(57)【要約】  車両に搭載された燃料管理システムは、比較的低い、中間の、及び高い自己着火温度燃料を個別に又はそれらの等級の混合気を関連の内燃機関に供給するように動作可能である。システムは、中間自己着火温度（ＩＡＴ）燃料を受容しかつ低いまた高い自己着火温度燃料、ＬＡＴ及びＨＡＴに、それぞれ分離するための車載用分離ユニット（ＯＢＳユニット）を含む。ＯＢＳユニットによるＬＡＴ燃料及びＨＡＴ燃料の製造速度は、ＬＡＴ燃料及びＨＡＴ燃料について任意の時点にエンジンの消費要件に実質的に適合するように制御される。【選択図】図１
2011508147.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の内燃機関への燃料デリバリを管理するための方法において、
中間リサーチオクタン価（ＩＲＯＮ）を有する所定量のレギュラー燃料を前記車両の主タンクに充填するステップと；
前記主タンクから前記車両の車載用分離（ＯＢＳ）ユニットにＩＲＯＮ燃料を制御可能に送るステップであって、前記ＯＢＳユニットが、前記ＩＲＯＮ燃料を、前記ＩＲＯＮ燃料よりも高い高リサーチオクタン価（ＨＲＯＮ）燃料と、前記ＩＲＯＮ燃料よりも低い低リサーチオクタン価（ＬＲＯＮ）燃料とに分離するために作動可能であるステップと；
前記ＯＢＳユニットから前記車両のＨＲＯＮタンクにＨＲＯＮ燃料を送るステップと；
前記エンジンの動作要件を任意の時点に監視するステップと；
前記監視ステップに応答して、前記ＨＲＯＮタンクからＨＲＯＮ燃料を、又は前記ＯＢＳユニットからＬＲＯＮ燃料を、又はそれらの混合物を前記エンジンに制御可能にかつ選択的に送るステップと；
前記ＨＲＯＮタンク内のＨＲＯＮ燃料レベルを測定するステップと；
前記ＨＲＯＮタンク内の燃料レベルが所定の限度内にあるとき、常に、前記ＨＲＯＮレベル測定ステップと前記監視ステップとに応答して、前記ＯＢＳユニットによる前記ＨＲＯＮ燃料及びＬＲＯＮ燃料の製造、及び前記エンジンによる前記燃料の消費の両方を制御するステップと；
前記ＨＲＯＮタンク内の燃料レベルが所定の下限に減少するとき、常に、所定のアルゴリズムに従ってＨＲＯＮ燃料及びＬＲＯＮ燃料の製造及び消費を制御するステップと；
前記ＨＲＯＮタンク内の燃料レベルが所定のハイリミットを越えるとき、常に、前記ＨＲＯＮタンクから前記ＯＢＳユニット及び前記主タンクの一方又は両方にＨＲＯＮ燃料を再循環するステップと；
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記再循環ステップが、
燃料供給ポンプを前記主タンクに取り付けるステップであって、前記ポンプが、燃料を受容するための入口ポートと、燃料を前記ＯＢＳユニットに送るための出口ポートとを有するステップと；
前記ＨＲＯＮタンクから過剰のＨＲＯＮ燃料を受容するための第１のポートを有する吸引管を前記主タンクに取り付けるステップと；
前記吸引管から前記燃料供給ポンプの前記入口ポートに過剰のＨＲＯＮ燃料を送るステップと；
をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記再循環ステップが、
前記ＯＢＳユニットから過剰のＬＲＯＮ燃料を受容するために、前記吸引管に第２のポートを取り付けるステップと；
前記吸引管から前記燃料供給ポンプの前記入口ポートに過剰のＬＲＯＮ燃料を送るステップと；
をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記監視ステップが、
任意の時点に前記エンジンのトルク対エンジン速度を感知するステップと；
最適なＲＯＮマップを使用して、感知されたトルクとエンジン速度とからＲＯＮ燃料要件を決定するステップと；
を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
次式、ＲＯＮｉｄｅａｌ＝ｆ（トルク、速度、ギヤ比、アクセル速度）から前記最適なＲＯＮマップを展開するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記主タンクから前記ＯＢＳユニットにＩＲＯＮ燃料を制御可能に送る前記ステップが、
式：    Ｆ＝Ｌ＋ｈ
〔式中、Ｆは、総質量供給速度（主タンクからのＩＲＯＮ燃料＋前記ＨＲＯＮタンクからリサイクルされたＨＲＯＮ燃料）、Ｌは、推定の平均ＬＲＯＮ燃料消費速度、ｈは、ＨＲＯＮ燃料の合計製造速度である。〕
を使用して、前記ＯＢＳユニットによる短期のＬＲＯＮ燃料製造を前記エンジンによる短期のＬＲＯＮ消費に等しくするステップを含む、
ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ＨＲＯＮタンク内のＨＲＯＮ燃料のレベルが第１の閾値レベルＨＬ未満に低下したが、より低いレベルＨＬＬの上方にあることを示す前記レベル測定ステップに応答して補正係数を前記ＲＯＮマップに適用するステップをさらに含み、前記ＨＲＯＮタンク内のＨＲＯＮ燃料のレベルがＨＬＬ未満に低下したことを示す前記レベル測定ステップに応答して前記エンジンへのＨＲＯＮのデリバリを終了するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記エンジンに送るために不十分なＬＲＯＮ及び／又はＨＲＯＮ燃料が利用可能である場合、前記ＯＢＳユニットによって製造された過剰のＬＲＯＮ燃料を貯蔵するための貯蔵空間又は容積部を提供し、及び前記主タンクから前記エンジンに送られる燃料用の流体路を提供するために、前記主タンクと前記ＯＢＳユニットのＬＲＯＮ出力ポートとの間に接続されたアキュムレータ手段をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法に用いられる燃料管理システム。
【請求項９】
車両の内燃機関への燃料デリバリを管理するための方法において、
中間自己着火温度（ＩＡＴ）を有する所定量のレギュラー燃料を前記車両の主タンクに充填するステップと；
前記主タンクから前記車両の車載用分離（ＯＢＳ）ユニットにＩＡＴ燃料を制御可能に送るステップであって、前記ＯＢＳユニットが、前記ＩＡＴ燃料を、前記ＩＡＴ燃料よりも高い高自己着火温度（ＨＡＴ）燃料と、前記ＩＡＴ燃料よりも低い低自己着火温度（ＬＡＴ）燃料とに分離するために作動可能であるステップと；
前記ＯＢＳユニットから前記車両のＬＡＴタンクにＬＡＴ燃料を送るステップと；
前記エンジンの動作要件を任意の時点に監視するステップと；
前記監視ステップに応答して、前記ＬＡＴタンクからＬＡＴ燃料を、又は前記ＯＢＳユニットからＨＡＴ燃料を、又はそれらの混合物を前記エンジンに制御可能にかつ選択的に送るステップと；
前記ＬＡＴタンク内のＬＡＴ燃料レベルを測定するステップと；
前記ＬＡＴタンク内の燃料レベルが所定の限度内にあるとき、常に、前記ＬＡＴレベル測定ステップと前記監視ステップとに応答して、前記ＯＢＳユニットによる前記ＬＡＴ燃料及びＨＡＴ燃料の製造、及び前記エンジンによる前記燃料の消費の両方を制御するステップと；
前記ＬＡＴタンク内の燃料レベルが所定の限度内にないとき、常に、所定のアルゴリズムに従ってＬＡＴ燃料及びＨＡＴ燃料の製造及び消費を制御するステップと；
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記内燃機関がディーゼル型圧縮燃焼点火エンジンからなり、前記方法が、セタン価に関し前記ＩＡＴ、ＬＡＴ、及びＨＡＴ燃料の各々を示すステップをさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記ディーゼルエンジンがＨＣＣＩエンジンであり、前記方法が、
１５のセタン価を有するように前記ＬＡＴ燃料を選択するステップと；
８５のセタン価を有するように前記ＨＡＴ燃料を選択するステップと；
をさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記セタン価が、次式：
δＰＭ＝Ｃ１ΔＣＮ＋Ｃ２ΔＡリング＋Ｃ３ΔＮリング
〔式中、δＰＭ：ＴＦ−ａｏに対するＰＭ（粒子状物質）留分の低減
Δ：ＴＦ−ａｏ  ＣＮセタン価に対する差
Ａリング：芳香族リング（重量％）
Ｎリング：ナフテンリング（重量％）
Ｃｉ：回帰係数（ｉ＝１，２，３）
Ｃ１＝０．００５５
Ｃ２＝０．０１７
Ｃ３＝０．００６５
ＴＦ：ＴＦシリーズ燃料である。〕
に従って、選択されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記ＯＢＳユニットが、ガソリンをより高いまたより低いオクタンストリームに分離する、あるいはディーゼル燃料をより高いまたより低いセタンストリームに分離するポリマー膜であることを特徴とする、請求項１又は９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本発明は、同一日に出願され、共通の発明権及び共通の所有権を有する「Ｆｕｅｌ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｆｏｒ  Ｖｅｈｉｃｌｅｓ  Ｅｑｕｉｐｐｅｄ  Ｗｉｔｈ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｔａｎｋｓ  ｆｏｒ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ  Ｇｒａｄｅｓ  Ｏｆ  Ｆｕｅｌ」という表題の米国特許仮特許出願第６１／００９，３３６号、「Ｈｅａｔ  Ｐｉｐｅ  Ｆｏｒ  Ｓｅｌｆ  Ｌｉｍｉｔｉｎｇ  Ｈｅａｔｉｎｇ  Ｏｆ  Ｇａｓｏｌｉｎｅ  Ｆｏｒ  Ｏｎｂｏａｒｄ  Ｏｃｔａｎｅ  Ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ」に関し、２００５年７月２２日に出願された特許出願第１１／１８７，６７２号、及び「Ｈｅａｔ  Ｐｉｐｅ  Ｗｉｔｈ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｆｌｕｉｄ  Ｃｈａｒｇｅ」に関し、２００６年３月２４日に出願された仮特許出願第６０／７８５，４２６号に関連する。関連出願の教示は、本出願と矛盾しない限り参照により本明細書に援用される。
【０００２】
本発明は、一般に、内燃機関を運転するために個別に又は所定の混合気で、火花点火エンジン用の異なるリサーチオクタン価（ＲＯＮ）及び圧縮点火エンジン用の異なるセタン価のような異なる等級の複数の燃料を使用するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
石油精製業者及びエンジン製造業者の両方は、ますます厳しくなる政府の効率及び排出要件と、性能の向上に対する顧客の要望とを満たすべくそれら業者の製品を継続的に改良するという課題に絶えず直面している。例えば、内燃機関に使用するために適した燃料を製造する際、石油製造業者は、複数の炭化水素を含有するストリームを混合して、政府の燃焼排ガス規制及びリサーチオクタン価（ＲＯＮ）のようなエンジン製造業者の性能燃料基準を満たす製品を製造する。同様に、エンジン製造業者は、従来から燃料の性質に関し火花点火式内燃機関を設計している。例えば、エンジン製造業者は、ノッキング抵抗性が不十分な燃料がエンジン内で燃焼された場合、典型的にノッキングをもたらし、エンジン損傷の原因となる自着火の現象を最大限抑えようと取り組んでいる。
【０００４】
典型的な駆動状態下で、エンジンは、周囲条件（空気温度、湿度等）、自動車負荷、加速度等を含む多くの要因に応じて、広範囲の条件下で動作する。エンジン製造業者及び燃料ブレンド業者は、実質的に全てのこのような様々な条件下で優れた性能の製品を設計しなければならない。一定の速度／負荷条件下で望ましい燃料特性又はエンジンパラメータは、しばしば、他の速度／負荷条件において性能全体にとって有害となるので、これには妥協が必要である。従来、自動車燃料は、それらのリサーチオクタン価、又はＲＯＮによって典型的に分類される２つ又は３つの種類の等級で供給されている。一般に、燃料等級の選択は、エンジン仕様に基づいている。しかし、燃料が「搭載」されると、燃料は「全てに適用される１つの燃料」となり、様々な速度、負荷及び他の駆動条件に対応するように設計されなければならない。
【０００５】
内燃機関を駆動するために単一等級の燃料のみを供給する制限を克服する試みがなされてきた。このような試みにおいて、エンジンの広範囲の運転条件にわたってエンジンの駆動サイクル条件を満たすために制御された方法で個別の燃料又は混合気により関連の内燃機関を駆動するために、異なるＲＯＮ価の複数の燃料を車両に「搭載して」供給するためのシステムが開発されてきた。これらの従来のシステムは、内燃機関の性能の向上を提供するが、このようなシステムがさらなる改良を必要とすることは当業者に明らかである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国仮特許出願第６０／８３０，９１４号明細書
【特許文献２】米国特許第５，６７０，０５２号明細書
【特許文献３】米国仮特許出願第６０／８３６，３１９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、内燃機関の動作を最適化するための異なるＲＯＮ価を有する複数の燃料の生産及び消費の両方の制御を可能にすることである。
【０００８】
本発明の他の目的は、改良された複数のＲＯＮ燃料供給システムであって、主タンクからの中間リサーチオクタン（ＩＲＯＮ）燃料を少なくとも２つの等級に、１つは高リサーチオクタン（ＨＲＯＮ）に、他方は低リサーチオクタン（ＬＲＯＮ）に分離するための車載用分離（ＯＢＳ）装置を含み、ＯＢＳによるこれらの燃料の製造及び燃料の消費が、エンジンの運転条件に応答して関連の内燃機関に送るために制御される複数のＲＯＮ燃料供給システムを提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、内燃機関を駆動するための複数の燃料デリバリシステムであって、これらの燃料の消費が、個別に又は様々な混合気で、最適なＲＯＮマップを使用して制御され、ＲＯＮマップが、トルク、速度、ギヤ比、アクセル及び速度等のようなエンジン動作パラメータのマッピングを、エンジン駆動サイクル条件の範囲にわたって内燃機関が必要とするＲＯＮ燃料に提供する複数の燃料配送システムを提供することである。同様に、制御は、任意の時点にエンジンによる燃料消費の関数としてＯＢＳからのＬＲＯＮ及びＨＲＯＮの製造を変更するようにプログラミングされる。
【００１０】
本発明の様々な実施形態について、同様の要素が同一の参照記号によって識別される図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る一実施形態の燃料管理システムの簡略化したブロック概略図である。
【図２】本発明の好ましい実施形態に関し、トルク値及びエンジン速度の特定の組み合わせに関する最高のエンジン性能を提供するための燃料ＲＯＮを理想的な状況下で示すためのトルク対エンジン速度をプロットした最適化されたリサーチオクタン価（ＲＯＮ）マップの図面である。
【図３】本発明に係る実施形態の制御アルゴリズムに関するフローチャートである。
【図４Ａ】本発明に係る一実施形態の燃料管理システムのブロック概略図である。
【図４Ｂ】本発明に係る他の実施形態の燃料管理システムのブロック概略図である。
【図４Ｃ】本発明に係る他の実施形態の燃料管理システムのブロック概略図である。
【図５】低リサーチオクタン価（ＬＲＯＮ）燃料のみをエンジンのトルク及び速度要件を使用して満足できる本発明に係る他の実施形態のアルゴリズムに関するフローチャートである。
【図６】本発明の実施形態に関し、燃料消費及び利用した燃料に関するトルク対エンジン速度のプロットである。
【図７】本発明に係る他の実施形態の燃料管理システムの簡略化したブロック概略図である。
【図８】本発明の実施形態の２方向ピストンアキュムレータの設計の様々な形態を詳細に示した縦断面図である。
【図９】本発明の実施形態に関し、混合蒸気液体原料を使用して膜分離工程の簡略化したブロック概略図である。
【図１０Ａ】本発明の好ましい実施形態に関し、芳香族化合物及び脂肪族化合物を分離するためのポリマー被覆の無機膜の絵図面である。
【図１０Ｂ】図１０Ａのポリマー被覆の無機膜の前端の部分の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１を参照すると、本発明の一実施形態の燃料管理システムの簡略化したブロック図が示されている。中間等級のリサーチオクタン価（ＲＯＮ）燃料を保持するための主タンク２は、関連の車両に含まれる。本例では、中間ＲＯＮ燃料は、ＩＲＯＮとしても示される。可変比ポンプ２４は、主タンク２から車載用分離（ＯＢＳ）ユニット４にＩＲＯＮ燃料を送るために作動可能である。ＯＢＳユニット４は、ＩＲＯＮ燃料を２つの等級に、１つは高リサーチオクタン（ＨＲＯＮ）等級燃料、他方は低リサーチオクタン（ＬＲＯＮ）燃料に分離するために作動可能である。ＨＲＯＮ燃料は、ＯＢＳユニット４からＨＲＯＮ燃料タンク８に送られる。ＯＢＳユニット４は、例えばシリカゲル、蒸留、膜、及び被覆セラミックモノリスを使用して分離装置によって設けることができる。ＯＢＳユニット４の好ましい実施形態について、以下により詳細に説明する。以下の説明では、例示の目的で、ＯＢＳユニット４は、透過物としてＨＲＯＮ、残留物としてＬＲＯＮを提供する膜分離器を使用する。同様に、以下にさらに詳細に説明するように、本発明のシステムは、貯蔵されたＨＲＯＮ燃料の利用可能性に基づく消費制御と、ＬＲＯＮ燃料による主タンクの燃料の汚染を最小にするための機構とを組み合わせて、ＯＢＳユニット４へのＩＲＯＮ燃料の供給速度を介してＨＲＯＮ燃料及びＬＲＯＮ燃料の両方の製造速度の制御を可能にする。このような制御は、エンジン１０の様々な動作サイクルにわたって連続的に行われる。
【００１３】
例えば、マイクロプロセッサのような制御器１４は、本発明のシステムの操作を制御するようにプログラミングされる。液体レベルセンサ３が主タンク２に設けられ、制御器１４によって監視される。同様に、液体レベルセンサ９が、ＨＲＯＮ燃料を貯蔵するタンク８に設けられ、センサ９は制御器１４によって監視される。同様に、本例では、制御器１４は、ＨＲＯＮタンク８が燃料で完全に充填される時点にＯＢＳユニット４から主タンク２にＨＲＯＮ燃料を送るために、オーバーフローバルブ又はポンプ１６のような圧力差、ＯＢＳユニット４からＨＲＯＮタンク８にＨＲＯＮ燃料を送るためのポンプ６、リサイクルのためにタンク８からＯＢＳユニットにＨＲＯＮ燃料を送って戻すためのポンプ１８、タンク８からエンジン１０の燃料噴射器システム１２にＨＲＯＮ燃料を送るためのポンプ又はバルブ２０、ＯＢＳユニット４から燃料噴射器システム１２にＬＲＯＮ燃料を送るための可変速ポンプ２２、ＩＲＯＮ燃料をＯＢＳユニット４に送るための可変速ポンプ２４、及び過剰のＬＲＯＮ燃料をＯＢＳユニット４から主タンク２に移送するためのポンプ２６を制御するために作動可能である。ある用途では、１６、６、１８、２２、２６のようなポンプは、関連の燃料の重力又は圧力勾配による原料移送を使用して置き換えることができることに留意されたい。
【００１４】
関連の車両の運転中、任意の時点の運転者の要件又はエンジン負荷条件に応じて、ＨＲＯＮタンク８からの燃料及びＬＲＯＮストリームは、所定の比率で燃料噴射器システム１２によってエンジン１０に送られる。燃料噴射器システム１２は、複数の燃料噴射器を含んでもよいことに留意されたい。エンジン１０の動作中のある時点において、主タンク２からのＩＲＯＮ燃料は、ポンプ２６及び可変速ポンプ２２を介して燃料噴射器システム１２に直接送ることができる。この点に関して、ポンプ２６は、双方向のポンプ又は他の適切な機構であることができる。典型的に、燃料噴射器システム１２に送られる燃料混合気は、所定の比率のＨＲＯＮ燃料及びＬＲＯＮ燃料、又はＩＲＯＮ燃料及びＨＲＯＮ燃料、又はＩＲＯＮ燃料及びＬＲＯＮ燃料を含んでもよい。ＩＲＯＮ燃料をＨＲＯＮ等級及びＬＲＯＮ等級の燃料に分離することを使用して、エンジン１０によるより効率的な燃料の使用が達成され、かつより大きな量のＨＲＯＮをエンジン１０内に噴射することによって短時間の爆発の高エンジン出力の動作が提供される。より詳しくは、任意の時点のエンジン１０の負荷要件に応じて、及び本例の３つの燃料の各々の利用可能性に応じて、エンジン１０の効率的な動作を最大にするには、ある時点に、より大きな量のＬＲＯＮ燃料が必要とされ、他の時点により大きな量のＨＲＯＮ燃料が必要とされることがあり、任意の時点に残留物ストリームのＬＲＯＮ燃料がエンジンの要求を満たすには不十分であるならば、あるいはタンク８からのＨＲＯＮ燃料が利用可能ではないならば、不足は、主タンク２からＩＲＯＮ燃料を使用して補われる。同様に、ＯＢＳユニット４がＨＲＯＮ燃料又はＬＲＯＮ燃料を過大に製造するならば、その過剰量は、破線又は点線で示したように主タンク２に戻される。上述したポンプ及び／又はバルブは、例示目的のみで設けられ、重力を含む関連の燃料デリバリを提供できる他の任意の機構を代わりに含むことが意図されることに留意されたい。
【００１５】
最適又は最も効率的な動作のためにエンジンが必要とするＲＯＮ燃料のレベルに対するエンジン速度に対するエンジントルク出力をマッピングするための最適なＲＯＮマップが、図２に示されている。このマッピングは、次式によって表される。
ＲＯＮｉｄｅａｌ＝ｆ（トルク、速度、ギヤ比、アクセル速度）      （１）。
エンジン１０の理想的又は最適な動作のために、図２のマップによって特定される燃料割合をエンジンに提供すべきである。しかし、通常利用可能な種類のＲＯＮ燃料が利用できない場合、制御器１４は、最適なＲＯＮマップから逸脱するようにプログラミングされる。図２の最適なＲＯＮマップは、本例では、「ロサンゼルスの４つの」駆動サイクルから開発されたことに留意されたい。同様に、本例では、ＩＲＯＮ燃料は、９１ＲＯＮ、ＨＲＯＮ燃料１０３ＲＯＮ、及びＬＲＯＮ８８ＲＯＮであることができる。しかし、本発明は、これらのＲＯＮ燃料値に限定されるとは意図されない。
【００１６】
本発明の好ましい実施形態において、制御器１４は、関連の車両の運転者の要件をＯＢＳユニット４の製造特性に適合するようにプログラミングされる。本発明のシステムを次のように制御することが可能である。
・ＯＢＳユニット４の供給速度は、例えば、可変ポンプ２４を使用して毎秒０．５〜１．５グラムに変更できる。このようにして、ＯＢＳユニット４の製造速度が制御される。このような供給速度の変更の獲得は、可変速ポンプの使用に限定することを意図せず、これに対し、他の機構も利用可能であることに留意されたい。
・リサイクル機構を通して、ＯＢＳユニット４にリサイクルされるＨＲＯＮ燃料の量は、ある限度内で変更できる。例えば、可変速ポンプ１８は、本発明のシステムに関し、毎秒０〜０．４グラム（ｇ／ｓ）にＨＲＯＮリサイクル速度を変更するために制御できるが、この速度は、限定的であるようには意図されない。
・エンジン１０は、任意の時点に、ＨＲＯＮタンク８からＨＲＯＮ燃料を、及び／又はＬＲＯＮ燃料用のストリーム、及び／又はＩＲＯＮ燃料を主タンク２から任意の割合で引くことができる。本例では、割合は、ポンプ／バルブ２０、ポンプ２２、及び双方向ポンプ２６を作動する制御器１４の制御下にある。
【００１７】
本発明の好ましい実施形態において、制御器１４は、前述のように、ＩＲＯＮ燃料の供給速度の制御を介してＯＢＳユニット４の瞬間的な挙動を共同で制御するように、及び混合すべき燃料及びその割合に関するエンジン１０の瞬間的な要求を制御するようにプログラミングされる。さらに、図１のシステムでは、前述のように、ＨＲＯＮ燃料及び／又はＬＲＯＮ燃料を主タンク２に戻すために重力供給または圧力差が利用されるならば、ポンプ１６と２６は任意であると考えることができることに留意されたい。
【００１８】
ここに例示した制御アルゴリズムは、使用する分離方法と無関係であり、すなわち、利用するＯＢＳユニット４の種類と無関係である。前述のように、ＯＢＳユニット４は、蒸留方法によって又は所望の燃料分離を獲得するための膜方法の両方によって提供することができる。本発明の方法は、３つ以上の等級のＲＯＮ燃料にＩＲＯＮ燃料を分離するＯＢＳユニット４を利用するための修正によっても適用可能である。
【００１９】
本発明者は、利用する１つ又は複数の制御アルゴリズムが、運転者の要件、すなわち任意の時点のエンジン１０に対する負荷に適合するように、ＯＢＳユニット４の製造速度を制御できなければならないことを認識する。言い換えれば、エンジン１０により、運転者の運転要件のため特定の種類の燃料がより多く要求される場合、制御器１４は、供給速度を増すように、ＯＢＳユニット４へのＩＲＯＮ燃料の供給速度を変更する能力を有しなければならない。同一の理由で、必要な場合、制御器１４は供給速度を小さくする機能を有しなければならない。同様に、制御器１４は、ＯＢＳユニット４の現在の製造に適合する燃料混合気を提供するようにプログラミングされなければならない。例えば、運転者が比較的大量のＨＲＯＮ燃料を必要とし、ＨＲＯＮタンク８が空であるならば、制御器１４は、ＨＲＯＮ燃料の不足を賄うために、主タンク２からＬＲＯＮ燃料、及び／又はＩＲＯＮ燃料を供給するように作動することが必要である。
【００２０】
好ましい実施形態では、制御器１４は、可能な限り、エンジン１０によるＬＲＯＮ消費速度をＯＢＳユニット４によるＬＲＯＮ製造速度に可能な限り近接して適合させるようにプログラミングされる。このような制御は、主タンク２へのＬＲＯＮ燃料の戻りが主タンク内の燃料の品質を悪化させる傾向がある点で、この戻りを最小にするために必要である。このような適合は、例えば供給速度に対する膜透過流束の比率の増加を、製造されるＨＲＯＮ燃料品質を悪化させる点まで最小にするためにも望ましい。
【００２１】
次に、本発明の好ましい実施形態の制御アルゴリズムの開発について説明する。アルゴリズムは、ＨＲＯＮタンク８内のＨＲＯＮ燃料の燃料レベルについて１つ以上の閾値を確立することに基づいている。ＨＲＯＮタンク８は、ＨＲＯＮロワーを示すためのＨＬと示される少なくとも１つの閾値の燃料レベルを有するべきであることが確認された。任意に、ＨＬよりも低い燃料レベルである他の閾値レベルＨＬＬは、ＨＲＯＮロワー・ロワーを表す。制御器１４は、任意の時点にＯＢＳユニット４のＩＲＯＮ供給速度を増大又は減少させるために作動可能であること、及びＯＢＳユニット４によって生成される流れを個別に、あるいはエンジン１０の作動要求に応じて任意の必要な混合気でエンジンに送ることができることが想定される。さらに、制御器１４は、車両の運転者が検知できないスムーズな方法で、エンジンに１０に送られる燃料混合気又は燃料を変更するために、十分に速い動作を有することが想定される。
【００２２】
本発明のシステムは、主タンク２に戻るＬＲＯＮ燃料のオーバーフローを実質的に最小にし、好ましくは回避するために、連続して短い測定時間にわたってＬＲＯＮ燃料の製造と消費とを平衡させるために作動可能である。このことは、ＯＢＳユニット４へのＩＲＯＮ燃料の供給速度を制御して、ＬＲＯＮ製造が次式、すなわち、
Ｆ＝Ｌ＋ｈ    （２）、
を使用して短期のＬＲＯＮ消費を近接して追跡することを常に実質的に保証することによって達成され、ここで、Ｆは、総質量供給速度（主タンク２からのＩＲＯＮの新規供給＋タンク８からのＨＲＯＮリサイクル）、Ｌは、推定の平均ＬＲＯＮ消費速度であり、ｈは、ＨＲＯＮの合計製造速度であり、この速度は、膜型ＯＢＳユニット４が使用されるときの透過流束であり、Ｌは、エンジン１０の燃料噴射器システム１２で直接測定することができる。しかし、従来技術の現状では、この式又は等式が、瞬時に満足できないことが観測された。その理由は、技術的なプロトタイプに使用するために現在利用可能なＯＢＳユニット４が、典型的に秒又は秒の部分のオーダにあるエンジン要求と比較して、分のオーダで遅い応答時間を有することである。この現在の問題を克服するために、例えば指数平滑化又はウィンドウ処理機構を使用して、時間平均化をＯＢＳユニット４の供給速度設定に適用しなければならない。膜ベースの分離ユニットでは、透過流束ｈが月又は年の時間フレームにわたって非常にゆっくりと変化するように、膜を設計することができる。流束の変更は、近似として制御器１４内に「ハードコード化」することができ、これによって、純粋に単一の変数、主にＬＲＯＮ消費の関数として、供給速度Ｆの制御が許容される。代わりに、流束は、ＨＲＯＮ消費速度と関連して、タンク８内のＨＲＯＮ燃料のレベルの変化を使用して推定することができる。好ましい実施形態において、制御される機構は、主タンク２からＯＢＳユニット４へのＩＲＯＮ燃料の供給速度を最小値に低減するために、主タンク２内のＩＲＯＮ燃料のレベルが所定の低レベル、例えば容量の１０％〜２０％に下がるときを監視するようにさらにプログラミングされ、一方、同時に、所定の時点のＨＲＯＮ燃料のエンジン要件の不足を賄うために、主タンク２からエンジン１０にＩＲＯＮ燃料を送ることによってエンジン１０のＨＲＯＮ要件を満たす。この拡大された制御プログラミング又は機構を使用して、ＩＲＯＮ燃料が、ＩＲＯＮ燃料の低レベルのため、主タンク２へのＬＲＯＮ燃料の戻りによって最も劣化を生じやすい時点に、主タンク２内のＩＲＯＮ燃料の劣化が最小にされる。
【００２３】
次に、消費制御を行うための制御器１４のプログラミングについて説明する。タンク８内のＨＲＯＮ燃料のレベルが、ＨＬで示した閾値よりも高いとき、使用する燃料の実際のＲＯＮ値（使用するＬＲＯＮ燃料及びＨＲＯＮ燃料の割合によって設定されるような）は、次式によって表されるように、図２の最適なＲＯＮマップによって特定される値と同じである。
ＲＯＮａｃｔｕａｌ＝ＲＯＮｉｄｅａｌ    （３）。
タンク８内のＨＲＯＮ燃料が完全に使い尽くされる可能性を最小にするために、エンジン１０が実際にＨＲＯＮ燃料を必要とする時点に、好ましい制御方式がＬＲＯＮ燃料又はＩＲＯＮ燃料を使用するレベルにタンク８内のＨＲＯＮ燃料のレベルが低下するとき、消費制御が必要とされる。この制御を達成するために、燃料を火花点火内燃機関に送るときに、運転者にとって重要でない方法で、適切に修正されたＲＯＮマップがエンジン点火の遅延の制御と組み合わせられる。制御の基礎は、セタン価の追加のパラメータ及び理想的なセタン価マップによって、圧縮燃焼点火エンジン（例えばディーゼル又はＨＣＣＩ）用に設けることもできる。実際の制御は、理想的なセタン価マップの使用に加えて、ノックを制御するためのバルブタイミング、噴射タイミング、吸気温度、又はそれらの組み合わせのような適切なパラメータによって行うことができる。いずれの場合も、このことは、タンク８内のＨＲＯＮ燃料のレベルがレベルＨＬ未満に低下するが、閾値レベルＨＬＬの上方にある時点に、図２の最適なＲＯＮマップに補正係数を使用することによって達成することができ、補正係数は次式に示したように適用される。
ＲＯＮａｃｔｕａｌ＝αＲＯＮｉｄｅａｌ                  （４）、
α＝ｇ（トルク、速度、ギヤ比、アクセル速度）    （５）。
この制御の例では、補正係数αは、エンジン１０のＲＯＮ要件に急速に対応するために、上に示したようなギヤ比及びアクセル速度を含む多くのエンジンパラメータに関係させることができることに留意されたい。例えば、ＨＲＯＮ燃料の使用が好ましいときに、所定の時点にエンジン１０が高加速度モードにあるならば、αは、１に近接して設定できる。他のエンジン運転条件の下で、高速度／燃料消費のような必要なレベルの点火遅延又は進角で、ＬＲＯＮ燃料又はＩＲＯＮ燃料をより大量に置き換えることができる。この後者の例では、αは１より小さく、これは、燃料効率の一時的な低下をもたらす可能性がある。同様に、圧縮燃焼点火機関（例えば、ディーゼル又はＨＣＣＩ）の高加速度モードで、エンジンが必要とするセタン価の検査によって制御が行われる。最適なセタン価が利用できないならば、セタン価は、ノッキングによるノイズを感知することによって推定することができ、この場合、ノイズが過大であるならば、バルブタイミング等を変更することによってノイズを低減することができる。タンク８内のＨＲＯＮ燃料のレベルが、レベルＨＬＬよりも低い場合、ポンプ摩耗等のような様々なエンジン構成要素に対する損傷を防止するために、ＨＲＯＮ燃料のさらなる使用を避けることが望ましい。このような時点に、制御器１４は、燃料供給システムを操作して、残留物ストリームからＬＲＯＮ燃料を、及び／又は主タンク２からＩＲＯＮ燃料を提供するようにプログラミングされる。式（４）と（５）で上述した制御アルゴリズムは、タンク８内のＨＲＯＮ燃料の３つ以上の所定のレベルについて動作可能であるように修正することができることに留意されたい。従来のディーゼルエンジンでは、次式「（６）」を使用して、ディーゼル粒子状物質を低減するための運転条件と共に、セタン価を平衡させることができる。
δＰＭ＝Ｃ１ΔＣＮ＋Ｃ２ΔＡリング＋Ｃ３ΔＮリング      （６）
ここで、δＰＭ：ＴＦ−ａｏに対するＰＭ（粒子状物質）留分の低減
Δ：ＴＦ−ａｏ  ＣＮセタン価に対する差
Ａリング：芳香族リング（重量％）
Ｎリング：ナフテンリング（重量％）
Ｃｉ：回帰係数（ｉ＝１，２，３）
Ｃ１＝０．００５５
Ｃ２＝０．０１７
Ｃ３＝０．００６５
ＴＦ：ＴＦシリーズ燃料。
【００２４】
上述のような式（４）と（５）のアルゴリズムが、図３のフローチャートに示されている。図３を参照すると、制御器１４は、示したサブルーチンを開始するためにステップ３００に入るようにプログラミングされる。ステップ３０１で、レベルセンサ９の出力は、ＨＨｉと示されるＨＲＯＮ燃料のレベル（ＨＲＯＮ燃料含量又はタンク８内のレベル）が、ＨＬＬ（ＨＲＯＮ燃料の下方レベルリミット）よりも小さいかどうかを決定するために、制御器１４によって監視される。答えがｙｅｓならば、αをゼロに設定するためにステップ３０２に入る。代わりに、決定ステップ３０１で答えがｎｏであるならば、ステップ３０３に入り、このステップは、ＨＨｉがＨＬよりも小さいかどうか（この場合、ＨＬは、ＨＬＬよりも高いタンク８内のＨＲＯＮ燃料の低いレベルである）を決定するための決定ステップである。決定ステップ３０３で答えがｎｏであるならば、α＝１に設定するためにステップ３０４に入る。代わりに、決定ステップ３０３で答えがｙｅｓであるならば、トルク、速度、ギヤ比等の関数によって決定される値に等しくαを設定するために、ステップ３０５に入り、ここで、αはゼロ以上及び１以下である。ステップ３０２、又は３０５、又は３０４のいずれかを実施した後、ステップ３０６に入り、示した式が計算される。示した式では、αは前述したような補正係数であり、ＲＨｉｔｒｇはＨＲＯＮの噴射比であり、ＲＨｉｏｐｔは図２の最適なＲＯＮマップから獲得されるような最適なＨＲＯＮの噴射比であり、ＱＨｉはＨＲＯＮの燃料消費速度であり、ＱＴは消費される合計燃料であり、ＲＨｉｔｒｇは実際のＨＲＯＮ燃料噴射比であり、ＱＬｏはＬＲＯＮの燃料消費であり、ＱＴは合計燃料消費であり、ＦはＯＢＳユニット４に送られるＩＲＯＮとリサイクルされるＨＲＯＮとの和を表す供給速度であり、ＱＬｏはＬＲＯＮの燃料消費であり、及びｈは膜流束である。
【００２５】
図４Ａには、燃料管理システム用の本発明の好ましい実施形態が示されており、その操作について次に説明する。主タンク２に収容されたＩＲＯＮ燃料１は、フィルタ７を通して吸引され、ポンプＰ１によって圧力調整器Ｒ１とＲ２に対し加圧される。本例では、圧力調整器Ｒ１は、Ｒ２に対し１００ｋｐａの圧力差を維持するように設定された。圧力調整器Ｒ２は、２００ｋＰａｇの圧力を維持するように設定された。したがって、ポンプＰ１によって提供された圧力は、約３００ｋＰａｇであった。加圧されたＩＲＯＮ燃料１の流量は、ＯＢＳ分離ユニット４に対し流量制御器ＦＣ−１によって設定される。過剰の加圧されたＩＲＯＮ燃料１は、圧力調整器Ｒ２を通して主タンク２に戻される。
【００２６】
ＯＢＳユニット４から分離されたＨＲＯＮ燃料１７及びＬＲＯＮ燃料２８は、エンジン燃料噴射器ＤＦＩ（直接燃料噴射システム）、及びＰＦＩ（ポート燃料噴射システム）に導かれるか、あるいはアキュムレータ７４及びＨＲＯＮタンク８として示された貯蔵容積部にそれぞれ導かれる。ＬＲＯＮ燃料２８は、要求に応じてＤＦＩ噴射システムに提供される。過剰のＬＲＯＮ燃料２８は、アキュムレータ７４に導かれる。アキュムレータ７４から押し退けられたＩＲＯＮ燃料１は、二次圧力調整器Ｒ２を通して主タンク２に戻される。アキュムレータ７４の容積の限度において、過剰のＬＲＯＮ燃料２８は、圧力調整器Ｒ２を通して過剰のＩＲＯＮ燃料１と共に主タンク２内に流れる。ＬＲＯＮ燃料２８に対する要求がＯＢＳユニット４の製造速度を越えるならば、追加のＬＲＯＮ燃料２８及び／又はＩＲＯＮ燃料１がアキュムレータ７４によって提供される。逆止弁２９により、ＯＢＳユニット４への逆流が防止される。
【００２７】
ＯＢＳユニット４によって製造されたＨＲＯＮ燃料１７は、エダクタポンプ１５、又は他の適切な手段によってＨＲＯＮタンク８に送られる。ＨＲＯＮタンク８内のＨＲＯＮ燃料１７は、フィルタ１３を通過した後に、圧力調整器Ｒ３によって制御される圧力でポンプＰ２によって加圧される。過剰の加圧されたＨＲＯＮ燃料１７は、Ｒ３を通してＨＲＯＮタンク８に戻る。加圧されたＨＲＯＮ燃料１７は、ポート燃料噴射器（ＰＦＩ）にかつエダクタポンプ１５に提供され、過剰の燃料はＨＲＯＮタンク８に戻る。オーバーフロー管１９は、ＨＲＯＮタンク８内に蓄積された過剰のＨＲＯＮ燃料１７が主タンク２内にオーバーフローすることを可能にするために提供される。フロート型レベルセンサＬ３により、ＨＲＯＮタンク８内のＨＲＯＮ燃料１７のレベルの連続的な測定が行われる。
【００２８】
図４Ａの燃料管理システムでは、アキュムレータ７４は、可動ピストン７２を含むピストン型である。図４Ｂの燃料管理システムは、図４Ａの当該システムとほぼ同一である。しかし、図４Ｂのシステムでは、ピストンアキュムレータ７４が使用されるよりもむしろ、アキュムレータ容積部７６が利用され、例えば、管状空洞によって提供することができる。前述のように、好ましい実施形態では、ピストンアキュムレータ７４が利用される。コストが要因である場合、管状設計が最も好ましい。
【００２９】
図４Ｃを参照して、次に、本発明の他の実施形態用の受動リサイクルを有する簡略化した燃料管理システムについて説明する。本実施形態は、過剰のＬＲＯＮ燃料２８又はＨＲＯＮ１７による主タンクＩＲＯＮ燃料１の希釈が本質的にないＯＢＳユニット４からの燃料流の管理を可能にする。主タンク２に収容されたＩＲＯＮ燃料１は、フィルタ７を通して吸引され、ポンプＰ１によって圧力調整器Ｒ１とＲ２に対し加圧される。圧力調整器Ｒ１は、Ｒ２に対し２５〜１００ｋｐａの圧力差を典型的に維持するように設定される。圧力調整器Ｒ２は、２００〜６００ｋＰａｇの圧力を維持するように典型的に設定される。ポンプＰ１によって提供される圧力は、典型的に４００ｋＰａｇである。加圧されたＩＲＯＮ燃料１の流量は、ＯＢＳ分離ユニット４に対し流量制御器ＦＣ−１によって設定される。過剰の加圧されたＩＲＯＮ燃料１は、流れを直立管２１に、そこからフィルタシュラウド７７内に導くことによって、圧力調整器Ｒ２を通してポンプＰ１の入口に戻される。
【００３０】
代わりに、過剰のＨＲＯＮ燃料１７の戻りは、燃料吸気管又は直立管２１の第１の入口ポート９０に直接、また直接そこからポンプＰ１の入口又は燃料供給ポート（図示せず）に接続することができる。同様に、代わりに、過剰のＬＲＯＮ燃料２８の戻りは、圧力調整器Ｒ２を介して燃料吸気管又は直立管２１の第２の入口ポート９２に、また直接そこからポンプＰ１の入口又は燃料供給ポート（図示せず）に接続することができる。ポート９２はまた、圧力調整器Ｒ２を介して過剰のＩＲＯＮ燃料１を受容できることに留意されたい。
【００３１】
ＯＢＳユニット４から分離されたＨＲＯＮ燃料１７及びＬＲＯＮ燃料２８は、エンジン燃料噴射器ＰＦＩ、ＤＦＩにそれぞれ導かれるか、あるいは図示したように、２つの燃料の混合を最小にするために適切に寸法決めされたアキュムレータ容積部７６によって提供される貯蔵容積部、及びＨＲＯＮタンク８に導かれる。ＬＲＯＮ燃料２８は、要求に応じて直接燃料噴射システムＤＦＩに提供される。過剰のＬＲＯＮ燃料２８は、アキュムレータ７６によって提供される貯蔵容積部に導かれる。アキュムレータ７６から押し退けられたＩＲＯＮ燃料１は、流れを直立管２１及びフィルタシュラウド３６に導くことによって、圧力調整器Ｒ２を通してポンプＰ１の入口に戻される。
【００３２】
アキュムレータ７６の容積の限度において、過剰のＬＲＯＮ燃料２８は、圧力調整器Ｒ２を通して過剰のＩＲＯＮ燃料１と共に直立管２１内に流れる。ＬＲＯＮ燃料２８に対する要求がＯＢＳユニット４の製造速度を越えるならば、追加のＬＲＯＮ燃料２８及び／又はＩＲＯＮ燃料１がアキュムレータ７６の容積部によって提供される。逆止弁２９により、ＯＢＳユニット４への逆流が防止される。
【００３３】
ＯＢＳユニット４によって製造されたＨＲＯＮ燃料１７は、エダクタポンプ１５、又は他の適切な手段によってＨＲＯＮタンク８に送られる。ＨＲＯＮタンク８内のＨＲＯＮ燃料１７は、フィルタ１３を通過した後に、圧力調整器Ｒ３によって制御される圧力でポンプＰ２によって加圧される。過剰の加圧されたＨＲＯＮ燃料１７は、Ｒ３を通してＨＲＯＮタンク８に戻る。加圧されたＨＲＯＮ燃料１７は、ＰＦＩポート燃料噴射器にかつエダクタポンプ１５に提供され、過剰の燃料はＨＲＯＮタンク８に戻る。オーバーフロー管１９は、ＨＲＯＮタンク８内に蓄積された過剰のＨＲＯＮ燃料１７が直立管２１内にオーバーフローすることを可能にするために提供される。過剰のＨＲＯＮ燃料１７は、ポンプＰ１及び流量制御部ＦＣ−１によって、フィルタシュラウド３６及びフィルタ７を通して直立管２１から吸引されることによってＯＢＳユニット４にリサイクルされる。フロート型又は他の適切なレベルセンサＬ３により、ＨＲＯＮタンク８内のＨＲＯＮ燃料１７のレベルの測定が行われる。
【００３４】
図８には、図４Ａの本発明の実施形態用のアキュムレータ７４の構造の詳細が示されているが、他のアキュムレータ構造を使用できる点で限定的であるとは意図されない。アキュムレータ７４は、ピストン７２と、実験による車両試験で使用されるような７５０ｃｍ３の名目排気量を有する円筒状ハウジング７７とから構成される。ピストン７２は、ピストンが最小の差圧、すなわち＜１０ｋＰａで自由に移動するように、低い運動抵抗を提供するＴｅｆｌｏｎ（登録商標）シールリング７８を使用する。ピストン７２は、改造された逆止弁８０、Ｓｗａｇｅｌｏｋ  ＳＳ−２−Ｃ２−１又は同等品を組み込んでおり、この逆止弁は、行程中にピストン７２のシールを行うが、シリンダ面８２と８４によって制限される行程の対向端部におけるＩＲＯＮ燃料１及びＬＲＯＮ燃料２８の流れを可能にするように開口する。逆止弁８０の通常の開口機能と関連する方向の流れにより、逆止弁８０は、ピストン７２の行程がシリンダ面８４によって停止されるとき、ピストン７２を通した流れを可能にするために開口し、必要に応じて主タンク２からＤＦＩ燃料噴射器にＩＲＯＮ燃料１を提供する。過剰のＬＲＯＮ燃料２８が製造されるとき、ピストン７２は、反対方向に移動し、ピストンは、反対側のシリンダ面８２に達するまで逆止弁８０によってシールされる。ピストン７２がシリンダ面８２に接近するにつれ、ピストンがシリンダ面８２に接近するにつれ逆止弁８０を押圧して開くように調整されるピン８６は、調整器Ｒ２の背圧に対抗して主タンクへのＬＲＯＮ燃料２８の流れを可能にするように係合される（図示せず図、図４Ａ参照）。
【００３５】
制御器１４の制御アルゴリズムの操作を示した図３のフローチャートをさらに参照すると、ＬＲＯＮ燃料のみを使用してエンジン１０のトルク要件及び速度要件を満たすことができる時間中に、図５の修正されたフローチャートのステップ３０５（Ｂ）に示したように、αをゼロに設定することができることに留意されたい。より詳しくは、図５のフローチャートに示したように、図３のフローチャートと比較して、図３のステップ３０５は、図５のステップ３０５（Ａ）及び３０５（Ｂ）で置き換えられている。ステップ３０５（Ａ）において、Ｔｄｅｍａｎｄ（エンジントルク、速度、ギヤ比等）が、ＬＲＯＮ  ＷＯＴ（ＬＲＯＮ燃料のみを使用するエンジン１０の最大トルク）よりも小さいかどうかを決定するために決定が行われる。答えがｎｏならば、以前のアルゴリズムのように、ステップ３０４に入る。代わりに、答えがｙｅｓならば、設定α＝０を設定するためにステップ３０５（Ｂ）に入る。他の点では、図５のアルゴリズムの操作は、図３のアルゴリズムについて前述した操作と同じである。
【００３６】
燃料消費に関するエンジン１０のトルク対エンジン速度のプロットが図６に示されている。図示したように、ＨＲＯＮ燃料がエンジン１０のトルク出力を最大にするために使用されるとき、最大燃料消費が生じる。同様に、図示したように、ＬＲＯＮ燃料のみがエンジン１０のトルクを最大にするために使用されるとき、高い燃料消費が、曲線のより高いエンジン速度対トルク領域に生じ、これに対し、エンジン速度及びトルクが「Ｃ」に示したように低減されるならば、下方の燃料消費が実現される。エンジン速度及びトルクが曲線に示したように閾値「Ｄ」未満であるとき、最小の燃料消費が達成される。
【００３７】
図７では、複数の等級のＲＯＮ燃料をエンジンに送るための簡略化した実用システムを示すために、図１の燃料管理システムが拡張されている。図１の制御器１４は、図７に示されていないが、本発明のシステムの様々な機械構成要素及び電気機械構成要素の操作を制御するために、図７に含まれると考えられる。本例では、ＨＲＯＮタンク８は、図示したように主タンク２の部分に組み込まれている。ポンプＰ２は、図示したようにＨＲＯＮタンク８内に組み込まれる。ポンプＰ１は、主タンク２内に組み込まれる。同様に、アキュムレータ７４によって提供される燃料貯蔵容積は、主タンク２に含まれ、ＯＢＳユニット４によって製造されたが、任意の時点にエンジン１０によって消費されなかったＬＲＯＮ燃料の部分を保持するように動作可能である。アキュムレータ７４の蓄積容積内に含まれたＬＲＯＮ燃料は、エンジン１０に送るために利用可能である。一実施形態において、蓄積容積は、本例では１００ｃｃ（立方センチメートル）の容積を有するアキュムレータ７４として機能するチューブのみによって提供することができ、この容積は、限定的であるようには意図されない。同様に、本発明の他の実施形態では、蓄積容積は、図４Ａと図８にそれぞれ示したように、２方向ピストンアキュムレータ７４によって提供することができる。２方向ピストンアキュムレータ７４は、図８を参照して上に詳細に説明されている。
【００３８】
さらに図７を参照すると、流動制御器ＦＣが、ポンプＰ１と、一体化された熱交換器３４との間のＩＲＯＮ燃料経路に取り付けられる。ＩＲＯＮ燃料流れが基準線３６、ＬＲＯＮが基準線３８によって、またＨＲＯＮ燃料が基準線４０によって示されていることに留意されたい。エダクタ４２は、ＯＢＳユニット４からＨＲＯＮ透過物又は燃料４０を吸引するための真空を生成するために加圧されたＨＲＯＮ燃料４０を受容する。一方向弁４４は、一体化された熱交換器３４にＬＲＯＮ燃料が流れて戻るのを防止するためのＬＲＯＮ流体路３８に含まれる。Ｐ２からの典型的に温かい温度のＨＲＯＮ燃料４０は、空気フィン冷却チューブ４６を通過して、周囲近くのＨＲＯＮタンク８の温度を維持する。ヒートパイプ４８は、ＩＲＯＮ燃料３６がＯＢＳユニット４に導入される前にＩＲＯＮ燃料３６を予熱するために含まれる。本例では、エンジン１０は、エンジン１０の関連のシリンダ内にＬＲＯＮ燃料３８を噴射するための直接燃料噴射器ＤＦＩと、エンジン１０の関連のシリンダ内にＨＲＯＮ燃料４０を噴射するためのポート燃料噴射器ＰＦＩとを含む。エンジン１０の排気ガスは、図示したように、触媒コンバータ５４、ヒートパイプ熱交換器５６、及びマフラ排気管５８を通過する。ヒートパイプ４８を加熱するために、排気ガスエネルギの部分が利用される。同様に、一体化された熱交換器３４は、ＯＢＳユニット４に通過するＩＲＯＮ燃料３６と、ＯＢＳユニット４から受容されかつＩＲＯＮ燃料３６の流れに対し反対方向に通過するＨＲＯＮ燃料及びＬＲＯＮ燃料４０、３８それぞれとの間の熱交換を許容する。加熱用の排気ガスエネルギの使用は、他の加熱機構を使用できる点で限定的であるとは意図されないことに留意されたい。製造されたＨＲＯＮ燃料４０は、前に説明したように、ＨＲＯＮタンク８内に貯蔵される。同様に、参照番号４１と４７の各々は、管連結部又は導管連結部を示すことに留意されたい。
【００３９】
図７の燃料管理システムは、燃料の必要な動作温度を維持して、所望の分離を行うために、適切な流量制御機構を通して利用できることに留意されたい。例えば、ＯＢＳユニット４へのＩＲＯＮ燃料の測定温度が所定の限界温度を越えるならば、ＩＲＯＮ燃料３６の速度は、所望の温度を維持するために流量制御器ＦＣを介して変更される。
【００４０】
図９には、「混合蒸気液体原料を使用する改良された膜分離工程」、“Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｍｉｘｅｄ  Ｖａｐｏｒ−Ｌｉｑｕｉｄ  Ｆｅｅｄ”に関し、２００６年７月１４日に出願された（特許文献１）に教示されているようなＯＢＳユニット４用の膜分離装置を利用する図７の本発明のシステムの構成要素の簡略化したブロック概略図が示されている。この工程の教示は、本出願と矛盾しない限り参照により本明細書に援用される。より詳しくは、本実施形態の例示したＯＢＳユニット４に関し、一体化された熱交換器３４は、液体及び蒸気の両方としてＯＢＳユニット４に供給されるＩＲＯＮ燃料供給に対する二重供給状態を維持するために、ＩＲＯＮ燃料の部分的な蒸発を可能にする。「部分的な蒸発」という用語は、最適な蒸気液体混合気を膜に提供する程度に十分な蒸発があることを意味する。液体部分６０は、蒸発膜６２に接触して、湿らせる。ＩＲＯＮ液体６０は、好ましい透過物の増大含量（ＩＲＯＮ供給３６に対し）を有し、一方、蒸気６１の相は、好ましい残留物の増大含量を有する。本例では、好ましい透過物はＨＲＯＮ燃料であり、好ましい残留物はＬＲＯＮ燃料である。
【００４１】
蒸発膜６２は、好ましい透過物を優先的に透過するように選択された選択的な膜である。本出願では、例えば、（特許文献２）に記載されているような選択的な芳香族膜を使用することができる。この特許の教示は、本出願と矛盾しない限り参照により本明細書に援用される。選択的な蒸発膜６２は、例えば、温度、圧力、及び遭遇する他の条件下で、選択的な蒸発膜６２の物理的支持を提供できるＧｏｒｔｅｘＴＭのような物理的な多孔質支持体手段（図示せず）を含むことができる。代わりの支持体は、燒結金属又はセラミック多孔質媒体を含むことができる。好ましい支持体手段は、ＯＢＳユニット４用の本発明の他の実施形態について記載するように、微孔性表面材料を有する多孔質セラミックチューブ又はモノリスのような非対称の多孔質媒体を含む。
【００４２】
例示したＯＢＳユニット４の設計の好ましい実施形態では、多孔質セラミック支持体手段に支持された架橋ポリイミド−ポリアジペート膜ポリマーにより、膜６２が提供される。このような構造は、「Ｐｏｌｙｍｅｒ−Ｃｏａｔｅｄ  Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｆｏｒ  Ｓｅｐａｒａｔｉｎｇ  Ａｒｏｍａｔｉｃ  Ａｎｄ  Ａｌｉｐｈａｔｉｃ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ．」に関し、２００６年８月８日に出願された（特許文献３）に教示されている。この無機膜の教示は、本出願と矛盾しない限り参照により本明細書に援用される。図１０Ａと図１０Ｂは、本発明の好ましい実施形態であると考えられ、かつ管状の無機セラミック基材を使用する本出願の実施形態を例示している。図１０Ａでは、管状の無機基材３１が、本実施形態のＯＢＳユニット４のために含まれている。多孔質無機基材３１は、例えば、シリカ又はアルミナ被覆のムライト、又はシリコーンカーバイド、又は他の適切なモノリス構造を含むことができる。図示したように、本例では、ＩＲＯＮ燃料３６は、多孔質無機基材３１内の複数の通路３３内に送られる。通路３３の表面は、好ましい実施形態では、多孔度が基材３１のバルク多孔度とは異なる多孔質無機材料を含むことができる。最も好ましくは、通路３３の表面多孔度は、関連するポリマーの凝集体ポリマーサイズ未満であるか又はほぼ等しい。前に示したように、架橋ポリイミド−ポリアジペート膜ポリマーを利用することができる。図１０Ｂでは、図１０Ａの分解領域３５の説明は、例えば、基材３１の通路３３の内面を洗浄被覆して、シリカ上塗りを形成することによって形成可能な通路３３が内部表面領域３３Ａを含むことを示している。最適な表面領域３３Ａを有する通路３３の各々は、関連のポリマー層３７によって被覆されて、必要な膜システムを形成する。図１０Ａに示したように、本実施形態では、膜システムからの透過物（ＨＲＯＮ燃料４０）が半径方向に取得され、残留物（ＬＲＯＮ燃料３８）が軸方向に出る。
【００４３】
要約すると、本発明は、他の構成要素から、ＯＢＳユニット４及びＨＲＯＮタンク８を備えた車両内の燃料の製造及び消費の制御を可能にする。本発明のシステムは、ＩＲＯＮ燃料の供給からＨＲＯＮ燃料及びＬＲＯＮ燃料を製造することを可能にし、また所定の時点にエンジンの運転状態によって必要とされる個別等級の燃料又は等級燃料の混合気をエンジン１０に供給する。本システムは、エンジン１０の要求に従って燃料の製造速度を修正することに対し適応性がある。
【００４４】
ＯＢＳユニット４の製造速度の制御は、ＯＢＳユニット４の膜流束と組み合わせて、所定の時点のＬＲＯＮ燃料使用に等しく供給速度を設定することにより、ＯＢＳユニット４へのＩＲＯＮ燃料の供給速度を制御することによって行われる。典型的に、膜流束が推定され、所定の時点にエンジンによって使用されるＬＲＯＮ燃料の量について測定が連続的に行われる。主タンク２内のＩＲＯＮ燃料のレベルが所定の閾値未満にあるとき、常に、製造速度の制御により、ＯＢＳユニット４の供給速度を最小値に下げることによって主タンク２の劣化が最小にされる。
【００４５】
さらに、上に例示されているように、消費制御アルゴリズムは、図２に示した最適なＲＯＮマップに補正係数を提供することによって、この燃料の不足中にＨＲＯＮ燃料の消費の低減を可能にする。上に提示した例のαとしての補正係数は、燃料不足が生じた場合にエンジンの状態の考慮を可能にし、ＨＲＯＮタンク８のレベルは所定の閾値にある。本発明のシステムが火花点火内燃機関に使用される場合、関連の制御システムは、適切なエンジン性能を保証するために必要とされる点火進角／遅延を調整することが可能である。同様に、上に示したように、タンク８内のＨＲＯＮ燃料のレベルが所定のレベルＨＬＬ未満に低下するとき、常に、制御器１４は、ポンプのような様々なシステム構成要素に対する損傷を防止するために、エンジン１０へのＨＲＯＮ燃料のその後のデリバリを終了するように動作可能である。同様に、前に示したように、２つ又は３つよりも多いＲＯＮ値の燃料で動作可能であるように、前述したように本発明のシステムを改造することができる。
【００４６】
ＩＲＯＮ燃料はまた、中間自己着火温度（ＩＡＴ）燃料を有するレギュラー等級の燃料と示すことができることに留意されたい。同様に、ＨＲＯＮ燃料は、低い自己着火温度（ＬＡＴ）燃料と示すことができ、その自己着火温度はＩＡＴ燃料の自己着火温度よりも低い。最後に、ＬＲＯＮ燃料は、高い自己着火温度（ＨＡＴ）燃料と示すことができ、その自己着火温度はＩＡＴ燃料の自己着火温度よりも高い。
【００４７】
同様に、図２は、自己着火温度値に関する燃料要件を決定するために、最適な自己着火燃料マップを提供するように修正できることに留意されたい。最適な自己着火温度マップは、次式から展開することができる。
【００４８】
自己着火温度ｉｄｅａｌ＝ｆ（トルク、速度、ギヤ比、アクセル速度）    （７）。
エンジン動作要件は、燃料の各々からＯＢＳユニットによって製造されるＬＡＴ燃料の品質の直接的又は間接的な測定によって、複数の市場燃料に適合させることができる。
【００４９】
本発明の様々な特徴についてここに図示しかつ説明してきたが、それらは限定的であることを意図しない。当業者は、これらの実施形態に対するある変更を認識することが可能であり、これらの変更は、添付の特許請求の範囲の趣旨及び範囲によって網羅されることが意図される。例えば、ＯＢＳユニット４を操作する際、透過速度は、通常のＨＲＯＮ要求を超えて設定でき、この場合、この超過は、図１に示したように、ＯＢＳユニット４にオーバーフローを戻すことによって受動的にリサイクルされ、製造されたＨＲＯＮ燃料のＲＯＮ値の増加をもたらす。同様に、本発明は、ＯＢＳユニット４によって製造されるＨＲＯＮ燃料の品質の直接的又は間接的な測定により、エンジン要件を複数の市場燃料に適合させることによって拡大することができる。同様に、ＯＢＳユニット４は、実施形態に限定されず、上に教示され、またシリカゲル、蒸留、膜、及び被覆セラミックモノリス等の１つによって提供できることに留意されたい。さらに、本発明は、火花点火内燃機関に選択的に供給される複数の異なる等級のガソリンと関連して、自己着火特性ＲＯＮの制御に関し主に上に説明されているが、当業者は、本発明の様々な実施形態が、燃料点火特性がＲＯＮ価よりむしろセタン価で表されるディーゼル及び他の圧縮点火内燃機関に等しく適用可能であることを認識すべきである。例えば、高圧縮燃焼点火（ＨＣＣＩ）エンジンに関し、本発明者は、１５〜８５のセタン価の範囲のディーゼル燃料が使用可能であろうと考え、この場合、高いエンジン負荷ではより低いセタン価を有する燃料が使用され、低いエンジン負荷ではより高いセタン価を有する燃料が使用されるであろう。しかし、セタン価の範囲は、限定的であると意図されず、使用されるディーゼルエンジンの種類に左右される。
【図１】
2011508147.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【国際調査報告】
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