(57)【要約】  内燃機関用の燃料を生成かつ貯蔵するための燃料分留システム（ＦＦＳ）及び方法を提供する。ＦＦＳにより、液体燃料を蒸留して揮発性２次軽留分燃料を生成する蒸留塔３３を含む蒸留塔組立体３１が提供される。蒸留塔３３は、塔内で供給燃料を蒸発させる蒸発モジュール６１と、蒸発した供給燃料の重留分成分を凝縮させる凝縮モジュール６３とを含んでいる。ＦＦＳは、また制御装置７１を含み、該制御装置が、蒸留塔３３内での供給燃料の蒸発を制御することで、軽留分燃料成分と重留分燃料成分への供給燃料の分留が制御され、また重留分燃料成分の凝縮を制御することで、蒸留塔３３の軽留分出口ポート５３を出る燃料が、事実上、体積での軽留分燃料となるようにされている。
2009527677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料入口を有するエンジン用の燃料システムであって、１次燃料をエンジンに供給するための主燃料タンク（５１）を含む形式のものにおいて、前記システム、が、
液状燃料を蒸留して揮発性軽留分２次燃料を生成するための蒸留塔（３３）、それも、
上端部（４３）、加端部（４５）、これらの間に延びる中間部（４７）を有するハウジング（４１）と、
ハウジング（４１）の中間部（４７）に、主燃料タンク（５１）から、軽留分燃料成分と重留分燃料成分とを含む蒸留用供給燃料を受取るように設けられた燃料供給ポート（４９）と、
ハウジング（４１）の上端部（４３）に、蒸留された軽留分燃料成分を放出できるように設けられた軽留分出口ポート（５３）と、
ハウジング（４１）の下端部（４５）に、重留分燃料成分を放出できるように設けられた重留分出口ポート（５５）と、
ハウジング（４１）の下端部（４５）に隣接配置され、少なくとも部分的に供給燃料を蒸発させ、軽留分燃料成分と重留分燃料成分への供給燃料の分留を促進させる蒸発モジュール（６１）と、
ハウジング（４１）の上端部（４３）に隣接配置され、軽留分出口ポート（５３）を出る燃料が、事実上、体積での軽留分燃料成分となるように、重留分燃料成分を凝縮させる凝縮モジュール（６３）と、
燃料の蒸留を促進させるため、ハウジング（４１）内の、蒸発モジュール（６１）／凝縮モジュール（６３）間に配置された熱伝導性多孔材料製の３次元塔を含む充填塔（６５）とを備えた蒸留塔（３３）を含む蒸留塔組立体（３１）と、
制御装置（７１）、それも、蒸発モジュール（６１）により供給燃料の蒸発を制御することで、軽留分燃料成分と重留分燃料成分への供給燃料の分留を制御するように配置され、かつ軽留分燃料出口ポート（５３）を出る燃料が、事実上、体積での軽留分燃料成分となるように、凝縮モジュール（６３）によって重留分燃料成分の凝縮を制御すべく配置された制御装置（７１）とを特徴とする、燃料入口を有するエンジン用の燃料システム。
【請求項２】
軽留分燃料出口ポート（５３）から出る前記燃料が、炭素数６以下の約８０‐１００％の炭化水素を有し、該炭化水素が約７０°Ｃ未満の平均沸点を有している、請求項１に記載された燃料システム。
【請求項３】
前記蒸留塔（３３）が、更に、
蒸発モジュールの燃料圧を検出するように配置された蒸発モジュール圧力センサ（７３）と、
蒸発モジュールの燃料温度を検出するように配置された蒸発モジュール温度センサ（７５）と、
凝縮モジュールの燃料圧を検出するように配置された凝縮モジュール圧力センサ（７７）と、
凝縮モジュールの燃料温度を検出するように配置された凝縮モジュール温度センサとを特徴とする、請求項１に記載された燃料システム。
【請求項４】
前記制御装置（７１）が、蒸発モジュールの燃料圧と燃料温度とに応答して、蒸発モジュール（６１）に加えられるべきエネルギー量を制御し、かつ
前記制御装置（７１）が、凝縮モジュールの燃料圧と燃料温度とに応答して、凝縮モジュール（６３）から抽出すべきエネルギー量を制御する、請求項３に記載された燃料システム。
【請求項５】
前記蒸留塔（３３）が、更に、次の少なくとも１つ、すなわち軽留分燃料の濃度又は比重を検出するように配置された凝縮モジュール濃度センサ（８１）を有し、それによって、軽留分燃料出口ポート（５３）から出る燃料の軽留分燃料の体積の質が検出されることを特徴とする、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載された燃料システム。
【請求項６】
前記制御装置（７１）が、蒸発モジュールの燃料圧と燃料温度とに応答して、蒸発モジュール（６１）に加えるべきエネルギー量を制御し、
前記制御装置（７１）が、凝縮モジュールの燃料圧及び燃料温度と、軽留分燃料出口ポート（５３）から出る軽留分燃料の濃度又は比重とに応答して、凝縮モジュール（６３）から抽出すべきエネルギー量を制御する、請求項５に記載された燃料システム。
【請求項７】
更に、蒸留塔組立体（３１）によって作られた軽留分燃料を蓄えるための軽留分タンク（９５，９５´）と、
軽留分燃料出口ポート（５３）／軽留分タンク（９５）間に延びる第１軽留分燃料管路（９３）と、
軽留分タンク（９５，９５´）に入る前に第１軽留分燃料管路内の軽留分燃料を凝縮させるため、第１軽留分燃料管路（９３）と軽留分タンク（９５，９５´）とが流体連通するように配置された軽留分燃料頭上凝縮器（９１）とを特徴とする、請求項１に記載された燃料システム。
【請求項８】
更に、軽留分タンク（９５，９５´）／エンジン燃料入口（１１３）間に延びる第２軽留分燃料管路（１１５）と、
エンジン燃料入口（１１３）内へ軽留分燃料を噴射するため、第２軽留分燃料管路（１１５）と流体連通する専用の燃料噴射器（１１１）とを特徴とする、請求項７に記載された燃料システム。
【請求項９】
更に、第１軽留分燃料管路（９３）内の軽留分燃料を圧縮して軽留分タンク（９５，９５´）内に蓄えるために、第１軽留分燃料管路（９３）及び軽留分タンク（９５，９５´）と流体連通するように配置された軽留分燃料圧縮器（９１）を特徴とする、請求項７又は請求項８に記載された燃料システム。
【請求項１０】
前記エンジン燃料入口（１１３）が燃料噴射器（１２１）を含み、前記燃料システムが、更に、
主燃料タンク（５１）／蒸留塔（３３）の燃料供給ポート（４９）間に延びる供給燃料管路（１２２）と、
主燃料タンク（５１）又は供給燃料管路（１２２）／エンジン燃料入口（１１３）内へ１次燃料を噴射する燃料噴射器（１２１）間に延びる１次燃料管路（１２３）と、
重留分出口ポート（５５）と、次のもののうちの１つ、すなわち主燃料タンク（５１）の主燃料タンク戻しポート（１２７）、重留分専用タンク画室（９７）、１次燃料管路のタップ（１２９）のいずれかとの間に延びる重留分燃料管路（１２５）と、
蒸留塔組立体（３１）によって作られた軽留分燃料を蓄えるための軽留分タンク（９５，９５´）と、
軽留分出口ポート（５３）／軽留分タンク（９５，９５´）間に延びる第１軽留分燃料管路（９３）と、
軽留分タンク（９５，９５´）／エンジン燃料入口内へ軽留分燃料を噴射する燃料噴射器（１２１）間に延びる２次軽留分燃料管路（１３１）と、
２次軽留分燃料管路（１３１）、１次燃料管路（１２３）、燃料噴射器（１２１）とそれぞれ流体連通し、かつ２次軽留分燃料管路（１３１）か、又は燃料噴射器（１２１）へ燃料を導通させる１次燃料管路（１２３）かを選択する指令信号に応動する燃料タイプ選択弁（１４１）と、
エンジンの始動命令又は停止命令に応答して、燃料タイプ選択弁（１４１）へ命令信号を与えることで、２次軽留分燃料管路（１３１）又は１次燃料管路（１２３）を選択するエンジン制御装置（１４３）、それも、２次軽留分燃料管路（１３１）は始動及びウォームアップ時に軽留分燃料を供給する場合に選択し、１次燃料管路（１２３）は正規のエンジン暖機作動の供給燃料を供給するのに選択する制御装置とを特徴とする、請求項１から請求項４まで、又は請求項６から請求項８までのいずれか１項に記載された燃料システム。
【請求項１１】
前記エンジン制御装置（１４３）が、メモリ（１４５）とメモリ（１４５）に記憶されたプログラム（１４７）を含み、該プログラム（１４７）に含まれる指令が実施された場合、制御装置（１４３）は、停止命令に応動して燃料タイプ選択弁（１４１）へ信号を送り、２次軽留分燃料管路（１３１）を選択させ、燃料噴射器（１２１）と、燃料噴射器（１２１）／燃料タイプ選択弁（１４１）間の燃料管路とから供給燃料を一掃し、それにより、次の始動作業時に軽留分燃料の最大限の供給が行なわれるようにする、請求項１０に記載された燃料システム。
【請求項１２】
更に、以下の熱交換器、すなわち、
重留分燃料は主燃料タンク（５１）へ戻る前に冷却して、温燃料からの蒸発排出物を低減する一方、供給燃料は蒸留塔（３３）へ入る前に予熱して、所要蒸発エネルギーを低減する目的で、重留分出口ポート（５５）から主燃料タンク（５１）へ流れる重留分燃料と、主燃料タンク（５１）／蒸留塔（３３）間の流路からの供給燃料との間で熱交換を行なうために、重留分出口ポート（５５）／主燃料タンク（５１）間の流路と、主燃料タンク（５１）／燃料供給ポート（４９）間の液体流路とに配置された熱交換器（１０１）と、
重留分燃料を重留分タンク画室（９７）へ送る前に冷却して、温燃料からの蒸発排出物を低減する一方、供給燃料は蒸留塔（３３）へ入る前に予熱して、所要蒸発エネルギーを低減する目的で、重留分出口ポート（５５）から重留分タンク画室（９７）へ流れる重留分燃料と、主燃料タンク（５１）／蒸留塔（３３）間の流路からの供給燃料との間で熱交換を行うために、重留分出口ポート（５５）／蒸留塔組立体（３１）で作られた重留分燃料を貯蔵するタンク画室（９７）間の液体流路と、主燃料タンク（５１）／燃料供給ポート（４９）間の液体流路とに配置された熱交換器（１０１）と、
重留分出口ポート（５５）からエンジン燃料入口（１１３）へ流れる重留分燃料と、主燃料タンク（５１）／蒸留塔（３３）間の流路から流れる供給燃料との間で熱交換が行なわれ、供給燃料が蒸留塔（３３）へ入る前に予熱され、所要蒸発エネルギーが低減されるように、重留分出口ポート（５５）／蒸留塔組立体（３１）で作られた重留分燃料を貯蔵するタンク画室（９７）間の液体流路と、主燃料タンク（５１）／燃料供給ポート（４９）間の液体流路とに配置された熱交換器（１０１）のうちの１つを特徴とする、請求項１から請求項４、又は請求項６から請求項８までのいずれか１項に記載された燃料システム。
【請求項１３】
前記エンジンが、可変点火時期を有するエンジン点火組立体と、排気ガス触媒コンバータ（１５３）を有する排気組立体とを含んでおり、前記燃料システムが、更にプログラムを記憶するメモリ（１４５）を備えたエンジン制御装置（１４３）を特徴とし、該プログラム（１７４）が、
始動・ウォームアップ時、エンジン燃料入口（１１３）内へ噴射されるように、２次軽留分燃料を選択する作業と、
排気ガス触媒コンバータ（１５３）へ流入する排気の温度を高めて、触媒のウォームアップを促進させるために、２次軽留分燃料の選択に応答してエンジン点火時期を遅らせる作業と、
正規作動時、エンジン燃料入口（１１３）内へ噴射されるように、１次燃料を選択する作業と、
重留分燃料で強化された１次燃料の選択に応答して、点火時期を早めることによってエンジントルクを高める作業とを実施する指令を含む、請求項１から請求項４まで、又は請求項６から請求項８までのいずれか１項に記載された燃料システム。
【請求項１４】
燃料入口を有するエンジン用の燃料分留システムにおいて、
揮発性２次軽留分燃料を生成するために、液状燃料を蒸留する蒸留塔（３３）を含む蒸留塔組立体（３１）を特徴とし、該蒸留塔（３３）が、
上端部（４３）、下端部（４５）、これらの間に延びる中間部（４７）を有するハウジング（４１）と、
ハウジング（４１）の中間部（４７）から延び、蒸留のため、主燃料タンク（５１）から、軽留分燃料成分と重留分燃料成分とを含む供給燃料を受け取るように配置された供給燃料ポート（４９）と、
ハウジング（４１）の上端部（４３）から延び、蒸留された軽留分燃料成分の放出が可能なように配置された軽留分出口ポート（５３）と、
ハウジング（４１）の下端部（４５）から延び、重留分燃料成分の放出が可能なように配置された重留分出口ポート（５５）と、
供給燃料を少なくとも部分的に蒸発させることで、供給燃料を軽留分燃料成分と重留分燃料成分とに分留するために、ハウジング（４１）の下端部（４５）に隣接配置された蒸発モジュール（６１）と、
軽留分出口ポート（５３）を出る燃料が、事実上、体積での軽留分燃料成分となるように、重留分燃料成分を凝縮させるために、ハウジング（４１）の上端部（４３）に隣接配置された凝縮モジュール（６３１）とを含む、燃料入口を有するエンジン用の燃料分留システム。
【請求項１５】
前記蒸留塔（３３）が、更に熱伝導性の多孔材料製３次元塔を有する充填塔（６５）を含み、該充填塔が、ハウジング（４１）内の、蒸発モジュール（６１）と凝縮モジュール（６３）との間に配置され、燃料の蒸留を促進させ、
軽留分燃料ポート（５３）を出る燃料成分が、炭素数６以下の約８０‐１００％の炭化水素である、請求項１４に記載された燃料分留システム。
【請求項１６】
軽留分出口ポート（５３）を出る燃料が約７０°Ｃ未満の沸点を有し、軽留分出口ポート（５３）を出る燃料の１次成分がイソペンタンであり、
前記燃料分留システムが、更に、制御装置（７１）、すなわち、蒸発モジュール（６１）により供給燃料の蒸発を制御することで、軽留分燃料と重留分燃料各成分への供給燃料分留を制御するように配置され、かつまた軽留分出口ポート（５３）を出る燃料が、事実上、体積での軽留分燃料成分となるように、凝縮モジュール（６３）による重留分燃料成分の凝縮を制御するように配置された制御装置（７１）を特徴とする、請求項１５に記載された燃料分留システム。
【請求項１７】
前記蒸留塔（３３）が、更に、
蒸発モジュールの燃料圧力を検出するように配置された蒸発モジュール圧力センサ（７３）と、
蒸発モジュールの燃料温度を検出するように配置された蒸発モジュール温度センサ（７５）と、
凝縮モジュールの燃料圧力を検出するように配置された凝縮モジュール圧力センサ（７７）と、
凝縮モジュールの燃料温度を検出するように配置された凝縮モジュール温度センサとを含む、請求項１４から請求項１６までのいずれか１項に記載された燃料分留システム。
【請求項１８】
更に、前記制御装置（７１）、それも、軽留分燃料成分と重留分燃料成分とに供給燃料を分留するさい、蒸発モジュール（６１）による供給燃料の蒸留を制御するための、かつまた、軽留分出口ポート（５３）から出る燃料が、事実上、体積での軽留分燃料成分となるように、凝縮モジュール（６３）による重留分燃料成分の凝縮を制御するための制御装置（７１）を特徴とし、該制御装置（７１）が、メモリ（８３）とメモリに記憶され指令を含むプログラム（８５）とを有し、該指令により、制御装置（７１）が次の作業、すなわち、
蒸発モジュールの燃料圧力と燃料温度各々を表す信号を受信する作業と、
蒸発モジュール燃料圧力と燃料温度各々を表す信号に応答して、蒸発モジュール（６１）に加えられるエネルギー量を制御する作業と、
凝縮モジュールの燃料圧力と燃料温度各々を表す信号を受信する作業と、
凝縮モジュール燃料圧力と燃料温度各々を表す信号に応答して、凝縮モジュール（６３）から抽出されるエネルギー量を制御する作業とを行う、請求項１７に記載された燃料分留システム。
【請求項１９】
蒸留塔（３３）が、更に、次の少なくとも１つ、すなわち軽留分燃料の濃度又は比重を検出するために配置された凝縮モジュール濃度センサを含み、それにより、軽留分出口ポート（５３）から出る燃料の軽留分体積の質が検出され、
前記制御装置（７１）が、蒸発モジュールの燃料圧力と燃料温度とに応答して、蒸発モジュール（６１）に向けられるエネルギー量を制御し、
前記制御装置（７１）が、凝縮モジュールの燃料圧力と、凝縮モジュールの燃料温度と、軽留分出口ポート（５３）から出る軽留分燃料の濃度又は比重とに応答して、凝縮モジュール（６３）から抽出すべきエネルギー量を制御する、請求項１７に記載された燃料分留システム。
【請求項２０】
蒸留塔組立体（３１）により生成された軽留分燃料を貯蔵するための軽留分タンク（９５，９５´）と、
軽留分出口ポート（５３）／軽留分タンク（９５，９５´）間に延びる軽留分燃料管路（９３）と、
軽留分燃料管路（９３）内の軽留分燃料を軽留分タンク（９５，９５´）へ入る前に凝縮させるために、軽留分燃料管路（９３）及び軽留分タンク（９５，９５´）と流体連通するように配置された軽留分燃料頭上凝縮器（９１）とを特徴とする、請求項１４から請求項１６までのいずれか１項に記載された燃料分留システム。
【請求項２１】
更に、軽留分タンク（９５，９５´）に貯蔵するために、第１軽留分燃料管路（９３）内の軽留分燃料を圧縮する目的で第１軽留分燃料管路（９３）及び軽留分タンク（９５，９５´）と流体連通するように配置された軽留分燃料圧縮器（９１）を特徴とする、請求項２０に記載された燃料分留システム。
【請求項２２】
更に、蒸留塔組立体（３１）により生成された軽留分燃料を貯蔵するための軽留分タンク（９５，９５´）と、
軽留分タンク（９５，９５´）／エンジン燃料入口（１１３）間に延びる軽留分燃料管路（１１５）と、
軽留分燃料をエンジン燃料入口（１１３）内へ噴射するために軽留分燃料管路（１１５）と流体連通している専用燃料噴射器（１１１）とを特徴とする、請求項１４から請求項１６までのいずれか１項に記載された燃料分留システム。
【請求項２３】
エンジン燃料入口（１１３）が燃料噴射器（１２１）を含み、前記燃料分留システムが、更に、
主燃料タンク（５１）／蒸留塔（３３）の燃料供給ポート（４９）間に延びる供給燃料管路（１２２）と、
主燃料タンク（５１）又は燃料供給管路（１２２）と１次燃料をエンジン燃料入口（１１３）内へ噴射する燃料噴射器（１２１）間に延びる１次燃料管路（１２３）と、
重留分出口ポート（５５）と次の１つ、すなわち重留分専用タンク画室（９７）又は１次燃料管路のタップ（１２９）間に延びる重留分燃料管路（１２５）とを特徴とする、請求項１４から請求項１６までのいずれか１項に記載された燃料分留システム。
【請求項２４】
更に、蒸留塔組立体（３１）により作られた軽留分燃料を貯蔵するための軽留分タンク（９５，９５´）と、
軽留分燃料出口ポート（５３）／軽留分タンク（９５，９５´）間に延びる第１軽留分燃料管路（９３）と、
軽留分タンク（９５，９５´）／エンジン燃料入口（１１３）内へ軽留分燃料を噴射する噴射器（１２１）間に延びる２次軽留分燃料管路（１３１）と、
燃料噴射器（１２１）へ燃料を導通させるために、２次軽留分燃料管路又は１次燃料管路（１２３）を選択する命令信号に応答して、２次軽留分燃料管路（１３１）、１次燃料管路（１２３）、燃料噴射器（１２１）と流体連通する燃料タイプ選択弁（１４１）とを特徴とする、請求項２３に記載された燃料分留システム。
【請求項２５】
エンジンの始動命令又は停止命令に応答して、２次軽留分燃料管路（１３１）又は１次燃料管路（１２３）を選択するように燃料タイプ選択弁（１４１）に命令信号を送るエンジン制御装置（１４３）を特徴とし、前記２次軽留分燃料管路（１３１）が、始動及びウォームアップ作業時に軽留分燃料供給のために選択され、１次燃料管路（１２３）が、正規の暖機運転のための供給燃料を送るために選択される、請求項２４に記載された燃料分留システム。
【請求項２６】
前記エンジン制御装置（１４３）が、メモリ（１４５）と、メモリに記憶され、かつ指令を含むプログラム（１４７）とを含み、該指令が実施された場合、エンジン制御装置（１４３）は、停止命令に応答して、２次軽留分燃料管路（１３１）を選択する作業を行い、燃料噴射器（１２１）と、燃料噴射器（１２１）／燃料タイプ選択弁（１４１）間の燃料管路とから供給燃料を一掃し、それによって、次の始動作業時に軽留分燃料の供給が最大化される、請求項２５に記載された燃料分留システム。
【請求項２７】
更に、重留分燃料を主燃料タンク（５１）へ戻す前に冷却することで温燃料からの蒸発排出物が低減され、かつ供給燃料を蒸留塔（３３）へ送入する前に予熱することで所要蒸発エネルギーが節減されるように、熱交換を、重留分出口ポート（５５）から主燃料タンク（５１）へ流れる重留分燃料と、主燃料タンク（５１）／蒸留塔（３３）間の流路からの供給燃料との間で行う目的で、重留分出口ポート（５５）／主燃料タンク（５１）間の流路と、主燃料タンク（５１）／燃料供給ポート（４９）間の液体流路とに配置された熱交換器（１０１）を特徴とする請求項１４から請求項１６までのいずれか１項に記載された燃料分留システム。
【請求項２８】
更に、蒸留塔組立体（３１）により作られた重留分燃料を蓄えるための重留分タンク画室（９７）と、
重留分燃料を重留分タンク画室（９７）へ送る前に冷却することで温燃料からの蒸発排出物を低減し、かつ供給燃料を蒸留塔（３３）へ送入する前に予熱することで所要蒸発エネルギーを節減するために、熱交換が、重留分出口ポート（５５）から重留分タンク画室（９７）へ流れる重留分燃料と、主燃料タンク（５１）／蒸留塔（３３）間の流路から流れる供給燃料との間で行われるように、重留分出口ポート（５５）／蒸留塔組立体（３１）により作られた重留分燃料を蓄えるタンク画室（９７）間の液体流路と、主燃料タンク／燃料供給ポート（４９）間の液体流路とに配置された熱交換器（１０１）とを特徴とする、請求項１４から請求項１６までのいずれか１項に記載された燃料分留システム。
【請求項２９】
更に、重留分出口ポート（５５）からエンジン燃料入口（１１３）へ流れる重留分燃料と、主燃料タンク（５１）／蒸留塔（３３）間の流路からの供給燃料との間で熱交換を行って、供給燃料蒸留塔（３３）に入る前に予熱することで、所要蒸発エネルギーが節減されるように、重留分出口ポート（５５）／エンジン燃料入口（１１３）間の液体流路と、主燃料タンク（５１）／燃料供給ポート（４９）間の液体流路とに配置された熱交換器（１０１）を特徴とする、請求項１４から請求項１６までのいずれか１項に記載された燃料分留システム。
【請求項３０】
燃料を分留する方法において、該方法が、
揮発性の２次軽留分燃料を生成するために液体燃料を蒸留する蒸留塔（３３）、それも、蒸留塔（３３）の上端部（４３）から延び、蒸留された軽留分燃料を放出できるよう配置された軽留分出口ポート（５３）と、蒸留塔（３３）の下端部（４５）から延び、重留分燃料を放出できるように配置された重留分出口ポート（５５）とを備えた蒸留塔（３３）を含む蒸留塔組立体（３１）を得る段階と、
軽留分燃料成分と重留分燃料成分とを含む供給燃料を蒸留塔（３３）へ供給する段階と、
軽留分燃料成分と重留分燃料成分への供給燃料の分留を促進するために、蒸留塔（３３）内で供給燃料の少なくとも一部を蒸発させる段階と、
軽留分出口ポート（５３）から出る蒸発燃料が、事実上、体積での軽留分燃料成分となるように重留分燃料成分を凝縮させるために、軽留分出口ポート（５３）から蒸発燃料が出る前に、蒸発燃料の一部を凝縮モジュール（６３）によって凝縮させる段階とを特徴とする、燃料を分留する方法。
【請求項３１】
更に、蒸留塔（３３）内へ送られる供給燃料と、蒸留塔（３３）から出る重留分燃料との間で熱交換が行われる段階を特徴とする、請求項３０に記載された方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本特許出願は、２００６年２月１７日提出の米国仮出願第６０／７７４，６８３号の恩恵及び優先権を請求するものであり、該出願の全体が、ここに引用されることで本明細書に取入れられるものである。
【０００２】
本発明は、エンジン工業、特に燃料により動力を得るエンジンの燃料システム、更に具体的に言えば、車両の炭化水素排出量を低減する燃料システム及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
１９４２年という早い時期以来、特に自動車の密度の高い都市の地域では、内燃機関による空気の汚染が、自動車社会の望ましくない結果として認識されてきた。内燃機関からの排出物は、幾つかの発生源から発生し、エンジンの種類、作動点、条件、設計、燃料の揮発性に依存して量と組成双方がかなり変動することがある。何らかの形式の排出物制御装置を備えていないエンジンの場合、排出物の２０−２５％がクランクケースの通気から生じ、６０％が排気から、残りが、主として燃料タンクからの蒸発損失によると見積もられてきた。内燃機関の排気には、種々の量の不完全燃焼の炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物が含有されている。
【０００４】
この何年かの間、研究者は、広範囲にわたって排気の排出を低減する様々な手段を研究してきた。この研究は極めて実り多いものだった。結果として、現在の自動車は、１０年ほど前の自動車に比較すると、望ましくない物質の排出量は僅かに過ぎない。そうした非常な進歩がなされはしたが、更なる改良が望ましい。連邦の標準は排出物の更なる低減を要求し続けている。排気排出物の更なる低減を達成する上での主な障害は、現在の自動車の場合、炭化水素の排出物の６０−９５％が、自動車のエンジンの冷間始動後、最初の３０−９０秒の間に発生することにある。
【０００５】
出願人は、エンジンの低温時に過剰な炭化水素排出を助長する幾つかの要因があることに気づいた。主な要因の１つは、始動温度（すなわち３０°Ｃ未満）での十分な燃料の気化が乏しいことである。安定的な燃焼を達成するには、クランク動作時及びウォームアップ時に十分な過剰燃料供給が必要である。過剰燃料供給を行えば、エンジンからの炭化水素排出量は増大する。この問題は、十分に過剰燃料供給した場合は、更に大きくなる。なぜなら、排気システムの触媒（すなわち触媒コンバータ）は、冷間始動後１−２分は最適作動温度に達しないため、始動時の十分な過剰燃料供給の結果として含有される不完全燃焼の燃料の全部は酸化しきれないからである。
【０００６】
過去において、ウォームアップ段階にエンジンを液状石油ガス又はガス状２次燃料で作動させ、正規運転温度に達した後、ガソリンに切り替えることで、ウォームアップ段階を不要にすることが試みられた。この構想は、例えばトラクタその他の機械に利用された。これらの機械は、主タンク内の燃料とは異なる第２の種類の燃料を入れた別個のタンクを備えている。その場合、燃料供給は、手動操作式の小コックで選択される。だが、このシステムは、いささか非実用的であることが判明した。なぜなら、使用者は、２つのタンクに燃料充填する必要があり、車両内へガス状燃料を分与する供給網は比較的まばらだからである。加えて、使用者は、新しい操作を学び、かつ新しい安全処置に慣れねばならない。いずれも、使用者にとっては、概して受け入れがたいものである。
【０００７】
２種類の別の燃料と２個の別の燃料タンクの使用が厄介で非実用的なことから、別のシステムが開発された。それらのシステムでは、単一燃料が２成分に分離され、一方の成分が他方の成分より揮発性が高い。これらのシステムには、しかし、依然として不都合な点があり、それらの不都合な点には、始動時に燃料管路に残る１次燃料を先ず使用せねばならないこと、エンジン始動に望ましくない遅れが生じること、付加的な又は複雑な加圧・加熱システムを要すること、揮発性燃料を効率的に生成すること、燃料タンクの不都合な加熱により蒸発排出物が増加すること、及び／又は複雑かつ高価な構成要素が使用されていることが含まれている。
【０００８】
米国特許第６，１１９，６３７号に記載され、譲受人に譲渡されたマシューズほか（Ｍａｔｔｈｅｗ  ｅｔ  ａｌ．）による搭載蒸留システム（ＯＢＤＳ）は、「始動時における炭化水素吸入低減用の搭載ガソリン蒸留装置」と題され、該特許の全体が、ここに引用することで本明細書に取り入れられるが、該特許は、ガソリン又はガソリン／アルコール混合物から、始動・ウォームアップ時専用の高揮発性２次燃料を抽出するために、蒸気分離器を使用ことで、かつまたエンジンの再始動前に、この２次燃料を燃料管路から一掃することで、冷間始動の排出物問題に対処すべく開発されたものである。ＯＢＤＳは、２次燃料内の、体積での所望成分量が、従来システムで得られる２０−２５％から最大約５０％程度まで増加すると見なされていた。この特別な２次始動燃料は、始動時に過剰燃料供給を不要にする助けとなった。しかし、このシステムは、主として、燃料タンクへの戻し管路を備えたエンジンの燃料システム用に開発されたものだった。更に、このシステムは、一般に、蒸気分離器の１回目の通過では抽出されなかった付加的な２次燃料を更に抽出するために、１次燃料をリサイクルさせるように構成されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、出願人は、８０−１００％の所望成分量の組成を有する２次燃料生成するために、より効率的に燃料を異なる成分に分離する、より簡単かつ安価なシステムの必要を認識し、該システムにより、エンジン始動時に改良空気・燃料混合物が得られ、触媒の加熱が高められ、所要作動エネルギーが低減され、蒸発排出物の固有の増加が低減され、結果として、従来システム以上に炭化水素の総排出量が低減される。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
既述のことから分かるように、本発明の実施例は、燃料分留システム（ＦＦＳ）及び関連方法を提供するが、このシステム及び方法により、搭載蒸留システム（ＯＢＤＳ）は発展させられ、かつ燃料を効率的に異なる成分に分離して２次燃料を生成する、より簡単かつ安価なシステムが得られる。２次燃料は、炭素数６以下の炭化水素８０−１００％の体積での組成を有するのが好ましい。また、このシステムは、エンジン始動時に改良された空気・燃料混合物を供給でき、触媒コンバータの加熱強化（したがって、より効率的）が見込まれ、所要作動エネルギーが低減でき、蒸発排出物の固有の増加を低減でき、結果として、炭化水素の総排出量を低減できる。
【００１１】
より具体的に言えば、本発明の実施例により、燃料入口を有するエンジンのための燃料システムが提供される。この燃料システムは、エンジンに１次燃料を供給する主燃料タンクと、液体燃料を蒸留して揮発性軽留分２次燃料を生成するための蒸留塔組立体と、制御装置とを含み、該制御装置が、蒸留塔内の供給燃料の蒸発を制御するように配置され、それにより軽留分燃料成分と重留分燃料成分へ供給燃料の分留が制御され、かつまた軽留分出口ポートを出る燃料が、事実上、体積での軽留分燃料成分となるように、重留分の凝縮を制御すべく配置されている。
【００１２】
この蒸留塔組立体は、上端部と、下端部と、これら両端部間に延在する中間部とを有するハウジングを含んでいる。燃料供給ポートは、ハウジング中間部を貫通して延び、蒸留のため、主燃料タンクから供給燃料を受け取るように配置されている。供給燃料は、軽留分燃料と重留分燃料との両成分を含んでいる。軽留分の出口ポートは、ハウジング上端部を貫通して延び、蒸発軽留分燃料の流出を可能にする位置に設けられている。重留分の出口ポートは、ハウジング下端部を貫通して延び、重留分燃料の放出が可能な位置に設けられている。
【００１３】
ハウジング下端部に隣接して蒸発モジュールが配置され、少なくとも部分的に供給燃料を蒸発させることで、供給燃料を軽留分燃料と重留分燃料との成分に分離する作業を促進させる。ハウジング上端部に隣接して凝縮モジュールが配置され、重留分燃料を凝縮させることで、軽留分出口ポートを出る燃料は、事実上、体積での軽留分燃料となる。ハウジング内には、蒸発モジュールと凝縮モジュールとの間に、例えば多孔金属製の３次元塔を含む充填塔が配置され、燃料の蒸留が促進される。多孔金属より得られる高い効率の表面区域は、蒸留塔内での再循環を促進させる結果を生み、蒸留塔頂部の軽蒸気の濃度を改善し、かつ底部での重燃料成分の濃度を改善する。
【００１４】
制御装置は、蒸発モジュールによる供給燃料の蒸発を制御し、かつ凝縮モジュールによる底部の重燃料又は重留分成分の凝縮を、種々のセンサよりの入力に応じて制御する。この制御装置は、蒸留塔の底部が、目標温度及び目標圧力で塔内に蒸気が発生するような加熱速度で加熱されよう保証し、かつ蒸留塔の頂部が冷却されることで、目標温度及び目標圧力で凝縮が行われ、その結果、適当かつ所望の特性を有する２次燃料が生成されるように保証する。
【００１５】
このシステムは、また熱交換器を含み、これにより蒸留塔の供給燃料流が予熱され、蒸留塔底部から出る高温の重燃料流が冷却される。熱交換器は、好ましくは２つの大きな仕事を行うことができる。第１は、主燃料タンクへ、より低い温度の燃料を送ることで主燃料タンク内での蒸発排出物の増加を抑えるように補助することである。第２は、通常、主燃料タンクその他へ送られる熱を回収することで、そうでなければ蒸留塔内で用いる必要のあるエネルギーを保存できることである。
【００１６】
本発明の別の実施例によれば、燃料入口を有するエンジン用の燃料分留システムが提供される。該システムは、エンジンに１次供給燃料を供給する主燃料タンクと、１次供給燃料の一部から揮発性２次軽留分燃料を生成させるために燃料を蒸留する蒸留塔組立体とを含むことができる。該蒸留塔組立体は、ハウジングを有する蒸留塔を含むことができ、該ハウジングは、上端部と、下端部と、その間に延びる中間部と、ハウジング中間部を貫通して延び、蒸留のために主燃料タンクから供給燃料を受取るように配置された燃料供給ポートとを有している。軽留分燃料の出口ポートは、ハウジング上端部を貫通して延び、蒸留された軽留分燃料を放出できるように配置される。重留分燃料の出口ポートは、ハウジング下端部を貫通して延び、重留分燃料を放出できるように配置される。蒸発モジュールは、ハウジング下端部に隣接配置され、供給燃料を少なくとも部分的に蒸発させて、供給燃料を軽留分燃料成分と重留分燃料成分とに分留し、凝縮モジュールは、ハウジング上端部に隣接配置され、重留分燃料成分を凝縮させることで、軽留分燃料出口ポートから出る燃料が、事実上、体積での軽留分燃料成分となる。蒸発、凝縮両モジュールの協働により、適切な目標特性を有する２次燃料が産生される。
【００１７】
本発明の実施例は、また燃料を分留する方法を提供する。例えば、燃料分留の方法は、液体燃料を蒸留して揮発性２次軽留分燃料を生成する蒸留塔を含む蒸留塔組立体を得る段階を含むことができる。該蒸留塔は、軽留分燃料出口ポートを含むことができ、該出口ポートは、蒸留塔組立体の上端部を貫通して延び、かつ蒸留された軽留分燃料を放出できるように配置される。前記蒸留塔は、また重留分燃料の出口ポートを含むことができ、該出口ポートが、蒸留塔組立体の下端部を貫通して延び、重留分燃料の放出を可能にするように配置される。この方法は、また蒸留塔に供給燃料を供給する段階と、軽留分燃料と重留分燃料とへの供給燃料の分離を促進するため、蒸留塔内の供給燃料の少なくとも一部を蒸発させる段階と、軽留分燃料出口ポートを出る蒸発燃料が、事実上、体積での軽留分燃料となるように重留分燃料を凝縮させるために、蒸発燃料が軽留分燃料出口ポートから出る前に、蒸発燃料の一部を凝縮モジュールによって凝縮させる段階とを含むことができる。この方法は、また蒸留塔に供給される供給燃料と、蒸留塔を出る重留分燃料との間で熱交換を行う段階を含むことができる。
【００１８】
好ましくは、本発明の実施例はＦＦＳを提供し、関連する方法は、ＯＢＤＳの発展形式であり、したがって、ＯＢＤＳに対し、例えば性能、使用の利便性、パッケージの点で著しい改良点を含んでいる。例えばガソリンにより動力を得るエンジン用の始動燃料を生成させる搭載ＦＦＳ及び方法により、好ましくは、（１）コンパクトなパッケージや、（２）より効率的で迅速な分離が可能になり、（３）例えば蒸留塔は、通常、ＯＢＤＳで行われるように、エンジン冷却液によって加熱される必要がないので、完全に暖機作動温度に達するまで待つ必要がなく、（４）直接、エンジンによって消費可能な底部液体燃料をＦＦＳから得ることができる。本発明の実施例では、また主燃料タンクへ戻る温燃料からの高い蒸気排出の恐れを除去又は低減でき、かつ点火時期の促進と高オクタンの底部液状燃料の消費との組合わせによりエンジン出力も高められるのが好都合である。ＦＦＳによる軽留分２次燃料は、標準ガソリンより穏やかな温度（２１°Ｃ−２７°Ｃ）で少なくとも５倍の蒸発が期待でき、その結果、触媒コンバータのライト−オフ（ｌｉｇｈｔ−ｏｆｆ）時間が低減され（少なくとも５０％）、かつ炭化水素排出物が約８０−９０％以上低減する。
【００１９】
以下で明らかにされる本発明の特徴及び利点、並びにその他の事柄が、より具体的に理解されるように、以上に簡単に要約した本発明を、本明細書の一部である添付図面に示した実施例を参照して、以下で更に詳しく説明する。しかし、注意すべきことは、図面は本発明の種々の具体例を示したものに過ぎず、したがって本発明の範囲を制限するものではなく、本発明の範囲には、他の有効な実施例も含まれている。
【００２０】
以下で、本発明を、本発明の実施例が示されている添付図面を参照して、更に詳しく説明する。本発明は、しかし、多くの異なる形式に具体化でき、ここに図示する実施例に限定されるものと解すべきではない。むしろ、これらの実施例は、本明細書の開示を遺漏のない完全なものにし、当業者に対し本発明の範囲を完全に伝えるようにする意図のものである。図面では、全体を通じて、類似の部材には類似の符号が付されている。プライム記号が、用いられている場合は、別の実施例での同様の部分を指すものである。
【００２１】
提供されるのは燃料分留システム（ＦＦＳ）であるが、このシステムは、搭載蒸留システム（ＯＢＤＳ）の発展形式である。ＦＦＳの種々の実施例は、ＯＢＤＳ及び他の燃料システムとは、多くの重要な点で異なっている。図１Ａ−図１１は、ＦＦＳ及び方法実施例を示し、かつ特にＯＢＤＳと比較した場合の、それらの相違点の幾つかを強調する助けとなるものである。主な相違点は、主要なシステム構成要素及び処置、例えば燃料供給、蒸留、頭上凝縮器／圧縮器、重燃料部分の性質、熱回収、燃料利用等の検証により、最もよく説明される。以下で、これらを説明する。
【００２２】
燃料供給
例えば図１Ａ−図１Ｃは、典型的なＯＢＤＳ燃料システム（図１Ｂ）と、ＦＦＳの実施例（図１Ｃ）との燃料供給設計の相違を示し、参考までに基本構成（図１Ａ）が示されている。図示の実施例によれば、ＦＦＳは、燃料供給流の一部を捕集し、ＯＢＤＳは、燃料戻り流の全部を捕集する。結果として、ＦＦＳは、従来式システム及び戻りなしの燃料システム双方に適している。ＯＢＤＳは、概して、主燃料タンクへ燃料を戻す形式の燃料システムとだけ使用できる。ＦＦＳの燃料生産高は、往々にしてＯＢＤＳより遥に低い。したがって、ＦＦＳでは、所要エネルギー入力がＯＢＤＳより遥に低く、より小型の構成要素と、よりコンパクトな設備とが可能である。そうしたＦＦＳの小型構成要素は、燃料タンクを収容する車両部分に、より容易に配置できる利点がある。
【００２３】
蒸留
以下で、より詳しく説明するように、蒸留塔組立体３１は、液状燃料を蒸留するために備えられ、揮発性２次軽留分燃料を生成する。ＦＦＳとＯＢＤＳとの大きな違いの１つは、ＦＦＳが蒸留塔３３を用いて軽部分又は軽留分燃料と重部分又重留分燃料とを分留するのに対し、ＯＢＤＳは、通常、簡単なフラッシュ・ドラムを使用する点である。蒸留塔３３により、従来式の又はＯＢＤＳの蒸発チャンバ以上に高い分離能を得ることができる。例えば、ＯＢＤＳは、２次燃料内の所望成分の体積量を、従来システムに比して２０−２５％から最大約５０％ほど増加させるとされる。ＦＦＳ蒸留塔３３の場合は、その進んだ設計の結果、所望成分の著しい増加が見られ、その増加率は、元になる供給燃料の組成、環境条件、蒸留塔３３の内部構成に応じて約８０−１００％に達する。
蒸留塔３３は多くの形式に設計できるが、ＦＦＳは特定の設計に限定されない。つまり、以下で、例えば図２−図５に略示したＦＦＳ蒸留塔３３の具体的な設計の細部は、説明目的のものに過ぎない。
【００２４】
蒸留原理について簡単に説明しておくのが、ＦＦＳ開発の理解を高めるのに適切だろう。蒸留は、相平衡と重量法による分離との原理に基づいている。通常の蒸発チャンバでは、液相と気相とが、液−気平衡に近づくように密に接触させられる。蒸発チャンバの底部は加熱されるが、頂部は加熱されないままである。頂部の温度がより低いため、平衡が変化し、それによって、蒸発チャンバの頂部を出る気相には最も軽い化合物のみが含まれることになる。液層に集中するより重い成分は、チャンバの底部に降下し、そこで、より高い温度のため、平衡が加速されることで、最も重い化合物が、蒸発チャンバ底部の液体内に集中する。同時に、より軽い化合物は、蒸発チャンバ底部の混合物から沸騰蒸発する。軽い部分又は軽留分成分は蒸留塔上方へ流れ、重い部分、つまり重留分成分は下方へ流れる。実際には、供給燃料成分は蒸発チャンバ内に分配されるので、最低と最高の沸点を有する成分が各々、蒸留塔の頂部と底部とに集中する。軽い成分の蒸気は、凝縮されて蓄えられ、重い成分は排除される。蒸発チャンバの底部での反復加熱に続く頂部近くでの凝縮の結果、蒸発チャンバ底部に重い成分が集中する。
【００２５】
図２及び図３に示した蒸留塔組立体３１は、断熱ハウジング４１を含み、該ハウジングは、上端部４３と、加端部４５と、両端部間に延びる中間部４７とを有し、更に、燃料供給ポート４９を備え、該供給ポートが、ハウジング４１の中間部４７に設けられ、主燃料タンク５１（例えば図６−図８参照）から蒸留用の供給燃料を受け取るように配置されている。供給燃料には、軽留分燃料と重留分燃料の両成分が含まれている。軽留分燃料の出口ポート５３は、ハウジング４１の上端部４３を貫通して延び、蒸留された軽留分燃料を放出できるように配置されている。重留分燃料の出口ポート５５はハウジング４１の下端部４５を貫通して延び、重留分燃料を放出できるように配置されている。特に、ポート４９，５３，５５は中央位置に配置されているが、本発明の種々の実施例の枠内で、種々の別の構成も可能である。
【００２６】
ハウジング４１の下端部４５に隣接して蒸発モジュール６１が配置され、少なくとも部分的に、好ましくは事実上完全に、供給燃料を蒸発させ、それにより軽留分燃料と重留分燃料への供給燃料の分留が促進される。蒸発モジュール６１用の熱源は、例えば電気抵抗、熱電ヒートポンプ（例えば図２参照）等の事実上連続的に利用可能な手段、又は当業者に周知の別の手段でよい。あるいはまた、エンジンが正規の作動状態で機能している時にのみ利用可能な手段、例えば車両の空調（圧縮機系）等の蒸気圧縮ヒートポンプ６７（例えば図５参照）、エンジンの冷却液、エンジンの排気、その他当業者に周知の手段でもよい。
【００２７】
ハウジング４１の上端部４３に隣接して凝縮モジュール６３が配置され、重留分燃料を凝縮させることで、軽留分燃料出口ポート５３から出る燃料は、事実上、体積での軽留分燃料成分である。頂部と底部との間の所要温度勾配を作り出しているのが、頂部４３でのこの冷却である。凝縮モジュール６１の冷却源は、例えば、強制対流を引き起こすファン、熱電ヒートポンプ（例えば図２参照）等の事実上連続的に利用可能な手段か、又は当業者に周知の他の手段でよい。あるいはまた、エンジンが正規の作動条件下で機能している時にのみ利用可能な手段、例えば、車両の空調（蒸発器系）等の蒸気圧縮ヒートポンプ６７（例えば図５参照）でよい。
【００２８】
３次元充填塔６５は、例えば金属繊維マトリックス等の多孔金属やスチール・ウール等の熱伝導性パッケージ材料で作られるか、又は当業者には周知の他の熱伝導性材料で作られ、ハウジング４１内の、蒸発モジュール６１と凝縮モジュール６３間に配置されており、燃料蒸留を促進させる。熱伝導性のパッケージ材料により得られる表面積の結果、蒸留塔内の再循環が強化され、頂部での軽燃料成分の蒸気と、底部での重燃料成分の蒸気との濃度が改善される。
図４に示すように、蒸発モジュール６１により供給燃料の蒸発を制御するために、制御装置７１が備えられ、それにより供給燃料が軽留分燃料と重留分燃料とに分離され、かつ凝縮モジュール６５により重留分燃料の濃度が制御されることで、軽留分燃料出口ポート６３を出る燃料は、事実上、体積での軽留分燃料となる。好ましくは、制御装置７１により、蒸留塔３３内に目標温度及び目標圧力の蒸気が発生するような加熱速度での蒸留塔３３の底部４５の加熱が保証され、かつ冷却目標温度及び目標圧力で凝縮が行われるように、蒸留塔３３の頂部４３が冷却されることが保証される。
【００２９】
図３及び図４に示すように、蒸留塔組立体３１は、蒸発モジュール燃料圧力を検出するように配置された蒸発モジュール圧力センサ７３と、蒸発モジュール燃料温度を検出するように配置された凝縮モジュール温度センサ７５と、凝縮モジュール燃料圧力を検出するように配置された凝縮モジュール圧力センサ７７と、凝縮モジュール燃料温度を検出するように配置された凝縮モジュール温度センサ７９とを含むことができる。蒸留塔組立体３１は、また次のもの、すなわち、軽留分燃料の密度又は比重の少なくとも１つを検出するように配置された密度センサ８１を含むことができ、それにより、軽留分燃料出口ポート５３から出る燃料の軽留分燃料の体積の質が検出される。
【００３０】
したがって、本発明のこの実施例により、制御装置７１は、蒸発モジュール燃料圧力と蒸発モジュール燃料温度とに応答して、蒸発モジュール６１に与えられるエネルギー量を制御する一方、凝縮モジュールの燃料圧力と、凝縮モジュール燃料温度と、軽留分燃料出口ポート５３から出る軽留分燃料の密度又は比重とに応答して、凝縮モジュール６３に与えられるエネルギー量を制御する。制御装置７１は、メモリ８３と、該メモリに記憶され、指令を含むプログラム８５とを含むことができ、該指令が実施される場合、制御装置７１は、先述の信号の入力に応答して、蒸発モジュール及び凝縮モジュール６１，６３を制御する作業を行う。
【００３１】
本発明の一実施例により、蒸留塔３３を、底部４５での確実制御式加熱と頂部４３での確実制御式冷却とを組合わせ、かつ底部と頂部間に十分な表面積を有するパッケージ６５を使用するよう構成した結果、軽留分燃料の出口ポート５３を出る燃料は、事実上、炭素数６以下の、例えば約７０°Ｃ未満の平均沸点を有する例えば約８０−１００％のレベルまでの炭化水素を有する体積での軽留分燃料成分となる。本発明の一実施例では、軽留分燃料出口ポート５３を出る燃料は、主成分として約２８°Ｃの沸点を有するアイソペンタンを含み、したがってエンジン入口内での蒸発潜在能力が高められる。
【００３２】
頭上凝縮器と圧縮器
図６−図８に示すように、ＦＦＳは、能動冷却及び／又は圧縮方式を採用することで、出口ポート５３から出る頭上蒸気流内の軽留分燃料の凝縮及び貯蔵が容易になる。特に、冷却は、例えば熱電冷却素子又は当業者には周知の他の手段を内包し、かつ軽留分燃料出口ポート５３から出る燃料管路９３に沿って該管路に配置された頭上凝縮器９１を介して極めて容易に行うことができる。軽留分の蒸留物タンク９５は、凝縮器９１によって冷却された軽留分燃料を蓄えることができる。この蒸留物タンク９５は、別個のタンク（例えば図６参照）にすることができるが、主燃料タンク５１（例えば図７及び図８参照）内に、又は主燃料タンクに隣接して画室９５´として設けてもよい。
【００３３】
軽留分燃料の一部は比較的穏やかな温度で気体状となり得るので、圧縮器（別個には図示せず）も、燃料管路９３及び蒸留物タンク９５，９５´と流体連通するように配置されるか、又は圧縮器が、代わりに燃料管路及び蒸留物タンクと流体連通するように配置され、燃料は圧縮されて蒸留物タンク９５，９５´内に蓄えられる。本発明のこの実施例では、圧縮器は、頭上凝縮器９１の一部を形成する。本発明の別の実施例では、頭上凝縮器９１は、気体及び液体の成分を含有する流体を圧縮可能な圧縮器に代えられている。
【００３４】
重留分燃料の性質
ＦＦＳにより分離効率が高まると、所定量の供給燃料から発生する底部（重い部分）の燃料が大幅に減少し、発生する底部燃料には、たいてい軽い成分が欠けることになる。ＯＢＤＳ及び従来の燃料システムでは、基本燃料からの軽い成分の分離が幾分不完全なことが判明し、底部液体が、かなりの軽い部分を含有することが判明した。したがって、底部流体は主燃料タンクへ戻すことが望ましかった。実際、通常の構成の場合、かなりの量の始動燃料の蒸留中に、ＯＢＤＳの主燃料タンクの全内容物が、数回、ＯＢＤＳ蒸気分離器を通過させられた。既述の蒸留塔３３は高い効率を有しているため、蒸留塔３３から出口ポート５５から放出される重留分燃料を「再流過」させる利点は概して小さい。したがって、例えば図７に示すように、重い底部燃料、つまり重留分燃料は、主燃料タンク５１の別個の重留分燃料タンク（図示せず）又は画室９７に蓄えられる。別個にタンク又は画室を配置することで、また主燃料タンク５１内の燃料の加熱による蒸発排出物の増加に係わる懸念の除去が助けられる利点が得られる。
【００３５】
エンジンが十分に加熱された後、重留分燃料は、図８に示すように直接に、又は図７に示す、重燃料タンクから延びる燃料管路を介して、エンジンにより消費される。重留分燃料は、エンジンの出力／トルクを高めるため、時期を早めた点火と組合わせることを考慮して、極めて高いオクタン定格を有するのがよいが、それについては更に詳しく後述する。注意すべきは、第１の構成では、エンジンは、正規の完全暖機作動の間、完全に重留分燃料で作動でき、燃料システムは、事実上、主燃料タンク５１の全内容物を軽留分燃料成分と重留分燃料成分とに変換する。第２の構成では、暖機運転の燃料が、主燃料タンクの燃料と重留分燃料との間で主燃料タンク５１に関連する弁（図示せず）によって交互に選択される。重留分燃料を利用する場合の選択の、これとは異なる他の構成も、本発明の範囲内である。
【００３６】
熱回収
ＦＦＳでは、熱交換器１０１の形式の予熱器を使用して、蒸留塔の供給燃料流を予熱し、蒸留塔底部４５から出る高温の重い底部燃料流の冷却が可能である。熱交換器１０１は、２つの主な仕事を行うことができる。第１は、例えば図６に示す構成の場合、熱交換器１０１は、主燃料タンクへ高温燃料を送る結果生じる主燃料タンクの温度上昇による蒸発排出物の増加をめぐる厄介ごとを、冷却された燃料を主燃料タンクへ送ることによって軽減するのに役立つことである。第２は、すべての構成の場合に、そうでなければ蒸留塔３３に供給する必要があるエネルギーを、通常は主燃料タンク５１その他へ送られる熱を回収して保存するのに役立つことである。
【００３７】
図６に示す本発明の実施例では、熱交換器１０１が、重留分の出口ポート５５／主燃料タンク５１間の流路と、主燃料タンク５１／燃料供給ポート４９間の流路とに配置されていることで、熱が、重留分出口ポート５５から主燃料タンク５１へ流れる重留分燃料と、主燃料タンク５１／蒸留塔３３間の流路からの供給燃料との間で交換される。この熱交換により、高温の燃料からの蒸発排出物の低減が助けられ、かつ蒸留塔３３に入る供給燃料の予熱が助けられることで、所要蒸発エネルギーが節約される。供給燃料が熱交換器１０１内を強制通過又は直進させられるための圧力は、主燃料タンクの燃料ポンプ１０３を介して与えられる。また重留分燃料が熱交換器１０１を強制通過か、でなければ直進させられるための圧力は、重留分燃料ポンプ１０５を介して得ることができる。
【００３８】
図７に示す本発明の一実施例によれば、熱交換器１０１が、重留分出口ポート５５と蒸留塔組立体３１により生成された重留分燃料の貯蔵用タンク画室９７との間の液体流路と、主燃料タンク５１／燃料供給ポート４９間の液体流路とに配置され、これにより、熱交換が、出口ポート５５からタンク画室９７へ流れる重留分燃料と、主燃料タンク５１／蒸留塔３３間の流路からの供給燃料との間で行われることで、重留分燃料は、画室９７へ送られる前に冷却される。好ましくは、この熱交換により、高温の燃料に関係する蒸発排出物の低減が助けられ、かつ蒸留塔３３に入る供給燃料の予熱が助けられることで、所要蒸発エネルギーが節減される利点が得られる。
【００３９】
図８に示す本発明の一実施例によれば、熱交換器１０１は、重留分燃料出口ポート５５／エンジン入口間の液体流路と、主燃料タンク５１／供給燃料ポート４９間の液体流路とに配置され、それにより、熱交換が、出口ポート５５からエンジン入口へ流れる重留分燃料と、主燃料タンク５１／蒸留塔３３間の流路からの供給燃料との間で行われ、それにより蒸留塔３３に入る供給燃料が予熱されることで、所要蒸発エネルギーが節減される。
【００４０】
燃料利用
恐らく図９に最もよく示されているように、本発明の一実施例によれば、燃料システムは、エンジン燃料入口１１３内へ軽留分燃料を噴射する単数又は複数の専用燃料噴射器１１１を含んでおり、該燃料入口が、軽留分燃料タンク９５，９５´／エンジン燃料入口１１３間に延びる軽留分燃料管路１１５と流体連通している。この構成は、軽留分の２次燃料を要求に応じて最適利用するものだが、１次燃料の噴射器１２１に加えて、単数又は複数の付加的燃料噴射器１１１の出費を要する。
【００４１】
恐らく図１０から最もよく分かることだが、本発明の別の実施例によれば、燃料システムは、共通の燃料噴射組立体又は燃料噴射器１２１を含むことができる。この構成の場合、エンジン入口１１３内へ１次燃料を噴射するための１次燃料管路１２３が、燃料噴射器１２１／主燃料タンク５１間に延びるか、又は主燃料タンク５１／蒸留塔３３の燃料供給ポート４９間に延びる供給燃料管路１２２から延びるか、又は燃料供給管路１２２の続きである。重留分燃料管路１２５は、重留分出口ポート５５と、主燃料タンク（例えば図６参照）の戻しポート１２７、又は重留分燃料専用のタンク画室９７（例えば図７参照）、又は１次燃料管路内のタップ１２９（例えば図８参照）のいずれかとの間に延びている。燃料システムは、また軽留分燃料タンク９５，９５´と、エンジン入口１１３内へ軽留分燃料を噴射するための燃料噴射器１２１との間に延びる軽留分燃料管路１３１を含んでいる。
【００４２】
燃料タイプ選択弁１４１は、軽留分燃料管路１３１、１次燃料管路１２３、燃料噴射器１２１と、それぞれ流体連通するように配置されている。燃料タイプ選択弁１４１は、当業者には周知の機械式又はソリッドステートの切換え手段を含み、それによって、エンジン制御装置１４３からの指令信号に応答して、軽留分燃料管路１３１又は１次燃料管路１２３を選択し、燃料を共通の燃料噴射器１２１へ送入する。すなわち、マイクロプロセッサか、又は当業者には周知の他の論理素子を含むことができるエンジン制御装置１４３は、始動／停止ボタン１４５、点火キー、その他を介して例えば使用者が発するエンジンの始動又は停止の指令に応答して、燃料タイプ選択弁１４１へ指令信号を送り、軽留分燃料管路１３１か１次燃料管路１２３かを選択できる。軽留分燃料管路１３１は、始動及びウォームアップ時に軽留分燃料を供給するために選択され、一時燃料管路１２３は、正規のエンジン暖機作動用の１次燃料を供給するために選択される。
【００４３】
本発明の一実施例によれば、エンジン制御装置１４３は、メモリ１４５と、メモリ１４３に記憶されたプログラム１４７とを含み、加えて指令を含んでおり、該指令が実施された場合、制御装置１４３は、停止命令に応答して２次軽留分燃料管路１３１を選択する作業を行い、燃料噴射器１２１と、燃料噴射器／燃料タイプ選択弁１４１間の燃料管路とから供給燃料を一掃する。共通の燃料噴射器１２１の一構成では、これによって、次の始動作業時に軽留分燃料の最大供給が助けられる利点が得られる。
【００４４】
本発明の一実施例によれば、エンジン制御装置１４３は、使用者の停止命令を受けた後、一掃作業の一部として、エンジンを例えば１秒か２秒作動させ、燃料噴射器内や弁１４１／噴射器１２１間の燃料管路内に残る１次燃料を燃焼させることができる。本発明の別の実施例によれば、エンジン制御装置１４３は、使用者の停止命令を受けた後、一掃作業の一部として、弁１４１に命令して、２次軽留分燃料管路１３１を選択させ、エンジンを２次軽留分燃料で例えば１秒か２秒作動させることで、エンジンが、停止前に、噴射器内や弁１４１／燃料噴射器１２１間の燃料管路内に残る１次燃料を燃焼させるようにすることができる。注意を要するのは、この作業は、新たに導入された押しボタン式の点火始動／停止システムを使用することで極めて効果的に実施でき、使用者にも十分に受け入れられる。しかし、キー式の点火システムも依然として適用可能である。
【００４５】
エンジン性能
現在の大抵のエンジンの場合、エンジンは、例えばマイクロプロセッサか、又は当業者には周知の他のソリッドステート・デバイスを含むエンジン制御装置によって制御される。このエンジン制御装置は、概して、メモリとメモリに記憶されたプログラム又はファームウエアとを含み、かつ種々のエンジン管理作業を行う指令を含んでいる。このエンジンは、また通常、可変点火時期を有するエンジン点火組立体と、例えば触媒コンバータ等の、最低作動温度閾値を有する排気ガス触媒を備えたエンジン排気組立体とを含んでいる。
【００４６】
恐らく図１０及び図１１から最もよく分かるように、本発明の一実施例によれば、エンジン制御装置１４３又はエンジンと接続されている別個のエンジン制御装置（図示せず）は、始動及びウォームアップ作業時にエンジン入口１１３内へ噴射される２次軽留分燃料を選択する作業と、２次軽留分燃料選択に応答して、排気ガス触媒（例えば触媒コンバータ）１５１に入る排気ガス温度を高めるため、エンジン点火時期を遅らせる作業とを行うための指令を含んでいる。本発明の実施例に従って作られる２次軽留分燃料の軽留分成分の品質には、点火時期１５３を遅らせることが見込まれており、それによって、ＯＢＤＳ又は他の従来システムにより可能と考えられるより以上に触媒のウォームアップの強化が可能になる利点がある。
【００４７】
前記指令には、また、正規のエンジン暖機作動中にエンジン入口１１３内へ噴射される１次燃料を選択する作業と、重留分燃料により強化された１次燃料又は重留分燃料から成る１次燃料の選択に応答して点火時期を早める作業とを行う指令も含まれている。特に、１次燃料全体が本発明の実施例に従って作られた重留分燃料の場合、点火は、ＯＢＤＳ又は他の従来システムで可能と考えられる以上に促進可能である。
【００４８】
ＦＦＳによる種々の実施例により、ＯＢＤＳ及び他の従来の設計に固有な多くの問題が解決される。例えば、ＦＦＳによって、より効率的な重留分と軽留分との分留が可能になり、より小さい所要動力消費で遥に迅速な始動燃料生成速度が得られる。また、例えば、ＦＦＳは、重留分燃料流からの廃熱の回収も可能である。ＯＢＤＳが、通常、高温の底部燃料流を主燃料タンクへ戻すことで燃料の内部温度を高め、炭化水素の蒸発排出物を増大させる危険を生むのに対して、ＦＦＳの実施例は、この問題を、底部燃料流から熱を回収して、流入してくる供給燃料の予熱に利用することで解決し、その結果、相乗的に所要動力消費が遥に低く抑えられる。更に、例えば、ＦＦＳは、エンジン（冷却液、排気等）からの廃熱に依存せずに蒸留過程を推進する構成にすることもできる、その場合、エンジンは、ＦＦＳによる作業前に暖める必要はない。更に加えて、ＦＦＦＳは、その蒸留効率により、ＯＢＤＳ又は従来の燃料システムより、全体のエネルギー消費の節減を、例えばそうした高い効率の結果である所要燃料低減によって見込むこともできる。
【００４９】
図面及び本明細書には、本発明の典型的な好適実施例を開示したが、それらの実施例は、包括的かつ説明的な意味で示したものに過ぎず、本発明を制限するものではなく、本発明の範囲は、特許請求の範囲に示されている通りである。ＦＦＳの実施例は、また均質チャージ圧縮点火（ＨＣＣＩ）エンジン並びにディーゼル・エンジンに対しても好適である。更に、本発明の実施例は、例えば、分離された燃料タンク（主／重／軽又は主／軽）を必要とする可能性がある。なぜなら、ＯＢＤＳ又は従来の燃料システムの場合より以上に軽留分燃料に集中した始動燃料には、加圧貯蔵及び／又は冷蔵が必要だからである。更に、エンジンが、高揮発性の始動燃料（蒸留物）を必要とするため、２次軽留分燃料を消費する場合、又は低揮発性の始動燃料を必要とするため、高オクタンの重留分燃料を消費する場合、一時的な負荷条件を補償するために、エンジン制御装置は、その燃料供給ルーチンの再較正を必要とする。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１Ａ】基本構成、ＯＢＤＳ構成、本発明の一実施例によるＦＦＳ構成について、燃料流路を比較した略示ブロック図。
【図１Ｂ】基本構成、ＯＢＤＳ構成、本発明の一実施例によるＦＦＳ構成について、燃料流路を比較した略示ブロック図。
【図１Ｃ】基本構成、ＯＢＤＳ構成、本発明の一実施例によるＦＦＳ構成について、燃料流路を比較した略示ブロック図。
【図２】本発明の一実施例によるＦＦＳの蒸留塔の略示図。
【図３】本発明の一実施例による種々のセンサを含む、図２に示す蒸留塔の略示図。
【図４】本発明の一実施例による蒸留塔内で蒸発及び凝縮を制御するため、種々のセンサと協働する蒸留塔制御装置の略示図。
【図５】本発明の別の実施例によるＦＦＳの蒸留塔の略示図。
【図６】本発明の一実施例による供給燃料予熱器（「熱交換器」と表示）を備えたＦＦＳを通過する流体流と、主燃料タンクに戻される底部液状燃料とを示す略示図。
【図７】本発明の別の実施例により、主燃料タンクの一部であるか、又は主燃料タンクと接続された専用タンクへ送られる重留分燃料（底部液状燃料）がＦＦＳを流れる経路を示す略示図。
【図８】本発明の一実施例により、エンジンに消費される底部液状燃料（重留分燃料）がＦＦＳを流れる経路を示す略示図。
【図９】本発明の一実施例による、１次及び２次の燃料噴射器を備えたエンジン燃料入口の略示図。
【図１０】本発明の一実施例による、１次燃料又は２次燃料を選択する弁及び制御装置に接続された燃料噴射器の略示図。
【図１１】本発明の一実施例により、点火時期を促進又は遅延させるエンジン制御装置の略示図。
【符号の説明】
【００５１】
３１  蒸留塔組立体
３３  蒸留塔
４１  絶縁ハウジング
４３  蒸留塔上端部、頂部
４５  蒸留塔下端部、底部
４７  蒸留塔中間部
４９  燃料供給ポート
５１  主燃料タンク
５３  軽留分燃料出口ポート
５５  重留分燃料出口ポート
６１  蒸発モジュール
６３  凝縮モジュール
６５  ３次元充填塔
６７  ヒートポンプ
７１  制御装置
７３  蒸発モジュールの圧力センサ
７５  蒸発モジュールの温度センサ
７７  凝縮モジュールの圧力センサ
７９  凝縮モジュールの温度センサ
８１  濃度センサ
８３  メモリ
９１  頭上凝縮器
９３  燃料管路
９５  軽留分タンク
９５´  軽留分画室
９７  重留分タンク又は画室
１０１  熱交換器
１０３  主燃料タンク燃料ポンプ
１１１  付加燃料噴射器
１１３  エンジン（燃料）入口
１１５  軽留分燃料管路
１２１  主燃料噴射器
１２２  供給燃料管路
１２３  １次燃料管路
１２５  重留分燃料管路
１２７  主燃料タンク戻しポート
１３１  軽留分燃料管路
１４１  燃料タイプ選択弁
１４３  エンジン制御装置
１４５  始動／停止ボタン
１４７  プログラム
１５１  排気ガス触媒
【図１Ａ】
2009527677.tif 000003
【図１Ｂ】
2009527677.tif 000004
【図１Ｃ】
2009527677.tif 000005
【図２】
2009527677.tif 000006
【図３】
2009527677.tif 000007
【図４】
2009527677.tif 000008
【図５】
2009527677.tif 000009
【図６】
2009527677.tif 000010
【図７】
2009527677.tif 000011
【図８】
2009527677.tif 000012
【図９】
2009527677.tif 000013
【図１０】
2009527677.tif 000014
【図１１】
2009527677.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成20年10月22日(2008.10.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
燃料タイプ選択弁１４１は、軽留分燃料管路１３１、１次燃料管路１２３、燃料噴射器１２１と、それぞれ流体連通するように配置されている。燃料タイプ選択弁１４１は、当業者には周知の機械式又はソリッドステートの切換え手段を含み、それによって、エンジン制御装置１４３からの指令信号に応答して、軽留分燃料管路１３１又は１次燃料管路１２３を選択し、燃料を共通の燃料噴射器１２１へ送入する。すなわち、マイクロプロセッサか、又は当業者には周知の他の論理素子を含むことができるエンジン制御装置１４３は、始動／停止ボタン１４４、点火キー、その他を介して例えば使用者が発するエンジンの始動又は停止の指令に応答して、燃料タイプ選択弁１４１へ指令信号を送り、軽留分燃料管路１３１か１次燃料管路１２３かを選択できる。軽留分燃料管路１３１は、始動及びウォームアップ時に軽留分燃料を供給するために選択され、一時燃料管路１２３は、正規のエンジン暖機作動用の１次燃料を供給するために選択される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
本発明の一実施例によれば、エンジン制御装置１４３は、メモリ１４５と、メモリ１４５に記憶されたプログラム１４７とを含み、加えて指令を含んでおり、該指令が実施された場合、制御装置１４３は、停止命令に応答して２次軽留分燃料管路１３１を選択する作業を行い、燃料噴射器１２１と、燃料噴射器／燃料タイプ選択弁１４１間の燃料管路とから供給燃料を一掃する。共通の燃料噴射器１２１の一構成では、これによって、次の始動作業時に軽留分燃料の最大供給が助けられる利点が得られる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
恐らく図１０及び図１１から最もよく分かるように、本発明の一実施例によれば、エンジン制御装置１４３又はエンジンと接続されている別個のエンジン制御装置（図示せず）は、始動及びウォームアップ作業時にエンジン入口１１３内へ噴射される２次軽留分燃料を選択する作業と、２次軽留分燃料選択に応答して、排気ガス触媒（例えば触媒コンバータ）１５３に入る排気ガス温度を高めるため、エンジン点火時期を遅らせる作業とを行うための指令を含んでいる。本発明の実施例に従って作られる２次軽留分燃料の軽留分成分の品質には、点火時期を遅らせることが見込まれており、それによって、ＯＢＤＳ又は他の従来システムにより可能と考えられるより以上に触媒のウォームアップの強化が可能になる利点がある。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項９】
更に、第１軽留分燃料管路（９３）内の軽留分燃料を圧縮して軽留分タンク（９５，９５´）内に蓄えるために、第１軽留分燃料管路（９３）及び軽留分タンク（９５，９５´）と流体連通するように配置された軽留分燃料圧縮器を特徴とする、請求項７又は請求項８に記載された燃料システム。
【手続補正５】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２１】
更に、軽留分タンク（９５，９５´）に貯蔵するために、第１軽留分燃料管路（９３）内の軽留分燃料を圧縮する目的で第１軽留分燃料管路（９３）及び軽留分タンク（９５，９５´）と流体連通するように配置された軽留分燃料圧縮器を特徴とする、請求項２０に記載された燃料分留システム。
【手続補正書】
【提出日】平成21年2月12日(2009.2.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2009527677.tif 000016
【国際調査報告】
2009527677.tif 000017