(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インテークマニホールドを含む内燃エンジンのための燃料管理システムであって、
シリンダを有するサーマルリアクタにして、前記シリンダがそれを貫通する軸方向ボアと側壁とを郭定し、前記側壁がそれを貫通する複数の開口部を有し、該開口部の各々がそれを貫通する加熱要素を有し、各々の加熱要素がシリンダ内へ突出し、前記シリンダが入口ポートと出口ポートとを有し、前記入口ポートを介して液体燃料を受容し、該液体燃料が前記加熱要素に接触して加熱されて燃料蒸気へ変換され、前記出口ポートを通して前記燃料蒸気が吐出され、前記複数の加熱要素の温度が変化されて前記シリンダの内側表面を横切る前記液体燃料を拡げる渦を生ずるよう構成されたサーマルリアクタと、
エンジン負荷を決定するために前記インテークマニホールド内の圧力を測定するよう構成された圧力感知デバイスと、
前記出口ポートから前記燃料蒸気を受容し該燃料蒸気を空気と混合するよう前記出口ポートへ接続されたプレナムにして、前記インテークマニホールドに接続され前記燃料蒸気及び空気混合物を前記インテークマニホールドへ提供するよう構成されているプレナムと、
前記圧力感知デバイスに応答して前記プレナムへ提供される燃料蒸気の量を調節するよう作動可能な燃料計量デバイスと
を含む燃料管理システム。
【請求項２】
請求項１の燃料管理システムであって、前記燃料計量デバイスが前記サーマルリアクタの出口ポートへ接続され、前記燃料蒸気が前記サーマルリアクタの出口ポートから前記燃料計量デバイスを通って前記プレナムへ進むようになっている燃料管理システム。
【請求項３】
請求項１の燃料管理システムであって、前記燃料計量デバイスが前記サーマルリアクタの入口ポートへ接続され、前記液体燃料が前記燃料計量デバイスを通って前記サーマルリアクタの入口ポートへ進むようになっている燃料管理システム。
【請求項４】
請求項１の燃料管理システムであって、前記燃料計量デバイスが前記圧力感知デバイスに応答して第一段及び第二段の間にて作動可能であり、前記第一段は第一の速度にて燃料蒸気をサーマルリアクタからプレナムへ供給し第一の予め定められた空気対燃料蒸気比を達成し、前記第二段は第二の速度にて前記サーマルリアクタから前記プレナムへ燃料蒸気を提供し第二の予め定められた空気対燃料蒸気比を達成するよう構成された燃料管理システム。
【請求項５】
請求項４の燃料管理システムであって、更に真空源を提供する前記インテークマニホールドへ接続されるよう構成されたインテークエアベンチュリを含み、前記燃料計量デバイスが前記インテークエアベンチュリへ接続されたバキュームスイッチを含み、該バキュームスイッチが前記圧力感知デバイスに応答して前記第一段及び第二段の間にて前記燃料計量デバイスを切り換えるよう作動可能である燃料管理システム。
【請求項６】
請求項４の燃料管理システムであって、更に、予め定められたエンジンパラメータに応答して前記第一段及び第二段の間にて前記燃料計量デバイスを切り換えるよう作動可能なコントローラを含む燃料管理システム。
【請求項７】
請求項６の燃料管理システムであって、前記コントローラが前記圧力感知デバイスからの出力信号を受容し、これに応答して、前記第一段及び第二段の間にて燃料計量デバイスを切り換える燃料管理システム。
【請求項８】
請求項１の燃料管理システムであって、前記プレナムへ接続された空気吸入速度弁を含み、前記空気吸入速度弁が前記圧力感知デバイスに応答して前記プレナムに於ける燃料蒸気に混合される空気量を変動するよう作動可能である燃料管理システム。
【請求項９】
請求項８の燃料管理システムであって、前記空気吸入速度弁が、
入口と、
前記インテークマニホールドに接続されるよう構成された出口と、
前記入口と出口との間にて郭定された空気流路と、
前記空気流路内に配置された可変空気流制限器と、
を含む燃料管理システム。
【請求項１０】
請求項９の燃料管理システムであって、前記空気吸入速度弁が回転弁である燃料管理システム。
【請求項１１】
請求項９の燃料管理システムであって、前記空気吸入速度弁がちょう型弁を含む燃料管理システム。
【請求項１２】
請求項１の燃料管理システムであって、前記加熱要素の各々が前記シリンダの軸線に対し概ね垂直である燃料管理システム。
【請求項１３】
請求項１の燃料管理システムであって、前記開口部の各々がそこから約９０度の位置に配置された同様の開口部を有している燃料管理システム。
【請求項１４】
請求項１の燃料管理システムであって、前記開部が二つのカラムに配置構成されており、各々のカラムは前記シリンダの軸線に概ね平行であり、該カラムは約９０度離れて配置されている燃料管理システム。
【請求項１５】
請求項１の燃料管理システムであって、前記プレナムが、
概ね円筒形の中央部分と、
空気及び燃料蒸気混合物を受容するための入口と、
前記インテークマニホールドへ接続されるよう構成された出口と、
を含んでいる燃料管理システム。
【請求項１６】
請求項１の燃料管理システムであって、前記内燃エンジンが排気マニホールドとそれに接続された排気パイプを含むエンジンであり、更に、
前記エンジンからの排気ガスの背圧を測定する圧力センサと、
前記排気パイプへ接続され前記圧力センサに応答して前記排気ガスを制限してエンジンへ背圧を与える制御弁と
が含まれている燃料管理システム。
【請求項１７】
液体炭化水素が燃料として与えられインテークマニホールドとターボチャージャとを含む内燃エンジンのための燃料管理システムであって、
シリンダを有するサーマルリアクタにして、前記シリンダがそれを貫通する軸方向ボアと側壁とを郭定し、前記側壁がそれを貫通する複数の開口部を有し、該開口部の各々がそれを貫通する加熱要素を有し、各々の加熱要素がシリンダ内へ突出し、前記シリンダが入口ポートと出口ポートとを郭定し、前記入口ポートを介して液体炭化水素燃料を受容し、該液体炭化水素燃料が前記加熱要素に接触して加熱されて燃料蒸気へ変換され、前記出口ポートを通して前記燃料蒸気が前記ターボチャージャへ吐出され、前記複数の加熱要素の温度が変化されて前記シリンダの内側表面を横切る前記液体炭化水素燃料を拡げる渦を生ずるよう構成されたサーマルリアクタと、
エンジン負荷を決定するために前記インテークマニホールド内の圧力を測定するよう構成された圧力感知デバイスと、
前記圧力感知デバイスに応答して前記サーマルリアクタから前記ターボチャージャへ提供される燃料蒸気の量を調節するよう作動可能な燃料計量デバイスと
を含む燃料管理システム。
【請求項１８】
請求項１７の燃料管理システムであって、前記燃料計量デバイスが前記圧力感知デバイスに応答して第一段及び第二段の間にて作動可能であり、前記第一段は第一の速度にて燃料蒸気を前記サーマルリアクタから前記ターボチャージャへ供給し第一の予め定められた空気対燃料蒸気比を達成し、前記第二段は第二の速度にて前記サーマルリアクタから前記ターボチャージャへ燃料蒸気を提供し第二の予め定められた空気対燃料蒸気比を達成するよう構成された燃料管理システム。
【請求項１９】
請求項１７の燃料管理システムであって、前記ターボチャージャへ接続された空気吸入速度弁を含み、前記空気吸入速度弁が前記圧力感知デバイスに応答して前記ターボチャージャに於ける燃料蒸気に混合される空気量を変動するよう作動可能である燃料管理システム。
【請求項２０】
請求項１７の燃料管理システムであって、前記内燃エンジンが複数の燃焼チャンバを含んでおり、更にグロープラグシステムにして、
各々先端を含む燃焼チャンバに対応する複数のグロープラグと、
前記グロープラグに対応する複数のアダプタにして、該アダプタの各々が少なくともグロープラグの先端が燃焼チャンバに延在するよう前記エンジンへ取り付けられるよう構成されているアダプタと、
を含み、前記グロープラグの先端の温度が予め定められたエンジンのパラメータに応答して変動するようになっているグロープラグシステムが
含まれている燃料管理システム。
【請求項２１】
請求項２０の燃料管理システムであって、前記グロープラグの先端温度が約１２００°Ｆ〜１５５０°Ｆ（６４９℃〜８４０℃）まで変動される燃料管理システム。
【請求項２２】
請求項１７の燃料管理システムであって、前記内燃エンジンが複数の予燃焼チャンバを含んでおり、更にグロープラグシステムにして、
各々先端を含む予燃焼チャンバに対応する複数のグロープラグと、
前記グロープラグに対応する複数のアダプタにして、該アダプタの各々が少なくともグロープラグの先端が予燃焼チャンバに延在するよう前記エンジンへ取り付けられるよう構成されているアダプタと、
を含み、前記グロープラグの先端の温度が予め定められたエンジンのパラメータに応答して変動するようになっているグロープラグシステムが
含まれている燃料管理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
本発明は、内燃エンジンに係り、より詳細には、液体炭化水素を燃料とする内燃エンジンのための燃料管理システムに係る。
【０００２】
【従来の技術】
内燃エンジンの作動はよく知られている。内燃エンジンに於いて、燃料の燃焼は、或る限られた空間に於いてなされ、機械的動力を提供するのに使われる膨張気体を生成する。最も一般的な内燃エンジンは、自動車に用いられている４行程往復動エンジンである。ここに於いて機械的動力は、シリンダ内に嵌合するピストンによって供給される。ピストンのダウンストローク、即ち第一のストロークに於いて、（燃料噴射又は気化器を用いることによって）空気に混合された燃料が、インテークマニホールドを介して吸気弁を通りシリンダへ入る。インテークマニホールドは、吸気弁へ燃料混合物を導く通路系である。ピストンは、第二のストロークに於いて混合物を圧縮するべく上方へ移動する。点火、即ち第三のストロークに於いて、スパークプラグからのスパークが混合物を点火し、ピストンを押し下げる。排気ストロークに於いて、排気弁が開き、ピストンが上方へ移動すると共に燃焼されたガスを出す。ロッドはピストンをクランクシャフトへ接続する。ピストンの往復（上下）運動によって、自動車の駆動輪へ伝動装置によって接続されたクランクシャフトが回転される。
【０００３】
ディーゼルエンジンは、内燃エンジンのもう一つの形式である。ディーゼルエンジンは、一般的には、ガソリンエンジンよりも重く、且つ、より力強く、ガソリンではなくディーゼル燃料を燃焼する。ガソリンエンジンとの違いは、幾つかの事項の中で、燃料の点火がスパークによるものでなくそのシリンダ内の燃料の圧縮により生ずるという点である。ディーゼルエンジンの速度及び出力はシリンダ内へ注入される燃料量を変更することによって制御される。
【０００４】
本明細書に於いて、燃料とは、空気と、燃焼を開始するのに充分な熱量とを供給することによって燃焼し得る物質として定義される。ガソリン若しくはディーゼルエンジンなどの液体炭化水素燃料は、点火される前に気体へ変換されなければならない。この液体からガス蒸気への変換は、燃料の分子が互いに化学的に反応して熱を放出する前に空気の分子と充分に混合されていなければならないために必要とされる。
【０００５】
しかしながら、燃焼が生じ得る前に於いて、液体燃料の全てが気体へ変換されていなければならないということではない。気体分子と空気分子との混合物が燃料の可燃限界（燃焼する空気中に於ける燃料の最小及び最大濃度重量で参照される）内にあるように丁度充分な燃料が気体へ変換されていることが必要である。もし空気中の気体燃料の濃度が最小可燃限界よりも低いか若しくは最大可燃限界よりも高い場合には、燃料及び空気混合物は点火しないこととなる。知られている内燃エンジン及び燃料配給システムは、液体燃料を気体状態へ変換することについて不充分である。従って、完全燃焼を達成するのに適当なだけ燃料と空気分子とを混合することはできない。
【０００６】
標準的な自動車のスロットルボディ燃料インジェクションシステムを採用しているガソリンエンジンに於いては、燃料インジェクションのスロットルボディを通る空気及び燃料混合物の速度が高く、これにより入口温度が４０°Ｆ（４℃）程度まで低減し得ることが、少なくとも部分的に、上記の混合が不充分であることの原因となっている。発火点温度、即ち、燃料が充分に蒸気化し空気と燃焼可能な混合物を形成する温度は、ガソリンについては、４５°Ｆ（７℃）である。上記のように入口温度が低減すると、燃料を蒸発するために大気から利用可能な熱量が低減される。周囲の熱が利用できないことにより、燃料を蒸発するためには、混合物を圧縮することから更に多くのエネルギが必要となる。
【０００７】
ガソリンエンジンは吸入空気量を制御するためにスロットル弁を有している。燃焼チャンバへ入る燃料及び空気量によってエンジンの速度、従ってエンジン出力が調節される。このことにより、大気とインテークマニホールドとの間の差圧によって大気の空気速度が連続的に変化することとなる。これらの圧力の変動により、エンジンのＲＰＭのの全範囲に亙って、霧化された燃料の粒子径が変動することとなる。結果として、空気流中に於ける燃料の溶滴に於いて広範な変動が生ずることとなる。従って、燃料の溶滴においては、蒸発するための空気に曝される表面積が低減し、燃料を完全に蒸発するために更に多くの熱量が必要となる。
【０００８】
燃料蒸気及び空気混合物がスロットルボディインジェクターを出てインテークマニホールドに入ると、空気流中に於いてそれらが曲がる際に燃料溶滴の幾つかが空気流中から遠心分離されてしまう程、混合物の速度は高くなる。これは、燃料溶滴が空気よりも重いことに起因する。このことにより、たとえ燃料インジエクタを流通する混合物の空燃比の全体が正しかったとしても、かかる部分は混合物の理論空燃比について変動されることとなる。主要な空気流から遠心分離された燃料を含む混合物の部分は、蒸発のために空気に曝される燃料の表面積量を低減する。このことにより、燃料を蒸発するために必要なエネルギ量が増大される。燃料混合物のかかる部分が蒸発されると、この混合物のその元々の部分は主要な空気流から遠心分離された燃料が充分あるのでよく燃焼する。燃焼チャンバ及びピストン上部の暗領域に蓄積する炭素性残留物は、燃焼中に於いて過剰に燃料が濃い領域を表出する。
【０００９】
逆に燃料が少なくなっているが依然として可燃限界内にある空気流の部分は燃焼し非常に高い温度を生ずる。自己点火温度は、空気及び燃料の混合物が開炎、スパーク又はホットスポットなしに自発的に点火する温度をいう。ガソリンの自己点火温度は、４９５°Ｆ（２７５℃）である。これらの局所的な高い温度領域が充分高い圧力及び温度に達すると、末端ガスの自己点火が生じ、デトネーション、即ち通常のフレームフロント（火炎前方縁）の反応に於いて消費されなかった末端ガスの自己点火によって引起こされる非制御的燃焼若しくは爆発を生ずる。デトネーションは、よく知られる「ピン」又は「スパークノック」音を生ずる。
【００１０】
圧縮ストローク中のエンジンの圧縮熱は、シリンダ内の空気及び燃料混合物の蒸発を開始する熱を生成する。しかしながら、混合物の圧縮は圧力を増大する。結果として増大された圧力は蒸発する燃料の沸点を上昇する。これらの関係は線形ではないので、可燃限界内に入るまで充分な量の燃料が蒸発するよう蒸発はゆっくり継続する。その後、スパークプラグが混合物を点火しフレームフロントを生成する。燃焼行程に於いてこのフレームフロントは燃料の沸点を上昇するのと同じ効果を有し、臨界温度は到達されない。従って、残留する霧化された燃料溶滴は燃焼前及び燃焼中に於いて蒸発しない。溶滴は、気化されないので、燃焼しない。
【００１１】
パワーストローク中に於いてピストンの効果によりシリンダ圧力が下がると、前に蒸発されなかった燃料溶滴が、沸点の低下及びシリンダ温度の上昇により蒸発する。これらの蒸発された燃料溶滴はここで燃焼するが、出力を生成するためのクランクシャフト角に寄与するには遅過ぎる。従って、出力が低く排気ガス温度が高い状態が生ずる。
【００１２】
直接（インテーク）ポート燃料インジェクションは、スロットルボディ燃料インジェクションシステムよりも良い燃料分配特性を有する。しかしながら、インテークポートに於いて燃料を蒸発する時間が殆ど得られない。従って、燃焼が生じ得る前に圧縮熱によって空気／燃料混合物を蒸発のために加熱しなければならない。このシステムは、エンジンの圧縮熱に関して燃料の沸点が上昇するという同様の本質的な不充分な点を有する。従って、シリンダ圧力が上昇すると臨界温度が到達されない。残留する燃料溶滴は出力を生成するのに適切な時間に燃焼しない。従って、出力が低く且つ排気ガス温度が高い状態が生ずる。
【００１３】
燃焼熱（燃焼によるシリンダ内の温度）は、ガソリンについては、８４０°Ｆ（４４９℃）＋又は−４０°Ｆ（４℃）ほど周囲より上である。慣用の自動車の排気ガス温度は、１４００〜１５００°Ｆ（７６０〜８１５℃）である。排気ガス温度と燃焼熱の温度差（熱エネルギ）は、過剰な排気ガス温度として全体的に廃棄される。エンジンの冷却システムは、燃焼チャンバの排気側及び排気ポート周辺の増大された温度差による、更に高い排気ガス温度を散逸するために拡大されなければならない。この廃棄される熱エネルギは、車輌のラジエータを介して大気へ消散され、排気される熱エネルギと同量が過剰に高い排気ガス温度として車輌の排気パイプを介して散逸される。
【００１４】
燃焼チャンバ内にて又は排気マニホールドに於いて化学的に反応しなかった残留燃料は、その後燃焼のため、２０００°Ｆ（１０９３℃）の触媒コンバータへ入る。触媒コンバータを逃れた燃焼していない燃料は、炭化水素及び一酸化炭素汚染物質として大気中へ入る。更に、現在生産されている触媒コンバータはエンジンが作動温度にあるときにのみ有効であり、従ってそれは低温の始動放出レベルに於いて効果を有していない。
【００１５】
同様の欠点は公知のディーゼルエンジンに於いても存在する。間接的燃料噴射（予燃焼チャンバ）を有するディーゼルエンジンに於いて、圧縮ストローク中に於けるエンジンの圧縮熱は、シリンダに於いて空気及び燃料混合物の蒸発を開始する熱を生成する。しかしながら、混合物の圧縮は圧力を増大する。その結果として、増大された圧力は、蒸発のための燃料の沸点を上昇する。この関係が線形でないので、ディーゼル燃料に於ける芳香族の充分な量がその可燃限界に入るようになるまで蒸発はゆっくりと継続する。芳香族炭化水素の発火点温度は、空気及び燃料混合物が自己点火しフレームフロントを生ずるのには充分に低い。このフレームフロントは燃焼行程中に於いて燃料混合物を更に点火する。しかしながら、それは燃料の沸点の上昇という同一の効果を有し、従ってその臨界温度は到達されない。従って残留する液体燃料溶滴は燃焼前又は燃焼中に於いて蒸発しない。
【００１６】
直接噴射（ＤＩ）を有するディーゼルエンジンは、更に大きな燃料蒸気化に関する問題を有する。ＤＩ高乱流燃焼チャンバを有するディーゼルエンジンに於いては、燃料の噴射パターンが空気流に応答して延長する。噴射パターンの先端（下方）縁に於いて小さい燃料溶滴が集中し、コア（中心）周りに大きく且つ重い溶滴がクラスターとして残留する。
【００１７】
燃料噴射及びシリンダ空気の界面には余剰酸素が存在し、そこに於いて一連の小さな爆発として点火が始まる。爆発は、前記パターンの燃料で満たされたコアへ漸進的に移動するフレームフロントに結び付いている。ディーゼルエンジンに於ける全ての通常の燃焼は、酸素の豊富な条件下に於いて始まり、酸素が希薄な状態下に於いて終了する。燃料／空気比に於けるこの変動がディーゼルエンジンの特別な点である。更に、ディーゼルエンジンは、かなり広範の負荷及び速度に於いて作動する。空気の乱流、膨張ストローク（出力）の期間及びシリンダ温度は動作モードによって変化する。
【００１８】
混合物が燃焼するには薄過ぎる場合若しくは濃過ぎる場合には炭化水素がシリンダを通る通路中に於いて残留する。過剰に薄い混合物は、燃料溶滴が噴射霧から外れ燃焼チャンバ全体に拡散することによって生ずる。その結果、燃料混合物は燃焼に寄与せず、そのままの燃料が排気を通して排出される。この現象は、しばしば軽負荷及び低エンジン速度にて生じ、このことによりアイドル状態に於いて高い炭化水素放出スパイクを生ずる。炭化水素放出は、また、空気の急激な注入若しくは比較的低温のシリンダ壁に接触することにより炎が消失された際に生ずる。
【００１９】
ディーゼルエンジンの加速及び低温始動に伴う高濃度の粒状物質（ＰＭ）は、黒煙として見られる。可溶有機成分（ＳＯＦ）と呼ばれるＰＭの炭化水素成分は、燃焼副産物、潤滑油及び未燃焼燃料からなる。煤、即ちＳＯＦキャリアは、燃料霧の後縁に於ける酸素の少ない（燃料の豊富な）領域に於いて生成する。窒素酸化物（ＮＯｘ）は、噴射霧の前縁に生ずる高温の酸素が豊富な燃焼（燃料の少ない混合物）に於いて生成される。殆どの煤は、燃料が点火遅れ期間中に蓄積している場合に、燃焼行程に於ける早い時期に生成し、その後非常に高い温度にて燃焼してＮＯｘを形成する。
【００２０】
パワーストローク中に於いてピストンが降下することによりシリンダ圧力が低下するとき、はじめには蒸発されなかった燃料溶滴が沸点の低下及びシリンダ温度の上昇によって蒸発する。これらの蒸発された燃料溶滴はそこで燃焼するが出力を生成するためのクランクシャフト角に寄与するには遅過ぎる。かくして出力が低く、排出レベル及び排気温度が高い状態が生ずる。
【００２１】
ディーゼル燃料についての燃焼熱は、５００〜５５０°Ｆ（２６０‐２８８℃）周囲よりも高い。慣用のディーゼル排気ガス温度は、１１００〜１３００°Ｆ（５９３〜７０４℃）である。ガソリンエンジンと同様に、ディーゼル排気ガス温度と燃焼熱との間の温度差（熱エネルギ）は、過剰な排気ガス温度として全体的に廃棄される。かくしてエンジンの冷却システムは、燃焼チャンバの排気側及び排気ポート周辺の増大された温度差による高い排気ガス温度を散逸するために拡大されていなければならない。この廃棄される熱エネルギは、車輌のラジエータを介して大気へ散逸され、排気される熱エネルギと同量が過剰に高い排気ガス温度として車輌の排気パイプを介して散逸される。
【００２２】
本発明は、上記及びその他の従来の技術に関連した欠点の幾つかに関するものである。
【００２３】
【発明の概要】
本発明の一つの局面に於いて、インテークマニホールドを含む内燃エンジンのための燃料管理システムが開示されている。燃料管理システムは、入口ポート及び出口ポートを有するサーマルリアクターを含む。サーマルリアクターは入口ポートを介して液体燃料を受け入れ、該液体燃料を加熱し出口ポートを介して燃料蒸気を吐き出すよう構成されている。エンジン負荷を決定するために、圧力感知デバイスがインテークマニホールド内の圧力を測定するよう配置されている。プレナムが出口ポートから燃料蒸気を受容し燃料蒸気と空気を混合するよう構成されており、プレナムはインテークマニホールドへ接続されて、燃料蒸気と空気の混合物をインテークマニホールドへ提供するよう構成されている。燃料計量デバイスが圧力感知デバイスに応答してプレナムへ与えられる燃料蒸気の量を調節するよう作動可能である。
【００２４】
本発明のもう一つの局面に於いて、液体炭化水素燃料を燃料蒸気へ変換するためのサーマルリアクタは、シリンダを含み、シリンダはそれを通る軸方向ボアを郭定する。更に、シリンダは、液体炭化水素燃料を受容するよう構成された入口ポートと、燃料蒸気を吐出するよう構成された出口ポートとを郭定する。少なくとも一つの加熱要素がシリンダへ接続され、液体燃料を燃料蒸気へ変換するために液体炭化水素燃料を加熱するよう構成されている。
【００２５】
本発明の更にもう一つの局面に於いて、内燃エンジンのカムシャフトのオーバラップ期間に於いてシリンダが過剰掃気することを防ぐためのシステムが提供される。エンジンは排気マニホールドとそれに接続された排気パイプを含む。システムは、エンジンからの排気ガスの背圧を測定する圧力センサと、排気パイプへ接続された制御弁とを含む。制御弁は、圧力センサに応答して排気ガスを制限し、エンジンへ背圧を与える。
【００２６】
更なる局面に於いて、エンジンの作動パラメータを動的にマッピングする方法が提供される。本方法は、複数のエンジンパラメータを示す複数の測定デバイスを配置構成することと、エンジンを作動することと、エンジンを作動しながら測定デバイスの出力を記録することと、或る予め定められた時間間隔にて記録された出力を再生することを含む。或る特定の実施態様に於いて、出力の記録は、測定装置の出力をビデオにより記録することを含む。
【００２７】
本発明は、種々の修正及び別の態様をなされるものであり、ここに示される実施態様は、図面の例により示され説明される。しかしながら特定の実施態様に於ける説明は本発明をその開示された態様に限定することを意図するものでなく、逆に、本発明は請求の範囲に定められた本発明の趣旨及び範囲に入る全ての修正、等価及び別の態様を包含するものであると理解されるべきである。
【００２８】
本発明の例示的な実施態様が以下に記載されている。明瞭に記載する目的で、実際の装置の全てが本明細書に記載されているわけではない。任意の同様の実際の実施態様の開発に於いて開発者の特定の目的を達成するためシステム関連及び業務関連の制限に従うなど多くの諸事情の特定の決定がなされ、それらが装置毎に変更し得るということは理解される。更に、そのような開発努力は複雑であり時間を費やすものであるかもしれないが、本発明の開示により利益を得る当業者にとって通常行われるものであると理解されるべきである。
【００２９】
図１は、本発明の一つの実施態様による燃料管理システム１００を示すブロックダイアグラム図である。本発明の特定の実施態様は、相手先商品製品（ＯＥＭ）エンジンのためのアドオンシステムとして用いられるよう構成されている。燃料管理システム１００は、ガソリン、ディーゼル燃料、灯油、アルコールなどの液体炭化水素燃料１１２を用いた内燃エンジン１１０に用いられるよう構成されており、液体燃料は、燃料タンクに含まれている。エンジン１１０は、その他のもの以外に、エンジン１１０の吸気弁（図示せず）へ空気／燃料混合物を導くためのインテークマニホールド１１４を含む。
【００３０】
例示的な燃料管理システム１００は、入口ポート１２２及び出口ポート１２４を有するサーマルリアクタ１２０を含む。サーマルリアクタ１２０は典型的には車輌の燃料タンクから入口ポート１２２を介して液体燃料１１２を受容する。サーマルリアクタ１２０は、液体燃料１１２を加熱しそれを燃料蒸気へ変換し、その後燃料蒸気は、出口ポート１２４を介して吐出される。プレナム１２６は燃料蒸気を受け入れ、それを空気と完全に混合する。燃料蒸気及び空気混合物は、その後プレナム１２６からインテークマニホールド１１４へ流れる。圧力感知デバイス１２８は、エンジン負荷を決定するためにインテークマニホールド１１４内の圧力を測定するよう構成され、燃料計量デバイス１３０は、圧力感知デバイス１２８に応答してプレナム１２６へ提供される燃料蒸気量を調節するよう作動可能であり、かくしてエンジン１１０の負荷状態にとって可能な限り薄い空対燃料蒸気比を提供する。ターボチャージディーゼルエンジンなどのターボチャージエンジンに用いられるよう構成された或る実施態様に於いては、エンジンの元々のターボチャージャがプレナム１２６の機能を提供することができる。従ってプレナム１２６は、そのような装置に於いては必要でなく、サーマルリアクタ１２０からの燃料蒸気は直接ターボチャージャへ提供されることとなろう。
【００３１】
燃料計量デバイス１３０は、本発明の種々の実施態様によりサーマルリアクタ１２０に対し種々の位置に配置され得る。図２に示されているシステム１０１などの或る実施態様に於いては、燃料計量デバイス１３０は、サーマルリアクタ１２０の出口ポート１２４へ接続され、燃料蒸気は、サーマルリアクタ１２０の出口ポート１２４から燃料計量デバイス１３０を通りプレナム１２６へ進む。図3に示されているもう一つの別の実施態様に於いては、燃料計量デバイスは、サーマルリアクタ１２０の入口ポート１２２へ接続され、液体燃料１１２が燃料計量デバイス１３０を通りサーマルリアクタの入口１２２へ進む。
【００３２】
図４及び図５を参照すると、本発明の或る実施態様による例示的なサーマルリアクタ１２０が示されている。サーマルリアクタ１２０は、液体燃料を燃料蒸気に変換すべく液体燃料を加熱するよう機能し、更に、液体燃料を処理しながらエンジンの要求に合う燃料蒸気のサージタンクとして機能する。サーマルリアクタ１２０は、シリンダ１４０を含み、シリンダ１４０は、それを貫通する軸方向ボア１４２を郭定する。シリンダ１４０は、入口ポート１２２から液体燃料１１２を受容し、出口ポート１２４を通して燃料蒸気を吐出するよう構成されている。図４及び図５に示されている特定の実施態様に於いては、シリンダ１４０の第一の端１４５へ接続された第一の端板１４４が入口ポート１２２を郭定し、シリンダ１４０の側壁１４６が出口ポート１２４を郭定する。少なくとも一つの加熱要素１４８が液体燃料を加熱するために設けられ、かくして液体燃料を燃料蒸気へ変換する。
【００３３】
図４及び図５に示されているサーマルリアクタ１２０はシリンダ１４０内に配置される複数の加熱要素１４８を含む。加熱要素１４８は、液体燃料が加熱要素１４８に接触するように配置構成されている。シリンダ１４０の側壁１４６は、それを貫通する複数の開口部１５０を有し、開口部１５０の各々はそれを貫通する加熱要素１４８を一つ有し、各々の加熱要素１４８は、シリンダ１４０内へ突出する。（図を単純化するため図５に於いて開口部１５０を貫通する加熱要素１４８は二つのみ示されている。）或る実施態様に於いては、加熱要素１４８の各々は、シリンダ１４０の軸線に対して概ね垂直に配置され、開口部１５０の各々は、図５に示されているように、それから約９０度に配置された同じ開口部１５０を有している。より詳細には、開口部１５０は、二つのカラム内に配置構成され、各々のカラムは、シリンダ１４０の軸線に対し概ね平行であり約９０度離れて配置されている。
【００３４】
サーマルリアクタ１２０Ａの一つの特定の実施態様に於いては、シリンダ１４０は約１２．１２５インチ（３０．８０ｃｍ）の長さであり、約４．０インチ（１０．２ｃｍ）の直径を有する。開口部１５０のカラム１５１及び１５２の各々は、１２の開口部を含み、全部で２４の開口部１５０がシリンダ１４０を貫通する。各々の開口部１５０は、０．３７５インチ（０．９５ｃｍ）の直径を有し、ねじが切られている。開口部１５０は、第一のカラム１５１の第一の開口部１５０の中心がシリンダ１４０の第一の端１４５から１．３１２５インチ（３．３３ｃｍ）であり、第二のカラム１５２の第一の開口部１５０がシリンダ１４０の第一の端１４５から０．９３７５インチ（２．３８ｃｍ）となるように配置されている。残りの開口部１５０は中心に於いて０．９７５インチ（２．４８ｃｍ）だけ隔置されている。出口ポート１２４は、ねじの切られた０．５インチ（１．２７ｃｍ）の開口を含む。ブルカン（Vulcan）２５０ワットカートリッジヒータが加熱要素１４８として適している。一つの実施態様に於いて１２ボルトＤＣが加熱要素１４８を付勢するために用いられる。
【００３５】
図６及び図７は、図５に於いて示されているシリンダ１４０に用いるよう構成された第一及び第二の端板１４４、１６０を各々示している。図６を参照すると、第一の端板１４４はそれを通る開口１６２を郭定し、入口ポート１２２を収容する。第一の端板１４４は更に、該第一の端板１４４の周辺周りにそれを貫通する４つのボルト孔１６４を郭定し、ボルト孔１６４の各々に関連して４つの概ね円筒のスペーサ１６６が設けられている。ボルト孔１６４に対応するカップリングフィート１７０が（図４に示されている）シリンダ１４０へ接続されている。４つのボルト１６８がボルト孔１６４、スペーサ１６６及びカップリングフィート１７０を貫通して延在し、ボルト１６８の周りにはワッシャ及びナット（図示せず）が配置され第一の端板１４４をシリンダ１４０へ密封した状態にて取付ける。一つの実施態様に於いて、第一の端板１４４は０．３７５インチ（０．９５２ｃｍ）の厚みを有し、直径が６インチ（１５．２４ｃｍ）である。入口ポート開口１６２は、ねじの切られた０．１２５インチ（０．３１８ｃｍ）の開口を含み、ボルト孔１６４の各々はねじの切られた０．２５０インチ（０．６３５ｃｍ）の開口を含む。スペーサ１６６は、各々１．２５０インチ（３．１７５ｃｍ）の長さであり、ボルト１６８の各々は、２．５０インチ（６．３５ｃｍ）の長さであり０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）のワッシャ及びナットを伴う。第一の端板１４４は、更に、シーリングリップ１７２を郭定し、それは一つの実施態様に於いては３．９９７インチ（１０．１５２ｃｍ）の直径であり、第一の端板１４４の表面の上方に０．１２５インチ（０．３１８ｃｍ）程延在する。
【００３６】
図７を参照すると、第二の端板１６０がボルト孔１６４、スペーサ１６６及びボルト１６８を含み、図６に関連して開示されている第一の端板１４４と同様の態様にてカップリングフィート１７０を介して第二の端板１６０がシリンダ１４０へ接続される。或る実施態様に於いては、第二の端板１６０は、更に、Ｋタイプの熱電対１８０、圧力センサ１８２及び二つの高温熱スイッチ１８４が貫通する開口を郭定する。適当なデバイスとしては、モデルＫサーモカップル、ホッブス（Hobbs）７６０６２ＮＣ圧力センサ、及びブルカン（Vulcan）Cal-stat 1c1c5高温温度スイッチが含まれる。これらの要素は、サーマルリアクタ１２０内の予め設定された圧力及び温度を維持するためのフィードバックシステムの一部として機能する。一つの高温温度スイッチ１８４はサーマルリアクタの過剰温度保護のために用いられ、もう一つのスイッチ１８４は、サーマルリアクタ１２０がその動作温度に到達するまでの始動時遮断のために用いられる。
【００３７】
燃料管理システム１００の幾つかの装備に於いては、特定の加熱要素１４８の温度が所望の液体燃料の燃料蒸気への変換が達成されるまで変化するよう加熱要素１４８が作動される。サーマルリアクタ１２０の一方の端から他方までに於いて約２００°Ｆ（９３℃）程加熱要素１４８の温度が変化することにより、シリンダの内側表面を横切る液体燃料に渦が広がり、液体燃料を燃料蒸気へ変換するべく液体燃料を加熱するための最大の表面積が提供される。或る実施態様に於いては、サーマルリアクタ１２０は、シリンダ１４０内にて真鍮（又はその他の熱伝導材料）製のマトリックスを含み、加熱要素１４８によって加熱される。加熱要素１４８の温度の変動により生ずる渦によって、液体燃料が真鍮製マトリックスの周りに広がり、液体燃料を加熱するための表面積を増大する。また、真鍮製マトリックスは、液体燃料が完全に蒸気化されるまで該液体燃料をサーマルリアクタ１２０内に維持することを確実にするのに役立つ。
【００３８】
図８は、本発明のもう一つの実施態様による液体燃料１１２を燃料蒸気に変換するために該液体燃料に加熱するための別の構成を示している。シリンダ１４０の側壁１４６には少なくとも一つの燃料バー１９０が接続されている。図８に示されている特定の実施態様に於いては二つの燃料バー１９０が使用されている。各々の燃料バー１９０は、少なくとも一つの燃料ウェル（窪み）（図示せず）をその中に郭定している。シリンダ１４０の側壁１４６は、各々の燃料ウェル内に於ける開口に対応する複数の開口を郭定し、燃料バー１９０が図８に示されている如くシリンダ１４０へ接続されると、燃料ウェルがシリンダ１４０に流体的に接続する。各々の燃料ウェルは燃料源へ接続されるよう適合された入口ポート１２２を郭定し、液体燃料１１２が燃料ウェルへ流入するようになっている。一つの実施態様に於いて、各々の燃料ウェルは燃料ウェルを垂直方向に交差するよう配置された燃料フィッティングを含む。各々の燃料ウェルは、燃料バー１９０内に配置されそれに関連された加熱要素１４８を有し、燃料ウェル内にて液体燃料１１２を加熱し該液体燃料１１２を燃料蒸気へ変換するようになっている。そして、燃料蒸気は、シリンダ１４０に入り、出口ポート１２４を通ってシリンダ１４０から流出する。
【００３９】
一つの実施態様に於いて、各々の燃料バー１９０は、１６インチ（４０．６４ｃｍ）の長さ、４インチ（１０．１６ｃｍ）の高さ、１インチ（２．５４ｃｍ）の幅である。各々の燃料バー１９０は２４の燃料ウェルを郭定し、その各々は、燃料バー１９０を貫通するボア１９２を含む。各々のボア１９２の一方の端は、シリンダ１４０の側壁１４６に於ける対応する開口と共働し、ボア１９２の他方の端はその中に挿入される加熱カートリッジ（図示せず）を有する。適当な加熱カートリッジは、ボッシュ（Bosch）８００２５を含み、それらは、１４５０°Ｆ〜１４７２°Ｆ（７８８℃〜８００℃）の温度まで加熱される。或る特定の実施態様に於いては、燃料ウェルには真鍮製のインサートが並べられ、ボア１９２を通る熱伝導が改善される。燃料入口ポート１２２の各々は、燃料ウェルのためのボア１９２に概ね垂直な燃料バー１９０の側部にて０．９００インチ（２．２８６ｃｍ）延在する０．３１２５インチ（０．７９３８ｃｍ）の孔１９４を含む。入口ポート１２２のための孔１９４の各々には、燃料バー１９０に入る液体燃料１１２をろ過するためのフィルタを設けることができる。
【００４０】
本発明の燃料管理システムのサーマルリアクタ１２０は、液体炭化水素燃料を用いる公知の内燃エンジンに関連した問題に関連するものである。サーマルリアクタ１２０は、容量に関する制限なく液体ガソリンをガス状態に完全に相変化させることを可能にする。液体燃料の全てのものが蒸気化され、それらは滴化しない。サーマルリアクタ１２０は、液体燃料を蒸気に変換し該燃料へ充分にランダムな運動エネルギを与え、従ってシリンダ内に於いて臨界温度が到達され、凝縮熱が燃料を液体状態に戻すことはない。
【００４１】
図２に示されている或る特定の燃料管理システム１０１に於いて、高温の燃料蒸気は、サーマルリアクタ１２０の出口１２４を出て、燃料計量デバイス１３０に入る。一つの実施態様に於いて、燃料蒸気は、約６５０°Ｆ（３４３℃）にてサーマルリアクタを出る。燃料計量デバイス１３０の目的は、エンジンの或る負荷状態に於いて可能な限り薄い燃料でエンジン１１０を動作することである。この目的のために、本発明の一つの実施態様に於ける燃料計量デバイス１３０は、圧力感知デバイス１２８に応答して第一及び第二段の間にてエンジン１１０の負荷状態に基づいて空気対燃料蒸気の比を調節するよう作動可能である。第一段は、
第一の速度にてサーマルリアクタ１２０からプレナム１２６へ燃料蒸気を提供し、第一の予め定められた空気及び燃料蒸気比を達成し、第二段は、第二の速度にてサーマルリアクタ１２０からプレナム１２６へ燃料蒸気を提供して第二の予め定められた空気対燃料蒸気比を達成する。
【００４２】
或る特定の実施態様に於いて、第一段は、最も薄く、第二段は、加速のために燃料対空気蒸気比を増大する。加速要件が満たされると、燃料計量デバイス１３０の第二段はエンジン負荷にとって最良の希薄な条件まで燃料蒸気流を戻す。言い換えれば、第一段は経済的なクルーズであり、第二段は出力を必要とするためのものである。
【００４３】
例示的な燃料計量デバイス１３０が図９、図１０及び図１１に於いて示されている。燃料計量デバイス１３０は、二つの回転式バキュームモータ２１０、２１１によって作動される。別の実施態様に於いては、正圧などの他の駆動機構が用いられる。図１２は、本発明の別の実施態様による燃料管理システム１０３を示すブロックダイヤグラム図であり、更に、インテークマニホールド１１４へ接続されたインテークエアベンチュリ２２０を含み、バキュームモータ２１０、２１１を作動するための真空源を提供する。コントローラ２２２は、圧力感知デバイス１２８からの出力信号を受け入れ、それに応答して第一及び第二段の間で燃料計量デバイス１３０を切り換える。例示されている実施態様に於いて、コントローラ２２２は、ベンチュリ２２０からの真空信号をバキュームモータ２１０、２１１を駆動するために提供する。
【００４４】
一つの実施態様に於いて、コントローラ２２２は、モデルBimbo  １２２４ＤＣ０１０ＤＣ（ROM  MAX  ４Ｇソフトウェアを用いてプログラムされている）などのプログラマブル論理アレーを含む。コントローラ２２２は、圧力感知デバイス１２８によって決定される如きエンジンの負荷状態に応答して燃料計量デバイス１３０を動作する。圧力感知デバイスは、シーラー（Sierra）モデル６００エアフローメータを含んでいてよい。燃料計量デバイス１３０を制御するために用いられるその他のシステムパラメータには、質量空気流量、スロットル位置、エンジン速度、及び液体燃料温度が含まれるが、これらに限定されない。
【００４５】
図１１を参照すると、バキュームモータ２１０、２１１の各々は、シリンダ２３０とラックギア２３４を有する駆動シャフト２３２を含む。一つの実施態様に於いて、ラックギヤ２３４は、１インチ当り３２の歯（１ｃｍ当り１２．６歯）を含む。ラックギヤ２３４は、計量ブロック２３８から延在する駆動ギヤ２３６と共働する。各々の駆動ギヤ２３６は、燃料計量デバイス１３０内に配置された対応する回転弁（図示せず）に接続されている。燃料計量デバイス１３０は、更に、燃料蒸気入口２４０と燃料蒸気出口２４２を含む。
【００４６】
図１２に示されている燃料管理システム１０３に於いては、液体燃料はサーマルリアクタ１２０に入り、燃料蒸気へ完全に変換され、サーマルリアクタ１２０を出て燃料計量デバイス１３０へ入る。コントローラは、圧力センサ１２８によって決定される如きインテークマニホールド１１４内の圧力とインテークエアベンチュリ２２０からの真空信号とを比較し、バキュームモータ２１０、２１１へ真空信号を送り、エンジンの負荷要求に対して可能な限り薄い空気対燃料蒸気比を提供するよう燃料計量デバイス１３０を動作する。
【００４７】
より詳細には、燃料計量デバイス１３０は二段階を用いている。燃料計量デバイス１３０の第一段は経済的な運行のために用いられる。このモードに於いては、より多くの空気と、より少ない燃料が導入され、非常に希薄な燃料／空気混合物を提供しているのでエンジン１１０は、最大馬力を生成しないこととなる。第二段は、燃料蒸気空気比を理論比まで増大し、かくして加速及び出力のために最大の燃料／空気比を提供する。真空システムに於いて、二つの真空作動されるバークスデイル（Barkadale）モデルｄ１ｈ−ｈ−１８ｓｓスイッチがインテークマニホールド１１４の真空（エンジン負荷）とベンチュリ２２０の真空（エンジンＲＰＭ）を測定するために用いられる。スロットル位置が変化すると、真空差圧スイッチ、バークスデイル真空作動スイッチモデル０−３０ｈｇがインテークマニホールドの真空に於ける対応する変化を感知する。そしてこのスイッチが、対応する真空信号を、もし車輌がクルージングしていれば、第一段に関連したバキュームモータ、例えば、バキュームモータ２１０へ送り、もし車輌が加速していれば第二段に関連したバキュームモータ２１１へ送る。
【００４８】
図１３を参照すると、プレナム１２６の例示的な実施態様が示されている。プレナムは増強された燃焼のために空気及び燃料蒸気を混合する時間をより多く提供する。又、プレナムは、エンジンの吸気弁が閉鎖している際に該吸気弁から跳ね返る反射波を低減するための追加的な質量を提供し、これにより、エンジンのインテークマニホールド１１４から吸気空気の戻りを防ぐ。図１３に示されているプレナム１３０は、概ね円筒の中心部分２５０と空気及び燃料蒸気が受容される入口端２５２と、出口端２５４を含み、インテークマニホールド１１４へ接続されるよう構成されている。中央部分２５０は、真鍮３６０、ステンレス鋼４２０、若しくはセラミック材料から適当に製作することができる。或る特定の実施態様に於いては、中央部分２５０のためにガラスが用いられプレナムを流通する空気及び燃料蒸気混合物が比較的に観察できるようになっている。一つの実施態様に於いて円筒状の中央部分２５０は１０インチ（２５．４ｃｍ）の長さ、４インチ（１０．１６ｃｍ）の直径を有している。しかしながら、これらの寸法は、エンジンの吸気速度の範囲に依存して変更することとなろう。
【００４９】
図１２に示されている本発明の特定の燃料管理システムは、燃料計量デバイス１３０とプレナム１２６との間に結合された吸気速度制御弁２６０を含む。図１３に示されているプレナムを参照すると、吸気速度制御弁２６０は、プレナム１２６の入口端２５２に接続されている。吸気速度制御弁２６０は例えばバキュームモータ２６１によって作動され、第一の端にて空気入口２６２と、プレナムの入口端２５２へ接続される第二の端２６４を含む。吸気速度制御弁２６０は、空気入口２６２と第二の端２６４との間に空気流路（図示せず）を郭定し、可変空気流量制限器（図示せず）が空気流路内に配置される。一つの実施態様に於いては、ちょう型弁が使用され、別の実施態様に於いては回転弁が使用される。
【００５０】
図１２に示されている燃料管理システム１０３に於いては、高温の燃料蒸気は燃料計量デバイス１３０を出て吸気速度制御弁２６０を通って流れる。吸気速度制御弁２６０は、空気及び燃料蒸気混合物の速度を増大することによって低速にてエンジンの体積効率を増大し、吸気弁を開いた状態でエンジン１１０の燃焼チャンバへより多くの空気が入ることを可能にする。更に、吸気速度制御弁２６０の口に於けるベーンによって吸気された空気が攪拌されその結果渦が生じ、空気及び燃料蒸気分子はプレナム１２６に入る際に完全に混合される。吸気速度制御弁２６０は、プレナム１２６上に於いて或る定められた真空度（例えば１０in/h２０真空）を維持するよう作動される。上記の如く、プレナム１２６は、空気及び燃料蒸気が混合する更なる時間を提供し、混合物が完全に燃焼することが可能となる。
【００５１】
全ての内燃エンジンと同様に、空気及び燃料蒸気混合物は、エンジンのインテークマニホールド１１４から、エンジン１１０の燃焼チャンバに入り、そこに於いて燃焼して高速度にて排気システムを出る。排気速度が高いことにより、排気パイプ内に真空が生じ、この真空状態が吸気ストロークのカムシャフトオーバラップ期間に於いてエンジンのシリンダへ新しい空気を引き込むことに用いられる。このことにより、体積効率と最大エンジントルクが改善される。シリンダのこのパルス掃気は、典型的には最大トルクに関連したエンジンのＲＰＭに対して典型的には調節される。しかしながら、最大トルク以下のエンジン速度に於いては、エンジンは過剰に掃気され、従って、エンジン速度が低ければ低い程、トルク曲線は低くなる。このことは、公知の内燃エンジンに関連した工学上の妥協である。
【００５２】
図１４は、本発明の燃料管理システムの実施態様による排気制御システム３００を示している。排気制御システム３００は、内燃エンジン１１０のカムシャフトのオーバラップ期間に於いてシリンダの過剰掃気を防ぐ若しくは低減する。排気ガスは、排気マニホールド３１０から排気パイプ３１２を通ってマフラー３１４へ流れる。排気速度制御弁３２０が排気マニホールド３１０とマフラー３１４との間に接続され、正規の背圧が新しい空気の排気マニホールド３１０へ（典型的には低速にて）流入することを防ぐ点まで排気ガス速度を制限する。一つの実施態様に於いては、回転弁が排気速度制御弁３２０のために用いられる。例えば、バキュームモータ３２２は、排気ガス背圧を決定するよう構成された圧力センサ３２４に応答して排気速度制御弁３２０を動作するのに用いることができる。例示されている実施態様に於いて、圧力センサ３２４は、排気マニホールドへ接続されている。バキュームモータ３２２は、（圧力センサ１２８によって決定される如き）エンジン負荷及びＲＰＭの要件などの追加の、若しくはその他の所望のエンジンパラメータに応答して排気速度制御弁３２０を作動することができる。
【００５３】
燃料管理システムのもう一つの実施態様に於いては、排気システムのサーマルリアクタ３４０が排気マニホールド３１０へ接続され、液体炭化水素燃料の部分的な加熱のために浪費された排気ガスエネルギを使用するようになっている。排気システムのサーマルリアクタ３４０を採用するシステムに於いては、排気速度制御弁３２０は更に、排気システムのサーマルリアクタ３４０がエンジン条件の全範囲に於いて排気ガスで満たされるされることを確実にするよう機能する。しかしながら、排気システムのサーマルリアクタ３４０は、エンジン１１０が作動温度にある際に液体燃料１１２の加熱を提供するのみである。従って、排気システムのサーマルリアクタ３４０は、液体燃料の部分的な加熱のために用いられる。サーマルリアクタ１２０は、最終的な燃料蒸気出口温度を制御し、低温始動の可能性を提供する。
【００５４】
図１５は排気システムのサーマルリアクタ３４０の例示的な実施態様を示している。排気システムのサーマルリアクタ３４０は、伝導性マトリックス（図示せず）で充填された丸いシリンダ３４２を含む。排気パイプ３１２は、シリンダ３４２の中心を通りマトリックスを加熱する。燃料分散チューブ３４４は、排気パイプ３１２上に配置され、マトリックスを通して排気パイプ３１２上に液体燃料を噴霧する。燃料分散チューブ３４４は、液体燃料を分配するための複数の孔を郭定する。或る実施態様に於いては、燃料分散チューブは５６個の孔を郭定し、その各々は、０．０１５インチ（０．３８１ｍｍ）の直径を有する。孔は、チューブ上に於いて長手方向に沿って９０度の囲み角にて穿孔されるよう配列され、液体燃料を排気パイプ３１２上に均等に且つマトリックスを介して分配し、燃料を加熱するための最大の表面積が提供されるようになっている。
【００５５】
ガソリンエンジンなどの幾つかの内燃エンジンは、スパーク点火システムを用いている。ディーゼルエンジンは、自己点火システムを用いている。本発明の燃料管理システム、特にサーマルリアクタは、ディーゼルエンジンに関連して使用される際、空気及び燃料蒸気混合物の自己点火は可能ではなくなる。従って、別の点火形式が必要である。本発明の局面によれば、燃焼チャンバグロープラグシステムが提供される。図１６に於いてグロープラグシステムが示されている。グロープラグシステム３７０は、ディーゼル燃料噴射ノズルをデルコ（Delco 11G）グロープラグなどのディーゼルエンジン用グロープラグ３７４に置き換えるための複数のアダプタ３７２を含み、グラッグ（即ちグロープラグの先端）の少なくとも一部がエンジンの燃焼チャンバ若しくは予燃焼チャンバへ延在する。これは、ディーゼルエンジンにも典型的に用いられている自己点火方法の代わりに燃料混合物の点火源を提供する。
【００５６】
グロープラグシステム３７０の一つの実施態様に於いては、グロープラグ３７２の先端温度は１２００°Ｆ〜１５５０°Ｆ（６４９℃〜８４０℃）まで変動される。制御モジュール３７６は、エンジン負荷及びＲＰＭなどの予め定められたエンジンパラメータに応答して先端温度を制御し、かくして所望のエンジンパラメータに基づいたエンジンの点火タイミングを進める若しくは遅らせるための機構を提供する。適当な制御モジュール３７６の例は、ＥＣＧ２７６４  ＥＰＲＯＭを含むレッドライオン（Red Lion）ＰＡＸＴ００００である。システムは、インテークマニホールドの圧力センサ１２８（エンジン負荷）及びタックセンサ（エンジンＲＰＭ）に応答する。エンジン負荷が増大すると、マニホールド真空が低減しグロープラグ３７２の温度を下げる。アイドル速度にて、グロープラグ３７２の温度は約１５５０°Ｆ（８４３℃）であり、全負荷の下では温度は約１２００°Ｆ（６４９℃）まで降下する。エンジンＲＰＭが最大トルクを超えると、制御モジュール３７６はグロープラグ３７２の温度を増大し体積効率に於けるエンジンの損失を補うようプログラムされている。或る実施態様に於いては、グロープラグ３７２の温度は体積効率の損失と同じパーセントだけ増大される。
【００５７】
本発明のもう一つの局面によれば、エンジン１１０の作動パラメータの動的マッピングのための新規なプロセスが提供される。本発明の燃料管理システムの如きエンジンシステムの複数の構成要素の校正又は調節は、同時に多数のエンジン作動パラメータの研究及び解析を必要とする。解析を更に複雑にするのはエンジンパラメータがエンジン負荷、速度などによって常に変動することである。
【００５８】
図１７は、本発明によるマッピングプロセスを示すフローダイヤグラム図である。ブロック４００に於いて複数の測定デバイスが解析されるべき複数のエンジンパラメータを指示するよう構成される。ブロック４０２に於いて、エンジンが望まれるように作動される。その後、ブロック４０４に於いてエンジンの作動中に測定デバイスの出力が記録される。所望の時間、及び／又は所望の作動基準にてエンジンが作動された後、記憶された出力がブロック４０６に於いて所定の期間に於いて再生される。このことにより技術者は所望の任意の与えられた時間にて記録されたパラメータを観察し、或る与えられたパラメータが短い期間のみ生じたとしても同時に生ずる種々のパラメータを解析することが可能となる。例えば、測定デバイスの出力がパーソナルコンピュータのハードディスクなどのデジタル記録装置上に記録されてもよく、或いは、出力はビデオテープに記録される。
【００５９】
パナソニックプロ４５６ＡＧビデオカメラは、適したビデオテープレコーダである。或る装置に於いては、記録されるパラメータには、燃料蒸気圧力、インテークマニホールド圧力、温度、相対湿度、高度、エンジンオイル温度、バッテリ電圧、液体燃料圧力、エンジン冷却材温度、などを含む。更に、ベリコムＶＣ２０００パフォーマンスコンピュータの如きパフォーマンスコンピュータがその他のパラメータをリアルタイムに測定し且つ表示するために用いられてよく、パラメータは、本発明の方法による再生のために記録されてよい。そのようなパラメータには、Ｇ力、時間、速度、距離、馬力、ＲＰＭ、トルク及びギア比が含まれる。更に、これらのパラメータは、０．０１秒間隔にて測定される。
【００６０】
かくして本発明は、ガソリン、ディーゼル、メタノール、エタノールなどの液体炭化水素燃料を用いた慣用の内燃エンジンに関連して用いることのできるシステムを提供する。燃料管理システムは、空気及び燃料蒸気混合物の完全な燃焼を許し、これにより排気放出レベルを著しく低減し、燃費を改善する。更に、ここに開示されているシステムは、低温始動放出のレベルを天然ガス若しくはプロパンを燃料とする車輌のレベルと同等のレベルまで低減するよう機能する。
【００６１】
本発明の開示により利益を得る当業者にとって、上記の実施態様は、本発明の範囲及び趣旨が逸脱することなく多くの変更がなされるということは理解されるであろう。特許請求の範囲に記載されている発明は、上記の特定の実施態様に限定されることなくそのような変更の全てをその範囲内に含むことが完全に意図されている。従って、特許されるべき排他的権利は、特許請求の範囲に記載されている如きものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明の実施態様による燃料管理システムを例示するブロックダイアグラム図である。
【図２】  図２は、本発明のもう一つの実施態様による燃料管理システムを示すブロックダイアグラム図である。
【図３】  図３は、本発明のもう一つの別の実施態様による燃料管理システムを示すブロックダイアグラム図である。
【図４】  図４は、本発明によるサーマルリアクタの実施態様の側面図である。
【図５】  図５は、図４に例示された実施態様の如きサーマルリアクタに適したシリンダの前方斜視図である。
【図６】  図６は、図４に示されている実施態様の如きサーマルリアクタのための第一の端板の斜視図である。
【図７】  図７は、図４に示されている実施態様の如きサーマルリアクタのための第二の端板の斜視図である。
【図８】  図８は、本発明によるサーマルリアクタの別の実施態様に適したシリンダの斜視図である。
【図９】  図９は、本発明の実施態様による燃料計量デバイスの前方斜視図である。
【図１０】  図１０は、図９に示されている燃料計量デバイスの上方斜視図である。
【図１１】  図１１は、図９に示されている燃料計量デバイスの側方斜視図である。
【図１２】  図１２は、本発明の更にもう一つの別の実施態様による燃料管理システムを示すブロックダイアグラム図である。
【図１３】  図１３は、本発明の実施態様によるプレナムの斜視図である。
【図１４】  図１４は、本発明の実施態様による排気制御システムを示すブロックダイアグラム図である。
【図１５】  図１５は、本発明による排気システムサーマルリアクタの斜視図である。
【図１６】  図１６は、本発明の実施態様によるグロープラグシステムを示す。
【図１７】  図１７は、本発明の実施態様によるマッピングプロセスを示すフローダイヤグラム図である。
【図１】
0004318852.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図８】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１５】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１６】
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【図１７】
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