(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ＲＯＮ燃料の個別の等級又は等級の混合気をそれぞれのタンクから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、ＬＲＯＮタンクから中間ＲＯＮ燃料を受容しかつ低いまた高いＲＯＮ燃料、ＬＲＯＮ及びＨＲＯＮ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ＬＲＯＮ燃料及びＨＲＯＮ燃料の製造速度は、ＬＲＯＮ燃料及びＨＲＯＮ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
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【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；
ＬＲＯＮ燃料を維持するために低リサーチオクタン価（ＬＲＯＮ）タンクを前記車両に取り付けるステップであって、前記ＬＲＯＮ燃料が前記ＩＲＯＮ燃料よりも低いＲＯＮを有するステップと；
ＬＲＯＮ燃料を維持するために高リサーチオクタン価（ＨＲＯＮ）タンクを前記車両に取り付けるステップであって、前記ＨＲＯＮ燃料が前記ＬＲＯＮ燃料及びＩＲＯＮ燃料よりも高いＲＯＮを有するステップと；
車載用分離（ＯＢＳ）ユニットを前記車両に取り付けるステップと；
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ステップであって、前記ＯＢＳユニットが、前記ＩＲＯＮ燃料を前記ＨＲＯＮ燃料及びＬＲＯＮ燃料それぞれに分離するために作動可能であるステップと；
ＨＲＯＮ燃料及びＬＲＯＮ燃料を前記ＯＢＳユニットから前記ＨＲＯＮタンク及びＬＲＯＮタンクそれぞれに制御可能にかつ選択的に送るステップと；
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ＨＲＯＮタンク及びＬＲＯＮタンクの両方の燃料レベルを独立して測定するステップと；
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ＬＲＯＮタンクから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タンク及びＬＲＯＮタンク内の燃料レベルが所定の限度内にあるとき、常に、前記監視ステップ及びレベル感知ステップに直接応答して、前記ＯＢＳユニットによるＨＲＯＮ燃料及びＬＲＯＮ燃料の製造、及び任意の時点の前記エンジンによる前記燃料の消費を制御するステップと；
前記ＬＲＯＮタンク及び／又はＨＲＯＮタンク内の燃料レベルが所定のローリミットにそれぞれ減少するとき、常に、所定のアルゴリズムに従って、前記ＨＲＯＮ燃料及びＬＲＯＮ燃料の一方又は両方の製造及び消費をそれぞれ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；
前記ＬＲＯＮ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ＬＲＯＮ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ＬＲＯＮ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３】
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２に記載の方法。
【請求項４】
燃料が前記ＨＲＯＮタンク内の所定レベルを越えた場合、前記ＨＲＯＮタンクから前記ＯＢＳユニットにＨＲＯＮ燃料を制御可能にリサイクルするステップをさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ＨＲＯＮタンク内の閾値レベルの燃料を示すステップであって、閾値が、ＨＬ（ＨＲＯＮ燃料ローについて）、ＨＬＬ（ＨＲＯＮ燃料ロー・ローについて）、ＨＵ（ＨＲＯＮ燃料アッパについて）、及びＨＣ（瞬間的な含量について）であるステップと；
前記ＬＲＯＮタンク内の閾値レベルの燃料を示すステップであって、閾値が、ＬＵ（ＬＲＯＮ燃料アッパについて）、ＬＬ（ＬＲＯＮ燃料ロワーについて）、及びＬＣ（瞬間的な含量について）であるステップと；
測定された閾値レベルに応答して次の制御アルゴリズム、すなわち、
【表１】
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を任意の時点に適用するステップと；
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】
所定のレベルＨＬＬに又はそれ未満に低下する前記ＨＲＯＮの燃料レベルの発生を示す、又は前記ＬＲＯＮタンクが一杯に近い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、前者の例では、ＩＲＯＮ燃料又はＬＲＯＮ燃料を前記エンジンに送ることが好ましく、後者の例では、前記エンジンへのＬＲＯＮ燃料のデリバリを増大することが好ましいことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項７】
前記ＯＢＳユニットが、燃料成分を高オクタンストリームと低オクタンストリームとに分離するためのポリマー膜を備えることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
２方向ピストンアキュムレータから前記ＬＲＯＮタンクを形成するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
ピストンと逆止弁機構とを含む前記２方向ピストンアキュムレータからＩＲＯＮ燃料を受容するための前記主タンクと、前記２方向ピストンアキュムレータから過剰のＬＲＯＮ燃料が製造される時点にＬＲＯＮ燃料を受容するための前記ＯＢＳユニットとの間に、前記２方向ピストンアキュムレータを位置決めするステップをさらに含み、前記ＩＲＯＮ燃料の圧力が前記ＬＲＯＮ燃料の圧力を越えるとき、常に、前記ピストンが一方向に移動し、前記逆止弁が、ＩＲＯＮ燃料が前記ピストンを通して前記エンジンの燃料噴射器に流れることを許容するために開口し、前記ＬＲＯＮ燃料の圧力が前記ＩＲＯＮ燃料の圧力を越えるとき、常に、前記ピストンが反対方向に移動し、前記逆止弁がＬＲＯＮ燃料を前記アキュムレータに吸引するために閉鎖され、及び前記ピストンが反対方向に前記アキュムレータのシリンダ内面に移動するとき、前記逆止弁が、ＬＲＯＮ燃料が前記アキュムレータから前記主タンクに流入することを許容するために開口することを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
個別に及び／又は異なる混合気で複数の異なる等級のリサーチオクタン価（ＲＯＮ）燃料を関連の内燃機関に送るための車両に搭載された燃料管理システムにおいて、
中間リサーチオクタン価（ＩＲＯＮ）を有する燃料を収容するための主タンクと；
前記主タンクからのＩＲＯＮ燃料を受容する車載用分離（ＯＢＳ）ユニットであって、少なくとも高リサーチオクタン価（ＨＲＯＮ）燃料と、前記ＩＲＯＮ燃料よりも高くまたより低いＲＯＮの低リサーチオクタン価（ＬＲＯＮ）燃料とに、それぞれ、前記ＩＲＯＮ燃料を分離するために作動可能である車載用分離（ＯＢＳ）ユニットと；
前記主タンクから前記ＯＢＳユニットにＩＲＯＮ燃料を送るための可変速度ポンプと；
前記ＯＢＳユニットからＨＲＯＮ燃料を受容かつ収容するためのＨＲＯＮタンクと；
前記ＯＢＳユニットからＬＲＯＮ燃料を受容かつ収容するためのＬＲＯＮタンクと；
任意の時点の前記エンジンの動作要件に応答して、前記ＨＲＯＮタンクからＨＲＯＮ燃料を、又は前記ＬＲＯＮタンクから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手段と；
任意の時点の前記エンジンによる前記燃料に対する需要又は消費に適合するように、ＨＲＯＮ燃料及びＬＲＯＮ燃料の前記ＯＢＳユニットの製造を制御するために、前記ポンプの速度を制御して、前記ＯＢＳユニットへの前記ＩＲＯＮ燃料の供給速度を獲得するための手段と；
を備えることを特徴とする燃料管理システム。
【請求項１１】
前記ＯＢＳユニットがポリマー膜を備えることを特徴とする、請求項１０に記載の燃料管理システム。
【請求項１２】
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、高い自己着火温度（ＨＡＴ）燃料と、前記ＩＡＴ燃料よりも高くまたより低い、低い自己着火温度（ＬＡＴ）燃料とに、それぞれ、前記ＩＡＴ燃料を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ＯＢＳユニットから前記車両のＨＡＴタンクにＨＡＴ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ＨＡＴタンクから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タンク及びＨＡＴタンクの両方の燃料レベルを独立して測定するステップと；
前記ＬＡＴタンク及びＨＡＴ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タンク又はＨＡＴ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１３】
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１２に記載の方法。
【請求項１４】
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１３に記載の方法。
【請求項１５】
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１４に記載の方法。
【請求項１６】
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；
最適な自己着火温度燃料マップを使用して、感知されたトルクとエンジン速度とから自己着火温度値に関する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１２に記載の方法。
【請求項１７】
次式：  自己着火温度ｉｄｅａｌ＝ｆ（トルク、速度、ギヤ比、アクセル速度）
から前記最適な自己着火温度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１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記主タンクから前記ＯＢＳユニットにＩＡＴ燃料を制御可能に送る前記ステップが、
次式：  Ｆ＝Ｌ＋ｈ
〔式中、Ｆは、総質量供給速度（主タンクからのＩＡＴ燃料＋前記ＬＡＴタンクからリサイクルされたＬＡＴ燃料）、Ｌは推定の平均ＨＡＴ燃料消費速度、またｈはＬＡＴ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ＨＡＴ燃料製造を前記エンジンによる短期のＨＡＴ消費と等しくするステップを含むことを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記ＯＢＳユニットがポリマー膜を備えることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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】
【０００５】
【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】
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、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）燃料を異なる等級に、１つはＨＲＯＮタンクに送るための高リサーチオクタン（ＨＲＯＮ）に、他方はＬＲＯＮタンクに送るための低リサーチオクタン（ＬＲＯＮ）に分離するための車載用分離（ＯＢＳ）ユニットを含み、ＯＢＳユニット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燃料タンクから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。
【０００８】
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。
【０００９】
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】
【００１０】
【図１】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】本発明の実施形態の制御アルゴリズムに関する表である。
【図４】本発明の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５】本発明の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６】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の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７】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８Ａ】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の図面である。
【図８Ｂ】本発明の実施形態の実際の実験による車両試験の流量対時間対アキュムレータピストン位置のプロットの図面である。
【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】
【００１１】
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（以下ではＩＲＯＮ）燃料は、９１ＲＯＮである。可変比ポンプ２４は、毎秒０．５〜１．５グラム（ｇ／ｓ）の範囲の容積速度で主タンク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つの等級に分離するために作動可能であり、１つは高リサーチオクタン（ＨＲＯＮ）等級燃料であり、他方は低リサーチオクタン（ＬＲＯＮ）燃料である。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。同様に、以下にさらに詳細に説明するように、従来の燃料管理システムと異なり、本発明のシステムは、貯蔵されたＨＲＯＮ燃料及びＬＲＯＮ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２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。
【００１２】
さらに図１を参照すると、ＯＢＳユニット４によって製造されたＨＲＯＮ燃料は、重力供給によって又はポンプ６を介して貯蔵用のＨＲＯＮタンク８に送られる。同様に、ＯＢＳユニット４によって製造されたＬＲＯＮ燃料は、可変フィードポンプ２２を介して本例では貯蔵用のＬＲＯＮタンク７に供給される。制御器１４は、以下にさらに詳細に説明するように、任意の時点にエンジン１０の負荷に応じて、個別に又は所定の混合気で任意の時点に、ＩＲＯＮタンク２、及び／又はＬＲＯＮタンク７、及び／又はＨＲＯＮタンク８から燃料をエンジン１０に送るように、本発明のシステムを作動するためにプログラミングされる。１つのプログラミング方式では、ＬＲＯＮタンク７が空であるときにのみ、主タンク２からのＩＲＯＮ燃料がエンジン１０に送られる。一実施形態において、ＩＲＯＮ燃料は、図示したように、圧力差を介して又はポンプ２３を介して主タンク２からエンジン１０に送ることができる。同様に、ＯＢＳユニット４がＬＲＯＮ及び／又はＨＲＯＮ燃料を過剰に製造して、関連のタンク７、８がそれぞれ一杯になるようにするならば、制御器１４は、ＯＢＳユニット４からのさらなる過剰のＬＲＯＮ燃料及び／又はＨＲＯＮ燃料が、破線で示したように主タンクに戻るようにさせるようにプログラミングされる。ＬＲＯＮ燃料及びＨＲＯＮ燃料のいずれかの戻りは、一例において、重力によることができる。代わりに、ＨＲＯＮ燃料を主タンク２に戻すために、ポンプ１６を作動することができ、ＬＲＯＮ燃料を主タンク２に戻すために、ポンプ２６が作動可能である。同様に、図１に示したように、過剰のＨＲＯＮ燃料は、バルブ又はポンプ１８を作動することによってＯＢＳユニット４に戻して、例えば、ＯＢＳユニット４内の透過物ストリームのリサイクルを可能にすることができる。さらに、レベルセンサ２５により、ＬＲＯＮタンク７内の燃料レベルを示す信号が制御器１４に提供されることに留意されたい。
【００１３】
図１に示したように、主タンク２からＯＢＳユニット４へのＩＲＯＮ燃料の供給速度は、本例では、毎秒０．５〜１．５グラムに変更できる。本例では、供給速度を制御するために可変速ポンプ２４が利用されるが、他の供給速度制御手段を利用することができる。
【００１４】
前述の透過物リサイクル機構を使用して、活性リサイクル制御を利用するとき、制御された限度内で、ＨＲＯＮタンク８の正味の燃料量を変更できる。一実施形態において、可変速ポンプ１８は、０〜０．４ｇ／ｓ（毎秒グラム）にリサイクル速度を変更するために、制御器１４によって作動可能である。代わりに、タンクが一杯であるとき、タンク８からのＨＲＯＮ燃料のオーバーフローを介してパッシブリサイクリングを利用することができる。この説明の全体にわたって示唆される燃料流れの範囲は、例示目的のみのために与えられ、また限定的であることを意図しないことに留意されたい。さらに、ＯＢＳユニット４の膜６２にわたる流束（以下に述べるように、図９、図１０Ａと図１０Ｂ参照）が比較的一定であると想定されることに留意されたい。ＨＲＯＮ燃料に関連する透過物ストリームの速度は、狭い範囲内でのみ変更できる。
【００１５】
制御器１４は、エンジン１０が任意の割合でそれぞれＨＲＯＮタンク８及びＬＲＯＮタンク７から燃料を吸引することを許容するためにプログラミングされる。例えば、ＨＲＯＮタンク８及びＬＲＯＮタンク７に十分な燃料があるならば、燃料を２つのタンクからエンジン１０に所定の割合で送ってもよい。しかし、例えばＬＲＯＮタンク７が空であり、ＨＲＯＮタンク８が燃料を十分に含むならば、制御器１４は、システムが主タンク２からのＩＲＯＮ燃料とタンク８からのＨＲＯＮ燃料との所定の混合気として燃料を送るように作動可能であるか、あるいは代わりに、これらの燃料の一方のみを所定の時点にエンジン１０に送ってもよい。この点に関して、制御器１４は、本発明の好ましい実施形態では、任意の時点のエンジン１０の瞬間的な挙動又は作動要求と関連して、製造されるＨＲＯＮ燃料の供給速度及び量に関し、ＯＢＳユニット４の動作特性に基づいてプログラミングされる。このような所定の時点におけるエンジン１０の作動要求により、タンク２、７、８の燃料の利用可能性に応じて、前述の燃料のどれを及びいかなる割合で混合すべきかが決定される。
【００１６】
さらに、制御器１４をプログラミングするための制御アルゴリズムが、以下により詳細に説明するように、使用する分離方法（利用するＯＢＳユニット４の種類）と無関係であることに留意されたい。同様に、本発明のシステムは、ＩＲＯＮ燃料を２つの等級のみの燃料、すなわちＨＲＯＮとＬＲＯＮに分離するＯＢＳユニット４に使用するために記載されているが、本発明のシステム及び方法は、３つ以上の等級の燃料を送ることができるＯＢＳユニットによって製造される３つ以上の等級の燃料のデリバリを制御するための修正によって適用可能であることに留意されたい。
【００１７】
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。
【００１８】
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。ここに言及したこのような供給速度の変更又は他の任意の供給速度の獲得は、限定するようには意図されず、例示目的のみに提供されることに留意されたい。
・透過物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、ＬＲＯＮタンク７からＬＲＯＮ燃料を、また主タンク２からＩＲＯＮ燃料を任意の割合で吸引することができる。本例では、割合は、ポンプ／バルブ２０、ポンプ２２、及びポンプ２６を作動する制御器１４の制御下にある。
・ポンプ６は、例えば、ＯＢＳユニット４からＨＲＯＮタンク８に、０．４ｇ／ｓの流量のＨＲＯＮ燃料を提供することができる。
・可変速ポンプ２２は、例えば、ＯＢＳユニット４からＬＲＯＮタンク７にＬＲＯＮ燃料を供給するために、０．１〜１．１ｇ／ｓの流量を提供することができる。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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から残留物ストリームＬＲＯＮ及び／又はＩＲＯＮを供給するように作動することが必要である。
【００２２】
典型的に、任意の時点のエンジン１０の燃料要件は、関連の車両の運転者の要件によって部分的に決定される。本発明のシステムの制御器１４は、任意の時点のエンジン１０に対する燃料需要に関し異なる運転者の要件に適合するようにプログラミングされる。例えば、主タンク２からＯＢＳユニット４へのＩＲＯＮ燃料の供給速度は、任意の時点の運転者のエンジン動作要件に関し変更できる。同様に、本発明の好ましい実施形態において、エンジン１０に送られる特定の燃料又は燃料混合気は、任意の時点のＯＢＳユニット４によるこれらの燃料の製造速度に対応するように適合される。例えば、所定の時点に、エンジン１０が、ＨＲＯＮタンク８が空であるときにより高い割合のＨＲＯＮ燃料を必要とするならば、制御器１４は、タンク７からＬＲＯＮ燃料を送るか、あるいはタンク２からＩＲＯＮ燃料を送るか又はそれらの混合気を送るようにプログラミングされる。
【００２３】
ＬＲＯＮタンク７が満たされたとき、比例する量のＨＲＯＮ燃料も戻される時点に、ＬＲＯＮ燃料のみを主タンク２に戻すことが望ましい。その理由は、ＬＲＯＮ燃料のみがタンク２に戻されるならば、主タンク２内の燃料品質が悪化することである。制御器１４をプログラミングするための制御アルゴリズムは、可能な限り、ＬＲＯＮ燃料のみが主タンク２に戻ることを防止するように設計される。このような制御の一例は、エンジン１０の作動要求がその時点にＬＲＯＮ燃料を必要としないかもしれないが、その時点のＨＲＯＮ燃料の利用可能性に応じて、ＨＲＯＮ燃料及び／又はＩＲＯＮ燃料との混合気でＬＲＯＮ燃料をエンジン１０に送ることである。言い換えれば、制御器１４は、ＬＲＯＮタンク７が満たされる時点に、必要な場合、妥協動作をとるようにプログラミングされる。
【００２４】
制御器１４をプログラミングするための好ましいアルゴリズムの設計について、次に説明する。燃料の閾値レベルが、ＨＲＯＮタンク８及びＬＲＯＮタンク７のために確立された。より詳しくは、ＨＲＯＮ低についてＨＬで示される閾値レベル、任意にＨＲＯＮ低−低についてＨＬＬで示されるさらに低い燃料レベル、ＨＲＯＮ上方について上方の燃料レベルＨＵが確立された。言い換えれば、ＨＲＯＮタンク８で検出される最高の燃料レベルはＨＵであり、次に低いレベルはＨＬであり、最低のレベルはＨＬＬである。同様に、ＬＲＯＮタンク７に関し、ＬＲＯＮタンク７で検出される最高の燃料レベルは、ＬＲＯＮ上方についてＬＵで示され、検出される最低のレベルは、ＬＲＯＮ下方についてＬＬとして検出される。同様に、ＨＲＯＮタンク８及びＬＲＯＮタンク７の瞬間的な燃料レベルは、それぞれＨＣとＬＣで示される。さらに、エンジン１０を運転する任意の時点に、ＨＲＯＮ燃料の正味の製造速度を大きくするか又は小さくするために（限度内で、リサイクルにより）、ＯＢＳユニット４へのＩＲＯＮ燃料の供給速度を実質的に大きくするか又は小さくすることができることが想定される。同様に、利用可能な燃料種類の混合気を必要に応じてエンジン１０に送ることができることが想定される。さらに、任意の時点にエンジン１０に送られる燃料混合気又は燃料について、必要に応じて連続して変更を行うために、好ましいアルゴリズムを介して制御器１４をプログラミングできることが想定され、このような変更は、実質的に短時間の間隔で、好ましくは１秒以下で行われる。前述の制御アルゴリズムの簡単な実施形態が図３に示されている。
【００２５】
さらに図３を参照して、アルゴリズムを容易に解釈する能力を補助するために、操作ステップのいくつかについて詳細に説明する。例えば、タンク８のＨＣのＨＲＯＮ燃料の瞬間的なレベルが、タンク８内の燃料の上方レベルよりも大きいとき、その時点に、タンク７内のＬＲＯＮ燃料ＬＣの瞬間的なレベルが燃料ＬＵの上方レベルよりも大きいならば、ＯＢＳユニットへのＩＲＯＮ燃料の供給速度は、タンク８からＯＢＳユニット４へのＨＲＯＮ燃料のリサイクル速度が増大される。代わりに、ＨＲＯＮタンク８について同一のＨＲＯＮ燃料レベルの条件下では、タンク７内のＬＲＯＮ燃料ＬＣの瞬間的なレベルが低レベルＬＬよりも大きく、ＬＲＯＮ燃料の上方レベルＬＵよりも小さいならば、タンク８からＯＢＳユニット４にリサイクルされるＨＲＯＮ燃料の速度が増大される。再び、ＨＲＯＮタンク８内の同一の前述の燃料レベル下では、ＬＲＯＮ  ＬＣの瞬間的なレベルがタンク７内のＬＲＯＮ  ＬＬの低レベルよりも小さいならば、タンク８からＯＢＳユニット４へのＨＲＯＮ燃料のリサイクル速度と同様に、主タンク２からＯＢＳユニット４へのＩＲＯＮ燃料の供給速度が増大される。図３に示したようなアルゴリズムの他の制御特徴について、同様に説明する。
【００２６】
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、貯蔵されたＬＲＯＮ燃料の量を示すアキュムレータ８８のピストン９０の位置に応答して、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達成される。貯蔵されたＬＲＯＮが予め特定された閾値ＬＨを越えた場合、ＯＢＳユニット４への供給速度が低減される。同様に、ＬＲＯＮレベルがＬＬ未満に低下した場合、供給速度が増大される。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、主タンク内のＩＲＯＮ燃料の劣化が最小にされる。
【００２７】
ＨＲＯＮタンク８内の燃料レベルが閾値ＨＬよりも高いとき、エンジン１０に送られる燃料の実際のリサーチオクタン価（ＲＯＮ）は、本例では、第１に図２の最適なＲＯＮマップからＲＯＮ値を抽出することによって決定される。エンジン要求が変化するにつれ、ＲＯＮ値が前述のマップに従って変化し、最適な燃料をエンジン１０に送る任意の時点に制御器をプログラミングするために利用される。典型的に、送られる燃料は、ＬＲＯＮ燃料及びＨＲＯＮ燃料の混合気であるが、ＨＲＯＮ燃料のみ又はＬＲＯＮ燃料のみ、あるいはＲＯＮ値に応じてＩＲＯＮ燃料のみであり得る。したがって、好ましい実施形態では、以下に示すような式（２）が獲得される。
ＲＯＮａｃｔｕａｌ＝ＲＯＮｉｄｅａｌ      （２）。
【００２８】
前述のように、本発明のシステムは、燃料の製造及び消費の両方の制御を可能にする。より詳しくは、例えば、消費制御は２つの特定の例で必要とされる。第１の例は、ＨＲＯＮタンク８の燃料レベルがＨＬＬに又はそれ以下に低下した場合であり、好ましい制御方策では、ＨＲＯＮ燃料が実際に要求される時点にＬＲＯＮ燃料又はＩＲＯＮ燃料をエンジン１０に供給するだけでよい。このようにして、ＨＲＯＮタンクが完全に空になる可能性が最小にされる。同様に、ＬＲＯＮタンク７が、完全に充填された状態に近いレベルＬＵを有するとき、前述したように、主タンク２内へのＬＲＯＮ燃料のオーバーフローを防止するために、ＬＲＯＮ燃料の消費を増大させることが望ましい。いずれの場合も、図２のＲＯＮマップを修正しなければならず、また燃料を火花点火内燃機関に送る場合、エンジン１０に送られる燃料のこのような変化が運転者に対し顕著な影響を及ぼさないことを保証するためにも、エンジン点火遅延制御を設計することができる。
【００２９】
本発明の他の実施形態において、次のように、図２の最適なＲＯＮマップに対する補正係数を前述の２つの条件下で利用することができる。
ＲＯＮａｃｔｕａｌ＝αＲＯＮｉｄｅａｌ                      （３）
α＝ｇ（トルク、速度、ギヤ比、アクセル、速度）      （４）。
エンジン１０の瞬間的なＲＯＮ要件を考慮するためのギヤ比及びアクセル速度を含む複数のエンジンパラメータに、補正係数αを関係させることができることに留意されたい。例えば、所定の時点におけるエンジン１０が高い加速度モードにあり、典型的にＨＲＯＮ燃料を必要とするならば、αを１に近く又は１と等しく設定できる。他の状況下では、火花点火内燃機関１０を運転するとき、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より小さくされ、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。
【００３０】
同様に、圧縮燃焼機関（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。より詳しくは、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）用に設けることができる。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。例えば、ＨＣＣＩ（高圧縮燃焼点火）エンジンでは、１５〜８５セタン価の範囲を有する燃料が実用的であると考えられている。この範囲の下端のセタン値を有する燃料は、高いエンジン負荷用に使用され、この範囲の上端の値を有する燃料は、低いエンジン負荷用に使用されるであろう。従来のディーゼルエンジンでは、次式「（５）」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      （５）
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
【００３１】
前述のように、ＨＲＯＮタンク８の燃料レベルがＨＬＬ未満である場合、関連のポンプ摩耗及び他のハードウェア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、ＬＲＯＮ燃料又はＩＲＯＮ燃料、あるいはその混合気をエンジン１０に提供するようにプログラミングされる。
【００３２】
前述の第２のアルゴリズムの例を提供するために必要なステップを示したフローチャートが、図４に示されている。ステップ４０１〜４０６に示したパラメータについて次に説明する。Ｆは、ＯＢＳユニット４へのＩＲＯＮ燃料の供給速度である。ＱＴは、任意の時点のエンジン１０の合計燃料消費である。ＱＨｉは、所定の時点のＨＲＯＮの燃料消費である。ＱＬｏは、所定の時点のＬＲＯＮの燃料消費である。ＲＨｉｔｒｇは、ＱＴに対するＱＨｉの比率である実際のＨＲＯＮ燃料噴射比である。ＲＨｉｏｐｔは、最適なＲＯＮマップによって規定されるようなエンジン１０に供給されるＨＲＯＮ燃料の割合である最適なＨＲＯＮ噴射比（マップ）である。ＨＣは、タンク８内のＨＲＯＮの瞬間的な燃料レベルである。ＨＬＬは、タンク８内のＨＲＯＮ燃料のより低い燃料レベル限度である。補正係数は、前に示したようにαと示される。トルク、速度、燃料噴射比等は、ｘ，ｙ，ｚ，・・・で表される。膜流束はｈで表される。ＬＣは、ＬＲＯＮタンク７内の燃料の瞬間的レベルである。ＬＵは、タンク７内のＬＲＯＮ燃料の上方閾値レベルである。
【００３３】
図５を参照して、本発明の他の実施形態について、次に説明する。主タンク２に収容されたＩＲＯＮ燃料８２は、フィルタ８０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８２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８２は、圧力調整器Ｒ２を通して主タンク２に戻される。
【００３４】
ＯＢＳユニット４から分離されたＬＲＯＮ燃料８４及びＨＲＯＮ燃料８６は、エンジン直接燃料噴射器ＤＦＩ、及びポート燃料噴射器ＰＦＩにそれぞれ導かれるか、あるいはアキュムレータ８８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８４は、要求に応じて直接燃料噴射システム噴射器ＤＦＩに提供される。過剰のＬＲＯＮ燃料８４は、アキュムレータ８８に導かれる。アキュムレータ８８から押し退けられたＩＲＯＮ燃料８２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８８の容積の限度において、過剰のＬＲＯＮ燃料８４は、圧力調整器Ｒ２を通して過剰のＩＲＯＮ燃料８２と共に主タンク２内に流れる。ＬＲＯＮ燃料８４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８４及び／又はＩＲＯＮ燃料８２がアキュムレータ８８によって提供される。ＬＲＯＮのアキュムレータピストン９０の位置は、位置センサ（図示せず）によって決定される。逆止弁により、ＯＢＳユニット４への逆流が防止される。
【００３５】
ＯＢＳユニット４によって製造されたＨＲＯＮ燃料８６は、エダクタポンプ９４、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８６は、フィルタ９８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８６は、Ｒ３を通してＨＲＯＮタンク８に戻る。加圧されたＨＲＯＮ燃料８６は、ポート燃料噴射器ＰＦＩにかつエダクタポンプ９４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１００は、ＨＲＯＮタンク８内に蓄積された過剰のＨＲＯＮ燃料８６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。フロート型又は他の適切なレベルセンサＬ３により、ＨＲＯＮタンク８内のレベルの連続的な測定が行われる。
【００３６】
ＬＲＯＮアキュムレータ８８のアセンブリが、本発明の他の実施形態に関し図８Ａに示されている。アキュムレータ８８は、例えば、ピストン９０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ピストン室１０４を提供する円筒１０２とから構成される。ピストン９０は、ピストン９０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テフロン（登録商標）シールリング１０６を使用する。技術的な実験プロトタイプの位置センサ１０８は、トランスデューサダイレクトＬＬＣモデルＴＤ−１４０−６−Ａ−１ＰＢ−００１のリニア電位差計によって提供され、この電位差計は、蓄積したＬＲＯＮ燃料８４の容積を決定するために使用された。ピストン９０は、例えば、改造された逆止弁１１０、Ｓｗａｇｅｌｏｋ（登録商標）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１１２のシールを行うが、シリンダ面１１２と１１４によって制限される行程の対向端部における燃料流れを可能にするように開口する。逆止弁１１０の通常の開口機能と関連する方向の流れにより、逆止弁１１０は、ピストン行程がシリンダ面１１４によって停止されるとき、ＩＲＯＮ燃料８２がピストン９０を通して主タンク２から流れることを可能にするために開口し、必要に応じて主タンク２から燃料噴射器ＤＦＩにＩＲＯＮ燃料８２を提供する。過剰のＬＲＯＮ燃料８４が製造されるとき、ピストン９０は、反対方向に移動し、ピストンは、反対側のシリンダ面１１２に達するまで逆止弁１１０によってシールされる。ピストン９０がシリンダ面１１２に接近するにつれ、ピストン９０がシリンダ面１１２に接近するにつれ逆止弁１１０を押圧して開くように調整されるピン１１６は、背圧調整器Ｒ２に対抗して主タンクへのＬＲＯＮ燃料８４の流れを可能にするように係合される（図示せず図、図５参照）。
【００３７】
本例では、ＯＢＳ車載用分離システム、二重燃料噴射エンジン１０が装備され、かつ図５の説明のように機能するように改造された燃料タンクを含む実験的な試験車両が、上述の制御アルゴリズムを実証するために評価された。車両は、ある範囲の燃料使用及び製造速度を提供する変化する速度及び負荷で、試験トラックの上で駆動された。
【００３８】
図８Ａに記載したＬＲＯＮアキュムレータ８８を試験車両の燃料タンク２に取り付けた。図８Ｂは、図８Ａの位置センサ１０８によって測定されるアキュムレータピストン９０の移動を示している。この試験では、本発明の制御アルゴリズムは、ＬＲＯＮ  Ｈｉレベル及び低レベルのトリガのために、それぞれ０．４〜０．８５のアキュムレータ８８の位置において、ＯＢＳユニット４へのＩＲＯＮ燃料８２の流量制御器ＦＣ−１によって提供される供給速度に対し変更を行うように設定された。シリンダ１０２がＬＲＯＮ燃料８４で、又はＩＲＯＮ燃料８２で充填されるとき、アキュムレータ位置センサ１０８がゼロを読み取ることに留意されたい。主タンク２からのＩＲＯＮ燃料８２は、本例では、１．０ｇ／ｓの初期流量で流量制御器ＦＣ−１によってＯＢＳユニット４に送られる。この速度は、エンジン１０による燃料需要を超過しており、１９５秒後に、アキュムレータ８８のピストン９０の位置は、ＬＲＯＮハイリミット（位置＜０．４）に達し、流量は０．７５ｇ／ｓ（毎秒グラム）に低下した。試験の継続につれ、ＩＲＯＮ燃料８２の流量は、本例では、２８４６秒においてアキュムレータ８８のローリミットに達するまで０．７５ｇ／ｓに留まり、その時点において、ＯＢＳユニット４へのＩＲＯＮ燃料８２の流量は制御アルゴリズムによって１．５ｇ／ｓに増大した。この速度は、より厳しい駆動テストの部分の間に維持された。３１８８秒において、エンジン１０がアイドル状態に戻るにつれ、アキュムレータピストン９０の位置が、再びハイリミットを通して移動し、流量制御器ＦＣ−１の設定ポイントが再び０．７５ｇ／ｓにリセットされた。試験の終了時、ＬＲＯＮアキュムレータ８８は、本質的にＬＲＯＮ燃料８４で一杯であった。ＨＲＯＮ燃料８６のレベルは、この試験の間にほんの僅か変化し、制御限度、ハイ又はローを越えなかった。
【００３９】
図４のフローチャートをさらに参照すると、本発明のシステムを操作する際に制御器をプログラミングするための特別な例では、前述のフローチャートに関連した要件以外の要件を使用して、補正係数αを設定することができる。典型的に、ＬＲＯＮ燃料のみを使用して、エンジンのトルク及び速度要件を満たすことができるならば、ＨＲＯＮ燃料の使用を回避するように、システムをプログラミングすることができる。この結果、図４のフローチャートは、図６に示したより単純なフローチャートに修正することができる。図６に示したパラメータ及び／又は頭字語の大部分は、図４のフローチャートの同様の頭字語についてすでに規定されている。追加のパラメータは、ＬＲＯＮ燃料のみを使用してエンジンの最大トルクにいてＬＲＯＮ  ＷＯＴによって識別される。Ｔｄｅｍａｎｄは、トルク、速度、ギヤ比等を表す。ステップ６００〜６０４、及びステップ６０７と６０８は、図６のフローチャートに対し、図４のステップ４００〜４０４、４０６と４０７とそれぞれ同一であることに留意されたい。
【００４０】
図７には、エンジンモード及び燃料消費曲線が示されている。トルクは、エンジン速度に対しプロットされる。図示したように、エンジンに対するトルク要件が高いと、燃料消費がそれだけより高くなり、その逆も真である。（Ｆｍｉｎ−ｈ）が膜流束を差し引いた最小供給速度を表すことにも留意されたい。同様に、（Ｆｍａｘ−ｈ）は膜流束を差し引いた最大供給速度を表す。同様に、前述のように、ＱＨｉは、所定の時点のＨＲＯＮの燃料消費を表し、ＱＬｏは、所定の時点のＬＲＯＮの燃料消費を表す。さらに、「Ｄ」のエンジン速度未満で、最小の燃料が使用され、「Ｄ」〜「Ｃ」のエンジン速度では、低い燃料消費が経験され、「Ｃ」のエンジンの速度の上方では、高い燃料消費が経験されることに留意されたい。同様に、トルク要求がＨＲＯＮ燃料の使用を必要とする特定のレベルを越えると、最大燃料消費の領域に達することに留意されたい。
【００４１】
前述のアルゴリズムに関係する様々な閾値の正しい設定は、利用する各々の特定の駆動サイクルの「過渡的な」特性に左右される。例えば、前に示したように、図２の最適なＲＯＮマップが、ロサンゼルスのＬＡ４駆動サイクルを使用して確立された。それにもかかわらず、ＨＲＯＮタンク８及びＬＲＯＮタンク７の流体レベル限度に近い関連の閾値の非常に厳しい値を利用するならば、閾値設定により、燃料のオーバーフロー／アンダーフローの危険性が高くなり、望ましくない運転条件がもたらされる。これに反して、非常に「ゆるい」閾値の設定の使用により、このような設定により、ＯＢＳユニット４の作動、最終的に関連のエンジンの動作が制約され、劣ったエンジン性能及び燃料効率がもたらされると思われる。理想的には、駆動条件に基づき、学習アルゴリズムを使用して、閾値を確立することができる。例えば、運転者が例えば、高い一時的な加速度要求による駆動の結果として、ある閾値限度を繰り返しかつ頻繁に獲得するならば、予め設定された限度を変更して、その特定の運転者の要件を満たすことができる。
【００４２】
要約すると、本発明のシステム及び関連の方法は、異なるＲＯＮ等級の燃料を各々が含有する複数の燃料タンクを備えた車両内の燃料の製造及び消費を共同で制御することを可能にする。本発明の１つの目的は、運転者が、運転者の運転条件に基づき可能な限り、最大の効率及び性能のために任意の時点にエンジンが要求する燃料等級の混合気又は単一等級の燃料を獲得することを許容することである。さらに、ＯＢＳユニット４による燃料の製造は、加速、減速、重荷重の牽引、登坂であるかにかかわらず、運転者の要件に理想的に適合される。さらに、本発明のシステムのプログラミングされた制御は、主タンク２内のＩＲＯＮ燃料の品質の悪化を回避するために、主タンク２内へのＬＲＯＮ燃料の戻りを防止するように可能な限り動作可能である。
【００４３】
同様に、上に示したように、ユニークに開発されたアルゴリズムは、ＨＲＯＮタンク８及びＬＲＯＮタンク７の含量を所定の上方及び下方の閾値又は流体レベルの間に維持するように、ＯＢＳユニット４によるＬＲＯＮ燃料及びＨＲＯＮ燃料の製造を制御するために使用される。制御アルゴリズムは、タンク８内のＨＲＯＮ燃料及びタンク７内のＬＲＯＮ燃料のレベルに応じて、ＯＢＳユニット４へのＨＲＯＮ燃料のリサイクル速度と同様に、ＯＢＳユニット４へのＩＲＯＮ燃料の供給速度が変更される点で動的である。このようにして、タンク７内のＬＲＯＮ燃料及びタンク８内のＨＲＯＮ燃料のレベルは、可能な限り、上限と下限との間に常に維持される。
【００４４】
前述の製造制御に加えて、消費制御アルゴリズムが、特定の閾値内のＨＲＯＮ含量及びＬＲＯＮ含量を維持するように設計される。これが達成されるとき、運転者は、図２の前述の予め計算された最適なＲＯＮマップに従って燃料を消費する。消費制御アルゴリズムは、ＨＲＯＮ燃料及びＬＲＯＮ燃料の各々のレベルがそれぞれＨＵ及びＬＵ以上ならば、ＨＲＯＮ燃料及びＬＲＯＮ燃料の一方又は両方の消費を増大させる。これに反して、これらの燃料がそれぞれそれらの下限ＨＬＬ、ＬＬ未満であるならば、アルゴリズムプログラム制御器１４は、２方向アキュムレータ８８を介してエンジン１０に燃料を送るようにシステムを操作する。これらの燃料は、ＬＲＯＮをアキュムレータ８８に貯蔵することができ、ＩＲＯＮ燃料を主タンク２に貯蔵することができる。消費制御アルゴリズムは、次の２つの機能を実行する。すなわち、（１）レベルがＨＬ未満にあるとき、消費制御アルゴリズムはＨＲＯＮ燃料の消費を低減し、同様に、レベルがＬＵの上方にあるとき、ＬＲＯＮ燃料の消費を増大させ、（２）消費制御アルゴリズムは、点火進角及び／又はバルブタイミングによってエンジン１０の動作を適合させて、最適でない燃料の使用のため生じ得るノッキングを低減する。図６は、不足（ＨＲＯＮタンク含量＜ＨＬ）の間にエンジン１０へのＨＲＯＮ燃料の供給をどのように修正できるかを示している。
【００４５】
本発明の他の実施形態において、燃料レベル閾値をより遅いタイムスケールで修正して、運転者挙動のパターンに適合することができる学習アルゴリズムを実現することができる。学習アルゴリズムは、例えばＨＲＯＮ燃料の不足中に高い負荷に遭遇するとき、例えばＨＲＯＮタンク８の燃料含量を閾値ＨＵとＨＬの間に維持することよりも、より高い優先性がエンジン１０に与えられることを意図するように構成される。同様のコード化が、ＬＲＯＮタンク７の燃料レベルに適用されるであろう。同様に、特定の高いエンジン負荷がしばしば生じるならば、学習アルゴリズムにより、所定の時点にタンクのレベル閾値をより適切な値に変更できる。
【００４６】
図４と図６のアルゴリズムについて前に示したように、タンク８内のＨＲＯＮ燃料のレベルがＨＬＬ未満であるとき、常に、ＨＲＯＮ燃料消費を終了するために消費制御が行われる。このような作用により、例えば前述のようなポンプのような構成要素に対するハードウェア損傷が防止される。同様に、他の実施形態において、消費制御アルゴリズムは、前述したように、それらの関連のタンク内の３つ以上の燃料閾値レベルで動作できるように設計される。
【００４７】
図９は、「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の膜分離装置を利用する図７に示した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を示している。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、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。
【００４８】
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された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。
【００４９】
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３０が、本実施形態のＯＢＳユニット４のために含まれている。例えば、無機基材３１はシリカ又はアルミナ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）が半径方向に抽出され、残留物（ＬＲＯＮ燃料３８）が軸方向に出る。
【００５０】
要約すると、一実施形態において、本発明は、他の構成要素から、ＯＢＳユニット４、ＬＲＯＮタンク７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に供給する。本システムは、エンジン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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
自己着火温度ｉｄｅａｌ＝ｆ（トルク、速度、ギヤ比、アクセル速度）    （６）。
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。
【００５５】
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、したがって上に教示され、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。本発明は、市場燃料の各々から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、エンジンの動作要件を複数の市場燃料に適合させることによってさらに拡大することができる。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】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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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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