(57)【要約】  車両推進システム、車両燃料システム、および内燃エンジンを動作させる方法。燃料システムの一部を形成する分離ユニットは、分離ユニットが、搭載燃料と流動性吸着材の少なくとも一部分を選択的に受け取り、前記燃料をオクタン富化燃料成分とセタン富化燃料成分とに分離してもよい。搭載燃料が、ある動作条件では最初に分離ユニットを通過せずに内燃エンジン内の１つ以上の燃焼室に送られ、あるいは別の動作条件では、内燃エンジンがオクタン富化またはセタン富化の混合物を必要とし得る状況では分離ユニットに送られることができるように、コントローラを使用して内燃エンジンの特定の動作条件を決定してもよい。
2021517942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両推進システムであって、
内燃エンジンと、
前記内燃エンジンと協働して、前記内燃エンジンの一部を構成する燃焼室に燃料を送達する燃料システムと、を備える車両推進システムであって、前記燃料システムは、
市場燃料を収容するように構成された搭載燃料供給タンクと、
流動性吸着材の少なくとも一部を収容するように構成された上部タンクと、
分離ユニットであって、当該分離ユニットは、前記搭載燃料供給タンクからある量の市場燃料と前記上部タンクからある量の吸着材を受け取ると、少なくとも一部が前記分離ユニットから前記上部タンクに給送される吸着物と残部を生成するように構成され、前記残部は第１の富化燃料を規定する分離ユニットと、
第２の富化燃料を規定する脱離物の生成を通じて前記吸着材の少なくとも一部を再生するために、残留熱エネルギーを前記吸着物に選択的に送達するように構成された熱交換器と、
前記第２の富化燃料の少なくとも一部を収容するように構成された下部タンクと、
少なくとも前記搭載燃料供給タンク、前記上部タンク、前記下部タンク、前記分離ユニット、および前記熱交換器を選択的に流体結合するように構成された導管と、
前記導管と協働して、前記市場燃料、前記第１の富化燃料、および前記第２の富化燃料の少なくとも１つを前記燃焼室に選択的に給送するコントローラと、
を備える、燃料システム。
【請求項２】
前記吸着物はオクタン富化燃料成分を含み、前記残部はセタン富化燃料成分を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記吸着物はセタン富化燃料成分を含み、前記残部はオクタン富化燃料成分を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記コントローラはさらに、前記内燃エンジンがバイパス条件または吸着条件のいずれかにあるかを決定するように構成され、前記内燃エンジンが前記バイパス条件にあると決定すると、前記市場燃料を最初に前記分離ユニットを通過せずに前記燃焼室に導くように構成され、前記内燃エンジンが前記吸着条件にあると決定すると、前記市場燃料の少なくとも一部を前記分離ユニットに導くように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記導管の一部が前記吸着材のリサイクルループを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記上部および下部タンクの少なくとも一方が実質的に円錐形の輪郭を形成し、前記一部は固液分離器に対応し、液体部分が輪郭基部に隣接して位置し、固体部分が輪郭頂点に隣接して位置する、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記燃料システムによって生成された前記第１および第２の富化燃料のそれぞれの少なくとも実質的な大部分が、前記上部および下部タンクのどちらか一方にそれぞれ含まれる、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記コントローラと協働する複数のセンサをさらに備え、前記複数のセンサの少なくとも１つから受信された信号が、前記上部タンク内に存在する前記吸着材が飽和状態にあることを示すと決定すると、前記脱離物と再生された吸着材とを生成するために、前記コントローラは前記導管に、飽和状態の前記吸着材の少なくとも一部を前記上部タンクから前記熱交換器に給送するように指示する、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記吸着材は、（ａ）活性炭、ゼオライト、シリカ、およびアルミナのうちの少なくとも１つを含む少なくとも１つの官能基を規定する吸着材粒子、および（ｂ）活性炭、ゼオライト、シリカ、およびアルミナの少なくとも１つを含む少なくとも１つの官能基を規定する吸着材粒子、からなる群から選択された吸着材粒子を含む、請求項１から８のいずれかに記載のシステム。
【請求項１０】
搭載燃料供給タンクと、上部タンクと、下部タンクと、分離ユニットと、熱交換器と、複数のセンサと、コントローラと、少なくとも前記搭載燃料供給タンク、前記上部タンク、前記下部タンク、前記分離ユニット、および前記熱交換器を選択的に流体結合するように構成された導管と、を備える燃料システムによって、内燃エンジンに、車上生成オクタン富化燃料および車上生成セタン富化燃料の少なくとも一方を給送する方法であって、
前記コントローラによって、前記内燃エンジンがバイパス状態または吸着状態にあるかを決定することと、ここで、前記内燃エンジンが前記吸着状態にある場合、前記コントローラは前記燃料システムに対して、
前記搭載燃料供給タンクからある量の市場燃料と前記上部タンクからある量の吸着材を前記分離ユニットに導入し、吸着物と残部を生成し、ここで前記残部は第１の富化燃料を規定するものであり、
前記吸着物の少なくとも一部と前記第１の富化燃料を前記分離ユニットから前記上部タンクに給送し、
第２の富化燃料を規定する脱離物を生成することにより前記吸着材を再生するために、前記上部タンクから前記吸着材の少なくとも一部を前記熱交換器に導入し、
前記第２の富化燃料を前記下部タンクに給送し、
前記再生された吸着材を前記分離ユニットに給送する、
ように指示する、決定することと、
前記市場燃料、前記第１の富化燃料、および前記第２の富化燃料の少なくとも１つを前記内燃エンジンに給送することと、
を含む、方法。
【請求項１１】
前記内燃エンジンに給送される燃料の実質的に全体が、セタン富化燃料成分またはオクタン富化燃料成分の形で前記燃焼室に給送される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記上部タンク内で固液分離が行われ、前記分離は、吸着物の少なくとも一部を飽和状態で前記上部タンクの底部に蓄積しつつ、前記第１の富化燃料の少なくとも一部を飽和状態の前記吸着物の上部に蓄積することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２の富化燃料成分は、前記燃焼室への給送前に少なくとも部分的に凝縮されている、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記導管の一部が前記吸着材のリサイクルループを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記複数のセンサは前記コントローラと協働し、前記複数のセンサの少なくとも１つから受信された信号が、前記上部タンク内に存在する前記吸着材が飽和状態にあることを示すと決定すると、前記脱離物と再生された吸着材とを生成するために、前記コントローラは前記導管に、飽和状態の前記吸着材の少なくとも一部を前記上部タンクから前記熱交換器に給送するように指示する、請求項１０から１４のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１８年３月２９日に出願された米国特許出願第１５／９３９，９３０号の優先権を主張し、その開示全体が、参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
本開示は、概して、搭載燃料をオクタン富化成分とセタン富化成分とに選択的に分離するための車両用燃料システムに関し、より具体的には、そのような燃料分離過程を促進するために流体により循環される吸着材を使用するシステムに関する。
【発明の概要】
【０００３】
車両の推進力に使用される内燃エンジン（ＩＣＥ）の領域では、最も一般的に使用されているのは（吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程を伴う）４サイクルの諸種であり、燃焼は通常、火花点火（ＳＩ）モードの動作または圧縮点火（ＣＩ）モードの動作のいずれかを経て達成される。ＳＩベースのモードでは、圧縮とそれに続く点火プラグを介した点火とのために、空気と燃料との混合物（通常はオクタン富化のガソリン）が燃焼室に導入される。ＣＩベースのモードでは、燃料（通常はセタン富化のディーゼル燃料）が燃焼室に導入され、ここでは空気が高度に圧縮された形態ですでに存在しているため、圧力の上昇に伴う室内の高温により燃料が自己点火する。この２つのうち、ＣＩモードのほうが高効率で動作する傾向があり、ＳＩモードのほうが低エミッションで動作する傾向がある。
【０００４】
さまざまなエンジンの概念または構成が、ＣＩ動作モードの高効率動作を同時に満たしながら、ＳＩ動作モードの比較的低いエミッションを擬装し得る。そのような概念はさまざまな名称で知られており、ガソリン直噴圧縮点火（ＧＤＣＩ）、均一予混合圧縮点火（ＨＣＣＩ）、反応度制御圧縮点火（ＲＣＣＩ）、ならびにその他を含む。一形態では、単一の燃料を使用し得る一方、他の形態では、通常は選択的オクタン富化またはセタン富化の形態で、異なる反応度の複数の燃料を導入し得る。これらのエンジンに燃料供給する方法として、オクタンオンデマンド（ＯＯＤ）またはセタンオンデマンド（ＣＯＤ）を実行することが可能であるが、そのような過程には問題が伴い得る。例えば、それぞれのオクタンが富化された部分またはセタンが富化された部分を予め分離された形態にすることは、少なくとも２つの搭載貯蔵タンクおよび関連付けられた給送導管の並行使用を伴う。加えて、この状況での車両の燃料補給過程に関連付けられた時間および複雑さにより、操作者のエラーの可能性がかなり大きくなる。同様に、単一市場の燃料が搭載された後のＯＯＤまたはＣＯＤの生成は、搭載燃料改質インフラストラクチャのサイズ、重量、および全体的な複雑さの大幅な増加を伴う蒸留または膜ベースの透過蒸発（パーベーパレーション）過程を必要とし得る。これらの困難は、根本的な燃料富化過程に関連付けられた熱収支の達成に関連しているため、特に深刻である。そのため、そのようなインフラストラクチャを搭載燃料分離システムに統合するための簡素化されたアプローチが求められている。
【０００５】
本開示の一実施形態によれば、車両推進システムが開示される。この推進システムは、燃焼室を有するＩＣＥ、ならびに搭載燃料をオクタン富化燃料成分およびセタン富化燃料成分に変換するための燃料システムを含む。燃料システムは、燃料供給タンク（搭載燃料タンク、メインタンクなどとも呼ばれる）の形の市場燃料の搭載供給源と、他の流体結合された収容部と共に流動性の吸着剤を受け入れて給送する上部タンクの形の流動性吸着材の供給源とを備える。これらの供給源は、市場燃料と吸着材の両方が適切な導管を通して分離ユニットに別々に導入され得るように、分離ユニットに流体結合される。燃料システムは、それぞれの搭載供給源から燃料と吸着材の少なくとも一部を受け取ると、分離ユニットが、吸着物、残部、および残りの市場燃料の１つまたは複数を吸着材の搭載供給源を構成する上部タンクに給送するように動作する。この状態では、吸着物と残部の一方はオクタンが強化された（つまり、オクタン富化）状態にあり、残部と吸着物の他方はセタンが強化された（つまり、セタン富化）状態にあり、オクタン富化燃料またはセタン富化燃料の内の第１の燃料が生成される。さらに、熱交換器を使用して、吸着材の供給源を構成する上部タンクから給送される飽和吸着物に熱を選択的に供給して、飽和供給物の少なくとも一部を脱離して、セタンまたはオクタン富化燃料成分の内の第２のものを第２のタンクで生成および貯蔵してもよい。コントローラおよび１つまたは複数のセンサは、内燃エンジンおよび燃料システムに関連する動作パラメータまたは他の指標を取得するために、燃料システムの１つまたは複数の他の構成要素と協働する。このようにして、コントローラは導管と協働して、センサの少なくとも１つから受信した信号が、吸着材が飽和状態にあることを示すという決定を行うことができるようにする。この状態では、コントローラおよび導管は、脱離物および再生された吸着材を生成するために、飽和状態の吸着材の少なくとも一部を上部タンクから熱交換器に選択的に給送してもよい。さらに、コントローラおよび導管は、脱離物の少なくとも一部を燃焼室および第２のタンクの少なくとも一方に選択的に給送してもよく、燃焼室に給送され得る第２の富化燃料を生成するために混合、ブレンド、またはその他の方法で脱離物と結合させるべく、市場燃料の少なくとも一部を選択的に給送してもよい。したがって動作中、コントローラと導管は協働して、市場燃料、第１の富化燃料、および第２の富化燃料の少なくとも１つを燃焼室に選択的に給送してもよい。
【０００６】
本開示のさらに他の実施形態によれば、市場燃料をオクタン富化成分およびセタン富化成分に変換するための車両用燃料システムが開示される。この燃料システムは、前述の実施形態と同様に互いに対して配置され得る、燃料源、吸着材源、分離ユニット、熱交換器を備える。さらに、市場燃料と第１および第２の富化燃料の少なくとも１つを、燃料源、吸着材の供給源、分離ユニット、熱交換器、ＩＣＥの燃焼室の少なくともいずれかの間で供給するように構成された導管が含まれている。
【０００７】
本開示のさらに別の実施形態によると、搭載燃料供給タンクと、吸着材上部タンクと、下部タンクと、分離ユニットと、熱交換器と、複数のセンサと、コントローラと、少なくとも前記搭載燃料供給タンク、前記上部タンク、前記下部タンク、前記分離ユニット、および前記熱交換器を選択的に流体結合するように構成された導管と、を備える燃料システムによって、ＩＣＥに、車上生成オクタン富化燃料および車上生成セタン富化燃料の少なくとも一方を給送する方法である。この方法は、搭載燃料供給タンクおよび上部タンクを分離ユニットと選択的に流体連通するように配置することと、搭載燃料供給タンクからある量の市場燃料と上部タンクからある量の吸着材の量を受け取ると、分離ユニットが吸着物と残部を生成するように分離ユニットを設けることと、を含む。ここで、吸着物と残部の少なくとも一部は、分離ユニットと上部タンクとの間で市場燃料の残りの分とともに給送される。残部は、市場燃料に対してオクタン価またはセタン価のいずれかが増えている燃料である、第１の富化燃料を規定する。前記方法はさらに、下部タンクを分離ユニットおよび上部タンクの少なくとも一方と選択的に流体連通するように配置することと、熱交換器を内燃エンジンと熱的に連通するように配置することと、複数のセンサの少なくとも１つによって、上部タンク内に存在する吸着材が飽和状態または不飽和状態のいずれにあるかの指標を受信することと、少なくとも１つのセンサから受信した信号が、吸着材が飽和状態にあることを示すかどうかを決定することと、導管に指示を送り、飽和状態の吸着材の少なくとも一部を上部タンクから熱交換器へ給送し、脱離物と再生された吸着材を生成することと、脱離物の少なくとも一部を燃焼室と下部タンクの少なくとも一方に給送することと、市場燃料の少なくとも一部と下部タンク内の脱離物を組み合わせることにより、市場燃料に対してＣＮを増加した燃料とＲＯＮを増加した燃料の他方を生成することと、市場燃料、ＲＯＮを増加した燃料、ＣＮを増加した燃料の少なくとも１つをＩＣＥに給送することと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本開示の特定の実施形態の以下の詳細な説明は、同様の構造が同様の参照番号で示されている以下の図面と併せて読むことで、最もよく理解することができる。
【図１】図示または説明される１つ以上の実施形態によるエンジンの部分断面図によって、車両を示す。
【図２】図示または説明される１つ以上の実施形態によるコントローラと共に図１のエンジンのシリンダーの簡略断面図を示す。
【図３】図示または説明される１つ以上の実施形態による燃料分離システムの簡略図を示す。
【図４】図３の燃料分離システムで使用され得る特定の吸着材官能基上での高芳香族燃料化合物の吸着率を示す。
【図５】図示または説明される１つ以上の実施形態による３つの別個の期間下の例示的な吸着物流速を示す。
【図６Ａ】本明細書に図示または記載されている１つ以上の実施形態により使用される場合がある熱交換メカニズムの１つの例示的形態を示す。
【図６Ｂ】本明細書に図示または記載されている１つ以上の実施形態により使用される場合がある熱交換メカニズムの別の例示的形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本開示では、吸着ベースの分離システムを使用して、２つの特有のメカニズム、つまり、（１）搭載燃料供給に存在する特有の吸着物（芳香族、環式、および任意の含酸素添加剤）を誘引する異なる官能基を用いること、および（２）モレキュラーシーブを使用して、特定のより小さい（つまり、直鎖）分子を選択的に通過させながら、より大きい（つまり、分岐した）分子を保持すること、のうちの１つを利用することにより、搭載市場燃料をＯＯＤまたはＣＯＤストリームに分割し得る。第１のタイプの吸着材の例として、活性炭、シリカ、およびアルミナ、ならびに一般にいくつかのタイプのゼオライトおよび機能化多孔質材料が挙げられ、第２のタイプの例として、ゼオライト、金属有機フレームワーク、および構造化多孔質材料が挙げられる。本文脈において、燃料は、１つ以上の分離過程が用いられている市販の燃料よりも高い濃度のオクタン（Ｃ８Ｈ１８）または関連するアンチノッキング剤を有するときに、オクタン富化であると見なされる。例として、いわゆるレギュラーグレードの無鉛燃料について、約９１−９２よりも大きいリサーチ法オクタン価（ＲＯＮ）または約８５−８７よりも大きい耐ノックインデックス（ＡＫＩ）を有し、中グレードの無鉛燃料およびプレミアム無鉛燃料の値がそれぞれわずかに高い場合、燃料は、オクタン富化であると見なされる。同様に、ＲＯＮ、ＡＫＩまたは他のオクタンインデックスもしくはセタンインデックスの値に地域的な変動があり、前の文において明示的に考察されたものは米国市場を想定していることが理解される。それにも関わらず、そのような値は、これらの地域の変動を考慮して好適に調整され、すべてのそのような値は、各地域、国または関連する管轄内の本開示の範囲内であると見なされることが理解される。燃料は、オクタンと同様に、市販の燃料のものよりも高い濃度のセタン（Ｃ１６Ｈ３４）の濃度を有するときに、セタン富化であると見なされる。例として、約４０〜４５を超えるセタン価（ＣＮ）を有する場合（他の好適なバリエーションがある、米国市場のほとんどの場合）、燃料は、セタン富化であると見なされる。オクタン富化燃料成分とセタン富化燃料成分は、吸着ベースの分離システムの操作の結果として、概してＩＣＥ、具体的には燃焼室に給送される市場燃料のＲＯＮまたはＣＮがそれぞれ増加するものである。
【００１０】
まず図１を参照すると、車両１００は、複数の車輪１２０を有するシャーシ１１０を含む。シャーシ１１０は、ボディオンフレームまたはユニボディ構造のいずれかであり得、その両方の構成が本開示の範囲内であると見なされる。乗員室１３０は、シャーシ１１０の内部に形成されており、乗客および貨物を輸送するための場所としてだけでなく、運転者が車両１００を操作し得る場所としても機能する。ガイダンス装置（とりわけ、ステアリングホイール、アクセル、ブレーキなどを含み得る）１４０は、シャーシ１１０およびホイール１２０ならびに車両１００の動きを制御する他のシステムと協調的に使用される。ＩＣＥ１５０は、シャーシ１１０内またはシャーシ１１０上のエンジンコンパートメント内に設置されて車両１００に推進力を提供する一方で、コントローラ１７０は、ＩＣＥ１５０と相互作用して後者の動作に関する指示を提供する。
【００１１】
次に図２および図３を参照し、ＩＣＥ１５０およびコントローラ１７０の一部分の構造および動作に関連付けられた詳細を示す。ＩＣＥ１５０は、多数のシリンダー１５２を有するエンジンブロック１５１と、エンジンブロック１５１内で回転可能に移動可能なクランクシャフト１５３と、クランクシャフト１５３の動きに応答する多数のカム１５４と、エンジンブロック１５１に結合されて多数の燃焼室１５６を画定するヘッド１５５と、を含む。ヘッド１５５は、入口バルブ１５７と排気バルブ１５８（各１つのみが示されている）を含み、一形態では、クランクシャフト駆動チェーン、クランクシャフト作動プッシュロッド、または空気圧アクチュエータ（いずれも図示せず）のいずれかによって制御されるカム１５４のうちの対応する１つを介してクランクシャフト１５３に応答して移動するようにばね付勢され得る。空気入口１５９および排気ガス出口１６０は、燃料噴射器１６１を通して燃焼室１５６の各々と選択的に流体連通する一方、ピストン１６２は、それぞれの各シリンダー１５２内に受け入れられており、かつ接続ロッド１６３を通してクランクシャフト１５３に結合されており、これにより燃焼室１５６内で起こるＳＩ燃焼またはＣＩ燃焼に応答したピストン１６２の往復運動は、コネクティングロッド１６３およびクランクシャフト１５３の枢動運動によってクランクシャフト１５３の回転運動に変換され、ＩＣＥ１５０およびトランスミッション、車軸、ディファレンシャル（いずれも図示せず）、およびホイール１２０で形成されるパワートレインの残部へのその後の動力伝達に供される。ＩＣＥ１５０は、さまざまなＣＩベースのエンジン構成（ＲＣＣＩ、ＨＣＣＩ、または同様のものなど）と一貫した態様で火花点火装置（スパークプラグなど）を有さずに示されているが、特定の動作負荷、または低負荷、冷間始動、および関連付けられた暖機などの条件では、そのような火花点火を（場合によっては、いくつかのスロットルと組み合わせて）使用して、低シリンダー圧力を維持しながら火炎伝播燃焼速度を増加させ得る。
【００１２】
一形態では、ＩＣＥ１５０は、搭載されているガソリンベースの燃料で動作することができるガソリン圧縮点火（ＧＣＩ）エンジンとして構成されている。そのような場合、本開示の燃料システムを使用して、市場ガソリン、含酸素添加剤または関連するアンチノック化合物を含まないガソリン（ベースガソリンとも呼ばれる）、または多くのタイプのアルキル、芳香族、またはアルコールのうちの１つを有するガソリンを含むさまざまな燃料での動作を通したＣＯＤを達成し得る。非限定的な一例では、そのような燃料は、周囲温度から２００℃の範囲内の沸点を有していてもよい。実質的に燃料が実質的に４サイクル動作の入口行程中に噴射される動作のＳＩモードとは異なり、ＧＣＩモードでは、圧縮行程中に燃料を実質的に噴射する。一形態では、燃料と空気とは完全には混合されないため、噴射プロセスによって燃焼プロセスの段階を制御することを許容する。また、ディーゼルベースの燃料との対比でガソリンベースの燃料によって許容される点火遅れにより、部分的に予混合された燃料および空気が圧縮中にさらに混合され、ひいては燃焼の改善につながることとなる。ある程度の量の燃料と空気との予混合があるガソリンベースの市場燃料は、さまざまなエンジン負荷と関連付けられた燃料噴射タイミングのシナリオとに好適な燃料−空気当量比を確保することを支援する。したがって、（例えば、ＲＯＮが約６０より大きく、かつＣＮが約３０未満である）ガソリン自動点火範囲で燃料を使用するＩＣＥ１５０は、ＧＣＩエンジンとして構成されているとき、従来のディーゼル燃料と比較して比較的長い点火遅延時間を提供することができる。このことは、ひいては、燃料−空気混合と関連するエンジン効率とをより少ないすすおよびＮＯｘの形成と共に改善し、この後者の改善により、ＮＯｘおよびすすを同時に制御しようとするのではなく、酸素富化環境で炭化水素および一酸化炭素を酸化することに重点が置かれるため、排気ガス処理システムが簡素化される。また、ＩＣＥ１５０は、ＧＣＩエンジンとして動作するとき、ディーゼルベースのＣＩエンジンよりも低燃料噴射圧力を必要とする。
【００１３】
さらに、ＩＣＥ１５０は、ＧＣＩエンジンとして構成されているとき、より少ない処理量を必要とするガソリンベースの市場燃料を利用してもよく、一形態では、燃料は、約７０〜８５の中間のＲＯＮを有するガソリンの形態をなしてもよい。そのようなオクタン濃度は、次いで、本開示の他の箇所でより詳細に考察される燃料システム２００の動作を通してＯＯＤまたはＣＯＤを介して調整されてもよい。
【００１４】
また、燃料および空気が燃焼室１５６内に導入される前に完全に予混合されるＨＣＣＩ動作モードとは異なり、ＩＣＥ１５０のＧＣＩ実施形態は、エンジンのノッキングを気にすることなく、より高いエンジン負荷および圧縮比の下でのＣＩ動作を許容するものである。さらに、ＧＣＩとして構成されたＩＣＥ１５０は、シリンダー内の温度と圧力との組み合わせが正確にわからない場合があるＨＣＣＩと比較して燃焼プロセスを制御することをより容易にするために、燃焼段階のサイクル内制御を許容することによって、燃料噴射タイミングを利用することができる。
【００１５】
別の形態では、ＩＣＥ１５０は、搭載されるガソリンベースの燃料で動作することができるＳＩエンジンとして構成されている。この場合、本開示の燃料システムを使用して、市場ガソリン、含酸素添加剤または関連するアンチノック化合物を有さないガソリン、または多くのタイプのアルキル、芳香族、またはアルコールのうちの１つを含むガソリンを含むさまざまな燃料での動作を通してＯＯＤを達成し得る。
【００１６】
コントローラ１７０は、以降でより詳細に考察されるように、センサＳからデータを受信し、かつ燃料システム２００のさまざまな部分に論理ベースの命令を提供するために、使用される。当業者によって理解されるように、コントローラ１７０は、図１および図２において概念的に示されるような単一のユニット、または車両１００中の分散したセットのユニットのうちの１つであってもよい。一構成では、コントローラ１７０は、燃料システム２００の動作のみに関連付けられたもののように、より少数のコンポーネント機能と関連付けられたより離散的なセットの動作能力を有するように構成されてもよい。燃料システム２００の動作に関連する機能を実行することのみに関連付けられたそのような構成では、コントローラ１７０は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として構成されてもよい。別の構成では、コントローラ１７０は、燃料システム２００と併せて、または別個に、ＩＣＥ１５０などのより多くのコンポ―ネントを制御するように機能するように、より包括的な能力を有してもよい。この構成では、コントローラ１７０は、１つ以上の電子制御ユニット（ＥＣＵ）として具現化されてもよい。ＡＳＩＣ、ＥＣＵ、およびそれらの変形は、コントローラ１７０によって実行される機能の構成および範囲に関わらず、本開示の範囲内にあると見なされる。
【００１７】
一形態では、コントローラ１７０は、１つ以上の入出力（Ｉ／Ｏ）１７０Ａ、マイクロプロセッサまたは中央処理装置（ＣＰＵ）１７０Ｂ、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）１７０Ｃ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１７０Ｄを具備し、これらはそれぞれバス１７０Ｅによって接続されて、信号ベースのデータの受信と、さらにはＩＣＥ１５０内のコンポーネントのうちの１つ以上、燃料システム２００内の１つ以上の構成要素、ならびに信号ベースの命令に応答する車両１００内の他のコンポーネントへのコマンドまたは関連する命令の送信と、のための論理回路についての接続性を提供する。さまざまなアルゴリズムおよび関連する制御ロジックは、当業者に既知の方法でＲＯＭ１７０ＣまたはＲＡＭ１７０Ｄに格納されてもよい。そのような制御ロジックは、コントローラ１７０によって動作し得る事前にプログラムされたアルゴリズムまたは関連するプログラムコードで具現化され、次いでＩ／Ｏ１７０Ａを介して燃料システム２００に伝達されてもよい。Ｉ／Ｏ  １７０Ａの一形態では、さまざまなセンサＳからの信号がコントローラ１７０とやり取りされる。センサＳは、ＩＣＥ１５０、燃料システム２００、および関連する車両コンポーネントの動作に関連付けられた１つ以上のパラメータを受信するための液面センサ、圧力センサ、温度センサ、光センサ、音響センサ、赤外線センサ、マイクロ波センサ、タイマ、または当該技術分野において既知の他のセンサを含んでもよい。示されていないが、コントローラ１７０は、移動および安定性制御動作に関連付けられたものを含む、車両１００の他の操作性コンポーネントに結合されてもよい一方、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バスに関連付けられたものなどの追加の配線（これは、バス１７０Ｅと協調するか、または他の方法でバス１７０Ｅの一部分として形成されてもよい）がまた、コントローラ１７０がさまざまな分散されたユニットから形成される状況で含まれてもよい。
【００１８】
コントローラ１７０が、燃料システム２００以外にも（例えば、ＩＣＥ１５０の動作、または車両１００内の他のシステムに）制御を提供するように構成されている状況では、追加のセンサＳからの他のそのような信号も、制御ロジックによる好適な処理のためにコントローラ１７０に信号で提供されてもよく、１つのそのような例として、燃料と空気との混合または関連する給送に対する制御のためにＩＣＥ１５０からの燃焼データが提供される信号が挙げられ得る。同様に、ＩＣＥ１５０動作のさまざまなモードと一貫する態様で、コントローラ１７０は、燃料噴射器ドライバ１７０Ｆ、火花プラグドライバ（ＳＩ動作モード用）１７０Ｇ、エンジンバルブ制御部１７０Ｈ、および、負荷速度範囲の実質的に全体にわたって、ＩＣＥ１５０の円滑な動作および低ＮＯｘエミッションを促進する方法としての  マルチ遅延噴射、成層混合、低温燃焼（ＬＴＣ）プロセスに関連付けられたものを含む、燃焼室１５６へのさまざまな形態の燃料導入を提供することを支援するために使用することができる他のもの（図示せず）を含む、ＩＣＥ１５０内のさまざまなコンポーネント用のドライバでプログラムされてもよい。本文脈内では、ＩＣＥ１５０の負荷速度マッピングを使用して、冷間始動およびＩＣＥ１５０暖機、低ＩＣＥ１５０負荷、中ＩＣＥ１５０負荷、高ＩＣＥ１５０負荷中に使用されるもののような動作領域を識別してもよく、この場合に、場合によっては、燃焼制御、排気ガスエミッション削減、またはＩＣＥ１５０用の他の操作性調整のうちの１つ以上を提供することを支援するための排気ガス再循環（ＥＧＲ）などの他のアプローチと併せて、排気バルブ１５８に対する吸気バルブ１５７のオーバーラップを操作することにより、より少ない量の排気ガスの再呼吸が行われる。
【００１９】
特に、コントローラ１７０は、ＣＩ動作モードが使用されるさまざまなエンジン構成のためのカスタマイズ可能な燃料噴射とその後の燃焼ストラテジとを促進するのに有用である。例えば、コントローラ１７０は、ＧＣＩベースのモードと併せて使用されるとき、エンジンの４サイクル動作の圧縮段階の後半で段階的に燃料を噴射するように命令してもよい。このように、燃料チャージは、局所的な化学量論的特性と全体的成層化特性の両方を有すると考慮することができる。重要なことに、オクタン富化燃料（例えば、ガソリン）は、セタン富化燃料（例えば、ディーゼル）に対して高揮発性かつ長点火遅延であるため、圧縮行程でオクタン富化燃料を燃焼室１５６に比較的遅く導入し、かつ燃料固有の点火遅延（追加の燃料−空気混合を促進することを支援する）を利用することによって、燃焼は噴射が終了するまで開始しない。望ましい程度の成層化を達成するために、複数の噴射を使用してもよい。成層燃料燃焼に関連付けられたＬＴＣ条件下で動作することによって、ＧＣＩ動作モードは、ディーゼルのような熱効率を達成しながら、ＮＯｘ生成およびすすエミッションを大幅に削減することができる。また、そのようなアプローチは、車両１００が、それ以外で使用されるよりも低いオクタンを有する搭載市場燃料を使用することを許容する。これは、そのような燃料が従来のガソリンおよびディーゼル燃料よりも少ない処理量で済むという点で有益であり、ひいてはこれにより、ＣＯ２などの他の望ましくない物質の油井からタンクまでのエミッション全体が削減される。
【００２０】
ＧＣＩ動作モードに加えて、コントローラ１７０によって提供されるそのような命令は、そのような給送が、自動点火が行われるときの制御を支援するためにセンサＳがクランクシャフト１５３からのクランク角度（ＣＡＤ）値を検出するときにセンサＳによって測定され得る圧縮行程でのさまざまなシーケンスと一致するときに最適化されるため、ＨＣＣＩ、ＲＣＣＩまたはＩＣＥ１５０の関連する動作モードでの燃料の給送に使用されるマルチ遅延噴射ストラテジに特に有益である。本文脈において、シリンダー１５２内のピストン１６２の位置は、通常、ピストン１６２の上死点（ＴＤＣ）位置の前後のＣＡＤを参照して説明される。コントローラ１７０はまた、そのような給送ストラテジを、前述の負荷およびエンジン速度などの他のＩＣＥ１５０の動作パラメータ、ならびにそのような噴射が企図される回数に基づくものとし得る。例えば、０°〜１８０°のＣＡＤはパワーストロークに対応し、０°はＴＤＣを表し、１８０°は下死点（ＢＤＣ）を表す。同様に、１８０°〜３６０°のＣＡＤは排気ストロークを表し、後者はＴＤＣを表す。さらに、３６０°〜５４０°のＣＡＤは、後のＢＤＣでの吸気ストロークを表す。さらに、５４０°〜７２０°のＣＡＤは、後のＴＤＣでの圧縮ストロークを表す。一例として、コントローラ１７０は、６気筒エンジンで使用される場合、クランクシャフト１５３の１２０°回転ごとに点火が行われ、すなわち、ＩＣＥ１５０が１回転するごとに３回点火する。したがって、６つのシリンダーのそれぞれが一度点火すると、クランクシャフト１５３は２回回転して回転運動７２０°を横切る。同様に、ＩＣＥ１５０が４気筒エンジンとして構成されているとすると、点火は、クランクシャフト１５３の１８０°の回転ごとに行われる。一形態では、センサＳの１つは、クランクシャフト１５３の位置または回転速度を監視するクランクセンサであってもよい。そのようなクランクセンサから取得されたデータは、火花点火器が使用されているそれらの環境の点火タイミング（冷間始動、それに続く暖機など）を含む燃料噴射タイミングおよび他のＩＣＥ１５０パラメータを決定するための処理のためにコントローラ１７０に送られる。クランクセンサなどのセンサＳは、可変バルブタイミングを用いてＩＣＥ１５０構成の吸気および排気バルブ１５７、１５８とピストン１６２との間の関係を監視するために、他のセンサＳ（吸気および排気バルブ１５７、１５８に関連付けられたセンサなど）と組み合わせて使用されてもよい。そのようなタイミングは、吸気行程の初期段階で吸気バルブ１５７を閉じる一方で、排気行程の初期段階で排気バルブ１５８を閉じることができるという点で、ＩＣＥ１５０のＣＩ動作モードで有用であり、コントローラ１７０によって実施されるような動作は、ＣＩ燃焼に関連付けられた必要な温度および圧力を得るために、ＩＣＥ１５０の有効圧縮比を調整するために使用することができる。
【００２１】
一般にＣＩエンジン、特に複数燃料ＣＩエンジンでのＯＯＤまたはＣＯＤの使用に関して、燃料は、主燃料（例えば、ガソリンまたは他の低セタンバリアント）と点火燃料（例えば、ディーゼルまたは他の高セタンバリアント）とのハイブリッドとして形成されてもよく、各々の導入の箇所、頻度、およびタイミングは、前述のような概念または構成によって変化する。例えば、一概念では、圧縮行程中に直接噴射によって単一の高オクタン燃料が導入される。そのような場合、燃料の噴射は、適切な混合を確保するために、従来のディーゼル噴射タイミングから比較的遅れて行われる。全体の燃焼プロセスは反応度制御されたＬＴＣによって支配されるため、結果として生じるＮＯｘおよびすすの排気エミッションは非常に低くなる傾向がある。別の場合では、全体の燃焼プロセスがピストン１６２のＴＤＣ移動またはその近くでの燃料の拡散制御混合によって支配される冷間始動および高負荷動作を促進するために、圧縮行程中に直接噴射によって単一の点火器燃料が導入される。さらに別のケースでは、デュアル噴射方式は、圧縮行程の初期段階でポート燃料噴射によって主燃料を導入し、これにより主燃料が吸気行程中に新気チャージと完全に混合された後、高セタン燃料の点火後に燃焼プロセス全体が空間的によく混合された高オクタン燃料によって支配されるように着火性を制御する方法として、点火器燃料が直接噴射によって導入される。前述の第１の場合と同様に、そのような動作は、全体的な希薄混合気に少なくとも部分的に起因して、低ＮＯｘおよびすすエミッションを生成する。さらに別の場合では、主燃料は圧縮行程中に直接噴射を介して導入される一方、点火器燃料はＴＤＣの近くで直接噴射を介して導入されて点火制御を可能にし、この方法では、改善された熱的または空間的な成層化を介して、比較的堅牢な混合物が提供される。このことは、ひいては、少なくとも比較的低いエンジン負荷に対して、低い炭化水素、ＮＯｘ、およびすすの形成につながる。
【００２２】
一形態では、さまざまなＩＣＥ１５０の動作環境に関連する断続的な状況（冷間始動、または上部タンクおよび下部タンクの一方または両方が空であり得る場合など）にバイパス形式の市場燃料３００の給送を使用して、搭載燃料供給タンク２２０からの市場燃料の少なくとも一部分が、分離ユニット２４０に入ることなく、燃焼室１５６に直接提供されるようにしてもよい。コントローラ１７０によって確立され得るこのバイパス動作は、ＩＣＥ１５０への燃料の連続的な供給を促進することに寄与し、そのような連続性は、前述の断続的な動作条件下で特に有用である。特に、コントローラ１７０を使用して、そのような一時的な動作状況について、冷却剤温度、排気ガス温度、分離された燃料のレベル、給送タイミングなどのさまざまな燃料給送パラメータを操作してもよい。このことは、特にずっと広い範囲にわたってＮＯｘまたはすすのエミッションを削減することに関して、燃料システム２００によって生成される第１および第２の富化燃料３１０、３２０に関連付けられたもののような、高オクタン燃料成分と高セタン燃料成分との間のより広い動作範囲の反応度差を促進することに寄与するため、すす／ＮＯｘのトレードオフが必要になる可能性が低減される。同様に、そのような断続的な動作条件が、ＩＣＥ１５０がＳＩモードで実行されるべきであると指示する場合、コントローラ１７０は、示されるＳＩドライバ１７０Ｇに組み込まれた適切なロジックを通じてなどにより、火花点火１１０のための適切な火花タイミングを保証するために使用され得る。
【００２３】
さらに、バイパスにより、それがない場合の、速度または負荷に関連付けられた突然の運転条件に関連付けられた望ましくない遅延期間、ならびに気象条件に関連する遅延期間が回避される。そのようなバイパス状態では、コントローラ１７０は導管２１０と協働し、燃料供給タンク２２０からの市場燃料３００の一部分が燃焼室１５６に直接供給されるように命令してもよい。ＩＣＥ１５０の動作環境に、熱交換器２３０での脱離プロセスを駆動するのに十分な余熱も、上部および下部タンク２５０、２６０にすぐに利用できるセタン富化燃料成分およびオクタン富化燃料成分の十分な貯蔵量もない場合に行われるバイパス動作に関連する利点を強調する２つの例を示す。１つ目の例では、ＩＣＥ１５０の始動中に、吸着サイクルを動作させるために利用可能な熱がないとき、コントローラ１７０が協働して、上部および下部タンク２５０、２６０から燃料流が部分的に生じる一方、主燃料部分は搭載燃料供給タンク２２０から生じるようにする。２つ目の例では、上部および下部タンク２５０、２６０のいずれかが任意時に空である場合（想定外の運転サイクル条件、脱離に必要な加熱の欠如、または不十分な空冷に関連付けられたなどの）、コントローラ１７０は同様に、高セタン上部タンク２５０または高オクタン下部タンク２６０の不足を補償するために分離ユニット２４０を少なくとも部分的にバイパスする方法として、搭載燃料供給タンク２２０から燃焼室１５６に直接給送される市場燃料を加圧するように１つ以上の燃料ポンプ２７０に命令してもよい。エンジンが冷間状態かつ上部および下部タンク２５０、２６０の液面が低い状態の場合、バイパスが部分的ではなく完全であってもよいし、ＳＩまたは従来のディーゼルベースＣＩモードの操作が付随してもよい。
【００２４】
重要なことに、燃料システム２００は、補助機器の使用を回避するように設計されており、代わりに、処理された燃料の貯蔵のための導管２１０、吸着ステップ中に周囲空気を移動させて冷却するファン（図示せず）および１つ以上の燃料ポンプ２７０などの、他の目的ですでに動作しているコンポーネントを利用する（ただし、このような機器でさえ、コモンレール燃料噴射が使用され得る状況では、削減、簡略化、または排除され得る）。後により詳細に説明するが、燃料システム２００は、正常なＩＣＥ１５０動作に関連付けられた潜熱をかなり利用して、分離ユニット２４０内でその気化（すなわち、脱離）過程を実行する。
【００２５】
一形態では、分離ユニット２４０の反応室に使用される吸着材４００は、吸着材材料の表面上に１つ以上の官能基が存在するように構成されている。別の形態では、吸着材４００は、分子形状によって吸着物を分離するようなサイズ選択性を示してもよい。別の言い方をすれば、固体吸着材粒子は、２つのメカニズムで作用することができ、第１のメカニズムでは、吸着材４００は、芳香族、環式、および（存在する場合は）含酸素添加剤などの特定の分子を誘引する官能基の属性を有するように選択される。直鎖でわずかに分岐し、そのような官能基に対する高い親和性を有しない分子（セタンを含む場合がある）は吸着されず、分離ユニット２４０の反応室内で循環する吸着材４００粒子の細孔を通過する。例えば、吸着材４００の官能性が、芳香族、環状および高度に分岐したアルカンから、直鎖またはわずかに分岐したアルカンに対する親和性を持つことによりそれらを分離した場合、吸着物はオクタン含量が高く、反応済み市場燃料３００の残りはセタンに富むであろう。第２のメカニズムは、分子サイズの違いに基づいており、直鎖分子（ｎ−アルカンなど）は比較的多孔質の材料を通過し得るが、より大きい動的直径を有する他の分子はほとんどの細孔の通過を阻止され、吸着ベースの反応室内の別の場所に蓄積する。第１のタイプの吸着材の例として、活性炭、シリカ、およびアルミナベースの吸着材、ならびにいくつかのタイプのゼオライトおよび一般の官能化多孔質材料が挙げられる。同様に、ゼオライト、金属有機骨格、および構造化された多孔質材料は、第２のメカニズムに従って機能するように作製されてもよい。したがって、ガソリンは、単一のベンゼン環を有する比較的小さい芳香族（ベンゼン、トルエン、およびキシレンなど）を有するのに対して、ディーゼル燃料は、ナフタレンおよびその誘導体を含むより大きい芳香族を有する。反応室で有用な吸着材４００粒子は、これらの成分に対する特に高い親和性により選択され得る。一形態では、分子量または比表面積（すなわち、所与の物質の単位質量、例えば、ｍ２／ｇあたりの総表面積）を増加させることを使用して、市場燃料３００内の望ましい成分の一方または他方を選択的に吸着することができ、そのようなすべての変形は、本開示の範囲内であると見なされる。例えば、これらの特性は、ＣＩ動作モードで市場燃料３００の高点火品質ブースターとして機能することができるセタン富化吸着物を生成する方法として、低沸点直鎖アルカンを吸着するように調整することができる。同様に、これらの特性は、ＳＩ動作モードで市場燃料３００のための高点火品質ブースターとして作用することができるオクタン富化吸着物を生成する方法として芳香族を吸着するように調整することができる。例えば、芳香族を吸着するために、吸着材４００粒子は、メソ多孔質（直径２〜５０ｎｍ）活性炭であり得、これは、次に、約８０％の平均回収をもたらし得る。活性炭のいくつかの単環芳香族成分の予想される吸着容量の例を表１に列挙する。
【表１】
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【００２６】
別の形態では、所望の種の吸着を優先的に促進するために、吸着材４００は、２つ以上の粒子種類またはサイズから形成されてもよい。吸着材４００粒子の選択に関わらず、吸着材の容量および選択性、市場燃料３００の濃度比（芳香族留分の指標を提供する）、および再生と脱離に基づく除去の進行速度を含むさまざまな要素に対して性能が最適化される。
【００２７】
（１つまたは複数のセンサＳによって取得された信号に応じて）コントローラ１７０および導管２１０を使用して吸着材４００および市場燃料３００を選択的に給送することにおいて、１つの状態（すなわち、前述のバイパス状態）では、分離ユニット２４０または吸着材４００を使用する必要はないが、別の状態（すなわち、前述の吸着状態）では、ＩＣＥ１５０に供給される燃料のＣＮまたはＲＯＮを調整するために、吸着材４００を市場燃料３００と反応させるために分離ユニット２４０を使用する必要がある。特にバイパス状態に関して、ＩＣＥ１５０の特定の動作環境では、信頼性の高い燃焼のために、分離ユニット２４０を使用せず、代わりに、例えば従来のディーゼルベースＣＩまたはガソリンベースＣＩに関連するモードなどの従来の動作モードを使用する必要があり得る。これは例えば、始動時、または吸着サイクルを加熱するために利用可能な排気ガスまたは高温のラジエータ流体がない状況や、ＯＯＤまたはＣＯＤ動作に必要となる場合がある高セタンまたは高オクタン燃料が上部および下部タンク２５０、２６０にほとんどまたは全く存在しない場合などである。本文脈では、適切な熱量（ＩＣＥ１５０燃焼プロセスに伴う残留物や、電気ヒーター、個別の燃焼器等に関連するものなどの補足的な熱源など）も、セタン富化またはオクタン富化燃料成分の搭載供給もないこの動作環境がバイパス状態と呼ばれる。バイパス状態では、コントローラ１７０は、その全体または一部が市場燃料から運ばれている燃料の供給を、搭載燃料供給タンクまたは複数のタンク２２０から直接ＩＣＥ１５０の燃焼室１５６に導き、燃料システム２００によって生成された追加のオクタン富化またはセタン富化燃料成分の生成または使用に依存することなく、適切なＣＩまたはＳＩ動作モードを実行できる。
【００２８】
反対に、適切な熱量（ＩＣＥ１５０燃焼プロセスに伴う残差など）と、セタン富化またはオクタン富化の燃料成分の搭載供給の一方または両方に対応する動作環境は、吸着状態と呼ばれる。この後者の状態では、さまざまな量の追加のオクタン富化またはセタン富化燃料成分が、燃料システム２００によって生成されるか、燃焼プロセスで使用されるか、またはその両方であり得る。さらに、燃料システム２００は、自動化機構を用いて、運転サイクルに従ってそれ自体を調整することを可能にしてもよい。例えば、運転サイクルの開始時に、低ＲＯＮ燃料が必要になる場合があり、この動作期間中、コントローラ１７０は、市場燃料３００を認められるほどの吸着過程が起こらないような実質的に元の（すなわち、市場ベースの）形のままとするために、システム２００を通して市場燃料３００の流れを送ることにより、導管２１０を形成するさまざまなコンポーネントに命令してもよい。同様に、低ＲＯＮ燃料が使用されている運転サイクル（および関連するＩＣＥ１５０動作）のそのような初期段階中、排気および他のＩＣＥ１５０の残留熱が発生し始め、そのときにそのような熱を使用して、前述のように気化によって、搭載燃料の吸着したオクタン富化吸着物を再生することができる。さらに、ＩＣＥ１５０の動作によって十分な排気熱が発生している状況では、吸収および再生は全容量に達することとなり、そうでない場合、燃料システム２００は、オクタン富化燃料成分およびセタン富化燃料成分を提供するために利用可能な限りの熱を使用して、部分負荷で作動するようになり得る。このように、搭載燃料供給タンク２２０から給送されている燃料動流は、そのような市場燃料３００の吸着部分の再生を促進するために用いるには不適切な量の排気、残留熱または他の補足的な熱があるそれらＩＣＥ１５０の動作方式を除いて、通常、それが作用する分離ユニット２４０に供給される。
【００２９】
コントローラ１７０は、燃焼制御、エミッション削減などの指示を提供することに加えて、所与の負荷のセットおよび関連する動作条件に対してＩＣＥ１５０を動作させるために必要とされるＯＯＤまたはＣＯＤの生成をもたらすために、さまざまなアクチュエータ、バルブ（図３と関連して後でより詳細に論じる１つ以上のバルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５など）および関連するコンポーネントを含む、導管２１０を構成するコンポーネントと相互作用して、搭載燃料供給タンク２２０、（上昇管の形態の下降管として構成される）熱交換器２３０、分離ユニット２４０からの燃料の給送の動作を制御する。同様に、一形態では、コントローラ１７０は、後でより詳細に論じるように、流動性吸着材４００を収容し、給送し、受け取るように構成された１つまたは複数のタンクと相互作用する。例えば、タンクの一方が上部タンク２５０、他方が下部タンク２６０である一形態では、コントローラ１７０は、搭載燃料供給タンク２２０または上部および下部タンク２５０、２６０のいずれかから燃焼室１５６への燃料流を管理し得、この場合にＯＯＤまたはＣＯＤに対応する２つの燃料が別個に、または負荷、速度、およびＩＣＥ１５０の動作に関連付けられた他の任意のパラメータに応じて異なる比率で燃焼室１５６内に導入される前に混合されることにより、噴射される。さらに、コントローラ１７０は、市場燃料３００のＲＯＮまたはＣＮがエンジン動作の特定のモード中にＩＣＥ１５０の必要性に適合する状況において、搭載燃料供給タンク２２０からＩＣＥ１５０に市場燃料３００を直接循環させることによって車両１００を動作させることができるように、さまざまなバルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５および他のコンポーネントのうちの１つまたは複数を操作することができる。
【００３０】
さらに、ＳＩ燃焼が必要とされるとき、コントローラ１７０は、吸気および排気バルブ１５７、１５８に、ＳＩ動作モードと一貫して圧縮比を低減するように命令してもよい。さらに、コントローラ１７０は、ＩＣＥ１５０の必要性に応じて、燃料準備（空気−燃料混合物中のフリーラジカルの生成など）のために補助火花発生を提供してもよい。感知された入力（クランクシャフト１５３からのＣＡＤを含むＩＣＥ１５０内のさまざまな箇所からの入力、ならびに誘導装置１４０の加速器などのドライバベースの入力からの入力など）を使用して、負荷の指標を提供してもよい。同様に、吸気および排気バルブ１５7、１５8の好適な調整に加えて、１つ以上の燃料ポンプ２７０によって提供される加圧力を用いた上部および下部タンク２５０、２６０の各々からのバランスの取れた燃料供給を、ＩＣＥ１５０がＣＩ動作モードにあるか、またはＳＩ動作モードにあるかに応じてコントローラ１７０により達成してもよい。図内の視覚的な明瞭さを保つために、（燃料噴射器１６１のすぐ上流に）１つのポンプ２７０しか示されていないが、燃料システム２００を通した燃料の流れを促進するために、導管２１０内の他の箇所に追加のポンプ２７０を配置してもよく、そのようなすべての変形は、本開示の範囲内にある。さらに、燃料ポンプ２７０を介して導入される市場燃料３００の圧力は変更可能であり、したがって、コントローラ１７０によって変更されて、車両１００の冷却要求、ならびに燃料システム２００全体の性能を決定することができる。例えば、市場燃料３００のより高い注入圧力により、より徹底的なオクタン強化吸着プロセス、より高い凝縮温度などを促進することができる。
【００３１】
コントローラ１７０は、監視モデル予測制御（ＳＭＰＣ）スキームまたはその変形などのモデル予測制御スキーム、または多入力多出力（ＭＩＭＯ）プロトコルなどを使用して実装されてもよく、この場合に入力は、センサＳによって取得されてもよいさまざまな測定値に関連付けられた多数の値、（ルックアップテーブルから、またはアルゴリズムで計算されたものなどの）推定値などを含む。そのようにして、センサＳからの１つ以上の検知値に関連する出力電圧がコントローラ１７０によって受け取られ、次いで、差分に基づいて、ＩＣＥ１５０に対する特定の環境を示す出力が生成されるように、デジタル化され、所定のテーブル、マップ、マトリックス、またはアルゴリズム値と比較される。これらの出力は、燃料システム２００に関連付けられた残りのコンポーネントなどの、コントローラ１７０の範囲内のさまざまなコンポーネントの調整に、ならびに燃料システム２００から燃焼室１５６に供給された燃料が、ＩＣＥ１５０のバイパス状態環境とＩＣＥ１５０の吸着状態環境のどちらに対応するかを調整するために、使用することができる。
【００３２】
上述のように、一形態では、コントローラ１７０に、ＲＯＭ１７０ＣまたはＲＡＭ１７０Ｄ内に含まれ得るルックアップテーブルにさまざまなパラメータ（大気圧、周囲空気温度および流速、排気ガス温度および流速など）を事前にロードしてもよい。別の形態では、コントローラ１７０は、プロセッサ１７０ＢがさまざまなセンサＳからの入力に基づいて好適な論理ベースの制御信号を生成することを可能にする１つ以上の式ベースまたは法則ベースのアルゴリズムを含んでもよいのに対して、さらに別の形態では、コントローラ１７０は、その監視機能および制御機能を促進するためのルックアップテーブル機構とアルゴリズム機構との両方を含んでもよい。これらの形式のデータおよび計算の相互作用のいずれが用いられるかに関わらず、コントローラ１７０は、関連付けられたセンサＳおよび導管２１０と協調することにより、ＩＣＥ１５０の動作負荷が変化するにつれて、搭載燃料供給タンク２２０に存在する市場燃料の好適な調整を行って、搭載燃料を上部および下部タンク２５０、２６０からの高オクタンまたは高セタン生成物燃料の一方または他方と混合することにより、そのような動作負荷に必要な量のオクタン富化またはセタン富化を提供してもよい。
【００３３】
ＩＣＥ１５０の動作方法についての標示を提供するために、コントローラ１７０に事前にロードされるか、またはコントローラ１７０によって生成され得るＩＣＥ１５０の１つのパラメータは、平均有効圧力（ＭＥＰ）である。一形態では、ＭＥＰを使用して、ＩＣＥ１５０の動作領域を燃料の必要性およびさまざまなＣＩモード構成について前述のマルチ遅延噴射ストラテジのさまざまな形態に関連付けてもよい。ＭＥＰの変形である、示された平均有効圧力（ＩＭＥＰ）、ブレーキ平均有効圧力（ＢＭＥＰ）、または摩擦平均有効圧力（ＦＭＥＰ）を含むＭＥＰは、シリンダー１５２の数または関連するＩＣＥ１５０の排気量に関わらず機能する特定のＩＣＥ１５０の能力の値を提供する。さらに、生成されたトルクに対応する圧力の尺度が提供され、そのため、その４サイクルの異なる部分（吸気、圧縮、点火、排気）中、ピストン１６２に作用する平均圧力と考えることができる。実際、ＭＥＰはエンジンの速度やサイズから独立しているため、エンジンの設計と出力を比較するためにトルクよりも優れたパラメータである。したがって、ＭＥＰは、生成されるトルクがＭＥＰと排気量のみの関数であり、馬力がトルクおよびｒｐｍの関数であるという点で、エンジンに対して他のメトリック（馬力など）よりも優れた指標を提供する。したがって、所与の排気量では、最大ＭＥＰが高いほど、より大きいトルクが生成されることを意味するが、所与のトルクでは、最大ＭＥＰが高いほど、より大きいトルクがより小さいＩＣＥ１５０から得られることを意味する。同様に、最大ＭＥＰが高いほど、ＩＣＥ１５０の応力および温度がより高くなる相関があり得、このことは、ひいては、ＩＣＥ１５０の寿命、またはＩＣＥ１５０の追加の構造強化の程度の標示を提供する。重要なことは、好適な分析的予測と相まって、広範なダイナモメーターのテストにより、ＭＥＰが最新のエンジン設計でよく知られるようになることである。そのため、ＣＩモードの場合、最大トルク（約３０００ｒｐｍ）に対応するエンジン速度では、約７．０バール〜約９．０バールのＭＥＰ値が一般的であり、自然吸気（つまり、非ターボ過給）ＳＩモードの場合、約８．５バール〜約１０．５バールのＭＥＰ値が一般的であり、ターボ過給ＳＩモードの場合、ＭＥＰは約１２．５バール〜約１７．０バールの間になる場合がある。
【００３４】
同様に、ＩＣＥ１５０のさまざまな負荷関連動作領域に対してＭＥＰ値を決定してもよい。そのような動作領域は、一形態では最大約１．０バールのＭＥＰ、別の形態では最大約２．０バールのＭＥＰに対応する低出力または低負荷（例えば、エンジンアイドリング条件を含む）を含み得る。同様に、そのような動作領域には、一形態では約２．０バール〜約５．０バールのＭＥＰ、別の形態では約２．０バール〜約６．０バールのＭＥＰ、別の形態では約２．０バール〜約７．０バールのＭＥＰに対応する通常の（または中）電力または負荷を含み得る。さらに、そのような動作領域は、一形態では約７．０バール以上のＭＥＰ、別の形態では約８．０バール以上のＭＥＰ、別の形態では約９．０バール以上のＭＥＰ、および別の形態では約１０．０バール以上のＭＥＰに対応する高出力または負荷を含み得る。
【００３５】
理解されるように、これらおよび他のＭＥＰ値は、メモリアクセス可能な箇所（前述のルックアップテーブルなど）に記憶され得る好適にマッピングされたパラメータセットに入力されてもよく、そのため、これらの値を使用して、さまざまなＩＣＥ１５０の動作パラメータ、ならびに診断能力で動作するときのコントローラ１７０を調整してもよい。そのような場合、（クランクシャフト１５３の角度などを介して）シリンダー１５２の容積を測定するために使用することができるセンサを含むセンサＳのいくつかと連動して動作する場合がある。ＭＥＰ値に加えて、ＩＣＥ１５０の動作領域の何らかの標示を提供するために、他の動作パラメータがセンサＳによって検出されてもよい。このような追加のパラメータには、温度測定、圧力測定、バランス測定、負荷測定などによるエンジンの状態監視が含まれてもよい。
【００３６】
特に図３を参照すると、ＩＣＥ１５０に対して選択搭載ＯＯＤまたはＣＯＤを提供するために使用され、そのようなＣＯＤとＯＯＤの動作に伴う熱バランスを管理する燃料システム２００に関連する詳細が示されている。重要なことに、既存の搭載燃料給送およびＩＣＥ１５０動作インフラストラクチャを利用することによって、ＩＣＥ１５０の追加の機器または効率を低下させる動作を必要とせずに、さまざまな吸着過程および再生過程を促進するために必要な車上冷却および加熱を達成することができる。燃料システム２００は、市場燃料３００をＩＣＥ１５０に輸送するために導管２１０を構成する、さまざまなバルブおよびポンプまたは関連する加圧デバイスとともに、パイプ、配管または関連するフローチャネルのネットワーク、ならびに、搭載燃料供給タンク２２０、熱交換器２３０、分離ユニット２４０、上部タンク２５０、下部タンク２６０など、導管２１０を介して流体結合される燃料システム２００内のさまざまなコンポーネントを含む。
【００３７】
特に、燃料システム２００は、硬質基板に固定された吸着材に依存するのではなく、粒子状または顆粒状の吸着材４００を使用して、導管２１０によって結合されるさまざまなコンポーネントを介した流体状の流れに関与できるようにする。このようにして、吸着材４００は、流動床反応器で使用される手法と同様の方法で循環させることができる。一形態では、吸着材４００を構成する粒子は、温度能力、引張強度、圧縮強度、弾性係数、低密度、有意なボイド（すなわち、多孔性）および小さな粒子サイズの最小値を含む、堅牢な機械的特性を有する。そのような特性は、そうでなければ燃料システム２００を構成するさまざまなコンポーネントの詰まりを引き起こし得る、吸着材４００のより小さな微粉への分解を回避するのに役立つ。これにより、市場燃料３００の流れと吸着材４００との間の質量および熱伝達の改善が促進され、これにより、燃料システム２００の全体的なオクタン富化およびセタン富化分離性能が向上する。
【００３８】
重要なことに、分離ユニット２４０の構造は、バッチ処理に使用されるような多数の反応室で構成する必要がなく、燃料システム２００が常に市場燃料３００を吸着および脱離するように市場燃料３００と吸着材４００の吸着混合が連続的に行われる単一の反応室を使用できるという点で簡素化できる。これは、交互の加熱および冷却ステップを排除または低減することができるという点で、バッチベースのシステムと比較して、有意な加熱および冷却の節約を提供することができ、それにより、燃料システム２００の全体的なエネルギー効率を改善することができる。さらに、燃料システム２００が市場燃料３００と共に吸着材４００を循環させるので、吸着効率はより高くなり得、その結果、固体ベースの吸着アプローチと比較して、より完全な接触および交換がもたらされる。コントローラ１７０と燃料システム２００との協働は、所望の飽和度が達成されるまで、市場燃料３００および吸着材４００の粒子の反復および連続的な循環が継続するようなものであり得る。コントローラ１７０を使用して、滞留時間、流量などのパラメータが、噴射燃料の速度、圧力などを変更するなどのさまざまな方法によって操作されて、いずれも市場燃料３００の一部を構成する吸着物と残部を所望の量生成することを確実にすることができる。吸着室のサイズは必要な滞留時間と分離能力に依存するが、同じ分離効率を達成するために、より多くの循環で短い滞留時間を補償することにより、車両での使用に実用的なるように分離ユニット２４０のサイズを十分に小さく保つことができる。
【００３９】
図示されるように、さまざまなバルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４およびＶ５は、市場燃料３００、第１および第２の富化燃料３１０、３２０、および飽和吸着材４００の給送を必要に応じて容易にするために使用することができる。破線の信号接続なしで示されているが、他の場所で説明されているように、これらのバルブ（および他のバルブ）の操作は、コントローラ１７０を介して行うことができる。５つのバルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４およびＶ５が図３に概念的に示されているが、より多くまたはより少ない数のバルブが燃料システム２００に含まれてもよく、およびすべてのそのような変形は、本開示の範囲内にあると見なされることは分かるであろう。同様に、バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４およびＶ５の配置は概念的に示されているが、搭載料供給タンク２２０、熱交換器２３０、分離ユニット２４０、上部および下部タンク２５０、２６０、燃料ポンプ２７０、または導管２１０内に配置されるか、そうでなければ導管２１０に結合される他のコンポーネント内またはその周りを含む所望の流体の流れを容易にするために、それらは燃料システム２００内の任意の適切な位置に配置されてもよいことが理解されよう。
【００４０】
図３と併せた以下の説明は、吸着材４００がオクタン富化燃料成分（官能基ベースの吸着材に関連するものなど）に対する親和性を示すという理解を前提としている。そのような場合、生成され、上部タンク２５０を通して送られる吸着物はオクタンに富み、分離ユニット２４０で生成され、第１の富化燃料３１０に関連する残部はセタンに富む。同様に、熱交換器２３０で生成され、吸着材下部タンク２６０を通って送られる第２の富化燃料３２０に関連する残部は、オクタンでさらに富化される。分離ユニット２４０に導入される吸着材４００がセタン富化燃料成分（サイズ選択性吸着材に関連するものなど）に対する親和性を示す別の形態では、分離ユニット２４０で生成され、上部タンク２５０を経由する、ろ液の形の第１の富化燃料３１０の残部はオクタンに富む一方、保持液の形の吸着物はセタンに富むことが理解されよう。さらに、この別の形態では、熱交換器２３０で生成され、下部タンク２６０を通って送られる第２の富化燃料３２０に関連する残部は、セタンでさらに富化される。このように、第１の富化燃料３１０および第２の富化燃料３２０に関連付けられている命名法は、内容に依存することが理解されるであろう。吸着材４００の性質により、第１の富化燃料３１０および第２の富化燃料３２０のどちらが、市場燃料３００に対して増加したＲＯＮまたはＣＮをそれぞれ示すかが決定されるためである。吸着材４００のこの官能性またはサイズ選択属性に応じて、オクタン富化燃料成分またはセタン富化燃料成分のいずれかに対する高い親和性が確立されることが理解されよう。したがって、上部トップタンク２５０は、低ＲＯＮ燃料を含むように構成でき、下部タンク２６０は、高ＲＯＮ燃料を含むように構成でき、またはその逆に構成されてもよい。同様に、搭載燃料供給タンク２２０から分離ユニット２４０に導入される（市場燃料３００の完全な吸着反応が存在しない）所与の量の市場燃料３００のうち、市場燃料３００の少なくとも一部は、任意の吸着反応に関与しない場合があることを理解されるであろう。そのような場合、未反応の市場燃料３００のその部分の相対ＲＯＮおよびＣＮは、搭載燃料供給タンク２２０にもともと含まれていた市場燃料のそれと実質的に同一のままである。本文脈において、分離ユニット２４０に導入されたが、吸着材４００への曝露後に未反応のままである市場燃料３００の部分は、そのような市場燃料３００の残量として知られている。
【００４１】
動作中、燃料システム２００は、上部タンク２５０内に存在する流動性吸着材４００を一定量有することから始まる。一形態では、上部タンク２５０は、より密度の低い第１の富化燃料３１０をより広い上端に残しながら、より密度の高い吸着材４００粒子をより狭い下端に良好に導くのに役立つ実質的に垂直な円錐形の輪郭を画定し得る。同様に、一形態では、下部タンク２６０は、より密度の低い第２の富化燃料３２０をより広い上端に残しながら、より密度の高い吸着材４００粒子をより狭い下端に良好に導くのに役立つ実質的に垂直で円錐形の輪郭を画定し得る。このように、上部および下部タンク２５０、２６０は、分離および必要に応じた除去を容易にするために、格納されている燃料成分の少なくとも層状の封じ込めを可能にする。本文脈内では、非垂直配置により、上部および下部タンク２５０、２６０の固液分離機能が明らかに損なわない限り、上部および下部タンク２５０、２６０が（例えば、特定の車両１００内の配置に適応するように）垂直以外に配向されてもよく、上部および下部タンク２５０、２６０の配向の全てのそのような変形は、本開示の範囲内であると見なされることが理解されるであろう。一形態では、上部および下部タンク２５０、２６０は、熱交換器２３０へのおよびそこからのそれぞれの重力供給を利用するために、上部タンクが熱交換器２３０に対して垂直方向に高い位置にあり、下部タンクが熱交換器２３０に対して垂直方向に低い位置にあるように配置してもよい。別の形態では、上部および下部タンク２５０、２６０は、特に容積空間が限られている（例えば、車両１００のエンジンルーム内など）の構成では、部品配置効率を活用するように、燃料システム２００内に配置されてもよい。
【００４２】
市場燃料３００が所定のＩＣＥ１５０動作条件を満たすのに十分である車両１００の動作状況（つまり、ＯＯＤまたはＣＯＤの生成が必要な場合）、バルブＶ１を配備して、市場燃料３００を搭載燃料供給タンク２２０からＩＣＥ１５０に直接送ることができる。この例は、前述したバイパス形式の市場燃料３００の給送である。反対に、低ＲＯＮ（つまり、高セタン）燃料が必要な車両１００の動作状況では、バルブＶ２が単独で、またはバルブＶ１と組み合わせて、市場燃料３００の少なくとも一部が搭載燃料供給タンク２２０から分離ユニット２４０の吸着室へと通過できるように操作され、そこで、分離ユニット２４０の下部に（重力の影響下などで）静止した不飽和状態の吸着材４００の粒子と遭遇する。本文脈において、吸着材４００は、測定可能な量のオクタン富化燃料成分を依然として捕捉することができる場合に不飽和であると見なされ、そのような測定可能な量は、液面高さ、濃度差または他の適切なメカニズムによって決定され得る。一形態では、そのような市場燃料３００の導入は、ポンプ２７０などの加圧装置を介することができる。ＩＣＥ１５０がＣＩ属性を有するように構成されている場合、ＣＩモードの燃焼効率を利用するために、高セタン燃料の必要性が運転サイクルのかなりの部分に存在する可能性があることが理解されよう。ＣＩ動作モードと関連する高セタン燃料の使用のシナリオの例には、特に標準のＩＣＥ１５０の動作温度などに達すると、低いＩＣＥ１５０負荷から中程度のＩＣＥ１５０負荷（比較的平坦面における低速から中速など）に関連するものが含まれる。
【００４３】
分離ユニット２４０の内部に入ると、市場燃料３００の分子の混合、表面積接触、および結果として生じる吸着材４００の表面および細孔への吸着の強化を促進するために、吸着材４００粒子および市場燃料３００が一緒に循環される（例えば、図示しない攪拌機により）。前述のように、一形態では、市場燃料３００を官能基ベースの吸着材４００に曝すことにより、生成される吸着物はオクタンに富み、その結果、第１の富化燃料３１０を構成する残りはセタンに富む。吸着物を生成するために吸着材４００内のサイズ選択的特徴に依存する別の形態では、第１の富化燃料３１０を構成する残部はオクタンに富む。また、分離ユニット２４０に導入される吸着材４００の一部が市場燃料３００と相互作用せず、そのような吸着材４００を構成する粒子、顆粒または他の流動性材料が分離ユニット２４０内に残り続けることがある。一形態では、この未反応の吸着材４００は、市場燃料３００および第１の富化燃料３１０と比較して比較的高密度であり得、これにより、未反応の吸着材４００が分離ユニット２４０の底部に沈殿し得る。最終的に、市場燃料３００からの吸着物を受け入れる吸着材４００の部分は、それがもはや追加の吸着物を捕獲できない状態に達し、飽和状態になる。本文脈において、吸着材４００は、特にそうでないと特定されない限り、不飽和である（すなわち、不飽和状態である）と見なされる。
【００４４】
コントローラ１７０は、前述の２つのメカニズムのうちの１つを介して動作して、特に所望の飽和度に関連付けて、燃料システム２００内の吸着物生成の量を決定することができる。吸着材４００が飽和状態であるか不飽和状態であるかを決定するための第１のメカニズムは、液面高さによる。このメカニズムでは、市場燃料３００分子の吸着材４００粒子への吸着が分離ユニット２４０内で行われていない場合、前述の方法で、導入される密度の低い市場燃料３００のすべてが分離ユニット２４０の上部から出され、上部タンク２５０に入れられる。これにより、上部タンク２５０で発生すると予想される可能性のある最高の液面になる。対照的に、完全な吸着がある場合（これは仮想の極端な場合にのみ発生する）、分離ユニット２４０内のすべての市場燃料３００が吸着プロセスで消費されるため、上部タンク２５０の液面はゼロになる。これらの２つの値は、上部タンク２５０内に存在し得る燃料３００の液面の極端な状態を表し、これらの値のどちらも、通常の動作条件下での実際の実施形態では発生しないと予想されるが、それにもかかわらず、燃料システム２００内で発生すると予想できる実際の吸着レベルの範囲をよりよく理解するために、それらを説明することが理解されるであろう。したがって、分離ユニット２４０内の吸着材４００による燃料３００の部分的な吸着がある場合、そのような吸着量に対応する上部タンク２５０内の液面は、センサＳと連動して動作するコントローラ１７０によって相関させることができる。センサＳは、燃料システム２００の他の場所と同様に、上部タンク２５０から測定されたそのような液面を測定するために配置される。
【００４５】
吸着物の生成量を決定する第２のメカニズムは、濃度の違いによるものである。このメカニズムでは、所望の成分の濃度は、分離ユニット２４０に入る流れ、ならびに内部に形成される液体層において（やはり、１つまたは複数のセンサＳによって）測定される。一形態では、流れと液体層との間の濃度差が一定値より小さい場合、コントローラ１７０はバルブＶ４に、適切な程度の飽和が達成されるまで、上部タンク２５０から分離ユニット２４０の吸着室に給送される市場燃料３００と吸着材４００の両方のリサイクルを継続するように指示する。
【００４６】
本文脈では、センサＳはコントローラ１７０と協働し、検知された信号が、上部タンク２５０内に存在する吸着材４００が飽和状態にあることを示すと決定すると、コントローラ１７０は導管（パイプ、チューブまたは関連するフローチャネル、ポンプ２７０、および１つ以上のバルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４およびＶ５などの、１つ以上の流れ制御コンポーネントとして示される）に、飽和状態の吸着材４００の少なくとも一部を上部タンク２５０から熱交換器２３０に給送するように指示し、続いて下部タンク２６０に送ることができる脱離物と、続いて分離ユニット２４０に送ることができる再生吸着材４００の両方を生成するようにする。同様に、検知された信号が、上部タンク２５０内に存在する吸着材４００が飽和状態ではないことを示す場合、コントローラ１７０は、吸着材４００が十分に飽和するまで作動し続けるように導管のリサイクルループ５００部分に指示する。一形態では、コントローラ１７０は、十分な量の吸着材４００の飽和が起こったかどうかを確立するために、第１および第２の吸着物生成メカニズムのどちらを使用するかを決定してもよい。
【００４７】
飽和は分離ユニット２４０内の上昇していない温度条件下で起こり得るため、吸着材４００粒子（ならびに任意の残留市場燃料３００または第１の富化燃料３１０）の温度は比較的低い。したがって、そのような低温は、熱交換器２３０における脱着操作を介して吸着材４００を再生するために使用される熱交換活動の一部として使用することができる。したがって、吸着材４００の飽和に達したとき、コントローラ１７０は、熱交換器２３０を介して飽和した吸着材４００が下方に移動するようにバルブＶ４を調整してもよく、熱交換器２３０では加熱コイルＨを介した熱が供給され、吸着物を気化させることにより、飽和吸着材４００粒子を実質的に元の形状に再生する。一形態では、熱源は、ＩＣＥ１５０の動作から発生し、加熱コイルＨを介して流体的にまたは熱的に結合される残留熱であり得る。そのような熱を受け取ると、気化する（すなわち、吸着材４００から脱離する）吸着物は、第２の富化燃料３２０の形となり、吸収される熱の量に応じて、第２の富化燃料３２０は、蒸気状態または液体状態のいずれであってもよい。どの状態にあるとしても、第２の富化燃料３２０は、熱交換器２３０の上部を介して、下部タンク２６０内に収容され、続いて導管２１０のそれぞれの部分を介してＩＣＥ１５０に送達される。任意の冷却装置または凝縮器（図示せず）を導管２１０のこの部分と共に配置して、熱交換器２３０を出た第２の富化燃料３２０の供給を助けることができる。別の形態では、第２の富化燃料３２０が蒸気形態でＩＣＥ１５０に導入されている状況では、凝縮は必要ない。
【００４８】
上部タンク２５０内で起こる固液分離することにより生成される第１の富化燃料３１０は、ＩＣＥ１５０の燃焼室１５６で必要となる時点まで、上部タンク２５０内に貯蔵されてもよく、上部タンク２５０とＩＣＥ１５０との間に配置された導管２１０の部分に貯蔵されてもよい。必要時に、バルブＶ３を開いて、第１の富化燃料３１０を上部タンク２５０からＩＣＥ１５０に通過させてもよい。別の形態では、上部タンク２５０の上部（すなわち、頂点よりも基部に近い部分）は、第１の富化燃料３１０の貯蔵部として機能することができる。いずれの形態でも、別個の製品貯蔵タンクは不要になるが、第１の富化燃料３１０を送達するための十分な圧力が、燃料ポンプ２７０を介して提供されてもよい。図示されるように、分離ユニット２４０、上部タンク２５０、熱交換器２３０、および導管２１０の関連部分は、吸着材４００のためのリサイクルループ５００を画定するために協働する。一形態では、吸着材４００の循環は、様々な吸着反応および脱離反応のためのリサイクルループ５００を介して継続する。一形態では、リサイクルループ５００は、吸着材４００が不飽和状態にあることに関連するものなど、燃料システム２００の特定の動作モードにおいて、吸着材４００が１つまたは複数の構成要素（熱交換器２３０、分離ユニット２４０、上部タンク２５０など）をバイパスできるように、追加のバルブおよびパイプ、配管または関連する流量制御チャネル（いずれも図示せず）を含んでもよい。また、制御部１７０、センサＳ、および１つ以上のバルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５は、様々な循環動作およびリサイクル動作が行われていること（例えば、吸着材４００の所望の程度の飽和が得られた場合等）を示すために使用され得る。例えば、そのような飽和の指標は、飽和した吸着材４００が熱交換器２３０における再生動作に曝され、その後、分離ユニット２４０の底部に戻ることを可能にするために、コントローラ１７０内に埋め込まれた１つ以上の論理回路に順次作用または解釈されるセンサＳからの検知データによって得られてもよい。１つの動作モードでは、コントローラ１７０は、導管２１０を構成する各種バルブ、ポンプ、および配管に、上部タンク２５０で検知可能な前述の濃度差を使用して、液体燃料３００および吸着材４００をリサイクルループ５００を通じて継続的にリサイクルするように指示することができる。
【００４９】
同様に、一形態では、熱交換器２３０で生成された脱離物を運搬することから生成し得る第２の富化燃料３２０の貯蔵は、ＩＣＥ１５０で必要とされる時点まで、下部タンク２６０で行われてもよい。必要な場合、コントローラ１７０と、バルブＶ５などの導管の一部と、燃料ポンプ２７０または別のポンプ（図示せず）のいずれかが互いに協働して、下部タンク２６０が必要に応じて第２の富化燃料３２０を受け取って送出できるようにすることができる。さらに、上部タンク２５０で発生する固液分離によって生成される第１の富化燃料３１０と同様に、下部タンク２６０が、第２の富化燃料３２０および熱交換器２３０から給送される再生された吸着材４００のための貯蔵部かつ個別の収容部として機能するために燃料システム２００内にすでに存在するため、追加の貯蔵は必要ない。先に述べたように、第１および第２の富化燃料３１０、３２０の一方または他方の製造および貯蔵は、燃料システム２００内で使用される吸着材４００の種類に依存する。
【００５０】
熱交換器２３０で行われる熱交換ベースの再生ステップの結果として、加熱された吸着材４００は、熱交換器２３０の底に落ち着き、ここで流動性の粒子は、燃料システム２００全体の動作効率をさらに改善するために、冷却後、（例えば、示されているとおり重力供給などにより）分離ユニット２４０に送られる。したがって、熱交換器２３０と分離ユニット２４０との間で吸着材４００粒子を連続的に循環させることにより、吸着材４００粒子は常に比較的低い設計温度範囲を有し、よって、車両１００の冷却負荷には加わらない。特に注目すべきは、搭載燃料供給タンク２２０に貯蔵されている市場燃料３００は、分離ユニット２４０内に存在する吸着材４００粒子の比較的低温に大きく寄与するのに十分な熱質量であり得ることである。一形態では、水またはその他の液体冷却剤（いずれも図示せず）を含む閉じた補足冷却ループは、搭載ユニットの燃料供給タンク２２０から新たに噴射された燃料と熱的に連携して、分離ユニット２４０内で行われる吸着プロセスを、コントローラ１７０によって管理することができる温度で制御し得る。これは、次に、所望の（一形態では、低い）温度範囲での吸着プロセスの開始に役立ち得る。
【００５１】
次に図６を参照し、図３の熱交換器２３０は、吸着材粒子と吸着物との間の分離によって吸着材４００粒子の効果的な再生を促進するように設計されている。特に、上部タンク２５０の底部を離れる飽和した吸着材４００は、熱交換器２３０の内部流路を横断し、前述の熱交換ベースの動作を受ける。熱交換器２３０は、以下の２つの方法のうちの１つで実施されてもよい。第１の設計２３０Ａ（図６の左側に示される）は、加熱コイルＨが吸着物の脱着を促進するために必要な熱を提供する単一管構造のものである。前述のように、吸着物の温度は上昇し、蒸気の密度が低いため、吸着物は蒸発し、上記の低密度により図示のように上方に移動する。第１の設計２３０Ａでは、構造が比較的単純であり、好ましくは、吸着材ベースの燃料分離のレベルを向上させるために向流を使用する。第２の設計２３０Ｂは２つの同心管状室で構成され、この内、内側チューブには、加熱コイルＨを介して直接導入された高温に反応して蒸発すると、飽和した吸着材４００の吸着粒子がチューブからすぐに出て行くように、穴が開けられている。第１の設計２３０Ａの単一管の手法に関連する間接熱とは異なり、第２の設計２３０Ｂは直接加熱を供給し、それにより、壁の熱抵抗がないことに関連する低い熱抵抗により、より効率的な熱伝達がもたらされる。
【００５２】
次に図４を参照し、Ｙベースの骨格を有する１０００ｃｃゼオライト吸着材サンプルについて１５０℃、１８０℃、２１０℃の３つの異なる温度に対する小さい吸着材サイズおよび高速吸着率γに特に重点を置いて、提案された方法およびシステムの適用性を示す例を提供し、このサイズが選択されたのは、車両ベースの用途に適合すると見なされたことによる。特に、用いられた吸着材は、幾何学的体積がαケージ（０．２９４  ｃｃ／ｇ）およびβケージ（０．０５４ｃｃ／ｇ）のゼオライトＮａＹである。このタイプの吸着材に対する市販のガソリンベースの市場燃料に存在するさまざまな芳香族分子の吸着容量を表２に示す。
【表２】
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【００５３】
Ｙベースのゼオライトを使用した芳香族化合物の吸着は比較的遅いプロセスである傾向があるという事実にも関わらず、市場燃料内に含有される芳香族種の多くがはるかに迅速に飽和レベルに達するため、完全な平衡を待つ必要がない。例えば、トルエンは吸着され、２０分以内に平衡に達し、約１．０〜１．７時間後に実質的に完全な平衡が生じる。また、示されるように、吸着率γは温度と共に増加する。これにより、吸着サイクル全体の吸着率を簡単に見積もることができる。
【００５４】
次に図５を参照し、反応物室における上述した表２および以下の表３で述べる特性を有するゼオライトベースの吸着材を使用する燃料システム２００に搭載された分離することができるオクタン富化燃料の量を示す。一例として、車両１００は、都市および高速道路の距離にわたって１００キロメートルあたり６リットルの燃料平均消費量を消費し、７０キロメートル／時の平均速度で走行する乗用車として構成されてもよく、このような場合、ガソリンの需要は通常、４．５リットル／時であり得る。
【００５５】
別の例として、車両１００は、０．４８リットル／時の割合で消費される３０％の芳香族を含む１．６リットル／時の９５ＲＯＮガソリンを消費するコンパクト車両として構成されてもよい。より具体的には、芳香族分子は、トルエン（０．１９２リットル／時）、キシレン（０．１９２リットル／時）、ベンゼン（０．０４８リットル／時）、およびメシチレン（０．０４８リットル／時）を含む。吸着材量は、１０００ｃｃのＹベースのゼオライト吸着器の３４分、６７分、および３３０分の３つの概念的なサイクルタイムで示されている。この燃料動流が反応物室を通過すると、芳香族分子が分離し、分子の形状、サイズなどに応じて異なる速度で吸着材粒子に誘着する。
【００５６】
わずか３４分の動作後、レギュラーガソリンの６％が１１９ＲＯＮのハイオクガソリンとして分離する。同様に、わずか６７分後、レギュラーガソリンの１２％が１１９ＲＯＮガソリンに分離するのに対して、３３０分後には完全な平衡が達成される。その結果は、吸着ベースのＯＯＤがシステムのサイズおよび動作時間の観点から車載用途に用いることができることを示している。
【表３】
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【００５７】
本開示に記載の燃料システム２００は、ＩＣＥ１５０での必要性に応じて、元の搭載市場燃料３００またはオクタン富化燃料とセタン富化燃料の一方または両方の少なくともいずれかをＩＣＥ１５０に選択的に給送するために使用されてもよく、ＩＣＥ１５０に関連付けられた特定の動作環境は、排気物および関連する排出量を低減しつつ、市場燃料３００の効率的な使用を促進するために、コントローラ１７０によって操作される、感知されたパラメータに相関させることができる。
【００５８】
以下の特許請求の範囲のうちの１つ以上は、用語「ｗｈｅｒｅｉｎ」を移行句として利用することに留意すべきである。本開示で考察された特徴を定義する目的で、この語は、構造の一連の特性の列挙を導入するために使用され、より一般的に使用される開放型の前置き語「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」と同様の方法で解釈されるべきである開放型の遷移句として、特許請求の範囲に導入されることに留意されたい。
【００５９】
本明細書において、「好ましくは」、「一般に」、および「通常」のような用語は、特許請求の範囲の範囲を限定するため、または特定の特徴が本開示の構造または機能にとって重大、必須、またはさらに重要であることを暗示するために利用されないことに留意されたい。むしろ、これらの用語は、単に開示された主題の特定の実施形態において利用されてもされなくてもよい、代替または追加の特徴を強調することを意図したものに過ぎない。同様に、用語「実質的に」および「ほぼ」ならびにそれらの変形は、定量的な比較、値、測定、または他の表現に帰属し得る固有の不確実度を表すために利用されていることに留意されたい。そのため、これらの用語の使用は、定量的表現が問題の主題の基本機能に変化をもたらさずに、記載された基準と異なり得る程度を表す。
【００６０】
本開示の主題を詳細に、および特定の実施形態を参照して説明したが、開示されたさまざまな詳細は、本説明に付随する図面の各々に特定の要素が挙示されている場合であっても、これらの詳細が、説明されたさまざまな実施形態の必須構成要素である要素と関連することを暗示するものとして受け取られるべきではない。さらに、特許請求される主題の趣旨および範囲から逸脱することなく、説明された実施形態にさまざまな変更および変形がなされ得ることは、当業者には明らかであろう。したがって、本明細書は、添付の特許請求の範囲およびそれらの等価物の範囲内に入るそのような変更および変形が提供される種々の実施形態の変更および変形を網羅することを意図する。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【国際調査報告】
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