JP2009150397A - 燃料レール組立体、及び、エンジン用燃料装置の作動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】専用ヒータを必要とすることなく、コスト及びスペース上の制約を低減し得る、加圧燃料をエンジンの気筒内に供給する燃料レール組立体を提供する。
【解決手段】燃料レール組立体１３０は、少なくとも第一領域１３３及び第二領域１３５を有する内部空間を形成する燃料レール筐体１３２と、燃料レール筐体１３２内に配置され、第一領域１３３を第二領域１３５から分離する燃料分離膜エレメント１３４とを含む。燃料分離膜エレメント１３４は、混合燃料中のアルコール成分を、混合燃料中の炭化水素成分よりも高い透過率にて、第一領域１３３から第二領域１３５に透過させ得る。分離されたアルコール成分及び炭化水素成分は、運転状態に基づいてその相対量を変化させて、燃料レール組立体１３０を介して、エンジン１１０に供給され得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、加圧された燃料をエンジンにおける複数の気筒内に供給する燃料レール組立体、及び、エンジン用燃料装置の作動方法に関する技術分野に属する。

従来より、二つ以上の異なった燃料を利用する内燃機関（エンジン）が提案されている。例えば、運転サイクル中に燃焼される燃料の大部分をポート噴射によるガソリンに頼りながら、給気の冷却効果を改善すべくエンジンの気筒内にエタノールを直接噴射するものがある。この例において、エタノールは、高オクタン価と、ガソリンと比較して高い気化熱を持つことに因る高い給気冷却効果とを提供し、それにより、ブースト及び／又は圧縮比のノック限界を低下させる。この取り組みは、燃料経済性を改善するとともに、再生可能燃料の利用を拡大することを意味する。

このような利点を得るためには、ユーザーがエンジン・システムに二つ以上の異なる燃料（例えばガソリン及びエタノール）を補給する必要があり、これはユーザにとって負担となり得る。

そこで、一つの取組みとして、特許文献１には、エタノールとガソリンとを含む混合燃料からエタノールを分離すべく、エタノール透過膜を有する燃料貯蔵ユニットを備えた電力生成装置が記述されている。この特許文献１には、エタノール透過膜の前後の圧力差に比例し、且つ、エタノール透過膜の前後の温度差に応じて、エタノールの分離がどのように行なわれるかが記述されている。
米国特許出願公開第２００６／０１９１７２７号明細書

しかしながら、特許文献１による取組みには、種々の問題点が存在する。一つの例として、エンジンを自動車に搭載する際のスペース上の制約によって、燃料分離器の追加が妨げられる場合があり、或いは、燃料分離器の有効サイズが縮小される場合もある。燃料分離器のサイズ縮小は燃料の分離速度を低下させ、それによってエンジン性能を損なう場合がある。その場合、その分離速度の低下によって、分離されるべき燃料が一時的に利用不可能になる、或いは、少しの量しか利用することができないことになる。別の例として、特許文献１には、専用ヒータを使用して、エタノール分離膜を加熱し、それによって、分離速度を改善することが記述されているが、この取組みもまた、同様に、スペース上の制約によって、専用ヒータの追加が妨げられる場合がある。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、専用ヒータを必要とすることなく、コスト及びスペース上の制約を低減し得る、加圧燃料をエンジンの気筒内に供給する燃料レール組立体を提供しようとすることにある。

上記の目的を達成するために、加圧された燃料をエンジンの複数の気筒内に供給する燃料レール組立体が提供される。この燃料レール組立体は、少なくとも第一領域及び第二領域を有する内部空間を形成する燃料レール筐体と、上記燃料レール筐体内に配置され、上記第一領域を上記第二領域から分離する燃料分離膜エレメントと、上記燃料レール筐体に設けられ、混合燃料を上記第一領域に吸入させる燃料吸入口と、上記燃料レール筐体に設けられた複数の燃料排出口と、上記燃料レール筐体に設けられた少なくとも一つの透過燃料排出口と、を備える。上記燃料分離膜エレメントは、上記混合燃料の第一成分を、上記混合燃料の第二成分よりも高い透過率にて、上記第一領域から上記第二領域に透過させるように構成される。上記燃料排出口の各々は、上記混合燃料の少なくとも一部を、上記第一領域から上記複数の気筒内に供給するように構成される。上記透過燃料排出口は、上記燃料分離膜エレメントを透過した上記第一成分の少なくとも一部を、上記第二領域から上記燃料レール筐体の外部に供給するように構成される。

この構成により、燃料分離膜エレメントを、上記燃料レール組立体の内部にて、エンジンに比較的近接して配置することによって、燃料分離膜エレメントとその燃料分離膜エレメントにより分離される混合燃料とが、エンジンによって少なくとも部分的に加熱され得る。このようにして、燃料の分離速度は、別個のヒータを必要とすることなく増大され、それによって、コスト及び他の付随するスペース上の制約を低減し得る。更に、このようにして、混合燃料の分離を改善すると共に、燃料ポンプを利用して、エンジンに噴射する燃料を加圧することが可能となる。

また、分離器（燃料分離膜エレメント）の体積に比べて燃料分離膜エレメントの表面積を拡大することによって、燃料の分離速度は更に増大され得る。一例として、燃料分離膜エレメントの表面積は、燃料レール組立体の内部に非平面（例えば管状）の基材上に燃料分離膜エレメントを支持することによって、分離器の所定体積に比べて拡大される場合がある。加圧された燃料を管状の燃料分離膜エレメントの外表面に供給することによって、基材は圧縮されて圧力を受け、それによって、基材の材質の幾つか（例えばセラミック、又は、伸張よりも圧縮の方が強度の高い他の材質）にとって、更なる強度上の利点を提供し得る。

また、燃料レール組立体の内部における複数の独立した燃料分離膜エレメントは、所定の体積において、分離速度を更に増大させ得る。例えば、燃料分離膜エレメントとして複数の小さい管を用いることによって、基材（管）に生じる応力は低減され、それによって、基材の肉厚を更に低減することが可能となり得る。燃料分離膜エレメントの肉厚低減及び表面積拡大は、スペース上の制約を低減すると共に、燃料の分離速度を更に増大し得る。これらの利点及び他の利点は、後述の明細書及び添付図面を照らして、理解されるであろう。

更に別の実施形態において、エンジン用燃料装置の作動方法として、炭化水素成分とアルコール成分とを含む、加圧された混合燃料を第一燃料レール組立体に供給する工程と、上記アルコール成分が除去された混合燃料を得るべく、上記第一燃料レール組立体に設けられた燃料分離膜エレメントに上記アルコール成分の少なくとも一部を透過させることによって、上記アルコール成分を混合燃料から分離する工程と、上記第一燃料レール組立体からエンジンにおける少なくとも一つの気筒内に、上記第一燃料レール組立体に連通する第一燃料インジェクタを介して、上記アルコールが除去された混合燃料を供給する工程と、上記分離されたアルコール成分を、上記第一燃料レール組立体から第二燃料レール組立体に供給する工程と、上記分離されたアルコール成分を、上記第二燃料レール組立体に連通する第二燃料インジェクタを介して、上記第二燃料レール組立体から上記気筒内に供給する工程と、を備える。このようにして、混合燃料の分離を改善すると共に、燃料ポンプを利用して、エンジンに噴射する燃料を加圧することが可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、燃料燃焼式エンジン１１０のための燃料装置１００の一例を示す模式図である。限定されない例の一つとして、エンジン１１０は、推進装置の一部として自動車に搭載される内燃機関として構成され得る。しかしながら、エンジン１１０は、他のエンジン種別を含む場合があり、他の適切な用途のために構成される場合もある。この特定の例においてエンジン１１０は、四つの気筒（又は燃焼室）１１２、１１４、１１６及び１１８を含み得る。他の例において、エンジン１１０は、適切であれば如何なる数の気筒も含む場合がある。エンジン１１０は、図２及び図３を参照して、後で詳述される。

この例において、エンジン１１０の各気筒は、異なる組成を有する少なくとも二種類の燃料（エンジン１１０の運転状態に応じて、これら二種類の燃料の相対量は変化する）を受ける。すなわち、エンジン１１０の各気筒は、第一燃料レール組立体１３０を介して第一燃料１７０を受け、第二燃料レール組立体１６０を介して第二燃料１８０を受ける。一例として、エンジン１１０に供給される第一燃料１７０は、エンジン１１０に供給される第二燃料１８０よりも高濃度の第一成分を少なくとも含み得る。同様に、第二燃料１８０は、第一燃料１７０よりも高濃度の第二成分を少なくとも含み得る。例えば、第一燃料レール組立体１３０を介してエンジン１１０に供給される第一燃料１７０は、第二燃料レール組立体１６０を介してエンジン１１０に供給される第二燃料１８０よりも、高濃度の炭化水素成分（ガソリンやディーゼル燃料など）を含み、その一方で、第二燃料１８０は、第一燃料１７０よりも、高濃度のアルコール成分（エタノールやメタノールなど）を含む場合がある。図８乃至図１０を参照して後で詳述されるように、エンジン１１０に供給されるこれら二つの燃料の相対量は、エンジン１１０の運転状態に応じて、制御装置１９０によって変化させられ得る。

これら第一燃料１７０及び第二燃料１８０は、エンジン１１０に供給される前に、自動車内に貯蔵された混合燃料１２１から分離され得る。混合燃料１２１は、補給操作によって、１０２に示すように、燃料通路１０４を介して燃料タンク１２０に供給され得る。混合燃料１２１は、適切であれば如何なる炭化水素成分とアルコール成分との混合物も含み得る。例えば、混合燃料は、Ｅ１０（体積比でエタノール約１０％とガソリン約９０％との混合物）、Ｅ８５（体積比でエタノール約８５％とガソリン約１５％との混合物）、Ｍ１０（体積比でメタノール約１０％とガソリン約９０％との混合物）、Ｍ８５（体積比でメタノール約８５％とガソリン約１５％との混合物）、ガソリンとメタノールとエタノールとの混合物、或いは、アルコールとガソリンとの他の混合物を含む場合がある。更に、上述の例に関して、ガソリンはディーゼル燃料によって置換される場合があり、或いは、混合燃料は炭化水素燃料の二つ以上及びアルコール燃料を含む場合もある。更に加えて、例の幾つかにおいて、混合燃料は、アルコール及び／又は炭化水素に水を加えた混合物を含み得る。制御装置１９０は、燃料センサ１２３を介して、混合燃料１２１の組成（アルコール濃度、炭化水素濃度などを含む）を示す指標を受ける場合がある。制御装置１９０はまた、燃料レベル・センサ１２５を介して、燃料タンク１２０内における混合燃料の貯蔵量の指標を受ける場合もある。

混合燃料は、燃料タンク１２０から、燃料通路１２４を介して、第一燃料レール組立体１３０に供給され得る。燃料通路１２４は、一つ又は複数の中間燃料ポンプを含み得る。この特定の例においては、燃料通路１２４は、低圧ポンプ１２２と高圧ポンプ１２６とを含む。エンジン１１０の作動時には、制御装置１９０は、圧力センサ１３６から受信したフィードバック信号に応じて、低圧ポンプ１２２及び／又は高圧ポンプ１２６の動作を調整し、適切であれば如何なる圧力及び／又は流量にて、混合燃料１２１を第一燃料レール組立体１３０に供給し得る。一例として、第一燃料レール組立体１３０に供給される混合燃料１２１の圧力は、０．４ＭＰａ（４バール）と２０ＭＰａ（２００バール）の間で調整可能である。しかしながら、他の噴射圧力が用いられる場合もある。例の幾つかにおいて、低圧ポンプ１２２は電気モータによって駆動され、それによって制御装置１９０は、自動車に搭載された電力源（不図示）からポンプ・モータに供給される電力量を変更することによって、低圧ポンプ１２２によるポンプ仕事のレベルを調整する場合がある。例の幾つかにおいて、高圧ポンプ１２６は、例えばエンジン１１０のクランクシャフト又はカムシャフトを介して、エンジンの機械的出力１０８によって、直接的に駆動される場合がある。制御装置１９０は、各ポンプ・ストロークの有効体積を変更することによって、高圧ポンプ１２６によるポンプ仕事のレベルを調整し得る。図１では低圧ポンプ１２２及び高圧ポンプ１２６が独立して設けられているものの、他の例においては、単一のポンプが、混合燃料１２１を第一燃料レール組立体１３０に供給するように設けられる場合がある。ここに更に詳述するように、一つ又は複数の燃料ポンプは、排気ガス中の酸素量、標高、及び／又は、湿度に基づいて、分離圧力と共に、エンジン１１０に供給される燃料の圧力を変更するように調整され得る。このようにして、燃料の分離速度は、例えば、運転状態に応じて調整され得る。

この例において、第一燃料レール組立体１３０は、第一領域１３３及び第二領域１３５を有する内部空間を形成する燃料レール筐体１３２を含む。第一領域１３３は、燃料通路１２４から混合燃料１２１を最初に受け入れる。すなわち、燃料レール筐体１３２には、混合燃料を第一領域１３３に吸入させる燃料吸入口（図５の符号５２０参照）が設けられている。燃料レール筐体１３２内には、第一領域１３３と第二領域１３５とを分離する燃料分離膜エレメント１３４が配設され得る。この燃料分離膜エレメント１３４は、混合燃料の少なくとも第一成分を、混合燃料の少なくとも第二成分より高い透過率にて、第一領域１３３から第二領域１３５に透過させる選択的透過膜を含み得る。

限定されない例の一つとして、燃料分離膜エレメント１３４は、混合燃料の少なくともアルコール成分を、第一領域１３３から第二領域１３５に透過するのを許容するように構成される場合がある。しかしながら、例の幾つかにおいて、燃料分離膜エレメント１３４はまた、アルコール成分よりも実質的に低速にて、混合燃料の炭化水素成分が透過するのを許容するように構成される場合がある。「透過燃料」という用語は、本明細書においては、燃料分離膜エレメント１３４を透過して第二領域１３５に流入する燃料成分を意味し得る。このようにして、燃料分離膜エレメント１３４は、燃料分離機能を提供し、それによって、透過燃料は、一部は燃料分離膜エレメント１３４の選択性によって、当初の混合燃料１２１よりも高濃度のアルコール成分及び低濃度の炭化水素成分を含み得る。

例の幾つかにおいて、透過燃料の透過は、浸透気化（pervaporation ）と呼ばれることもある処理を利用し得る。浸透気化は、燃料分離膜エレメント１３４における燃料の透過と、燃料分離膜エレメント１３４における第二領域１３５との境界面からの透過燃料の蒸発との組合せを含み得る。図４を参照すると、第一成分４２０（例えばアルコール成分）は、燃料分離膜エレメント１３４における第一領域１３３との境界面における吸着作用によって、燃料分離膜エレメント１３４を透過し、燃料分離膜エレメント１３４における第二領域１３５との境界面において気相状態に移行して第一成分４２０の脱着が行われ、その後最終的に、燃料分離膜エレメント１３４を透過した第一成分４２０の拡散が行なわれ得る。このように、第一領域１３３は液相状態にある第一成分４２０及び第二成分４３０を含む混合燃料（例えば混合燃料１２１）を受け、第一成分４２０（例えばエタノール又はメタノールのようなアルコール）は燃料分離膜エレメント１３４を透過し、そして、第二領域１３５は気相状態にある第一成分４２０を最初に受ける場合がある。第二成分４３０（例えば炭化水素成分）は、燃料分離膜エレメントによって、第一領域１３３内に保持され得る。しかしながら、燃料分離膜エレメント１３４の幾つかは、燃料分離機能を提供しつつ、少なくとも幾らかの炭化水素成分が第二領域１３５に透過するのを許容し得ることを理解すべきである。

図４は、燃料分離膜エレメント１３４が、選択的透過膜コーティング４４０をどのように含んでいるのかを更に示し、その膜コーティング４４０は、膜エレメントの基材４５０上に支持された層を形成している。基材４５０は支持構造を形成し、それによって燃料分離膜エレメント１３４は、加圧された混合燃料１３３によって膜コーティング４４０の外面に加えられた圧縮力に抵抗することが可能となる。例の幾つかにおいて、膜コーティング４４０は、基材４５０に比べて大きな可撓性を有する場合がある。

膜コーティング４４０は、ポリマー材、及び／又は、炭化水素成分よりも高い透過率にてアルコール成分の透過する上で適切であれば如何なる材質も含み得る。例えば、膜コーティング４４０は、膜コーティング４４０の外層（例えば、燃料分離膜エレメント１３４における第一領域１３３との境界面）よりも優先する極性相互作用を有すると共に、極性及び無極性の両方を備えるポリエーテルスルホンを含む場合がある。その燃料分離膜エレメント１３４は、アルコールが、炭化水素よりも極めて大量に、膜コーティング４４０を透過するのを許容する。代案として、又は更に加えて、膜コーティング４４０は、混合燃料の炭化水素成分からアルコール成分を分離すべく、分子サイズによる排除及び／又は化学的な選択を利用するナノ濾過材質を含む場合がある。

基材４５０は、透過燃料を受ける第二領域１３５を規定する硬質多孔質管を形成し得る。限定されない一例として、基材４５０は、ジルコニア・セラミック材、或いは、混合燃料の少なくともアルコール成分が第一領域１３３から第二領域１３５に通過するのを許容する気孔４６０を有する、他の適切な材質を備える場合がある。セラミック材は、圧縮状態に対して比較的強く、そして、比較的耐熱性があるので、基材４５０として用いられ得る。高圧の混合燃料を、膜コーティング４４０及びセラミック製の基材４５０を含む燃料分離膜エレメント１３４の外側（図面の上側）に供給することによって、セラミック製の基材４５０は有利に圧力を受け、より大きな可撓性を有する膜コーティング４４０を支持し得る。

燃料分離膜エレメント１３４を透過した混合燃料の特定成分の移送速度は、燃料分離膜エレメント１３４前後での圧力勾配（例えば、第一領域１３３と第二領域１３５との間の差圧）、膜コーティング４４０及び混合燃料の温度、及び、燃料分離膜エレメント１３４前後（例えば、第一領域１３３と第二領域１３５との間）での透過燃料成分の濃度勾配を含む、種々の要因に応じて変更され得る。燃料分離膜エレメント１３４前後での圧力勾配を増加することによって、第一燃料レール組立体１３０の温度、燃料分離膜エレメント１３４前後での濃度勾配、及び／又は、混合燃料の分離速度は、増大される場合がある。その反対に、燃料分離膜エレメント１３４前後での圧力勾配を減少することによって、第一燃料レール組立体１３０の温度、燃料分離膜エレメント１３４前後での濃度勾配、及び／又は、混合燃料の分離速度は、低減される場合もある。

このように、例の幾つかにおいて、制御装置１９０は、混合燃料からの透過燃料（例えばアルコール成分）の分離速度を調整すべく、燃料分離膜エレメント１３４前後での圧力勾配を変更し得る。例えば、制御装置１９０は、低圧ポンプ１２２及び／又は高圧ポンプ１２６によって提供されるポンプ仕事の量を各々増加又は減少することによって、第一燃料レール組立体１３０の第一領域１３３に供給される混合燃料の圧力を増大又は低減し得る。代案として、又は更に加えて、制御装置１９０は、後述の蒸気圧縮器１４２によって提供されるポンプ仕事の量を各々増加又は減少することによって、第一燃料レール組立体１３０の第二領域１３５内の圧力を低減又は増大し得る。例の幾つかにおいて、蒸気圧縮器１４２は、第二領域１３５を減圧することによって、圧縮装置１４０によって圧縮されるまで、透過燃料を気相状態に維持する場合がある。蒸気圧縮器１４２の動作の調整はまた、第二領域１３５からの透過燃料の取出し速度を調整し、これは燃料分離膜エレメント１３４前後での濃度勾配に影響を及ぼし得る。

燃料分離膜エレメント１３４を第一燃料レール組立体１３０に設けることは、幾つかの利点を提供する。第一に、低圧ポンプ１２２及び／又は高圧ポンプ１２６を介して第一燃料レール組立体１３０に供給される混合燃料の圧力は、混合燃料におけるアルコール成分が燃料分離膜エレメント１３４を透過するのを促進するように設定され得る。従って、燃料分離処理及び燃料噴射装置のために、別個の燃料ポンプを必要とすることがない。第二に、第一燃料レール組立体１３０は、適切な位置に、及び／又は、エンジン１１０に近接して配置されることによって、燃焼プロセスによって発生した熱を受ける場合がある。エンジン１１０のシリンダ・ヘッド近傍の第一燃料レール組立体１３０の温度は、外気温度よりも実質的に高く、例えば、シリンダ・ヘッド近傍の温度は約１２７℃（約４００Ｋ）となり得る。このようにして、混合燃料におけるアルコール成分と炭化水素成分との分離を促進するために、別個の燃料ヒータが必要とされることがない。第三に、燃料分離膜エレメント１３４を有する第一燃料レール組立体１３０は、エンジン１１０のパッケージングの見地から見て、更に小型の燃料分離装置を提供し得る。

浸透気化処理のために、透過燃料は、燃料分離膜エレメント１３４における第二領域１３５との境界面から蒸発し、蒸気を形成し得る。蒸気通路１３８を介して第二領域１３５と流体的に連通された圧縮装置１４０が、第一燃料レール組立体１３０の第二領域１３５からの透過燃料の蒸気取り出しを促進するように設けられ、透過燃料の蒸気を圧縮して液層状態に移行させて、その後最終的には、第二燃料レール組立体１６０を介してエンジン１１０に供給する場合がある。代替実施形態において、透過燃料の蒸気は、気相状態のままでエンジン１１０の吸気マニフォールドに供給し、その後気筒内に吸入して燃焼させ得ることに留意すべきである。燃料分離と気筒への蒸気供給とを更に改善すべく、マニフォールド内は更に減圧される場合がある。

例の一つにおいて、圧縮装置１４０は、蒸気圧縮器１４２及び熱交換器１４６を含む。蒸気圧縮器１４２は、クランクシャフト又はカムシャフトを介して、エンジン１１０からの機械的入力１４３によって駆動され得る。或いは、蒸気圧縮器１４２は、車載電源（例えばバッテリ又はオルタネータ）から電力供給された電気モータによって駆動される場合がある。熱交換器１４６は、透過燃料の蒸気から熱を取り出して、その透過燃料を圧縮することで液層状態に移行するように作動され、その液相状態の透過燃料１５１は透過燃料タンク１５０において収集（貯蔵）され得る。熱交換器１４６は、透過燃料から熱を取り出すのに適切であれば如何なる作動流体（外気、エンジン冷却液、又は、適切であれば如何なる冷却液も含む）も利用し得るように構成される。例の幾つかにおいて、制御装置１９０は、作動流体の温度及び／又は流量を増減することによって、透過燃料から取り出される熱の量を調整する場合がある。熱交換器１４６及び／又は蒸気圧縮器１４２は、例えば、分離量、分離前及び／又は分離後のアルコール濃度、エンジン運転状態、排気中の空燃比、排気中の酸素含有量等に応じて、調整され得る。

例の幾つかにおいて、蒸気通路１３８は、制御装置１９０によって開閉され、透過燃料が第二領域１３５から取り出される速度を変更するバルブを含む場合がある。一例として、制御装置１９０は、透過燃料タンク１５０における透過燃料の圧縮を低減すると共に、燃料の分離速度を低減すべく、バルブを閉じる場合がある。このようにして、制御装置１９０は、第二燃料レール組立体１６０を介してエンジン１１０に供給し得る透過燃料の量を調節し得る。

透過燃料タンク１５０は、圧縮された透過燃料１５１の組成を示す指標を供給する燃料センサ１５３を含み得る。例えば、燃料センサ１５３は、透過燃料１５１のアルコール濃度を示す指標を、制御装置１９０に供給する場合がある。透過燃料タンク１５０はまた、透過燃料タンク１５０内に貯蔵された透過燃料１５１の量の指標を供給すべく、燃料レベル・センサ１５５を含み得る。例の幾つかにおいて、制御装置１９０は、透過燃料タンク１５０内に貯蔵された透過燃料１５１の量及び／又は濃度に応じて、第一燃料レール組立体１３０での分離速度を調整する場合がある。例えば、透過燃料タンク１５０内に貯蔵された透過燃料の量が閾値を下回るならば、制御装置１９０は、透過燃料の分離速度を増大する場合がある。その反対に、透過燃料タンク１５０内に貯蔵された透過燃料の量が閾値を上回るならば、制御装置１９０は、透過燃料の分離速度を低減する、或いは、透過燃料の分離を中止する場合もある。更に、制御装置１９０はまた、分離速度に応じて、圧縮装置１４０によって生成される圧縮速度を増減し得る。

透過燃料１５１は、一つ又は複数の燃料ポンプによって、燃料通路１５６を介して第二燃料レール組立体１６０に供給され得る。例えば、低圧ポンプ１５７は、電気モータによって駆動される一方で、高圧ポンプ１５８は、エンジン１１０の機械的出力１０８によって、直接的に駆動される場合がある。しかしながら、例の幾つかにおいて、燃料通路１５６は、一つのみの燃料ポンプを含む場合もある。

図１は、燃料タンク１２０及び透過燃料タンク１５０が、タンク空間内に存在する燃料蒸気をパージする蒸気通路１２７及び１５２をどのように含んでいるのかを更に示す。蒸気通路１２７及び１５２は、図３に詳述するようにバルブ１５４を介して、エンジン１１０の吸気通路に連通し得る。制御装置１９０は、バルブ１５４の位置を調整し、エンジン１１０に供給される燃料蒸気の流量を増減し得る。例の幾つかにおいて、蒸気通路１２７及び１５２は、更に別のバルブを介して、エンジン１１０の吸気通路に連通する場合がある。

図１は、第一燃料レール組立体１３０に流入する混合燃料が燃料タンク１２０に還流されない構成を示しているものの、他の例においては、燃料分離膜エレメント１３４によって保持されたアルコール濃度の低い燃料は、燃料タンク１２０に還流され得る。例えば、燃料分離膜エレメント１３４によるアルコール分離が、アルコールが除去された燃料のエンジン１１０への噴射量に比べて急速に行なわれる場合、アルコールが除去された燃料の少なくとも一部は、還流通路（不図示）を介して、燃料タンク１２０に還流される場合がある。

ここで図２を参照すると、エンジン１１０用の吸気及び排気装置の一例の模式図が示されている。吸気が、吸気マニフォールド２１０を介してエンジン１１０に供給され、燃焼生成物は、排気マニフォールド２２０を介してエンジン１１０から排出され得る。吸気は、吸気スロットル２１２を介して吸気マニフォールド２１０に供給され、排気マニフォールド２２０に供給された排気ガスは排気触媒２２２によって処理され得る。ブースト装置（例えばターボ過給機２３０）が設けられ、そのブースト装置は、吸気をブーストして吸気マニフォールドに供給するように構成されたコンプレッサ２３２と、エンジン１１０から排出された排気ガスから排気エネルギーを取り出すように構成された排気ガス作動式のタービン２３４とを備える場合がある。タービン２３４は、シャフト２３６を介して、コンプレッサ２３２に回転可能に連結され得る。他の例においては、タービン２３４が省略される一方で、コンプレッサ２３２は、エンジン１１０又は電気モータによって駆動され得ることに留意すべきである。エンジン１１０の所定運転状態において、吸気がコンプレッサ２３２をバイパスするのを許容すべく、コンプレッサ・バイパス・バルブ２１４が設けられ得る。同様に、エンジンの所定運転状態において、排気ガスがタービン２３４をバイパスするのを許容すべく、タービン・バイパス・バルブ２２４が設けられ得る。制御装置１９０は、コンプレッサ・バイパス・バルブ２１４及びタービン・バイパス・バルブ２２４の位置を調整し、コンプレッサ２３２及び／又はタービン２３４を各々バイパスさせる場合がある。

図３は、気筒に連結された吸気通路及び排気通路と共に、エンジン１１０の気筒の一例を示す模式図である。図３に示す実施形態において、気筒（又は燃焼室）３３０は、二つの異なる燃料をそれぞれ噴射するインジェクタ３６６及び３６７を介して、二つの異なる燃料を受ける場合がある。気筒３３０は、図１にて前述した気筒１１２、１１４、１１６、及び１１８の何れかであり得る。

一例として、インジェクタ３６６は、図１において１７０にて示すように、第一燃料を気筒内に供給する一方で、インジェクタ３６７は、図１において１８０にて示すように、第二燃料を気筒内に供給する場合がある。従って、インジェクタ３６６は、第一燃料レール組立体１３０の第一領域１３３に流体的に連通され、インジェクタ３６７は、第二燃料レール組立体１６０に流体的に連通され得る。それ故、限定されない一例として、インジェクタ３６７は、当初の混合燃料よりも高濃度のアルコールを含む透過燃料を気筒３３０内に供給し、インジェクタ３６６は、燃料分離膜エレメント１３４によって第一燃料レール組立体１３０の第一領域１３３内に保持された混合燃料の一部を気筒３３０内に供給し得る。従って、インジェクタ３６６は、インジェクタ３６７によって供給される燃料よりも高濃度の炭化水素と低濃度のアルコールとを有する燃料を供給し得る。

インジェクタ３６６及び３６７によって供給される二つの異なる燃料の相対量を調整することによって、透過燃料のアルコール成分により生成される給気冷却特性の増加を利用して、それによってノッキングが発生する可能性を低減することが可能になる。この現象は、圧縮比増加や、ブースト装置及び／又はエンジン１１０のダウンサイジングと組み合わせされ、エンジン１１０のノッキング限界を低減することによって、燃料経済性及び／又はエンジン性能の大幅な増加という利点を得るように使用され得る。図８乃至図１０を参照して後で詳述するように、エンジン１１０に供給されるアルコール濃度の高い透過燃料の量は、エンジン１１０のノッキングを低減するように増大され得る。

図３は、インジェクタ３６６及び３６７の両方が、エンジン１１０の各気筒について、気筒内への直噴インジェクタとして構成された一例を示しているものの、他の例においては、インジェクタ３６６及び３６７の少なくとも一つはポート・インジェクタとして、その残りは直噴インジェクタとして構成され得る。例えば、インジェクタ３６６はエンジン１１０の吸気通路内に配置され、インジェクタ３６７は気筒内インジェクタとして配置される場合がある。

エンジン１１０の気筒３３０は、少なくとも部分的に燃焼室壁３３２によって、更にその中に配置されたピストン３３６によって規定される。ピストン３３６はクランクシャフト３４０に連結され得る。スタータ・モータ（不図示）は、フライホイール（不図示）を介して、クランクシャフト３４０に連結され得る。或いは、直接的なエンジン始動が使用される場合がある。特定の例において、ピストン３３６は、必要に応じて混合気の層状給気を形成するのを促進すべく、凹部又は椀部（不図示）を含む場合がある。しかしながら、代替実施形態において、上面が平坦なピストンが使用される場合もある。

気筒３３０が、各々吸気バルブ３５２及び排気バルブ３５４を介して、吸気マニフォールド２１０及び排気マニフォールド２２０と連通しているのが示される。エンジン１１０の各々の気筒３３０は、二つ以上の吸気バルブ及び／又は二つ以上の排気バルブを含み得ることに留意すべきである。気筒３３０においては、ピストン３３６が最下点にあるときの容積の、ピストン３３６が最上点にあるときの容積に対する比率である圧縮比が設定されている。例の一つにおいて、この圧縮比は、略９：１であり得る。しかしながら、異なる燃料が使用される例の幾つかにおいて、圧縮比は増大される場合がある。例えば、圧縮比は、１０：１乃至１１：１、１１：１乃至１２：１、或いは、それよりも大きな値であり得る。

インジェクタ３６６が、電気ドライバ３６８を介して制御装置１９０から受ける信号ＦＰＷのパルス幅に比例した燃料を、気筒３３０内に直接的に噴射すべく、気筒３３０に直接的に連結されているのが示される。インジェクタ３６６は、図３では気筒３３０の側壁に配置するサイド・インジェクタとして示しているが、ピストン３３６の上方（例えば、点火プラグ３９８近傍位置）に配置される場合もある。或いは、インジェクタ３６６は、ミキシングを改善するために、吸気バルブ３５２の上方で且つ吸気バルブ３５２近傍に配置される場合がある。燃料はまた、インジェクタ３６７を介して、気筒３３０内に供給され得る。インジェクタ３６７が、電気ドライバ３６９を介して制御装置１９０から受ける信号ＦＰＷのパルス幅に比例した燃料を、気筒３３０内に直接的に噴射すべく、気筒３３０に直接的に連結されているのが示される。インジェクタ３６７は、図３ではサイド・インジェクタとして示しているが、ピストン３３６の上方（例えば、点火プラグ３９８近傍位置）に配置される場合もある。或いは、インジェクタ３６７は、ミキシングを改善するために、吸気バルブ３５２の上方で且つ吸気バルブ３５２近傍に配置される場合がある。そのような配置は、低揮発性のアルコール・ベース燃料の幾つかによって、ミキシングと燃焼とを改善し得る。

吸気マニフォールド２１０が、吸気スロットル（スロットル板）２１２を介してスロットル・ボディ３４２と連通しているのが示される。この特定の例において、スロットル板２１２は、変位可能となるように電気モータ３６２に連結され、楕円形状のスロットル板２１２の位置が電気モータ３６２を介して制御装置１９０によって制御され得る。この構成は、電子スロットル制御（ＥＴＣ）と呼ばれ、例えばアイドル速度制御にも使用され得る。代替実施形態（不図示）においては、バイパス空気通路がスロットル板２１２と並列に配置され、アイドル速度制御の間、その空気通路内に配設されたアイドル制御バイパス・バルブを介して吸気流量が制御される場合がある。

排気ガス・センサ３２６が、排気マニフォールド２２０の触媒コンバータ２２２の上流の位置において結合されている。排気ガス・センサ３２６は、リニア酸素センサ、汎用排気ガス酸素（ＵＥＧＯ）センサ、二状態酸素センサ、排気ガス酸素（ＥＧＯ）センサ、ヒーター付排気ガス酸素（ＨＥＧＯ）センサ、ＨＣセンサ、或いは、ＣＯセンサを含む、排気ガスの空燃比の指標を供給するための適切なセンサを含み得る。この具体的な例において、排気ガス・センサ３２６は、制御装置１９０に信号ＥＧＯを供給する二状態酸素センサであり、制御装置１９０は信号ＥＧＯを二状態信号ＥＧＯＳに変換する。信号ＥＧＯＳの高電圧状態が、排気ガスが化学量論的（理論空燃比：ストイキ）よりもリッチにあることを示し、信号ＥＧＯＳの低電圧状態が、排気ガスが化学量論的（ストイキ）よりもリーンにあることを示す。信号ＥＧＯＳは、化学量論的均質運転モード中の、平均空燃比をストイキに維持すべく空燃比フィードバック制御しているときに使用され得る。或いは、排気ガス・センサ３２６は、制御装置１９０にフィードバック制御を提供し得て、所定比率の第一燃料及び第二燃料をエンジン１１０に供給するのを可能とする。

ディストリビュータレスの点火装置３８８が、制御装置１９０からの点火進角信号ＳＡに応答して、点火プラグ３９８を介して、気筒３３０内に点火火花を供給し得る。制御装置１９０は、噴射タイミング、噴射量、噴霧パターンなどを調節することにより、気筒３３０を、均質混合気モード及び層状混合気モードを含む種々の燃焼モードで作動するよう構成され得る。制御装置１９０は、気筒３３０内の均質な混合気、層状の混合気、或いは、均質と層状との混成の混合気が、ストイキ、ストイキよりも燃料リッチな値、或いは、ストイキよりも燃料リーンな値になるように、インジェクタ３６６及び３６７によって供給される燃料の量を独立して制御し得る。

図１を参照して前述したように、複数の気筒３３０（燃焼室）を含むエンジン１１０は、制御装置１９０によって制御され得る。一例として、制御装置１９０は、電子エンジン制御器として構成され得る。その制御装置１９０は、マイクロプロセッサ・ユニット３０２、入出力ポート３０４、この具体的な例においてリード・オンリー・メモリ（ＲＯＭ）チップ３０６として示される実行可能プログラム及び較正値用の電子記憶媒体、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）３０８、キープ・アライブ・メモリ（ＫＡＭ）３１０、及び、それらを通信させるデータ・バスを含む、マイクロ・コンピュータを備える場合がある。制御装置１９０は、前述した信号に加えて、スロットル・ボディ３４２に結合された質量空気流量センサ３２０からの吸気された質量空気流量の測定値（ＭＡＦ）、冷却スリーブ３１４に結合された温度センサ３１３からのエンジン冷媒温度（ＥＣＴ）、クランクシャフト３４０に結合されたホール効果センサ３１８からのプロファイル点火ピックアップ信号（ＰＩＰ）、スロットル位置センサ３２１からのスロットル位置ＴＰ、センサ３２２からのマニフォールド絶対圧信号（ＭＡＰ）、ノック・センサ３９６からのエンジン・ノッキング指標、及び、ペダル３９０を介してペダル位置センサ３９４によって検出されるような自動車運転者３９２からの要求エンジン・トルクの指標を含む、エンジン１１０に結合されたセンサからの種々の信号を受けているのが示される。エンジン速度信号ＲＰＭが、制御装置１９０によって、信号ＰＩＰから従来の方法で生成される。マニフォールド圧センサからのマニフォールド圧信号ＭＡＰが吸気マニフォールド内の真空度（又は圧力）の指標を提供し得る。ストイキ運転の間、このセンサはエンジン負荷の指標を与えることが出来る。さらに、このセンサはエンジン速度に加えて、気筒内に導かれる、空気を含む給気量の推定値を提供し得る。例の一つにおいて、エンジン速度センサとしても使用されるセンサ３１８は、クランクシャフトの回転毎に所定数の等間隔のパルスを生成する。

図３の説明を続けると、吸気バルブ３５２及び排気バルブ３５４の動作を制御する可変カムシャフト・タイミング装置が示されている。例えば、カムシャフト３５１は、吸気バルブ３５２の開閉タイミングを制御する場合がある。カム・タイミング・センサ３５５は、吸気バルブ・タイミングの指標を制御装置１９０に供給し得る。カムシャフト３５３は、排気バルブ３５４の開閉タイミングを制御する場合もある。カム・タイミング・センサ３５７は、排気バルブ・タイミングの指標を制御装置１９０に供給し得る。例の幾つかにおいて、バルブ・タイミングは、可変カム・タイミング装置によって調整され、その可変カム・タイミング装置が、エンジンのカムシャフトとクランクシャフトと間の回転関係を変更する場合がある。このようにして、吸気バルブ・タイミング及び／又は排気バルブ・タイミングは、ピストン３３６の位置に対して調整され得る。更に、例の幾つかにおいて、制御装置がバルブ・タイミング及び／又はリフト量を変更するのを可能にするため、カム・プロフィール切換えが使用される場合がある。更に加えて、代替実施形態において、吸気バルブ３５２及び／又は排気バルブ３５４は、電磁式バルブ・アクチュエータによって制御される場合もある。

ここで図５を参照すると、燃料レール組立体５００の限定されない例が示されている。燃料レール組立体５００は、図１を参照して前述された第一燃料レール組立体１３０に対応する。燃料レール組立体５００は、燃料レール筐体５１０を含み、この燃料レール筐体５１０の内部空間に、混合燃料を受けるための混合燃料受け領域５７０が規定されている。燃料レール組立体５００の混合燃料受け領域５７０は、第一燃料レール組立体１３０の第一領域１３３に対応する。この例において、燃料レール筐体５１０は、燃料レール壁５０８とエンド・キャップ５５０及び５６０とを含む。しかしながら、他の例において、エンド・キャップ５５０及び５６０は、燃料レール壁５０８と一体的に形成される場合がある。エンド・キャップ５５０及び５６０は、燃料分離膜エレメント５８２及びその燃料分離膜エレメント５８２内側の支持構造の端部を支持する機能と共に、燃料レール組立体５００の端部のプラグをシールする機能も果たし得る。

燃料レール筐体５１０は、矢印５４２にて示すように、混合燃料を混合燃料受け領域５７０に供給するのに使用される燃料吸入口５２０を更に含む。燃料レール筐体５１０は、矢印５４４にて示すように、混合燃料受け領域５７０から混合燃料を燃料レール筐体５１０の外部に排出（供給）するために使用される一つ又は複数の燃料排出口５３０を更に含み得る。この特定の例において、燃料排出口５３０は、インジェクタ５３２の燃料受け側の端部に流体的に連通されているのが示される。インジェクタ５３２は、燃料を、エンジン１１０の少なくとも一つの気筒内に供給し得る。例えば、インジェクタ５３２は、図３に示すインジェクタ３６６に対応し得る。他の例において、燃料排出口５３０は、燃料を、エンジン１１０の二つ以上の気筒内に供給し得る。例えば、実質的に同一組成の燃料がインジェクタに供給されるように、複数のインジェクタは、燃料レール筐体５１０の単一の燃料排出口５３０から燃料を受ける場合がある。

インジェクタ５３２は、ポート・インジェクタ、或いは、例えば図３に示すように直噴インジェクタとして構成され得る。この例においては一つのみの燃料排出口５３０が示されているものの、第一燃料レール組立体１３０が、各々がインジェクタ５３２に流体的に連通された二つ以上の燃料排出口５３０を含み得ることを理解すべきである。例えば、図１に示すように、第一燃料レール組立体１３０は少なくとも四つの燃料排出口を含み、各々の燃料排出口は、インジェクタを介してエンジン１１０の異なる気筒内に燃料を供給する場合がある。このように、例の幾つかにおいて、第一燃料レール組立体１３０は、エンジン１１０の気筒と同数の燃料排出口を含み得る。しかしながら、エンジン１１０が、例えばツイン・バンク型Ｖ−８エンジンであるために、異なるバンクの気筒内に燃料を供給すべく、二つの第一燃料レール組立体１３０を含む場合、各第一燃料レール組立体１３０は、第一燃料レール組立体１３０が燃料を供給する気筒の数と同数の燃料排出口を含み得る。

図５に示す燃料分離膜エレメント５８２は、図１及び図４を参照して前述された燃料分離膜エレメント１３４に対応し得る。この特定の例において、燃料分離領域５７２は、燃料分離膜エレメント５８２によって部分的に規定され、エンド・キャップ５５０及び５６０によって更に規定される。エンド・キャップ５５０は、透過燃料が、矢印５９０に示すように、燃料レール組立体５００の燃料分離領域５７２から燃料レール筐体５１０の外部に排出（供給）するための開口又は孔（つまり透過燃料排出口）を更に含む。例えば、図１に示すように、透過燃料は蒸気通路１３８を介して第二領域１３５から取り出される。また、図１に示すように、燃料は燃料通路１２４を介して燃料吸入口５２０に供給される。

例の幾つかにおいて、燃料分離膜エレメント５８２は、燃料分離膜エレメント５８２の長手方向に沿って所定間隔をおいて配置された一つ又は複数の支持部材５９８によって、燃料レール筐体５１０内の位置に支持又は保持され得る。燃料分離膜エレメント５８２の外面に示された支持部材５９８は、図４を参照して記述された基材４５０に対応する。しかしながら、例の幾つかにおいて、支持部材５９８は、燃料分離膜エレメント５８２の基材と一体的に形成される場合がある。支持部材５９８の断面図の一例は、図７に示されている。

図６は、燃料レール組立体５００の代替実施形態としての、燃料レール組立体６００を示す。この特定の例において、燃料レール組立体６００は、透過燃料を受ける燃料分離領域６７２、６７４及び６７６を各々形成する複数の燃料分離膜エレメント６８２、６８４及び６８６を含む。燃料分離領域６７２、６７４及び６７６は、三つ合わせて、図１に示す第二領域１３５に対応し得る。この例においては、独立した複数の燃料分離膜エレメント６８２、６８４及び６８６を備えているのが示されるものの、これらの燃料分離膜エレメント６８２、６８４及び６８６は、一つの燃料分離膜エレメント装置を形成して、例の幾つかにおいて、共通の支持構造によって、燃料レール組立体６００の内部に支持され得ることを理解すべきである。

燃料レール組立体６００は、燃料レール筐体５１０と同様の燃料レール筐体６１０を備えている。この燃料レール筐体６１０は、矢印６４２にて示すように、混合燃料を混合燃料受け領域６７０に吸入させるための少なくとも一つの燃料吸入口６２０と、矢印６４４にて示すように、混合燃料受け領域６７０混合燃料を燃料レール筐体６１０の外部に排出（供給）するための少なくとも一つの燃料排出口６３０とを有している。燃料排出口６３０は、エンジン１１０の少なくとも一つの気筒内に燃料を供給するために、インジェクタ６３２の燃料受け側の端部と流体的に連通され得る。燃料レール組立体６００は、燃料レール組立体６００によって燃料が供給される各気筒と同数の燃料排出口６３０を含み得ることに留意すべきである。インジェクタ６３２は、図３に示すインジェクタ３６６に対応し得る。

燃料レール組立体６００における混合燃料受け領域６７０は、燃料レール筐体６１０によって、少なくとも部分的に規定される。混合燃料受け領域６７０は、図１に示す第一領域１３３に対応し得る。この例において、燃料レール筐体６１０は、燃料レール壁６０８とエンド・キャップ６５０及び６５２とを含む。燃料レール組立体６００は、エンド・キャップを有する燃料レール筐体６１０を備えて示されているものの、他の例において、エンド・キャップ６５０及び６５２は、燃料レール壁６０８と一体的に形成され得ることに留意すべきである。このようにして、燃料レール筐体６１０は、製造のし易さを目的として、一つ又は複数の部品を備える場合がある。

図６に示すように、燃料レール組立体６００は、二つ以上の独立した燃料分離領域６７２、６７４及び６７６を規定する二つ以上の燃料分離膜エレメント６８２、６８４及び６８６を含み得る。例えば、この例における燃料レール組立体６００は、燃料分離領域６７２を規定する第一燃料分離膜エレメント６８２、燃料分離領域６７４を規定する第二燃料分離膜エレメント６８４、及び、燃料分離領域６７６を規定する第三燃料分離膜エレメント６８６を含む。このようにして、この例において、燃料レール組立体６００は、独立した三つの燃料分離膜エレメント６８２、６８４及び６８６を含む。例の幾つかにおいて、三つの燃料分離膜エレメント６８２、６８４及び６８６は、一つ又は複数の支持部材６９８によって、燃料レール筐体６１０内の位置に支持及び／又は保持され得る。支持部材６９８は、燃料分離膜エレメント６８２、６８４及び６８６の長手方向に沿って所定間隔をおいて配置され得る。図７は、支持部材６９８の断面図の一例を示す。

この例において、エンド・キャップ６５０は、各々矢印６９２、６９４及び６９６に示すように、燃料分離領域６７２、６７４、及び６７６から透過燃料を燃料レール筐体６１０の外部に排出（供給）するための複数の開口（つまり透過燃料排出口）を含む。これら開口は、各々が、共通の蒸気通路（例えば図１の蒸気通路１３８）と流体的に連通され得る。

図７（ａ）及び図７（ｂ）は、燃料レール筐体５１０、混合燃料受け領域５７０、燃料分離膜エレメント５８２、及び燃料分離領域５７２を含む燃料レール組立体５００の断面の一例を示す。図７（ａ）において、燃料レール壁５０８及び燃料分離膜エレメント５８２は各々、円形の断面形状を有する。しかしながら、他の例において、燃料レール壁５０８及び／又は燃料分離膜エレメント５８２は、適切であれば如何なる断面を有しても良い。図７（ｂ）は、燃料レール組立体５００の長手方向に沿って、図７（ａ）に示す断面とは異なる位置にて、支持部材５９８を横切る断面の一例を示す。図７（ｂ）は、支持部材５９８が、燃料分離膜エレメント５８２と燃料レール壁５０８との間に配置されて、燃料が燃料レール組立体５００の長手方向に沿って流れるのを許容するために、複数の開口５７０をどのように配置しているのかを示す。図７（ｂ）に示すような支持部材５９８の形状は、単なる一例に過ぎず、他の適切な形状もまた使用され得ることを理解すべきである。

図７（ｃ）及び図７（ｄ）は、燃料レール組立体５００の断面について他の例を示す。燃料分離膜エレメント５８２の表面積を増加させることによって、混合燃料からの透過燃料への分離速度は増大され得る。従って、図７（ｃ）及び図７（ｄ）の例は、燃料分離膜エレメント５８２が、燃料分離膜エレメント５８２内に設けられた燃料分離領域５７２の内部体積に比べて、燃料分離膜エレメント５８２の表面積を増加し得る、複数の面及び／又は折り目をどのように含んでいるのかを示す。図７（ｄ）はまた、燃料レール組立体５００の長手方向に沿って、図７（ｃ）に示す断面とは異なる位置にて、支持部材５９８を横切る断面の一例を示す。図７（ｄ）は、支持部材５９８が、燃料分離膜エレメント５８２と燃料レール壁５０８との間に配置されて、燃料が燃料レール組立体５００の長手方向に沿って流れるのを許容するために、種々の開口５７０をどのように配置しているのかを示す。

図７（ｅ）及び図７（ｆ）は、燃料レール組立体６００の断面について更に別の例を示す。燃料レール組立体６００は、燃料分離膜エレメント６８２、６８４及び６８６によって規定された、複数の独立した複数の燃料分離領域（透過燃料受け領域）６７２、６７４及び６７６を含む。他の例における燃料レール組立体６００は、所定燃料分離速度を達成するのに適切であれば異なる数の燃料分離膜エレメント６８２、６８４、及び６８６を含み得ることに留意すべきである。独立した燃料分離領域６７２、６７４及び６７６を規定する燃料分離膜エレメント６８２、６８４及び６８６の数を増やすことによって、燃料分離領域６７２、６７４及び６７６の所定体積に対する、燃料分離膜エレメント６８２、６８４及び６８６の合計表面積が増大され、それによって透過燃料の分離速度が上昇し得る。更に、燃料分離膜エレメント６８２、６８４及び６８６として、断面積、外周、又は直径が比較的小さい管を利用することによって、燃料分離膜エレメント６８２、６８４及び６８６（管）に生じる応力が低減され、それによって肉厚低減が可能となり、透過速度を更に増大させ得る。燃料レール壁６０８は、燃料分離領域６７０を取り囲んでいるのが示される。燃料分離膜エレメント６８２、６８４及び６８６は、各々、燃料分離領域６７２、６７４及び６７６規定する円形の断面形状を有しているのが示される。燃料分離膜エレメント６８２、６８４及び６８６は、適切であれば他の形状を有する場合があることに留意すべきである。更に、例の幾つかにおいて、燃料分離膜エレメント６８２、６８４及び６８６の少なくとも一つ又は複数は、同じ燃料レール組立体６００における別の燃料分離膜エレメントと異なる形状を有する場合がある。図７（ｆ）は、燃料レール組立体６００の長手方向に沿って、図７（ｅ）に示す断面とは異なる位置にて、支持部材６９８を横切る断面の一例を示す。図７（ｆ）は、支持部材６９８が、燃料分離膜エレメント６８２、６８４及び６８６と燃料レール壁６０８との間に配置されて、燃料が燃料レール組立体６００の長手方向に沿って流れるのを許容するために、種々の開口６７０をどのように配置しているのかを示す。

図８は、エンジン１１０に供給される第一燃料と第二燃料との相対量を制御するルーチンの一例を表わすフローチャートである。ステップ８１０において、運転状態が特定され得る。一例として、制御装置１９０は、前述した一つ又は複数のセンサを用いて、エンジン１１０又はエンジン・システムに関連する運転状態を特定する場合がある。運転状態はとりわけ、エンジン速度、エンジン負荷、ブースト圧、エンジン温度、外気の温度及び気圧、排気温度、吸気バルブ・タイミング又は排気バルブ・タイミング、スロットル位置、自動車内に貯蔵された混合燃料の量及び組成、混合燃料から分離された透過燃料（分離燃料）の量及び組成、第一燃料レール組立体１３０内での混合燃料の圧力、第二燃料レール組立体１６０内での透過燃料の圧力、ノック・センサによって供給されるノッキングの指標、自動車／エンジンの運転者入力、排気触媒の状態、及び、燃料ポンプの状態の一つ又は複数を含み得る。

ステップ８２０において、エンジン１１０に供給される第一燃料と第二燃料との相対量が、ステップ８１０にて特定された運転状態に応じて選択され得る。一例として、制御装置１９０は、メモリに記憶された参照テーブル、マップ、又は、適切な燃料選択関数を参照する場合がある。マップの一例は図１０に示され、それは、種々の運転状態に応じて、エンジン１１０に供給されるガソリンとエタノールとの相対量を選択する。限定されない一例として、混合燃料から分離された透過燃料が、混合燃料よりも高濃度のアルコールを含む場合には、エンジン１１０のノッキングを低減すべく、混合燃料の保持成分に比べてエンジン１１０に供給される透過燃料の量が増大される場合がある。このようにして、エンジン１１０に供給されるアルコール成分の量は、エンジン１１０のノッキングが発生する可能性が増大する運転状態に応じて、炭化水素の量に比べて増大され得る。この運転状態は、例えばエンジン負荷、エンジン速度、及び／又は、ブースト圧を含み得る。

ステップ８３０において、ステップ８２０にて選択された相対量の第一燃料及び第二燃料が、エンジン１１０に供給され得る。例えば、制御装置１９０が、所定相対量の各種別の燃料をエンジン１１０の複数気筒内に供給すべく、インジェクタを制御する場合がある。図３に示すように、インジェクタ３６７は透過燃料を噴射し、インジェクタ３６６は燃料分離膜エレメントによって保持された混合燃料の一部を噴射し、そこにおいて、透過燃料は、インジェクタ３６６によって噴射される燃料よりも高濃度のアルコールを含み得る。例の幾つかにおいて、制御装置１９０は、制御装置１９０によって指示された相対量に基づいて、エンジン１１０に実際に供給される二つの燃料の相対量を調整すべく、排気ガス・センサによるフィードバック制御を利用する場合がある。

ステップ８４０において、ノッキングの指標が存在するか否かが判定され得る。一例として、制御装置１９０は、ノック・センサ３９６（図３）からエンジン１１０のノッキングの指標を受ける場合がある。ステップ８４０における判定がＹＥＳであるならば、ステップ８５０において、エンジン１１０に供給されるノッキング抑制燃料（例えばアルコール成分）の量は、他の種別の燃料（例えば炭化水素成分）に比べて、増大され得る。例えば、制御装置１９０は、エンジン１１０のノッキングを低減すべく、例えばインジェクタ３６６を介してエンジン１１０に供給される、燃料分離膜エレメント１３４によって保持された非透過燃料である混合燃料（第一燃料１７０）の量に比べて、例えばインジェクタ３６７を介してエンジン１１０に供給される透過燃料（第二燃料１８０）の量を増大する場合がある。或いは、ステップ８４０における判定がＮＯであるならば、制御ルーチンはリターンに進み得る。

エンジン１１０に供給される第一燃料１７０及び第二燃料１８０の量は、例えば、種々の運転状態（例えば、上述されたようなエンジン運転状態、分離性能、外気状態など）に基づいて調整され得ることに留意すべきである。例の一つにおいて、第一燃料１７０及び第二燃料１８０の量は、排気ガス中の空燃比に応じて調整される場合がある。更に、排気ガス中の空燃比に基づいて第一燃料１７０及び／又は第二燃料１８０を調整するか否かの選択は、例えば、燃料レール圧力及び／又は燃料レール温度に基づく混合燃料の分離性能によって決定され得る。このようにして、空燃比制御を改善することが可能となる。

ここで図９を参照すると、燃料レール組立体１３０内の燃料分離膜エレメント１３４を用いて混合燃料から少なくとも一つの燃料成分を分離する際における、分離速度を制御する制御ルーチンの一例を表わすフローチャートが示される。ステップ９１０において、運転状態が、ステップ８１０にて前述したように特定され得る。

ステップ９１２において、混合燃料の分離速度を増加すべきか否かが判定され得る。限定されない一例として、制御装置１９０は、アルコール濃度の高い透過燃料の供給量を増加すべく、混合燃料の分離速度を増加すべきと判定する場合がある。制御装置１９０は、エンジン１１０に供給され得る分離された透過燃料の量及び／又は濃度に関して、燃料センサ１５３及び燃料レベル・１５５を介してフィードバックを受ける場合がある。制御装置１９０はまた、特定された運転状態に基づいて、透過燃料の現在の及び／又は予測された消費速度を考慮し得る。

例えば、ノッキングが発生する可能性を低減すべく、アルコール濃度の高い透過燃料（分離燃料）が比較的大量にエンジン１１０に供給されるように、自動車運転者がエンジン１１０を作動する場合、制御装置１９０はそれに対応して、十分な量のアルコール濃度の高い燃料がエンジンに供給可能となるように、混合燃料の分離速度を増大する場合がある。一例として、制御装置１９０は、燃料の消費速度（例えば、ステップ８１０又は９１０にて特定された運転状態から判定される）に基づいて適切な分離速度を判定すべく、メモリに記憶された参照テーブル、マップ、又は関数を参照する場合がある。

ステップ９１２における判定がＹＥＳであるならば、制御ルーチンはステップ９１４に進み得る。ステップ９１４において、制御装置１９０は、低圧ポンプ１２２及び／又は高圧ポンプ１２６によって提供されるポンプ仕事の量を増加することによって、燃料レール組立体１３０に供給される混合燃料の圧力を増大し得る。例えば、制御装置１９０は、低圧ポンプ１２２を駆動するモータの速度を増大する場合があり、及び／又は、高圧ポンプ１２６の各ポンプ・ストロークの有効体積を増大する場合もある。加えて、図８の制御ルーチンを用いることで特定された所定噴射量を維持すべく、制御装置１９０は、燃料の圧力の増加に応答して、燃料レール組立体１３０に付随する燃料インジェクタ（例えばインジェクタ３６６）のパルス幅を調整し得る。例えば、燃料レール組立体１３０における燃料の圧力（すなわち第一燃料レール組立体１３０の第一領域１３３における燃料の圧力）が増加する場合、所定噴射量に対応して、インジェクタのパルス幅を短縮する場合もある。

ステップ９１６において、蒸気通路１３８からの透過燃料の取出し速度を増加することによって、第一燃料レール組立体１３０における第二領域１３５内の透過燃料の蒸気の濃度が低減され得る。換言すると、制御装置１９０は、燃料分離膜エレメント１３０前後でのアルコール成分の濃度勾配を増大することによって、透過燃料の速度が増加されることになり、それ故分離速度を増加させ得る。

ステップ９１８において、第一燃料レール組立体１３０の温度は、混合燃料からの透過燃料の分離速度を増加するように調整され得る。例えば、制御装置１９０は、エンジン、エンジン冷却液の流量、及び／又は、第一燃料レール組立体１３０によって提供される分離速度を増加するのに適切な他の冷却パラメータによって生成される熱の量を増大又は低減する場合がある。

或いは、ステップ９１２における判定がＮＯであるならば、制御ルーチンはステップ９２０に進む。ステップ９２０において、混合燃料の分離速度を低下すべきか否かが判定され得る。例えば、透過燃料（分離燃料）の消費が低減又は中止されるようにエンジン１１０が作動され、且つ、透過燃料タンク１５０が十分な量の透過燃料を貯蔵しているならば、制御装置１９０は分離速度を低減する場合がある。ステップ９１２での判定において制御装置１９０に適用した考慮事項は、ステップ９２０における判定にも同様に適用され得る。ステップ９２０における判定がＹＥＳであるならば、制御ルーチンはステップ９２２に進み得る。或いは、ステップ９２０における判定がＮＯであるならば、制御ルーチンはリターンに進み得る。

ステップ９２２において、制御装置１９０は、低圧ポンプ１２２及び／又は高圧ポンプ１２６を調整することによって、燃料レール組立体１３０に供給される混合燃料の圧力を低減し得る。加えて、同一の有効燃料供給量を維持すべく、燃料の圧力の減少に応答して、燃料レール組立体１３０に付随する燃料インジェクタ（例えばインジェクタ３６６）のパルス幅は増大される場合がある。

ステップ９２４において、第二領域１３５から取り出される透過燃料の蒸気の取出し速度及び／又は圧縮速度を低下することによって、第二領域１３５内の透過燃料の濃度が増大され得る。換言すると、制御装置１９０は、蒸気圧縮器１４２及び／又は熱交換器１４６を調整し、燃料分離膜エレメント１３４前後でのアルコール成分の濃度勾配を低減し、それ故分離速度を低下させ得る。ステップ９２６において、第一燃料レール組立体１３０の温度は、混合燃料の分離速度を低下するように、適切な方向（増加方向又は減少方向）に調整され得る。ステップ９１８及びステップ９２６の何れかから、制御ルーチンはリターンに進み得る。

図１０は、エンジン１１０のノッキングに影響を及ぼす運転状態の領域に対する、エンジン１１０に供給されるアルコール濃度の高い燃料（例えばエタノール）と炭化水素濃度の高い燃料（例えばガソリン）との相対量の制御の一例を表わすグラフ又はマップである。グラフの水平軸は、ノッキングが発生する可能性、又は、エンジン１１０のノッキングを低減又は除去するのに必要なノッキング抑制レベルを表わす。グラフの垂直軸は、エンジン１１０に供給されるエタノールのガソリンに対する量（比率）を表わす。ノッキングが発生する可能性が比較的低いときには、エンジン１１０に供給されるエタノールのガソリンに対する量（比率）は、低減又は最小化され得る。例えば、ノッキングが発生する可能性が低い場合には、インジェクタ３６６のみが作動されて、燃料分離膜エレメント１３４によって保持されている混合燃料を気筒内に供給する場合がある。エンジン速度、エンジン負荷、及び／又は、ブースト装置によって生成されるブースト圧を増加することによりノッキングが発生する可能性が増大されるときには、インジェクタ３６７を介して噴射される透過燃料の量を増加することによって、エンジン１１０に供給されるエタノールの量は、ガソリンの量に比べて増大され得る。１０２０に示すように、この透過燃料の噴射量の増加は、インジェクタ（例えばインジェクタ３６７）の最小パルス幅に対応する量に対応し得る。１０１０に示すように、エンジン速度、エンジン負荷、及び／又はブースト圧が継続して増加するに連れて、エンジン１１０に供給されるエタノールの量は、ガソリンの量に比べて増大され得る。例えば、制御装置１９０は、供給される透過燃料の量を、燃料分離膜エレメント１３４によって保持された混合燃料に比べて増大する場合がある。このようにして、制御装置１９０は、エンジンのノッキングを低減すべく、運転状態に応答して、エンジン１１０に供給される異なる燃料（共通の混合燃料から予め分離によって得られる複数の燃料）の相対量を制御し得る。

エンジンの燃料装置の一例を示す模式図である。 エンジン用吸気装置及び排気装置の一例を示す模式図である。 エンジンの気筒の一例及びエンジンの制御系の一例を示す模式図である。 燃料分離処理の一例を示す模式図である。 燃料分離膜エレメント含む燃料レール組立体の第一の例を示す模式図である。 燃料分離膜エレメント含む燃料レール組立体の第二の例を示す模式図である。 （ａ）及び（ｂ）は、図５の燃料レール組立体の一例を示す断面図であり、（ｃ）及び（ｄ）は、その変形例であり、（ｅ）及び（ｆ）は、図６の燃料レール組立体の変形例を示す断面図である。 エンジンに供給される第一燃料と第二燃料との相対量を制御するルーチンの一例を表わすフローチャートである。 燃料レール組立体内の燃料分離膜エレメントを用いて混合燃料から少なくとも一つの燃料成分を分離する際における、分離速度を制御する制御ルーチンの一例を表わすフローチャートである。 運転状態に応答して燃料供給（エンジンに供給されるガソリンとエタノールとの相対量）がどのように変更され得るのかを表わす制御マップである。

符号の説明

１１０ エンジン
１１２、１１４、１１６、１１８、３３０ 気筒
１２０ 燃料タンク
１２２、１５７ 低圧ポンプ
１２６、１５８ 高圧ポンプ
１３０ 第一燃料レール組立体
１３２ 燃料レール筐体
１３３ 第一領域
１３４ 燃料分離膜エレメント
１３５ 第二領域
１６０ 第二燃料レール組立体
１９０ 制御装置
４４０ 膜コーティング
４５０ 基材
５０８、６０８ 燃料レール壁（第一の管）
５２０、６２０ 燃料吸入口
５３０、６３０ 燃料排出口
５７０、６７０ 混合燃料受け領域（第一領域）
５７２、６７２、６７４、６７６ 燃料分離領域（第二領域）
５８２、６８２、６８４、６８６ 燃料分離膜エレメント（第二の管）
５９８、６９８ 支持部材

Claims (10)

1. 加圧された燃料をエンジンにおける複数の気筒内に供給する燃料レール組立体であって、
   少なくとも第一領域及び第二領域を有する内部空間を形成する燃料レール筐体と、
   上記燃料レール筐体内に配置され、上記第一領域を上記第二領域から分離する燃料分離膜エレメントと、
   上記燃料レール筐体に設けられ、混合燃料を上記第一領域に吸入させる燃料吸入口と、
   上記燃料レール筐体に設けられた複数の燃料排出口と、
   上記燃料レール筐体に設けられた少なくとも一つの透過燃料排出口と、を備え、
   上記燃料分離膜エレメントは、上記混合燃料の第一成分を、上記混合燃料の第二成分よりも高い透過率にて、上記第一領域から上記第二領域に透過させるように構成され、
   上記燃料排出口の各々は、上記混合燃料の少なくとも一部を、上記第一領域から上記複数の気筒内に供給するように構成され、
   上記透過燃料排出口は、上記燃料分離膜エレメントを透過した上記第一成分の少なくとも一部を、上記第二領域から上記燃料レール筐体の外部に供給するように構成される、燃料レール組立体。
2. 上記燃料分離膜エレメントは、上記第一領域が上記混合燃料によって加圧されているときに、圧縮されて圧力を受けるように構成される、請求項１記載の燃料レール組立体。
3. 上記第一領域は、上記燃料レール筐体内で、上記第二領域を実質的に取り囲む、請求項２記載の燃料レール組立体。
4. 上記燃料レール筐体は第一の管を形成し、
   上記燃料分離膜エレメントは、上記第一の管の内部において第二の管を形成する、請求項１乃至３のいずれか一つに記載の燃料レール組立体。
5. 上記第一の管及び上記第二の管の各々は、上記燃料レール組立体の長手軸に直交する平面上において、環状の断面形状を有する、請求項４記載の燃料レール組立体。
6. 上記燃料分離膜エレメントは、膜コーティング、及び、上記膜コーティングを支持する基材を含み、
   上記膜コーティングは、上記第二の管の外表面を形成する、請求項４又は５記載の燃料レール組立体。
7. 上記膜コーティングは、上記混合燃料において上記第一成分を上記第二成分から少なくとも部分的に分離すべく、分子サイズによる排除及び化学的な選択のうちの少なくとも一つを利用する、請求項６記載の燃料レール組立体。
8. 上記膜コーティングは、ポリマー材を含む、請求項７記載の燃料レール組立体。
9. 上記基材は、多孔質セラミック材を含む、請求項６乃至８のいずれか一つに記載の燃料レール組立体。
10. 炭化水素成分とアルコール成分とを含む、加圧された混合燃料を第一燃料レール組立体に供給する工程と、
    上記アルコール成分が除去された混合燃料を得るべく、上記第一燃料レール組立体に設けられた燃料分離膜エレメントに上記アルコール成分の少なくとも一部を透過させることによって、上記アルコール成分を上記混合燃料から分離する工程と、
    上記第一燃料レール組立体からエンジンにおける少なくとも一つの気筒内に、上記第一燃料レール組立体に連通する第一燃料インジェクタを介して、上記アルコール成分が除去された混合燃料を供給する工程と、
    上記分離されたアルコール成分を、上記第一燃料レール組立体から第二燃料レール組立体に供給する工程と、
    上記分離されたアルコール成分を、上記第二燃料レール組立体に連通する第二燃料インジェクタを介して、上記第二燃料レール組立体から上記気筒内に供給する工程と、を備える、エンジン用燃料装置の作動方法。

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