(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料システムを制御し、前記燃料システム内の欠陥を検出する方法であって、前記燃料システムは、車両のエンジンに設置され、少なくとも１つの毛細管流路を有する少なくとも１つの燃料噴射装置と、前記少なくとも１つの毛細管流路に沿って配置される熱源であって、前記少なくとも１つの毛細管流路内の液体燃料を少なくともその一部を液体状態から蒸気状態に変換するのに十分なレベルまで加熱することが可能な熱源とを備えるような方法において、
（ａ）前記少なくとも１つの燃料噴射装置の前記熱源に供給される電力を所定の目標温度を達成するように制御するステップであって、前記所定の目標温度は、液体燃料の一部を蒸気状態に変換するように操作可能であるステップと、
（ｂ）前記少なくとも１つの毛細管流路の抵抗値（Ｒ／Ｒｏ）を設定するステップであって、前記抵抗値（Ｒ／Ｒｏ）は、前記少なくとも１つの毛細管流路の非加熱抵抗に対する前記少なくとも１つの毛細管流路の加熱抵抗の比率で示され、前記所定の目標温度と関連し得るようなステップと、
（ｃ）前記抵抗値（Ｒ／Ｒｏ）が所定範囲外にあるかどうかを決定するステップであって、前記Ｒ／Ｒｏの所定範囲は１〜１．２５の間であるステップと、
（ｄ）もし前記抵抗値（Ｒ／Ｒｏ）が、所定範囲外にある場合、そこから欠陥が生じたと判断し、欠陥検出信号をして車両のチェックエンジンランプを点灯させるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記熱源への電力は、二値電源によって供給されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記熱源への電力は、比例−積分−微分制御装置によって制御されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記欠陥検出信号は、前記少なくとも１つの燃料噴射装置の前記熱源に供給される電力を供給停止するステップを開始することを特徴とする請求項１、２あるいは３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記冷抵抗値Ｒｏに変化をもたらす老化又は沈殿物の堆積による前記毛細管流路の経時的な物理的変化の結果として、前記抵抗値（Ｒ／Ｒｏ）を調整するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１、２、３あるいは４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記毛細管流路の経時的な物理的変化の結果として、前記抵抗値を調整する前記ステップは、以下のサブステップ、すなわち、
（ａ）エンジン暖気の程度を示す値を測定するステップと、
（ｂ）エンジン暖気の程度を示す前記値が所定レベル未満である場合、以下のステップ、すなわち、
（ｃ）前記毛細管流路の冷抵抗を測定するステップと、
（ｄ）吸気大気温度を測定するステップと、
（ｅ）もし前記測定された冷抵抗値と前記測定された吸気大気温度値のいずれかが、前記値の各々に対する予め記憶された測定値と合致するかどうかを決定するステップと、
（ｆ）前記測定された冷抵抗値と前記測定された吸気大気温度値のいずれもが、前記値の各々の前記予め記憶された測定値と合致しない場合、抵抗値を調整するステップであって、前記抵抗値は下記の関係に従って前記毛細管流路の所定の目標温度と関連し得るステップであって、
Ｒ＝Ｒｏ［１＋α（Ｔ−Ｔｏ）］
Ｒは温度Ｔにおける前記毛細管通路材料の抵抗、Ｒｏは温度Ｔｏにおける前記毛細管通路材料の冷抵抗、及びαは前記毛細管通路材料の抵抗率の温度係数であり、前記毛細管材料の性質が経時的に変化するのに伴って、抵抗と温度の相関関係の変化は、αの変化に反映され、該αの値は各エンジン始動時に下記の関係に従って再計算され、
【数１】
0004503595.tif 000004
Ｒｏ（新）は、Ｔamn（新）において測定された冷抵抗であることを特徴とするステップと
を行うステップと、
を含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
燃料システムを制御し、前記燃料システム内の欠陥を検出する方法であって、前記燃料システムは、車両のエンジンに設置され、少なくとも１つの毛細管流路を有する少なくとも１つの燃料噴射装置と、前記少なくとも１つの毛細管流路に沿って配置される熱源であって、前記少なくとも1つの毛細管流路内の液体燃料を少なくともその一部を液体状態から蒸気状態に変換するのに十分なレベルまで加熱することが可能な熱源とを備えるような方法において、
（ａ）前記少なくとも１つの燃料噴射装置の前記熱源に供給される電力を所定の目標温度を達成するように制御するステップであって、前記所定の目標温度は、液体燃料の一部を蒸気燃料に変換させるように操作可能であるステップと、
（ｂ）前記少なくとも１つの毛細管流路の抵抗値（Ｒ／Ｒｏ）を設定するステップであって、前記抵抗値（Ｒ／Ｒｏ）は、前記少なくとも１つの毛細管流路の非加熱抵抗に対する前記少なくとも１つの毛細管流路の温抵抗の比率で示され、前記所定の目標温度と関連し得るようなステップと、
（ｃ）前記毛細管流路を前記抵抗値（Ｒ／Ｒｏ）に加熱するのに必要な時間を測定するステップと、
（ｄ）もし前記毛細管流路を前記抵抗値（Ｒ／Ｒｏ）に加熱する前記時間が、所定範囲外にある場合、そこから欠陥が生じたと判断し、欠陥検出信号を発して車両のチェックエンジンランプを点灯させるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項８】
前記時間測定は、キーオン信号の起動時に開始されることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記熱源への電力は、二値電源によって供給されることを特徴とする請求項７あるいは８に記載の方法。
【請求項１０】
前記熱源への電力は、比例−積分−微分制御装置によって制御されることを特徴とする請求項７あるいは８に記載の方法。
【請求項１１】
前記欠陥検出信号は、前記少なくとも１つの燃料噴射装置の前記熱源に供給される電力を供給停止するステップを開始することを特徴とする請求項７、８、９あるいは１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
内燃機関に用いられる燃料システムにおいて、
（ａ）複数の燃料噴射装置であって、各々が、少なくとも１つの毛細管流路を備え、前記少なくとも１つの毛細管流路は、入口端と出口端とを有する燃料噴射装置と、
（ｂ）前記少なくとも１つの毛細管流路に沿って配置される熱源であって、前記少なくとも１つの毛細管流路内の液体燃料を少なくともその部分を液体状態から蒸気状態に変換するのに十分なレベルまで加熱するように操作可能である熱源と、
（ｃ）前記内燃機関への燃料を計量供給する弁と、
（ｄ）前記複数の燃料噴射装置の各々の前記熱源に供給される電力を所定の目標温度を達成するように制御する制御装置であって、前記熱源への電力は、前記少なくとも１つの毛細管流路の抵抗値（Ｒ／Ｒｏ）を設定することによって制御され、前記抵抗値（Ｒ／Ｒｏ）は、前記少なくとも１つの毛細管流路の非加熱抵抗に対する前記少なくとも１つの毛細管流路の加熱抵抗の比率で示され、前記所定の目標温度と関連し得る制御装置と、
（ｅ）エンジン空気流量を決定するのに用いられるセンサと、
（ｆ）前記内燃機関のエンジン暖気の程度を示す値を測定するためのセンサと、
（ｇ）前記抵抗値（Ｒ／Ｒｏ）が所定範囲外にあるかどうかを決定するエンジン制御ユニットであって、前記Ｒ／Ｒｏの所定範囲は１〜１．２５の間であり、
もし前記抵抗値（Ｒ／Ｒｏ）が所定範囲外にある場合、そこから欠陥が生じたと判断して欠陥検出信号を発する、エンジン制御ユニットと、
を備える燃料システム。
【請求項１３】
前記燃料システムは車両内に設置され、前記欠陥検出信号は、車両のチェックエンジンランプを点灯させるようになっていることを特徴とする請求項１２に記載の燃料システム。
【請求項１４】
前記欠陥検出信号は、前記少なくとも１つの燃料噴射装置の前記熱源に供給される電力を供給停止するようになっていることを特徴とする請求項１２あるいは１３に記載の燃料システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関への燃料供給に関する。
【背景技術】
【０００２】
カリフォルニア低排ガス車ＩＩ（ＬＥＶＩＩ）、米国連邦環境保護局（ＥＰＡ）段階２、及び欧州連合ＥＵ−ＩＶを含む、今後数年間にわたって実施されるように計画されているかってないほど厳しい排ガス規制に照らして、特に冷始動及び暖機中に前触媒エンジンから排出されるＨＣ排出物に対して、研究と開発の多大な努力が集中されている。これは、主に、連邦試験手順（ＦＴＰ）中に典型的な軽車両によって生じる炭化水素排出物の全体の８０％に及ぶ部分が、その試験の最初の１２０秒の間に生じ得るという事実によるものである。
【０００３】
これらの高レベルの排出物は、主に、エンジンと排気部品の温度が低いことに起因している。具体的には、エンジン部品の温度が低いと、過濃燃料での運転が必要である。この過濃燃料の運転では、吸気システムと燃焼室の壁に付着された燃料の部分を補うために、過剰の燃料が用いられ、従って、容易に燃焼されないことになる。加えて、温度の低い三元触媒は、冷始動中にエンジンを通る未燃炭化水素の大部分を還元することができない。その結果、高濃度の未燃炭化水素が、排気管から放出されることになる。なお、冷始動中の過剰な炭化水素の排出物を伴う過剰な燃料の供給は、液体ガソリンよりもむしろガソリン蒸気を用いることによって、なくすことができることが分かっている。
【０００４】
微細な液体燃料の液滴と空気を内燃機関に供給する種々のシステムが考案されているが、これらは、エンジン暖機の後では比較的良好に機能している。これらのシステムは、燃料を燃焼室に直接供給する（直接噴射）か、あるいは気化器又は燃料噴射装置を用いて、混合気を吸気マニフォールドを介して燃焼室に供給する（間接噴射）か、のいずれかである。現在採用されているシステムにおいて、燃料／空気混合物は、液体燃料を噴霧化し、それを微細な液滴として空気流に供給することによって、生成されている。
【０００５】
ポート燃料噴射を採用する従来の火花点火エンジンでは、噴射された燃料は、その液体燃料の液滴を吸気口または吸気マニフォールドの温度の高い構成部品に導くことによって、蒸発されている。通常の運転条件において、液体燃料は、温度の高い構成部品の表面上に膜をなし、続いて蒸発される。次いで、蒸発された燃料と吸入空気の混合物は、吸気弁が開いてピストンが下死点に向かって移動するにつれて生じる差圧によって、シリンダ内に引込まれる。最新のエンジンに適合する制御レベルを確実に得るために、この蒸発技術は、典型的には、蒸発が一エンジンサイクル未満で生じるように、最適化されている。
【０００６】
殆どのエンジンの運転条件において、吸気部品の温度は、衝突する液体燃料の液滴を急速に蒸発するのに十分である。しかし、前述したように、冷始動及び暖機のような運転条件下では、燃料は、比較的温度の低いエンジン部品への衝突によって、蒸発されない。代わりに、これらの条件でのエンジンの運転は、燃料の十分な比率の部分が、温度の低い吸気部品との衝突の前に、空気内を通過しながら、熱と物質伝達によって蒸発するように、過剰の燃料を供給することによって、確実に行われる。この機構による蒸発速度は、燃料の性質、温度、圧力、相対的な液滴と空気の速度、及び液滴の直径の関数である。勿論、この手法は、極端な環境下での冷始動、すなわち、燃料の揮発度が空気と共に点火可能な濃度の蒸気を生成するのに不十分な冷始動の場合、破綻することになる。
【０００７】
化学的に完全な燃焼を達成するには、燃料／空気混合物は、化学量論的又は燃料が希薄な気相の混合物が得られるように、蒸発されなければならない。化学量論的な燃焼可能な混合気は、完全な燃焼に必要な正確な量の空気（酸素）と燃料を含んでいる。ガソリンの場合、この空燃比は、重量単位で、約１４．７：１である。完全に蒸発されない、すなわち、過濃又は過度に希薄な燃料／空気混合物は、不完全な燃焼を招き、熱効率が低下することになる。理想的な燃焼プロセスの生成物は、水（Ｈ2Ｏ）と二酸化炭素（ＣＯ2）である。もし燃焼が不完全である場合、炭素が十分に酸化されず、一酸化炭素（ＣＯ）と未燃炭化水素（ＨＣ）を生じることになる。
【０００８】
空気汚染を低下させる義務付けによって、燃焼の不十分さを多数の燃料システムとエンジンの改造によって補う試みがなされている。燃料を前処理して、供給するシステムに関する先行技術によって明らかなように、さらに完全な燃焼を可能とするために、液体燃料の液滴の大きさを小さくさせること、システムの乱流を増大させること、及び燃料を蒸発させるのに十分な熱を与えることに、多大の努力が払われている。
【０００９】
未燃炭化水素の比較的大部分は始動中に放出されるので、軽負荷車両エンジンの運転におけるこの態様に、著しい技術的な開発努力が集中されている。さらに、ますます厳しくなる排出物の基準が法令化され、消費者は価格と性能に依然として敏感なので、これらの開発努力は、最優先事項として継続されるだろう。エンジン始動時の排出物を低減させるのに用いられる解決策の１つの一般的な部類として、燃料蒸発が挙げられる。蒸発された燃料を供給する場合の重要な実際的課題は、燃料蒸気を計量供給することが困難なので、冷始動時の排出物を低減させるための殆どの手法は、燃料を液体として計量供給し、次いで、それを蒸発させる手段に向けられているという事実にある。燃料噴射装置の出口に付け加えられた燃料加熱器又は燃料蒸発器を含む加熱された燃料噴射装置の概念では、一般的に、いったん加熱器が停止されると、その後、噴霧化が劣り、目的とする燃料が得られない。加えて、加熱された噴射装置や加熱された衝突板は、加熱要素に必要とされる電力を最小限に抑える目的と、蒸発器の起動時間を最小限に抑える目的との間に、本質的な設計上の課題がある。実際上、加熱された噴射器と加熱された衝突板の両方と関連する加熱時間は、過剰な電力が供給されない限り、余りにも長すぎる。
【００１０】
燃料蒸発の実施と関連する前述の困難さに対する１つの具体的な解決策として、燃料を蒸発させるための毛細管通路の使用が挙げられる。この毛細管通路の使用は、蒸発した燃料を内燃機関に供給することを目的とする他の技術を上回る多くの際立った利点をもたらしている。特に、毛細管構造の比較的低熱量と組み合わされた毛細管通路の高い表面積／容積比によって、所望の加熱断面を達成するのに必要な迅速な暖気時間（約０．５秒未満）と最小電力要件（シリンダごとに約１５．３ｋｇ・ｍ／秒（１５０ワット））が得られる。燃料蒸発と関連する毛細管通路の他の利点は、毛細管設計が従来の燃料噴射装置の機能性と一体化され得るので、選択された排気物質の制御方式に応じて、単一の噴射装置が液体燃料と蒸発燃料の両方を供給することが可能になる点にある。
【００１１】
毛細管通路に基づく燃料蒸発器の一形態は、２００２年の１０月３１日に出願された米国特許出願第１０／２８４，１８０号に開示されている。この特許出願は、本特許出願が基づく特許出願である。この特許出願では、内燃機関に用いられる燃料システムが開示されている。好ましい形態は、複数の燃料噴射装置であって、各噴射装置が、（ｉ）少なくとも1つの毛細管流路であって、入口端と出口端とを有する毛細管流路と、（ｉｉ）少なくとも1つの毛細管流路に沿って配置される熱源であって、少なくとも１つの毛細管流路における液体燃料を少なくともその一部を液体状態から蒸気状態に変換させるのに十分なレベルに加熱するように操作可能な熱源と、（ｉｉｉ）内燃機関への燃料を計量供給するための弁であって、少なくとも1つの毛細管流路の出口端に近接して配置される弁とを備える複数の燃料噴射装置と、複数の燃料噴射装置と流体連通する液体燃料供給システムと、複数の燃料噴射装置の各々の熱源に供給される電力を所定の目標温度を達成するように制御する制御装置であって、所定の目標温度は、液体燃料の一部を蒸気状態に変換させるように操作可能である制御装置と、内燃機関のエンジン空気流量を決定するための手段と、内燃機関のエンジン暖気の程度を示す値を測定するためのセンサであって、制御装置に操作可能に接続されるセンサとを備え、蒸気状態に変化されるべき液体燃料の一部は、最小の排気物質を達成するために、検知された内燃機関の状態に基づいて制御されていることを特徴とする。
【００１２】
本特許出願が基づくこの特許出願に開示された燃料システムは、内燃機関の冷始動と暖気時における排気物質を低減するのに有効である。実質的に蒸発された燃料が空中で凝縮されるとき、微細な液滴寸法のエアロゾルを形成することによって、燃焼が効率的に促進される。蒸発された燃料は、エンジンの冷始動及び暖気中に、内燃機関の燃焼室に供給され、排気物質の低減が達成され得ることになる。
【００１３】
本特許が基づくこの特許出願は、燃料システムを制御し、燃料を内燃機関に供給する方法も開示している。ここで、燃料システムは、少なくとも１つの燃料噴射装置を備え、この燃料噴射装置は、少なくとも１つの毛細管流路と、少なくとも１つの毛細管流路に沿って配置される熱源であって、少なくとも1つの毛細管流路における液体燃料を少なくともその一部を液体状態から蒸発状態に変換させるのに十分なレベルに加熱することが可能な熱源と、内燃機関への燃料を計量供給するための弁であって、少なくとも１つの毛細管流路の出口端に近接して配置される弁とを有している。この方法は、内燃機関のエンジン空気流量を決定するステップと、内燃機関のエンジン暖気の程度を示す値を測定するステップと、少なくとも１つの毛細管流路によって蒸気状態に変換されるべき液体燃料の一部を決定するステップであって、上記の測定値を用いるステップと、少なくとも１つの燃料噴射装置の熱源に供給される電力を所定の目標温度を達成させるように制御するステップであって、所定の目標温度は、液体燃料の一部を決定された蒸気状態に変換するように操作可能であるステップと、燃料を内燃機関の燃焼室に供給するステップとを含み、蒸気状態に変換される液体燃料の一部は、最小の排気物質を達成するように決定されることを特徴とする。
【００１４】
この特許出願に記載された１つの好ましい形態によれば、毛細管流路は、毛細管チューブを含み、熱源は抵抗加熱要素又は電流を流すことによって加熱されるチューブの一部を備えることが可能である。燃料供給装置は、加圧された又は加圧されない液体燃料を流路に供給するように、配置させることが可能である。この装置は、空気と混合してエアロゾルを生成する蒸発燃料の流れをもたらすことが可能であり、このエアロゾルは、流路とは無関係に、燃焼室内に空気流れによって運ばれ得ることになる。
【００１５】
本特許出願が基づくこの特許出願においてさらに記載されているように、毛細管の目標温度は、適切な目標設定値を達成するように設計された制御アルゴリズムを用いて、決定される。目標設定値は、毛細管の冷（非加熱）抵抗に対する毛細管の温抵抗の比率（Ｒ／Ｒｏ）である。この比率Ｒ／Ｒｏは、所望のバルク毛細管温度に対応している。
【００１６】
しかし、残念なことに、時間の経過に伴って、毛細管材料の焼鈍や毛細管内壁への沈殿物の堆積を含む種々の物理的現象の結果として、毛細管の材料性質は、変化することがある。これらの変化の結果として、Ｒｏ（毛細管の冷（非加熱）抵抗）の値が、相応して変化することになる。その結果、Ｒ／Ｒｏの所定値に対応するバルク毛細管温度も、経時的に変化することがある。もし対処がなされないと、最適な操作特性が得られない可能性がある。これらの状況として、（ｉ）不十分な熱が毛細管に供給され、その結果、燃料蒸発が低下する状況、（ｉｉ）不十分な熱が毛細管に供給され、その結果、燃料蒸発が生じない状況、（ｉｉｉ）毛細管が過剰に加熱され、その結果、毛細管に対する電力要求が増大する状況、及び（ｉｖ）毛細管が過剰に加熱され、溶融、亀裂、又は破損を含む毛細管の機械的な欠陥を生じる状況が、挙げられる。
【００１７】
これらの欠陥は、多くの疑う余地のない理由から、望ましくない。加えて、カルフォルニア大気資源局（ＣＡＲＢ）は、２００７年に向けて、排気物質に関連する構成要素は、少なくとも２４１，３５０ｋｍ（１５０，０００マイル）にわたって、適切に運転されることが必要とされることを、義務付けている。これは、もし毛細管の熱が毛細管の物理的な材料変化に応じて注意深く制御されないと、自然のままの毛細管材料の変化に起因する上記の欠陥が生じ得る範囲を、十分に超えている。
【００１８】
さらに、ＣＡＲＢとＥＰＡが義務付けているように、燃料噴射装置の作動におけるいかなる欠陥も、車両の車載診断ＩＩ（ＯＢＤ−ＩＩ）システムによって、検出可能でなければならない。しかし、残念なことに、これまで、安価に実施し、解決策を構成要素の寿命の全体にわたって確実に機能させるような方法で、車両ＯＢＤ−ＩＩの要件を満たすことは、種々の理由から、困難であった。
【００１９】
十分な暖気エンジン状態中、熱が毛細管に供給されない状況（すなわち、従来の燃料噴射装置としての操作）では、前述の毛細管通路に基づく燃料噴射装置の適切な作動は、電子燃料噴射、電子エンジン制御（ＥＥＣ）、及び排ガス酸素センサを用いる最近の車両構成によって、本質的に検出可能である。ＥＥＣによって要求される電子燃料噴射装置の負荷サイクルは、エンジンに供給されるべき燃料の目標量の目安を示している。また、排ガス酸素センサは、噴射装置によって実際にエンジンに供給された燃料の目安を示している。従って、従来の燃料噴射装置の作動に対する直接的なＯＢＤ−ＩＩチェックは、その燃料噴射装置の負荷サイクルと排ガス酸素センサからの信号との比較に基づいて、なされている。
【００２０】
毛細管通路に基づく噴射装置が非加熱モードの場合は、その作動状況が検出可能であるが、毛細管が加熱されている場合、作動欠陥は、直接的には検出されない。燃料の体積流量が温度と共に変化するので、前述の欠陥検出の基本構想は、毛細管がある程度加熱されている作動モード中には、機能しない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
これらの状況に基づき、毛細管の物理的特性の変動及び／又は劣化を考慮し、これによって、毛細管温度を、経時的に、かつ毛細管材料の自然な物理的な変化に応じて、正確に制御し得る堅実な方法及びシステムが、必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
一態様において、本発明は、燃料システムを制御し、前記燃料システム内の欠陥を検出する方法であって、前記燃料システムは、少なくとも１つの毛細管流路を有する少なくとも１つの燃料噴射装置と、前記少なくとも１つの毛細管流路に沿って配置される熱源であって、前記少なくとも1つの毛細管流路内の液体燃料を少なくともその一部を液体状態から蒸気状態に変換するのに十分なレベルまで加熱することが可能な熱源とを備えるような方法において、
（ａ）前記少なくとも１つの燃料噴射装置の前記熱源に供給される電力を所定の目標温度を達成するように制御するステップであって、前記所定の目標温度は、液体燃料の一部を蒸気状態に変換するように操作可能であるステップと、
（ｂ）抵抗値を設定するステップであって、前記抵抗値は、前記所定の目標温度と関連し得るステップと、
（ｃ）前記抵抗値が所定範囲外にあるかどうかを決定するステップと、
（ｄ）もし前記抵抗値が所定範囲外にある場合、欠陥検出信号を発するステップと、
を含むことを特徴とする方法を対象にしている。
【００２３】
他の態様において、本発明は、毛細管流路への経時的な物理的な変化の結果として、抵抗値を調整するステップは、以下のサブステップ、すなわち、
（ａ）エンジン暖気の程度を示す値を測定するステップと、
（ｂ）エンジン暖気の程度を示す値が所定レベル未満である場合、以下のステップ、すなわち、
（ｃ）毛細管流路の冷抵抗値を測定するステップと、
（ｄ）吸気大気温度を測定するステップと、
（ｅ）もし測定された冷抵抗値と測定された吸気大気温度のいずれかが上記の値の各々に対する予め記憶された測定と合致するかどうかを決定するステップと、
（ｆ）測定された冷抵抗値と測定された吸気大気温度のいずれかが上記の各々の予め記憶された測定値と合致する場合、抵抗値を調整するステップであって、抵抗値は毛細管流路の所定の目標温度と関連し得るステップと、
を含むことを特徴とする前述の方法を対象としている。
【００２４】
さらに他の態様において、本発明は、燃料システムを制御し、燃料システム内の欠陥を検出する方法であって、燃料システムは、少なくとも１つの毛細管流路を有する少なくとも１つの燃料噴射装置と、少なくとも１つの毛細管流路に沿って配置される熱源であって、少なくとも1つの毛細管流路内の液体燃料を少なくともその一部を液体状態から蒸気状態に変換するのに十分なレベルまで加熱することが可能な熱源とを備えるような方法において、
（ａ）少なくとも１つの燃料噴射装置の熱源に供給される電力を所定の目標温度を達成するように制御するステップであって、所定の目標温度は、液体燃料の一部を蒸気燃料に変換させるように操作可能であるステップと、
（ｂ）毛細管流路を所定の目標温度に加熱するのに必要な時間を測定するステップと、
（ｃ）もし毛細管流路を所定の目標温度に加熱する時間が、所定範囲外にある場合、欠陥検出信号を発するステップと、
を含むことを特徴とする方法を対象としている。
【００２５】
さらに他の態様において、本発明は、内燃機関に用いられる燃料システムにおいて、
（ａ）複数の燃料噴射装置であって、各々が、少なくとも1つの毛細管流路を備え、少なくとも１つの毛細管流路は、入口端と出口端とを有する燃料噴射装置と、
（ｂ）少なくとも１つの毛細管流路に沿って配置される熱源であって、少なくとも１つの毛細管流路内の液体燃料を少なくともその部分を液体状態から蒸気状態に変換するのに十分なレベルまで加熱するように操作可能である熱源と、
（ｃ）内燃機関への燃料を計量供給する弁と、
（ｄ）複数の燃料噴射装置の各々の熱源に供給される電力を所定の目標温度を達成するように制御する制御装置と、
（ｅ）エンジン空気流量を決定するのに用いられるセンサと、
（ｆ）内燃機関のエンジン暖気の程度を示す値を測定するためのセンサと
を備え、
システム欠陥を検出し、それに応答することが可能であることを特徴とする燃料システムを対象にしている。
【００２６】
以下、単なる例示に過ぎないが、本発明の好ましい形態と添付の図面を参照して、本発明を、さらに詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、図１〜図１４に示される実施形態について、説明する。図面の全体にわたって、類似の番号は、類似の部品を示すのに用いられる。
【００２８】
内燃機関の冷始動、暖機、及び通常の運転に有用である燃料システム及びその制御のための方法が提供されている。この燃料システムは、実質的に蒸発された燃料がエンジンシリンダ内に供給されるように、液体燃料を加熱することが可能な毛細管流路を有する燃料噴射装置を備えている。実質的に蒸発された燃料は、従来の燃料噴射システムと比較して、排出物を低減させて燃焼され得る。さらに、この燃料システムは、他の蒸発技術よりも、少ない電力しか必要とせず、かつ暖機時間が短い。
【００２９】
一般的に、ガソリンは、低温では直ちに蒸発しない。冷始動及び暖機期間中、比較的わずかな液体燃料の蒸発しか、生じない。従って、燃焼する空気／燃料混合物を得るのに、過剰の液体燃料をエンジンの各シリンダに供給する必要がある。過剰の液体燃料から生じる燃料の蒸気を点火すると、シリンダから放出される燃焼ガスは、未燃燃料と望ましくないガス状の排出物を含んでいる。しかし、通常の運転温度に達すると、液体燃料は、直ちに蒸発するので、容易に燃焼する空気／燃料混合物を得るのに、わずかな燃料しか必要とされない。通常の運転温度に達すると、空気／燃料混合物は、化学量論比又はその近傍に制御され、未燃炭化水素と一酸化炭素の排出物を低減させることができるので、有利である。加えて、燃料供給が化学量論比又はその近傍に制御されると、未燃炭化水素と一酸化炭素を同時に酸化し、及び三元触媒（ＴＷＣ）の上方で酸化窒素を還元するのにちょうど十分な空気が、排気流れに持ち込まれることになる。
【００３０】
本発明のシステムと方法は、実質的に蒸発された燃料を、吸気流路内に噴射するか又はエンジンシリンダ内に直接噴射し、これによって、エンジンの始動及び暖機期間中における過剰な燃料の必要性を排除している。燃料は、好ましくは、空気又は空気と希釈剤との化学量論的な又は燃料希薄な混合物の形態で、エンジンに供給され、これによって、燃料の実質的に全てが、冷始動及び暖機期間中に燃焼されることになる。
【００３１】
従来のポート燃料噴射の場合、着実で迅速なエンジン始動を確実にするには、過剰な燃料供給が必要とされる。燃料過濃な状態では、三元触媒に達する排気流れは、触媒が暖まるにつれて過剰な燃料と未燃炭化水素を酸化させるのに十分な空気を含んでいない。この問題に対処する１つの手法は、空気ポンプを利用して、触媒コンバータの上流側で、付加的な空気を排気流れに供給することにある。この目的は、触媒がその稼動温度に達したとき、触媒表面上で反応し得る化学量論的な又はわずかに燃料希薄な排気流れを生成することにある。対照的に、本発明によるシステムと方法は、冷始動及び暖機期間中に、エンジンが化学量論的な又はごくわずかに燃料希薄な状態で運転されることを可能とし、これによって、過剰な燃料供給の必要性と付加的な排気ポンプの必要性の両方をなくし、排気後処理システムのコストと複雑さを低減させることが可能となる。
【００３２】
冷始動及び暖機期間中における触媒の昇温の問題に対処する他の手法は、この期間中に、エンジンを極めて過濃な燃料で意図的に作動させることにある。この過濃な燃料の排気流れに空気を供給するための排気空気ポンプを用いることによって、燃焼可能な混合物が生成され得る。この混合物は、自動点火によるか又は触媒コンバータの上流側又はその触媒コンバータ内の点火源によるかのいずれかによって、燃焼される。この酸化プロセスによって生じる発熱は、排ガスを著しく加熱し、この熱の大部分は、排ガスが触媒を通過するにつれて、触媒コンバータに伝達される。本発明のシステム及び方法を用いることによって、エンジンは、交互のシリンダを過濃燃料と希薄燃料で運転するように、制御され得るので、同一の効果を、空気ポンプを必要とせずに、達成することができる。例えば、４シリンダエンジンの場合、２つのシリンダは、冷始動及び暖機期間中に、排ガス内に未燃炭化水素を生成させるように過濃燃料で運転されることになる。２つの残りのシリンダは、冷始動及び暖機中に、酸素を排気流れ内にもたらすように希薄燃料で運転されることになる。
【００３３】
本発明による燃料システムは、少なくとも１つの毛細管の大きさの流路を備え、加圧燃料が、燃焼のためにエンジン内に噴射される前に、この流路内を流れることになる。毛細管の大きさの流路は、好ましくは、２ｍｍ未満、さらに好ましくは、１ｍｍ未満、最も好ましくは、０．５ｍｍ未満の流体直径を有することができる。流体直径は、流体移送要素内を通る流体流れを計算するのに用いられる。流体半径は、流体移送要素の流れ面積をその流体と接触する固体の境界の（一般的に、「浸辺」長さと呼ばれる）周辺長さで割った値として、定義されている。円形断面の流体移送要素の場合、流体半径は、その要素内に流体が充満して流れている場合、（πＤ2／４）／πＤ＝Ｄ／４である。非円形の流体移送要素における流体流れの場合、流体直径が用いられている。流体半径の定義から、円形断面を有する流体移送要素の直径は、その流体半径の４倍である。従って、流体直径は、流体半径の４倍として、定義されている。
【００３４】
熱は、毛細管通路に沿って加えられる。これによって、その流路に入る液体燃料の少なくとも一部が、通路に沿って進むにつれて、蒸気に変換されることになる。燃料は、実質的に蒸気として、毛細管通路から流出するようになっている。この実質的な蒸気は、随意的に、加熱された液体燃料の蒸発されなかったわずかな部分を含んでいる。「実質的に蒸発される」という用語は、液体燃料の少なくとも５０体積％、さらに好ましくは、少なくとも７０体積％、最も好ましくは、少なくとも８０体積％が、熱源によって蒸発されることを意味している。複雑な物理的影響が生じることによって、１００％の蒸発を達成することは困難であるが、にもかかわらず、完全な蒸発が望ましい。これらの複雑な物理的な影響として、燃料の沸点の変動が挙げられる。何故なら、沸点は圧力に依存し、その圧力は毛細管流路内において変動し得るからである。従って、毛細管流路内の加熱中に、燃料の大部分は沸点に達すると考えられるが、液体燃料の一部は完全に蒸発されるほどには十分に加熱されず、その結果、液体燃料の一部が、蒸発された流体と共に、毛細管流路の出口を通過する可能性がある。
【００３５】
毛細管の大きさを有する流路は、好ましくは、単層又は多層の金属、セラミック、又はガラス体のような毛細管体に形成されている。この流路は、入口と出口で開口する密閉容積を有し、入口と出口のいずれかまたは両方は、毛細管体の外部に開口してもよいし、又は同一の毛細管体又は他の毛細管体の他の通路に、又は接続金具に接続されてもよい。加熱器は、毛細管体の一部、例えば、ステンレス鋼チューブの一部によって、形成されてもよい。あるいは、加熱器は、毛細管体の内部又は外部に組み込まれる抵抗加熱材料からなる分離した層又はワイヤであってもよい。流路は、入口と出口で開口し、流体が通過し得る密閉容積を有するどのような形状であってもよい。流路は、いかなる所望の断面を有してもよく、好ましい断面は、均一な直径を有する円である。他の毛細管流路の断面として、三角形、正方形、矩形、楕円などのような非円形状が挙げられ、この流路の断面は、均一である必要はない。流路は、直線的又は非直線的に延存することができ、単一の流路であってもよいし、又は多経路の流路であってもよい。毛細管通路が金属毛細管チューブとして規定される場合、このチューブは０．０１から３ｍｍ、好ましくは、０．１から１ｍｍ、最も好ましくは、０．１５から０．５ｍｍの内径を有することが可能である。代替的に、毛細管通路は、８×１０-5から７ｍｍ2、好ましくは、８×１０-3から８×１０-1ｍｍ2、さらに好ましくは、２×１０-2から２×１０-1ｍｍ2の通路の横断面積によって、画定されている。単一毛細管又は多重毛細管、種々の圧力、種々の毛細管長さ、毛細管に加えられる熱量、及び異なる断面積の多くの組合せが、所定の用途に適応されることになる。
【００３６】
液体燃料は、少なくとも０．７ｋｇ／ｃｍ2（１０ｐｓｉｇ）、好ましくは、少なくとも１．４ｋｇ／ｃｍ2（２０ｐｓｉｇ）の圧力下で、毛細管流路に供給されている。毛細管流路が略０．０５１ｃｍ（０．０２０インチ）の内径と略１５．２ｃｍ（６インチ）の長さを有するステンレス鋼チューブの内部として規定される場合、典型的な大きさの自動車用エンジンシリンダの化学量論的な始動に必要な質量流量（約１００−２００ｍｇ／ｓ）を得るのに、燃料は、好ましくは、７．０ｋｇ／ｃｍ2（１００ｐｓｉｇ）未満の圧力で、毛細管通路に供給されるようになっている。高レベルの未燃炭化水素又は他の排出物を不都合に生じることなく、エンジンのシリンダ内で点火され、かつ燃焼され得る燃料と空気の化学量論的又は略化学量論的な混合物を確保するために、少なくとも１つの毛細管通路は、実質的に蒸発された燃料の十分な流れをもたらしている。毛細管チューブは、低熱慣性を有することによっても特徴付けられ、これによって、毛細管通路は、極めて迅速に、好ましくは、２．０秒以内に、さらに好ましくは、０．５秒以内に、最も好ましくは、０．１秒以内に、燃料を蒸発させる所望の温度に、上昇され得ることになる。これは、エンジンの冷始動を含む用途において、有益である。
【００３７】
加熱された毛細管通路における液体燃料の蒸発中に、炭素及び／又は重炭化水素の沈殿物が毛細管壁に堆積し、燃料の流れが著しく制限され、最終的に毛細管流路の詰まりを生じさせることがある。これらの沈殿物が堆積する速度は、毛細管壁の温度、燃料の流速、及び燃料の種類の関数である。燃料の添加物は、このような沈殿物の生成を緩和させるのに有用であると考えられる。しかし、もし詰まりが進展した場合、このような詰まりは、沈殿物を酸化させることによって、除去され得るものである。
【００３８】
図１は、本発明による液体燃料源から取り出される液体燃料を蒸発させるための燃料噴射装置１０を示している。この装置１０は、入口端１４と出口端１６とを有する毛細管流路１２を備えている。入口端１４は、実質的に液体状態にある液体燃料を毛細管流路１２に導くために、液体燃料源Ｆと連通している。
【００３９】
好ましくは、ニードル弁アセンブリ１８は、ソレノイド２８によって操作されるようになっている。ソレノイド２８は、電気コネクタ３０に接続されたコイル巻線３２を有している。コイル巻線３２が励磁されると、ソレノイド要素３６がコイル巻線３２の中心内に引寄せられることになる。コイル巻線３２への電流が遮断されると、バネ３８が、ソレノイド要素をその元の位置に戻すようになっている。ニードル４０が、ソレノイド要素３６に接続されている。電流をコイル巻線３２に印加することによって生じるソレノイド要素３６の移動によって、ニードル４０は、オリフィス４２から離れるように引き出され、燃料をオリフィス４２内に流すことが可能となる。
【００４０】
熱源２０は、毛細管流路１２に沿って配置されている。最も好ましくは、この熱源２０は、毛細管流路１２を電気的抵抗性の材料のチューブから形成することによって、設けられている。ここで、電流源が、チューブの接続点２２と２４に、それらを通して電流を供給するために接続されると、毛細管流路１２の一部が、加熱器要素を形成することになる。理解され得るように、熱源２０は、毛細管流路１２内の液体燃料を、少なくともその一部を液体状態から蒸気状態に変化させ、実質的に蒸発された燃料の流れを毛細管流路１２の出口端１６から供給するのに十分な程度に加熱するように、操作可能となっている。
【００４１】
本発明による加熱された毛細管流路１２は、蒸発された燃料の流れを生成することが可能である。この蒸発された燃料の流れは、空中で凝縮し、一般的にエオロゾルと呼ばれる、蒸発された燃料と、燃料液滴と、空気との混合物を生成している。１００から３００μｍの範囲内のザウター平均粒子径（ＳＭＤ）を有する液滴からなる燃料噴射を供給する従来の自動車用のポート燃料噴射装置と比較して、このエアロゾルは、２５μｍ未満のＳＭＤ、好ましくは、１５μｍ未満のＳＭＤの平均液滴径を有している。従って、本発明による加熱された毛細管によって生成された燃料液滴の大半は、空気流によって、流れ経路に関係なく燃焼室内に運ばれることになる。
【００４２】
従来の噴射装置の液滴径分布と、本発明による加熱された毛細管流路の液滴径分布との間の差は、冷始動及び暖機状態中に、特に決定的に重要な意味を持っている。具体的には、従来のポート燃料噴射装置を用いる場合、比較的低温の吸気マニフォールド部品は、吸気部品と衝突する十分な比率の大きな燃料液滴が蒸発され、点火可能な燃料／空気混合物を生成するために、過剰な燃料供給を必要としている。逆に、本発明の燃料噴射装置によって生成される蒸発される燃料と微細な液滴は、本質的に、始動時におけるエンジン部品の温度によって影響されず、これによって、エンジン始動状態中に、過剰な燃料供給を行う必要がない。本発明の加熱された毛細管噴射装置の使用にて得られるエンジンへの燃料／空気比のより正確な制御と組み合わされた過剰な燃料供給の排除によって、従来の燃料噴射システムを用いるエンジンによって生成される場合と比較して、冷始動時の排出物が大幅に低減されることになる。過剰な燃料供給を低減させるのに加えて、本発明による加熱された毛細管噴射装置は、冷始動及び暖機中において希薄燃料での運転をさらに可能にし、これによって、排気管からの排出物の大幅な低減をもたらすと共に、触媒コンバータが昇温することに留意すべきである。
【００４３】
図１をさらに参照すると、毛細管流路１２は、ステンレス鋼毛細管チューブのような金属チューブから成り、加熱器は、電流が通るチューブ長さ部２０から成るようにすることが可能である。好ましい実施形態において、毛細管チューブは、略０．０５１から０．０７６ｃｍ（０．０２から０．０３インチ）の内径と、略５．０８から２５．４ｃｍ（２から１０インチ）の加熱長さを有し、燃料は、７．０ｋｇ／ｃｍ2（１００ｐｓｉｇ）未満、好ましくは、４．９ｋｇ／ｃｍ2（７０ｐｓｉｇ）未満、さらに好ましくは、４．２ｋｇ／ｃｍ2（６０ｐｓｉｇ）未満、さらに好ましくは、３．１ｋｇ／ｃｍ2（４５ｐｓｉｇ）未満の圧力で、チューブ１２に供給され得るようになっている。この実施形態は、蒸発された燃料が大気温度の空中で凝縮されたとき、殆どが２から３０μｍのＳＭＤの寸法範囲内にあり、平均液滴径が約５から１５μｍのＳＭＤの間にあるエアロゾル液滴の分布を形成する蒸発された燃料を、生成することが確認されている。冷始動温度において、迅速でかつほぼ完全な蒸発を達成するための燃料液滴の好ましい大きさは、約２５μｍ未満である。この結果は、蒸発された燃料のエネルギー量の２〜３％に対応する略１０．２から４０．８ｋｇ・ｍ／ｓｅｃ（１００から４００Ｗ）、例えば、２０．４ｋｇ・ｍ／ｓｅｃ（２００Ｗ）の電力を１５．２ｃｍ（６インチ）のステンレス鋼の毛細管チューブに印加することによって、達成されることになる。電力は、毛細管チューブに、そのチューブを全体的にステンレス鋼のような導電材料から形成することによって、又は流路を有する非導電チューブ又は積層体の少なくとも一部を覆って導電材料を設けることによって、例えば、そのチューブまたは積層体に電気的抵抗材料を積層するか又は被覆して抵抗加熱器を形成することによって、印加されている。毛細管の抵抗要素は、材料の抵抗の温度係数に基づいて選択されている。材料の温度は、電力を目標の抵抗が得られるように印加することによって、制御されている。電流を加熱器に供給し、チューブをその長さに沿って加熱するために、電気リード線が、導電材料に接続されている。チューブをその長さに沿って加熱するための代替案として、流路の周囲に配置された電気コイルなどによる誘導加熱、又は伝熱、対流、又は輻射熱伝導の１つ又は組合せによって流路の長さ部を加熱するように流路に対して配置される他の熱源による加熱が挙げられる。
【００４４】
好ましい毛細管チューブは、略１５．２ｃｍ（６インチ）の加熱長さと、略０．０５１ｃｍ（０．０２０インチ）の内径を有しているが、許容される蒸気の品質をもたらす他の構成の毛細管であってもよい。例えば、毛細管チューブの内径が０．０５から０．０８ｃｍ（０．０２から０．０３インチ）の範囲内にあり、毛細管チューブの加熱部が２．５から２５．４ｃｍ（１から１０インチ）の範囲内にあってもよい。冷始動及び暖機の後、毛細管チューブを加熱する必要がなく、加熱されない毛細管チューブを用いて、通常の温度で運転されるエンジンに十分な液体燃料を供給することが可能となる。
【００４５】
本発明による燃料毛細管から流出する蒸発された燃料は、エンジン吸気マニフォールドの既存のポート燃料噴射装置におけるのと同じ箇所、又は吸気マニフォールドに沿った他の箇所に、噴射され得るようになっている。しかし、必要に応じて、燃料毛細管は、蒸発された燃料をエンジンの各シリンダ内に直接供給するようにも、配置されていてもよい。この燃料毛細管は、エンジンの始動中、閉じられた吸気弁の裏面に対して噴射されなければならない大きな燃料の液滴を生成するシステムを上回る利点をもたらしている。好ましくは、燃料毛細管チューブの出口は、従来の燃料噴射装置の出口の配置と同様に、吸気マニフォールドの壁と面一になるように配置されている。
【００４６】
エンジンを始動してから略２０秒（好ましくは、２０秒未満）が経過した後、毛細管流路１２を加熱するのに用いられた電力が遮断され、通常のエンジンの運転のために、従来の燃料噴射装置を用いて、液体噴射が始動されている。代替的に、通常のエンジンの運転は、加熱されない毛細管流路１２を介する連続的又は可能であれば脈動的な液体燃料の噴射によって、行われていてもよい。
【００４７】
図２を参照すると、本発明による二重蒸気／液体燃料噴射装置１００が示されている。この蒸気／液体燃料噴射装置１００は、入口端１１４と出口端１１６とを有する毛細管流路１１２を備えている。入口端１１４は、実質的に液体状態の液体燃料を毛細管流路１１２と液体通路１０２とに導入するために、液体燃料源Ｆと連通している。
【００４８】
ニードル弁アセンブリ１１８は、ソレノイド１２８によって操作され、毛細管流路１１２及び／又は液体通路１０２からの燃料流れを制御するのに用いられている。ソレノイド１２８は、電気コネクタ１３０に接続されたコイル巻線１３２を有している。コイル巻線１３２が励磁されると、ソレノイド要素１３６はコイル巻線１３２の中心内に引寄せられることになる。前述したように、コイル巻線１３２への電流が遮断されると、バネ１３８がソレノイド要素をその元の位置に戻すようになっている。ニードル１４０は、ソレノイド要素１３６に接続されている。電流をコイル巻線１３２に印加することによって生じるソレノイド要素１３６の移動によって、ニードル１４０は、オリフィス１４２から離れるように引き出され、燃料をオリフィス１４２内に流すことが可能となる。
【００４９】
熱源１２０は、毛細管流路１１２に沿って配置されている。最も好ましくは、熱源１２０は、毛細管流路１１２を電気抵抗性の材料のチューブから形成することによって、設けられている。ここで、電流源が、チューブの接続点１２２と１２４に、電流を供給するために接続されると、毛細管流路１１２の一部が、加熱器要素を形成することになる。理解され得るように、熱源１２０は、毛細管流路１１２内の液体燃料を、少なくともその一部を液体状態から蒸気状態に変化させ、実質的に蒸発された燃料の流れを毛細管流路１１２の出口端１１６から供給するのに十分なレベルに加熱するように、操作可能となっている。エンジンを始動させてから約２０秒、好ましくは、２０秒未満が経過した後、毛細管流路１１２への流れが遮断され、エンジンを連続的に運転するために、従来の液体通路１０２が始動され得ることになる。
【００５０】
図３を参照すると、本発明のさらに他の例示的実施形態が示されている。燃料噴射装置２００は、図３に示されるように、その燃料噴射装置２００の内部においてコイル状に巻かれた非直線状（螺旋状）の加熱される毛細管流路２１２を有している。この実施形態において、毛細管流路２１２は、ソレノイドアセンブリ２２８の周囲に巻かれ、電気接続部２２２と２２４によって画成される加熱長さ部２２０に沿って、加熱されるようになっている。この実施形態は、空間が制限され、直線状の毛細管チューブが実現可能ではない状況において、有用である。加えて、この実施形態は、通常の運転状態中に燃料をエンジンに供給するための従来の燃料噴射装置（図４を参照）と共に使用するのに適合可能である。
【００５１】
図４を参照すると、エンジン吸気口３００には、（図１を参照して説明した型式の）加熱される毛細管噴射装置１０と、従来の液体燃料噴射装置３５０とが装着されている。この実施形態では、エンジンの冷始動と暖機中に、燃料は、長さ部３２０に沿って加熱される毛細管流路３１２によって、エンジンに供給されている。エンジンを始動してから最初の略２０秒、又は好ましくは２０秒未満が経過した後、加熱された毛細管噴射装置１０は、その作動が停止され、従来の燃料噴射装置３５０が、エンジンの通常の運転のために作動されることになる。
【００５２】
図５に示されるように、毛細管流路への燃料の供給は、制御装置４５０によって、実施されている。例えば、制御装置４５０は、予め定められた期間だけ、燃料の供給を行い、その予め定められた時間が経過した後、燃料の供給を停止している。制御装置４５０は、以下に述べるように、１つ以上の検知された状態に基づいて、液体燃料の圧力及び／又は毛細管流路に供給される熱量の調整を行ってもよい。検知される状態は、とりわけ、燃料圧力４１２、毛細管温度、及び空燃比５５０を含んでいる。また、制御装置４５０は、用途に付随される多数の燃料供給装置を制御するようにしてもよい。当業者によって理解され得るように、制御装置４５０は、沈殿物を除去するように、１つ以上の毛細管流路を制御してもよい。例えば、毛細管流路の清浄化は、熱を毛細管流路に与え、酸化剤源の流れをその毛細管流路に供給することによって、達成可能である。
【００５３】
図１に示される型式の毛細管燃料噴射装置は、図５に示される制御装置と共に、図４に示されるように、従来の液体燃料噴射装置と共に用いられてもよい。図５は、内燃機関５１０を運転させるのに用いられる制御システム４００の例示的な略図を示している。この制御システム４００は、液体燃料源４１０及び液体燃料噴射経路６６０に流体的に連通する液体燃料供給弁６２０と、液体燃料源４１０及び毛細管流路４８０に流体的に連通する蒸発噴射装置用の燃料供給弁６１０と、酸化ガス供給源４７０及び毛細管流路４８０に流体的に連通する酸化ガス供給弁４２０とを内蔵している。この制御システムは、典型的には、種々のエンジンセンサ、例えば、エンジン速度センサ４６０、吸気マニフォールド空気熱電対及び圧力センサ４６２、冷媒温度センサ４６４、排気空燃比センサ５５０、燃料供給圧力４１２などから複数の入力信号を受信する制御装置４５０を備えている。作動時に、この制御装置４５０は、１つ以上の入力信号に基づいて、制御アルゴリズムを実施し、続いて、本発明に従って、詰まった毛細管通路を清浄化するために、酸化剤供給弁４２０への出力信号４２４を生成し、液体燃料供給弁６２０への出力信号４１４を生成し、蒸発燃料供給弁６１０への出力信号４３４を生成し、及び毛細管４８０を加熱するための電力を供給する電力供給源への加熱電力指令４４４を生成している。
【００５４】
作動時に、本発明によるシステムは、排ガス再循環加熱を用いることによって、燃焼中に生成された熱をフィードバックするように構成されているので、液体燃料は、十分に加熱され、毛細管流路４８０を通過するときに、その液体燃料を実質的に蒸発させ、これによって、毛細管流路４８０を電気的に又はそれ以外の方法で加熱する必要性を軽減させるか、排除するか、又は補足することが可能である。
【００５５】
図５の構成によって示されるように、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）４５０への入力信号は、それぞれ、燃料供給圧力４１２、冷媒温度４６４、吸気マニフォールド空気温度及び圧力４６２、エンジン速度４６０、スロットル角度５２０、及び排気空燃比５５０を含んでいる。同様に、ＥＣＵ４５０からの出力信号は、図示されるように、空気供給指令４２４、燃料供給指令４１４及び４３４、蒸発燃料噴射指令４５２、液体燃料噴射指令４５４、及び加熱電力指令４４４を含んでいる。
【００５６】
代替的に、燃料噴射装置は、図２に示されるように、液体燃料と蒸気燃料の両方の供給を含むように構成されていてもよい。図６は、内燃機関８１０を運転させるのに用いられる制御システム７００の例示的な略図を示している。この制御システム７００は、液体燃料供給源７１０及び燃料噴射経路９００に流体的に連通される燃料供給弁９１０と、酸化ガス供給源７７０及び毛細管流路に流体的に連通される酸化ガス供給弁７２０とを内蔵している。この制御システムは、典型的には、種々のエンジンセンサ、例えば、エンジン速度センサ７６０、吸気マニフォールド空気熱電対及び圧力センサ７６２、冷媒温度センサ７６４、排気空燃比センサ８５０、及び燃料供給圧力７１２から複数の入力信号を受信する制御装置７５０を備えている。作動時に、制御装置７５０は、１つ以上の入力信号に基づいて、制御アルゴリズムを実施し、続いて、本発明の一実施例に従って、詰まった毛細管通路を清浄化するために、酸化剤供給弁７２０への出力信号７２４を生成し、燃料供給弁９４０への出力信号９３０を生成し、燃料供給弁９１０への出力信号７３４を生成し、毛細管を加熱する電力を供給する電力供給源への加熱電力指令７４４を生成している。
【００５７】
図６をさらに参照すると、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）７５０への信号は、それぞれ、燃料供給圧力７１２、冷媒温度７６４、吸気マニフォールド空気温度及び圧力７６２、エンジン速度７６０、スロットル角度８２０、及び排気空燃比８５０を含んでいる。同様に、ＥＣＵ７５０からの出力信号は、空気供給指令７２４、燃料供給指令７３４、燃料噴射指令９２０、及び加熱電力指令７４４を含んでいる。蒸発された燃料の流れが、脈動して開弁噴射され得るので、弁位置指令の制御信号９３０も用いられる。図２を参照すれば分かるように、燃料と蒸気は、噴射装置から同じ出口経路を通って流出されるようになっている。しかし、液体燃料の流れに必要な開口面積は、蒸気燃料噴射に必要な開口面積よりも小さい。
【００５８】
理解され得るように、図５と図６の実施形態の各々において、エンジンからの信号がエンジン制御装置に送られ、次いで、その制御装置は、これらの信号を用いて、蒸発された燃料の噴射に関するいくつかの機能を果たすことになる。これらの機能として、排出物を最小限に抑えるためにエンジンに供給されるべき燃料の種類（液体又は蒸気）を決定する機能、エンジンを始動及び暖機し、かつ排出物を最小限に抑えるために、適切な量の燃料を噴射する機能、所望の目標温度に変換される目標抵抗を得るために毛細管流路に供給される電力を制御する機能、及び液体燃料噴射に切換える機能が挙げられる。
【００５９】
好ましい制御アルゴリズムの一例が、図７に概略的に示されている。図７の燃料噴射装置制御アルゴリズム１０００は、二値（高／低）電源を介して、噴射装置への電力を制御するようになっている。制御アルゴリズム１０００は、自動車のキースイッチをオン位置に切り換えることによって、開始される（１０１０）。エンジンに供給される燃料の種類（液体又は蒸気）を決定する段階で、信号１０３０が設定値と比較される。この信号は、冷媒温度又はエンジンの暖機の程度を表す他の信号（例えば、潤滑剤温度、吸気マニフォールド空気温度、又はエンジン始動からの経過時間）であるとよい。もし、場合によっては、冷媒温度、潤滑剤温度、又は吸気マニフォールド空気温度が、設定値以上の場合、エンジン制御装置は、エンジンへの液体燃料の供給を指示している（１０４０）。同様に、もしエンジンが運転されていて、エンジン始動からの経過時間が、設定値（例えば、５分）以上の場合、エンジン制御装置は、エンジンへの液体燃料の供給を指示している（１０４０）。
【００６０】
あるいは、もしエンジンの暖機の程度を表す信号、例えば、冷媒温度が、設定値未満の場合、ＥＣＵは、毛細管流路を予熱し（１０６０）、随意的に、クランキング時間の経過中に、エンジンを開弁噴射に同期させる（１０９０）。図７の実施形態において、毛細管流路の予熱温度は、目標温度（抵抗）１０７０が測定されるまで熱を毛細管に供給する基本的なオン／オフ制御ループによって、得られる。温度が目標値１０７０に達し、エンジンがまだクランキングしているとき、温度をわずかに降下させるために、短期間、毛細管流路への熱が除去される（１０８０）。この短い「オフ」期間の後、温度を測定するために、電力が再び毛細管流路に供給される。この時点では、制御ループは継続されている。
【００６１】
毛細管目標温度１０７０に達し、随意的に、エンジンが開弁噴射に同期されると（１０９０）、噴射装置は、ＥＣＵから燃料噴射指令を受信するように、設定される。この加熱された毛細管による供給方法に関連する熱量は比較的低いので、この暖機プロセスは、０．５秒よりも著しく短い時間、さらに好ましくは、約０．１秒しか掛からないことが予期される。従って、噴射装置の作動のこの局面における律速段階は、もしエンジンの同期化のようなプロセスがこのエンジン始動方式に含まれる場合、そのエンジンの同期化（１０９０）になるだろう。
【００６２】
エンジンの冷始動及び暖機用の適切な量の燃料を噴射する場合、冷始動及び暖機中にエンジンに導入される液体燃料の量が、図５及び図６に概略的に示される手段に従って、決定される。図５及び図６を再び参照すれば、理解され得るように、燃料噴射のこの段階は、噴射される燃料の量が、エンジン速度４６０と７６０、及びアクセル位置５２０と８２０のような因子に基づく参照マップによって、それぞれ、決定されるオープンループ制御アルゴリズムによって、管理されるとよい。代替的に、燃料噴射は、排気空燃比信号５５０と８５０が、燃料の噴射される量を決定するのに、それぞれ用いられるフィードバック制御ループ、又はスロットル位置５２０と８２０によって、それぞれ管理される予測制御アルゴリズムによって、管理されてもよい。さらに他の実施形態において、スロットル位置信号５２０と８２０は、それぞれ、ＥＣＵ４５０と７５０に送られ、次いで、予測制御方式を用いて、所定のエンジン状態に必要な燃料の量を決定する。
【００６３】
図７を再び参照すると、冷始動及び暖機期間の全体にわたって、高品質の蒸気がエンジンに噴射されることを確実にするために、燃料供給がパルスの形態でなされ、及び／又はエンジンの燃料供給の要求が変化するのに対応して、目標抵抗（すなわち、温度）を維持するように、毛細管流路への電力を制御する技術が用いられている。これは、図７において、「制御ループ」１２００で示されている。図７に示されるように、毛細管流路の抵抗がフィードバック値として用いられ、毛細管通路の冷抵抗に対する測定された抵抗の目標比率（Ｒ／Ｒｏ）１１３０を維持するように、毛細管流路への電力の適切な調整を決定する。
【００６４】
図７に示される実施形態は、段階的又はデジタル式の制御アルゴリズムを示し、この制御アルゴリズムにおいて、もしＲ／Ｒｏ１１３０が設定値以下の場合、高電力１１４０が毛細管を加熱するために供給される。逆に、もしＲ／Ｒｏ１１３０が設定値よりも大きい場合、低電力１１５０が毛細管流路に供給される。このような低電力状態では、装置は対流によって冷却され、その間、抵抗が測定され、制御装置に送られることになる。
【００６５】
図８を参照すると、蒸気／液体燃料噴射装置への電力が比例−積分−微分（ＰＩＤ）制御装置を介して制御される蒸気／液体燃料噴射装置制御アルゴリズム２０００が、示されている。ＰＩＤ制御装置は、多種多様な会社、例えば、ウエスト・インストルメント（West Instrument）、ＬＦＥ、ワットロー（Watlow）、及びジェントラン（Gentran）、並びに自動車用制御装置供給業者から市販されている。ＰＩＤ制御装置は、制御出力を調整することによって、制御の設定値の正確な維持を行うので、有利である。これは、温度がその変動を設定値を中心として最小に抑えて制御されることを、可能にする。
【００６６】
図８の制御アルゴリズムにおいて、制御アルゴリズム２０００は、自動車のキースイッチをオン位置に切り換えることによって、開始される。冷媒温度２０３０又はエンジン暖機の程度を表す他の信号（例えば、潤滑剤温度、吸気マニフォールド空気温度、又はエンジン始動からの経過時間）が、設定値と比較される。もし、場合によっては、冷媒温度、又は吸気マニフォールド空気温度が設定値以上の場合、エンジン制御装置は、エンジンへの液体燃料の供給を指示する（２０４０）。同様に、もしエンジンが運転されていて、エンジン始動からの経過時間が設定値（例えば、５分）以上の場合、エンジン制御装置は、エンジンへの液体燃料の供給を指示する（２０４０）。
【００６７】
あるいは、もしエンジン暖機の程度を表す信号、例えば、冷媒温度が、設定値未満の場合、ＥＣＵは、毛細管流路を予熱し（２０６０）、随意的に、クランキング時間の経過中に、エンジンを開弁噴射に同期させる（２０９０）。ここで、重要なことは、モデルに基づく制御を含む種々の形式の制御方式も用いられ得ることに、留意することである。
【００６８】
毛細管目標温度２０６０に達し、随意的に、エンジンが開弁噴射に同期される（２０９０）と、噴射装置は、ＥＣＵから燃料噴射指令を受信するように、設定される。ここでも、この暖機プロセスは、０．５秒よりも著しく短い時間、さらに好ましくは、約０．１秒しか掛からないことが予期されるので、律速段階は、もしエンジンの同期化２０９０のようなプロセスがこのエンジン始動方式に含まれる場合、そのエンジンの同期化になるだろう。
【００６９】
図８をさらに参照すると、エンジンの冷始動及び暖機のために適切な量の燃料を噴射するために、冷始動及び暖機中にエンジンに導入される液体燃料の量が、図５及び図６に概略的に示されるシステムによって、決定される。図５及び図６を再び参照すれば、理解されるように、燃料噴射のこの段階は、噴射される燃料の量が、エンジン速度４６０と７６０、及びアクセル位置５２０と８２０のような因子に基づく参照マップを介して、それぞれ決定されるオープンループ制御アルゴリズムによって、管理されるとよい。代替的に、燃料噴射は、排気空燃比信号５５０と８５０が燃料の噴射される量を決定するのに、それぞれ用いられるフィードバック制御ループ、又はスロットル位置５２０と８２０によって管理される予測制御アルゴリズムによって、管理されてもよい。さらに他の実施形態において、スロットル位置信号５２０と８２０は、それぞれ、ＥＣＵ４５０と７５０に送られ、次いで、予測制御方式を用いて、所定のエンジン状態に必要な燃料の量を決定する。
【００７０】
図８を再び参照すると、冷始動及び暖機期間の全体にわたって、高品質の蒸気がエンジンに噴射されるのを確実にするために、本発明は、燃料供給がパルスの形態でなされ、及び／又はエンジンの燃料供給の要求が変化するのに対応して、目標抵抗（すなわち、目標温度）２１３０を維持するように、毛細管流路への電力を制御する方法を特定している。これは、図８において、「制御ループ」２２００で示されている。図８に示されるように、毛細管流路の抵抗がフィードバック値として用いられ、低温の毛細管通路の抵抗に対する測定された抵抗の目標比率（Ｒ／Ｒｏ）２１３０を維持するように、毛細管流路への電力の適切な調整を決定する。
【００７１】
図８に示される実施形態は、アナログ制御アルゴリズム（ＰＩＤ制御装置）を示している。この制御アルゴリズムにおいて、前回の時間ステップにおける毛細管流路の抵抗が、現在の時間ステップにおける毛細管流路に供給される電力の有限修正の基準として、用いられている。このようなアナログ制御方式によって、毛細管流路に供給される電力は、零から最大許容値までの全範囲に及び得る。しかし、理想的には、毛細管流路への電力は利用可能な電力よりも著しく小さいので、この制御アルゴリズムは、エンジン運転状態の急激な変化に効果的に対応することが可能となる。
【００７２】
当業者であれば容易に理解し得るように、予見制御が毛細管流路制御アルゴリズムに組み込まれることになる。具体的には、吸気弁作動信号が、１つ以上の毛細管流路内を通る燃料の流れに対する前駆的情報として機能するように、制御アルゴリズム内に取り込まれている。この吸気弁作動信号を受信すると、毛細管流路への電力は、燃料噴射装置が開いた後に、毛細管流路が燃料流れを完全に蒸発させるのに十分な温度に達するように、増大される。
【００７３】
前述の説明によって示唆されているように、適切な抵抗設定値を用いることは、毛細管流路に基づく燃料噴射装置の性能に対して、決定的に重要な意味を持っている。すなわち、低設定値は、燃料に供給される熱の不足をもたらし、その結果、エンジンに供給される蒸気の品質を劣化させるだろう。逆に、高設定値は、毛細管の端の近くに局部的な熱地点をもたらし、毛細管の残りの温度が、毛細管の抵抗で表される平均温度よりも著しく低くなるだろう。その結果、このような状態は、同様に、蒸気の品質を劣化させることになる。
【００７４】
これらの観察結果に基づき、所定の毛細管に対する好ましい抵抗設定値が、毛細管を通る質量流量に対する電力の比率が最大になる点に概略的に対応するように、実験的に決定されている。毛細管通路に対する実験的に決定された抵抗設定値の例が、図９に示されている。重要なのは、所定の毛細管流路に対する好ましい抵抗設定値は、概して、燃料圧力に大きく影響されないことに留意することである。
【００７５】
図７及び図８に示されるように、Ｒ／Ｒｏ１１３０と２１３０の制御と平行して、冷媒温度１１６０と２１６０が、十分な暖気エンジン状態を示す設定値と、それぞれ、連続的に比較される。もし冷媒温度が該当する設定値未満の場合、それぞれ、毛細管流路制御ループ１２００と２２００を介して、熱が継続して毛細管流路に供給され、これによって、高品質の燃料蒸気が継続してエンジンに供給される。逆に、もし冷媒温度１１６０と２１６０が暖気エンジン運転を示す設定値よりも高い場合、制御アルゴリズムは、液体燃料への切換を開始する。代替的に、タイマーを用いて、エンジンが完全な暖気運転に達した時間を決定してもよい。ここで、設定値は、実験的なテストに基づいて、確立されている。
【００７６】
図５を再び参照すると、蒸発された燃料から液体燃料への切換を行うプロセスは、いくつかの形態を取ることができ、用いられる特定の毛細管流路噴射装置の構成と相関関係がある。液体燃料への切換を行なう１つの手法では、冷媒温度信号４６４を用いて、切換弁６１０と６２０を作動させ、随意的に、毛細管流路４８０への電力を無効とし、これによって、燃料供給源を、毛細管流路４８０から離し、従来の液体燃料噴射流路６６０に連通させている。実際には、この手法は、図４に概略的に示される燃料噴射装置の構成を必要とする。
【００７７】
蒸発された燃料と液体燃料の両方が同じ流路９００を介してエンジンに供給される図６に概略的に示される噴射装置の構成では、冷媒温度信号７６４を用いて、毛細管流路への電力を無効にし、噴射装置の出口９４０の変化、すなわち、燃料が流れる時間を小さくさせるような噴射装置の負荷サイクルの変化を生じさせる（９３０）。噴射装置の出口９４０におけるオリフィスの大きさは、噴射装置から流出する蒸気の量の関数である。しかし、燃料を蒸発させるのに用いられるここに開示される毛細管流路に関連する熱慣性は、極めて小さいので、毛細管への電力を遮断することによる蒸気燃料の噴射から液体燃料の噴射への切換は、実際上、二値的な切換として、近似させることができる。
【００７８】
以下、本発明の示唆に照らして、蒸発用毛細管通路の冷抵抗（Ｒｏ）を測定するための手法について、説明する。この手法は、本発明の燃料噴射装置の全般的な制御方式と共に用いられ、毛細管材料に関する物理的な変化が経時的に生じるのに伴って、熱制御を調整する能力をもたらすものである。以下、この燃料噴射装置の制御方式について、図１０に関連して、説明する。図１０は、本発明の示唆による全般的な制御プロセスの概略図である。
【００７９】
図１０に示されるように、図１０の燃料噴射装置制御アルゴリズム３０００は、二値（高／低）電源を介する噴射装置への電力を制御すると共に、本発明の冷間時の再較正機能も含んでいる。エンジンに供給される燃料の種類（液体又は蒸気）を決定する段階において、始動制御アルゴリズム３０００は、自動車のキーのスイッチオン（３０１０）によって、開始される。制御アルゴリズム３０００が開始されると、信号３０３０が、設定値と比較される。この信号は、冷媒温度、又はエンジン暖気の程度を示す他の信号（例えば、潤滑剤温度、吸気マニフォールド空気温度、又はエンジン始動からの経過時間）であるとよい。もし、場合によっては、冷媒温度、潤滑剤温度、又は吸気マニフォールド空気温度が、設定値以上の場合、エンジン制御装置は、エンジンへの液体燃料の供給を指示する（３０４０）。
【００８０】
あるいは、もしエンジン暖気の程度を示す信号、例えば、冷媒温度が設定値未満の場合、ＥＣＵは、冷ＣＡＧ抵抗（Ｒｏ）と吸気温度（Ｔｏ）を読み取る（３０５０）。次いで、測定値Ｔｏと組み合わされた測定値Ｒｏを用いて、毛細管抵抗とバルク毛細管温度との間の相関関係を調整する（３０６０）。このサブプロセスは、以下に詳細に説明する図１２の概略的フローチャートに、示されている。
【００８１】
図１２に示されるサブプロセスの主な目的は、４０００で示されるプロセスに従って、αの値を決定することにある。ここで、αは、毛細管の物理的な材料性質が経時的に変化するのに伴う抵抗と温度の関係の経時的な変化の原因となる変数を表している。図１２に示されるように、サブプロセスは、まず、Ｒｏの予め記憶された値がＲｏの新たに測定された値と等しいかどうか（４０５０）、及びＴｏ（大気温度）の予め記憶された値がＴｏの新たに測定された値と等しいかどうか（４０６０）をチェックすることによって、開始される。もしＲｏ（新）が記憶されたＲｏ値と等しいか又はＴamb（新）が記憶されたＴｏ値と等しいかのいずれかの場合、αを変化させる必要はなく、図１２に示されるサブプロセスは、終了する（４０８０）。
【００８２】
他方で、もしＲｏ（新）とＴamb（新）の両方が、それらの予め記憶された値から変化していた場合（４０９０）、新しいαが、計算されねばならない。新しいαの決定は、制限された温度範囲にわたる導体材料の抵抗率とその材料の温度との間の既知の関係に基づいている。この関係は、以下の通りである。
Ｒ＝Ｒｏ［１＋α（Ｔ−Ｔｏ）］                      （１）
ただし、Ｒは温度Ｔにおける材料の抵抗、Ｒｏは温度Ｔｏにおける材料の冷抵抗、及びαは材料の抵抗率の温度係数である。式（１）において、抵抗と温度の関係に及ぼす材料性質の影響が、αによって示されている。従って、毛細管材料の性質が経時的に変化するのに伴って、抵抗と温度の相関関係の変化は、αの変化に反映される。
【００８３】
基本的な代数的処理によって、上記の式（１）は、以下のように書き換えられる。
【数１】
0004503595.tif 000002
【００８４】
従って、毛細管の冷間時の再較正のための本発明の方法では、αの値は、各始動サイクル時に、以下のようにして、再計算される。
【数２】
0004503595.tif 000003
ただし、Ｒｏ（新）は、Ｔamn（新）において測定された冷抵抗である。
【００８５】
式（３）は、αの新しい値を計算するための式として、図１２において、ステップ４１００として示されている。ステップ４１００に続いて、ステップ４１１０では、（ステップ４０１０で得られた）Ｒｏの新しく測定された値が、記憶されたＲｏ値として記憶され、（ステップ４０２０で得られた）Ｔｏの新しく測定された値が、記憶されたＴｏ値として記憶される。これらの記憶された値は、両方とも、図１２のサブプロセスの次の繰り返し手順中及び次のエンジン始動時に、利用可能である。
【００８６】
前述したように、αの新しく計算された値は、毛細管抵抗と毛細管温度の実際的な関係の調整を表している。この調整は、Ｒ／Ｒｏ＝１の測定値が新しく測定された大気温度Ｔｏに対応するように、相関関係の曲線を上下に移行させるようにして、行われている。相関関係の曲線におけるこの移行は、図１１に示されている。
【００８７】
図１０に示される全体的なプロセスを再び参照するに、抵抗と温度の相関関係が前述したように再較正されると、プロセスは、ステップ３０７０に進行し、このステップ３０７０において、Ｒ／Ｒｏ設定値が、所望の毛細管温度を達成するように、調整される。この設定値は、前述したαの最新の値に基づいて、調整される。次に、システムを作動させ、毛細管流路を予熱し（３１００）、随意的に、クランキング時間の経過中に、エンジンを開弁噴射に同期させる（３０８０）。図１０の実施形態では、毛細管流路の予熱温度は、目標温度３１２０（抵抗）が測定されるまで熱を毛細管に供給する基本的なオン／オフ制御ループによって、得られる。温度が目標値３１２０に達し、エンジンがまだクランキングしているとき、温度をわずかに降下させるために、毛細管流路への熱が、短期間、除去される（３１１０）。この短い「オフ」期間の後、温度を測定するために、電力が再び毛細管流路に供給される。この時点において、制御ループは、継続されている。
【００８８】
毛細管目標温度３１２０に達し、かつ随意的に、エンジンが開弁噴射に同期される（３０８０）と、噴射装置は、ＥＣＵからの燃料噴射指令を受信するように、設定される。この加熱された毛細管による供給方法に関連する熱量は比較的低いので、この暖気プロセスは、０．５秒よりも著しく短い時間、さらに好ましくは、約０．１秒しか掛からないことが予期される。従って、噴射装置の作動のこの局面における律速段階は、もし、エンジンの同期化のようなプロセスがエンジン始動手法に含まれる場合、そのエンジンの同期化（３０８０）になるだろう。
【００８９】
冷始動及び暖気期間の全体にわたって、高品質の蒸気がエンジンに噴射されることを確実にするために、燃料供給がパルスの形態でなされ、及び／又はエンジンの燃料供給の要件が変化するのに対応して、目標抵抗（すなわち、温度）を維持するように、毛細管流路への電力を制御する技術が、用いられている。これは、図１０において、「制御ループ」３１４０で示されている。図１０に示されるように、毛細管流路の抵抗をフィードバック値として用いて、毛細管流路の冷抵抗に対する測定抵抗の目標比率（Ｒ／Ｒｏ）３１６０を維持するように、毛細管流路への電力の適切な調整を決定する。
【００９０】
図１０に示される実施形態は、段階的な又はデジタル制御アルゴリズムを示し、この制御アルゴリズムにおいて、もしＲ／Ｒｏ３１６０が設定値以下の場合、高電力３１５０が毛細管を加熱するために供給される。逆に、Ｒ／Ｒｏ３１６０が設定値よりも大きい場合、低電力３１８０が毛細管流路に供給される。このような低電力状態では、装置は対流によって冷却され、その間、抵抗が測定され、制御装置に送られる。
【００９１】
図１０に示されるように、Ｒ／Ｒｏ３１６０の制御と平行して、冷媒温度３１７０が、十分な暖気エンジン状態を示す設定値と、連続的に比較される。もし冷媒温度が該当する設定値未満の場合、毛細管流路制御ループ３１４０を介して、熱が毛細管流路に連続的に供給され、これによって、高品質の燃料蒸気がエンジンに連続的に供給される。逆に、もし冷媒温度３１７０が暖気エンジン運転の設定値よりも高い場合、制御アルゴリズムは、液体燃料への切換えを開始する（３１９０）。
【００９２】
次いで、本発明の示唆に照らして、燃料供給システム内の欠陥検出の手法について、説明する。この手法によれば、バルク毛細管温度の測定値として用いるのに加えて、Ｒ／Ｒｏの測定値は、燃料噴射装置内の前記毛細管ヒータの作動における欠陥検出に用いられる。特に、最初の始動期間の後、所定範囲外にあるＲ／Ｒｏの値は、本発明の燃料噴射装置の燃料加熱の機能に関連する欠陥状態を示している。勿論、このような欠陥状態は、前述の経時的に観察される物理的な毛細管性質の通常の変動から、識別されねばならない。
【００９３】
図１３を参照すると、本発明の一実施形態におけるＲ／Ｒｏの許容範囲がグラフで示されている。図１３は、（前述したように、αとして示される）通常の損耗による毛細管材料の抵抗率の温度係数の変化の関数として、Ｒ／Ｒｏの変化を示している。従って、図に示されるように、通常の老化による予期される変動と毛細管通路及び関連する構成部品の操作上の使用による変化を十分に超えるＲ／Ｒｏの欠陥閾値を設定することによって、Ｒ／Ｒｏは、診断の基準として用いられる。図１３に示されるＲ／Ｒｏの「許容される」範囲は、１から１．２５の範囲内にあるが、当業者であれば、種々の他の「許容される」範囲が、欠陥検出信号を生成するか又は生成しないかの基準として、選択され得ることが容易に理解されるだろう。
【００９４】
本発明によれば、許容される欠陥閾値を超えるＲ／Ｒｏ値を有する運転条件は、例えば、以下の条件、すなわち、
（ｉ）外部端子接続部（ヒータ用の電力接続部）における電流の漏れ、
（ｉｉ）ヒータドライバー制御装置への不正確な抵抗のフィードバック、
（ｉｉｉ）絶縁欠陥による電力配線の電流漏れ、
（ｉｖ）ヒータドライバー電力電子機器の構成要素の欠陥、
（Ｖ）ヒータドライバー制御装置の構成要素の欠陥、
（ｖｉ）過酷な詰まりによる毛細管通路内の流体流れの停止又は制限、
（ｖｉｉ）ヒータドライバー制御装置の不正確に実施された高設定によるハードウエアの欠陥、
（ｖｉｉｉ）ヒータドライバー電力電子機器の構成要素の欠陥による全開状態、又は
（ｉｘ）ヒータドライバー電力電子機器の構成要素の欠陥による全閉状態
の１つ以上によって生じる噴射装置の欠陥を表している。
【００９５】
図１４を参照すると、本発明の欠陥検出機能を反映する燃料噴射装置の制御手法が概略的に示されている。以下、本発明の好ましい一実施形態による手法について、説明する。
【００９６】
図１４に示されるように、図１４の燃料噴射装置制御アルゴリズム５０００は、二値（高／低）電源を介して噴射装置への電力を制御すると共に、本発明の冷間時の再較正機能を含んでいる。エンジンに供給される燃料の種類（液体又は蒸気）を決定する段階において、自動車のキースイッチ５０１０をオン位置に切換えることによって、制御アルゴリズム５０００が開始される。制御アルゴリズム５０００が開始されると、信号５０３０が設定値と比較される。この信号は、冷媒温度又はエンジン暖気の程度を示す他の信号（例えば、潤滑剤温度、吸気マニフォールド空気温度、又はエンジン始動からの経過時間）であるとよい。もし、場合によっては、冷媒温度、潤滑剤温度、又は吸気マニフォールド空気温度が設定値以上の場合、エンジン制御装置は、エンジンへの液体燃料の供給（５０４０）を指示する。
【００９７】
あるいは、もしエンジン暖気の程度を示す信号、例えば、冷媒温度が設定値未満の場合、ＥＣＵは、冷ＣＡＧ抵抗（Ｒｏ）と吸気温度（Ｔｏ）を読み取る（５０５０）。次いで、Ｔｏの測定値と組み合わされたＲｏの測定値を用いて、毛細管抵抗とバルク毛細管温度との間の相関関係を調整する（５０６０）。このサブプロセスについて、図１２と関連して、前述した通りである。
【００９８】
抵抗と温度の相関関係が、前述したように再較正されると、プロセスは、ステップ５０７０に進み、このステップ５０７０において、Ｒ／Ｒｏ設定値が、所望の毛細管温度を達成するように、調整される。この設定値は、前述したαの最新の値に基づいて、調整される。次いで、システムが作動され、毛細管流路を予熱し（５１００）、随意的に、クランキング時間の経過中に、エンジンを開弁噴射に同期させる（５０８０）。図１４の実施形態では、Ｒ／Ｒｏ値は、上側制限値と下側制限値に対して、比較される。もしＲ／Ｒｏが目標値５２３０よりも高く、エンジンがまだクランキングしている場合、温度をわずかに降下させるために、毛細管流路への熱が、短期間、除去される（５１２０）。さらに、もしＲ／Ｒｏが所定の閾値よりも大きい場合（５１１０）、欠陥がＥＣＵ５２２０に報告される。Ｒ／Ｒｏが目標値５２３０未満の場合、そのＲ／Ｒｏは、所定の下側閾値５２４０（図１４に示される１未満の値）と比較され、もしこの所定値未満の場合、欠陥がＥＣＵ５２１０に報告される。下側閾値未満の欠陥又上側閾値を超える欠陥のいずれかが生じた場合、車両のＯＢＤ−ＩＩと関連し、欠陥検出信号が、車両内の「エンジンのチェック」を示すランプを点灯させるとよい。
【００９９】
また、本発明の欠陥検出の代替的実施形態では、キーオン信号からＲ／Ｒｏ目標値に到達するまでの時間遅れが、欠陥検出の基準として、用いられてもよい。すなわち、もし毛細管を加熱する時間が最大所定値よりも大きい場合、欠陥信号が生成され、ＥＣＵに送られるとよい。あるいは、もし毛細管を加熱する時間が最小閾値未満の場合、欠陥信号が同様にＥＣＵに送られるとよい。
【０１００】
毛細管目標温度５２３０に達し、かつ随意的に、エンジンが開弁噴射と同期される（５０８０）と、噴射装置は、ＥＣＵから燃料噴射指令を受信するように、設定される。この加熱された毛細管による供給方法と関連する熱量は、比較的低いので、この暖気プロセスは、０．５秒よりも著しく短い時間、さらに好ましくは、約０．１秒しか掛からないことが予期される。従って、噴射装置の作動のこの局面における律速段階は、もしエンジンの同期化のようなプロセスがエンジン始動方式に含まれている場合、そのエンジンの同期化（５０８０）になるだろう。
【０１０１】
冷始動と暖気期間の全体にわたって、高品質の蒸気がエンジンに噴射されることを確実にするために、燃料供給がパルス状になされ、及び／又はエンジンの燃料供給の要件が変化するのに対応して、目標抵抗（すなわち、温度）を維持するように、毛細管への電力を制御する技術が、用いられている。これは、図１４において、「制御ループ」５１４０で示されている。図１４に示されるように、毛細管流路の抵抗をフィードバック値として用いて、毛細管流路の冷抵抗に対する測定された抵抗の目標比率（Ｒ／Ｒｏ）５１６０を維持するように、毛細管流路への電力の適切な調整を決定する。
【０１０２】
図１４に示される実施形態は、段階的又はデジタル制御アルゴリズムを示し、この制御アルゴリズムにおいて、もしＲ／Ｒｏ５１６０が設定値以下の場合、高電力５１５０が毛細管を加熱するために供給される。逆に、Ｒ／Ｒｏ５１６０が設定値よりも大きい場合、低電力５１８０が毛細管流路に供給される。このような低電力状態では、装置は対流によって冷却され、その間、抵抗が測定され、制御装置に送られる。
【０１０３】
図１４に示されるように、Ｒ／Ｒｏ５１６０の制御と平行に、冷媒温度５１７０が、十分な暖気エンジン状態を示す設定値と、連続的に比較される。もし冷媒温度が該当する設定値未満の場合、毛細管流路制御ループ５１４０を介して、熱が毛細管流路に連続的に供給され、これによって、高品質な燃料蒸気が連続的にエンジンに供給される。逆に、もし冷媒温度５１７０が暖気エンジン運転の設定値よりも高い場合、制御アルゴリズムは、液体燃料への切換えを開始する（５１９０）。
【０１０４】
本発明を、図面及び前述の説明において、詳細に例示及び記述したが、開示された実施形態は、単なる例示であり、特徴を制限するものではない。本発明の範囲内にある変形と修正は、保護されるべきである。例えば、より高い体積流量が望まれるとき、複数の毛細管通路が設けられ、燃料が多数の平行の通路に通されるようにすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】好ましい形態による改造された従来の側方送給ポート燃料噴射装置の上流側に一体化された電気的に加熱される毛細管を有するインライン加熱噴射装置を示す部分断面図である。
【図２】他の好ましい形態による液体燃料の流れも供給することができる電気的に加熱される毛細管を有する他の蒸気−液体インライン加熱噴射装置を示す部分断面図である。
【図３】さらに他の好ましい形態による燃料噴射装置の他の実施形態の断面図である。
【図４】さらに他の好ましい形態による二重噴射装置を用いる他の実施形態の側面図である。
【図５】別体の蒸気燃料噴射装置が従来の燃料噴射装置と関連して用いられる燃料供給及びエンジン／制御装置システムの概略図である。
【図６】さらに他の好ましい形態による蒸気／液体燃料噴射装置が蒸発された燃料と液体燃料の両方を内燃機関に供給するのに用いられるエンジン／制御装置の構成の概略図である。
【図７】さらに他の好ましい形態による噴射装置への電力が二値（高／低）電源を介して制御される蒸気／液体燃料噴射装置の制御アルゴリズムを示す図である。
【図８】さらに他の好ましい形態による噴射装置への電力が比例−積分−微分制御装置を介して制御される蒸気／液体燃料噴射装置の制御アルゴリズムを示す図である。
【図９】蒸気燃料噴射装置用の実験的に決定された抵抗設定値を示す図である。
【図１０】冷間時の再較正がなされる本発明の示唆による蒸気／液体燃料噴射装置の制御アルゴリズムを示す図である。
【図１１】本発明の示唆による冷間時の再較正手法の結果としての毛細管抵抗と温度との相関曲線の移行を示すチャートである。
【図１２】本発明の示唆による毛細管の物理的な材料変化に応じて抵抗と温度との相関関係の変化を示すαの変化を含む制御アルゴリズムを示すフローチャートである。
【図１３】本発明の示唆による燃料噴射装置の作動中のＲ／Ｒｏの許容範囲を示すグラフである。
【図１４】欠陥検出に関連してＲ／Ｒｏを用いる毛細管通路に基づく燃料噴射装置における欠陥検出を含む制御アルゴリズムを示すフローチャートである。
【図１】
0004503595.tif 000005
【図２】
0004503595.tif 000006
【図３】
0004503595.tif 000007
【図４】
0004503595.tif 000008
【図５】
0004503595.tif 000009
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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