃料の死容量を最初に加熱するというものであった。この容量が大幅に少なくされると、始動の際にレール内にある燃料を利用することが必要となる。そのため、低い温度の燃料が始動の際に用いられることとなり、そのような場合には、上述した欠点が生じることになる。さらに、噴射弁の本体内にある加熱部材は、そのサイズの制限により、エンジンの始動の際に十分な熱を付与することができない。その上、燃料の加熱を望むように行えないこのような解決手段はコスト的にも高い。
【発明の開示】
【００２１】
本発明は、内燃エンジンに用いられる燃料加熱装置に関する。この装置は、複数の燃料噴射弁を有し、噴射される前に適切に予熱された燃料をエンジンに供給する燃料レールを備えている。
【００２２】
このような適切な燃料の予熱は、燃料レールの予熱領域にて的確な量の燃料が加熱されることにより実現される。
【００２３】
本発明は、燃料予熱方法についても開示している。この方法では、必要な予熱時間を最適化して、ユーザが意識することなく、燃料予熱を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
さらに記述するように、本発明は、最新技術において生じる問題を、燃料加熱装置を用いることにより解決する。
【００２５】
本装置は、始動用燃料の追加的な収容部を必要とすることなく、高い気化熱を有する燃料を用いた内燃エンジンの低温始動を可能にする構成および装置を備えている。さらに、本装置は、エンジンの低温始動および運転の際に、炭化水素と汚染物質の排出を低減することもできる。
【００２６】
本発明の加熱のための装置は燃料レール内にあり、エンジンの始動のために望ましい燃料加熱を行うこと、すなわち、エンジンの燃焼室内での燃料燃焼のために十分な温度に到達することができるように、その構成装置は燃料レールに固定されている。
【００２７】
現在の最新技術に開示されているように、レールにある燃料全てを加熱することはできず、噴射弁内にある燃料を単に加熱するだけでは、内燃エンジンの適切な始動には十分ではない。そのため、レール内で加熱されなければならない燃料の適切な容量というものが存在する。
【００２８】
この適切な容量は、噴射弁の内部に収容される容量よりも多く、そしてレールの内部に収容される容量よりも少ない。加熱される燃料の容量がこの適切な容量よりも少ない場合には、始動された後、エンジンを正しい方法で運転し続けることができない。
【００２９】
一方、もし加熱される燃料の容量がこの適切な容量よりも多ければ、ユーザが望まないような長い予熱時間が必要となる。この２つ目の場合において、短い予熱時間でエンジンが作動されると、燃料温度がエンジンの適切な運転のために十分に高くなく、エンジンが始動しない、あるいは仮に始動しても排出物がかなり多くなる。
【００３０】
そのため、上述の全ての条件に適合するような方法として、本発明は、加熱部材および装置のその他の構成装置からの燃料の理想の容量を加熱する方法を提供する。
【００３１】
図１に示すように、燃料レール１ａは、燃料入口２ａを有している。図示しない加圧システムから燃料がこの燃料入口２ａを通して供給される。加圧システムは、燃料入口２に接続された配管内の燃料を加圧する燃料ポンプにより基本的に構成され、その作動により、レール１の内部の燃料が加圧状態とされる。
【００３２】
レール１ａの下面３には、燃料出口４ａがある。各々の燃料出口４ａは、各々の噴射弁５ａに接続されており、噴射弁５ａは、内燃エンジンの燃焼室内で燃料の燃焼が行われる前に燃料の霧化を行う。
【００３３】
噴射弁５ａは、保持部材６、望ましくは取付金具６ａを用いてレール１ａに接続されている。これらの取付金具６ａは、噴射弁をレールにしっかりと固定して、噴射弁５ａと燃料出口４ａとの接続部分にて加圧された燃料が漏れ出すことを防止している。
【００３４】
下面３の反対側にある上面７には、加熱部材９ａの受け開口８ａが設けられている。開口８ａは、各々の加熱部材９ａをレール１ａに入れて、その中にある燃料を加熱すること可能とする（加熱については後述する。）。
【００３５】
加熱部材９ａと開口８ａとの間には固定を行う保持用取っ手１０があり、この保持用取っ手１０は、封止部材（図１に図示せず。）を用いた固定が行われることにより、開口８ａを通して燃料が漏れ出すことが防止されている。
【００３６】
加熱部材９ａはコネクタ１１と連結されており、コネクタ１１はバッテリから加熱部材９ａへの電力供給を行う。電力は熱エネルギに変換され、そして加熱部材９ａを通じてレール１の内部の燃料に熱エネルギが伝達される。
【００３７】
図２は、加熱部材９ａ単体、すなわち、燃料レール１の開口８ａに装備されていない状態の加熱部材９ａを示す。加熱部材９ａは最新技術の加熱部材と似ているが、その加熱分布を異なる方法で集中させており、これについては後述する。
【００３８】
加熱部材９ａは、その一端に槍部１２ａを有しており、この槍部１２ａは、レール１ａの内部の加熱されるべき燃料に対して熱を付与する役目を果たす。この槍部１２ａは、高温ガスと腐食とに対する耐性を有する外層を備えている。高温ガス耐性は、例えば、電力を熱エネルギに変換するフィラメントが備えられているその内部に、均一的配置された圧縮酸化マグネシウム粉末による。腐食耐性は、例えば、アルコールのように高い腐食性を有する燃料への直接的な接接のためにある。
【００３９】
加熱部材９ａの中央部分には、レール１ａの開口８ａに加熱部材９ａを係合させる役割を有する中心体１３と、開口８ａを通してレール１ａから燃料が漏れることを防止する封止リング１５とが設けられている。
【００４０】
加熱部材９の他端には、コネクタ１１に連結されて電力供給を行うケーブル１４が固定されている。リング状溝１６には、取付部材１０が接続されており、加熱部材９ａのレール１への固定が保持されている。
【００４１】
図３および図４により、本発明の２つの第１実施形態を確認することができる。これらの図面は本装置の断面図であり、以下に説明するいくつかの相違点がある。
【００４２】
図３に示される本発明の第１実施形態では、レール１ａの断面図が示され、噴射弁５ａと加熱部材９ａの断面が示されている。
【００４３】
噴射弁５ａには、最新技術の弁と比して大きな変更点はない。最も大きな相違点は、燃料入口１７にフィルタが設けられていないこと、または、槍部１２ａと入口１７の内壁１８との間に改良されたフィルタが設けられていることである。
【００４４】
このフィルタは図３では図示しないが、このフィルタは現在の最新技術のフィルタに内部孔を設けたものであり、槍部１２ａと直接接触されるので高温耐性を有している。
【００４５】
燃料入口１７にこのフィルタがない場合には、別のフィルタをレール１ａの燃料開口２ａ内にオフション的に設けることができる。
【００４６】
レール１ａの下面３において、燃料出口４ａに噴射弁５ａが係合されていることがわかる。したがって、内燃エンジンが運転されている際に、レール１ａは加熱された燃料をその霧化のために噴射弁５ａに供給する。
【００４７】
噴射弁５ａの反対側において、上面７に加熱部材９ａが設けられて、加熱部材９ａがレール１ａの開口８ａに係合されている。加熱部材が取付金具１６により固定されかつ開口８ａに封止リング１５で封止されていることは、上述したように応力に対して利点がある。
【００４８】
加熱されるべき燃料が存在するレール１ａの内部に挿入されている槍部１２ａは、レール１ａ内のその周りにある燃料の一部である伝熱領域１９ａに集中するように位置決めされている。言い換えれば、レール１内にある燃料の一部のみが槍部１２ａからの熱を受け取ることができる。すなわち、レールの燃料の一部を加熱することを目的としており、噴射弁５ａの導かれる燃料を適切に加熱することを確実にしている。これは、噴射弁５ａに導かれる燃料が、必然的に伝熱領域１９ａを通過することになるからである。
【００４９】
したがって、レール１ａからの燃料の一部に対して熱伝達を集中させるようにしているので、本発明の１つの目的である適切に加熱された燃料を内燃エンジンに噴射することを確実にするのに十分な出力を、槍部１２ａが有することが可能となる。
【００５０】
さらに、フィン２０ａが、槍部１２ａに隣接して位置されており、レール１ａから伝熱領域１９ａへの全ての燃料の流れが制限されている。これにより、要求される集中が増大する。したがって、燃料を適切に加熱することが確実となる。
【００５１】
フィン２０ａは、レール１ａの内部の拡張部分に沿って並べられており、伝熱領域１９ａとレール１の内部の残りの部分との間に通路２１ａが設けられている。これにより、領域１９ａ内の燃料の容量を、内燃エンジンの始動の際の加熱に適切なものとすることができる。なお、フィン２０ａの位置は、装置の運転に影響されず、その形状を他の幾何学的なもの、例えば、フィン２０ａに代えて孔を有する内壁を用いることもできる。フィンの他の形態、すなわち伝熱領域１９ａへの流れを制限するという本発明の対象については後述する。
【００５２】
本実施形態では、槍部１２ａを延伸させているので、さらに示す第２実施形態よりも熱交換エリアを拡大することできる。しかしながら、燃料入口１７と確実に同心配置させるために、開口８ａは、前もって配置された槍部１２ａに関係した径を有する必要がある。
【００５３】
このような関連した径は、装置への装備の際に槍部１２ａが干渉して、隙間なく固定されるような制御された径を有する孔である。
【００５４】
なお、燃料入口１７に槍部１２ａを挿入することで、伝熱領域１９ａを大幅に拡大する。
【００５５】
ここで、本発明の第２実施形態について図４を用いて説明する。より大きな長さを有する槍部１２ａが用いられている第１実施形態とこの実施形態との相違点は、槍部１２ｂに存在する。槍部１２ｂが槍部１２ａよりも短い長さを有しているため、その結果、伝熱領域１９ｂの燃料への熱の伝達が少なくなる。さらに、このように長さが短いことにより、槍部１２ｂの一端が燃料入口１７と向かい合うことになり、そのため、この入口に必ずしも集中しなくなる。したがって、第１実施形態と比較すると精密な接続が要求されなくなり、装置への組み付けがより簡単になり、本装置の製造コストが低減される。
【００５６】
同様に、槍部１２ｂが噴射弁５に挿入されないことにより、第１実施形態とは異なり、フィルタを弁内に配置した状態とすることができる。
【００５７】
図４ではフィン２０ａが開示されていない。しかしながら、両実施形態において、伝熱領域１９ａ、１９ｂに加熱されていない燃料が通過することを制限するように、フィン２０を設けてもよいし、あるいは設けなくてもよい。
【００５８】
それぞれの第１実施形態における加熱の大きな相違点は、槍部１２ａの面積が大きく、より多くの熱を伝達することができる第１実施形態の方が、第２実施形態よりも予熱時間が短いことである。しかしながら、両者ともに、噴射弁５に供給されるレール１内の燃料が要求通りに加熱される。
【００５９】
第１実施形態が理解され、加熱装置の構成部材が相互にどのように作用するかを既に明らかにしたので、第１実施形態を除く本発明の他の実施形態については、実施形態の主要な改変点についてのみ明らかにする。
【００６０】
突起２０ａの別の形態を例示するために、図５に、異なる内部形状を有するレール１ｃを示す。本発明の装置の断面図は、上記に示した装置よりも詳細には示さないが（後の実施形態でも詳細には示さない。）、噴射弁５ｃに向かう、レール１ｃ内の加熱部材９ｃの槍部１２ｃを示す。
【００６１】
このレールでは、フラップ２０ｃにより燃料の流れが規制されている。フラップ２０ｃは、レール１ｃ内に挿入されている槍部１２ｃを取り囲んでいる。フラップ２０ｃは、槍部１２ｃの軸方向に配置され、通路２２が伝熱領域１９ｃ内に流れる燃料の流れの規制を可能としている。本実施形態では、フラップ２０ｃと槍部１２ｃとの間に形成される空間が、この伝熱領域１９ｃとなっている。さらに、その通路に沿いにおける燃料と槍部１２ｃとの接触をより大きくするために、レール内において、噴射弁５ｃに近く、開口８ｃとは反対側にフラップ２０ｃが固定される。
【００６２】
伝熱領域１９ｃでは燃料の流れが集中するため、レール１ｃに収容される燃料の全ての容量を加熱する必要なく、噴射弁５ｃによって噴射される燃料のかなりの容量を十分に加熱することが保証される。
【００６３】
さらに、槍部１２ｃの近くで加熱される燃料の対流が、レール内部のより高い温度の燃料を、通路２２の近くに集中させることを可能とする。これは、より高い温度の燃料が、レール１ｃの高い位置に集中する傾向があるためにより生じる。
【００６４】
したがって、内燃エンジンの始動において、噴射弁５ｃを通過する燃料の最初の部分がより高い温度となることが保証される。
【００６５】
上述したように、フラップ２０ｃは異なる形状を有してもよい。重要なのは、フラップが、伝熱領域１９ａ、１９ｃにおける熱の集中を増大させて集中を保持させるということである。
【００６６】
先の実施形態では、槍部１２ｃを噴射弁５ｃに対して同心に配置する必要がある。しかしながら、噴射弁５ｃに対して同心に配置された槍部を用いないことも可能である。
【００６７】
図６に非同心配置の実施形態を示す。この実施形態では、他の実施形態とは異なり、レール１ｄを貫通しないように、燃料レール１ｄ内に槍部１２ｄが挿入されている。これは、噴射弁の配置により実現される。ここでは噴射弁は図示されず、燃料出口４ｄのみを示す。
【００６８】
槍部１２ｄに対してこの燃料出口４ｄが配置されていることが確認できる。しかしながら、槍部１２ｄの下部を取り囲むようにＵ字形状を有するフラップ２０ｄは、燃料出口４ｄの近くに加熱された燃料が集められる伝熱領域１９ｄを形成する。
【００６９】
したがって、内燃エンジンの始動の際に、伝熱領域１９ｄに集められた燃料が噴射され、エンジンの低温始動が確実に行われる。
【００７０】
エンジンカバー内で使用できる寸法の制約から、内燃エンジンの課題として、より多くの量の燃料を加熱できるより小型の燃料加熱装置が求められている。
【００７１】
そのため、槍部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを噴射弁５と同心に配置することは、望ましくない。
【００７２】
図７に示すレール１ｅは、互いに流通された主管２４と４本の第２管２５とにより構成されている。このレールは、レール１ｅ内にポンプで注入される燃料が通過する燃料入口２ｅを備えている。
【００７３】
各々の第２管２５は、その中心部分に燃料出口４ｅを備えており、燃料出口４ｅに噴射弁５ｅが接続されている。この噴射弁は、取付金具６ｅにより第２管２５に確実に固定されている。
【００７４】
噴射弁５ｅは、第２管２５の軸方向と直交して配置されており、それぞれの第２管２５は、主管２４の軸方向に対して傾斜されて順に配置されている。
【００７５】
本実施形態では、それぞれの第２管２５は平行とされており、それぞれの第２管２６の主管２４への接続部分とは反対側の端部に、加熱部材９ｅが挿入されている。
【００７６】
本実施形態における装置の内部詳細を図８に示す。図８は、主管２４、第２管２５、および加熱部材９ｅの一部を上方から見た断面図である。
【００７７】
図８に示すように、加熱部材９ｅは槍部１２ｅを有しており、槍部１２ｅは第２管２５の軸方向に配置され、第２管２５と主管２４との間の連絡オリフィス２６に近づく所まで配置されている。連絡オリフィス２６を通して、主管２４から第２管２５に燃料が流れ込み、そして、本実施形態では示さない噴射弁を通して内燃エンジンに噴射されるまでに、燃料出口４ｅに燃料が流れ込む。
【００７８】
主管２４から第２管２５への燃料の流れは、連絡オリフィス２６により制限される。このような方法では、槍部１２ｅの周りに伝熱領域１９ｅを形成する第２管２５の内部に、燃料の加熱が集中する。また、内燃エンジンに噴射される燃料が十分に加熱されることを確実にすることができる。
【００７９】
本実施形態では、第２管２５は、主管２４よりも僅かに高い位置に位置されている。したがって、より高い温度の燃料が上昇することにより、エンジン始動の際に、より加熱された燃料が最初に燃料出口４ｅを通過することが保証される。さらに、伝熱領域１９ｅ内にて加熱される燃料の連絡オリフィス２６を通しての熱ロスは僅かである。
【００８０】
本発明によれば、本実施形態の各々の伝熱領域１９ｅは熱的に他の領域から分離されており、各槍部１２ｅの近くの燃料に付与された熱は、装置内の他の伝熱領域１９に付与される熱に影響を及ぼさない。そのため、噴射弁を通して噴射される燃料に同じ熱量が伝達されることを確実にすることができる。他の実施形態では、上記レール内の燃料入口と反対側に噴射弁を設けて、燃料入口の近くに弁が配置された場合よりも、より高い温度の燃料を噴射させるようにすることもできる。
【００８１】
内燃エンジンの設計形式により、それぞれの第２管２５を異なる傾きで設けることもできる。これは、図９に示すように、２本の第２管２５が、他の２本の第２管２５とは反対向きに傾けられている。これは、別の形式の内燃エンジン用の燃料加熱装置であり、寸法が異なり、例示するように、第２管２５の間のスペース、すなわち、噴射弁５ｆの間のスペースが異なっている。
【００８２】
加熱部材９ｆは、それぞれの第２管２５の軸方向に沿って配置される。この実施形態では、噴射弁５ｆの電気接続部が主管２４に面しており、弁５ｆの電源供給がレール１ｆの下方に位置される。
【００８３】
図１０および図１１は、第２管２５の内部の変形例であり、管を通過する燃料の速度の低減と集中を行うものである。
【００８４】
図１０において、燃料出口４ｅ、４ｆに接続された噴射弁５ｅ、５ｆと、伝熱領域１９ｅ、１９ｆ内に挿入された槍部１２ｅ、１２ｆを有し、第２管２５に装備された加熱部材９ｅ、９ｆとを示す。第２管２５の内壁には、燃料の流速を低減させる機能を有するねじが形成されており、これによって、伝熱領域１９ｅ、１９ｆ内にて熱交換性を高めることができる。
【００８５】
一方、図１１に、燃料出口４ｅ、４ｆに接続された噴射弁５ｅ、５ｆと、伝熱領域１９ｅ、１９ｆ内に挿入された槍部１２ｅ、１２ｆを有し、第２管２５に装備された加熱部材９ｅ、９ｆとを示す。
【００８６】
第２管２５の内壁は、燃料流れの下流側に向かってその断面が大きくなっている。すなわち、流れ方向に向かって流路が拡大されており、加熱される燃料の容量をより少なくするという観点にて、燃料出口４ｅ、４ｆの近くに熱交換をより集中させるようにしている。
【００８７】
さらに、図１２に、燃料加圧システムと連通された燃料入口２ｇを有する主管２４ｇを示す。２本の第２管２５ｇを備える燃料レールにおいて不可分な部分である主管２４ｇは、この第２管２５ｇと連通されている。
【００８８】
したがって、噴射弁５ｇに到達するまでに、燃料は燃料入口２ｇを通して導入され、主管２４ｇを通過して、そして第２管２５ｇを通過する。
【００８９】
主管２４ｇは細長い形状を有しており、実質的にその両端にＹ形状の第２管２５ｇが接続されている。
【００９０】
第２管２５ｇ内に燃料を導く方法については後述するが、第２管２５ｇがその形状により３つの端部を有しており、第１端部と第２端部がそれぞれ噴射弁５ｇに接続されている、すなわち、２組の噴射弁５ｇが各第２管に接続されていることは、図面から明らかである。この接続は、燃料出口４ｇにて行われ、取付金具６ｇによりこの出口に噴射弁５ｇが保持されることにより行われる。
【００９１】
一方、第２管２５ｇの第３端部は、主管２４ｇと加熱部材９ｇとの両方に接続されている。
【００９２】
これまでの加熱装置についてすでに説明したように、加熱部材９ｇは、主管２４ｇと第２管２５ｇとの接続位置の近くにおいて第２管２５ｇ内に挿入された槍部１２ｇを備えている。
【００９３】
さらに、本実施形態では、本加熱装置がいくつかの他の補助部材を備えている。具体的には、加熱部材９ｇへの電力供給を行うコネクタ２７ｇを備えている。別の補助部材としては、一般的に自動車産業では用いられているものであるが、噴射弁５ｇの機能のために電気的刺激／パルスを供給するコネクタ２８ｇがある。
【００９４】
図１２の加熱装置の一部を図１３に示す。この図では、第２管２５ｇを際立たせている。複数の第２管２５ｇのうちの１つのみと、それぞれの構成部材、例えば、噴射弁５ｇ、燃料出口４ｇ、および取付部材６ｇとが接続されている状態が示されている。
【００９５】
加熱部材９ｇが挿入されている第２管２５ｇの端部には、連通口２６ｇが設けられており、この連通口２６ｇは、主管２４ｇから第２管２５ｇ内に燃料を通過させるものである。この連通口は、２つの管の交差部分に設けられている。
【００９６】
第２管２５ｇ内に入り込んだ燃料は、連通口２６ｇを通過する際に、この管内にある槍部１２ｇに接触する。これは、加熱が行われる際に、槍部と接触するあるいはその近くにある燃料と、槍部１２ｇとの間で熱伝達を行うということである。このような方法では、主管２４ｇから流出する燃料が、第２管２５ｇ内にて実質的に閉じ込められた燃料によって形成される伝熱領域１９ｇを、必然的に通過することが保証される。
【００９７】
槍部１２ｇは、第２管２５ｇの中央部分にまで延在しており、それぞれの噴射弁５ｇに向けて流れるように燃料が分流される時に、もはや槍部１２ｇからの熱を燃料は受け取らない。しかしながら、この槍部１２ｇは、最終的には、それぞれの燃料出口４ｇに向かって延在するようなその他の形状を採ってもよい。したがって、加熱部材９ｇ、より明確には槍部１２ｇは、実質的に燃料出口４ｇに近づけられる。
【００９８】
よって、レールの全容量よりも小さな容量が加熱されることになり、本発明の最終的な目的、すなわち噴射弁５ｇあるいは必然的に内燃エンジンに供給される燃料を十分に加熱することが実現できる。
【００９９】
さらに指摘すれば、上述した加熱装置の１つでも言及したように、連通口２６ｇを通してある量の熱ロスが生じるが。この熱ロスは、噴射される燃料の加熱を損なう程、著しいロスではない。
【０１００】
本発明の別の変形例を図１４に示す。先の実施形態におけるコネクタ２７ｇ、２８ｇ、噴射弁５ｇ、主管２４ｇ、燃料入口２ｇと類似の機能を有するコネクタ２７ｈ、２８ｈ、噴射弁５ｈ、主管２４ｈ、燃料入口２ｈを備えているため、本変形例は先の実施形態と似ている。
【０１０１】
しかしながら、先の実施形態と比較して、本変形例は多数の加熱部材９ｈを備えており、個々の部材は噴射弁５ｈを通過する燃料を加熱する役割を有している。
【０１０２】
これと同様な変形例における上面図を図１５に示す。
【０１０３】
図１４および図１５において、第２管２５ｈが加熱部材９ｈを有し、この実施形態では第２管２５ｈが実質的にＬ形状を有していることがわかる。しかしながら、このＬ形状は、その傾斜が鈍角とされている。先の実施形態のように、槍部１２ｈは、この傾斜部分にできる限り近づくように第２管２５ｈの内部にて延在して配置されている。この槍部１２ｈは燃料出口４ｈにできるだけ近づくように延在させることもできる。
【０１０４】
本実施形態の槍部が、先の実施形態の槍部と同様な出力を有している場合には、本実施形態の加熱装置はより多くの加熱部材を備えているため、より多くの熱が燃料に伝達される。
【０１０５】
それにもかかわらず、第２管は、主管２４ｈの端部と、その中央部分との両方に配置されている。このような配置は異なる形態であり、供給先の内燃エンジンの形式による。言い換えれば、エンジンの設計は第２管２５ｈの配置に影響する。
【０１０６】
さらに、伝熱領域１９ｈが各々の第２管２５ｈ内に形成されており、燃料レールの全収容量よりも小さな容量をこの領域が有していることがわかる。そのため、熱とこの領域に流れ込む燃料とを制限することにより、燃料の一部のみが十分に加熱される。
【０１０７】
先に用いた同様な方法にて、このように低減されたが十分である加熱容量が、内燃エンジンを望ましく機能させることを確実にする。
【０１０８】
本実施形態の側面図を図１６に示す。加熱装置の傾斜配置について明確にこの図に示す。燃料の流れの向きと反対側にある第２管２５ｈの下方部分に、加熱部材９ｈは挿入されており、加熱部材が挿入された場所にて熱集中が起こり、燃料が流れる際に、加熱部材９ｈの槍部に燃料が接触して燃料が徐々に加熱される。これにより、槍部１２ｈが接続されている加熱部材の部分、すなわち、そのベースが加熱され難くすることができる。加熱部材の過加熱により生じる不良を大幅に抑えることができるというこのような方法では、本発明の加熱装置の正しい機能およびロバスト性を確実なものとすることができる。
【０１０９】
加圧された燃料は、第２管２５ｈ内に導入される際に、重力と反対向きに流れて、加熱部材９ｈの槍部１２ｈに接触して加熱される。この方法では、低温の燃料は、伝熱領域１９ｈ内に導入される際に、加熱部材９ｈが挿入されている場所により近づくことになる。これにより、加熱部材９ｈの過加熱の問題をさらに抑えることができる。
【０１１０】
さらに、加熱された燃料は上昇する傾向があるため、このような配置により、伝熱領域１９ｈにてより加熱された燃料が噴射弁５ｈ内に導入されることが確実となる。
【０１１１】
第２管２５ｈの下方部分に加熱部材９ｈを配置させることで、部材自身が加熱されるという多くの欠点を防止することができるとともに、加熱される燃料への熱の分配性を良好なものとすることができる。
【０１１２】
上述したように、後に熱エネルギへと変換するために、コネクタ２７ｇ、２７ｈは加熱部材に電気エネルギを供給する。このコネクタは正極のみを有している。燃料レールそれ自身の胴体が負極（もしくは接地極）となる。この胴体は通常、導電性材料により形成されている。
【０１１３】
しかしながら、導電性を有さない材料、例えば樹脂により燃料レールを製造することもできる。このような種類の材料が用いられる場合には、コネクタ２９が必須であり、図１７に示すように、コネクタ２９が接地極（負極とみなすことができる。）となるように加熱部材に接続される。このようにすることで、燃料レールに導電性材料が用いられないような場合であっても、加熱部材に適切に電気エネルギが供給される。
【０１１４】
最後に、本発明の最後の実施形態を図１８に示す。この実施形態は、先の加熱装置の実施形態と全く似ているが、いくつかの顕著な相違点があり、主に、加熱部材の配置に関する。
【０１１５】
先の実施形態におけるいくつかの構成部材、例えば、コネクタ２７、２８と取付部材６は、同じ機能を有する。
【０１１６】
上述したように、本実施形態では、コネクタ２７ｉ、２８ｉおよび取付部材６ｉの配置に、他の実施形態との相違点がある。
【０１１７】
図１８において、燃料レールは、燃料入口２ｉを有する主管２４ｉを備える。この入口は、燃料タンクから加圧された燃料を自然に供給する燃料加熱システムに接続されている。
【０１１８】
供給された燃料は、燃料入口２ｉから主管２４ｉを通して、少なくとも１つの噴射弁５ｉの所まで流れる。この弁は、内燃エンジンに供給する燃料を噴霧する機能を有している。
【０１１９】
しかしながら、燃料が噴射弁５ｉに到達する前であり、主管２４ｉから流れ出た後に、燃料は第２管２５ｉを通過する。第２管２５ｉ内には伝熱領域１９ｉがあり、これは次の図がよりわかり易い。
【０１２０】
図１９および図２０は、図７ＣＡの加熱装置の側面図と断面図を示す。
【０１２１】
これらの図では、燃料出口４ｉに噴射弁５ｉが接続されており、取付金具６ｉにより出口に弁が保持されている。
【０１２２】
第２管２５ｉと主管２４ｉの両方は噴射弁５ｉと流通されており、実質的に燃料レールを形成している。この点に関し、主管２４ｉから流出した燃料は、第２管２５ｉへの導入を規制する連通口２６ｉを通過する。
【０１２３】
後者の管内にて加熱部材９ｉにより燃料が加熱され、より具体的には、伝熱領域１９ｉ内にてこの部材の槍部１２ｉにより加熱が行われる。この領域は第２管２５ｉ内に形成され、レール内の燃料の一部が加熱される。このような方法では、伝熱領域１９ｉを通過した後、噴射弁５ｉを通して内燃エンジン内に噴射されるまでに、加熱された燃料の適切な容量が出口４ｉから流出されることが保証される。
【０１２４】
先の実施形態でも言及したように、加熱部材９ｉは、連通口２６ｉに近づくように第２管２５ｉの下方部分に固定されている。そのため、燃料の流れ方向において、連通口２６ｉに近づくように槍部１２ｉが延在している。この燃料の流れは、燃料出口４ｉに向かっている。
【０１２５】
槍部１２ｉと接触されると、伝熱領域１９ｉにて燃料は熱を受け取る。本実施形態では、この領域は第２管２５ｉによってその範囲が画定されている。そのため、この領域内にて燃料の容量が十分に加熱される。
【０１２６】
伝熱領域１９ｉに導入される燃料の最初の部分は低温であり、また加熱部材９ｉのベースに近づき、槍部１２ｉはベースから延伸されているため、加熱部材が高温にさらされることはない。したがって、本実施形態では過加熱の問題は生じず、装置は、信頼性、ロバスト性、および高い効率を有することになる。
【０１２７】
内燃エンジンの始動の前に、言い換えれば、燃料の流れがない状態で加熱動作が行われるため、伝熱領域１９ｉ内の燃料はより高い温度となって反重力方向に移動することになる。より加熱された燃料は上昇する傾向にあり、低い温度の燃料は重力方向に移動して連通口２６ｉの近くのスペースを占める傾向にある。
【０１２８】
しかしながら、連通口２６ｉは、燃料出口４ｉの反対側にあり、第２管２５ｉの下方部分に近い位置にある。このような方法では、上昇という方法によって、伝熱領域１９ｉに燃料が通過する。第２管２５ｉ内にてより加熱された燃料が上昇する傾向にあるため、噴射弁５ｉに向けて燃料出口４ｉを通過する燃料がより高い温度を有することが保証される。
【０１２９】
さらに、加熱の際にガスが形成されるような場合、言い換えれば、燃料が液状態からガス状態へとうつるような場合、このガスが加熱部材９ｉからできる限り離すことがさらに可能となる。これにより、槍部１２ｉがガス状態の燃料と接触した状態となることを防止して、過加熱を防止することができる。
【０１３０】
上述の実施形態では、加熱部材９は、グロープラグであるとともに、正の温度係数（ＰＴＣ）のセラミック材料抵抗を有してもよい。これにより、適用された電流に比例して加熱温度を正確に制御することができる。
【０１３１】
内燃エンジンの始動の前に燃料を加熱することができるこのように示された装置の実施形態においては、十分な熱エネルギが供給されて、伝熱領域１９にある適切な容量の燃料が必要な温度に達する。これにより、望むような始動と、始動の後も徐々に熱を燃料に供給することができるため、空燃比を理論空燃比に近づけることが可能となる。この燃料への熱供給を継続することで、内燃エンジンの適切な始動の後であっても、排出物、主としてＨＣを減少させることができる。
【０１３２】
さらに言及すべきことは、このように提示された改変は、現在のエンジンの設計において著しい変更が要求されるものではなく、低コストで実現できるということである。さらに、最終的には構成部材の取り替えが必要となるので、構成部材のメンテナンスを容易にするように装置が装備される。
【０１３３】
上述したように、予熱完了までの長い時間をユーザは待たない、あるいは待ちたくないので、内燃エンジンの始動の前の燃料の予熱時間はとても重要である。ユーザがエンジンを始動する意図（一般的には、イグニッションキーを回転してエンジンの電気部品が作動するまで）とともに開始され、エンジン自身が始動されるまでに開始されるため、この時間は相対的に短い。
【０１３４】
したがって、本発明は、これより前に説明したように加熱装置を用いた内燃エンジンの燃料予熱方法を含む。
【０１３５】
予熱時間を有するエンジンとしては、通常ディーゼルエンジンがあり、予熱時間としてユーザが待たなければならない最小の時間が表示される電光表示が計器パネルに設けられている。
【０１３６】
オットーサイクルでは、ユーザはこのような手順を採る必要はない。すなわち、おそらく、予熱は効率的な方法とは言えないであろう。
予熱の正しい実行に対してユーザの積極的な介入の必要性が生じることを避けるために、本方法では、ユーザが自身の介入に気付くことなく、予熱が実施される。
【０１３７】
通常、説明した限りでは、エンジンは、乗り物、すなわち自動車に用いられている。このような自動車にてユーザがエンジンを始動させようとする際に、ユーザは自動車のドアを開けなければならない。このドアを開くことで、電子ユニットに接続されたリレーが、ドアが開けられたという情報を送る。これにより、内燃エンジンが始動される可能性があるという情報を電子ユニットに受け取らせることができる。その後、自動車のイグニッション指令におけるキーの挿入前であっても、電子ユニットが燃料加熱装置を作動させる。
したがって、エンジンが始動される前の数秒の加熱時間が得られる。これは、満足のいく予熱にとって顕著な相違点である。
【０１３８】
加熱装置の作動は他の要素によっても行うことができる。例えば、自動車の警報の解除、あるいはリモート制御によるドアロックの解除である。重要なのは、内燃エンジンを始動させようとするユーザの意思が存在する可能性の情報を電子ユニットが受け取ることであり、これにより、電子ユニットが加熱装置を作動させるということができる。さらに重要なのは、ユーザが自身の介在を無意識に行うことであり、そのため、本方法では、ユーザとの間の双方向性は要求されない。
【０１３９】
しかしながら、電子ユニットにより作動される前に、外部温度が、レール１内の燃料の予熱に要求されるような温度にあるような場合については後述する。最低温度のプログラミングはユニットにて行うことができ、この温度、例えば、２０℃を下回る温度から予熱の作動をスタートさせるようにすることができる。
【０１４０】
燃料の予熱の後、ユーザは自動車の内燃エンジンを始動させ、始動の後であっても、電子ユニットは加熱装置をまだおよそ１分間作動し続ける。これにより、汚染物質、主にＨＣの放出が大幅に削減され、空燃比が理論空燃比により早く近づくことになる。
【０１４１】
必然的に、作動し続ける加熱装置の継続時間は、外部温度に基づいて算出される。この時間は、装置が適用されるエンジンの形式によって変わる。
【０１４２】
総合すれば、本方法は次の工程を備えている：
Ｉ−例えば、自動車のドアを開ける、あるいはリモート制御により自動車の警報を解除することによりユーザが介在する工程；
ＩＩ−ユーザの介在情報を電子ユニットにより受け取る工程；
ＩＩＩ−電子ユニットにより作動された加熱装置により燃料の予熱を行う工程；
ＩＶ−予熱の後、ユーザにより内燃エンジンを始動する工程；
Ｖ−エンジンの始動の後、汚染物質の放出を削減するために、電子ユニットにて決定されたプログラム時間、例えば１分の間、加熱装置により燃料加熱を継続する工程。
【０１４３】
なお、内燃エンジンが始動される前において、加熱装置の加熱は、自動車の他の構成部材の作動、例えば、燃料ポンプや噴射弁の作動とは独立して行われる。
【０１４４】
燃料の予熱の後、何らかの理由によって内燃エンジンが始動されなければ、自動車のバッテリの放電を防止するために、電子ユニットは予熱装置の作動を停止させる。
【０１４５】
さらに、内燃エンジンの始動の前に燃料が適切に予熱されており、内燃エンジンの理想的な始動に必要な上述した条件に従っていることを知らせる電子ユニットからのサインを、ユーザは受け取ることができる。このサインは、音のサイン、あるいは自動車のパネル上への光表示であってもよい。
【０１４６】
実施形態の望ましい２つの例について開示したが、本発明の範囲には、付属の特許請求の範囲の内容によってのみ限定される他の改変および均等なものも含まれると理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【０１４７】
本発明は、以下に示す図面に表された実施形態に基づいて記述される。
【図１】図１は、燃料レールに適用された燃料加熱装置の斜視図である。
【図２】図２は、燃料加熱装置に用いられる加熱部材の正面図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態にかかる燃料加熱装置の断面図である。
【図４】図４は、第２実施形態の燃料加熱装置の断面図である。
【図５】図５は、本発明の第３実施形態にかかる燃料加熱装置の断面図である。
【図６】図６は、本発明の第４実施形態にかかる燃料加熱装置の断面図である。
【図７】図７は、本発明の第５実施形態にかかる燃料加熱装置の斜視図である。
【図８】図８は、本発明の第５実施形態にかかる燃料加熱装置の断面図である。
【図９】図９は、本発明の第６実施形態にかかる燃料加熱装置の斜視図である。
【図１０】図１０は、燃料加熱装置の詳細の断面図である。
【図１１】図１１は、燃料加熱装置の詳細の断面図である。
【図１２】図１２は、加熱装置の斜視図である。
【図１３】図１３は、図１２の加熱装置の詳細の斜視図である。
【図１４】図１４は、加熱装置の斜視図である。
【図１５】図１５は、図１４の加熱装置の上面図である。
【図１６】図１６は、図１４の加熱装置の側面図である。
【図１７】図１７は、加熱装置の詳細の拡大斜視図である。
【図１８】図１８は、加熱装置の斜視図である。
【図１９】図１９は、図１８の加熱装置の側面図である。
【図２０】図２０は、図１８の加熱装置の断面図である。
【符号の説明】
【０１４８】
１  燃料レール
２  燃料入口
３  下面
４  燃料出口
５  噴射弁
６  取付金具
７  上面
８  受け開口
９  加熱部材
１０  保持用取っ手
１１  コネクタ
１２  槍部
１３  中心体
１４  ケーブル
１５  封止リング
１６  リング状溝
１７  燃料入口
１８  内壁
１９  伝熱領域
２０  フィン
２１  通路
２２  通路
２４  主管
２５  第２管
２６  連絡オリフィス
２７  コネクタ
２８  コネクタ
２９  コネクタ
【国際調査報告】
2008542622.tif 000023
2008542622.tif 000024
2008542622.tif 000025