(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車用伝動機構において、
それぞれが吸気ポート及び排気ポートを有する複数のエンジンシリンダを有するエンジン、
前記エンジンの前記エンジンシリンダのそれぞれの前記吸気ポートと流体連通している吸気マニフォールド、
前記吸気マニフォールド内の空気の吸気圧力を大気圧より高める、前記エンジンに結合された過給機、及び
前記エンジンの前記エンジンシリンダのそれぞれに燃料を供給する燃料給送系、
を備え、
前記燃料給送系が、エンジンシリンダ当たり少なくとも１つの燃料インジェクタ、中ＲＯＮを有する液体燃料を貯蔵する燃料タンク及び、エンジン動作パラメータに基づいて前記エンジンの前記エンジンシリンダのそれぞれへの目標値が定められた給送のため、前記液体燃料を高ＲＯＮ成分と低ＲＯＮ成分に分離する、車載セパレータを備え、
前記車載セパレータは、多孔質チャネル壁体で定められた複数本の流路チャネルを有するセラミックモノリス体を含むパーベーパレーション部材を備え、前記液体燃料の前記高ＲＯＮ成分が前記多孔質チャネル壁体を通って透出し、前記液体燃料の前記低ＲＯＮ成分が前記多孔質チャネル壁体によって保留されて前記流路チャネルを通って流れるように構成されたものであり、
さらに、壁領域によって相互に隔てられた複数の開口を有する分区エンドキャップであって、前記セラミックモノリス体を複数の個別貫通セグメントに分割する分区エンドキャップを備えている、
ことを特徴とする伝動機構。
【請求項２】
前記エンジンに結合されたエンジンノックセンサであって、前記エンジンシリンダ内の空気−燃料混合気の圧縮点火を検知するエンジンノックセンサ、及び
前記エンジンノックセンサ及び前記燃料インジェクタに電気的に接続されたエンジン制御ユニット、
をさらに備え、
前記エンジンノックセンサが前記エンジンシリンダ内の前記空気−燃料混合気の圧縮点火を検知すると、前記エンジン制御ユニットが前記燃料インジェクタによって前記エンジンシリンダに送り込まれる前記燃料のＲＯＮを高める、
ことを特徴とする請求項１に記載の伝動機構。
【請求項３】
低出力動作条件において前記エンジンシリンダのそれぞれ内で燃焼される空気−燃料混合気が化学量論的混合気より少なくとも１０％薄いことを特徴とする請求項１または２に記載の伝動機構。
【請求項４】
複数のシリンダを有するエンジン、前記エンジンシリンダと流体連通している吸気マニフォールド、前記吸気マニフォールド内の圧力を大気圧より高めるための吸気マニフォールドに結合された過給機及び前記エンジンシリンダのそれぞれに燃料を供給する燃料給送系を備え、前記燃料給送系が、前記エンジンシリンダ当たり少なくとも１つの燃料インジェクタ、中ＲＯＮの液体燃料を貯蔵するための燃料タンク及び車載セパレータを含む、伝動機構の動作方法において、前記方法が、
前記車載セパレータに前記液体燃料を送り込む工程、
前記液体燃料を予備加熱する工程、
前記液体燃料をパーベーパレーション部材に通過させて、前記液体燃料を低ＲＯＮ成分と高ＲＯＮ成分に分離する工程であって、多孔質チャネル壁体で定められた複数本の流路チャネルを有するセラミックモノリス体を含むパーベーパレーション部材、および、壁領域によって相互に隔てられた複数の開口を有する分区エンドキャップを備え、前記液体燃料の前記高ＲＯＮ成分が前記多孔質チャネル壁体を通って透出し、前記液体燃料の前記低ＲＯＮ成分が前記多孔質チャネル壁体によって保留されて前記流路チャネルを通って流れるようにする工程、
前記低ＲＯＮ成分及び前記高ＲＯＮ成分を冷却する工程、
前記高ＲＯＮ成分を高ＲＯＮ貯槽に貯蔵する工程、
前記エンジンシリンダのそれぞれに空気及び液体燃料を給送する工程、
前記エンジンシリンダのいずれかにおいて圧縮点火がおこっているか否かを判定する工程、及び
圧縮点火が検出されれば、前記高ＲＯＮ貯槽から前記エンジンシリンダのそれぞれに給送される燃料の比率を高める工程、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項５】
前記液体燃料を前記分区エンドキャップに通す工程、
を含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
分離プロセス中に生産される透出分の透出速度、収率またはＲＯＮの内の少なくとも１つを制御するために、第１の所定数の、前記パーベーパレーション部材の個別貫通セグメントを通して前記液体燃料を導く工程であって、前記第１の所定数を、前記パーベーパレーション部材の個別貫通セグメントの総数より少なく定める工程、
を含むことを特徴とする請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
さらに、前記分離プロセス中に生産される透出分の収率を低め、前記分離プロセス中に生産される透出分のＲＯＮを高めるために、前記第１の所定数より少ない第２の所定数の、前記パーベーパレーション部材の個別貫通セグメント内に前記液体燃料を導く工程、
を含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記多孔質チャネル壁体が機能性メンブランで被覆されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の伝動機構。
【請求項９】
前記多孔質チャネル壁体が機能性メンブランで被覆されており、かつ、前記分区エンドキャップの開口に直に接して配置された前記個別貫通セグメントは、前記分区エンドキャップの前記壁領域の背後に配置された、無被覆多孔質チャネル壁体によって相互に隔てられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の伝動機構。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は２０１２年４月３０日に出願された米国仮特許出願第６１/６４００４８号の米国特許法第１１９条の下の優先権の恩典及び２０１２年１１月２７日に出願された米国特許出願第１３/６８６２４８号の米国特許法第１２０条の下の優先権の恩典を主張する。本明細書は上記許出願の明細書の内容に依存し、上記特許出願の明細書の内容はそれぞれの全体が本明細書に参照として含められる。
【技術分野】
【０００２】
本明細書は全般には過給機を有する車用燃料給送系に関し、さらに詳しくは燃料を高オクタン価成分と低オクタン価成分に分離する燃料給送系に関する。
【背景技術】
【０００３】
内燃機関は化学燃料源の燃焼から機械的エネルギーを産み出す。一般に、内燃機関は、作動流体を圧縮し、作動流体内の燃料源に点火して作動流体の圧力を高め、作動流体を膨張させて圧力上昇から機械的エネルギーを引き出す、熱力学的サイクルにしたがって作動流体を処理する。作動流体の圧縮比の増大は内燃機関の熱効率の向上に対応する。しかし、スパーク点火エンジンについては、圧縮比の増大が、作動流体内の燃料源を、「エンジンノック」と称されることがある、早期着火させる傾向を強め得る。一般に、エンジンノックはスパーク点火エンジンに望ましくない。過給機を有するエンジンの有効圧縮比は自然吸気エンジンの有効圧縮比より高くなり得る。
【０００４】
燃料源の早期着火を遅延させるため、オクタン価が高い燃料を作動液体に入れることができる。そのような燃料はエンジンノックをおこり難くし、最大制動トルクタイミングまでタイミングを進めることによってエンジンの抽出動力の向上を可能にし得る。オクタン価が高い燃料には一般に追加の処理及び／または添加剤が必要であり、これは消費者への燃料の小売価格を高める。さらに、エンジンノックは一般にエンジンの運転範囲の一部でしか見られない。したがって、オクタン価が高い燃料はエンジン出力要求に基づいて断続的に必要になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、中オクタン価を有する燃料の燃料供給源から過給機−スパーク点火内燃機関に高オクタン価燃料及び低オクタン価燃料を供給するための、代替燃料給送系が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
様々な実施形態にしたがえば、車用伝動機構は、それぞれが吸気ポート及び排気ポートを有する複数のエンジンシリンダを有するエンジン、エンジンのエンジンシリンダのそれぞれの吸気ポートと流体連通している吸気マニフォールド及び、吸気マニフォールド内の吸気圧力を大気圧より高める、エンジンに結合された過給機を備える。伝動機構はエンジンのそれぞれのエンジンシリンダに燃料を供給する燃料給送系も備える。燃料給送系は、シリンダ毎の少なくとも１つの燃料インジェクタ、中ＲＯＮ（リサーチオクタン価）を有する燃料を貯蔵する燃料タンク及び燃料を高ＲＯＮ成分と低ＲＯＮ成分に分離する車載セパレータを備える。高ＲＯＮ成分及び低ＲＯＮ成分はエンジン動作パラメータに基づいて、エンジンのエンジンシリンダのそれぞれに給送される。
【０００７】
別の実施形態にしたがえば、伝動機構は、複数のシリンダを有するエンジン、エンジンシリンダと流体連通している吸気マニフォールド、吸気マニフォールド内の圧力を大気圧より高める、エンジンに結合された過給機及びエンジンシリンダのそれぞれに燃料を供給する燃料給送系を有する。燃料給送系は、エンジンシリンダ毎の少なくとも１つの燃料インジェクタ、中ＲＯＮを有する燃料を貯蔵する燃料タンク及び車載セパレータを備える。伝動機構の動作方法は、燃料を車載セパレータに送り込む工程、燃料を予備加熱する工程及び、燃料を低ＲＯＮ成分と高ＲＯＮ成分に分離するため、燃料にパーベーパレーションメンブランを通過させる工程を含む。方法は、低ＲＯＮ成分及び高ＲＯＮ成分を冷却する工程、及び高ＲＯＮ成分を高ＲＯＮ貯槽に貯蔵する工程も含む。方法はさらに、エンジンシリンダのそれぞれに空気及び燃料を給送する工程、いずれかのエンジンシリンダ内で圧縮点火または自動点火がおこっているか否かを判定する工程及び、エンジンノックが検出されれば、高ＲＯＮ貯槽からエンジンシリンダに給送される燃料の比率を高める工程を含む。
【０００８】
本明細書に説明される実施形態のさらなる特徴及び利点は以下の詳細な説明に述べられ、ある程度は、当業者にはその説明から明らかであろうし、あるいは以下の詳細な説明及び添付される特許請求の範囲を含み、添付図面も含む、本明細書に説明される実施形態を実施することによって認められるであろう。
【０００９】
上述の全般的説明及び以下の詳細な説明がいずれも様々な実施形態を説明し、特許請求される主題の本質及び特質を理解するための概要または枠組みの提供が目的とされていることは当然である。添付図面は様々な実施形態のさらに深い理解を提供するために含められ、本明細書に組み入れられて本明細書の一部をなす。図面は本明細書に説明される様々な実施形態を示し、記述とともに、特許請求される主題の原理及び動作の説明に役立つ。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本明細書に示されるかまたは説明される１つ以上の実施形態にしたがう、車載セパレータ及び過給機を有する伝動機構を簡略に示す。
【図２】図２は、本明細書に示されるかまたは説明される１つ以上の実施形態にしたがう、圧縮及び膨張ストローク中のエンジンについての仮のシリンダ内圧力曲線を簡略に示す。
【図３】図３は、本明細書に示されるかまたは説明される１つ以上の実施形態にしたがう、様々なスパークタイミング設定にわたる、仮の平均有効圧力曲線を簡略に示す。
【図４】図４は、本明細書に示されるかまたは説明される１つ以上の実施形態にしたがう、様々なスパークタイミング設定にわたる、仮の平均有効圧力曲線を簡略に示す。
【図５】図５は、本明細書に示されるかまたは説明される１つ以上の実施形態にしたがう、燃料給送系を簡略に示す。
【図６】図６は、本明細書に示されるかまたは説明される１つ以上の実施形態にしたがう、燃料給送系を簡略に示す。
【図７】図７は、本明細書に示されるかまたは説明される１つ以上の実施形態にしたがう、車載燃料セパレータのパーベーパレーション部材を簡略に示す。
【図８】図８は、本明細書に示されるかまたは説明される１つ以上の実施形態にしたがう、区分化モノリスを有する車載燃料セパレータのパーベーパレーション部材を簡略に示す。
【図９】図９は、本明細書に示されるかまたは説明される１つ以上の実施形態にしたがう、エンジン制御ユニットを簡略に示す。
【図１０】図１０は、本明細書に示されるかまたは説明される１つ以上の実施形態にしたがう、エンジンシリンダを簡略に示す。
【図１１】図１１は、本明細書に示されるかまたは説明される１つ以上の実施形態にしたがう、エンジンシリンダを簡略に示す。
【図１２】図１２は、本明細書に示されるかまたは説明される１つ以上の実施形態にしたがう、エンジンシリンダを簡略に示す。
【図１３Ａ】図１３Ａは、本明細書に示されるかまたは説明される１つ以上の実施形態にしたがう、分区エンドキャップの斜視図を簡略に示す。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、本明細書に示されるかまたは説明される１つ以上の実施形態にしたがう、分区エンドキャップの斜視図を簡略に示す。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、本明細書に示されるかまたは説明される１つ以上の実施形態にしたがう、分区エンドキャップの斜視図を簡略に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
供給燃料を低オクタン価成分と高オクタン価成分に分離する燃料給送系を有する内燃機間及びこれを動作させるための方法の実施形態をここで詳細に参照する。可能であれば必ず、同じ参照数字が全図面を通して同じかまたは同様の要素を指して用いられる。そのような燃料給送系を有する伝動機構の一例が図１に簡略に示される。過給機が吸気マニフォールドと流体連通し、吸気マニフォールド内の空気の圧力を高める。燃料が１つ以上のエンジンシリンダに給送される。燃料給送系は燃料、例えばガソリンスタンドからエンドユーザによって購入された燃料を保持するための燃料タンクを備える。燃料タンクは燃料流を低オクタン価成分と高オクタン価成分に分離する車載セパレータと流体連通している。燃料流の成分のそれぞれは相互に分けられて貯蔵される。エンジン制御ユニットが、エンジンシリンダ内のエンジンノックの測定を含む、エンジンの性能パラメータを評価する。エンジン制御ユニットが、エンジンの性能パラメータ及びエンジン内のエンジンノックセンサによって与えられる信号に基づいて、低オクタン価成分及び／または高オクタン価成分の給送を命令する。伝動機構及び伝動機構の動作方法が添付図面を特に参照して本明細書にさらに詳細に説明される。
【００１２】
本明細書に用いられるように、語「オクタン価」は燃料の爆燃性向を指す。この語は、燃料の抗爆燃性のイソオクタン及びｎ-ヘプタンに対する比較である、「リサーチオクタン価（ＲＯＮ）」と互換で用いられる。
【００１３】
本明細書で用いられるように、「制動」は、付属部品損失及びドライブトレーン損失を勘定に入れる前の、エンジンのクランクシャフトにおいて評価されるエンジン性能の尺度を指す。本明細書で示されるように、「図示」は、エンジンに摩擦がないとした場合に、膨張している作動流体を仕事に変換するエンジンの理論出力を指す。すなわち、制動エンジン性能パラメータは、［図示エンジン性能パラメータ］＋［シリンダとシリンダ壁の間の摩擦損失、風損失、潤滑油ポンピング損失、等］と等価である。一般に、図示エンジン性のパラメータの増大は制動エンジン性能パラメータの増大に対応する。
【００１４】
本明細書に用いられるように、語「貯槽」は、燃料インジェクタへの給送のために燃料を保持する、タンク、アキュムレータ及び／または燃料配管を意味して互換で用いられ得る。
【００１５】
図１をここで参照すれば、伝動機構１００が簡略に示されている。エンジン１１０は一般に、従来から知られているように、往復運動してクランクシャフトを回転させるピストンをそれぞれが有する複数のエンジンシリンダを備える。エンジンシリンダのそれぞれは、吸気マニフォールド１２０と流体連通している吸気弁及び排気マニフォールドと流体連通している排気弁を有するシリンダヘッドを備える。過給機１３０が吸気マニフォールド１２０と流体連通し、吸気マニフォールド１２０内の空気９０の圧力を高める。
【００１６】
燃料は様々な構成の１つ以上でエンジンシリンダに給送される。図１に示される実施形態において、燃料は吸気マニフォールド１２０に給送され、空気がエンジンシリンダに入る前に燃料が吸気マニフォールド１２０内で空気と混合される。燃料給送系２００はポンプ燃料を保持するための燃料タンク２１０を含む。燃料タンク２１０は、燃料流を低ＲＯＮ成分と高ＲＯＮ成分に分離する、車載セパレータ２２０と流体連通している。高ＲＯＮ成分は高ＲＯＮ貯槽２４０に戻される。いくつかの実施形態において、低ＲＯＮ成分は低ＲＯＮ貯槽２３０内に保持される。他の実施形態において、低ＲＯＮ成分は燃料タンク２１０に戻される。燃料流の高ＲＯＮ成分は、エンジンに給送される高ＲＯＮ燃料の比率が供給に応じて修正され得るように、低ＲＯＮを有する燃料流とは分けて貯蔵される。
【００１７】
伝動機構１００はさらにＥＣＵ１４０を備える。エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）１４０は、スロットル位置センサ、吸気マニフォールド圧力センサ、空気流量計、エンジン速度センサ、クランクシャフト位置センサ、燃料インジェクタ、点火コイル、排気Ｏ２センサ、等を含む、複数のエンジンコンポーネントに電気的に接続される。ＥＣＵ１４０は、エンジンシリンダ内のエンジンノックの測定を含む、エンジンの性能パラメータの評価を行う。ＥＣＵ１４０は、エンジン１１０の性能パラメータ及びエンジン内のエンジンノックセンサ１５０によって与えられる信号に基づいて、低オクタン価成分及び／または高オクタン価成分の給送を命令する。
【００１８】
理論にはこだわらずに、エンジンの圧縮比の増大は一般にエンジンの熱効率を高めると考えられる。オットーサイクルにしたがって動作しているエンジンの熱効率は、式：
【００１９】
【数１】
0006271519.tif 000002
【００２０】
で近似される。ここで、γは作動流体の比熱（すなわち、ＣＰ/ＣＶ）であり、ｒはエンジンの圧縮比である。エンジンの圧縮比が大きくなるにつれて、エンジンの熱効率は高くなる。しかし、燃料が圧縮点火において爆燃するから、エンジンの熱効率は実用限界に達する。
【００２１】
過給機１３０にはターボチャージャー及びスーパーチャージャーがある。ターボチャージャーは相互に結合されたコンプレッサ及びタービンを有する。ターボチャージャーのタービンは、エンジンシリンダからの排気ガスがタービン及びコンプレッサを回転させるように、エンジンシリンダの排気弁と流体連通して配置される。コンプレッサは、コンプレッサの回転が吸気マニフォールド内の空気の圧力を高めるように、吸気マニフォールドと流体連通して配置される。スーパーチャージャーは吸気マニフォールドと流体連通して配置されたコンプレッサを有する。スーパーチャージャーのコンプレッサはエンジンのクランクシャフトに機械的に結合される。クランクシャフトの回転がコンプレッサの回転を生じさせて、吸気マニフォールド内の空気の圧力を高める。ターボチャージャー及びスーパーチャージャーのいずれも、標準温度及び圧力において、エンジンシリンダ自体の最大容積よりも大きな体積の空気がエンジンシリンダに入るように、マニフォールド内の空気の圧力を高める。したがって、過給機を備えるエンジンは一般に１より大きな吸込効率を示す。さらに、過給機を備えるエンジンの有効圧縮比は同じエンジンの幾何学的圧縮比より大きい。したがって、過給機を備えるエンジンは一般に、同じピストン、クランクシャフト及びエンジンシリンダ構成の自然吸気エンジンより高い熱効率を示す。さらに、過給機を備えるエンジンは、流体が、スロットル体のような制限された容積を流過し、エンジン弁にわたってエンジンシリンダに流入及び流出することで生じる、スロットル損失を減じることができる。
【００２２】
ターボチャージャーを備える伝動機構１００については、ターボチャージャーがタービンと流体連通しているウェイストゲート（図示せず）を有することができる。ウェイストゲートは排気ガスを選択的にタービンから転流させる弁である。ウェイストゲートは排気ガスを緩徐してタービン速度を制御し、吸気マニフォールド内の最大圧力を調整する。いくつかの実施形態において、ウェイストゲートは液圧バランスに基づいて受動制御され得る。他の実施形態において、ウェイストゲートは、例えば電気制御ウェイストゲートを用いて、能動制御され得る。
【００２３】
ターボチャージャーを備える伝動機構１００については、ターボチャージャーにタービンと流体連通している可変容量ターボチャージャー（図示せず）を含めることができる。一般に、ターボチャージャーのタービンにかけて導かれる排気ガスの圧力及び速度を修正するため、可変容量ターボチャージャーの上流ノズルが角度を変えて、開閉する。可変容量ターボチャージャーは、タービン速度を制御するためにタービンに送り込まれる排気ガスを緩徐して、吸気マニフォールド内の最大圧力を調整し、タービン及びコンプレッサの過渡速度変化を調整する。
【００２４】
図２を次に参照すれば、圧縮／膨張サイクル中のエンジンシリンダ内部で測定されるような仮の圧力曲線が示される。「高ＲＯＮ燃料」と標識された圧力曲線は燃料がスパーク点火によって燃焼するエンジンシリンダ内の圧力を示す。燃料は圧縮サイクル内でピストンが上死点（ＴＤＣ）に達する前に点火される。ＴＤＣ前に点火が起発されるクランク角度値は「点火進角」と称される。図２において、完全エンジンサイクルにわたって評価されるエンジンシリンダ内のネット積算圧力は図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）と称され、図示エンジン出力の尺度である。
【００２５】
図２をまだ参照すれば。「低ＲＯＮ燃料」と標識された圧力曲線は、同じエンジンシリンダ内であるが、燃料がスパーク点火の前に圧縮点火によって爆燃している場合の圧力を示す。図示されるように、低ＲＯＮ燃料に対するエンジンシリンダ内部の圧力は高ＲＯＮ燃料に対するエンジンシリンダ内の圧力より急速に高くなる。この急速な圧力上昇は一般に「エンジンノック」として示され、エンジンノックセンサによって検知することができる。図示されるように、低ＲＯＮ燃料の圧縮点火はＴＤＣ前のエンジンシリンダ内の圧力に大きなスパイクを生じさせ、この結果、高ＲＯＮ燃料で動作しているエンジンに比較してＩＭＥＰが低められる。
【００２６】
図３を次に参照すれば、フル出力時のエンジンの仮のＩＭＥＰ曲線が、スパーク点火源の点火進角に基づいてＩＭＥＰが変わるであろうことを示している。例えば、「高ＲＯＮ燃料」と標識されたＩＭＥＰ曲線について、エンジンのＩＭＥＰが、最大制動トルク（ＭＢＴ）タイミングに到達するまで、点火進角が大きくなるにともなって大きくなる。ＭＢＴタイミング後、エンジンのＩＭＥＰは減少し始める。ＭＢＴタイミングは与えられた動作点におけるエンジンシリンダの最大ネット積算圧力を表す。ＭＢＴタイミングが、例えば、エンジン負荷、エンジン速度、周囲温度及び周囲圧力のような、与えられたエンジン動作条件に対して変わるであろうことは当然である。
【００２７】
図３をまだ参照すれば、「低ＲＯＮ燃料」と標識されたＩＭＥＰ曲線は点火進角が大きくなっているエンジンについてのＩＭＥＰを示す。低ＲＯＮ燃料で動作しているエンジンのＩＭＥＰは、低ＲＯＮ燃料が爆燃し、圧縮または自動点火を受ける点まで点火が進角するまでは、高ＲＯＮ燃料で動作しているエンジンのＩＭＥＰにしたがう。図示されるように、低ＲＯＮ燃料で動作しているエンジンのＩＭＥＰは、高ＲＯＮ燃料で動作しているエンジンのＩＭＥＰに比較して急速に減少する。低ＲＯＮ燃料で動作しているエンジンの点火タイミングは、エンジンノックを防止するため、最大ＩＭＥＰ以前の点まで遅延される。したがって、低ＲＯＮ燃料で動作しているエンジンはエンジン設計が発生可能な最大ＩＭＥＰを出力することはできないであろう。
【００２８】
過給機１３０を備えるエンジン１１０は自然吸気エンジンよりも圧縮点火がおこり易いであろう。一般に、過給機１３０を備えるエンジン１１０の有効圧縮比は、自然吸気エンジンよりも燃料を自動点火点に近づける。
【００２９】
図４を次に参照すれば、部分出力条件で動作しているエンジンの仮のＩＭＥＰ曲線が示されている。図３のＩＭＥＰ曲線とは対照的に、エンジンが部分出力条件で動作している場合、低ＲＯＮ燃料の爆燃はＭＢＴタイミングより進められたスパークタイミングにおいておこる。したがって、低ＲＯＮ燃料を用いて動作しているエンジンはそのようなエンジン動作条件で高ＲＯＮ燃料を用いて動作しているエンジンと同じＩＭＥＰを出力する。したがって、高ＲＯＮ燃料の所要は、エンジンの動作範囲内の領域において高ＲＯＮ燃料が必要とされる、エンジン動作条件に依存し得る。
【００３０】
図５を次に参照すれば、車載セパレータ２２０を含む燃料給送系２００の一実施形態が示されている。燃料給送系２００は中ＲＯＮの燃料を貯蔵する燃料タンク２１０及び車載セパレータ２２０を含む。燃料タンク２１０からの燃料は燃料ヒータ２１２を通して流体分離部材２２１に導かれる。いくつかの実施形態において、燃料ヒータ２１２は、燃料の温度を高めるためにエンジン１１０から取り込まれる排気ガスを用いることができる。以下でさらに詳細に説明されるように、車載セパレータ２２０の流体分離部材２２１は燃料を透出分と保留分に分離する。いくつかの実施形態において、燃料の透出分は、燃料タンク２１０内の燃料の中ＲＯＮより高いＲＯＮを有する、高ＲＯＮ成分になる。燃料の保留分は、燃料タンク２１０内の燃料の中ＲＯＮより低いＲＯＮを有する、低ＲＯＮ成分になる。高ＲＯＮ成分は、燃料の高ＲＯＮ成分の温度を下げる、高ＲＯＮ燃料冷却器２２４を通って流れる。高ＲＯＮ成分は、高ＲＯＮ燃料インジェクタ２５０によってエンジンに給送されるまで高ＲＯＮ成分が貯蔵される、高ＲＯＮ貯槽２４０内に導かれる。同様に、低ＲＯＮ成分は、燃料の低ＲＯＮ成分の温度を下げる、低ＲＯＮ燃料冷却器２２２を通って流れる。低ＲＯＮ成分は、低ＲＯＮ燃料インジェクタ２６０によってエンジンに給送されるまで低ＲＯＮ成分が貯蔵される、低ＲＯＮ貯槽２３０内に導かれる。
【００３１】
図６を次に参照すれば、別の実施形態の燃料給送系２９０が示されている。燃料給送系２９０は中ＲＯＮの燃料を貯蔵する燃料タンク２１０及び車載セパレータ２２０を含む。燃料タンク２１０からの燃料は燃料ヒータ２１２を通して流体分離部材２２１に導かれる。車載セパレータ２２０の流体分離部材２２１は燃料を透出分と保留分に分離する。いくつかの実施形態において、燃料の透出分は、燃料タンク２１０内の燃料の中ＲＯＮより高いＲＯＮを有する、高ＲＯＮ成分になる。燃料の保留分は、燃料タンク２１０内の燃料の中ＲＯＮより低いＲＯＮを有する、低ＲＯＮ成分になる。高ＲＯＮ成分は、燃料の高ＲＯＮ成分の温度を下げる、高ＲＯＮ燃料冷却器２２４を通って流れる。高ＲＯＮ成分は高ＲＯＮ貯槽２４０内に導かれる。同様に、低ＲＯＮ成分は、燃料の低ＲＯＮ成分の温度を下げる、低ＲＯＮ燃料冷却器２２２を通って流れる。低ＲＯＮ成分は低ＲＯＮ貯槽２３０内に導かれる。燃料の高ＲＯＮ成分及び燃料の低ＲＯＮ成分は混合弁２７０内に導かれる。混合弁は燃料の高ＲＯＮ成分と燃料の低ＲＯＮ成分を要求された比率で混合する。混合された低ＲＯＮ成分と高ＲＯＮ成分はインジェクタ２８０に送り込まれ、インジェクタ２８０からエンジンに給送される。いくつかの実施形態において、混合弁２７０及びインジェクタ２８０は、エンジンに給送される燃料の高ＲＯＮ成分と低ＲＯＮ成分の比を要求に応じて迅速に変えられるように、一体化して単体コンポーネントとするか、そうではなくとも混合弁とインジェクタ２８０の間の燃料体積を最小化するように連結することができる。
【００３２】
図７を次に参照すれば、一実施形態において、車載セパレータ２２０は、多孔質チャネル壁体３２４で隔てられた複数本の平行流路チャネル３２２を有するハニカム様構造のセラミックモノリス体３２０を有するパーベーパレーション部材３１０を含む。複数の多孔質壁体３２４はセラミックモノリス体３２０の軸長３１３に沿って機能性メンブランで被覆される。セラミックモノリス体３２０は、セラミックモノリス体３２０の最外表面である、スキン３１５を有する。上で論じたように、機能性メンブランはセラミックモノリス体３２０を通って流れている流体をパーベーパレーションプロセスによって保留分と透出分に分離する。そのようなパーベーパレーションメンブランは、米国特許出願公開第２００８/００３５５５７号及び米国特許第８１１９００６Ｂ２号の各明細書に説明されている。
【００３３】
術語「パーベーパレーション」は目標流体が多孔質チャネル壁体３２４上の機能性メンブランを流過できる能力を指す。この現象は、供給成分の（与えられた成分の溶解度に対し、Ｓｉで表される）メンブラン内への吸着、メンブランを通る（与えられた成分の拡散率に対し、Ｄｉで表される）拡散及び、メンブランの裏側からモノリス体内への上記成分の脱離によって表される、溶液拡散プロセスである。Ｓ及びＤはアセンブリへの供給流体内のそれぞれの化学種について異なる。これは与えられた材料の透過率または透過速度，Ｐｉを、Ｄｉ×Ｓｉとして、与える。さらに、ある化学種の別の化学種に対する選択比，αｉ/ｊはＰｉ/Ｐｊで与えられる。したがって、機能性メンブランにより、流体流（これらの実施形態においては、中ＲＯＮを有する燃料）の高ＲＯＮ成分と低ＲＯＮ成分への分離が可能になる。
【００３４】
中ＲＯＮを有する予備加熱された燃料、特に米国特許第７８０３２７５号明細書に説明されているような蒸気−液体混合体は分離部材流入口３４２を通ってセラミックモノリス体３２０に送り込まれる。燃料はセラミックモノリス体３２０の流路チャネル３２２に送り込まれる。燃料は流入面３３０から入り、流出面３３２に向けて流れる。燃料がセラミックモノリス体３２０の流路チャネル３２２を通って流れると、燃料の高ＲＯＮ成分が多孔質チャネル壁体３２４上に被覆された機能性メンブランを透過する。高ＲＯＮ成分はセラミックモノリス体３２０を外側に向かって通り抜けてスキン３２５の外面の位置に達し、ハウジング３４０内で冷却される。燃料の高ＲＯＮ成分は透出分流出口３４６でハウジング３４０を出る。
【００３５】
燃料の低ＲＯＮ成分はセラミックモノリス体３２０の流路チャネル３２２に沿って流れる。多孔質チャネル壁体３２４を被覆する機能性メンブランは低ＲＯＮ成分の多孔質チャネル壁体３２４の透過を制限する。燃料の低ＲＯＮ成分はセラミックモノリス体３２０の軸長３１３に沿って流れて、保留分流出口３４４でハウジング３４０を出る。
【００３６】
本明細書に説明される実施形態において、セラミックモノリス体３２０は約５００チャネル/平方インチ（ｃｐｓｉ）(７７.５チャネル/ｃｍ２)までのチャネル密度をもって形成することができる。例えば、いくつかの実施形態において、セラミックモノリス体３２０は約７０ｃｐｓｉ（１０.８５チャネル/ｃｍ２)から約４００ｃｐｓｉ（６２.０チャネル/ｃｍ２）の範囲にあるチャネル密度を有することができる。いくつかの実施形態において、セラミックモノリス体３２０は約２００ｃｐｓｉ（３１.０チャネル/ｃｍ２)から約２５０ｃｐｓｉ（３８.７５チャネル/ｃｍ２）の範囲に、さらには７０ｃｐｓｉから約１５０ｃｐｓｉ（２３.２５チャネル/ｃｍ２）の範囲にある、チャネル密度を有することができる。
【００３７】
本明細書に説明される実施形態において、セラミックモノリス体３２０の多孔質チャネル壁体３２４は約１０ミル（２５４μｍ）より大きい厚さを有することができる。例えば、いくつかの実施形態において、多孔質チャネル壁体３２４の厚さは約１０ミルから約３０ミル（７６２μｍ）までの範囲にあることができる。いくつかの実施形態において、多孔質チャネル壁体３２４の厚さは約１５ミル（３８１μｍ）から約２６ミル（６６０μｍ）までの範囲にあることができる。
【００３８】
本明細書に説明される流体分離部材２２１の実施形態において、セラミックモノリス体３２０の多孔質チャネル壁体３２４は、セラミックモノリス体３２０へのいずれかの被覆の適用に先立ち、≧３５％の素開放多孔度％Ｐ（すなわち、セラミックモノリス体３２０にいずれかの被覆が施される前の多孔度）を有することができる。いくつかの実施形態において、多孔質チャネル壁体３２４の素開放多孔度は２０％≦％Ｐ≦６０％であるようにすることができる。他の実施形態において、多孔質チャネル壁体３２４の素開放多孔度は２５％≦％Ｐ≦４０％であるようにすることができる。
【００３９】
一般に、約１μｍより大きい平均細孔径をもって作製されたセラミックモノリス体３２０では基板上の有効なメンブラン被覆の形成が困難になる。したがって、多孔質チャネル壁体３２４の平均細孔径を約０.０１μｍから約０.８０μｍの間に維持することが一般に望ましい。
【００４０】
本明細書に説明される実施形態において、セラミックハニカムモノリス体３２０は、例えば、コージェライト、ムライト、炭化ケイ素、酸化アルミニウム、チタン酸アルミニウムまたは、高温粒子フィルタリング用での使用に適する、その他いずれかの多孔質材料のような、セラミック材料で形成される。
【００４１】
セラミックモノリス体３２０は多孔質チャネル壁体３２４で隔てられた流路チャネルのアレイを有する。多孔質チャネル壁体３２４はセラミックモノリス体３２０の軸長３１３に沿って延びる。多孔質チャネル壁体３２４により、液体及び／または蒸気を含む流体の、隣り合う流路チャネル３２２間の多孔質チャネル壁体３２４の透過を可能にする。複数の多孔質チャネル壁体３２４が機能性メンブランで被覆される。機能性メンブランは流体流のある部分に対して透過性であり、他の部分に対しては不透過性である。流体に流体分離メンブランを流過させることにより、機能メンブランが流体を、複数本の流路チャネル３２２を通って流れる保留分と被覆されたチャネル壁体３２４を通過する透出分に分離する。
【００４２】
いくつかの実施形態において、多孔質チャネル壁体３２４は、機能性メンブランの曲げ性能を向上させるために多孔質チャネル壁体３２４に施される中間層である無機被覆層で被覆される。
【００４３】
機能性メンブランの例には、有機ポリマー材料の、ジエポキシオクタン-ポリ(プロピレングリコール)ビス(２-アミノプロピルエーテル)（ＭＷ４００）（ＤＥＮＯ-Ｄ４００）がある。一例において、ＤＥＮＯ-Ｄ４００は、多孔質基材上で固化すると、高ＲＯＮを有する燃料（例えば、燃料の約１００より大きいＲＯＮを有する部分）のような、燃料流の固化ポリマー及び多孔質基材の通過を可能にするが、低ＲＯＮを有する燃料の固化ポリマー及び多孔質基材の通過は制限する。すなわち、機能性メンブランは燃料流を、低ＲＯＮを有する保留分と高ＲＯＮを有する透出分に分離する。機能性メンブランの一例はＤＥＮＯ-Ｄ４００であるが、ポリエステル-ポリイミド及びポリエーテル-エポキシアミンのような、他の機能性メンブランも使用できるであろうことは当然である。機能性メンブランの例には、米国特許第７７０８１５１号明細書、米国特許第８１１９００６号明細書及び米国特許出願公開第２００８/００３５５５７号明細書に開示されている機能性メンブランがある。
【００４４】
車載セパレータ２２０の実施形態は中ＲＯＮを有する燃料流を高ＲＯＮ成分と低ＲＯＮ成分に分離する。車載セパレータ２２０のいくつかの実施形態は、例えば車載セパレータ２２０に導かれる中ＲＯＮ燃料の流量及び温度を変えることによって、中ＲＯＮ燃料から透出される高ＲＯＮ成分の量及びオクタン価を変えることができる。例えば、燃料流を分離して比較的高いＲＯＮを有する高ＲＯＮ成分を比較的少量に供給するように車載セパレータ２２０を構成することができる。同じ車載セパレータ２２０を、燃料流を分離して比較的低いＲＯＮを有する高ＲＯＮ成分を比較的多量に供給するように構成することもできる。したがって、車載セパレータ２２０は、与えられたエンジン動作条件に必要なオクタン価を有する燃料の高ＲＯＮ成分を、必要な量で供給することができる。
【００４５】
図７を再び参照すれば、多孔質チャネル壁体３２４上に被覆された機能性メンブランの透過率は流路チャネル３２２に送り込まれる燃料の温度に基づいて変わり得る。一般に、燃料の温度が上がるにつれて、機能性メンブランの透過速度は高くなる。しかし、機能性メンブランの透過速度が高くなると、流体流の透出分の平均ＲＯＮは低くなるであろう。流体の透出分の平均ＲＯＮ対透過速度のバランスをとる、最適動作設定点が達成される。約９０℃から約１８０℃にある燃料流を約２０ｋＰａから約１０００ｋＰａの圧力で流体分離部材２２１に送り込むとＲＯＮが約９９より高い透出分が得られる。
【００４６】
図８を次に参照すれば、車載セパレータ２２０の別の実施形態の流体分離部材４２１が示されている。この実施形態において、流体分離部材４２１は、多孔質チャネル壁体３２４で隔てられた複数本の平行流路チャネル３２２を有するハニカム様構造のセラミックモノリス体３２０を有するパーベーパレーション部材３１０を含む。複数の多孔質壁体３２４はセラミックモノリス体３２０の軸長３１３に沿って機能性メンブランで被覆される。セラミックモノリス体３２０は、セラミックモノリス体３２０の最外表面である、スキン３１５を有する。上で論じたように、機能性メンブランはセラミックモノリス体３２０を通って流れている流体をパーベーパレーションプロセスによって保留分と透出分に分離する。流体分離部材４２１は複数の開口３３４を有する分区エンドキャップ３３２を備える。分区エンドキャップ３３２はセラミックモノリス体３２０を、流体がそれを通過させられるかまたはそこから送り出される複数の個別貫通セグメント３２１に分割する。そのようなパーベーパレーション部材の例は、名称を「流体を分離するための分区セラミックモノリス体(Partitioned Ceramic Monoliths for Separating Fluids)」とする、米国仮特許出願第６１/５６３８６０号（弁理士整理番号：ＳＰ１１-２５４Ｐ）の明細書に説明されている。
【００４７】
図１３Ａ〜１３Ｃを参照すれば、いくつかの実施形態の分区エンドキャップ３３２，５３２，６３２が示されている。これらの実施形態において、分区エンドキャップ３３２，５３２，６３２は、壁領域３３６によって相互に隔てられた、変動する数の開口３３４を有する。壁領域３３６は、図８に示されるように、多孔質チャネル壁体３２４の領域及び、車載セパレータ２２０に入る流体から遮蔽された、セラミックモノリス体３３０の流路チャネル３２２に対応する。いくつかの実施形態において、分区エンドキャップ３３２，５３２，６３２の開口３３４に直に接して配置された個別貫通セグメント３２１は、分区エンドキャップ３３２，５３２，６３２の壁領域３３６の背後に配置された、無被覆多孔質チャネル壁体３２４（図示せず）によって相互に隔てられ得る。したがって、分区エンドキャップ３３２，５３２，６３２の開口３３４を、分区エンドキャップ３３２，５３２，６３２が取り付けられているモノリスアセンブリの個別貫通セグメントを隔離し、よってセラミックモノリス体３３０への流体の流入を開口３３４内に露出された個別貫通セグメントだけに限定し、他の多孔質チャネル壁体３２４及び流路チャネル３２２は遮蔽するために用い得ることは当然である。図１３Ａは、分区エンドキャップ３３２の壁領域３３６の背後に配置された多孔質チャネル壁体３２４及び流路チャネル３２２によって相互に隔離されたセラミックモノリス体の４つの貫通セグメント（図示せず）に対応する、４つの開口３３４を有する分区エンドキャップ３３２を示す。図１３Ｂは、分区エンドキャップ５３２が取り付けられたセラミックモノリス体３３０（図示せず）の対応する貫通セグメントを隔離する１つの開口３３４を有する分区エンドキャップ５３２を示す。図１３Ｃは、分区エンドキャップ６３２が取り付けられたセラミックモノリス体３３０（図示せず）の対応する貫通セグメントを隔離する２つの開口３３４を有する分区エンドキャップ６３２を示す。これらの実施形態において、分区エンドキャップ３３２，５３２，６３２は、開口３３４内に露出されたセラミックモノリス体３３０の個別貫通セグメントにだけ流体を流入させ、分区エンドキャップ３３２，５３２，６３２の壁領域３６６によって遮蔽されたセラミックモノリス体３３０の個別貫通セグメントへの流入は阻止する。
【００４８】
図１３Ａ，１３Ｂ及び１３Ｃはそれぞれ、４つ、１つ及び２つの開口をもつ分区エンドキャップを示しているが、セラミックモノリス体の所望の数の貫通セグメントの露出及び／または遮蔽を容易にするため、分区エンドキャップがいかなる数の開口ももって構成され得ることは当然である。分区エンドキャップを用いる特定の数の個別貫通セグメントへの流体の流入の制御は、パーベーパレーション部材の収率、パーベーパレーション部材の透出／保留分離速度及び分離された流体の透出分及び保留分内の揮発成分の濃度を制御するために用いることができる。例えば、露出貫通セグメント数を２（すなわち、図１３Ｃの分区エンドキャップの使用）から１（すなわち、図１３Ｂの分区エンドキャップの使用）に減らすと、パーベーパレーション部材の透出分収率が１/２に減り、分離速度も低下する。しかし、透出分は２つの貫通セグメントを用いるパーベーパレーション部材から得られる透出分より低い揮発性分濃度を有し得る。したがって、流体が通過するセラミックモノリス体の露出貫通セグメントの数を変えて、所望の量及び特定のエンドユーザの用途に望ましい揮発成分濃度を有する透出分を提供することができる。
【００４９】
いくつかの実施形態において、パーベーパレーション部材に送り込まれた燃料は分区エンドキャップの開口３３４の背後に配置される個別貫通セグメントの数の全てより少ない数の個別貫通セグメントに選択的に導くことができる。図１３Ａを参照すれば、一実施形態において、分区エンドキャップ３３２は４つの開口３１４を有し、対応するセラミックモノリス体は（図８に示されるように）４つの個別貫通セグメント３２１を有しているが、燃料がパーベーパレーション部材を流過している間に保留分から分離される透出分の量及びＲＯＮを制御するため、燃料を開口３３４の内の１つ及び対応する個別貫通セグメントだけに導き、残りの開口及び対応する個別貫通セグメントからは転流させることができる。したがって、燃料が送り込まれる個別貫通セグメントの数はセラミックモノリス体の個別貫通セグメントの総数より少なくすることができる。
【００５０】
本開示の範囲を逸脱することなく、セラミックモノリス体の個別貫通セグメントに燃料を選択的に分配するための別の装置及び方法を組み入れうることは当然である。
【００５１】
図９を次に参照すれば、ＥＣＵ１４０は相互に接続されたメモリ１４２及びプロセッサ１４４を有する。エンジンの動作を管理するための一連の動作命令がＥＣＵ１４０のメモリ１４２に格納される。いくつかの実施形態において、ＥＣＵ１４０のメモリ１４２に格納される動作命令は、複数のエンジン性能センサによってＥＣＵ１４０に与えられる複数のエンジン動作状態に基づく、エンジンシリンダのそれぞれに給送されるべき燃料の量を制御する、「燃料マップ」を含む。ＥＣＵ１４０のメモリ１４２に格納される動作命令は、エンジンシリンダのそれぞれにおけるスパーク点火源のタイミングを制御する、「スパークマップ」も含む。
【００５２】
一実施形態において、ＥＣＵ１４０は、（図５に示される）高ＲＯＮ燃料インジェクタ２５０及び低ＲＯＮ燃料インジェクタ２６０に電気的に接続される。この実施形態において、ＥＣＵ１４０はエンジンの動作パラメータに基づいて選択的に高ＲＯＮ燃料及び低ＲＯＮ燃料をエンジンシリンダに送り込む。例えば、エンジンがフル出力条件またはほぼフル出力条件で動作している場合、ＥＣＵ１４０は、それぞれのエンジンシリンダに給送される総燃料の過半部分が、低ＲＯＮ燃料インジェクタ２６０からよりも高ＲＯＮ燃料インジェクタ２５０から給送されるように、命令することができる。ＥＣＵ１４０は、上述したように、高ＲＯＮ燃料インジェクタ２５０から給送される燃料の比率に対する命令を、エンジンノックセンサ１５０によって与えられる信号に基づいて、燃料マップで指定される基準値から修正することができる。
【００５３】
図１０を次に参照すれば、エンジンシリンダ４００が簡略に示されている。エンジン１１０は、従来から知られているように、様々な構成で配置された複数のエンジンシリンダ４００を有することができる。エンジンシリンダ４００はエンジンシリンダ４００内で往復運動するピストン４１０を有する。ピストン４１０はコネクティングロッド４２４によってクランクシャフト４２０に連結される。吸気マニフォールド１２０のプレナム１２２から空気９０がエンジンシリンダ４００に送り込まれる。空気がエンジンシリンダ４００に流入すると、高ＲＯＮ燃料インジェクタ２５０は吸気ラナー１２４内に高ＲＯＮ燃料を噴射することができる。空気９０は、エンジンヘッド４３０の吸気ポート４３２内に配置された、開状態の、吸気弁４４０を巡ってエンジンシリンダ４００に入る。ピストンの往復運動によってエンジンシリンダ４００内の圧力が高まり、エンジンシリンダ４００の容積が減少する間、エンジンシリンダ４００内の空気９０の量が一定に保たれるように、吸気弁４４０が閉じる。ピストン４００がエンジンヘッド４３０に向けて進むにつれて、エンジンシリンダ４００内の空気の圧力が高まる。圧縮ストローク中、低ＲＯＮ燃料インジェクタ２６０を通してエンジンシリンダ４００に低ＲＯＮ燃料成分を送り込むことができる。図１０に示されるように、低ＲＯＮ燃料インジェクタ２６０はエンジンシリンダ４００内に燃料を直接噴射する。
【００５４】
ピストン４１０がＴＤＣに近づくと、ＥＣＵ１４０はスパークプラグ４７０に信号を送ってスパークを発生させる。スパークプラグ４７０はスパークプラグ４７０の近傍にある空気−燃料混合気を局所的に加熱し、エンジンシリンダ４００内に広がってエンジンシリンダ４００内の燃料を燃焼させる、火炎面を生じさせる。空気−燃料混合気内の燃料の燃焼は燃焼済空気−燃料混合気の温度及び圧力を高める。圧力の上昇は、膨張ストロークにおいてピストン４１０が下向きに、エンジンヘッド４３０から離れて、往復運動するにつれて燃焼済空気−燃料混合気から抜き取られる。膨張ストロークの完了後、燃焼済空気−燃料混合気はエンジンヘッド４３０の排気ポート４３４内に配置された開状態の排気弁４５０を通ってエンジンシリンダ４００から外へ導かれる。
【００５５】
図１０に示されるように、吸気マニフィールド１２０の吸気ラナー１２４内に噴射された燃料は一般に均質な空気−燃料混合気を形成する、すなわち、エンジンシリンダ４００内で概ね均等に混合される。この均質な空気−燃料混合気は一般に、燃料が完全に燃焼し、燃焼済空気−燃料混合気内に酸素が残らないように、空気の量と燃料の量が釣り合っている、「化学量論的」である。化学量論的空気−燃料混合気は、空気−燃料混合気内の燃料の完全燃焼を促進する。化学量論的空気−燃料混合気は、与えられた動作点において最大ＩＭＥＰを与える。化学量論的空気−燃料混合気は、与えられたエンジン動作点に対して最高シリンダ内温度も与える。
【００５６】
エンジンシリンダ４００内に噴射された燃料は、エンジンシリンダ４００内に均質な空気−燃料混合気を形成することができ、あるいはエンジンシリンダ４００内に層状空気−燃料混合気を形成することができる。エンジンの圧縮ストローク中に燃料が噴射されると、低ＲＯＮ燃料インジェクタ２６０近傍の空気−燃料混合気は、燃焼を促進する、化学量論的状態に近づくことができるが、低ＲＯＮ燃料インジェクタ２６０から遠くにある空気−燃料混合気は薄いままである。ガソリンエンジンに対する化学量論的空気−燃料比は重量で１４.７：１である。層状空気−燃料混合気に対する平均空気−燃料比は重量で１６：１より大きくすることができる。いくつかの実施形態において、層状空気−燃料混合気に対する平均空気−燃料比は重量で２０：１より大きくすることができる。別の実施形態において、層状空気−燃料混合気に対する平均空気−燃料比は重量で４０：１より大きくすることができる。また別の実施形態において、層状空気−燃料混合気に対する平均空気−燃料比は重量で６５：１より大きくすることができる。リーンバーン層状空気−燃料混合気は、化学量論的均質空気−燃料混合気に比較して、与えられたエンジン動作点におけるシリンダ内温度を低くする。リーンバーン層状空気−燃料混合気では一般に、燃料使用量が減少し、γが高くなり、これはエンジンの熱効率を高めるからストローク当たりの燃料消費が低下する。
【００５７】
一般に、エンジンは低出力エンジン動作状態にあるときより高出力エンジン動作状態にあるときにエンジンノックがおこり易い。高出力エンジン動作状態にある間は高ＲＯＮ成分を有する燃料がエンジンシリンダに給送されるから、エンジンは、エンジンの燃焼効率及び熱効率が最大化されるように、化学量論的空気−燃料混合気で動作することができる。したがって、本開示にしたがう燃料給送系を用いて動作しているエンジンの仕様燃料消費量は低ＲＯＮ燃料を用いて動作しているエンジン及び／またはエンジンノックを防止するために入れられる「アンチノック」剤を用いて動作しているエンジンの仕様燃料消費量よりも少ない。
【００５８】
図１１及び１２を次に参照すれば、他の実施形態のエンジンシリンダ５００，６００が簡略に示されている。図１１に示される実施形態においては、高ＲＯＮ燃料インジェクタ２５０及び低ＲＯＮ燃料インジェクタ２６０がいずれも吸気マニフォールド１２０の吸気ラナー１２４内に配置される。高ＲＯＮ燃料インジェクタ２５０及び低ＲＯＮ燃料インジェクタ２６０は燃料を吸気ラナー１２４に送り込み、燃料はエンジンヘッド４３０の入力ポートに配置された、開状態の、吸気弁４４０を巡ってエンジンシリンダ５００に入る。
【００５９】
図１２に示される実施形態においては、高ＲＯＮ貯槽２４０及び低ＲＯＮ貯槽２３０が混合弁２７０に連結される。混合弁２７０は、エンジンシリンダ６００内に燃料を直接噴射するための、エンジンヘッド４３０に配置されたインジェクタ２８０に連結される。混合弁２７０をインジェクタ２８０の近くに配置することにより、エンジンシリンダ６００内に噴射される燃料の高ＲＯＮ成分と低ＲＯＮ成分の比率を、エンジン１１０の出力要求に応じるため及びまたはエンジンノックを軽減するために、迅速に調節することができる。いくつかの実施形態において、燃料の高ＲＯＮ成分と低ＲＯＮ成分の比率はサイクル毎ベースで調節することができる（すなわち、インジェクタ２８０の噴射パルス毎に調節することができる）。
【００６０】
図１を再び参照すれば、伝動機構１００のいくつかの実施形態は、排気ガス再循環（ＥＧＲ）システム１６０を備えることができる。ＥＧＲシステム１６０はエンジン１１０の排気マニフォールド及び吸気マニフォールド１２０のいずれとも流体連通している。ＥＧＲシステム１６０は燃焼済空気−燃料混合気をエンジン排気から吸気マニフォールド１２０に戻す。ＥＧＲシステム１６０は燃焼済空気−燃料混合気の温度を下げ、したがって密度を高める、インタークーラー（図示せず）を備えることができる。ＥＧＲシステム１６０を通過する燃焼済空気−燃料混合気はゼロに近い酸素含有量を有する。燃焼済空気−燃料混合気は吸気マニフォールド１２０内で未燃焼空気と混合される。燃焼済空気と未燃焼空気の混合気はエンジンシリンダ内に導かれて、エンジンサイクルの作動流体になる。燃焼済空気−燃料混合気は酸素量が少なくなっているから、燃焼済空気−燃料混合気は燃料の燃焼に利用できる酸素量を減じる。したがって、ＥＧＲシステム１６０からの燃焼済空気−燃料混合気がエンジンシリンダに送り込まれる場合は、化学量論的空気−燃料時を維持するためにエンジンシリンダ内に噴射されるに必要な燃料が少なくなる。エンジンシリンダ内の酸素及び燃料の低減はシリンダ内の温度を低下させることができ、これにより、自動車排ガスを低減し、エンジンからの廃熱を少なくすることができる。
【００６１】
図１をまだ参照すれば、エンジンノックを検知するため、エンジンノックセンサ１５０がエンジンに結合される。いくつかの実施形態において、エンジンノックセンサ１５０はエンジンノック音を検出する圧電センサである。エンジンノックセンサ１５０はＥＣＵ１４０に電気的に接続される。エンジンノックセンサ１５０がエンジンノックを検知してエンジンノックを示す信号をＥＣＵ１４０に送ると、ＥＣＵ１４０は、エンジンノックを防止するため、エンジン動作パラメータを調節する。例えば、ＥＣＵ１４０は高ＲＯＮ燃料インジェクタに流量を上げさせる信号を送り、低ＲＯＮ燃料インジェクタ２６０に流量を下げさせる信号を送ることができる。したがって、高ＲＯＮ燃料インジェクタから流れる燃料の相対比率が、低ＲＯＮ燃料インジェクタ２６０からの燃料に比較して、高くなるであろう。すなわち、エンジンシリンダに送り込まれる燃料の平均ＲＯＮが高くなるであろう。
【００６２】
あるいは、またはさらに、ＥＣＵ１４０は、エンジンサイクルの後の方でスパークプラグが発火するように、タイミングを遅らせることができる。上で論じたように、タイミングを遅らせることでエンジン出力が下がり、ノックによって生じるエンジン損傷の可能性が低められる。
【００６３】
あるいは、またはさらに、ＥＣＵ１４０は、過給機のウエィストゲートを開かせ、よって燃焼済排気にターボチャージャーのタービンをバイパスさせる、信号を送ることができる。ターボチャージャーのタービン及びコンプレッサは速度を落とし、よって吸気マニフォールド内の圧力が低下するであろう。吸気マニフォールド内の圧力が低下すれば、エンジン出力が下がり、ノックによって生じるエンジン損傷の可能性が低められる。
【００６４】
あるいは、またはさらに、ＥＣＵ１４０は、可変容量ターボチャージャーにノズルの位置を修正し、よってターボチャージャーのタービンにかかる燃焼済排気ガスの圧力を下げるように、命令することができる。ターボチャージャーのタービン及びコンプレッサの速度が下がり、よって吸気マニフォールド内の圧力が低下するであろう。吸気マニフォールド内の圧力が低下すれば、エンジン出力が下がり、ノックによって生じるエンジン損傷の可能性が低められる。
【００６５】
さらに、ＥＣＵ１４０は、燃料の高ＲＯＮ成分の量及びオクタン価が調節されるように、車載セパレータ２２０に送り込まれる燃料の温度または圧力を変更することができる。車載セパレータ２２０に入る燃料の温度及び圧力の修正により、動作し続けるに十分な高オクタン価燃料をエンジンに供給することができる。
【実施例】
【００６６】
燃料分離実施例
９２.５ＲＯＮの基礎オクタン価を有し、９.７空量％のエタノールを含有する、無鉛レギュラー燃料ブレンドを、燃料から高ＲＯＮ成分及び低ＲＯＮ成分を得るため、（米国特許第８１１９００６号及び米国仮特許出願第６１/４７６９８８号の明細書に説明されているような）パーベーパレーションメンブランを用いて分離した。図８に示され、名称を「流体を分離するための分区セラミックモノリス体」とする、米国仮特許出願第６１/５６３８６０号（弁理士整理番号：ＳＰ-２５４Ｐ）の明細書に説明されているような、４区画セラミックモノリス体を用いた。
【００６７】
パーベーパレーション部材の代表的動作条件には、４〜６ｇ/秒-ｍ２の供給率、５００ｋＰａ（絶対）の圧力、１４０〜１６０℃の燃料流入口温度及び２５ｋＰａ（絶対）の透出側圧力を含めた。表１は、複数区分を用いることで、代表的動作条件において９７ＲＯＮを有する高ＲＯＮ成分の４０％（重量比）の収率（透出分）が得られたことを示す。１区画だけを用いた結果、収率（透出）は２０％に低下したが１０１ＲＯＮを有する高ＲＯＮ成分が得られた。燃料から生産された、対応する低ＲＯＮ成分（保留分）も示される。
【００６８】
【表１】
0006271519.tif 000003
【００６９】
本開示にしたがう伝動機構がエンジンの出力を高めるために過給機を備えることは当然である。伝動機構は、燃料を高ＲＯＮ成分と低ＲＯＮ成分に分離する車載セパレータを有する、燃料給送系をさらに備える。高ＲＯＮ成分はエンジンがノックをおこし易い高出力動作条件においてエンジンに給送される。低ＲＯＮ成分は低出力動作条件においてエンジンに給送される。エンジンは、さらに高い出力を発生するため、耐早期点火性を高めることで点火進角をさらに進めることが可能になる動作条件において、燃料の高ＲＯＮ成分を利用する。
【００７０】
第１の態様において、本開示は、
それぞれが吸気ポート４３２及び排気ポート４３４を有する、複数のエンジンシリンダ４００を有するエンジン１１０，
エンジン１００のエンジンシリンダ４００のそれぞれの吸気ポートと流体連通している吸気マニフォールド１２０，
吸気マニフォールド１２０内の空気９０の圧力を大気圧より高める、エンジン１１０に結合された過給機１３０，及び
エンジン１１０のエンジンシリンダ４００のそれぞれに燃料を供給する燃料給送系２００，
を備え、
燃料給送系２００が、エンジンシリンダ４００当たり少なくとも１つの燃料インジェクタ２８０，中ＲＯＮを有する燃料を貯蔵するための燃料タンク２１０及び、エンジン１１０の動作パラメータに基づくエンジン１００のエンジンシリンダ４００のそれぞれへの目標値が定められた給送のため、燃料を高ＲＯＮ成分と低ＲＯＮ成分に分離する車載セパレータ２２０を有する、
車用伝動機構１００を提供する。
【００７１】
第２の態様において、本開示は、
複数のシリンダを有するエンジン１１０，
エンジンシリンダ４００と流体連通している吸気マニフォールド１２０，
吸気マニフォールド１２０内の圧力を大気圧より高めるための、吸気マニフォールド１２０に結合された過給機１３０，及び
エンジンシリンダ４００のそれぞれに燃料を供給する燃料給送系２００，
を備え、
燃料給送系２００が、エンジンシリンダ４００当たり少なくとも１つの燃料インジェクタ２８０，中ＲＯＮの燃料を貯蔵するための燃料タンク２１０及び車載セパレータ２２０を有する、
車用伝動機構１００の動作方法を提供し、方法は、
燃料を車載セパレータ２２０に送り込む工程、
燃料を予備加熱する工程、
燃料にパーベーパレーション部材３１０を通過させて、燃料を低ＲＯＮ成分と高ＲＯＮ成分に分離する工程、
低ＲＯＮ成分及び高ＲＯＮ成分を冷却する工程、
高ＲＯＮ成分を高ＲＯＮ貯槽２４０に貯蔵する工程、
エンジンシリンダ４００のそれぞれに空気９０及び燃料を送る工程、
エンジンシリンダ４００のいずれかにおいて圧縮点火がおこっているか否かを判定する工程、及び
圧縮点火が検出されれば、高ＲＯＮ貯槽２４０からエンジンシリンダ４００のそれぞれに給送される燃料の比率を高める工程、
を含む。
【００７２】
第３の態様において、本開示は、車載セパレータ２２０が多孔質チャネル壁体３２４で隔てられた複数本の平行流路チャネルを有するセラミックモノリス体３２０を含むパーベーパレーション部材３１０を備え、多孔質チャネル壁体３２４の少なくとも一部がパーベーパレーションプロセスによって燃料を高ＲＯＮ成分と低ＲＯＮ成分に分離する機能性メンブランで被覆されており、燃料の高ＲＯＮ成分が多孔質チャネル壁体３２４を通って透出し、低ＲＯＮ成分がポリマー被覆多孔質チャネル壁体３２４によって保留されて流路チャネル３２２に沿って流れる、第１の態様または第２の態様の伝動機構１００を提供する。
【００７３】
第４の態様において、本開示は、パーベーパレーション部材３１０がさらに無被覆多孔質チャネル壁体３２４で相互に隔てられた個別貫通セグメントを有する、第２または第３の態様の伝動機構１００を提供する。
【００７４】
第５の態様において、本開示は、過給機１３０がコンプレッサに結合されたタービンを有するターボチャージャーを含み、タービンが複数のシリンダの排気ポートと流体連通していて、コンプレッサが吸気マニフォールド１２０と流体連結している、第１から第４の態様のいずれかの伝動機構１００を提供する。
【００７５】
第６の態様において、本開示は、エンジン１１０がさらにクランクシャフト４２０を備え、過給機１３０が吸気マニフォールド１２０と流体連結していてクランクシャフトに連結されているコンプレッサを有するスーパーチャージャーを含む、第１から第５の態様のいずれかの伝動機構１００を提供する。
【００７６】
第７の態様において、本開示は、車載セパレータ２２０がポリマー被覆多孔質壁体３２４によって定められる複数本の流路チャネル３２２を有するポリマー被覆セラミックモノリス体３２０を含むパーベーパレーション部材３１０を有し、燃料の高ＲＯＮ成分がポリマー被覆多孔質チャネル壁体３２４を通って透出し、低ＲＯＮ成分がポリマー被覆多孔質チャネル壁体３２４によって保留されて流路チャネル３２２に沿って流れる、第１から第６の態様のいずれかの伝動機構１００を提供する。
【００７７】
第８の態様において、本開示は、車載セパレータ２２０がさらに燃料タンク２１０からパーベーパレーション部材３１０に向けて通過する燃料の温度を高める燃料ヒータ２１２を有する、第１から第７の態様のいずれかの伝動機構１００を提供する。
【００７８】
第９の態様において、本開示は、燃料給送系２００がさらに高ＲＯＮを有する燃料を貯蔵する高ＲＯＮ貯槽２４０を備える、第１から第８の態様のいずれかの伝動機構１００を提供する。
【００７９】
第１０の態様において、本開示は、
エンジン１１０に結合されたエンジンノックセンサ１５０であって、エンジンシリンダ４００内の空気９０−燃料混合気の圧縮点火を検知するエンジンノックセンサ１５０、及び
エンジンノックセンサ１５０及び燃料インジェクタに電気的に接続されたエンジン１１０の制御ユニット、
をさらに備え、
エンジンノックセンサ１５０がエンジンシリンダ４００内の空気９０−燃料混合気の圧縮点火を検知すると、エンジン１１０の制御ユニットが燃料インジェクタによってエンジンシリンダ４００に送り込まれる燃料のＲＯＮを高める、
第１から第９の態様のいずれかの伝動機構１００を提供する。
【００８０】
第１１の態様において、本開示は、燃料が吸気ポート４３２を通してエンジンシリンダ４００に給送されるように、複数の燃料インジェクタが吸気マニフォールド１２０に結合される、第１から第１０の態様のいずれかの伝動機構１００を提供する。
【００８１】
第１２の態様において、本開示は、燃料がエンジンシリンダ４００に直接噴射によって給送されるように、複数の燃料インジェクタがエンジン１１０に結合される、第１から第１１の態様のいずれかの伝動機構１００を提供する。
【００８２】
第１３の態様において、本開示は、エンジンシリンダ４００の排気ポート及びエンジンシリンダ４００の吸気ポートと流体連通している排気ガス再循環システム１６０をさらに備える、第１から第１２の態様のいずれかの伝動機構１００を提供する。
【００８３】
第１４の態様において、本開示は、低出力動作条件においてエンジンシリンダ４００のそれぞれ内で燃焼される空気９０−燃料混合気が化学量論的混合気より少なくとも１０％薄い、第１から第１３の態様のいずれかの伝動機構１００を提供する。
【００８４】
第１５の態様において、本開示は、エンジン１１０の複数のシリンダ内の空気９０がエンジン１１０の幾何学的圧縮比より大きい有効圧縮比を有する、第１から第１４の態様のいずれかの伝動機構１００を提供する。
【００８５】
第１６の態様において、本開示は、エンジン１１０の動作条件において燃料タンク２１０内の燃料のスパーク点火に対するスパークタイミングがその動作条件に対する最大制動トルクタイミングから遅延される、第１から第１５の態様のいずれかの伝動機構１００を提供する。
【００８６】
第１７の態様において、本開示は、エンジン１１０の高出力動作条件において、高ＲＯＮ成分を用いたときのスパークタイミングが中ＲＯＮの燃料を用いたときに比較して進められる、第１から第１６の態様のいずれかの伝動機構１００を提供する。
【００８７】
第１８の態様において、本開示は、空気−燃料混合気が高出力動作条件において均質である、第１から第１７の態様のいずれかの伝動機構１００を提供する。
【００８８】
第１９の態様において、本開示は、パーベーパレーション部材３１０によって分離された燃料の高ＲＯＮ成分が燃料のエタノール含有量より少なくとも約５０％多いエタノール含有量を有する、第１から第１７の態様のいずれかの伝動機構１００を提供する。
【００８９】
第２０の態様において、本開示は、パーベーパレーション部材３１０によって分離された燃料の高ＲＯＮ成分が燃料のエタノール含有量より少なくとも約１００％多いエタノール含有量を有する、第１から第１９の態様のいずれかの伝動機構１００を提供する。
【００９０】
第２１の態様において、本開示は、パーベーパレーション部材３１０によって分離された燃料の低ＲＯＮ成分が燃料のエタノール含有量より少なくとも約１０％少ないエタノール含有量を有する、第１から第２０の態様のいずれかの伝動機構１００を提供する。
【００９１】
第２２の態様において、本開示は、高ＲＯＮ成分が燃料のＲＯＮより少なくとも約３％高いＲＯＮを有する、第１から第２１の態様のいずれかの伝動機構１００を提供する。
【００９２】
第２３の態様において、本開示は、低負荷動作条件において、高ＲＯＮ貯槽２４０からエンジンシリンダ４００のそれぞれに給送される燃料の比率を減じる、第１から第２１の態様のいずれかの伝動機構１００を提供する。
【００９３】
第２４の態様において、本開示は、ある数のパーベーパレーション部材３１０の個別貫通セグメントを通して燃料を導く、
−その数は、分離プロセス中に生産される透出分の透出速度、収率またはＲＯＮの内の少なくとも１つを制御するため、パーベーパレーション部材３１０の個別貫通セグメントの総数より少ない、
第１から第２３の態様のいずれかの伝動機構１００を提供する。
【００９４】
第２５の態様において、本開示は、さらに、分離プロセス中に生産される透出分の収率を低め、分離プロセス中に生産される透出分のＲＯＮを高めるために、個別貫通セグメントの第１の数より少ない第２の数の個別貫通セグメント内に燃料を導く、第２４の態様の伝動機構１００を提供する。
【００９５】
特許請求される主題の精神及び範囲を逸脱することなく本明細書に説明される実施形態に様々な改変及び変形がなされ得ることが当業者には明らかであろう。したがって、本明細書に説明される様々な実施形態の改変及び変形が添付される特許請求項及びその等価形態の範囲内に入れば、本明細書はそのような改変及び変形を包含するとされる。
【符号の説明】
【００９６】
９０    空気
１００    伝動機構
１１０    エンジン
１２０    吸気マニフォールド
１３０    過給機
１４０    ＥＣＵ
１５０    エンジンノックセンサ
１６０    排気ガス再循環（ＥＧＲ）システム
２００，２９０    燃料給送系
２１０    燃料タンク
２１２    燃料ヒータ
２２０    車載セパレータ
２２１    流体分離部材
２２２    低ＲＯＮ成分冷却器
２２４    高ＲＯＮ成分冷却器
２３０    低ＲＯＮ貯槽
２４０    高ＲＯＮ貯槽
２５０    高ＲＯＮ燃料インジェクタ
２６０    低ＲＯＮ燃料インジェクタ
２７０    混合弁
２８０    インジェクタ
【図１】
0006271519.tif 000004
【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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0006271519.tif 000015
【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
0006271519.tif 000017
【図１３Ｃ】
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