(57)【要約】末端部（４３）を含むインジェクタ（４０）を有する燃料供給システムが開示されている。末端部（４３）は、金属などの熱伝導性材料からなり、排気ガスにより加熱され、末端部内の燃料を加熱し、末端部内の温度および圧力を増大させ、燃料がインジェクタから噴出された直後に、燃料を気相状態に瞬間的に蒸発させる。排気ガスは、排気ガス供給ライン（７０，４０２）から供給され、排気帰還ライン（４０５）により帰還させることができる。
2004528511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのシリンダと、シリンダ内を往復運動するように構成されたピストンとを含む内燃機関のための燃料供給システムであって、
本体部と、燃料が末端部から供給されるシリンダへの燃料供給用末端部とを含む燃料インジェクタと、
燃料インジェクタとシリンダの間に延び、燃料を供給部品からシリンダまで移動するための燃料通路と、
燃料がインジェクタから噴出された直後に気相状態に転移し、インジェクタからシリンダまでの燃料通路に沿って移動する間、気相状態に維持されるように、インジェクタの末端部を加熱することにより、燃料がインジェクタから噴出される前の末端部内の燃料を加熱する手段と、を有することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料供給システムであって、
インジェクタの末端部に熱を伝えるための熱伝導性末端部として構成することにより、インジェクタの末端部を加熱することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料供給システムであって、
加熱手段は、
インジェクタの末端部を包囲するチャンバと、
チャンバと連通する排気ガス吸入口と、
エンジンの排気ガス排出口から排気ガス吸入口まで延びる排気ガス供給ラインと、
チャンバと連通する排気ガス排出口と、を有し、
これにより、エンジンにより形成された排気ガスは、供給ラインに入って、チャンバ内に充満して、インジェクタの末端部を加熱した後、排気ガス排出口から出ることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料供給システムであって、
排気ガス供給ラインは、排気ガス排出口から車輌の排気システムまで延びることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項５】
請求項３に記載の燃料供給システムであって、
チャンバは、
外側ハウジングと、
インジェクタの末端部が貫通し、末端部をハウジングに対して封止する第１のシール材と、
第１のシール材とは離れて設けられた、末端部をハウジングに対して封止する第２のシール材と、により形成されることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項６】
請求項３に記載の燃料供給システムであって、
チャンバは、
エンジン内のインジェクタボアに対してインジェクタの末端部を封止する第１のシール材と、
第１のシール材とは離れて設けられた、インジェクタボアに対してインジェクタの末端部を封止する第２のシール材と、により形成され、
チャンバは、第１および第２のシール材と、第１および第２のシール材の間にあるインジェクタの末端部と、インジェクタボアの内側周辺壁との間で形成されることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項７】
請求項３に記載の燃料供給システムであって、
供給ラインは、本発明のシリンダから出た排気ガスが排気ラインの端部に案内されるように方向付けられた面取り端部を有することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項８】
請求項４に記載の燃料供給システムであって、
帰還ラインは、エンジンのシリンダとは反対方向に面した面取り端部を有し、これにより排気ガスが帰還ラインの端部に達したとき、排気供給ライン、チャンバ、および排気帰還ラインを通る排気ガスを排出するようなベンチュリ効果が得られることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項９】
請求項１に記載の燃料供給システムであって、
インジェクタの末端部を加熱する手段は、燃料と空気のエンジン内での燃焼により生じる排気ガスを、インジェクタの末端部を加熱するためにインジェクタの末端部に供給する手段を有することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の燃料供給システムであって、
排気ガス供給手段は、排気ガスがインジェクタの末端部に衝突して、インジェクタの末端部およびインジェクタの末端部内の燃料を加熱するように、排気ガスをインジェクタの末端部に案内することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項１１】
請求項１に記載の燃料供給システムであって、
インジェクタの末端部を加熱する手段は、インジェクタの末端部を支持および接触する熱伝導性支持部品を有し、
この支持部品は、エンジンの加熱された部分と接触してエンジンからの熱をインジェクタの末端部に伝えて、インジェクタの末端部を加熱することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の燃料供給システムであって、
支持部品は、エンジンの加熱された部品内のボアに受容されるような円筒状外側壁と、インジェクタの末端部を受容する円筒状内側壁を含む円筒状孔と、を有するリングを備えたことにより、末端部が円筒状内側壁と接触して、熱が加熱された部品からリング、ひいてはインジェクタの末端部へ伝わることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項１３】
請求項１に記載の燃料供給システムであって、
燃料供給システムは、エンジンの排気口内に構成された熱交換チューブを含む熱交換器を備え、
熱交換チューブは、吸気口から空気を供給するための空気供給チューブに連結された一端部と、熱交換チューブ内で加熱された空気を、インジェクタの末端部と燃料供給部品およびシリンダの間に延びる通路とに供給するための高温空気帰還チューブに連結された熱交換器の他端部と、を有することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項１４】
請求項１２に記載の燃料供給システムであって、
エンジンの加熱された部品は、排気マニフォールドに隣接したエンジンの排気側に設けられ、
インジェクタの末端部が過熱しないように、インジェクタの末端部に冷たい空気を案内するための吸気口チューブが設けられることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項１５】
請求項１２に記載の燃料供給システムであって、
加熱された部品は、エンジンの吸気側にあることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項１６】
請求項１５に記載の燃料供給システムであって、
排気ガスが高温空気帰還チューブに入ることが可能となるように、入口開口部を設けることにより、排気ガスおよび空気が高温空気帰還チューブを通過し、空気と排気ガスの混合物がインジェクタの末端部および通路に供給されることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項１７】
請求項１６に記載の燃料供給システムであって、
入口開口部は、熱交換チューブが空気供給チューブに連結されるところに隣接して、熱交換チューブに設けられることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項１８】
請求項１７に記載の燃料供給システムであって、
空気供給チューブをエンジンのためのアイドリング空気供給源に連結することにより、アイドリング空気は、アイドリング空気供給チューブを通って、燃料供給部品とシリンダの間に延びる通路まで供給されるとともに、熱交換チューブを通過し、入口開口部から入ってくる排気ガスと混合することにより加熱され、排気ガスと空気の混合物が空気とともにインジェクタの末端部と、燃料供給部品とシリンダの間に延びる通路とに供給されることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項１９】
請求項１３に記載の燃料供給システムであって、
熱交換器は、エンジンの排気マニフォールドと、排気ガスを大気に排出する排気パイプの間に連結されたパイプを有することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項２０】
請求項１に記載の燃料供給システムであって、
燃料供給部品とシリンダの間に延びる通路は、エンジンの吸気ポート内に設けられた燃料・空気供給チューブを有することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項２１】
請求項２０に記載の燃料供給システムであって、
ねじれ翼が燃料・空気供給チューブ内に設けられ、空気、排気ガス、および燃料蒸気の混合物が渦を巻き、混合物が燃料・空気供給チューブを通過する間、空気、排気ガス、および燃料蒸気が混合することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項２２】
請求項１３に記載の燃料供給システムであって、
エンジンは、複数の燃料インジェクタを有し、
高温空気帰還チューブは、分配チューブに連結され、
分配チューブは、それぞれの燃料インジェクタに対応する複数の出口チューブを含み、
各出口チューブは、各インジェクタからの燃料噴出の方向に対して実質的に垂直方向に延びることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項２３】
請求項１３に記載の燃料供給システムであって、
燃料および空気のための通路は、排気ポートおよびエンジンのヘッド部を介して、吸気ポートへ延び、通路は排気ポート内に入口開口部を有し、通路からシリンダへ供給された空気および燃料と混合するために、排気ガスが通路内に導入されることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項２４】
請求項２３に記載の燃料供給システムであって、
空気供給チューブは、第一義的には、燃料インジェクタの周囲に供給される空気を加熱するために、エンジンの排気ポート上に配置された熱交換器を通過することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項２５】
請求項１に記載の燃料供給システムであって、
通路は、吸気マニフォールド内に配置され、吸気口まで延びる吸気口ブランチと、エンジンの排気ポートと連通する排気ガス供給ブランチと、を有し、
排気ガス供給チューブは、排気ガス入口および空気供給ブランチの間に延び、通路を介して延び、燃料がインジェクタからシリンダへ移動するとき、燃料が入口ブランチに入る空気と混合し、排気ガス供給チューブの周囲に通路に沿って移動することにより、通路内の空気と燃料を加熱するような熱交換が生じ、
排気ガスは、排気ガス供給チューブを介して吸気口ブランチに流れ、取込空気が吸気口ブランチを通って通路に流れ、空気と燃料の混合物をさらに加熱することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項２６】
請求項１に記載の燃料供給システムであって、
インジェクタの末端部に供給される排気ガスの温度を所定温度に維持して、末端部が過熱しないようにするための温度維持手段をさらに有することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項２７】
請求項２６に記載の燃料供給システムであって、
温度維持手段は、冷却用空気の流れを選択的に開閉して、排気ガスと混合するためのバルブを有し、これにより排気ガスの温度を低減することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項２８】
請求項２７に記載の燃料供給システムであって、
温度検出手段を末端部の近傍に設けることにより、排気ガスの温度をモニタし、温度が所定温度より高くなったときに、バルブを開いて冷却用空気を排気ガスに流すことを特徴とする燃料供給システム。
【請求項２９】
少なくとも１つのシリンダと、シリンダ内を運動するピストンと、シリンダ内に空気を供給するための吸気ポートと、排気ガスをシリンダから排出するための排出ポートとを有する内燃機関に、石油またはガソリンのような燃料を供給するための燃料供給システムであって、
本体部および熱伝導性材料で形成された末端部を含む燃料インジェクタと、
末端部が加熱されると、インジェクタの末端部内の燃料に熱が伝わり、インジェクタの末端部内の燃料が加熱され、
入口および出口を含み、インジェクタの末端部の周囲に設けられたチャンバと、
インジェクタの末端部の一部がチャンバから突出して、エンジンの吸気ポートと連通し、チャンバがエンジンの吸気ポートから封止され、
高温流体をチャンバに供給するための高温流体供給手段と、を有し
高温流体がチャンバ内を循環した後に出口から出て、高温流体はチャンバ内のインジェクタの末端部を加熱し、熱が末端部を介して末端部内の燃料に伝わり、末端部内の燃料を加熱し、燃料がインジェクタから噴出された直後に、燃料が加熱された燃料の熱膨張により、燃料がインジェクタから噴出された瞬間に気相状態に転移することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項３０】
請求項２９に記載の燃料供給システムであって、
高温燃料供給手段は、エンジンの排気ポートからチャンバまで延びる排気入口チューブを有し、チャンバの出口は、出口からエンジンの排気ポートまで延びる排気帰還ラインと連通することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項３１】
請求項２９に記載の燃料供給システムであって、
チャンバは、燃料を噴出する末端部の端面に隣接した第１のシール材と、第１のシール材と離間した第２のシール材と、により形成され、第１および第２のシール材は、外側周辺壁およびインジェクタの末端部と係合することにより、チャンバを形成することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項３２】
請求項３１に記載の燃料供給システムであって、
外側周辺壁は、インジェクタを収容するためのエンジン内のボアの内側壁を含むことを特徴とする燃料供給システム。
【請求項３３】
請求項３１に記載の燃料供給システムであって、
インジェクタの末端部を包囲する、エンジン内のボアに配置可能なハウジングの内側壁を含むことを特徴とする燃料供給システム。
【請求項３４】
少なくとも１つのシリンダと、シリンダ内を運動するピストンと、シリンダ内に空気を供給するための吸気ポートと、排気ガスをシリンダから排出するための排出ポートとを有する内燃機関のための燃料供給システムであって、
燃料インジェクタの末端部を収容する外側ハウジングと、
インジェクタがハウジング内に配置されたとき、インジェクタの末端部をハウジングに封止する第１のシール材と、
インジェクタがハウジング内に配置されたとき、インジェクタの末端部をハウジングに封止する第２のシール材と、
ハウジング、第１のシール材、第２のシール材、およびインジェクタの末端部の間でチャンバが形成され、
ハウジングに接続され、インジェクタがハウジング内に配置されたときに形成されたチャンバと連通する排気ガス供給チューブと、
インジェクタがハウジング内に配置されたときに形成されたチャンバと連通する排気ガス帰還チューブと、
排気ガス供給チューブおよび排気ガス帰還チューブは、それぞれ、排気ガスを入れ、そして出し、
エンジンの排気システムに接続するための排気フランジと、
排気ガス供給チューブの排気ガス吸気端部および排気ガス帰還チューブの排気ガス排気端部は、排気フランジを通過する排気ガスが排気ガス供給チューブに入り、チャンバ内を流れ、排気ガス帰還チューブを介してエンジンの排気システムに戻るように、排気フランジに連結され、インジェクタがハウジング内に配置されたときに、インジェクタの末端部を加熱することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項３５】
少なくとも１つのシリンダと、シリンダ内を往復運動するピストンと、シリンダ内に空気を供給するための吸気ポートと、排気ガスをシリンダから排出するための排出ポートとを有する内燃機関のための燃料供給システムであって、
本体部と、燃料が供給される燃料供給用末端部とを含む燃料インジェクタと、
燃料と、エンジンのアイドリング速度を越えるエンジン内の燃料燃焼を支持するためにエンジンが必要とする量に比例した空気とを供給するための、吸気ポートより小さい断面積および容積を有し、インジェクタからシリンダまで延びる微小通路と、
燃料がインジェクタから噴出される前の末端部内の燃料を加熱するために、インジェクタの末端部を加熱する手段と、とを有し、
これにより、燃料は、インジェクタから噴出されると直ちに気相状態に転移し、燃料が燃料通路に沿ってインジェクタからシリンダまで移動する間、気相状態に維持されることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項３６】
請求項３５に記載の燃料供給システムであって、
加熱手段は、インジェクタの末端部に空気を供給する前に、一部の空気を加熱するための熱交換器を有することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項３７】
請求項３６に記載の燃料供給システムであって、
一部の空気は、シリンダから排出された排気ガスと混合されて、空気をさらに加熱し、加熱された空気・排気ガス混合物がインジェクタおよび通路に供給されることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項３８】
請求項３６に記載の燃料供給システムであって、
一部の空気は、エンジンのアイドリング空気供給源であって、
このシステムは、アイドルソレノイドから熱交換器まで延び、熱交換器内の熱交換チューブに接続されたアイドリング空気供給チューブと、
高温ガス帰還チューブに接続された熱交換チューブと、
高温空気帰還チューブに排気ガスを供給する手段と、を有し、
排気ガスがアイドリング空気と混合し、アイドリング空気が加熱され、
帰還チューブが排気ガスおよびアイドリング空気の混合物をインジェクタの末端部に供給するように接続され、これにより、加熱されたアイドリング空気および排気ガスの混合物は、インジェクタの末端部を包囲し、末端部を加熱して、インジェクタから噴出された燃料蒸気は、加熱されたアイドリング空気および排気ガスの混合物とともに、通路を介してシリンダまで移動することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項３９】
請求項３５に記載の燃料供給システムであって、
通路は、アイドリング空気、排気ガス、燃料蒸気の混合物が通路に沿ってシリンダまで移動する間、この混合物に渦を形成し、完全に混合するねじれ翼を有することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項４０】
請求項３８に記載の燃料供給システムであって、
高温空気帰還チューブは、分配チューブに連結され、
分配チューブは、複数の出口を有し、各出口は、排気ガスおよびアイドリング空気の混合物を燃料インジェクタに供給して、インジェクタが供給する燃料蒸気と混合する複数の燃料インジェクタのそれぞれに対応することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項４１】
請求項３５に記載の燃料供給システムであって、
吸気ポートの断面積および容積より小さい断面積および容積を有する、エンジンの吸気ポート内に実装されるチューブを有することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項４２】
請求項３５に記載の燃料供給システムであって、
燃料インジェクタは、エンジンのヘッド部内のボア内に配置され、
このボアは、分配チューブと、燃料・空気供給チューブと連通することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項４３】
請求項３５に記載の燃料供給システムであって、
チューブは、エンジンの吸気ポート内に取り付けられた個別のチューブとしてではなく、エンジンのヘッド部に一体化されることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項４４】
請求項３８に記載の燃料供給システムであって、
アイドリング空気供給源は、アイドル空気ソレノイドとスロットルバルブ本体部の間に設置されたアイドリング空気転送ブロックを有し、
ブロックは、アイドリング空気を供給するための入口開口部と連通する第１のボアと、アイドル空気ソレノイドを介して導管と連通し、アイドリング空気供給チューブと接続される第２のボアと、を有し、この構成では、スロットル本体部のバタフライバルブの下流側にあるアイドリング空気開口部は遮断されて、アイドリング空気がアイドリング空気供給チューブの他から入らないようにしたことを特徴とする燃料供給システム。
【請求項４５】
請求項３６に記載の燃料供給システムであって、
熱交換器は、駆動中、シリンダから排出された排気ガスに曝した通路の一部により形成され、
通路は、ブロックを貫通し、エンジンの吸気ポートに至ることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項４６】
請求項４５に記載の燃料供給システムであって、
通路は、エンジンの排気ポートから吸気ポートまで延びるボアを貫通することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項４７】
請求項４６に記載の燃料供給システムであって、
通路は、ボアを有するスペーサブロックと連通し、
ボアは、アイドリング空気を受容するために、アイドリング空気供給チューブと連結する分配チューブと連通することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項４８】
請求項４７に記載の燃料供給システムであって、
インジェクタが分配チューブ内に配置され、末端部が熱伝導するように分配チューブと接触することにより、末端部を加熱し、
燃料がアイドリング空気供給チューブから供給された空気と混合し、通路を介して、エンジンの吸気マニフォールドおよびシリンダへ流れるように、インジェクタがスペースブロックのボア内に燃料を供給することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項４９】
請求項４８に記載の燃料供給システムであって、
分配チューブおよびスペーサブロックは、インジェクタの末端部を加熱するための極めて高温の熱源を提供するエンジンの排気マニフォールド側で連結され、
アイドリング空気を分配チューブへ供給することは、燃焼空気を提供するだけでなく、末端部が過熱しないように末端部に冷却効果を与えることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項５０】
請求項３５に記載の燃料供給システムであって、
通路は、通路に沿って移動する燃料および空気を加熱された状態に維持するために、排気ガスが通路内に侵入することを可能にする開口部を有し、これにより、燃料は、吸入ポートおよびエンジンのシリンダへ蒸気として供給されることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項５１】
請求項４７に記載の燃料供給システムであって、
分配チューブはスペーサブロックから断熱され、
アイドリング空気供給チューブは、エンジンの排気マニフォールド上に配置して、熱交換器を貫通して延び、分配器に供給される空気の一部を加熱して、インジェクタの末端部を加熱することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項５２】
請求項４７に記載の燃料供給システムであって、
通路は、エンジンの排気ポートと連結された排気口ブランチを有し、
ブランチは、通路に延びる排気チューブに接続され、
通路は、吸気口ブランチと燃料供給端部を有し、
排気ブランチに連結された排出チューブが空気供給ブランチまで延び、吸気マニフォールドを介して移動するいくらかの吸入空気は、吸気口ブランチを通り、排気チューブから供給された排気ガスと混合され、通路を通って、吸気ポートに噴出された燃料とともに通路に沿ってシリンダまで移動し、
排気チューブを通る排気ガスが、通路内の空気および燃料と熱交換し、
排気ガスを混合することにより、空気および燃料蒸気の混合物を維持することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項５３】
請求項５２に記載の燃料供給システムであって、
排気チューブ内に存在する排気ガスの向きを変更し、空気の流れの方向に排気ガスを搬送し、入口ブランチを通る空気と混合させて、通路に供給するように、排気ガスチューブの出口端部がドーム状バッフルに隣接することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項５４】
少なくとも１つのシリンダと、シリンダ内を往復運動するピストンと、シリンダ内に空気を供給するための吸気ポートと、排気ガスをシリンダから排出するための排出ポートとを有する内燃機関のための燃料供給システムであって、
本体部と、燃料が供給される燃料供給用末端部とを含む燃料インジェクタと、
インジェクタおよびアイドリング空気から燃料をシリンダへ供給するために、インジェクタおよびシリンダの間に延びる、吸気ポートとは異なる通路と、
燃料がインジェクタから噴出された直後に、気相状態に転移し、燃料がインジェクタから燃料通路を介してシリンダへ移動する間、気相状態で維持されるように、インジェクタの末端部を加熱して、インジェクタから噴出される前の末端部内の燃料を加熱する手段と、を有することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項５５】
請求項５４に記載の燃料供給システムであって、
通路は、インジェクタとシリンダの間の距離の一部だけ延び、インジェクタの末端部に隣接して配置された第１の端部と、吸気ポートと連通する第２の端部とを有し、
これにより、気化した燃料は、まず微小通路を通過した後、吸気ポート内に入り、吸引により、エンジンの吸気ポート内に案内される燃焼空気と混合されることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項５６】
請求項５４に記載の燃料供給システムであって、
加熱手段は、インジェクタの末端部および通路に空気を供給する前にアイドリング空気を加熱するための熱交換器を有することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項５７】
請求項５６に記載の燃料供給システムであって、
アイドリング空気をシリンダから排出された排気ガスと混合して、空気を加熱し、加熱された空気および排気ガスが末端部および通路に供給されることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項５８】
請求項５７に記載の燃料供給システムであって、
アイドルソレノイドから熱交換器まで延び、熱交換器内の熱交換チューブと接続したアイドリング空気供給チューブをさらに有し、
熱交換チューブは、高温ガス帰還チューブと接続され、
排気ガスとアイドリング空気が混合し、アイドリング空気を加熱するように、排気ガスを高温空気帰還チューブに供給する手段を有し、
排気ガスおよびアイドリング空気の混合物を燃料供給部品に供給するために帰還チューブが連結され、加熱されたアイドリング空気および排気ガスの混合物が燃料供給部品を包囲して、燃料供給部品を加熱し、燃料供給部品から供給される燃料が加熱されたアイドリング空気および排気ガスの混合物とともに通路内を移動することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項５９】
請求項５４に記載の燃料供給システムであって、
通路は、アイドリング空気、排気ガス、および燃料の混合物に渦を形成し、混合物がシリンダまで通路に沿って移動するとき、混合物を完全に混合するねじれ翼を有することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項６０】
請求項５８に記載の燃料供給システムであって、
高温空気帰還チューブは、分配チューブと連結し、
分配チューブは、複数の出口を有し、
各出口は、複数の燃料インジェクタのそれぞれと対応し、排気ガスおよび／またはアイドリング空気の混合物を燃料供給部品に供給し、燃料供給部品から供給される燃料と混合物を混合することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項６１】
請求項５４に記載の燃料供給システムであって、
通路は、エンジンの吸気ポート内に配置されたチューブを有し、
このチューブは、吸気ポートの断面積および容積よりも小さい断面積および容積を有することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項６２】
請求項５４に記載の燃料供給システムであって、
燃料インジェクタは、エンジンのヘッド部のボア内に配置され、
このボアは、分配チューブおよび燃料・空気供給チューブと連通することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項６３】
請求項５４に記載の燃料供給システムであって、
アイドリング空気供給源は、アイドル空気ソレノイドとスロットルバルブ本体部の間に設置されたアイドリング空気転送ブロックを有し、
ブロックは、アイドリング空気を供給するための入口開口部と連通する第１のボアと、アイドル空気ソレノイドを介して導管と連通し、アイドリング空気供給チューブと接続される第２のボアと、を有し、この構成では、スロットル本体部のバタフライバルブの下流側にあるアイドリング空気開口部は遮断されて、アイドリング空気がアイドリング空気供給チューブの他から入らないようにしたことを特徴とする燃料供給システム。
【請求項６４】
請求項５６に記載の燃料供給システムであって、
熱交換器は、駆動中、シリンダから排出された排気ガスに曝した通路の一部により形成され、
通路は、ブロックを貫通し、エンジンの吸気ポートに至ることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項６５】
請求項５４に記載の燃料供給システムであって、
通路は、エンジンの排気ポートから吸気ポートまで延びるボアを貫通することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項６６】
請求項６５に記載の燃料供給システムであって、
通路は、ボアを有するスペーサブロックと連通し、
ボアは、アイドリング空気を受容するために、アイドリング空気供給チューブと連結する分配チューブと連通することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項６７】
請求項６６に記載の燃料供給システムであって、
末端部が分配チューブと熱伝導するように接触して、末端部を加熱するように、インジェクタが分配チューブ内に配置され、
アイドリング空気供給チューブが供給する空気と、燃料が混合し、通路を介して、エンジンの吸気マニフォールドおよびシリンダへ流れるように、インジェクタはスペーサブロックのボア内に燃料を供給することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項６８】
請求項６６に記載の燃料供給システムであって、
分配チューブおよびスペーサブロックは、インジェクタの末端部を加熱するための極めて高温の熱源を提供するエンジンの排気マニフォールド側で連結され、
アイドリング空気を分配チューブへ供給することは、燃焼空気を提供するだけでなく、末端部が過熱しないように末端部に冷却効果を与えることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項６９】
請求項５４に記載の燃料供給システムであって、
通路は、通路に沿って移動する燃料蒸気および空気を維持するために、排気ガスが通路内に侵入することを可能にする開口部を有することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項７０】
請求項６６に記載の燃料供給システムであって、
分配チューブはスペーサブロックから断熱され、
アイドリング空気供給チューブは、エンジンの排気マニフォールド上に配置して、熱交換器を貫通して延び、分配器に供給される空気の一部を加熱して、インジェクタの末端部を加熱することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項７１】
少なくとも１つのシリンダと、シリンダ内を往復運動するように取り付けられたピストンと、を有する内燃機関のための燃料供給システムであって、
燃料が点火する前に燃料を蒸発させるために、燃料をシリンダ内のピストン上に噴射するように、燃料をシリンダ内に案内するインジェクタを有する燃料をシリンダ内に案内するインジェクタを有することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項７２】
請求項７１に記載の燃料供給システムであって、
燃料がシリンダ内のピストン上に供給される前に、燃料を加熱することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項７３】
請求項７２に記載の燃料供給システムであって、
加熱器は、エンジンからの排気ガスにより加熱された熱交換手段を含み、
燃料ラインを介してインジェクタに至る燃料が排気ガスにより加熱されるように、燃料ラインは排気ガス源を貫通することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項７４】
請求項７１に記載の燃料供給システムであって、
インジェクタは、シリンダの側壁内に配置されることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項７５】
請求項７４に記載の燃料供給システムであって、
側壁が孔を有し、
スリーブが孔内に配置され、
インジェクタがスリーブ内に配置されることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項７６】
請求項７５に記載の燃料供給システムであって、
スリーブは、孔からシリンダの内部に延びる出口開口部を有することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項７７】
請求項７６に記載の燃料供給システムであって、
シリンダの側壁は、ブロックの一部を有し、その内部にシリンダが配置され、
孔がブロック壁を部分的に貫通するように、ブロックの側壁に形成され、
燃料インジェクタの先端がステム内に配置され、燃料をシリンダ内で、ピストン上に噴出するように、スリーブは、小径ボアに配置された中空ステムを有することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項７８】
請求項７７に記載の燃料供給システムであって、
スリーブは、外側端部が内側端部よりも幅広となるように最も内側の端部から最も外側の端部まで傾斜し、これにより、インジェクタの末端部を確実にシリンダの内部に最も接近した端部に隣接するように配置しながら、異なる寸法のインジェクタをスリーブ内に配置できることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項７９】
請求項７８に記載の燃料供給システムであって、
インジェクタの末端部は、シリンダ壁またはエンジンブロック壁からの圧縮により加熱され、燃料がインジェクタから噴出された直後に、燃料を蒸発させることを特徴とする燃料供給システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、２００１年６月１日付けで出願された豪州仮特許出願ＰＲ５３９７号、２００１年１２月１３日付けで出願された豪州仮特許出願ＰＲ９５４０号、および２００１年７月１９日付けで出願された米国仮特許出願６０／３０６，６０６号に基づき、これらの優先権を主張する。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、石油またはガソリン系の燃料を内燃機関に供給するための燃料供給システム、このシステムを用いた内燃機関および車輌に関する。
【０００３】
（背景技術）
これまで車輌の燃料効率を改善する数多くの試みがなされており、ある程度の成功を収めている。非効率性を改善するための最近の成果は、内燃機関の洗練された再設計およびその駆動様式によるものである。
【０００４】
従来、燃料と空気の可燃性混合物において、化学量論的スケールで計算したとき、その最適混合比は、重量比で１４．７:１とする必要がある。この比は、第一義的に、所与のトルク曲線で駆動するとき、従来の駆動条件下でおそらく最善の排出ガスを生成するように、出力と効率のバランスを図るものとして得られた。燃料自体は、その特質により、冷たい要素であって、バルブやピストンなどの接触表面の一体性を維持するように、エンジンの燃焼チャンバにおける冷却効果を与えるものである。燃焼用燃料が減ると、燃焼チャンバおよび排気ガスの温度が上昇し、エンジン内のクリアランスおよび公差が小さくなることにより、エンジンが故障する。これまでインジェクタとエンジンのシリンダとの間にある種の加熱機構を設けることにより、燃焼効率を改善する試みがなされてきた。これらのシステムは、液体の形態にある燃料がインジェクタにより噴出すると、噴出後、燃料がエンジンのシリンダに到達する前に燃料を気化するという原理に基づいて駆動する。
【０００５】
（発明の要約）
本発明の目的は、既存のエンジンに部品を取り付けるか、製造エンジンとして元から部品を組み込むことにより容易に実現される、燃料効率を改善する燃料供給システムを提供することにある。
【０００６】
本発明は、第１の態様において、少なくとも１つのシリンダと、シリンダ内を往復運動するように構成されたピストンとを含む内燃機関のための燃料供給システムにあるといってもよく、そのシステムは、
本体部と、燃料が末端部から供給されるシリンダへの燃料供給用末端部とを含む燃料インジェクタと、
燃料インジェクタとシリンダの間に延び、燃料を供給部品からシリンダまで搬送するための燃料通路と、
燃料がインジェクタから噴出された直後に気相状態に転移し、インジェクタからシリンダまでの燃料通路に沿って移動する間、気相状態に維持されるように、インジェクタの末端部を加熱することにより、燃料がインジェクタから噴出される前の末端部内の燃料を加熱する手段と、を有する。
【０００７】
本発明者は、燃料を蒸発させるために燃料を加熱しようとする従来技術は、燃料がインジェクタから噴出された後の燃料を加熱することを認識している。したがって、噴出された燃料は、液相状態であって、気相状態ではない。従来技術によれば、何らかの加熱メカニズムがインジェクタの下流側に設けられ、燃料を気相状態に転移させようとしている。エンジンの吸引により、燃料がインジェクタからシリンダまで移動するために必要な時間は短く、比較的に経路の長さが短いので、加熱メカニズム液体燃料を気相状態に変えるように十分機能せず、したがって、こうしたシステムは、満足できるように作動しない。すなわち、この原理に基づいて作動するシステムは、実質的に、商業的には応用できない。本発明者は、インジェクタの末端部、ひいてはインジェクタのその部分にある燃料を加熱することにより、インジェクタ内の一定圧力のため、末端部内においては燃料を液相状態に維持するものの、燃料がインジェクタから噴出された直後に、燃料が先端から噴出すると加熱された燃料の熱膨張が生じ、減圧が生じて、液相状態から気相状態に瞬間的に変化する。
【０００８】
したがって、燃料がインジェクタから噴出されて、インジェクタにおいて、燃料が液相状態から気相状態に瞬間的に蒸発する。すべての燃料は、蒸発し、インジェクタからエンジンのシリンダまで移動する間、蒸発した状態で維持される。気相状態を維持するために、燃料がインジェクタから噴出されたとき、燃料に熱を与える加熱手段を用いて、気相状態で蒸気として維持することができる。
【０００９】
蒸気が燃料通路に沿って移動するとき、蒸気は、包囲するガスの流れの中に拡張する傾向があり、この流れは、燃料が通路全長を移動する間に冷える傾向があるものの、燃料通路に沿ったガスの流れの中における燃料の熱および分散は、ガスを気相状態に維持するため、燃料は、燃料蒸気としてエンジンのシリンダへ供給される。換言すると、インジェクタ内の燃料を加熱することにより、末端部から燃料を噴出させた直後に瞬間的な蒸発作用が得られ、より高温の周辺温度に起因して、燃料蒸気を維持することができる。燃料蒸気を通常の取込空気で希釈すると、より低温の加熱ガス混合物が得られるが、全体としてはなお、より高温の取込充填物であるので、燃料が蒸気としてシリンダへ供給される。燃料が蒸発し、蒸気としてエンジンのシリンダ内に供給されると、エンジンは、すべての構成部品の一体性を維持し、出力を維持し、そして排気物質を改善し、より重要なことは、希薄燃焼混合物を用いた場合に生じる劇的な温度を防止しつつ、遥かにより希薄な混合物で駆動することができる。こうして、用いられる燃料の量を大幅に削減しつつ、エンジンの特性を維持することができる。
【００１０】
インジェクタの本体部ではなくて、末端部を加熱することにより、インジェクタは損傷しない。インジェクタの全体が加熱されるか、燃料が末端部から噴出された直後に瞬間的な蒸発作用が得られるような温度で、燃料がインジェクタに供給される場合には、インジェクタは損傷しない。燃料がこの温度でインジェクタに供給されるか、インジェクタの本体部が加熱された場合、インジェクタは溶融するか、損傷を受ける。
【００１１】
択一的に、燃料消費量を低減することよりも出力を増大させる必要がある場合、燃料混合物を減らすのではなく、そのままにして、エンジンからの出力を上げる。
【００１２】
好適には、インジェクタの末端部に熱を伝えるための熱伝導性末端部として構成することにより、インジェクタの末端部を加熱する。
【００１３】
本発明の好適な実施形態によれば、これは、従来式のインジェクタにおいて、インジェクタの金属製の端部シャフトが露出するように、インジェクタの端部シャフトから外側ケースを取り外すことにより実現される。このとき、露出された端部シャフトが、加熱手段を用いて加熱されるインジェクタの末端部を構成する。
【００１４】
好適には、インジェクタの末端部を加熱するための手段は、インジェクタの末端部を加熱するために、エンジン内の燃料および空気の燃焼により生じた排気ガスをインジェクタの末端部に供給するための排気ガス供給手段である。
【００１５】
好適には、排気ガス供給手段は、排気ガスがインジェクタの末端部に衝突して、インジェクタの末端部およびインジェクタの末端部内の燃料を加熱するように、インジェクタの末端部に排気ガスを案内する。
【００１６】
本発明のさらなる実施形態において、インジェクタの末端部を加熱する手段は、インジェクタの末端部を支持および接触する熱伝導性支持部品を有し、この支持部品は、エンジンの加熱された部分と接触してエンジンからの熱をインジェクタの末端部に伝えて、インジェクタの末端部を加熱する。
【００１７】
好適には、支持部品は、エンジンの加熱された部品内のボアに受容されるような円筒状外側壁と、インジェクタの末端部を受容する円筒状内側壁を含む円筒状孔と、を有するリングを備えたことにより、末端部が円筒状内側壁と接触して、熱が加熱された部品からリング、ひいてはインジェクタの末端部へ伝わる。
【００１８】
本発明の１つの実施形態によれば、エンジンの加熱された部品は、排気マニフォールドに隣接したエンジンの排気側に設けられ、インジェクタの末端部が過熱しないように、インジェクタの末端部に冷たい空気を案内するための吸気口チューブが設けられる。
【００１９】
本発明の他の実施形態によれば、加熱された部品は、エンジンの吸気口側にある。
【００２０】
本発明の好適な実施形態によれば、排気ガスが高温空気帰還チューブに入ることが可能となるように、入口開口部を設けることにより、排気ガスおよび空気が高温空気帰還チューブを通過し、空気と排気ガスの混合物がインジェクタの末端部および通路に供給される。
【００２１】
好適には、入口開口部は、熱交換チューブが空気供給チューブに連結されるところに隣接して、熱交換チューブに設けられる。
【００２２】
本発明の実施形態において、空気供給チューブをエンジンのためのアイドリング空気供給源に連結することにより、アイドリング空気は、アイドリング空気供給チューブを通って、燃料供給部品とシリンダの間に延びる通路まで供給されるとともに、熱交換チューブを通過し、入口開口部から入ってくる排気ガスと混合することにより加熱され、排気ガスと空気の混合物が空気とともにインジェクタの末端部と、燃料供給部品とシリンダの間に延びる通路とに供給される。
【００２３】
好適には、熱交換器は、エンジンの排気マニフォールドと、排気ガスを大気に排出する排気パイプの間に連結されたパイプを有する。
【００２４】
好適には、燃料供給部品とシリンダの間に延びる通路は、エンジンの吸気ポート内に設けられた燃料・空気供給チューブを有する。
【００２５】
好適には、ねじれ翼が燃料・空気供給チューブ内に設けられ、空気、排気ガス、および燃料蒸気の混合物が渦を巻き、混合物が燃料・空気供給チューブを通過する間、空気、排気ガス、および燃料蒸気が混合する。
【００２６】
好適には、エンジンは、複数の燃料インジェクタを有し、高温空気帰還チューブは、分配チューブに連結され、分配チューブは、それぞれの燃料インジェクタに対応する複数の出口チューブを含み、各出口チューブは、各インジェクタからの燃料噴出の方向に対して実質的に垂直方向に延びる。
【００２７】
エンジンのアイドリング速度を越える燃料燃焼を支援する空気は、吸気マニフォールドから供給され、好適な実施形態によれば、アイドリング空気は、空気・燃料供給チューブを流れ、アイドリング速度を越える燃料燃焼を支援する追加的な空気は、エンジンの吸気マニフォールドおよび吸気ポートを通じて供給される。
【００２８】
すなわち、シリンダへ燃料を供給するチューブは、通常の吸気ポートの寸法よりも比較的に小さく、燃料は、加熱された空気および排気ガスとともに、空気・燃料供給チューブを通過するので、良好な熱交換が行われ、燃料は、空気・燃料供給チューブに沿った燃料通路の実質的な全長に亙って加熱されるため、シリンダへ蒸気として供給される。
【００２９】
本発明の第２の実施形態において、燃料および空気を供給するための通路は、排気ポートおよびエンジンのヘッド部を介して、吸気ポートへ延び、通路は排気ポート内に入口開口部を有し、通路からシリンダへ供給された空気および燃料と混合するために、排気ガスが通路内に導入される。
【００３０】
本発明の実施形態によれば、燃料を蒸発させる主要な熱交換は、エンジンの排気ポートを貫通して延びる通路内で生じる。
【００３１】
好適には、空気供給チューブは、第一義的には、燃料インジェクタの周囲に供給される空気を加熱するために、エンジンの排気ポート上に配置された熱交換器を通過する。
【００３２】
本発明のさらなる実施形態によれば、本発明の第１の実施形態と同様に、通路は、吸気マニフォールド内に配置され、吸気口まで延びる吸気口ブランチと、エンジンの排気ポートと連通する排気ガス供給ブランチと、を有し、排気ガス供給チューブは、排気ガス入口および空気供給ブランチの間に延び、通路を介して延び、燃料がインジェクタからシリンダへ移動するとき、燃料が入口ブランチに入る空気と混合し、排気ガス供給チューブの周囲に通路に沿って移動することにより、通路内の空気と燃料を加熱するような熱交換が生じ、排気ガスは、排気ガス供給チューブを介して吸気口ブランチに流れる。このとき、取込空気が吸気口ブランチを通って通路に流れ、空気と燃料の混合物をさらに加熱する。
【００３３】
本発明の１つの実施形態においては、システムは、インジェクタの末端部に供給される排気ガスの温度を所定温度に維持して、末端部が過熱しないようにするための温度維持手段をさらに有する。
【００３４】
好適には、温度維持手段は、冷却用空気の流れを選択的に開閉して、排気ガスと混合するためのバルブを有し、これにより排気ガスの温度を低減する。
【００３５】
好適には、温度検出手段を末端部の近傍に設けることにより、排気ガスの温度をモニタし、温度が所定温度より高くなったときに、バルブを開いて冷却用空気を排気ガスに流す。
【００３６】
第２の態様による本発明は、少なくとも１つのシリンダと、シリンダ内を往復運動するピストンと、シリンダ内に空気を供給するための吸気ポートと、排気ガスをシリンダから排出するための排出ポートとを有する内燃機関のための燃料供給システムにあるといってもよく、そのシステムは、
本体部および熱伝導性材料で形成された末端部を含む燃料インジェクタと、
燃料と、エンジンのアイドリング速度を越えるエンジン内の燃料燃焼を支持するためにエンジンが必要とする量に比例した空気とを供給するための、吸気ポートより小さい断面積および容積を有し、インジェクタからシリンダまで延びる微小通路と、
燃料がインジェクタから噴出される前の末端部内の燃料を加熱するために、インジェクタの末端部を加熱する手段と、とを有し、
これにより、燃料は、インジェクタから噴出されると直ちに気相状態に転移し、燃料が燃料通路に沿ってインジェクタからシリンダまで移動する間、気相状態に維持される。
【００３７】
本発明の実施形態の微小通路は、インジェクタとシリンダの間の距離の一部だけ延び、インジェクタの末端部に隣接して配置された第１の端部と、吸気ポートと連通する第２の端部とを有し、これにより、気化した燃料は、まず微小通路を通過した後、吸気ポート内に入り、吸引により、エンジンの吸気ポート内に案内される燃焼空気と混合される。
【００３８】
本発明の１つの実施形態において、加熱手段は、インジェクタの末端部に空気を供給する前に、一部の空気を加熱するための熱交換器を有する。
【００３９】
好適には、本発明の実施形態によれば、一部の空気は、シリンダから排出された排気ガスと混合されて、空気をさらに加熱し、加熱された空気・排気ガス混合物がインジェクタおよび通路に供給される。
【００４０】
好適には、一部の空気は、エンジンのアイドリング空気供給源であって、このシステムは、アイドルソレノイドから熱交換器まで延び、熱交換器内の熱交換チューブに接続されたアイドリング空気供給チューブと、高温ガス帰還チューブに接続された熱交換チューブと、高温空気帰還チューブに排気ガスを供給する手段と、を有し、排気ガスがアイドリング空気と混合し、アイドリング空気が加熱され、帰還チューブが排気ガスおよびアイドリング空気の混合物をインジェクタの末端部に供給するように接続され、これにより、加熱されたアイドリング空気および排気ガスの混合物は、インジェクタの末端部を包囲し、末端部を加熱して、インジェクタから噴出された燃料蒸気は、加熱されたアイドリング空気および排気ガスの混合物とともに、通路を介してシリンダまで移動する。
【００４１】
本発明の１つの実施形態において、通路は、アイドリング空気、排気ガス、燃料蒸気の混合物が通路に沿ってシリンダまで移動する間、この混合物に渦を形成し、完全に混合するねじれ翼を有する。
【００４２】
本発明の１つの実施形態において、高温空気帰還チューブは、分配チューブに連結され、分配チューブは、複数の出口を有し、各出口は、排気ガスおよびアイドリング空気の混合物を燃料インジェクタに供給して、インジェクタが供給する燃料蒸気と混合する複数の燃料インジェクタのそれぞれに対応する。
【００４３】
本発明の１つの実施形態において、吸気ポートの断面積および容積より小さい断面積および容積を有する、エンジンの吸気ポート内に実装されるチューブを有する。
【００４４】
好適には、燃料インジェクタは、エンジンのヘッド部内のボア内に配置され、このボアは、分配チューブと、燃料・空気供給チューブと連通する。
【００４５】
本発明の別の実施形態において、チューブは、エンジンの吸気ポート内に取り付けられた個別のチューブとしてではなく、エンジンのヘッド部に一体化できる。
【００４６】
好適には、アイドリング空気供給源は、アイドル空気ソレノイドとスロットルバルブ本体部の間に設置されたアイドリング空気転送ブロックを有し、ブロックは、アイドリング空気を供給するための入口開口部と連通する第１のボアと、アイドル空気ソレノイドを介して導管と連通し、アイドリング空気供給チューブと接続される第２のボアと、を有する。この構成では、スロットル本体部のバタフライバルブの下流側にあるアイドリング空気開口部は遮断されて、アイドリング空気がアイドリング空気供給チューブの他から入らないようにしている。
【００４７】
本発明の別の実施形態によれば、熱交換器は、駆動中、シリンダから排出された排気ガスに曝した通路の一部により形成され、通路は、ブロックを貫通し、エンジンの吸気ポートに至る。
【００４８】
好適には、通路は、エンジンの排気ポートから吸気ポートまで延びるボアを貫通する。
【００４９】
本実施形態において、通路は、ボアを有するスペーサブロックと連通し、ボアは、アイドリング空気を受容するために、アイドリング空気供給チューブと連結する分配チューブと連通する。
【００５０】
１つの実施形態において、インジェクタが分配チューブ内に配置され、末端部が熱伝導するように分配チューブと接触することにより、末端部を加熱し、燃料がアイドリング空気供給チューブから供給された空気と混合し、通路を介して、エンジンの吸気マニフォールドおよびシリンダへ流れるように、インジェクタがスペースブロックのボア内に燃料を供給する。
【００５１】
本実施形態において、分配チューブおよびスペーサブロックは、インジェクタの末端部を加熱するための極めて高温の熱源を提供するエンジンの排気マニフォールド側で連結され、アイドリング空気を分配チューブへ供給することは、燃焼空気を提供するだけでなく、末端部が過熱しないように末端部に冷却効果を与える。
【００５２】
好適には、通路は、通路に沿って移動する燃料および空気を加熱された状態に維持するために、排気ガスが通路内に侵入することを可能にする開口部を有し、これにより、燃料は、エンジンの吸入ポートおよびシリンダへ蒸気として供給される。
【００５３】
別の実施形態において、分配チューブはスペーサブロックから断熱され、アイドリング空気供給チューブは、エンジンの排気マニフォールド上に配置して、熱交換器を貫通して延び、分配器に供給される空気の一部を加熱して、インジェクタの末端部を加熱する。
【００５４】
同様に、本発明の実施形態において、通路は、エンジンの吸気ポート内に開口するヘッド部内のボアを貫通する、排気ポート内に取り付けられたチューブの形態を有していてもよい。しかし、エンジンヘッド部にチューブを鋳造成形または穿孔することにより、チューブをボアの一体式部品として形成してもよい。
【００５５】
本発明の別の実施形態によれば、通路は、エンジンの排気ポートと連結された排気口ブランチを有し、ブランチは、通路に延びる排気チューブに接続され、通路は、吸気口ブランチと燃料供給端部を有し、排気ブランチに連結された排出チューブが空気供給ブランチまで延び、吸気マニフォールドを通って移動するいくらかの吸入空気は、吸気口ブランチを通り、排気チューブから供給された排気ガスと混合され、通路を通って、吸気ポートに噴出された燃料とともに通路に沿ってシリンダまで移動し、排気チューブを通る排気ガスが、通路内の空気および燃料と熱交換し、排気ガスを混合することにより、空気および燃料蒸気の混合物を維持する。
【００５６】
本実施形態において、排気チューブ内に存在する排気ガスの向きを変更し、空気の流れの方向に排気ガスを搬送し、入口ブランチを通る空気と混合させて、通路に供給するように、排気ガスチューブの出口端部がドーム状バッフルに隣接する。
【００５７】
本発明の好適な実施形態において、通路、排気ブランチ、および吸気ブランチは、エンジンの吸気ポートに取り付けられる単一のチューブとして形成される。しかし、同様に、別の実施形態によれば、チューブをエンジンブロックまたはベッド部に鋳造成形するか、穿孔することにより、エンジンブロックまたはベッド部に元々備えた装置として形成することができる。
【００５８】
第３の態様による本発明は、少なくとも１つのシリンダと、シリンダ内を往復運動するピストンと、シリンダ内に空気を供給するための吸気ポートと、排気ガスをシリンダから排出するための排出ポートとを有する内燃機関のための燃料供給システムにあるといってもよく、そのシステムは、
本体部と、燃料が供給される燃料供給用末端部とを含む燃料インジェクタと、
インジェクタおよびアイドリング空気から燃料をシリンダへ供給するために、インジェクタおよびシリンダの間に延びる、吸気ポートとは異なる通路と、
燃料がインジェクタから噴出された直後に、気相状態に転移し、燃料がインジェクタから燃料通路を介してシリンダへ移動する間、気相状態で維持されるように、インジェクタの末端部を加熱して、インジェクタから噴出される前の末端部内の燃料を加熱する手段と、を有する。
【００５９】
本発明の１つの実施形態によれば、微小通路は、インジェクタとシリンダの間の距離の一部だけ延び、インジェクタの末端部に隣接して配置された第１の端部と、吸気ポートと連通する第２の端部とを有し、これにより、気化した燃料は、まず微小通路を通過した後、吸気ポート内に入り、吸引により、エンジンの吸気ポート内に案内される燃焼空気と混合される。
【００６０】
本発明の１つの実施形態において、加熱手段は、インジェクタの末端部および通路に空気を供給する前にアイドリング空気を加熱するための熱交換器を有する。
【００６１】
好適には、本発明の実施形態において、
アイドリング空気をシリンダから排出された排気ガスと混合して、空気を加熱し、加熱された空気および排気ガスが末端部および通路に供給される。
【００６２】
好適には、このシステムは、アイドルソレノイドから熱交換器まで延び、熱交換器内の熱交換チューブと接続したアイドリング空気供給チューブをさらに有し、熱交換チューブは、高温ガス帰還チューブと接続され、排気ガスとアイドリング空気が混合し、アイドリング空気を加熱するように、排気ガスを高温空気帰還チューブに供給する手段を有し、排気ガスおよびアイドリング空気の混合物を燃料供給部品に供給するために帰還チューブが連結され、加熱されたアイドリング空気および排気ガスの混合物が燃料供給部品を包囲して、燃料供給部品を加熱し、燃料供給部品から供給される燃料が加熱されたアイドリング空気および排気ガスの混合物とともに通路内を移動する。
【００６３】
本発明の１つの実施形態において、通路は、アイドリング空気、排気ガス、および燃料の混合物に渦を形成し、混合物がシリンダまで通路に沿って移動するとき、混合物を完全に混合するねじれ翼を有する。
【００６４】
本発明の１つの実施形態において、高温空気帰還チューブは、分配チューブと連結し、分配チューブは、複数の出口を有し、各出口は、複数の燃料インジェクタのそれぞれと対応し、排気ガスおよび／またはアイドリング空気の混合物を燃料供給部品に供給し、燃料供給部品から供給される燃料と混合物を混合する。
【００６５】
本発明の１つの実施形態において、通路は、エンジンの吸気ポート内に配置されたチューブを有し、このチューブは、吸気ポートの断面積および容積よりも小さい断面積および容積を有する。
【００６６】
好適には、燃料インジェクタは、エンジンのヘッド部のボア内に配置され、このボアは、分配チューブおよび燃料・空気供給チューブと連通する。
【００６７】
本発明の別の実施形態において、チューブは、エンジンの吸気ポート内に取り付けられた個別のチューブとしてではなく、エンジンのヘッド部に一体化される。
【００６８】
好適には、アイドリング空気供給源は、アイドル空気ソレノイドとスロットルバルブ本体部の間に設置されたアイドリング空気転送ブロックを有し、ブロックは、アイドリング空気を供給するための入口開口部と連通する第１のボアと、アイドル空気ソレノイドを介して導管と連通し、アイドリング空気供給チューブと接続される第２のボアと、を有する。この構成では、スロットル本体部のバタフライバルブの下流側にあるアイドリング空気開口部は遮断されて、アイドリング空気がアイドリング空気供給チューブの他から入らないようにしている。
【００６９】
本発明のさらなる実施形態において、熱交換器は、駆動中、シリンダから排出された排気ガスに曝した通路の一部により形成され、通路は、ブロックを貫通し、エンジンの吸気ポートに至る。
【００７０】
好適には、通路は、エンジンの排気ポートから吸気ポートまで延びるボアを貫通する。
【００７１】
本実施形態において、通路は、ボアを有するスペーサブロックと連通し、ボアは、アイドリング空気を受容するために、アイドリング空気供給チューブと連結する分配チューブと連通する。
【００７２】
１つの実施形態において、末端部が分配チューブと熱伝導するように接触して、末端部を加熱するように、インジェクタが分配チューブ内に配置され、アイドリング空気供給チューブが供給する空気と、燃料が混合し、通路を介して、エンジンの吸気マニフォールドおよびシリンダへ流れるように、インジェクタはスペーサブロックのボア内に燃料を供給する。
【００７３】
本実施形態において、分配チューブおよびスペーサブロックは、インジェクタの末端部を加熱するための極めて高温の熱源を提供するエンジンの排気マニフォールド側で連結され、アイドリング空気を分配チューブへ供給することは、燃焼空気を提供するだけでなく、末端部が過熱しないように末端部に冷却効果を与える。
【００７４】
好適には、通路は、通路に沿って移動する燃料蒸気および空気を維持するために、排気ガスが通路内に侵入することを可能にする開口部を有する。
【００７５】
別の実施形態において、分配チューブはスペーサブロックから断熱され、アイドリング空気供給チューブは、エンジンの排気マニフォールド上に配置して、熱交換器を貫通して延び、分配器に供給される空気の一部を加熱して、インジェクタの末端部を加熱する。
【００７６】
同様に、本発明の実施形態によれば、通路は、エンジンの吸気ポート内に開口するヘッド部内のボアを貫通する、排気ポート内に取り付けられたチューブの形態を有していてもよい。しかし、エンジンヘッド部にチューブを鋳造成形または穿孔することにより、チューブをボアの一体式部品として形成してもよい。
【００７７】
さらに別の態様による本発明は、少なくとも１つのシリンダと、シリンダ内を往復運動するように取り付けられたピストンと、を有する内燃機関のための燃料供給システムにあるといってもよく、そのシステムは、燃料が点火する前に燃料を蒸発させるために、燃料をシリンダ内のピストン上に噴射するように、燃料をシリンダ内に案内するインジェクタを有する。
【００７８】
好適には、燃料がシリンダ内のピストン上に供給される前に、燃料が加熱される。
【００７９】
好適には、加熱器は、エンジンからの排気ガスにより加熱された熱交換手段を含み、燃料ラインを介してインジェクタに至る燃料が排気ガスにより加熱されるように、燃料ラインは排気ガス源を貫通する。
【００８０】
しかしながら、他の実施形態において、熱交換器は、エンジンにより供給される高温水または電気加熱を用いて、燃料ラインおよび燃料ラインを通ってインジェクタに至る燃料を加熱する。
【００８１】
好適には、インジェクタは、シリンダの側壁内に配置される。
【００８２】
好適には、側壁が孔を有し、スリーブが孔内に配置され、インジェクタがスリーブ内に配置される。
【００８３】
好適には、スリーブは、孔からシリンダの内部に延びる出口開口部を有する。
【００８４】
好適には、シリンダの側壁は、ブロックの一部を有し、その内部にシリンダが配置され、孔がブロック壁を部分的に貫通するように、ブロックの側壁に形成され、燃料インジェクタの先端がステム内に配置され、燃料をシリンダ内で、ピストン上に噴出するように、スリーブは、小径ボアに配置された中空ステムを有する。
【００８５】
好適には、スリーブは、外側端部が内側端部よりも幅広となるように最も内側の端部から最も外側の端部まで傾斜し、これにより、インジェクタの末端部を確実にシリンダの内部に最も接近した端部に隣接するように配置しながら、異なる寸法のインジェクタをスリーブ内に配置することができる。
【００８６】
好適には、インジェクタの末端部は、シリンダ壁またはエンジンブロック壁からの圧縮により加熱され、燃料がインジェクタから噴出された直後に、燃料を蒸発させる。
【００８７】
また本発明は、少なくとも１つのシリンダと、シリンダ内を運動するピストンと、シリンダ内に空気を供給するための吸気ポートと、排気ガスをシリンダから排出するための排出ポートとを有する内燃機関に、石油またはガソリンのような燃料を供給するための燃料供給システムを提供し、このシステムは、
本体部および熱伝導性材料で形成された末端部を含む燃料インジェクタと、
末端部が加熱されると、インジェクタの末端部内の燃料に熱が伝わり、インジェクタの末端部内の燃料が加熱され、
入口および出口を含み、インジェクタの末端部の周囲に設けられたチャンバと、
インジェクタの末端部の一部がチャンバから突出して、エンジンの吸気ポートと連通し、チャンバがエンジンの吸気ポートから封止され、
高温流体をチャンバに供給するための高温流体供給手段と、を有し
高温流体がチャンバ内を循環した後に出口から出て、高温流体はチャンバ内のインジェクタの末端部を加熱し、熱が末端部を介して末端部内の燃料に伝わり、末端部内の燃料を加熱し、燃料がインジェクタから噴出された直後に、燃料が加熱された燃料の熱膨張により、燃料がインジェクタから噴出された瞬間に気相状態に転移する。
【００８８】
また本発明は、少なくとも１つのシリンダと、シリンダ内を運動するピストンと、シリンダ内に空気を供給するための吸気ポートと、排気ガスをシリンダから排出するための排出ポートとを有する内燃機関のための燃料供給システムであって、このシステムは、
燃料インジェクタの末端部を収容する外側ハウジングと、
インジェクタがハウジング内に配置されたとき、インジェクタの末端部をハウジングに封止する第１のシール材と、
インジェクタがハウジング内に配置されたとき、インジェクタの末端部をハウジングに封止する第２のシール材と、
ハウジング、第１のシール材、第２のシール材、およびインジェクタの末端部の間でチャンバが形成され、
ハウジングに接続され、インジェクタがハウジング内に配置されたときに形成されたチャンバと連通する排気ガス供給チューブと、
インジェクタがハウジング内に配置されたときに形成されたチャンバと連通する排気ガス帰還チューブと、
排気ガス供給チューブおよび排気ガス帰還チューブは、それぞれ、排気ガスを入れ、そして出し、
エンジンの排気システムに接続するための排気フランジと、
排気ガス供給チューブの排気ガス吸気端部および排気ガス帰還チューブの排気ガス排気端部は、排気フランジを通過する排気ガスが排気ガス供給チューブに入り、チャンバ内を流れ、排気ガス帰還チューブを介してエンジンの排気システムに戻るように、排気フランジに連結され、インジェクタがハウジング内に配置されたときに、インジェクタの末端部を加熱する。
【００８９】
（発明を実施するための最良の形態）
添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態を一例として説明する。
最初に、本発明の第１の実施形態を図示する図１ないし図４を参照すると、エンジン１０は、本発明の第１の実施形態による燃料供給システムを採用したことを除いて、従来式の手法で駆動する、この実施形態では６気筒エンジンとして概略的に図示されている。図１および図２で最もよく図示されているように、エンジン１０は、そのヘッド部１６内に配置された排気ポート１４（図２では１つだけ図示）に接続された排気マニフォールド１２を有する。排気バルブ１８は、排気ポート１４を開閉するために設けられており、これにより、シリンダブロック２２内に配置されたシリンダ２０から排気ガスを排出させることができる。従前同様、ピストン２４はシリンダ２０内に配置され、連結ロッド２８を介してクランクシャフト２６に連結されている。油だめ１９は、従来品と同様、エンジンの底部を閉鎖する。
【００９０】
またヘッド部１６は、空気をシリンダ内に供給するための吸気マニフォールド３２に接続された吸気ポート３０を有する。吸気バルブ３４は吸気ポート３０内に配置され、燃料と空気をシリンダ２０内への選択的な供給を可能にする。従来品と同様、スパークプラグ（図示せず）により、またはディーゼルエンジンの場合には圧縮により、シリンダ２０内に供給された燃料と空気を、従前通りに点火することができる。
【００９１】
吸気マニフォールド３２は、燃料インジェクタ４０が配置されたところにボア３８を有する。従来品と同様、燃料インジェクタ４０は、エンジンの各シリンダに対して設けられ、図２の断面図では、１つだけが図示されている。燃料供給器４２は、従来と同様の手法で、燃料をインジェクタ４０に供給する。
【００９２】
本発明のこの実施形態において、インジェクタ４０は、内燃機関の一般的なボア３８内の位置より後方の位置に設けられる。この理由は、以下の説明により明らかとなるであろう。インジェクタ４０をより後方の位置に取り付けるためには、ボア３８内のインジェクタを封止するために、従来式のインジェクタの周囲を包囲するシール材を取り外して、従来のものより大きいシール材４４およびシリンダ２０と置換される。しかし、図２から明らかなように、燃料が供給されるインジェクタ４０の末端部４３は、ボア３８内に配置されているため、燃料は、インジェクタ４０からシリンダ２０へ供給される。末端部４３には、燃料が供給される先端４１を設けてもよいし、あるいは末端部４３の末端面から、末端面に設けた孔（図示せず）を介して、直接的に燃料を供給することもできる。
【００９３】
さらに、このインジェクタ４０は、末端部４３の周辺に通常あるケース部品を取り外して末端部４３を露出させること以外、従来のインジェクタである。末端部４３は、従来式のインジェクタの金属シャフトを用いて形成されるため、金属末端部４３を加熱することができ、以下においてより詳細に説明するように、末端部４３内の燃料を加熱することができる。
【００９４】
図１に示すように、スロットル本体部４８は、マニフォールド３２への空気の流れを制御するバタフライバルブ５０を支持する。バタフライバルブ５０の周囲にあるアイドリング空気の流れを制御するために、アイドルソレノイド５２が取り付けられる。従来式の燃料供給装置において、バタフライバルブ５０が閉じているとき（すなわち、エンジンがアイドリング状態にあるとき）、エンジン内における燃料の燃焼を支援するために、空気がバタフライバルブ５０の周囲に供給されるように、アイドルソレノイド５２は、バタフライバルブ５０を迂回する空気通路５３を有する。
【００９５】
本発明の第１の実施形態において、アイドルソレノイド５２は、スロットル本体部４８上に直接的に取り付けられていない。むしろ、アイドルソレノイド５２とスロットル本体部４８の間にアイドルブロック５５が設けられている。
【００９６】
図４に最もよく図示されているように、ブロック５５は、スロットル本体部４８からの吸気口およびアイドルソレノイド５２内の通路５３と連通する第１通路５７を有する。ブロック５５は、同様に通路５３と連通し、コネクタ５９を介してアイドリング空気供給チューブ６０（図１参照）と接続される第２通路５７を有する。
【００９７】
通常、通路５３からバタフライバルブ５０の下流側に空気を搬送するアイドリング空気帰還孔は、本発明のこの実施形態では用いられないので、スロットル本体部４８内で遮断されている。
【００９８】
図１に戻ると、排気ガスを排気マニフォールド１２から大気へ搬送するために、排気マニフォールド１２は、通常、エンジンの排気システムに接続される。しかしながら、本発明のこの実施形態では、熱交換パイプ６２を含む熱交換器６１がマニフォールド１２と排気システム７１との間に介在される。パイプ６２は、排気マニフォールド１２が本来有するフランジ、および排気システム７１のフランジに直接連結できるフランジ６３，６５を有する。
【００９９】
アイドリング空気供給チューブ６０は、パイプ６２の側壁内に設けた孔６５ａを通ってパイプ６２へと延び、パイプ６２内の熱交換チューブ６６に接続される。熱交換チューブ６６は、明確に図示されているように、パイプ６２内に延びているため、パイプ６２を通り排気システム７１に排気される熱い排気ガスと、アイドリング空気チューブ６０を通り、パイプ６２内の熱交換チューブ６６を流れるアイドリング空気との間で熱交換が行われる。以下においてより詳細に説明するが、熱交換チューブ６６は入口孔６７を有するので、排気ガスがパイプ６６に流れ、アイドリング空気と混合する。高温空気帰還チューブ７０は、チューブ６６の他方の端部に接続され、パイプ６２の側壁に設けた孔６５ｂを介してパイプ６２から出る。高温空気チューブ７０（図２に最もよく図示されている）は、分配チューブ７２上の吸気ボス６９を介して、チューブ７２まで延びている。分配チューブ７２に入る空気の温度を測定するために、空気温度センサ７３が設けられている。
【０１００】
分配チューブ７２は、分配チューブ７２から下方向に延びる６つの（図３では６つすべてが図示されている）ドロップチューブ７４を有する。各ドロップチューブ７４は、吸気マニフォールド３２に穿孔して設けられたボア７５と連通し、このボア内にインジェクタ４０が配置されている。図２に最もよく図示されているように、チューブ７５は、インジェクタ４０の出口先端４１に対して、ほぼ位置合わせされている。
【０１０１】
吸気ポート３０のそれぞれには、燃料・空気供給チューブ７８が設けられている。チューブ７８は、インジェクタ先端４１の若干下流側にあるボア３８から、各吸気ポート３０内の吸気バルブ３４の真上まで延びている。以下においてより詳細に説明するように、ねじれ翼７９が各チューブ内に配置され、ねじれ翼７９は金属製のらせん状ストリップの形態を有するので、チューブ７８を通る空気と燃料の混合物が渦を巻き、空気、燃料、および排気ガスを完全に混合し、接触させることを支援する。
【０１０２】
チューブ７８は、ボア３８内で封止され、供給される燃料、空気、および排気ガスの混合物が容易にボア３８内に吸気されるように、チューブ７８は、通常、漏斗状に開いた端部８１を有する。
【０１０３】
エンジン駆動時、アイドリング空気が、ブロック５５内の通路５７、通路５３、およびブロック５５内の通路５７を通ってチューブ６０に引き込まれ、ここで空気がアイドリング空気供給チューブ６０に供給される。従来式のものと同様、エンジンのクランクの回転、またはエンジンの通常運転により、ピストンをシリンダ内で往復運動させるとき、アイドリング空気が、吸引によりアイドル空気ソレノイド５２からエンジン内に吸い込まれる。アイドリング空気は、チューブ６０を通って、空気を加熱するチューブ６６に入る。このとき、空気は、排気マニフォールド１２から生じ、パイプ６２を介して排気システム７１に至る排気ガスとの熱交換により加熱される。いくらかの排気ガスは、孔６７を介してチューブ６６内に吸い込まれ、アイドリング空気と混合され、高温空気帰還チューブ７０を介して分配チューブ７２に供給される。孔６７は、チューブ６６を介して供給されるガスのうち１０％ないし２０％の排気ガス成分が含まれるような大きさを有する。すなわち、アイドリング空気チューブ６０を通る空気に対する排気ガスの比は、排気ガスが１０％ないし２０％で、アイドリング空気が９０％ないし８０％である。ただし、供給されるアイドリング空気は、常に、エンジンをアイドリング速度で駆動するためには十分な量である。孔は、対抗真空効果を有し、パイプ６２を通る排気ガスの方向性を有する流れを用いて、エンジン速度および負荷により決定される吸込真空により、孔６７から吸い込まれる排気ガス量を上述の好適な比の範囲に制御することができる。分配チューブ７２に入る排気ガスとアイドリング空気の混合物は、ドロップチューブ７４のそれぞれに供給された後、ボア３８に供給される。チューブ６６を通るアイドリング空気は、パイプ６２を移動する排気ガスとの熱交換により加熱され、さらにチューブ６６に設けた孔６７から入る若干量の排気ガスを取り込むことにより加熱される。分配チューブ７２に供給されるガス混合物の温度は、好適には、８０℃ないし１２０℃で、最も好適には、１００℃である。
【０１０４】
高温ガスは、インジェクタ４０の末端部４３およびインジェクタ４０の末端部４３の先端４１に衝突するように、ドロップチューブ７４およびボア７５からボア３８へ供給される。これにより、インジェクタ４０の末端部４３および先端４１を加熱する（これらは、先に説明したように、金属により形成されている）。インジェクタ４０の末端部４３および先端４１を加熱すると、末端部４３内の燃料の温度を上昇させることができる。燃料は、インジェクタ４０の末端部４３において加熱することができるが、インジェクタ内で形成される圧力により、液体状態に維持される。しかし、エンジン制御ユニットの制御下においてインジェクタが開放されて、燃料をインジェクタ先端４１から噴出させると、燃料が先端から噴出した時に急激に圧力が減少するため、燃料が液相から気相に急激に変化する。液相から気相への相転換は、瞬間的な蒸発作用であり、燃料が末端部４３内で加熱され、先端から噴出されると直ちに減圧するために、燃料は急激に蒸発する。すなわち、燃料は、先端４１から噴出させることにより急激に気化する。燃料がインジェクタ先端４１から離れると、先端４１から噴出させることにより急激に気化した燃料は、分配チューブ７２から供給される吸込空気および排気ガスの高温混合物に混合され、瞬間的蒸発作用により生じた蒸発燃料が気相状態に維持される。燃料がインジェクタ先端４１からさらに離れると、気相状態にある燃料は、空気および排気ガスの高温混合物に分散する。とりわけ、混合物がシリンダ２０内に供給される前に吸気マニフォールド３２から取り込まれる空気と混合できるようにした場合（以下に説明する実施形態でそのように構成される）、混合物が多少冷却され得る。しかし燃料は、気相状態で維持され、吸気空気中に分散するため、燃料が空気と排気ガスのシリンダへの流れ全体に分散するので、凝縮、または液相に戻ることはなく、多少冷却されることはあっても、高温の空気と排気ガスが蒸気と混合しない場合よりも、混合物はより高い温度で維持される。いずれにせよ、確実に、燃料がシリンダへ蒸気として供給されるために、燃料がインジェクタ先端４１から噴出すると直ちに気相状態に変換され、噴出後、蒸気がシリンダへのガスの流れに分散するまで、気相状態が維持されることが必要である。一旦、蒸気がガスの流れに分散すると、蒸気がガスの流れに分散し、蒸気とガスの混合物がシリンダ２０まで移動するのに必要な時間が短いため、蒸気が凝縮することは殆ど起こり得ない。すなわち、末端部４３を加熱することにより、燃料が噴出すると直ちに、噴出された燃料が瞬間的に気相状態になり、高温の空気および排気ガスに混合して、燃料蒸気がガスの流れの中に分散するまで気相状態に維持することができる。これは、液体状態の燃料を噴出して、燃料がインジェクタから所定の距離進んだ後に、燃料を液相から気相に変換しようとする従来技術とは著しく異なるところである。
【０１０５】
高温ガスの吸込量は、アイドリングからフルスロットルまでのエンジンのさまざまなスロットル位置により変化し、インレット装置における圧力を変化させ、通常空気吸込量に対する加熱ガスの比を変化させる。その結果、空気燃料混合比は、対応して変化し得る。例えば、負荷がより大きく、エンジン速度が速い場合に比して、エンジン速度が遅く、負荷が小さい場合に、より薄い混合物を用いることができる。一般に、本発明の好適な実施形態によれば、現在考えられる通常エンジンに対する公認最適工業規格である空燃比が、ラムダ１．００より大きいとき、うまく駆動される。エンジン速度および負荷が小さいとき、スロットル開度が小さく、大気から取り込まれる空気が少ない場合、加熱ガスの希釈度が少ない。このときエンジンは、吸気システムに吸い込まれる際の開始温度に起因して、そして、空気は冷たいほど速く移動するので、取込空気の速度に起因して、より低い周辺温度で駆動する。したがって、より高温の複合混合物がシリンダ内に供給される。これにより、より高温の吸気温度の燃焼および排気ガスの再循環により、燃焼・排気温度に悪影響が出るにもかかわらず、より希薄な混合物を燃焼させる機能を支援することができる。加熱ガス混合物を燃焼チャンバ内に導入すること自体は、燃焼温度をより低くする。これは、不活性ガスである排気ガスを含ませることと関連して、希薄燃焼エンジンによる高い燃焼温度が制御されるシステムを構成する。密度がより低いために、吸気空気の温度により、対向ピストンからの圧力抵抗が小さくなり、ラムダの値が大きく、１．２５の領域にある場合と比較して、遥かにより少ない燃料で低速トルクおよびエンジン出力を維持し、改善することができる。
【０１０６】
負荷およびエンジン速度が増大すると、スロットル開度が大きくなり、より多量の空気が吸気システムに取り込まれるため、通常の周辺温度を有する取込空気に対する高温ガスの比に依存して、吸気温度が変化する。全体の吸気充填材温度が下がり、パワー出力を最大化するために必要な密度が増大する。これにより、同様に、エンジン自体の圧力抵抗が大きくなり、エンジン駆動で消費されるエネルギ量が増え、負荷、速度、抵抗を補償するために、燃料と空気の高いバランスを有する空燃混合比が必要となる。しかし、その空燃比は、従来式に駆動されるエンジンで用いられる空燃費よりも遥かに希薄にすることができる。吸気温度がより高ければ燃焼温度が下がり、希薄な燃焼による効果を相殺しやすくする。
【０１０７】
排気ガスを再利用することのさらなる効果は、燃焼温度を下げること、および従来装置において燃料を減らした際に、温度が劇的に高くなる原因となる希薄燃焼を可能にすることである。排気ガスを再循環させることにより、通常の環境下において、希薄燃焼させるエンジンは窒素酸化物を劇的に増やすが、希薄燃焼に関連する別の問題点であるＮＯｘを低減することを支援する。空気密度が低くなると、希薄な燃料吸気で、全体的に、または所与のサイクルにおける圧力抵抗を減らし、エンジン出力およびトルクを維持することができる。本発明の好適な実施形態は、インジェクタの末端部にある燃料を加熱することにより、燃料を噴出後直ちに１００％気化することができる。これにより、構成部品の長寿命、および当初の装置製造段階における組み立てまたは作製の簡便性を担保することができる。インジェクタ内で加圧された高温燃料は、インジェクタが発射して減圧すると、高温の環境吸気温度で開放され、液体の熱膨張により、瞬間的に蒸発する。この蒸気は、吸気領域を通って短距離移動し、高温排気ガスおよび／または高温燃焼空気の中で移動する間、蒸気のまま維持され、最終的には、別の通常の吸気ストリームと混合され、通常の吸気ストリーム中に分散し、負荷およびエンジン速度に依存して変化する温度を有する複合的な空気充填材を構成する。高温ガスおよび燃料蒸気の混合物を希釈させることにより、蒸気が形成された直後の瞬間的蒸発作用後の段階において、混合物が再び凝縮しないようにすることができる。このエンジンで用いられる低減された燃料は、ラムダ設定値が示すように、燃料が蒸気を形成するので燃料を減らすこと、および蒸気が形成された後に適当な空燃混合比を得るために必要な液体燃料を減らすことにより得られる。そして本発明の好適な実施形態によれば、燃焼ガスにより高温の全体空気充填材を導入することに起因して、希薄燃焼エンジンが実現されるという事実に基づき、低減された燃料が実現される。
【０１０８】
気体燃料および液体燃料の組み合わせに代えて、気体燃料をシリンダ内に導入することにより、蒸気の点火および燃焼特性から出力および効率の両方に対して補足的な効果をもたらすことができる。液体燃料は着火せず、無駄になり、エンジン効率に積極的に寄与することなく、汚染物質として排出される。
【０１０９】
シリンダ内の燃焼用蒸気量が多くなるほど、圧縮比は大きくなり、これは、燃焼チャンバの容積、すなわち燃焼混合物が圧縮される所定面積を減らすことにより実現できる。過早点火または複数のデトネーション、およびガソリンを用いた従来式の高圧縮比エンジンを用いたときに生じるエンジンノッキングまたはピンギングとして現れるフレームフロントなしで、気化混合物は、より大きい出力および馬力をもって点火する。
【０１１０】
この高圧比で燃料が用いられると、その燃焼速度、または燃焼チャンバ内の混合物全体が完全に燃焼する速度は速く、時間は短くなる。これは、圧縮比が最大となる圧縮ストロークの最も効果的なところで燃焼するとき、より多くの燃焼混合物がより効果的に燃焼していることを意味する。このとき、より多くの全体混合物が燃焼して、排気ガスに変化をもたらし、燃焼チャンバ内の燃焼効率を評価するための一般的な指標となる二酸化炭素量がより高く、炭化水素量および一酸化炭素量がより小さくなる。
【０１１１】
燃焼速度を加速させるということは、各サイクルにおいて、確実に、より多くの気体を燃焼させるために、点火時期をより早める必要がある。
【０１１２】
従来式のエンジンにおいては、ピストンが下方に移動し始める前に、または動力工程の前に、できるだけ多くの燃料を燃焼させるため、ピストンが最上死点に達する（ピストンが所定のサイクルまたは回転のそれぞれにおいてエンジンシリンダの最上部に達する）前に、その際に生じるデトネーションに起因して、燃焼空気混合物は点火する。
【０１１３】
より完全に燃焼させようとするこの方法は、点火工程が始まって、２つの対向する力により作動するピストンが圧縮工程にあるとき、原理的には、非生産的である。すなわち、１つの力とは、ピストンが最上死点を通過して動力工程である下方向の過程が始まるまで、ピストンの上方向または圧縮方向の動きに対して押し下げようとする力で、デトネーションは生産的ではない。
【０１１４】
このような形態の点火において、混合物は、実際に、最適の圧縮点に達することなく点火する。これは、チャンバ内のより良好な圧力、および圧縮された気体としてのより良好な燃焼特性に起因して、点火タイミングを遅らせると、燃焼温度がより低くなり得ることを意味する。これにより、さらに燃焼温度を制御し、ひいては希薄燃焼温度による有害な結果をもたらすことなく、さらなる希薄燃焼を可能にする空燃比を制御することができる。
【０１１５】
燃焼チャンバ内に気体を導入することは、エンジンの全体的特性における別の態様である。従来式のエンジンにおいて、より多量の燃料を注入して供給するとき、液体と気体の比は、時間的な制約、および気体またはガスに対して液体を供給することを支援できないポイントまでの取込空気の飽和度により限定される。このとき、スパークプラグからのスパークにより生じる燃焼混合物に対する悪影響により、いかなる適正なる点火を全く台無しにし、妨害し得る。そして点火された場合、より多くの液体燃料は、点火における炎を消すように機能するので、こうした点火は貧弱かつ不完全なものとなる。
【０１１６】
しかし、本発明の原理を用いると、チャンバ内に導入された後、圧縮された混合物は、すでにガスであって、上述の反応はまったく生じない。
【０１１７】
上述の議論および図２を検討すると明らかなように、インジェクタ４０の本体部４０ａは、不都合に加熱されることはなく、本体部４０ａ内の動作部品が破壊され、あるいは本体部４０ａが溶融することがない。さらに、燃料レール４２からインジェクタ４０ａまで極めて高温の燃料を搬送すると、本体部４０ａ内の構成部品を溶融するか、インジェクタ４０を破損し得るが、そうした必要なく、末端部４３内の燃料を所望する温度まで加熱することができる。すなわち、インジェクタの動作部品が配置され、燃料が導入される本体部４０ａを、通常温度に維持しながら、燃料がインジェクタ４０の先端４１から離れた後、燃料が瞬間的に気化できるように、末端部４３を所望温度まで加熱して、末端部４３内の燃料の温度を上げることができる。
【０１１８】
すなわち、図１および図２の実施形態において、燃料が先端４１から噴出すると直ちに形成される気相燃料は、ボア３８に供給される空気および排気ガスと混合され、蒸気チューブ７８内を通過する。空気、排気ガス、および燃料は、ねじれ翼７９を用いて渦を形成することにより、混合物がチューブ７８を通るとき、燃料が高温の空気および排気ガスの混合物と完全に混ざり合い、確実に接触する。これにより、燃料がチューブ７８の一端部から吸気バルブ３４に隣接する他端部まで通過するとき、（通常、飛沫状態である）噴出燃料を気相状態に維持することができる。シリンダ２０内における燃料の燃焼を支援するために、追加的な空気が、従前同様、吸気マニフォールド３２および吸気ポート３０を介して供給される。すなわち、アイドリング速度においては、空気、燃料、および排気ガスは、チューブ７８を介してシリンダ２０だけを通過する。しかし、加速ペダルが踏まれると、バタフライバルブ５０が開き、空気は、スロットル本体部４８を介して、吸気マニフォールド３２を通ってシリンダ２０に供給されるために、さらに吸気ポート３０に流れ込むことができる。
【０１１９】
アイドリング空気を上述のように（ブロック５５を介して）供給するのではなく、アイドリング空気をバタフライバルブ５０の下流側に取り込むことができる。この構成によれば、ブロック（図示せず）は、スロットル本体部４８とマニフォールド３２の間に設けられる。この場合、ブロックは、バタフライバルブの下流側と連通し、チューブ６０と連結される孔を有し、通常、ここでアイドリング空気が供給される。
【０１２０】
燃料は、吸気ポートと比較して断面積および容積が小さいチューブを介して、シリンダに供給されるので、チューブ７８の一端部から他端部まで通過するとき、燃料が加熱されたままの状態で維持され、燃料の温度が維持される。
【０１２１】
図２に示す実施形態において、チューブ７８は、ボア３８から吸気バルブ３４までずっと延びる。しかし、他の実施形態においては、チューブ７８は、吸気ポート３０の長さ全体に沿って、その一部だけに延び、バルブ３４から実質的な距離を隔てたところの吸気ポート内で開いていてもよい。さらに別の実施形態によれば、レーシングカーなどの高性能エンジンまたは高速回転エンジンにおいて、チューブ７８は、図２に示す長さを有することが好ましい。通常の市販車において、チューブ７８は、遥かにより短く、吸気ポート３０の長さの約１／１０だけボア３８から延びる。すなわち、この構成において、気化燃料、高温の空気、および排気ガスの混合物は、チューブ７８内に入り、チューブ７８の短い距離だけチューブ７８に沿って移動し、チューブから吸気ポート３０内に出て、吸気マニフォールド３２から吸気ポート３０に吸入された取込空気と混合される。
【０１２２】
好適には、パイプ６２内の熱交換チューブ６６は、１リッタのエンジン排気量に対して、約５０平方インチと同等の熱交換面積と、車輌のアイドリング装置の最低流速面積を表す直径とを有するような直径と長さを有する。パイプ６２は、排気マニフォールド１２からの通常の排気ガスのフロー特性を維持するような大きさを有する。熱保持、およびチューブ６６との熱交換を改善するために、パイプ６２を断熱材料で被覆してもよい。
【０１２３】
排気ガスをアイドリング空気と混合させることにより、２つの機能を果たす。第１に、チューブ６０を介して速く通過する、より冷たいアイドリング空気を加熱することで、パイプ６２とチューブ６６により構成される熱交換器をできるだけ小型化することができる。第２に、排気ガス中の窒素酸化物量を低減するために、排気ガスを取込空気に混合することである。チューブ６６は、好適には、アイドリング空気と排気ガスが完全に混ざり合わせるために、チューブ６６を流れる混合物に乱流が生じるように、襞のついた、あるいは段差のある外径形状を有する。インジェクタ４０の従来の配置位置と比較して、ボア３８の内側の最後尾から後方からインジェクタ４０の配置位置までの距離は、１ｍｍないし４ｍｍのオーダであるが、この距離は、一般に、先端４１および末端部４３がドロップチューブ７４およびボア７５からの流入加熱ガスにより包囲されるような距離する必要がある。チューブ７８の先が拡がった端部８１は、ガスおよび燃料の混合物を集めることを支援するだけでなく、チューブ７８がエンジン内に落下するのを防止し、吸気ポート３０内におけるチューブ７８の位置決めを支援する。ねじれ翼７９は、好適には、チューブ７８内に密接嵌合しているため、摩擦力により所定位置に保持され、エンジン１０内に落下することはない。蒸気チューブの断面積は、上述の通り、吸気ポート３０お呼び吸気バルブ３４の断面積より小さく、その結果、チューブ７８を流れる空気混合物の速度は、吸気ポート３０を流れるだろう空気の速度よりも速い。これにより、より多くのガス量を吸気し、燃料蒸気がガス混合物と共にチューブ７８を介して引き込まれる。こうして、蒸気に対する全体的な熱交換を促し、確実に、燃料を気体状態に維持することができる。これにより、副次的な真空装置が構成され、アイドリング回路が空気をエンジン内に供給する上でより大きい役割を果たすようにすることができる。スロットルが開いたとき、アイドリング回路は優先される傾向にある。
【０１２４】
これにより、センサおよび燃料制御装置に与えられる真空に変化がもたらされ、より高い真空レベルを維持し、ひいては本実施形態によれば、燃料の元来の量が噴出されるのを防止し、これを低減する。車輌のコンピュータは、変更された信号に基づいて、一連の異なる動作パラメータを認識し、必要とされる燃料の量を低減する。センサの認識を変更するために、この実施形態により構成される副次的な真空装置は、必要な各センサへの追加的な真空ラインを用いて、元の装置に追加するために、別の真空源を供給することができる。
【０１２５】
上述のように、燃料は通常温度でインジェクタに供給されるので、本体部４０ａに含まれる電気部品の下方にある末端部４３を加熱することにより、本体部４０ａに含まれる電気領域を動作使用条件において冷えた状態に維持することができる。
【０１２６】
燃料は、噴出時、より高温であるので、より迅速に気化することができる。これは、他の構造物と組み合わせて、点火前に、１００％の気化状態を形成するために、燃料および加熱されたガスを、沸点近くで加熱する必要がないということを意味する。
【０１２７】
取込ガスおよび燃料の両方に対する燃料の沸点として機能しない温度を８０℃ないし１２０℃以上の上昇した平均温度に設定し、速度と組み合わせ、排気ガスを混合させ、燃料を蒸気チューブ内で混合させて維持する時間により、燃料蒸気および排気／吸気ガス混合物の燃焼チャンバ内の点火準備を整え、汚染物質および炭素を低減し、効率を増大させることができる。
【０１２８】
最低温度を用いることにより、導入空気の全体量の容量効率を維持することができる。
【０１２９】
燃料が完全に気化した状態でシリンダ２０に供給されるので、より少ない燃料で同じ性能を得ることができるという事実に基づき、経済効果が改善される。従来式のエンジンにおいて、燃料インジェクタ４０によりエンジンに供給される燃料の量は、エンジン１０のエンジン制御ユニット（図示せず）により制御される。このユニットは、空気供給温度、エンジン速度、真空度などの上述したさまざまな動作パラメータに基づいて、インジェクタ４０を制御する。本実施形態は、シリンダ２０に対して、燃料飛沫ではなく、蒸気を供給するので、ユニットが特定の動作条件に応じて決定する量よりも少ない量の燃料を必要とする。すなわち、本発明の好適な実施形態を従来式のユニットに適用する場合、本発明の実施形態によれば、ユニットが特定の動作条件に対して決定する量よりも少ない量の燃料が実際には必要となるので、インジェクタ４０がより少ない燃料を供給するように、ユニットを修正する必要がある。これは、インジェクタ４０がより少ない燃料を供給するように、ユニットに供給されるいくつかのパラメータを手動または自動で変更することにより実現することができる。択一的には、このシステムが本来有する装置として提供される場合、所望の性能特性を提供するために本発明の実施形態が必要とする程度に、より少ない燃料を供給するように、ユニットのオペレーティングソフトウェアが修正される。
【０１３０】
図５は、本発明の第２の実施形態を示し、同様の参照符号は、上述のように、同様の部品を示す。
【０１３１】
本発明のこの実施形態において、アイドリング空気供給チューブ６０は、排気マニフォールド１２上に配置された熱交換器９０に接続されている。熱交換器９０は、排気マニフォールド１２上に載置されたＳ字状形状のパイプであってもよく、排気マニフォールド１２からの熱により加熱される。チューブ６０はパイプの内部に延び、チューブ６０を通るアイドリング空気を加熱するために熱交換される。
【０１３２】
スペーサブロック９２は、ヘッド部１６に接続され、排気ガスを各シリンダ２０から排出できるように、排気ポート１４および排気マニフォールド１２と位置合わせされるボア９４を有する。ブロック９２は、穿孔して形成された垂直方向に延びるボア９６を有する。各シリンダ２０に対して１つのボアが形成され、ボアはエンジン１０の排気ポート１４と合致している。中空の分配チューブ９８は、ブロック９２の上部の上に配置され、チューブ９８の内部１００は各ボア９６と連通している。アイドリング空気供給チューブ６０は、熱交換器９０から分配チューブ９８まで延びる部分６０ａを有する。インジェクタ４０は、分配チューブ９８の上に配置され、末端部４３と、分配チューブ９８の中空内部に突出した先端４１と、を有する。チューブ６０ａからの加熱された空気は、分配チューブ９８の中に入り、インジェクタ４０の末端部４３とその先端４１を包囲して、加熱する。末端部４３および先端４１を加熱することにより、図１および図２を参照して説明したのと全く同様に、燃料は、先端４１から離れた直後に気化する。すなわち、燃料蒸気は、噴出直後に形成され、燃料および高温ガスがボア９６に沿って移動する間、気相状態で維持される。
【０１３３】
この実施形態において、インジェクタ４０は、図１および図２に示す実施形態ではインジェクタが配置される吸気側の環境よりも遥かに高温であるエンジンの排気側に設けられる。末端部４３は、チューブ６０ａを通過する高温のアイドリング空気により加熱される。この実施形態において、末端部４３が過熱されないように、ブロック９２をチューブ９８から断熱するか、非熱伝導材料で形成してもよい。こうした過熱により、末端部内の燃料が気化して、インジェクタが適正に作動しなくなる。これまで説明したように、末端部４３は、末端部４３内の圧力により、燃料が液体状態で維持されるも温度であって、燃料が末端部４３から噴出された直後に瞬間的に蒸発するような温度に末端部の燃料を加熱する。こうして、インジェクタ４０を適正に作動させつつ、燃料をインジェクタの先端４１から離れた直後に気化させる。
【０１３４】
ボア９６は、排気ポート１４を貫通する燃料・空気供給チューブ１０４、およびシリンダヘッド部１６内のボア１０６に接続されている。チューブ１０４は、ボア１０６をずっと貫通して、エンジン１０の吸気ポート３０まで延びる。排気ガスがチューブ１０４の周囲のボア１０６を通り、吸気ポート３０に達することがないように、チューブ１０４はボア１０６内で封止される。
【０１３５】
インジェクタ４０から噴出されると形成される燃料蒸気は、チューブ６０ａから入ってくる高温空気と混合され、各ボア９６を介してそれぞれのチューブ１０４に供給される。空気と燃料の混合物は、排気ポート１４内に配置されたチューブ１０４の一部を通り、その結果、排気ポート１４に存在する高温の排気ガスとの熱交換により加熱される。これにより、燃料がチューブ１０４に沿って、吸気ポート３０内に配置された出口端部１０９まで通過する間、燃料を気相状態で維持することが支援される。
【０１３６】
チューブ１０４は、ポート１４からマニフォールド１２までの排気ガスの流れの途中に、チューブ１０４の一部分に形成された入口孔１０８を有する。図５に示すように、孔１０８は、ブロック９２のボア９４の内部に形成されている。ただし、排気ガスが孔１０８から侵入し、空気と燃料と混合し、チューブ１０４内で空気および燃料の混合物をさらに加熱することが可能ならば、この孔１０８はチューブ１０４の別の部分に配置してもよい。すなわち、燃料は、先の実施形態と同様、チューブ１０４に沿って出口端部１０９まで達する間に気化され、蒸気として吸気ポート３０に供給される。
【０１３７】
先の実施形態と同様、チューブ１０４を通る空気および排気ガスの温度は、８０℃ないし１２０℃以上の範囲であって、エンジンアイドリング速度の最高温度である１５０℃までである。本実施形態は、一般に、先の実施形態と同様の利点を有し、少量の加熱されたアイドリング空気および排気ガスが燃料と混合し、燃料が吸気ポート３０を介してシリンダ２０に供給されるとき、燃料を完全に気化させた状態に維持することができる。エンジン２０内において燃料の燃焼をサポートするために必要な残りの空気は、バタフライバルブ５０（図５では図示せず）が開いたとき、吸気ポート３０を介して供給される。
【０１３８】
図６は、本発明のさらに別の実施形態を示し、図５で示したような熱交換器９０などの１次熱交換器を経由することなく、チューブ６０が分配チューブ９８に直接連結されている点を除いて、一般的には、図５で示したものと同じものである。しかし、図５の実施形態に対する別の重要な相違点は、本実施形態において、分配器９８がスペーサ９２と熱伝導される関係にある点で、ひいてはスペーサは排気マニフォールドとエンジンの排気ポートと熱伝導される関係にある点である。すなわち、熱は、スペーサブロック９２を介して分配器９８に伝わり、末端部４３と分配チューブ９８が接触しているので、インジェクタ４０の末端部４３が加熱される。インジェクタ４０、チューブ９８、およびスペーサブロック９２は、エンジンが最も高温の部分であるエンジンの排気側にあるので、末端部４３と分配チューブ９８の間の接触量が比較的に小さくとも、末端部４３に伝わる熱伝導は実質的なものとなる。アイドルソレノイドから直接的に入ってくる空気は、燃焼のためのアイドリング空気を供給するだけでなく、末端部４３をいくぶん冷却して、末端部が過熱しないようにする。アイドリング空気は、分配チューブ９８に入って、末端部４３に衝突すると、熱伝導により温められる。これにより、末端部４３内の燃料が液体状態で維持される温度まで加熱するものの、先端４１から燃料放出した直後、気相状態に瞬間的に蒸発させる所望の温度まで加熱して維持する。これ以外、図６の実施形態の動作は、図５の実施形態と全く同様のものである。
【０１３９】
図５および図６に示すように、吸気バルブ３４が開いて、空気が吸気ポート３０を介してシリンダ２０へ引き込まれる際に、吸引により形成されるチューブ１０４内の真空量を増大させるために、チューブ１０４の端部１０９は、所定の角度で切断されることが好ましい。
【０１４０】
図７は、本発明のさらに別の実施形態を示し、同様の参照符号を用いて、先に説明した同様の部品を示す。本発明のこの実施形態において、インジェクタ４０は、本発明の図２および第１の実施形態に示す位置と比較して、従来位置にあるボア３８内に配置されている。
【０１４１】
本発明のこの実施形態において、インジェクタ４０の末端部４３は、図１７ないし図２２を参照しながら後述するリング２６０の中に収められている。リング２６０は、末端部４３が中央開口部２６２の周辺壁と接触するようにぴったりと嵌め込まれる中央開口部２６２を有する。ヘッド部１６およびシリンダ壁２２で生じた熱が、吸気マニフォールド３２を介してリング２６０へ伝わり、そしてインジェクタ４０の末端部４３へ伝わり、末端部４３を加熱するように、リング２６０は吸気マニフォールド３２と熱伝動するように接触している。これにより、末端部４３内の温度が上昇して、燃料が加熱される。こうして、燃料が先端から噴出されたとき、先に説明した瞬間的な蒸発作用が生じ、燃料が直ちに気化する。
【０１４２】
本発明のこの実施形態によれば、排気ポート１４と吸気ポート３０を接続するボア１０６が、ヘッド部１６内に形成される。空気・燃料供給チューブ１２０は吸気ポート３０内に配置されている。チューブ１２０は、ボア１０６内に突出し、ボア１０６内で封止された排気ガス吸入ブランチ１２２を有する。チューブ１２は、同様に、吸気マニフォールド３２内に延びて、開口する空気吸入ブランチ１２４を有する。本実施形態において、アイドルソレノイドおよびアイドリング空気は従前通りに供給され、空気は、通常通り、吸気マニフォールド３２および吸気ポート３０を介して供給される。
【０１４３】
空気・燃料供給通路１２０は、インジェクタ４０の先端４１と合致する入口端部１２８を有し、インジェクタ４０から噴出された燃料は、入口端部１２８内に入り、チューブ１２０に沿って、バルブ３４に隣接する出口端部１３０へ流れることができる。
【０１４４】
排気ガスは、ポート１４からボア１０６を介してブランチ１２２へ入ることができる。襞の付いた熱交換チューブ１３２は、ブランチ１２２からブランチ１２４へと延び、ブランチ１２４の開口端部１３６に隣接して終わっている。チューブ１３２は、ブランチ１２２内において封止されているため、排気ガスは、チューブ１３２を越えてチューブ１２０に直接的に流れ込むことはできない。チューブ１３２を通過する排気ガスは、チューブを加熱し、インジェクタ４０およびブランチ１２４から端部１３０まで、チューブ１２０を通る燃料と空気の間で熱交換を行うことにより、先の実施形態を参照して説明した同様の手法で、燃料を気相状態に維持することができる。
【０１４５】
吸入空気は、ブランチ１２４の開口端１３６から、チューブ１２０内に入ることができるため、インジェクタ４１から供給される燃料と混合される。空気および燃料の混合物は、チューブ１３２との熱交換により加熱される。ボア１０６からチューブ１３２を通る排気ガスは、（図８に最もよく図示されている）チューブ１３２の出口端部１４０から出る。出口端部１４０に隣接して配置されるのは、チューブ１３２の端部１４０から出る排気ガスの方向を矢印Ａで示すように、開口端部１３６とは反対方向に変えるための、通常、ドーム状のバッフルプレート１４４である。吸気マニフォールド３２内の空気は、同様に、開口端部１３６へ引き込まれ、空気は、排気ガスおよびインジェクタ４０から供給された燃料と混合し、その結果、燃料がチューブ１２０の端部１２８からチューブ１２０の端部１３０へ通過する間に燃料を気相状態に維持することを支援することができる。すなわち、先の実施形態と同様に、燃料は、蒸気としてシリンダ２０へ供給される。
【０１４６】
先の実施形態と同様に、本実施形態において、好適には、本体部４３がリング２６０および吸気マニフォールド３２から熱伝導により加熱されるように、末端部４３の周囲の被覆物は取り除かれる。
【０１４７】
図１ないし図８に図示された実施形態において、燃料・空気供給チューブ７８，１０４，１２０は、エンジンの吸気ポート内に取り付けられた個別のチューブとして図示されている。しかし、個別のチューブを設ける代わりに、チューブをシリンダヘッドの鋳造物に設けることができ、あるいは単に、シリンダヘッドの鋳造物を穿孔して孔を形成してもよく、元々製造されたシリンダヘッドの孔を一体に、そして一部分として形成してもよい。他方のチューブも同様に、必要ならば、個別のチューブとしてではなく、エンジンの内部に形成することができる。こうしたチューブは、あまり多くの空間を必要とすることなく、エンジンの既存部品と接続されるので、既存のエンジンに搭載される従来式の供給装置を置き換えて、先の実施形態を参照しながら説明したさまざまなチューブを搭載することにより、従来の製造装置（すなわち製造エンジン）にシステムを取り込むことは容易に実現される。
【０１４８】
図９および図１０は、本発明のさらに別の実施形態を示す。本実施形態において、シリンダ２０を構成するブロック壁１５０は、孔１５２を有する。スリーブ１５４が各孔１５２内に挿入される。各孔１５２は、孔とブロック壁を連通する小径孔１５４を有し、スリーブ１５４は、孔１５４に突出したステム１５６を有する。燃料がシリンダ２０内に直接噴出できるように、インジェクタ４０は、スリーブ１５４内に配置され、ステム１５６内に突出する先端４１を有する。
【０１４９】
吸気バルブ３４およびアウトレットバルブ１４は、空気の導入および排気ガスの排出を制御するために設けられる。ピストン２４は、従前と同様にシリンダ２０で往復運動する。
【０１５０】
インジェクタ４０は、先の実施形態で説明した同様の手法で用意され、末端部がスリーブ１５４を介してシリンダ壁１５０と接触するように、末端部４３の周囲の外側ケースが取り外される。こうして、壁１５０から末端部５３への熱伝導が生じ、末端部５３内の燃料が加熱されて、先の実施形態で説明した同様の効果が得られる。すなわち、燃料は、インジェクタ４０から噴出されると、瞬間的に蒸発して気相状態となる。
【０１５１】
本発明のこの実施形態によれば、インジェクタ４０からの燃料噴出のタイミングを遅らせる。ピストン２４がシリンダ内を上昇するとき、燃料がインジェクタ４０からピストンクラウン２４上に直接噴出される。これにより、ピストン上に燃料を噴出して、燃料蒸気がスパークプラグ（図示せず）またはディーゼルエンジンの場合には圧縮によりシリンダ内で点火する前に、気化していない燃料を蒸発させやすくする。
【０１５２】
こうして、燃料が液体形態でインジェクタから噴出された場合、上述のように、燃料がピストン２４のクラウン上に噴出されて、燃料は点火する前に蒸発する。
【０１５３】
本発明の好適な実施形態において、スリーブ１５４内に設けた孔１５２は、若干外側に傾斜しており、外側端部１７０が内側端部よりも僅かに大きい。これにより、寸法の異なるインジェクタ４０をスリーブ１５２内に挿入して、確実に、燃料をシリンダ２０に直接供給するための先端４１をステム１５４内に配置するとともに、インジェクタの末端部およびその内部の燃料を加熱することができる。
【０１５４】
燃料をインジェクタ４０に供給するための燃料ライン１８０が設けられ、燃料ライン１８０は、入口１９２および出口１９４を含む熱交換器１９０を貫通する。燃料ライン１８０を加熱するための熱交換器１９０に含まれる排気ガスが、入口１９２から入り、出口１９４から出る。択一的には、燃料ライン１８０を流れる燃料に対して熱交換を行う冷却システムからの高温水またはエンジンオイルが、入口１９２から入り、出口１９４から出るようにしてもよい。さらに別の実施形態によれば、熱交換器１９０において、燃料ライン１８０を電気的に加熱してもよい。
【０１５５】
燃料ライン１８０を流れる燃料が加熱されると、第一義的には、燃料を加熱して、燃料がインジェクタ４０に供給されたとき、温められ、エンジン内の高温ピストン２４上に噴出されたとき、より容易に蒸発する。燃料がインジェクタ４０から離れた後、燃料の瞬間的な蒸発または急激な気化に必要な温度まで上昇させるだけ十分な熱を、壁１５０が末端部４３に伝えない場合、熱交換器１９０による第一義的な燃料加熱は有用である。なぜならば、エンジンを循環する液体などの冷却効果により、壁があまりにも低温に維持されるため、瞬間的な蒸発作用を十分に得る程度に末端部４３内の燃料を加熱できないためである。インジェクタ４０を通過する燃料を過熱することなく、壁１５０から伝わる熱が、瞬間的な蒸発作用を得るのに十分なものとなるように、熱交換器１９０内の燃料を事前に温めて、インジェクタ４０に供給される直前の燃料を加熱する。こうした燃料の過熱はインジェクタ４０を破損し得る。
【０１５６】
インジェクタ４０のすべてのシール材および被覆物は取り外し、スリーブ１５４内のインジェクタ４０を封止する単一のシール材で置換しておくことが好ましい。なお、ピストンがシリンダ内の燃料およびガスを圧縮する際、ピストンは、孔１５２を通り過ぎるので、圧縮工程時にピストンが上昇した後、インジェクタ４０に圧力は加わらないことに留意されたい。図９に示すように、ステム１５６内に油が集まるのを防止するために、孔１５２およびスリーブ１５４は下方向に傾斜している。
【０１５７】
上述の通り、インジェクタ４０は、燃料がピストンに吹き付けられたとき、ピストン２４の高い動作温度を利用して、気化器として機能するように、ピストン２４の上面に燃料を噴射して供給する。熱交換器１９０は、インジェクタ４０に供給する前、約５０℃ないし８０℃の温度に燃料を加熱することが好ましい。
【０１５８】
図１１は、本発明の別の実施形態を示し、同様の参照符号が先に説明した同様の構成部品を示す。
【０１５９】
アイドルソレノイド５２は、図１および図２に示す実施形態と同様、空気をアイドリング空気チューブ６０に供給する。しかし、本実施形態では、空気がブランチ６０’およびブランチ６０''に枝分かれするように、アイドリング空気チューブ６０はＴ字部品２００を有する。ブランチ６０’は熱交換器６１に接続され、この熱交換器の変形例が図１１Ａに図示されている。加熱されたアイドリング空気、および熱交換器６１からのいくらかの排気ガスは、先の実施形態と同様、高温の空気チューブ７０内に入り、Ｔ字部品２０１に供給される。Ｔ字部品２０１は、分配チューブ７２に連結され、ブランチ６０''からアイドリング空気を吸気する。ブランチ６０''は、温度センサ２０３により検出される分配器内の温度に依存して開閉するソレノイドバルブ２０２を有する。センサ２０３は、単純に、ソレノイド２０２の導線２０４に、センサ２０３により検出された温度が所定レベルを超えた時点を示す信号を出力するか、あるいはセンサ２０３は、管理システムまたはコンピュータに接続され、これがソレノイド２０２を駆動するための信号をソレノイドに供給してもよい。ソレノイド２０２が作動したとき、ブランチ６０''を介して、アイドリング空気をＴ字部品２０１および分配器７２に流すことができる。分配器７２は、これまで説明したように、ボア３８と連通し、高温空気チューブ７０からの高温の排気ガスおよび空気の混合物は、インジェクタ４０の上方に流れ込み、インジェクタ４０の先端４１から噴出される前に、末端部４３内の燃料を加熱する。すなわち、先に説明したように、燃料が先端４１から離れたとき、燃料は、直ちに蒸気となり、高温の空気および排気ガスの流れの中で、ボア３８からシリンダ２０まで搬送され、吸気マニフォールド３２内に導入される吸入空気と混合される。
【０１６０】
エンジンが通常動作するとき、高温空気チューブ７０から分配器７２に入ってくる排気ガスと空気の混合物の温度は、燃料がインジェクタ４３から噴出されるとき、燃料が確実に瞬間的に蒸発する温度まで末端部４３を加熱するのに必要な温度より十分高い温度まで上昇する。高温の空気および排気ガスの混合物の温度は、その日の温度およびエンジンの動作条件に依存するが、２２０℃ないし２４０℃と高い。高温ガスが分配器７２に入るまでは、ガスの温度は１６０℃ないし１７５℃と低いが、瞬間的な燃料蒸発に必要な温度に末端部４３を加熱するために要する温度よりは高い。この高温により、末端部４３内の燃料が気化して、インジェクタ４０が誤動作または適正に作動しないことがある。センサ２０３は、分配器７２の温度が上述の温度、例えば１５０℃を超えたことを検出した場合、ソレノイドは開き、冷たいアイドリング空気がブランチ６０''を介して分配器７２に流れ、分配器７２内の空気混合物を１５０℃の温度まで冷却する。この温度は、末端部４３内の燃料を液体状態に維持しながら、インジェクタから噴出すると瞬間的に蒸発する温度まで燃料を加熱する上で十分に高い温度である。温度が１５０℃よりも低くなった場合、冷却用アイドリング空気がブランチ６０''を介して分配器７２に流れないように、ソレノイド２０２は閉じる。こうして、ソレノイド２０２を選択的に開閉することにより、分配器７２内の温度を約１５０℃の温度に維持する。
【０１６１】
ブランチライン６０''を開くためにソレノイド２０２をＯＮ動作させると、ブランチ６０’に流れる空気の量を低減することにより高温空気ライン７０に入る高温空気を低減すること、およびブランチライン６０''を通る冷たい空気を分配器７２に直接的に供給すること、の２つの効果が得られる。
【０１６２】
本実施形態においては、この車輌の排気システムと連通する第２の排気ガスライン７０’が設けられている。ライン７０’は、排気ガスがライン７０’に流入できるように、単に、排気システムの適当な一部分に接続してもよい。ライン７０’は、導線２０４’に供給される信号を用いて駆動される第２のソレノイドバルブ２０２’により制御される。アクセルペダルが強く踏み込まれたとき、高速回転または増大負荷が必要とされることを示すが、エンジンの真空システム内の圧力が低下したとき、ソレノイド２０２’が駆動される。第２のバルブ２０２’が開くと、ライン７０’からの排気ガスがＴ字部品２０１内に入り込み、ボア３８に至るライン７０においてガスと混合することができる。高速回転または増大負荷が必要とされるときに、排気ガスを追加的に導入すると、生じる排気ガス内のＮＯｘガス量をさらに低減することが支援される。
【０１６３】
ソレノイド２０２’は圧力スイッチにより駆動され、圧力スイッチは、圧力が低下したとき、バルブ２０２’を駆動するような電流を導線２０４’に出力する。択一的には、エンジン制御ユニットがバルブ２０２’を駆動してもよい。第２のソレノイド２０２’は、通常、アイドリング時、または低負荷および低速エンジン速度運転時においては、閉じた状態のままである。なぜならば、このような運転条件下では、排気ガスを追加する必要がないためである。
【０１６４】
図１１ａ、図１１ｂ、および図１１ｃは、図１を参照して説明した熱交換器６１の変形例を示す。本実施形態において、この熱交換器は、いくぶんより短く、パイプ２０５を有する。パイプの内部において、端部６５ａでチューブ６０''と連結されるチューブ６６が巻回している。チューブ６６が熱交換器の外へ出ると、端部６５ｂは、先の実施形態と同様、チューブ７０に接続される。パイプ６１はフランジ２０４を有し、このフランジは、先に説明したように、エンジンの排気パイプにボルト締めされる。端部２０５は、排気マニフォールド１２（図示せず）に溶接されるように意図されている。この構成は、先に説明したものよりも短い交換器を提供するものであるが、この交換器は、図１および図２を参照して説明した同様の機能を有する。図１および図２を参照して説明したように、チューブ６６は、排気ガスが流入できるような孔６７を有し、空気および排気ガスの混合物が高温空気チューブ７０に入り、分配器７２に供給される。
【０１６５】
図１２は、図１１の実施形態の変形例を示す。図１２において、アイドリング空気チューブ６０は、Ｔ字部品２０１に接続され、アイドリング空気を供給する。ソレノイド２０２は、図１１を参照して説明したのと同様の手法で、温度センサ２０３により検出された温度に依存して、チューブ６０に流れるアイドリング空気の流れを制御する。アイドリング空気の混合物を含まない排気ガスが高温空気チューブ７０からＴ字部品２０１に入り、分配器７２およびインジェクタ４０の末端部４３に供給され、先に説明した目的のために末端部４３を加熱する。図１２Ａは、フランジ２１１および２１２の間に設けられたコーン部２１０と連通するチューブ７０を図示する。コーン部２１０をフランジ２１１および２１２の間に挟持し、封止して、排気マニフォールド１２と排気パイプ６１が連通するように、ボルト２１３を用いて、フランジ２１１および２１２を連結する。
【０１６６】
図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃで最もよく図示されているように、コーン部２１０は、チューブ７０を受容し、チューブ７０は、コーン部２１０の周辺壁２１５内に突入し、コーン部２１０の底面開口部２１６を下方へ通過して、排気パイプ６１内に突出する。すなわち、チューブ７０において吸引がなされたとき、高温の排気ガスが吸い込まれ、Ｔ字部品２０１に供給される。したがって、本発明のこの実施形態によれば、先に説明した目的で末端部４３を加熱するための排気ガスは、高温空気チューブ７０に沿ってのみ供給される。分配器７２内の温度が上述した温度を超えて上昇した場合に、図１１を参照して説明したように、末端部へのガスフローを冷却するため、アイドリング空気がアイドリング空気チューブ６０を通って分配器７２に流れるように、ソレノイド２０２が駆動される。
【０１６７】
図１２に示す実施形態も同様に、図１１を参照して説明した対応部品と同様の手法で機能する追加的なソレノイド２０２’およびライン７０’を有する。本実施形態において、ライン７０’から排気ガスだけが供給され、図１２Ｂないし図１２Ｄを参照しながらより詳細に説明するように、速度変化時または高負荷時に追加的な排気フローを供給するために、ライン７０が排気システムに連結される場所付近で、ライン７０’をライン７０に連結することができる。
【０１６８】
本実施形態によれば、アイドリング空気は、高温空気チューブ７０を通って供給される排気ガスと混合されることはないので、ソレノイドバルブ２０２が閉じて、空気がアイドリング空気チューブ６０を流れないようしたとき、吸気マニフォールドは、アイドリング空気を供給するために、従来式のアイドリング空気通路を有する。
【０１６９】
図１３は、分配チューブ７２が分配ブロック部２２０に置き換えられた点を除き、図１１と同様の原理に基づいて作動する実施形態を示す。図１１を参照して説明した同様の部品に対し、同様の参照符号を用いて示すが、本実施形態は、図１１を参照して説明した同様の手法で動作する。
【０１７０】
本実施形態において、高温空気チューブ７０およびブランチ６０''はブロック２２１に収容され、ブロック２２１は、高温空気チューブ７０およびブランチ６０''をそれぞれ受容し、端部２２３において互いに連通する一対のボア２２２を有する。ブロック２２１は、外側ねじ山２２４を有する。また、ブロック２２５は、内側ねじ山を含む中空部２２６を有し、ブロック２２１および２２５を一体に連結することができる。内側中空部２２６は、このシステムを用いるエンジン内の各シリンダに対応する複数の異なる導管２２７と連通する。各導管２２７は、連結パイプ２２９まで延びる高温の空気・燃料供給チューブ２２８を有する。なお、図１３においては、チューブ２２８および連結パイプ２２９をただ１つだけ図示されていることに留意されたい。連結パイプ２２９は、短い長さのパイプで、低減された直径にタップ加工された端部２２９を有する。すなわち、高温の排気ガス・空気混合物が、先に説明した同様の手法でボア３８内に取り付けられたインジェクタ４０の末端部４３に供給される。
【０１７１】
本実施形態において、中空部２２６内にある高温の空気・排気ガス混合物の温度を検出するために、温度センサ２０３がブロック２２５の周辺壁内に設けられている。
【０１７２】
図１４は、図１３に示す分配機構を用いるが、排気ガスだけがチューブ７０に供給される図１２の実施形態を適用した実施形態を示す。したがって、この実施形態は、分配部２２５が図１３を参照して説明した手法で構成される点を除き、図１２を参照して説明したように駆動される。
【０１７３】
図１３および図１４の実施形態は、同様に、それぞれ図１１および図１２を参照して説明した同様の手法で作動する追加的なソレノイド２０２’を有する。
【０１７４】
図１５は、インジェクタ４０およびパイプ２２９の構成をより詳細に示している。
【０１７５】
この図から明らかなように、上述の目的で末端部４３内の燃料を加熱するために、パイプ２２９の小径端部２２９ａにより高温の空気・排気ガス混合物が末端部４３上に向けられる。先端４１を介してボア３８内に噴出される蒸発した燃料は、エンジンの吸気ポート３０に入り、高温の空気・ガス混合物および蒸発した燃料をエンジンのシリンダに搬送するために、追加的なチューブまたは通路は設けられない。図１５から明らかなように、パイプ２２９の小径端部２２９ａは、インジェクタ４０の末端部４３が突出できるような開口部２３３を有する。末端部４３は、Ｏリングシール材２３４を用いて、開口部２３３内で封止される。小径部２２９は、開口部２３３と対向する開口部２３５を有し、開口部２３５は、Ｏリングシール材２３６を用いて、ボア３８に封止される。すなわち、チューブ２２９ａの端部は、インジェクタ４０の末端部４３を包囲する封止領域を形成し、その結果、先に説明したように、末端部４３を加熱するために、高温の空気・ガス混合物が末端部４３に衝突し、その周囲を循環する。燃料蒸気および高温の空気・排気ガス混合物をチューブ２２９からボア３８へ、ひいてはエンジンのシリンダへ供給するために、先端４１は、開口部２３５を貫通し、ボア３８に対して露出している。
【０１７６】
図１６は、図１５の実施形態の変形例であり、パイプ２２９の小径端部２２９ａは、開口部２３５に効果的に取り付けられた一体式蒸気チューブ７８を有する。チューブ７８は、図１を参照して説明したチューブ７８と同じように機能し、図２に示すように吸気バルブに至るまでずっと延びていてもよいし、エンジンの吸気ポート３０の一部に沿って延びていてもよい。チューブ７８は、先の実施形態と同様に、ねじれ翼７９を有していてもよい。
【０１７７】
図１７ないし図２３は、本発明のさらに別の実施形態を示す。
【０１７８】
図１７は熱伝導リング２６０を示し、熱伝導リングはインジェクタ４０の末端部４３を受容するための中央ボアを有する。図１８から分かるように、末端部４３は、ボア２６２内に配置され、Ｏリング２６３により封止されている。リング２６２は、図２１を参照して説明するＯリング２６７を受容するための溝２６６を有する。リング２６０はボア２６８を有し、ボア２６８は、排気ガスまたは高温空気をライン７０から、リング２６０の底面に形成された開口部２６９へ供給するためのパイプ２６９を受容する。開口部２６９は、図１７ａに示すように三日月形状であってもよいし、単純に、図１８ａに示すように、円形開口部であってもよい。本実施形態によれば、リング２６０は、吸気マニフォールドなどのエンジンの高温部分と接触することにより加熱され、リング２６０の特性および構成材料によるが、高温排気ガスまたは高温空気を高温空気チューブ７０から導入することにより、さらに加熱することができる。同様に、リング２６０を加熱することにより、末端部４３を加熱して、先に説明したように、燃料が噴出された直後、気相状態に瞬間的に蒸発するように、末端部内の燃料を加熱する。
【０１７９】
排気ガスは、先の実施形態で説明した同様の手法で高温空気チューブ７０に供給される。リング２６０に供給して、リング２６０の加熱を支援するために、高温空気を用いることが好ましい場合、高温空気をエンジンのラジエータなどの加熱された領域から採集することができる。
【０１８０】
図２１に示すように、リング２６０は、吸気マニフォールド３２のボア３８内に配置され、吸気ポートの吸気マニフォールドに熱を与え、アルミニウム製リング２６０を８０℃ないし１５０℃の所望する温度に維持することができる。
【０１８１】
図１９および図２０は、図１７および図１８と同様の構成を示すが、末端部４３を加熱し、先端４１から噴出される蒸気を維持するために、専ら、リング２６０とエンジンとを接触させて、エンジンから伝わる熱に依拠している。本実施形態によれば、リング２６０は、加熱されて、実質的な時間、その熱を維持し、高温空気ライン７０を用いた追加的な加熱を必要としないような、ステンレススチールなどの材料で構成してもよい。すなわち、本実施形態においては、末端部４３の温度を上げるための熱は、エンジンの加熱部品からリング２６０へ、そしてインジェクタ４０の末端部４３への直接的な熱伝導により供給される。通常の燃焼空気の温度が高く、ラジエータの後方からの空気を取り込むことにより、燃料を気相状態に維持する。吸気マニフォールド内に入る通常の燃焼空気の熱により、燃料がインジェクタ４０から離れた直後に蒸発させる温暖な環境が整えられる。このとき、蒸気は、インジェクタ４０から噴出されて、空気の流れに分散するまで短距離だけ移動する間、気相状態で維持される。したがって、蒸気が凝縮することを防止し、液体状態に戻ることを防ぐ。
【０１８２】
図２２は、図１９および図２０のリング２６０を示し、リング２６０は、図２１で示す同様の手法で、拡大ボア３８内に配置されている。
【０１８３】
図２１および図２２から明らかなように、リング２６０は、Ｏリングシール材２６７を用いて、拡大ボア３８内にシールされている。
【０１８４】
図２２の実施形態において、リング２６０を加熱し、ひいてはインジェクタ４０の末端部４３を加熱し、高温の空気・排気ガス混合物をボア３８に仕向けて、先端４１から噴出された蒸発燃料と混合させることを支援するために、高温の空気・排気ガス混合物をリング２６０に追加的に供給しないので、インジェクタ４０に供給される燃料は、インジェクタ４０に供給される前に温められることが好ましい。インジェクタ４０に供給される前の燃料を、図２３に示す熱交換器２８０の中を通過させて、燃料を温めることができる。熱交換器は容器２８３内の燃料ライン２８２を有し、容器内において高温の流体が入口２８４から入り、出口２８５から出る。この流体は、エンジンの冷却システムからの高温の水、油、または燃料ライン８２と熱交換し、インジェクタ４０に供給される前の燃料を温めるための任意の他の適当な流体であってもよい。温める程度については、上述のように、燃料を沸点まで完全に加熱するのではなく、先に説明したとおり、燃料が先端４１から噴出されたとき、燃料が瞬間的に蒸発するように、末端部４３内の燃料温度を要請された温度まで上昇させることを支援する程度に追加的に加熱する。
【０１８５】
図２４および図２５は、本発明の２つの別の実施形態を示す。先に説明した実施形態を考察すれば明らかなように、インジェクタの末端部を加熱するための排気ガスの一部が、シリンダに至る通路（すなわち、吸気ポート）を通る燃料蒸気とともに搬送され、燃料蒸気と燃焼空気とともにシリンダ内に導入される。このように排気ガスの一部をシリンダ内に供給すると、蒸気がインジェクタから離れて、インジェクタからシリンダまで移動する間、燃料を気相状態で維持しやすくなるので有利であるが、他方、排気ガスを供給することにより、問題が生じる。その問題点は、排気ガスを供給すると吸入空気充填物が希釈され、エンジンの吸気工程時の所定の空気量が、排気ガス循環システムを用いないエンジンと比して減少し、その結果として、燃料と混合される単位体積当たりの空気密度がより小さくなるので、出力および排気物質のための最適値から得られる空燃比を変更することになり、出力にロスが生じることである。排気ガスはＮＯｘ排出量に対して利点を有するが、車輌からの排気ガス中の排気物質量は全体として増大する。エンジン内に導入される燃焼空気を事前に加熱することは、排気ガスを用いて加熱するか、シリンダに供給される前に空気を事前に加熱するかによらず、ＮＯｘ排出量が増大するという欠点を有する。さらに、一酸化炭素排出量も増える。
【０１８６】
図２４および図２５に示す実施形態は、先に説明した実施形態が有する利点を有する一方、上述の問題点を回避する。
【０１８７】
まず図２４を参照すると、先に説明した同様の構成部品が同様の参照符号を用いて示されているが、フランジ４００がエンジンの排気ポート１４に取り付けられ、また排気ガスを大気に排出するための排気パイプ（図示せず）または排気マニフォールド（図示せず）がフランジに固定されている。フランジ４００は、従前同様、リングの形状を有し、中央開口部４００ｂを形成する周辺環状壁４００ａを有し、排気ガスは、中央開口部を介して車輌の排気システムへ排出される。排気ガス供給チューブ４０２は、フランジ４００に接続され、フランジ４００の壁４００ａを貫通して開口部４００ｂまで突出し、排気ポート１４の通路に延びる。ポート１４内にある排気ガスがチューブ４０３内に流れやすくなるように、チューブ４０２は、ポート１４に面するように面取りされた端部４０３を有する。排出ガス帰還チューブ４０５は、同様にフランジ４００に接続され、通常、チューブ４０２に隣接して、チューブ４０２と同様の手法でフランジ４００内に突出する。排気ガスがポート１４から離れて、フランジ４００を通過するとき、端部４０６においてベンチュリ効果が得られ、チューブ４０５から排気ガスを排出しやすくなるように、チューブ４０５はポート１４とは反対方向に面した面取りされた端部を有する。チューブ４０２および４０５は、フランジ４００に耐久性をもって接続するように、フランジ４００に溶接または固定することができる。
【０１８８】
チューブ４０２および４０５は、インジェクタハウジング４０８に接続されている。ハウジング４０８は、中空のシリンダであって、アウトレット開口部４１０に至る先細りした端部壁４０９を有する。チューブ４０２は、図２４において概略的に図示した、円筒状ハウジング４０８の周辺部に設けた孔４１１と連通する。チューブ４０５も同様に、通常、孔４１１に対して直径方向に対向し、ハウジング４０８の周辺部に設けた別の孔（図示せず）と連通する。インジェクタ４０は、先に説明したものと同様のものであって、円筒状ハウジング４０８内に収容された末端部４３を有する。第１のシール材４１２により、末端部４３が、円筒状ハウジング４０８の内側周辺部に、先細り端部壁４０９に隣接したところで封止され、第２のシール材４１３により、末端部４３が、円筒状ハウジング４０８の内側周辺部に、開口部４１０から離れたところで封止される。すなわち、シール材４１２および４１３は、末端部４３の周りに延びるチャンバを形成し、チャンバは、孔４１１と、チューブ４０５が連通する対応する孔を介して、チューブ４０２および４０５と連通する。
【０１８９】
図２４に示すように、円筒状ハウジング４０８は、通常のエンジンの場合、燃料インジェクタを収容するボア３８内に圧着され、インジェクタ４０により、そして燃料レール４２に接続することにより、所定位置に固定される。すなわち、円筒状ハウジング４０８は、ボア３８から動かないように固定される。図２４から明らかなように、チューブ４０２と接続する孔４１１、およびチューブ４０５と接続するハウジング４０８に設けた対応する孔は、ハウジング４０８の一部の内部に配置され、これは燃料レール４２の方へボア３８の外側に飛び出し、ハウジング４０８をボア３８内に挿入することを妨害しない。チューブ４０２および４０５は、溶接により、永続性をもってハウジング４０８に接続されるため、フランジ４００、チューブ４０２、４０５、およびハウジング４０８は、単一の組立ユニットを構成し、このユニットは、図２４に示すように、燃料インジェクタ４０を挿入することができる旧式エンジンを改造するために用いられる。
【０１９０】
エンジンが作動するとき、排気ガスがチューブ４０２を介してチャンバ４１５内に流れ、先に説明した同様の手法で、インジェクタ４０の末端部４３を加熱する。排気ガスをチャンバ内に充満させることはできるが、シール材を超えてチャンバから外へ流れないので、エンジンの吸気ポート３０内に排気ガスが供給されることはない。排気ガスは、チャンバ４１５を出て、チューブ４０５を通り、フランジ４００に戻され、チューブ４０５の面取り端部４０６から排出される。すなわち、排気ガスを循環させることにより、先に説明したように、末端部４０３が加熱されるため、末端部４０３内の燃料の温度が上昇し、先端４１から噴出される燃料は、先に説明したように、気相状態に瞬間的に蒸発する。すなわち、本実施形態によれば、先端４１から噴出される蒸発燃料に関して上述したすべて利点が得られるとともに、吸気ポート３０内への排気ガスの供給を回避しながら、吸気マニフォールド３２を介して吸気ポート３０へ供給される吸入空気を加熱することができる。吸入空気が予備加熱されず、排気ガスが吸気ポート３０に供給されないので、排気物質およびエンジン効率は悪影響を受けない。燃料は、インジェクタの先端４１から離れた後、取込空気の流れの中に分散するため、基本的に液相状態に再結合することができず、気相状態に維持される。すなわち、排気物質の問題が重要でない場合、加熱された空気を利用することは、いくつかの利点を有するが、燃料がインジェクタの先端４１からシリンダ２０まで移動する間、燃料を確実に気相状態に維持するためには必要なことではない。
【０１９１】
図２５は、旧式エンジンを改造するというより、新規の装置を構成することを意図した図２４に示す実施形態の変形例を示す。本実施形態において、入口チューブ４０２は、ボア３８と連通するように、ヘッド部１６を貫通し、吸気ポート３０を通り、吸気マニフォールド３３を貫通する符号４４０で具体例として示す穿孔開口部まで延びるように形成さる。インジェクタ４０は、従前同様、ボア３８内に直接的に取り付けられ、シール材４１２および４１３は、上述の通り、インジェクタ４０の末端部４３をボア３８内に封止し、チャンバ４１５を形成するように機能する。排気出口チューブ４０５は、同様に、吸気マニフォールド３３を通り、チャンバ４１５と連通し、ボア４４０と直径方向に対向するボア（図示せず）と連通する。図２５から明らかなように、入口チューブ４０２は、シリンダから排出され、排気ポート１４に入る排気ガスがチューブ４０２内に入りやすくなるように構成された面取り端部４０３を有し、チューブ４０５は、端部４０６の上方の排気ガスの流れにより、排気ガスをチューブ４０５から吸引するベンチュリ効果が得られるように、シリンダとは反対方向に向いた面取り端部４０６を有する。
【０１９２】
上述の説明から明らかなように、インジェクタ４０の末端部４３は、先の実施形態と同様のものであって、インジェクタの末端部の周囲から通常の断熱材が取り外されて、金属製の末端部４３が露出しており、この金属が排気ガスにより加熱されて、さらに先に説明したように、末端部４３内の燃料が加熱される。
【０１９３】
チャンバ４１５に供給される高温の循環排気ガスにより、末端部内の燃料は、８８℃ないし２２０℃の範囲の温度まで加熱される。エンジンの通常の動作条件によれば、末端部内の液体燃料が確実に上述の範囲の最適温度まで達するように、排気ガスはより高い温度に達し得るし、実際のところ達する。排気ガスは、インジェクタの末端部４３の外側壁を加熱し、ひいては末端部を通過する燃料を加熱する。チャンバ４１５に供給される排気ガスの容量および温度は、エンジン速度とエンジン負荷に依存する。排気ガスが熱いほど、排気ガス容量は大きい。エンジンが特定条件で駆動しているとき、エンジンがより多くの燃料を必要とすると、末端部４３における蒸気発生温度を維持するために、より高温の排気ガスからのより多くの熱量を必要とする。したがって、エンジンが最大速度で駆動しているとき、すなわち、エンジンが高速回転し、インジェクタから燃料供給する速い速度に対応するため、極めて短い時間で末端部内に保持された燃料の温度を十分に上げるために、末端部を上述の２２０℃を超える温度まで加熱する必要があり得る。こうして、燃料は、インジェクタから噴出された直後に燃料を瞬間的に蒸発させるのに必要な温度まで確実に上昇する。遥かにより遅いエンジン速度において、例えば、アイドリング時、インジェクタからの燃料供給速度は、明らかに、遥かに遅く、そのため燃料は、より長い時間、末端部４３内に留まる。その結果、末端部内の燃料を必要とされる温度まで加熱するための末端部の温度は、例えば８８℃となる。すなわち、本発明は、エンジンのさまざまな駆動条件に起因して、エンジンが要求する燃料の容量に応じて加熱する機能を果たすので、排気ガスの温度に変動が生じる。逆に、エンジン速度および負荷が小さくなると、排気ガス量が減り、排気ガス温度が低くなり、エンジンが必要とする燃料の量が減る。これは、上述の蒸気形成効果を維持するために、より少量の熱を末端部に供給しなければならないということを意味する。排気ガスのチャンバ４１５への供給は、同様に、バルブ部材４５０により制御され、このバルブ部材は、チューブ４０５（またはチューブ４０２）を部分的に遮蔽し、チューブ４０２および４０５を流れる排気ガスの流れを低減できるスクリュの形態を有する。図２４および図２５から明らかなように、排気ガスは、好適には、エンジンの排気バルブにできるだけ接近したところの排気システムから抽出される。
【０１９４】
なお、図２４および図２５に示す実施形態、およびインジェクタ本体部の末端部４３が加熱される先の実施形態において、末端部での燃料の加熱は、インジェクタ４０の電子部品の下流側において行われ、末端部内の燃料の温度上昇により、インジェクタ４０の電子部品に損傷を与えることはない。実際、インジェクタの末端部４３が加熱されるにもかかわらず、燃料は、通常温度でインジェクタ４０に供給され、電子部品を冷却することを支援する。
【０１９５】
本発明の精神および範疇に含まれる変形例が、当業者ならば容易に想到されるので、本発明を、ここに一例として説明した特定の実施形態に限定されないことを理解しなければならない。
【図面の簡単な説明】
【０１９６】
【図１】図１は、本発明の１つの実施形態による燃料供給システムを含むエンジンの側面図である。
【図２】図２は、図１のシステムの一部分を示す断面図である。
【図３】図３は、図２のIII−III線から見た図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施形態によるアイドリング空気の供給を示す図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施形態を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の第３の実施形態を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明の第４の実施形態を示す断面図である。
【図８】図８は、図７の実施形態の一部分の詳細図である。
【図９】図９は、本発明の第５の実施形態を示す断面図である。
【図１０】図１０は、図９の実施形態の上面図である。
【図１１】図１１は、本発明のさらなる実施形態を示す図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、図１１に示す実施形態で用いられる熱交換器を示す図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、一方の端面から見た熱交換器を示す図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、他方の端面から見た熱交換器を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明のさらに別の実施形態を示す図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、図１２の実施形態一部分を示す。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図１２Ａに示す１つの構成部品の側面図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、図１２Ａに示す１つの構成部品の底面図である。
【図１２Ｄ】図１２Ｄは、図１２Ａに示す１つの構成部品の上面図である。
【図１３】図１３は、本発明のさらに別の実施形態を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明のさらに別の実施形態を示す図である。
【図１５】図１５は、本発明のさらに別の実施形態を示す図である。
【図１６】図１６は、図１５の実施形態の変形例を示す図である。
【図１７】図１７は、本発明のさらに別の実施形態を示す図である。
【図１７Ａ】図１７Ａは、図１７の実施形態の底面図である。
【図１８】図１８は、組み立てられたときの図１７の実施形態を示す図である。
【図１８Ａ】図１８Ａは、図１８の底面図である。
【図１９】図１９は、図１７の実施形態の変形例を示す図である。
【図１９Ａ】図１９Ａは、図１９の実施形態の底面図である。
【図２０】図２０は、組み立てられたときの図１９の実施形態を示す図である。
【図２０Ａ】図２０Ａは、図２０の実施形態の底面図である。
【図２１】図２１は、エンジンに搭載されたときの図１７の実施形態を示す図である。
【図２２】図２２は、エンジンに搭載されたときの図１９の実施形態を示す図である。
【図２３】図２３は、図２２の実施形態で用いられ得る燃料熱交換器を示す。
【図２４】図２４は、エンジンを改造することを意図した本発明のさらに別の実施形態を示す図である。
【図２５】図２５は、エンジンに当初から組み込むことを意図した実施形態の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【０１９７】
１０  エンジン、１２  排気マニフォールド、１４  排気ポート、１６  ヘッド部、１８  排気バルブ、１９  油だめ、２０  シリンダ、２２  シリンダブロック、２４  ピストン、２６  クランクシャフト、２８  連結ロッド、３０  吸気ポート、３２  吸気マニフォールド、４０  燃料インジェクタ、３８  ボア、４１  先端、４２  燃料供給器、４３  末端部、４４  シール材、４８  スロットル本体部、５０  バタフライバルブ、５２  アイドルソレノイド、５３  空気通路。５５  アイドルブロック、５９  コネクタ、６０  アイドリング空気供給チューブ、６２  熱交換パイプ、６１  熱交換器、６３，６５  フランジ、６６  熱交換チューブ、６７  入口孔、６９  吸気ボス、７１  排気システム、７３  空気温度センサ、７４  ドロップチューブ、７５  ボア、７８  燃料・空気供給チューブ、７９  ねじれ翼、９２  スペーサブロック、９４、９６  ボア、９８  分配チューブ、１２２  排気ガス吸入ブランチ、１２４  空気吸入ブランチ、１２８  入口端部、１３０  出口端部、１３２  熱交換チューブ、１３６  開口端部、１４４  バッフルプレート、１５０  ブロック壁、１５２  孔、１５４  スリーブ、１５６  ステム、１８０  燃料ライン、１９０  熱交換器、２００  Ｔ字部品、２０３  温度センサ、２０２  ソレノイドバルブ、２０４  導線、２１０  コーン部、２１１，２１２  フランジ、２１３  ボルト、２１５  周辺壁、２２９  パイプ、２２９ａ  小径端部、２３６  Ｏリングシール材２６０  リング、２６２  中央開口部、２６６  溝、２８０  熱交換器、４００  フランジ、４００ａ  周辺環状壁、４００ｂ  中央開口部、４０５  排出ガス帰還チューブ、４０８  円筒状ハウジング、４０９  先細り端部壁、４１２  第１のシール材、４１３  第２のシール材、４１５  チャンバ。
【国際公開パンフレット】
2004528511.tif 000003
2004528511.tif 000004
2004528511.tif 000005
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【手続補正書】
【提出日】平成14年8月28日(2002.8.28)
【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】
少なくとも１つのシリンダと、シリンダ内を運動するように構成されたピストンとを含む内燃機関のための燃料供給システムであって、
燃料インジェクタを駆動する電子部品を含む本体部と、燃料が末端部から供給されるシリンダへの燃料供給用末端部とを含む燃料インジェクタと、
燃料がインジェクタから噴出された時の燃料への加熱および燃料に生じる圧力変化に起因して、燃料がインジェクタから噴出された直後に、燃料が実質的に直ちに気相状態に転移し、インジェクタからシリンダまでの燃料通路に沿って移動する間、気相状態に維持されるように、インジェクタの本体部ではなく末端部の外側表面を加熱することにより、燃料がインジェクタから噴出される前に末端部内の燃料を加熱する手段と、
燃料インジェクタとシリンダの間に延び、インジェクタからの蒸気をシリンダまで移動させるための燃料通路と、を有し、
燃料が燃料通路に沿ってインジェクタからシリンダまで移動するとき、蒸気が気相状態で維持されることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料供給システムであって、
インジェクタの末端部に熱を伝えるための熱伝導性末端部として構成することにより、インジェクタの末端部を加熱することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料供給システムであって、
加熱手段は、
インジェクタの末端部を包囲するチャンバと、
チャンバと連通する排気ガス吸入口と、
エンジンの排気ガス排出口から排気ガス吸入口まで延びる排気ガス供給ラインと、
チャンバと連通する排気ガス排出口と、を有し、
これにより、エンジンにより形成された排気ガスは、供給ラインに入って、チャンバ内に充満して、インジェクタの末端部を加熱した後、排気ガス排出口から出ることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料供給システムであって、
排気ガス供給ラインは、排気ガス排出口から車輌の排気システムまで延びることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項５】
請求項３に記載の燃料供給システムであって、
チャンバは、
外側ハウジングと、
インジェクタの末端部が貫通し、末端部をハウジングに対して封止する第１のシール材と、
第１のシール材とは離れて設けられた、末端部をハウジングに対して封止する第２のシール材と、により形成されることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項６】
請求項３に記載の燃料供給システムであって、
チャンバは、
エンジン内のインジェクタボアに対してインジェクタの末端部を封止する第１のシール材と、
第１のシール材とは離れて設けられた、インジェクタボアに対してインジェクタの末端部を封止する第２のシール材と、により形成され、
チャンバは、第１および第２のシール材と、第１および第２のシール材の間にあるインジェクタの末端部と、インジェクタボアの内側周辺壁との間で形成されることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項７】
請求項３に記載の燃料供給システムであって、
供給ラインは、本発明のシリンダから出た排気ガスが排気ラインの端部に案内されるように方向付けられた面取り端部を有することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項８】
請求項４に記載の燃料供給システムであって、
排出ガス排出ラインは、エンジンのシリンダとは反対方向に面した面取り端部を有し、これにより排気ガスが排出ラインの端部に達したとき、排気供給ライン、チャンバ、および排気ガス排出ラインを通る排気ガスを排出するようなベンチュリ効果が得られることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項９】
請求項１に記載の燃料供給システムであって、
インジェクタの末端部を加熱する手段は、燃料と空気のエンジン内での燃焼により生じる排気ガスを、インジェクタの末端部を加熱するためにインジェクタの末端部に供給する手段を有することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の燃料供給システムであって、
排気ガス供給手段は、排気ガスがインジェクタの末端部に衝突して、インジェクタの末端部およびインジェクタの末端部内の燃料を加熱するように、排気ガスをインジェクタの末端部に案内することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項１１】
請求項１に記載の燃料供給システムであって、
インジェクタの末端部を加熱する手段は、インジェクタの末端部を支持および接触する熱伝導性支持部品を有し、
この支持部品は、エンジンの加熱された部分と接触してエンジンからの熱をインジェクタの末端部に伝えて、インジェクタの末端部を加熱することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載の燃料供給システムであって、
支持部品は、エンジンの加熱された部品内のボアに受容されるような円筒状外側壁と、インジェクタの末端部を受容する円筒状内側壁を含む円筒状孔と、を有するリングを備えたことにより、末端部が円筒状内側壁と接触して、熱が加熱された部品からリング、ひいてはインジェクタの末端部へ伝わることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項１３】
請求項１に記載の燃料供給システムであって、
燃料供給システムは、エンジンの排気口内に構成された熱交換チューブを含む熱交換器を備え、
熱交換チューブは、吸気口から空気を供給するための空気供給チューブに連結された一端部と、熱交換チューブ内で加熱された空気を、インジェクタの末端部と燃料供給部品およびシリンダの間に延びる通路とに供給するための高温空気帰還チューブに連結された熱交換器の他端部と、を有することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項１４】
請求項１２に記載の燃料供給システムであって、
エンジンの加熱された部品は、排気マニフォールドに隣接したエンジンの排気側に設けられ、
インジェクタの末端部が過熱しないように、インジェクタの末端部に冷たい空気を案内するための吸気口チューブが設けられることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項１５】
請求項１２に記載の燃料供給システムであって、
加熱された部品は、エンジンの吸気側にあることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項１６】
請求項１５に記載の燃料供給システムであって、
排気ガスが高温空気帰還チューブに入ることが可能となるように、入口開口部を設けることにより、排気ガスおよび空気が高温空気帰還チューブを通過し、空気と排気ガスの混合物がインジェクタの末端部および通路に供給されることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項１７】
請求項１６に記載の燃料供給システムであって、
入口開口部は、熱交換チューブが空気供給チューブに連結されるところに隣接して、熱交換チューブに設けられることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項１８】
請求項１７に記載の燃料供給システムであって、
空気供給チューブをエンジンのためのアイドリング空気供給源に連結することにより、アイドリング空気は、アイドリング空気供給チューブを通って、燃料供給部品とシリンダの間に延びる通路まで供給されるとともに、熱交換チューブを通過し、入口開口部から入ってくる排気ガスと混合することにより加熱され、排気ガスと空気の混合物が空気とともにインジェクタの末端部と、燃料供給部品とシリンダの間に延びる通路とに供給されることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項１９】
請求項１３に記載の燃料供給システムであって、
熱交換器は、エンジンの排気マニフォールドと、排気ガスを大気に排出する排気パイプの間に連結されたパイプを有することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項２０】
請求項１に記載の燃料供給システムであって、
燃料供給部品とシリンダの間に延びる通路は、エンジンの吸気ポート内に設けられた燃料・空気供給チューブを有することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項２１】
請求項２０に記載の燃料供給システムであって、
ねじれ翼が燃料・空気供給チューブ内に設けられ、空気、排気ガス、および燃料蒸気の混合物が渦を巻き、混合物が燃料・空気供給チューブを通過する間、空気、排気ガス、および燃料蒸気が混合することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項２２】
請求項１３に記載の燃料供給システムであって、
エンジンは、複数の燃料インジェクタを有し、
高温空気帰還チューブは、分配チューブに連結され、
分配チューブは、それぞれの燃料インジェクタに対応する複数の出口チューブを含み、
各出口チューブは、各インジェクタからの燃料噴出の方向に対して実質的に垂直方向に延びることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項２３】
請求項１３に記載の燃料供給システムであって、
燃料および空気のための通路は、排気ポートおよびエンジンのヘッド部を介して、吸気ポートへ延び、通路は排気ポート内に入口開口部を有し、通路からシリンダへ供給された空気および燃料と混合するために、排気ガスが通路内に導入されることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項２４】
請求項２３に記載の燃料供給システムであって、
空気供給チューブは、第一義的には、燃料インジェクタの周囲に供給される空気を加熱するために、エンジンの排気ポート上に配置された熱交換器を通過することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項２５】
請求項１に記載の燃料供給システムであって、
通路は、吸気マニフォールド内に配置され、吸気口まで延びる吸気口ブランチと、エンジンの排気ポートと連通する排気ガス供給ブランチと、を有し、
排気ガス供給チューブは、排気ガス入口および空気供給ブランチの間に延び、通路を介して延び、燃料がインジェクタからシリンダへ移動するとき、燃料が入口ブランチに入る空気と混合し、排気ガス供給チューブの周囲に通路に沿って移動することにより、通路内の空気と燃料を加熱するような熱交換が生じ、
排気ガスは、排気ガス供給チューブを介して吸気口ブランチに流れ、取込空気が吸気口ブランチを通って通路に流れ、空気と燃料の混合物をさらに加熱することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項２６】
請求項３に記載の燃料供給システムであって、
インジェクタの末端部に供給される排気ガスの温度を所定温度に維持して、末端部が過熱しないようにするための温度維持手段をさらに有することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項２７】
請求項２６に記載の燃料供給システムであって、
温度維持手段は、冷却用空気の流れを選択的に開閉して、排気ガスと混合するためのバルブを有し、これにより排気ガスの温度を低減することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項２８】
請求項２７に記載の燃料供給システムであって、
温度検出手段を末端部の近傍に設けることにより、排気ガスの温度をモニタし、温度が所定温度より高くなったときに、バルブを開いて冷却用空気を排気ガスに流すことを特徴とする燃料供給システム。
【請求項２９】
少なくとも１つのシリンダと、シリンダ内を運動するピストンと、シリンダ内に空気を供給するための吸気ポートと、排気ガスをシリンダから排出するための排出ポートとを有する内燃機関に、石油またはガソリンのような燃料を供給するための燃料供給システムであって、
本体部および熱伝導性材料で形成された末端部を含む燃料インジェクタと、
末端部が加熱されると、インジェクタの末端部内の燃料に熱が伝わり、インジェクタの末端部内の燃料が加熱され、
入口および出口を含み、インジェクタの末端部の周囲に設けられたチャンバと、
インジェクタの末端部の一部がチャンバから突出して、エンジンの吸気ポートと連通し、チャンバがエンジンの吸気ポートから封止され、
高温流体をチャンバに供給するための高温流体供給手段と、を有し
高温流体がチャンバ内を循環した後に出口から出て、高温流体はチャンバ内のインジェクタの末端部を加熱し、熱が末端部を介して末端部内の燃料に伝わり、末端部内の燃料を加熱し、燃料がインジェクタから噴出された直後に、燃料が加熱された燃料の熱膨張により、燃料がインジェクタから噴出された瞬間に気相状態に転移することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項３０】
請求項２９に記載の燃料供給システムであって、
高温燃料供給手段は、エンジンの排気ポートからチャンバまで延びる排気入口チューブを有し、チャンバの出口は、出口からエンジンの排気ポートまで延びる排気帰還ラインと連通することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項３１】
請求項２９に記載の燃料供給システムであって、
チャンバは、燃料を噴出する末端部の端面に隣接した第１のシール材と、第１のシール材と離間した第２のシール材と、により形成され、第１および第２のシール材は、外側周辺壁およびインジェクタの末端部と係合することにより、チャンバを形成することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項３２】
請求項３１に記載の燃料供給システムであって、
外側周辺壁は、インジェクタを収容するためのエンジン内のボアの内側壁を含むことを特徴とする燃料供給システム。
【請求項３３】
請求項３１に記載の燃料供給システムであって、
インジェクタの末端部を包囲する、エンジン内のボアに配置可能なハウジングの内側壁を含むことを特徴とする燃料供給システム。
【請求項３４】
少なくとも１つのシリンダと、シリンダ内を運動するピストンと、シリンダ内に空気を供給するための吸気ポートと、排気ガスをシリンダから排出するための排出ポートとを有する内燃機関のための燃料供給システムであって、
燃料インジェクタの末端部を収容する外側ハウジングと、
インジェクタがハウジング内に配置されたとき、インジェクタの末端部をハウジングに封止する第１のシール材と、
インジェクタがハウジング内に配置されたとき、インジェクタの末端部をハウジングに封止する第２のシール材と、
ハウジング、第１のシール材、第２のシール材、およびインジェクタの末端部の間でチャンバが形成され、
ハウジングに接続され、インジェクタがハウジング内に配置されたときに形成されたチャンバと連通する排気ガス供給チューブと、
インジェクタがハウジング内に配置されたときに形成されたチャンバと連通する排気ガス帰還チューブと、
排気ガス供給チューブおよび排気ガス帰還チューブは、それぞれ、排気ガスを入れ、そして出し、
エンジンの排気システムに接続するための排気フランジと、
排気ガス供給チューブの排気ガス吸気端部および排気ガス帰還チューブの排気ガス排気端部は、排気フランジを通過する排気ガスが排気ガス供給チューブに入り、チャンバ内を流れ、排気ガス帰還チューブを介してエンジンの排気システムに戻るように、排気フランジに連結され、インジェクタがハウジング内に配置されたときに、インジェクタの末端部を加熱することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項３５】
少なくとも１つのシリンダと、シリンダ内を往復運動するピストンと、シリンダ内に空気を供給するための吸気ポートと、排気ガスをシリンダから排出するための排出ポートとを有する内燃機関のための燃料供給システムであって、
本体部と、燃料が供給される燃料供給用末端部とを含む燃料インジェクタと、
燃料と、エンジンのアイドリング速度を越えるエンジン内の燃料燃焼を支持するためにエンジンが必要とする量に比例した空気とを供給するための、吸気ポートより小さい断面積および容積を有し、インジェクタからシリンダまで延びる微小通路と、
燃料がインジェクタから噴出される前の末端部内の燃料を加熱するために、インジェクタの末端部を加熱する手段と、とを有し、
これにより、燃料は、インジェクタから噴出されると直ちに気相状態に転移し、燃料が燃料通路に沿ってインジェクタからシリンダまで移動する間、気相状態に維持されることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項３６】
請求項３５に記載の燃料供給システムであって、
加熱手段は、インジェクタの末端部に空気を供給する前に、一部の空気を加熱するための熱交換器を有することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項３７】
請求項３６に記載の燃料供給システムであって、
一部の空気は、シリンダから排出された排気ガスと混合されて、空気をさらに加熱し、加熱された空気・排気ガス混合物がインジェクタおよび通路に供給されることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項３８】
請求項３６に記載の燃料供給システムであって、
一部の空気は、エンジンのアイドリング空気供給源であって、
このシステムは、アイドルソレノイドから熱交換器まで延び、熱交換器内の熱交換チューブに接続されたアイドリング空気供給チューブと、
高温ガス帰還チューブに接続された熱交換チューブと、
高温空気帰還チューブに排気ガスを供給する手段と、を有し、
排気ガスがアイドリング空気と混合し、アイドリング空気が加熱され、
帰還チューブが排気ガスおよびアイドリング空気の混合物をインジェクタの末端部に供給するように接続され、これにより、加熱されたアイドリング空気および排気ガスの混合物は、インジェクタの末端部を包囲し、末端部を加熱して、インジェクタから噴出された燃料蒸気は、加熱されたアイドリング空気および排気ガスの混合物とともに、通路を介してシリンダまで移動することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項３９】
請求項３８に記載の燃料供給システムであって、
通路は、アイドリング空気、排気ガス、燃料蒸気の混合物が通路に沿ってシリンダまで移動する間、この混合物に渦を形成し、完全に混合するねじれ翼を有することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項４０】
請求項３８に記載の燃料供給システムであって、
高温空気帰還チューブは、分配チューブに連結され、
分配チューブは、複数の出口を有し、各出口は、排気ガスおよびアイドリング空気の混合物を燃料インジェクタに供給して、インジェクタが供給する燃料蒸気と混合する複数の燃料インジェクタのそれぞれに対応することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項４１】
請求項３５に記載の燃料供給システムであって、
吸気ポートの断面積および容積より小さい断面積および容積を有する、エンジンの吸気ポート内に実装されるチューブを有することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項４２】
請求項４０に記載の燃料供給システムであって、
燃料インジェクタは、エンジンのヘッド部内のボア内に配置され、
このボアは、分配チューブと、燃料・空気供給チューブと連通することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項４３】
請求項３５に記載の燃料供給システムであって、
チューブは、エンジンの吸気ポート内に取り付けられた個別のチューブとしてではなく、エンジンのヘッド部に一体化されることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項４４】
請求項３８に記載の燃料供給システムであって、
アイドリング空気供給源は、アイドル空気ソレノイドとスロットルバルブ本体部の間に設置されたアイドリング空気転送ブロックを有し、
ブロックは、アイドリング空気を供給するための入口開口部と連通する第１のボアと、アイドル空気ソレノイドを介して導管と連通し、アイドリング空気供給チューブと接続される第２のボアと、を有し、この構成では、スロットル本体部のバタフライバルブの下流側にあるアイドリング空気開口部は遮断されて、アイドリング空気がアイドリング空気供給チューブの他から入らないようにしたことを特徴とする燃料供給システム。
【請求項４５】
請求項３６に記載の燃料供給システムであって、
熱交換器は、駆動中、シリンダから排出された排気ガスに曝した通路の一部により形成され、
通路は、ブロックを貫通し、エンジンの吸気ポートに至ることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項４６】
請求項４５に記載の燃料供給システムであって、
通路は、エンジンの排気ポートから吸気ポートまで延びるボアを貫通することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項４７】
請求項４６に記載の燃料供給システムであって、
通路は、ボアを有するスペーサブロックと連通し、
ボアは、アイドリング空気を受容するために、アイドリング空気供給チューブと連結する分配チューブと連通することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項４８】
請求項４７に記載の燃料供給システムであって、
インジェクタが分配チューブ内に配置され、末端部が熱伝導するように分配チューブと接触することにより、末端部を加熱し、
燃料がアイドリング空気供給チューブから供給された空気と混合し、通路を介して、エンジンの吸気マニフォールドおよびシリンダへ流れるように、インジェクタがスペースブロックのボア内に燃料を供給することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項４９】
請求項４８に記載の燃料供給システムであって、
分配チューブおよびスペーサブロックは、インジェクタの末端部を加熱するための極めて高温の熱源を提供するエンジンの排気マニフォールド側で連結され、
アイドリング空気を分配チューブへ供給することは、燃焼空気を提供するだけでなく、末端部が過熱しないように末端部に冷却効果を与えることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項５０】
請求項３５に記載の燃料供給システムであって、
通路は、通路に沿って移動する燃料および空気を加熱された状態に維持するために、排気ガスが通路内に侵入することを可能にする開口部を有し、これにより、燃料は、吸入ポートおよびエンジンのシリンダへ蒸気として供給されることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項５１】
請求項４７に記載の燃料供給システムであって、
分配チューブはスペーサブロックから断熱され、
アイドリング空気供給チューブは、エンジンの排気マニフォールド上に配置して、熱交換器を貫通して延び、分配器に供給される空気の一部を加熱して、インジェクタの末端部を加熱することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項５２】
請求項４７に記載の燃料供給システムであって、
通路は、エンジンの排気ポートと連結された排気口ブランチを有し、
ブランチは、通路に延びる排気チューブに接続され、
通路は、吸気口ブランチと燃料供給端部を有し、
排気ブランチに連結された排出チューブが空気供給ブランチまで延び、吸気マニフォールドを介して移動するいくらかの吸入空気は、吸気口ブランチを通り、排気チューブから供給された排気ガスと混合され、通路を通って、吸気ポートに噴出された燃料とともに通路に沿ってシリンダまで移動し、
排気チューブを通る排気ガスが、通路内の空気および燃料と熱交換し、
排気ガスを混合することにより、空気および燃料蒸気の混合物を維持することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項５３】
請求項５２に記載の燃料供給システムであって、
排気チューブ内に存在する排気ガスの向きを変更し、空気の流れの方向に排気ガスを搬送し、入口ブランチを通る空気と混合させて、通路に供給するように、排気ガスチューブの出口端部がドーム状バッフルに隣接することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項５４】
少なくとも１つのシリンダと、シリンダ内を往復運動するピストンと、シリンダ内に空気を供給するための吸気ポートと、排気ガスをシリンダから排出するための排出ポートとを有する内燃機関のための燃料供給システムであって、
本体部と、燃料が供給される燃料供給用末端部とを含む燃料インジェクタと、
インジェクタおよびアイドリング空気から燃料をシリンダへ供給するために、インジェクタおよびシリンダの間に延びる、吸気ポートとは異なる通路と、
燃料がインジェクタから噴出された直後に、気相状態に転移し、燃料がインジェクタから燃料通路を介してシリンダへ移動する間、気相状態で維持されるように、インジェクタの末端部を加熱して、インジェクタから噴出される前の末端部内の燃料を加熱する手段と、を有することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項５５】
請求項５４に記載の燃料供給システムであって、
通路は、インジェクタとシリンダの間の距離の一部だけ延び、インジェクタの末端部に隣接して配置された第１の端部と、吸気ポートと連通する第２の端部とを有し、
これにより、気化した燃料は、まず微小通路を通過した後、吸気ポート内に入り、吸引により、エンジンの吸気ポート内に案内される燃焼空気と混合されることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項５６】
請求項５４に記載の燃料供給システムであって、
加熱手段は、インジェクタの末端部および通路に空気を供給する前にアイドリング空気を加熱するための熱交換器を有することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項５７】
請求項５６に記載の燃料供給システムであって、
アイドリング空気をシリンダから排出された排気ガスと混合して、空気を加熱し、加熱された空気および排気ガスが末端部および通路に供給されることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項５８】
請求項５７に記載の燃料供給システムであって、
アイドルソレノイドから熱交換器まで延び、熱交換器内の熱交換チューブと接続したアイドリング空気供給チューブをさらに有し、
熱交換チューブは、高温ガス帰還チューブと接続され、
排気ガスとアイドリング空気が混合し、アイドリング空気を加熱するように、排気ガスを高温空気帰還チューブに供給する手段を有し、
排気ガスおよびアイドリング空気の混合物を燃料供給部品に供給するために帰還チューブが連結され、加熱されたアイドリング空気および排気ガスの混合物が燃料供給部品を包囲して、燃料供給部品を加熱し、燃料供給部品から供給される燃料が加熱されたアイドリング空気および排気ガスの混合物とともに通路内を移動することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項５９】
請求項５８に記載の燃料供給システムであって、
通路は、アイドリング空気、排気ガス、および燃料の混合物に渦を形成し、混合物がシリンダまで通路に沿って移動するとき、混合物を完全に混合するねじれ翼を有することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項６０】
請求項５８に記載の燃料供給システムであって、
高温空気帰還チューブは、分配チューブと連結し、
分配チューブは、複数の出口を有し、
各出口は、複数の燃料インジェクタのそれぞれと対応し、排気ガスおよび／またはアイドリング空気の混合物を燃料供給部品に供給し、燃料供給部品から供給される燃料と混合物を混合することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項６１】
請求項５４に記載の燃料供給システムであって、
通路は、エンジンの吸気ポート内に配置されたチューブを有し、
このチューブは、吸気ポートの断面積および容積よりも小さい断面積および容積を有することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項６２】
請求項５４に記載の燃料供給システムであって、
燃料インジェクタは、エンジンのヘッド部のボア内に配置され、
このボアは、分配チューブおよび燃料・空気供給チューブと連通することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項６３】
請求項５４に記載の燃料供給システムであって、
アイドリング空気供給源は、アイドル空気ソレノイドとスロットルバルブ本体部の間に設置されたアイドリング空気転送ブロックを有し、
ブロックは、アイドリング空気を供給するための入口開口部と連通する第１のボアと、アイドル空気ソレノイドを介して導管と連通し、アイドリング空気供給チューブと接続される第２のボアと、を有し、この構成では、スロットル本体部のバタフライバルブの下流側にあるアイドリング空気開口部は遮断されて、アイドリング空気がアイドリング空気供給チューブの他から入らないようにしたことを特徴とする燃料供給システム。
【請求項６４】
請求項５６に記載の燃料供給システムであって、
熱交換器は、駆動中、シリンダから排出された排気ガスに曝した通路の一部により形成され、
通路は、ブロックを貫通し、エンジンの吸気ポートに至ることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項６５】
請求項５４に記載の燃料供給システムであって、
通路は、エンジンの排気ポートから吸気ポートまで延びるボアを貫通することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項６６】
請求項６５に記載の燃料供給システムであって、
通路は、ボアを有するスペーサブロックと連通し、
ボアは、アイドリング空気を受容するために、アイドリング空気供給チューブと連結する分配チューブと連通することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項６７】
請求項６６に記載の燃料供給システムであって、
末端部が分配チューブと熱伝導するように接触して、末端部を加熱するように、インジェクタが分配チューブ内に配置され、
アイドリング空気供給チューブが供給する空気と、燃料が混合し、通路を介して、エンジンの吸気マニフォールドおよびシリンダへ流れるように、インジェクタはスペーサブロックのボア内に燃料を供給することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項６８】
請求項６６に記載の燃料供給システムであって、
分配チューブおよびスペーサブロックは、インジェクタの末端部を加熱するための極めて高温の熱源を提供するエンジンの排気マニフォールド側で連結され、
アイドリング空気を分配チューブへ供給することは、燃焼空気を提供するだけでなく、末端部が過熱しないように末端部に冷却効果を与えることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項６９】
請求項５４に記載の燃料供給システムであって、
通路は、通路に沿って移動する燃料蒸気および空気を維持するために、排気ガスが通路内に侵入することを可能にする開口部を有することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項７０】
請求項６６に記載の燃料供給システムであって、
分配チューブはスペーサブロックから断熱され、
アイドリング空気供給チューブは、エンジンの排気マニフォールド上に配置して、熱交換器を貫通して延び、分配器に供給される空気の一部を加熱して、インジェクタの末端部を加熱することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項７１】
少なくとも１つのシリンダと、シリンダ内を往復運動するように取り付けられたピストンと、を有する内燃機関のための燃料供給システムであって、
燃料が点火する前に燃料を蒸発させるために、燃料をシリンダ内のピストン上に噴射するように、燃料をシリンダ内に案内するインジェクタを有する燃料をシリンダ内に案内するインジェクタを有することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項７２】
請求項７１に記載の燃料供給システムであって、
燃料がシリンダ内のピストン上に供給される前に、燃料を加熱することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項７３】
請求項７２に記載の燃料供給システムであって、
加熱器は、エンジンからの排気ガスにより加熱された熱交換手段を含み、
燃料ラインを介してインジェクタに至る燃料が排気ガスにより加熱されるように、燃料ラインは排気ガス源を貫通することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項７４】
請求項７１に記載の燃料供給システムであって、
インジェクタは、シリンダの側壁内に配置されることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項７５】
請求項７４に記載の燃料供給システムであって、
側壁が孔を有し、
スリーブが孔内に配置され、
インジェクタがスリーブ内に配置されることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項７６】
請求項７５に記載の燃料供給システムであって、
スリーブは、孔からシリンダの内部に延びる出口開口部を有することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項７７】
請求項７６に記載の燃料供給システムであって、
シリンダの側壁は、ブロックの一部を有し、その内部にシリンダが配置され、
孔がブロック壁を部分的に貫通するように、ブロックの側壁に形成され、
燃料インジェクタの先端がステム内に配置され、燃料をシリンダ内で、ピストン上に噴出するように、スリーブは、小径ボアに配置された中空ステムを有することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項７８】
請求項７７に記載の燃料供給システムであって、
スリーブは、外側端部が内側端部よりも幅広となるように最も内側の端部から最も外側の端部まで傾斜し、これにより、インジェクタの末端部を確実にシリンダの内部に最も接近した端部に隣接するように配置しながら、異なる寸法のインジェクタをスリーブ内に配置できることを特徴とする燃料供給システム。
【請求項７９】
請求項７８に記載の燃料供給システムであって、
インジェクタの末端部は、シリンダ壁またはエンジンブロック壁からの圧縮により加熱され、燃料がインジェクタから噴出された直後に、燃料を蒸発させることを特徴とする燃料供給システム。
【国際調査報告】
2004528511.tif 000111
2004528511.tif 000112
2004528511.tif 000113
2004528511.tif 000114