(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、搭載燃料の少なくとも一部分を選択的に受け取り、オクタンが高められた燃料成分とセタンが高められた燃料成分とに分離し得るように、１つ以上の吸着材ベースの室を含む。供給タンクは３つのコンパートメントを含み、第１のものは搭載燃料を収容し、第２のものは気化した吸着物を分離ユニットから受け入れ、その少なくとも一部をオクタン富化燃料成分またはセタン富化燃料成分のうちの一方に凝縮する一方、第３のものは、凝縮および富化された燃料成分を貯蔵するか、または気化した吸着物をさらに凝縮することを支援するかのいずれかであり得る。凝縮は、供給タンクのさまざまなコンパートメント内に存在する搭載燃料と気化した吸着物との間の熱交換を通して行われる。搭載燃料が、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るか、または代わりに、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得る。
2021512249.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、
燃焼室を備える内燃エンジンと、
燃料システムと、を備え、前記燃料システムが、
搭載燃料の少なくとも一部分を選択的に受け取り、かつオクタン富化燃料成分またはセタン富化燃料成分の一方としての吸着物と、前記セタン富化燃料成分と前記オクタン富化燃料成分との他方としての残部と、に分離するための、少なくとも１つの吸着材ベースの室を備える分離ユニットと、
前記残部を選択的に受け入れて収容するための生成物タンクと、
燃料供給タンクであって、
前記搭載燃料を収容するための第１のコンパートメントと、
第２のコンパートメントであって、前記第１のコンパートメント内に配設されており、かつ前記分離ユニットから前記吸着物の気化した形態を、前記第２のコンパートメント内に存在する前記吸着物の前記気化した形態の少なくとも一部分が前記第１のコンパートメント内に存在する前記搭載燃料との熱交換によって凝縮するように、選択的に受け入れるように構成された、第２のコンパートメントと、
第３のコンパートメントであって、貯蔵と追加の凝縮のうちの少なくとも一方のために前記第２のコンパートメントから任意の残りの気化した吸着物のうちの少なくとも一部分を前記第３のコンパートメントに受け入れさせるために、前記第２のコンパートメントと前記第３のコンパートメントとの間で流体連通と熱交換連通との両方が確立されるように、前記第２のコンパートメント内に配設された第３のコンパートメントと、を備える燃料供給タンクと、
前記搭載燃料、前記オクタン富化燃料成分、および前記セタン富化燃料成分のうちの少なくとも１つを、前記分離ユニット、燃料供給タンク、および生成物タンクのうちの少なくとも１つから前記燃焼室に給送するように構成された燃料導管と、を備える、車両推進システム。
【請求項２】
前記エンジンおよび前記燃料システムに関連付けられた少なくとも１つの動作パラメータを取得するように構成された複数のセンサと、
前記エンジン、前記センサ、および前記燃料システムと協調し、前記エンジンの複数の動作条件から選択される動作条件を決定するように、かつそのような動作条件に応じて、前記搭載燃料、前記オクタン富化燃料成分、および前記セタン富化燃料成分のうちの少なくとも１つの前記燃焼室への給送を調整するように構成された、コントローラと、をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記エンジンが動作することができる前記複数の動作条件が、第１の動作条件および第２の動作条件を含み、前記コントローラは、前記エンジンが前記第１の動作条件にあると決定すると、前記コントローラは、前記搭載燃料の一部分の流れ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ており、前記コントローラは、前記エンジンが前記第２の動作条件にあると決定すると、前記コントローラは、前記搭載燃料の少なくとも一部分の流れを前記分離ユニットに導くように構成されている、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記エンジンの前記第１の動作条件が、
冷間始動条件および暖機条件のうちの少なくとも一方を示すエンジン温度であって、さらに、前記エンジンの前記第２の動作モードが、前記冷間始動および暖機のエンジン温度を超えるエンジン温度に対応する、エンジン温度と、
閾値レベルを下回る量のセタン富化燃料成分またはオクタン富化燃料成分を収容する、前記生成物タンクおよび前記燃料供給タンクのうちの少なくとも一方であって、さらに、前記エンジンの前記第２の動作モードが、冷間始動および暖機のエンジン温度を超えるエンジン温度に対応する、前記生成物タンクおよび前記燃料供給タンクのうちの少なくとも一方、のうちの少なくとも一方に対応する、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
搭載燃料の供給が、前記第１のコンパートメントを画定するハウジングと、前記第２のコンパートメントを画定するハウジングと、によって画定される容積空間内に配設されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記分離ユニット内に配置されており、かつ前記エンジンの動作によって生成される余剰熱の少なくとも一部分を、前記吸着物が上に配設された前記少なくとも１つの吸着材ベースの室に給送するように構成された、再生器と、
前記第１のコンパートメント内に収容された搭載燃料の温度を設計温度範囲内に維持するように構成された温度調節器、のうちの少なくとも一方をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記少なくとも１つの吸着材ベースの室は、第１の段階が親和性ベースの吸着材を使用してオクタン富化化合物を優先的に吸着する一方、前記第２の段階がサイズ選択性吸着材を使用してセタン富化化合物を優先的に吸着するような、複数の段階を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記第３のコンパートメントが、前記第２のコンパートメントの実質的に長尺の寸法に沿って延在する流路を画定する管束を備える、請求項１〜７のいずれかに記載のシステム。
【請求項９】
前記第１のコンパートメント、前記第２のコンパートメント、および前記第３のコンパートメントのうちの少なくとも２つが、互いに対して同心状に配置されている、請求項８６に記載のシステム。
【請求項１０】
搭載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燃料システムであって、
搭載燃料の少なくとも一部分を選択的に受け取り、かつオクタン富化燃料成分またはセタン富化燃料成分の一方としての吸着物と、前記セタン富化燃料成分と前記オクタン富化燃料成分との他方としての残部と、に分離するための、少なくとも１つの吸着材ベースの室を備える分離ユニットと、
前記残部を選択的に受け入れて収容するための生成物タンクと、
燃料供給タンクであって、
前記搭載燃料を収容するための第１のコンパートメントと、
第２のコンパートメントであって、前記第１のコンパートメント内に配設されており、かつ前記分離ユニットから前記吸着物の気化した形態を、前記第２のコンパートメント内に存在する前記吸着物の前記気化した形態の少なくとも一部分が、前記第１のコンパートメント内に存在する前記搭載燃料との熱交換によって凝縮するように、選択的に受け入れるように構成された、第２のコンパートメントと、
第３のコンパートメントであって、貯蔵と追加の凝縮のうちの少なくとも一方のために前記第２のコンパートメントから任意の残りの気化した吸着物のうちの少なくとも一部分を前記第３のコンパートメントに受け入れさせるために、前記第２のコンパートメントと前記第３のコンパートメントとの間で流体連通と熱交換連通との両方が確立されるように、前記第２のコンパートメント内に配設された第３のコンパートメントと、を備える燃料供給タンクと、
前記搭載燃料、前記オクタン富化燃料成分、および前記セタン富化燃料成分のうちの少なくとも１つを、前記分離ユニット、燃料供給タンク、および生成物タンクのうちの少なくとも１つから前記燃焼室に給送するように構成された燃料導管と、を備える、車両燃料システム。
【請求項１１】
内燃エンジンを動作させる方法であって、
燃料導管を通して互いに協調し、かつコントローラによって提供された指示に応答する、燃料供給タンクと、分離ユニットと、生成物タンクと、を備えるように燃料システムを構成することであって、前記燃料供給タンクの第１のコンパートメント内に搭載燃料が配設される、構成することと、
前記コントローラを使用して前記エンジンの動作条件を確認することと、
前記コントローラを使用して、前記エンジンが第１の動作条件にあるときに、前記搭載燃料の一部分の流れを、最初に前記分離ユニットを通過することなく前記エンジンの燃焼室に導くことと、
前記エンジンが、オクタン富化燃料成分とセタン富化燃料成分との一方の形態をなす吸着物が前記分離ユニットの少なくとも１つの室の表面上に集まるような第２の動作条件にあるときに、前記コントローラを使用して前記搭載燃料の一部分の流れを前記分離ユニットに導く一方、前記搭載燃料の前記一部分の残部を、前記セタン富化燃料成分と前記オクタン富化燃料成分との他方として貯蔵のために生成物タンクに導くことと、
前記コントローラを使用して前記搭載燃料の一部分の流れを前記分離ユニットに導くときに、
前記吸着物の気化した形態を前記分離ユニットから、前記燃料供給タンクの前記第１のコンパートメント内に配設される第２のコンパートメントに搬送し、
前記第１のコンパートメント内に存在する前記搭載燃料との熱交換により前記気化したものの少なくとも一部分を凝縮させ、
任意の残りの気化した吸着物のうちの少なくとも一部分を前記第２のコンパートメントから前記第２のコンパートメント内に配設される第３のコンパートメントに搬送し、貯蔵と追加の凝縮のうちの少なくとも一方が前記第３のコンパートメント内で行われるようにし、
前記セタン富化燃料成分と前記オクタン富化燃料成分のうちの少なくとも一方を前記燃焼室に搬送することと、を含む、方法。
【請求項１２】
供給される前記搭載燃料が、約８５以下のリサーチオクタン価を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記オクタン富化燃料成分と前記セタン富化燃料成分のうちの少なくとも一方が、圧縮行程の一部分の間に直接噴射を介して前記燃焼室に導入される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記オクタン富化燃料成分と前記セタン富化燃料成分のうちの少なくとも一方が、圧縮行程の一部分の間にポート噴射を介して前記燃焼室に導入される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記オクタン富化燃料成分と前記セタン富化燃料成分のうちの少なくとも一方を前記燃焼室に前記搬送することが、前記オクタン富化燃料成分と前記セタン富化燃料成分のうちの前記少なくとも一方を前記第２のコンパートメントから実質的に完全に搬送すること、前記オクタン富化燃料成分と前記セタン富化燃料成分のうちの前記少なくとも一方を前記第３のコンパートメントから実質的に完全に搬送すること、または前記オクタン富化燃料成分と前記セタン富化燃料成分のうちの前記少なくとも一方を前記第２のコンパートメントと前記第３のコンパートメントとの両方から搬送することを含む、請求項１１〜１４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１月３１日に出願された米国特許出願第１５／８８５，０８４号の優先権を主張し、その開示全体は、参照により本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【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に関連付けられたサイズ、重量、および複雑さを低減するような方法で、そのような搭載燃料分離の一環として熱収支を促進するようなシステムに関する。
【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ベースのエンジンでは、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保証されている。
【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、搭載燃料を収容するための燃料供給タンク（搭載燃料タンクまたは主タンクとも呼ばれる）と、分離ユニットと、生成物タンクと、燃料導管と、を含む。分離ユニットは、各々が搭載燃料の少なくとも一部分を選択的に受け取って吸着物と残部とに分離するための１つ以上の吸着材ベースの室を含む。生成物タンクは、残部をセタン富化燃料成分として選択的に受け取って収容し得る。燃料供給タンクは、第１のコンパートメント、第２のコンパートメント、および第３のコンパートメントを含み、それらが共同して、燃料供給タンクがコンパクトな熱交換器としても機能することを支援する。第１のコンパートメントは、搭載燃料を収容するために使用される。第２のコンパートメントは、第１のコンパートメント内に配設されており、分離ユニットから吸着物の気化した形態を受け取り得る。このようにして、第２のコンパートメントに存在する吸着物の気化した形態の少なくとも一部は、第１のコンパートメントに存在する搭載燃料との熱連通および結果としての熱交換により、オクタン富化燃料成分に凝縮される。第３のコンパートメントは、第２のコンパートメント内に配設されており、第２のコンパートメントに流体的および熱的に結合されており、このように、第２のコンパートメントからの吸着物の任意の残りの気化した形態のうちの少なくとも一部分は、貯蔵とオクタン富化燃料成分へのさらなる凝縮のうちの少なくとも一方のために第３コンパートメントに搬送され得る。燃料導管は、燃料システムを形成するさまざまなコンポーネント間の流体連通を確立するために使用され、搭載燃料、オクタン富化燃料成分、およびセタン富化燃料成分のうちの少なくとも１つは、分離ユニット、燃料供給タンク、生成物タンクのうちの少なくとも１つから燃焼室に搬送され得る。
【０００６】
本開示の別の実施形態によれば、搭載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燃料システムが開示される。燃料システムは、燃料供給タンク、導管、分離ユニット、および生成物タンクを含む。燃料供給タンクは、冗長構造の使用を最小化または回避するような方法で、好適なオクタン富化燃料成分またはセタン富化燃料成分への吸着物の形成を促進するために、さまざまなコンパートメントが互いに熱連通と流体連通との一方または両方を呈する前の実施形態と同様の態様で、搭載燃料を収容するための第１のコンパートメントと、第２のコンパートメントと、第３のコンパートメントと、を含む。
【０００７】
本開示のさらに別の実施形態によれば、内燃エンジンを動作させる方法が開示される。この方法は、熱交換器ベースの搭載燃料供給タンク、分離ユニット、別個の熱交換器、第１の生成物タンク、および第２の生成物タンク、ならびに燃料導管を有するように燃料システムを構成することを含む。コントローラは、コントローラが、内燃エンジンの動作状態を確認し、次いでエンジンの動作条件に応じて搭載燃料の一部分の流れをエンジンの燃焼室または分離ユニットのいずれかに導くことができるように、他のコンポーネントのうちの少なくともいくつかに指示を提供する。第１の確認されたエンジン条件では、搭載燃料の流れは、分離ユニットと相互作用せず、代わりにエンジンによる即時使用のために燃焼室に向かう。第２の確認されたエンジン条件では、搭載燃料の吸着材部分が分離ユニットの複数の室のうちの少なくとも１つの表面上に集まる一方、吸着されない残部が貯蔵タンクに送られるように、搭載燃料の流れは、分離ユニットと相互作用する。搭載燃料供給タンクの熱交換機構は、分離ユニットの動作によって気化した（つまり、脱離した）吸着物が使用可能な燃料成分に凝縮され得るような前の実施形態と同様の態様で、搭載燃料を収容するための第１のコンパートメントと、第２のコンパートメントと、第３のコンパートメントと、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と、最もよく理解され得る。
【０００９】
【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を有する車両を示す。
【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搭載燃料分離システムの簡略図を挙示する。
【図４】図３の搭載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挙示する。
【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材流速を挙示する。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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イソオクタン（２，２，４−トリメチルペンタンＣ８Ｈ１８）または等価な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。本文脈において、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ｎ−セタン（ｎ−ヘキサデカン）（Ｃ１６Ｈ３４）の濃度、または等価な点火遅れ特性を有する成分を有するときに、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。
【００１１】
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、両方の構成は、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。
【００１２】
次に図２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、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。
【００１３】
一形態では、ＩＣＥ１５０は、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、約２００℃までの周囲温度の範囲の沸点を有し得る。４サイクル動作の吸気行程中に燃料が実質的に噴射されるＳＩ動作モードとは異なり、ＧＣＩモード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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
別の形態では、ＩＣＥ１５０は、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。
【００１７】
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つであってもよく、この後者の構成は、図３に概念的に示される通りである。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。
【００１８】
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つ以上の較正要素、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と交換される。センサは、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。
【００１９】
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つのそのような例は、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場合に、それらの信号を含んでもよい。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動作モード用の火花点火ドライバとも呼ばれる）１７０Ｇ、エンジンバルブ制御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。
【００２０】
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、導管２１０およびさまざまなアクチュエータ、バルブおよび関連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、再生器２３０、分離ユニット２４０、および富化生成物タンク２５０からの市場燃料の給送の動作を制御する。ＣＡＮの一形態では、コントローラ１７０は、燃料タンク２２０または富化生成物タンク２５０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。
【００２１】
特に、コントローラ１７０は、さまざまなＣＩ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ベースのエンジン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エンジンは、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。
【００２２】
ＧＣＩエンジンに加えて、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、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は出力行程に対応し、０°はＴＤＣを表し、１８０°は下死点（ＢＤＣ）を表す。同様に、１８０°〜３６０°のＣＡＤは排気行程を表し、後者はＴＤＣを表す。また、３６０°〜５４０°のＣＡＤは、後者でＢＤＣを伴う吸気行程を表す。さらに、５４０°〜７２０°のＣＡＤは、後者でＴＤＣを伴う圧縮行程を表す。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つのシリンダーの各々が一度点火すると、クランクシャフト１５３は２回回転して７２０°にわたり回転運動する。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度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、バルブタイミングを用いてＩＣＥ１５０構成のバルブ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（バルブ１５７、１５８の位置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弁１５７を閉じる一方で、排気行程の初期段階で排気弁１５８を閉じることができるという点で、ＩＣＥ５０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。同様に、ＳＩ燃焼が必要とされるとき、コントローラ１７０は、バルブ１５７、１５８に、ＳＩ動作と一貫して圧縮比を低減するように命令してもよい。同様に、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、バルブ１５６、１５７の好適な調整に加えて、１つ以上の燃料ポンプ２６０によって提供される加圧力を用いた富化生成物タンク２５０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２６０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２６０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。
【００２３】
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、さまざまな燃焼後排気ガス処理コンポーネントに関連付けられた多数の値、センサＳ（排気ガス温度センサ、Ｏ２センサ、ＮＯｘセンサ、ＳＯｘセンサなど）、（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、特定の動作条件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使用することができる。
【００２４】
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および関連付けられたフロー制御導管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、搭載燃料を富化生成物燃料タンク２５０からの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料のオクタン富化またはセタン富化を提供してもよい。
【００２５】
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の動作条件を燃料の必要性およびさまざまなＣＩエンジン構成について前に考察された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表示を提供する。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エンジンの場合、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エンジンの場合、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エンジンの場合、ＭＥＰは約１２．５バール〜約１７．０バールの間になる場合がある。
【００２６】
同様に、ＩＣＥ１５０のさまざまな動作領域に対してＭＥＰ値を決定してもよい。そのような動作レジームは、最大約１．０バールのＭＥＰに対応する１つの形態であ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）、最大約２．０バールの別の形態のＭＥＰを含み得る。同様に、そのような動作レジームには、約２．０バール〜約５．０バールのＭＥＰに対応する１つの形態である通常の（または中）電力または負荷、約２．０バール〜約６．０バールの別の形態のＭＥＰ、約２．０バール〜約７．０バールの別の形態のＭＥＰを含み得る。さらに、そのような動作レジームは、約７．０バール以上のＭＥＰに対応する１つの形式である高出力または負荷、約８．０バール以上の別の形態のＭＥＰ、約９．０バール以上の別の形態のＭＥＰ、および約１０．０バール以上の別の形態のＭＥＰを含み得る。
【００２７】
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。
【００２８】
次に図３を参照し、燃料システム２００の複雑なシステム冗長性を回避しながら搭載ＣＯＤおよびＯＯＤ動作を実行することに関連付けられた熱収支を管理することに関連付けられた詳細を示す。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モードを必要とせずに、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、導管２１０を形成する必要性に応じて、搭載燃料およびその燃料副産物の流れを優先的に許容または阻止するためのさまざまなバルブと共に、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を含む。
【００２９】
燃料供給タンク２２０は、小売給油所で使用されるものなどの従来の燃料ポンプから入口２２１を介して受け取る市場燃料の貯蔵に使用される。ＧＣＩ動作に関連付けられたものなどの一形態では、市場燃料は、前述の中間ＲＯＮガソリンなどの、さらにより低グレードのガソリンベースの燃料を含んでもよい。重要なことに、燃料供給タンク２２０は、車両１００に搭載されるさまざまな形態の燃料の貯蔵および選択的搬送にすべてが使用される第１のコンパートメント２２２、第２のコンパートメント２２４、および第３コンパートメント２２６を形成する中空の容積領域を画定する多数の入れ子になったハウジングで形成される熱交換器としても機能する。一形態では、第１のコンパートメント２２２に使用されるハウジングは、最も外側の構造を画定し、そのため、他の２つのコンパートメントを形成するハウジングの格納容器または関連する構造として機能し得る。より具体的には、示された形態では、第１のコンパートメント２２２に対応するこの最も外側の構造により、燃料供給タンク２２０は、第１のコンパートメント２２２と内側の２つのコンパートメント２２４および２２６との間で同心配置を使用することができ、そのような密に装填された貯蔵および熱交換の構成は、大型乗用車、商用車、または産業用車両に固有のものなどの追加スペースの特装を有しない小型またはコンパクトな乗客ベースの構成の車両１００（小型の２人乗り車、２ドアクーペ、４人乗りセダンなど）には特に適切である。第１のコンパートメント２２２を形成するハウジングは、ここでは概して円筒状の形で示されているが、他の好適な燃料格納構造の形または形状も用いられ得ること、およびそれらが本開示で考察された熱交換機能を許容する限り、すべてのそのような変形が本開示の範囲内にあることは分かるであろう。
【００３０】
第２のコンパートメント２２４は、第１のコンパートメント２２２から分離ユニット２４０に搬送された搭載市場燃料の一部分の吸着によって生成されたオクタン富化燃料成分の貯蔵に使用され、その詳細は本開示の他の箇所でより詳細に考察される。本文脈において、オクタン富化燃料成分は、その後の燃焼のために燃焼室１５６に導入され得る形で配置されると、そのようなステータスを達成し、一形態では、そのようなオクタン富化燃料成分は、分離ユニット２４０によって脱離させた後に気化した形態から凝縮させた後は液体の形態をなす。一形態では、第２のコンパートメント２２４を形成するハウジングは、第１のコンパートメント２２２を形成するハウジングのものと同様の態様で長尺の軸方向寸法を有して成形されているが、第１のコンパートメント２２２を形成するハウジングによって画定される内部容積内に適合することを可能にするためにより小さな外形寸法を有する。そのような構成では、第１のコンパートメント２２２が搭載市場燃料で満たされると、第２のコンパートメント２２４を形成するハウジングの外面がそのような燃料内に実質的に浸漬される。このように、燃料システム２００は、燃焼室１５６で選択的に使用するためのオクタン富化燃料成分を生成することを支援するために、これらの２つのコンパートメント２２２、２２４に収容される燃料間の任意の温度差を利用し得る。重要なことに、第１のコンパートメント２２２および第２のコンパートメント２２４は、流体分離され、後者のコンパートメント内に存在する富化レベルのオクタンは、前者内に存在する非富化レベルによって希釈されない。
【００３１】
第３のコンパートメント２２６は、分離ユニット２４０で生成された脱離物の第２のコンパートメント２２４内での少なくとも部分的な凝縮によって生成されたオクタン富化燃料成分のいずれかの追加の貯蔵のために使用される。より具体的には、第３のコンパートメント２２６を形成するハウジングは、第２のコンパートメント２２４によって画定される内部容積内に入れ子にされるため、前に考察されたような第１のコンパートメント２２２に対する第２のコンパートメント２２４のものと同様の態様で、そのようなオクタン富化燃料成分内に実質的に浸漬される。示されるように、第３のコンパートメント２２６を形成するハウジングは、第１のコンパートメント２２２および第２のコンパートメント２２４の寸法によって画定される長尺の寸法に沿って直線的に延在する個々の管の束の形態をなす。一形態では、管は、オクタン富化燃料成分、ならびに第２のコンパートメント２２４から燃焼室１５６にそのような燃料成分を、直接に、または第２のコンパートメント２２４の端部キャップとして含まれ得るマニホールド２２８を通して給送するための導管または関連する流路のための一時的な貯蔵庫として機能し得るように、両端部が開放されていてもよい。さらに、管の数およびサイズを調整して、オクタン富化燃料成分ならびに任意の残りの気化したオクタン富化吸着物の、設計された冷却または凝縮の要件を満たすことができることは分かるであろう。
【００３２】
そのような構成により、第２のコンパートメント２２４および第３のコンパートメント２２６はシェルアンドチューブ熱交換器構成を形成し、第２のコンパートメント２２４のハウジングは、分離ユニットからの吸着物の気化した形態と、気化した吸着物の凝縮から生じるオクタン富化燃料成分と、の両方のためのシェル状流体容器、ならびに第３のコンパートメント２２６のハウジングを形成する管束の周りの流体容器として機能する。同様に、第１のコンパートメント２２２を形成するハウジングは、第２のコンパートメント２２４の管状のハウジングの周りの流体容器として機能するシェルとみなされ得る。第１のコンパートメント２２２および第２のコンパートメント２２４によって画定されるより大きなシェルアンドチューブ構成では、より大きな容器は、分離ユニット２４０での吸着材再生中に生成されて第２のコンパートメント２２４に搬送される気化した吸着物を凝縮するための比較的大きなヒートシンクを提供する。第２のコンパートメント２２４および第３のコンパートメント２２６によって画定されるより小さいシェルアンドチューブ配置では、第３のコンパートメント２２６は、個々の管のうちの１つ以上の内部に残留オクタン富化燃料成分が存在する状況で、より大きい方への補助ヒートシンクとしても機能し得る。そのような状況は、車両１００が、内部に収容した燃料成分を冷却するのに十分な長時間（例えば、夜間）の動作状態になかった場合に発生する可能性がある。
【００３３】
したがって、３つのコンパートメント２２２、２２４、および２２６間の同心状に配置されたシェルベースの構造、流体、および熱の協調は、よりコンパクトな燃料システム２００を促進することを支援するために、３つの別個のユニット（つまり、従来の車両の燃料タンク、別個の再生燃料凝縮器、および凝縮燃料貯蔵タンク）を機能的に交換するような態様で構築される。車両１００の動作中、第１のコンパートメント２２２に存在する搭載燃料は、第２のコンパートメント２２４の内部に存在する気化した吸着物および（凝縮物としての）オクタン富化燃料成分を冷却する。導管２１０内に配設されるポンプ２６０が動作すると、搭載燃料の少なくとも一部分を第１のコンパートメント２２２から出し、ＩＣＥ１５０のいずれの動作条件がコントローラ１７０によって決定されるかに応じて、分離ユニット２４０の吸着脱離室２４１、２４２内に、または燃焼室１５６に直接に、のいずれかで送る。一形態では、ＩＣＥ１５０のいくつかの動作モード（特定の駆動サイクルと併せて前述したものなど）が存在し得るため、そのような凝縮液体は、脱離蒸気と（一定ではなく）選択的な流体連通をなして配置されてもよく、この場合に、脱離したオクタンまたは残留セタンを燃焼室１５６に直接送って使用することが望ましい。
【００３４】
燃料が吸着室２４１、２４２の１つと流体接触するように配置されると（ここでも、コントローラ１７０によって決定されるように、センサＳからの可能な入力を用いて、吸着室２４１、２４２の一方または他方が飽和状態、高温状態などにあるかどうかを決定する）、搭載燃料の一部が吸着する一方、一部は必要になるまで富化生成物タンク２５０へと分離ユニット２４０を離れる。バルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３、およびＶ４のうちの１つ以上を操作して（やはりコントローラ１７０を通して）、好ましい箇所への燃料流をもたらすことを支援してもよい。本文脈内では、さまざまなバルブＶ１、Ｖ２、Ｖ３、およびＶ４（ならびに１つ以上のポンプ２６０）は、導管２１０の一部分を形成し、そのようなバルブに関して、導管２１０の正確な構成に応じて、より多くまたはより少なくあり得ること、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。例えば、一形態の動作では、これらまたは他のバルブ（図示せず）を使用して、吸着室２４１、２４２を交互に切り替えることにより、それらを選択的に切り替えてバッチ様処理を提供してもよい。
【００３５】
搭載燃料の吸着した部分は、室が飽和するか、または室温度が十分に高くなるまで、それぞれの吸着室２４１、２４２の吸着材表面上に保持される。飽和の場合、（好適な冷却剤を通すなど）吸着熱を抽出する必要があり得る。加えて、搭載燃料の流入流が吸着室２４１、２４２の他方に切り替えられると、（車の冷却剤または排気ガスのいずれかからの）熱供給が、吸着した燃料に対する気化熱交換器として機能する再生器２３０へと、それぞれの室内に循環される。再生された燃料は気化し、垂直に上向きに上昇して、導管２１０の一部分を介して第２のコンパートメント２２４に進入し、大幅な熱伝達を促進する。一形態では、そのような熱伝達は、主タンクの第１のコンパートメント２２２内に存在する搭載燃料とその熱量を交換することにより、再生された燃料蒸気の凝縮を引き起こす。前に考察されたように、第３のコンパートメント２２６のさまざまな管が、長期間の車両１００および燃料システム２００の非作動に関連付けられたものなどの貯蔵された（かつ以前に凝縮された）オクタン富化燃料成分をすでに収容している可能性がある場合に、再生燃料蒸気の追加の凝縮が起こり得る。これは、第２のコンパートメント２２４内に存在する燃料の部分にいわゆる「両面冷却」を提供する効果を有する。この改善された熱伝達量により、熱交換構造のサイズを小さくすることが可能になる。
【００３６】
次に、オクタン富化燃料成分を、必要になるまで貯蔵に向けてもよい。一形態では、別個の生成物タンク（図示しないが、富化生成物タンク２５０と構造は同様）を含んでもよいが、第２のコンパートメント２２４および第３のコンパートメント２２６（ならびに第２のコンパートメント２２４および第３のコンパートメント２２６の流体下流にある導管２１０の部分）の一方または両方が、オクタン富化燃料成分の生成の複雑さと容積への影響とを最小限に抑える試行において貯蔵容器として機能することを可能にすることによる。同様に、ＩＣＥ１５０は、第３のコンパートメント２２６の管束に貯蔵されているオクタン富化燃料成分、富化生成物タンク２５０（または導管２１０の隣接部分）内に存在するセタン富化燃料成分、または第１のコンパートメント２２２内に存在する搭載（すなわち、市場）燃料を受け取るように、燃料システム２００とコントローラ１７０との協調によって作られてもよい。本開示内の他の箇所で考察されたように、運転サイクルの開始時、需要が予想よりも高い場合、または燃料を脱離（つまり、気化）するために車上で利用できる熱がない場合（冷間始動時など）などの、特定の動作条件において、特にオクタン富化燃料成分またはセタン富化燃料成分が十分な可燃性燃料をＩＣＥ１５０に提供するのに十分でない状況では、コントローラ１７０は、好適な車両１００の動作を確保するためにも使用されてもよい。
【００３７】
一形態では、第１のコンパートメント内に存在する搭載燃料の温度を所定の範囲内に維持することが有益であり得る。これを達成するための一方法は、第１のコンパートメント２２２と第２のコンパートメント２２４との間の容積領域で噴射器（図示せず）および絶縁部品（図示せず）を使用することである。このような構造では、噴射器は、必要な量の搭載燃料を第１のコンパートメント２２２の断熱部分から非断熱部分に律動的に送り、この場合にそのような断熱差は、適切に配置された低熱伝導率の材料の形態をなし得る一方、第１のコンパートメント２２２内に画定された容積領域を通して分配された１つ以上のバッフルとしての別の形態をなし得る。断熱の形態に関わらず、断熱は、より均一な熱伝達、ならびに燃料と第１のコンパートメント２２２および第２のコンパートメント２２４の両方を画定するハウジングの熱交換表面積との間の接触量の増加を促進する。
【００３８】
重要なことに、燃料システム２００は、ＩＣＥ１５０の燃焼室１５６内で行われる燃焼プロセスの廃熱からの熱など、車両１００からの残留熱エネルギーを使用して動作し得る。この既存の熱の使用は、コンポーネントの冗長性を低減することにより、デュエルシステム２００全体のコンパクトさをさらに促進することに寄与する。前述のように、バッチ様処理アプローチは、すべてがハウジングまたは関連する格納構造内で、一対の吸着室２４１、２４２が再生器２３０と熱連通して配置される分離ユニット２４０内で行われるようになされてもよい。したがって、第１の吸着室２４１は、導管２１０および任意の予熱器（図示せず）を通して燃料供給タンク２２０から市場（すなわち、搭載）燃料を受け取ると芳香族（すなわち、オクタン富化）化合物を流体的に受け入れるように、サイズ設定および成形されており、これにより、本開示で後により詳細に考察されるように、吸着室２４１の表面への芳香族の接触により、吸着室２４１を形成する吸着物内に含有される、または吸着物の表面上に形成される好適な官能基の優先的作用によるなどで、ＯＯＤのためのオクタン富化吸着物の生成がもたらされる。分離ユニット２４０の２室構造は、吸着室２４１でオクタン富化吸着が行われている間、他方の吸着室２４２で以前に飽和した吸着材が、再生器２３０を通して吸着材を高温（ＩＣＥ１５０からの排気ガス、またはラジエータベースの冷却システムなどからの高温の冷却剤からなど）に曝露することによって再生されるようになっている。吸着室２４１、２４２における吸着材の異なる選択により、サイズ選択性の吸着材の使用を通して、（オクタン富化吸着物ではなく）セタン富化吸着物が、ＣＯＤに対して同等の態様で形成され得る。一形態では、そのようなＯＯＤ特有の過程およびＣＯＤ特有の過程は、多段構成の分離ユニット２４０によって達成されてもよく、この場合に各々が吸着室２４１、２４２のうちの１つ以上を有する順次配置されたユニットが配置されてもよく、各々が好適な親和性ベースまたはサイズ選択性の吸着材で構成されている。したがって、一形態では、好ましくは、含酸素添加剤または二重結合ベースのアルキルなどの、芳香族または関連する機能性ベースの燃料成分を保持するように構成された吸着材の動作によって、市場燃料のオクタン富化部分の多くが吸着室２４１の表面上に形成する一方、セタン富化部分の多くが通過して残りとなり、その後、（図示のように）セタン富化生成物タンク２５０に、または燃料供給タンク２２０に（図示しない）戻すことができる。ここでは別個のセタン富化生成物タンク２５０として示されているが、導管２１０の部分内のセタン富化残部の存在に関連付けられた遅延または滞留期間であって、導管２１０は分離ユニット２４０からの排出点から内燃エンジン１５０の燃焼室１５６内へのそのような残部の導入まで延在する、遅延または滞留期間に応じて、導管２１０のそのような部分は、機能的に等価であるように、セタン富化生成物タンク２５０の貯蔵能力を事実上エミュレートするのに十分であり得ることは分かるであろう。そのような状況では、導管２１０のその部分は、本開示の意味の範囲内で、セタン富化生成物タンク２５０であると見なされ得る。
【００３９】
本文脈内では、用語「吸着」、「吸着物」およびそれらの変形は、吸着室２４１、２４２を形成する吸着材と（バルク吸収によるのではなく）表面保持により相互作用する搭載燃料のそれらの部分を含む一方、用語「脱離」、「脱離物」およびそれらの変形は、何らかの再生作用の結果として吸着材から後に遊離される吸着物のそれらの部分を含む。非限定的な一形態では、そのような脱離は、吸着物を気化させるのに十分な量の熱を吸着室２４１、２４２に加えることによって行われてもよい。さらに、化学反応とは異なり、吸着は物理的現象であることは分かるであろうが、特定の状況では化学吸着という用語が使用されてもよい。同様に、本文脈内では、残部（濾液とも呼ばれる）は、前に考察された官能基（親和性ベース）またはモレキュラーシーブ（サイズ選択性）の動作の一方または両方を通してなど、吸着されていない吸着室２４１、２４２内の吸着材に曝露される市場燃料の部分である。
【００４０】
分離ユニット２４０の２室構造は、オクタン富化燃料またはセタン富化燃料のバッチ処理に役立つ。特に、２つの吸着室２４１、２４２は、一方がオクタン富化吸着物の薄膜を優先的に捕捉するための吸着材として使用されている間、他方が、以前に収集された吸着物を脱離することにより吸着材を再生するために、ＩＣＥ１５０の動作からの潜熱に曝露され得るように、並行して動作し得、その後、２つの室２４１、２４２の役割は、導管２１０の一部を形成するバルブ（図示せず）のコントローラ１７０による操作を通して逆転される。車両１００の重量をあまり増やさないコンパクトな分離ユニット２４０を有するために、吸着材粒子と２つの吸着室２４１、２４２を構成する床との幾何形状および構造を調査することにより、高い表面積対体積比が得られるように吸着材タイプが選択される。特に、表面積が大きくなると、吸着容量が高くなり、かつ分離ユニット２４０のサイズが小さくなり、ひいては、システム統合の容易化を促進する。別の状況では、再生器２３０の使用、および吸着室２４１、２４２の選択性吸着および再生に関連付けられたバッチ処理は、分離ユニット２４０を所望の設計温度範囲内に維持することに寄与する。所望の温度範囲は、使用されている固体吸着材とその燃料の標的成分との相互作用とに依存することは分かるであろう。例えば、含酸素添加剤の吸着は直鎖アルカンよりも強力であり、脱離はより高い温度を必要とすることになる。同様に、脱離が気化による場合には、この温度は、脱離した成分の沸点に５°Ｃ〜２０°Ｃを加えた温度に等しくなる。ガソリン範囲の芳香族化合物の場合、脱離は１１０℃超で行われる。また、脱離が溶媒によるものである場合には、溶媒の沸点に近い温度でフラッシングすることにより溶媒が標的成分から分離されるが、吸着材の温度は周囲温度付近に留まることとなる。サイズ選択性の分離では、吸着材の温度は、同様に周囲温度付近に留まることとなる。
【００４１】
前述のように、さまざまな形態の成層燃焼は、ＩＣＥ１５０の低ＮＯＸモードの動作に有益であるタイプのＬＴＣにつながり得る。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、前に考察されたもの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を介して主燃料を導入し、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を介して導入される。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、このように、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、低炭化水素、ＮＯｘ、およびすすの形成につながる。
【００４２】
一形態では、断続的な状況（冷間始動、または２つの高オクタン燃料タンクまたは低オクタン燃料タンクのうちの一方が空であり得る場合など）にいわゆる部分バイパスを使用して、燃料供給タンク２２０からの市場燃料の一部分が、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によって動作が確立され得るこの部分的なバイパスは、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、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。
【００４３】
ＥＧＲおよび低減された圧縮比の使用を含め、さまざまな燃料噴射ストラテジを利用して、従来のディーゼルベースのサイクルと比較して、最適な効率、エミッションの削減、燃焼の堅牢性の向上を可能にすることができる。例えば、ＥＧＲは、より大きなＬＴＣストラテジの一部分として、混合物を希釈して燃焼温度を降下させる方法として使用される。同様に、圧縮比を低下させると、エンジンの摩擦損失、熱損失、および炭化水素エミッションを低減することに寄与することができる。
【００４４】
前述のように、一形態では、吸着室２４１、２４２に使用される吸着材は、それらが親和性ベースの吸着材を含むように吸着材材料の表面上に存在する１つ以上の官能基として構成されている。別の形態では、吸着材は、それらがサイズ選択性吸着材を含むような分子形状によって、吸着物を分離してもよい。例えば、高セタン燃料成分を標的とするためであれば、この設計は、直鎖またはわずかに分岐したアルカンを芳香族、環式、および高度に分岐したアルカンから分離することに焦点を当てる。別の言い方をすれば、本開示で考察さられる固体吸着材は、２つのメカニズムで作用することができ、この場合に第１のものでは、吸着材は、芳香族、環式、および含酸素添加剤（存在する場合）などの特定の分子を誘引する官能基を有するように選択される。直鎖でわずかに分岐した分子（セタンを含む場合がある）は吸着されず、吸着室２４１、２４２の細孔を通過する。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、吸着ベースの吸着室２４１、２４２に蓄積する。この後者のメカニズムでは、ＣＯＤ生成にサイズ選択性吸着材の充填床が使用され、これは、高ＣＮの直鎖アルカンはより小さな細孔に入る一方、分子サイズがより大きい他の成分は入らず、これらの他の成分を最初にラフィネートとして出現させるためである。そのような場合、優先的に吸着した直鎖アルカンは、次いで、親和性ベースの吸着材と同様の態様で、本開示で考察されるような熱エネルギーを使用して脱離され得る。車両１００に搭載された市場燃料がガソリンベースである状況では、燃料供給タンク２２０内で画定されたものなどの熱交換器の動作を通して利用可能であるような熱再生は、分離された燃料の動流が、比較的高い揮発性と、関連付けられた低温沸点と、を有する傾向となるため、特に適切である。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。そのため、吸着室２４１、２４２は、選択性吸着および脱離の過程によるバッチ処理能力を有することに加えて、第１の段階が親和性ベースの芳香族の吸着を優先的に提供する一方、第２の段階がサイズ選択性のモレキュラーシーブのように機能するように、前に考察された態様で段階的に（図示せず）セットアップされてもよい。このように、第１の段階はオクタンを吸着する一方、第２の段階はセタンを吸着する。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多環（または多核）芳香族炭化水素（ＰＡＨ）の形態をなすより大きい芳香族を有する。官能基を有するいくつかのセタン富化添加剤があることが認識されているため、いくつかのそのような添加剤が存在する場合には、親和性ベースの吸着材もこれらの成分に使用され得る。そのため、特定の市場燃料に関連付けられた必要性に応じて、吸着室２４１、２４２で有用な吸着材は、特にこれらのコンポーネントに対して高い親和性を有して選択されてもよく、吸着室２４１、２４２の各々の順序、配置、および構成は、燃料システム２００の構成に応じて、適切な吸着材で構成されてもよい。一形態では、吸着材の分子量が高いほど、吸着容量が高くなる。したがって、異なる仕様の燃料を生成する方法として、異なる吸着材を使用して低沸点の直鎖アルカンを吸着することが可能である。例えば、特定の芳香族を吸着するために、吸着室２４１、２４２を形成する吸着材は、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】
2021512249.tif 000003
【００４５】
他の天然吸着材（例えば、ココナッツの殻）もまた、所望の成分を分離するために使用され得る。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、吸着室２４１、２４２の吸着材床は、２つ以上の吸着材で形成されてもよい。吸着材床の選択に関わらず、吸着材の容量および選択性、市場燃料の濃度比（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。
【００４６】
ＩＣＥ１５０およびその関連付けられた燃料の選択は、吸着室２４１、２４２内に収容された燃料および固体吸着材の特性に少なくとも部分的に依存し、そのような特性は、市場燃料の相対的留分、沸点、および吸着材の分離メカニズムを含んでもよい。例えば、親和性ベースの吸着材の使用を使用して、ガソリンなどの低沸点燃料用のＯＯＤ吸着物を生成してもよい一方、サイズ選択性吸着材を使用して、そのような低沸点燃料用のＣＯＤ吸着物を生成してもよい。分離ユニット２４０が、前に考察されたように親和性ベース吸着材またはサイズ選択性吸着材を有する吸着室２４１、２４２のうちの１つ以上を各々が有する順次配置されたユニットを有するように配置された構成では、そのような分離の順序は、必要に応じて、第１に親和性ベースで第２にサイズ選択性であるか、または第１にサイズ選択性で第２に親和性であってもよいことは分かるであろう。
【００４７】
したがって、コンパクトで費用効果の高い車両推進システムについて、オクタン富化燃料成分またはセタン富化燃料成分の生成に関連付けられた燃料のより小さい割合が導管２１０内のより長い経路を通して送られてもよい一方、より大きい残りのまたは分離されていない割合により短い経路を通過させてもよい。このように、そのような燃料富化を実行するために使用されない燃料システム２００のコンポーネントによって画定される流路の長さは、特にＯＯＤ動作またはＣＯＤ動作で必要とされる高オクタンまたは高セタンの留分燃料成分の容積が、分離ユニット２４０またはＩＣＥ１５０に供給されている市場燃料の残りの留分と比較して比較的小さいという事実を考慮して、比較的短く保たれてもよい。一形態では、ＩＣＥ１５０が高負荷の下で動作する時間の長さは、総動作時間と比較して比較的短い。そのため、オクタン富化動流またはセタン富化動流がより長い経路を通して送られるとき、よりコンパクトで低コストの燃料システム２００が実現され得る（一形態では、オクタン富化燃料動流またはセタン富化燃料動流としての市場燃料の約２０％〜３０％の間の分離を伴い得る）。特定のエンジン構成に対する燃料の一般的な使用は、すべての燃料ステーションですべての燃料形態に利用可能ではない場合があることに留意されたい。例えば、ナフサ（すなわち、ほぼ周囲温度から約１６０℃までのガソリン範囲で行われる蒸留および沸騰から結果として生じる軽質燃料留分）は、通常、約１〜１０パーセントの芳香族しか有さない。したがって、特定のＣＯＤを使用するために追加のＣＮブーストが必要とされる状況では、より小さい留分を表すこれらの芳香族成分は、より低い燃焼温度および関連付けられたより低ＮＯｘ生成を確保する方法として、親和性ベースの吸着材の使用を通すなどして分離され得る。
【００４８】
同様に、一形態では、分離された燃料動流の沸騰範囲は、ＩＣＥ１５０の動作によって提供され得る熱交換値に適合する範囲内にある。したがって、そのような動流が、ガソリン留分を分離するときなどの比較的高い揮発性を有するときには、ＩＣＥ１５０の動作から車上で利用可能な熱は、吸着材を再生するのに十分である。そのため、吸着物または残部の沸騰範囲が熱交換器２４３で生成される熱環境に適合する限り、ＩＣＥ１５０のＧＣＩ動作モードまたはＳＩ動作モードにガソリンベースの市場燃料を使用することが用いられてもよい。
【００４９】
再生器２３０を使用する際に、コントローラ１７０は、３つの異なる技術のうちの１つを介して、２つの室２４１、２４２間の燃料流と外気流との間の切り替えを命令してもよい。第１の技術では、センサＳが第１の吸着室２４１の出口に接続され、これにより、入口および出口の液体動流がセンサＳによって検出されるように等しい芳香族含有量を有するとき（そのことは、ひいては、追芳香族濃度の追加の変化が発生していない点で飽和の指標を提供する）、コントローラ１７０は、そのような取得された信号に応答して、燃料供給タンク２２０から第２の吸着室２４２に給送される市場燃料を切り替える。第２の技術では、タイマがコントローラ１７０に接続されて、特定の時間間隔（例えば、１５分ごと）でそれが開閉することを可能とし、この場合に時間間隔は、吸着材のサイズおよび吸着速度に依存する。第３の技術では、センサＳは温度センサであってもよく、これによりそれぞれの吸着室２４１、２４２の温度が上昇しなくなると（そのことは、ひいては、吸着に起因するさらなる熱放出がないという指標を提供する）、コントローラ１７０は、燃料流を第１の吸着室２４１から第２の吸着室２４２へ切り替える。
【００５０】
特に前述の部分バイパス動作条件に関して、ＩＣＥ１５０の特定の動作条件（第１の動作条件とも呼ばれる）では、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高温のラジエータ流体がないか、または富化生成物タンク２５０に高セタンまたは高オクタン燃料が存在しない他のシナリオのように、ＳＩ動作モードを使用するためには、信頼性の高い動作が必要であり得る。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、搭載燃料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を通して搭載燃料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、吸着室２４１、２４２を形成する吸着材上に集まるオクタン富化吸着物の気化を通して、搭載燃料の吸着したオクタン富化部分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、燃料供給タンク２２０の第１のコンパートメント２２２から搬送されている燃料動流は、そのような搭載燃料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。さらに、部分的なバイパスにより、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。そのような部分バイパス動作状態では、コントローラ１７０は、燃料供給タンク２２０からの市場燃料の一部分が、分離ユニット２４０に入ることなく、燃焼室１５６に直接供給されるように命令してもよい。この部分は、冷却液または排気ガスの温度、分離された燃料のレベル、時間、または他の変数などの異なる方法を介して制御および操作することができる。部分的なバイパス動作に関連付けられた利点を強調するために、２つの例を呈示する。
【００５１】
まず、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く、かつ燃料の部分が利用可能でないとき、コントローラ１７０が協働して、富化生成物タンク２５０内に収容されたＬＯＮ燃料成分から燃料流が部分的に生じるようにする一方、主燃料部分は燃料供給タンク２２０から生じる。富化生成物タンク２５０または燃料供給タンク２２０の第２のコンパートメント２２４および第３のコンパートメント２２６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、セタン富化生成物タンク２５０または燃料供給タンク２２０の第２のコンパートメント２２４および第３のコンパートメント２２６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、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２６０（そのうちの１つのみが示されている）に命令してもよい。
【００５２】
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、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）および燃料ポンプ２６０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）。一形態では、燃料システム２００によって生成される燃料噴射圧力は、ガソリン直接噴射では最大約５００バール、コモンレールディーゼル噴射では最大約２５００バールであってもよく、この場合に、このより高い噴射圧力を使用して、ディーゼルベースのＣＩエンジンが予混合ＣＩ燃焼を促進する点で、ディーゼルベースのＣＩエンジンの動作領域を拡大する。その際、ディーゼル燃料ベースのエンジンのこの後者の圧力上昇は、構造の必要な堅牢性と圧縮比および燃料点火遅れの低減とを相殺し得る。前述のように、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。
【００５３】
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（０．２９４ｃｃ／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】
2021512249.tif 000004
【００５４】
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。重要なことに、それは、特にコンパクトで小型の乗用車バージョンの車両１００について、車両パッケージ内での配置に必要な比較的小さな容積要件を満たすことができる熱交換コンポーネントを装備した吸着ベースの機器を使用して、さまざまな富化燃料成分を適時に生成できることを例証している。
【００５５】
次に図５を参照し、反応物室２４１、２４２で前に考察された表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。
【００５６】
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１０分、２０分、および１００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２４１、２４２の各々の上に形成された吸着材床を通過すると、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。
【００５７】
わずか１０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２０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、１６０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】
2021512249.tif 000005
【００５８】
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、添付の特許請求の範囲で定義される実施形態を含むが、これらに限定されない本開示の範囲から逸脱することなく、修正および変更が可能であることは明らかである。より具体的には、本開示のいくつかの態様が好ましくはまたは特に有利であると特定されるが、本開示は必ずしもこれらの態様に限定されないことに留意すべきである。
【００５９】
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。
【００６０】
「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。
【００６１】
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均等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さまざまな記載された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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【国際調査報告】
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