JP2010501843A - 燃料の劣化に追随して車両の駆動列の構成要素の安全性を確保する方法 - Google Patents

燃料の劣化に追随して車両の駆動列の構成要素の安全性を確保する方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、熱機関を備えた車両の駆動列の構成要素の安全性であって、タンク(2)内および機関の燃料供給システム内に収容された燃料の品質の劣化に追随して該機関の始動段階の前もしくは始動段階の間における安全性を確保する方法であって、該方法は、燃料の品質の劣化の種類および程度を診断する段階であって、該段階が電磁放射線と燃料の構成分子との間の相互作用の測定であって分析システムにより実施される測定に基づくという段階と、該分析段階の結果の関数として、上記駆動列の構成要素の安全性を確保するシステム(13)を作動する段階とを有するという方法に関する。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱機関を備えた車両の駆動列の構成要素の安全性であって、タンク内および上記機関の燃料供給システム内に収容された燃料の品質の変化（劣化、汚染）に追随して該機関の始動段階の前もしくは始動段階の間における安全性を確保する予防的方法に関する。
精油業者および配給業者の品質監査手順の如き燃料の配給業者および車両の製造業者により作成される法令的もしくは内部的な規定、および、給油所における燃料の品質の表示、より詳細には燃料ポンプの供与ノズルの直径およびタンク充填システムの直径にも関わらず、多くのユーザは意図的にもしくは意図せずに、自身の車両のタンク内へと非適合燃料を注入する。更に多くの車両に対しては、製造者および税関により認証されない製品であって、使用済みの調理油、非エステル性植物油、家庭用燃料油の如き製品が使用されていることから、駆動列、燃料供給システム、および、その後処理システムにおける重大な損害が引き起こされる。その被害（インジェクタ、機関およびタンクの機能低下、フィルタの目詰り、ポンプの焼き付き、触媒の非活性化）は深刻でありうると共に、機関の噴射段階および燃焼段階に対して相当の影響を有し、且つ、法令によるもしくはそれによらない汚染排気を増加し、機関の破壊に繋がりうる。同様に、水／軽油もしくはガソリン／アルコールもしくは軽油／バイオ燃料の乳濁液などの幾つかの燃料は不安定でありうると共に、その品質(保存安定性、すなわち、ガソリンとエタノールとの間もしくは軽油と5％を超えるジエステルとの間の脱混合現象)は経時的に劣化することがある。燃料の品質の劣化に関する斯かる種々の原因は潜在的に、車両の汚染物質の増加、車両に対する損傷、または、少なくとも相当な補正動作に繋がりうる。
本発明は、熱機関を備えた車両の駆動列の構成要素の予防的安全性であって、タンク内および上記機関の燃料供給システム内に収容された燃料の劣化に追随して該機関の始動段階の前もしくは始動段階の間における予防的安全性に対する要望を満足することを目的とする。品質および劣化のレベルは、電磁放射線と、燃料を構成するたとえば炭素、水素、酸素の如き燃料の構成分子との間の相互作用の測定に基づき、マイクロ分析器型のシステムにより測定される。このシステムは、ユーザに対して視覚的もしくは音響的に情報を伝えることを企図し且つ／又は駆動列の構成要素に対して自動的に安全性を提供することを企図する能動的もしくは受動的なシステムに対して接続される。
技術革新によれば、次第に深刻となる公知の反復的な問題が解決されうる、と言うのも、燃料の品質の劣化の影響を車両の供給システムに対し、また、該供給システムにのみに制限するように、ユーザに対して情報を伝え且つ／又は車両の始動プロセスを予防的に停止することが可能だからである。車両の動作条件を復旧させるには、オイルの単純な交換及びタンクの洗浄処理で十分であろう。
この目的のために本発明は、熱機関を備えた車両の駆動列の構成要素の安全性であって、タンク内および上記機関の燃料供給システム内に収容された燃料の劣化に追随して該機関の始動段階の前もしくは始動段階の間における安全性を確保する方法において、該方法は、燃料の品質の劣化の種類および程度を診断する段階であって、該段階が電磁放射線と燃料の構成分子との間の相互作用の測定であって分析システムにより実施される測定に基づくという段階と、上記分析段階の結果の関数として、上記駆動列の構成要素の安全性を確保するシステムを作動する段階とを有することを特徴とする方法に関する。
上記分析システムは、供給システム、タンク、ポンプ、燃料フィルタ、機関への供給回路、および、タンクへの戻り回路を含む燃料回路内に位置された少なくとも一つのマイクロ分析器を備える。
以下の例は、駆動列の構成要素の安全性の確保を企図する動作の幾つかを例証しており、斯かる動作は、駆動列の構成要素の安全性を確保するシステムを作動する段階の間に実施される：
−音響的もしくは視覚的な警報によるユーザに対する警告；
−車両の始動を阻止するシステムの自動的な作動；
−単一もしくは複数の燃料フィルタの浄化システムの自動的な作動；
−排気の後処理フィルタのバイパスを許容するシステムの自動的な作動。
以下の例は、燃料の劣化または可能的な汚染の幾つかの可能的な原因を例証している：
−ディーゼル駆動車両のタンク内へと注入されたガソリン；
−ガソリン駆動車両のタンク内へと注入された軽油；
−ガソリン駆動もしくはディーゼル駆動車両のタンク内へと注入された家庭用燃料油；
−ガソリン駆動もしくはディーゼル駆動車両のタンク内へと注入された他の製品、より詳細には、
・高い硫黄含有量を有する製品、
・高い遊離水含有量を有する製品；
−劣化した水／軽油乳濁液；
−使用済みの、またはそうでない調理油；
−非エステル性植物油(サラダ油)；
−ガソリン／エタノールの脱混合(分離)；
−軽油／EMHVの脱混合。
特定実施形態に依れば、分析システムによる電磁放射線と燃料の構成分子との間の相互作用の測定は、燃料を構成する炭化水素を分光分析する段階を含む。該分光分析は、燃料の近赤外分析から構成される。
実際のところ、近赤外分析は燃料の品質の劣化の診断に対して特に良く適している、と言うのも、近赤外分析は非常に敏感な方法であり、且つ、近赤外スペクトルは製品の“DNA”と見做されうるからである。さらに、近赤外分析は特に再現可能である。
近赤外に対する参考文献としては、１９８５年発行のＬ．Ｇ．ＷＥＹＥＲの文献、１９９２年発行の“近赤外分析便覧(Handbook of near infrared analysis)”、１９９６年におけるＪｅｒｏｍｅ ＷＯＲＫＭＡＮ Ｊｒ．の論文において言及された“石油化学および精製における分光学的応用(spectroscopic applications in petroleum chemistry and refining)”、１９９９年におけるＭ．ＶＡＬＬＥＵＲの論文において言及された“石油化学および精製における分光学的応用”の如き更に詳細な刊行物が挙げられる。
本発明の他の目的および利点は、添付図面を参照した以下の説明を読破する間に明らかとなろう。
分析システムのマイクロ分析器の第１実施形態により本発明に係る方法が実施されるという機関の燃料供給回路の概略図である。 分析システムのマイクロ分析器の第２実施形態による図１と同様の概略図である。 本発明に係る方法の分析システムの位置決めに対する種々の可能性が示されるという機関の燃料供給回路の概略図である。 本方法の主要段階を示す概略図である。 燃料の劣化を立証する２つの方法を示す図である。
図１を参照すると、該図１は、熱機関を備えた車両の駆動列の構成要素の安全性であって、タンク内および機関の燃料供給システム内に収容された燃料の品質の劣化を診断するマイクロ分析器8を含む分析システムを用いて、機関の始動段階の前もしくは始動段階の間における安全性を確保する方法を示している。
機関は、タンク2と、燃料充填システム3と、燃料供給回路4とを含む燃料回路1を通して燃料が供給される。この回路は、たとえば単一もしくは複数の燃料ポンプ5と、単一もしくは複数の燃料フィルタ6と、タンクに対する戻り回路7とを含む。本発明に係る方法は、添加剤を含むもしくは含まない燃料およびバイオ燃料であって主要構成成分が炭素、水素および酸素であるという燃料およびバイオ燃料の規格を満足する任意の種類の燃料(ガス、液化ガス、ガソリン、灯油、軽油、水／軽油乳濁液、燃料、バイオ燃料)に対して適合する。
タンク内および機関の燃料供給システム内に含まれる燃料の品質の劣化の診断は、燃料の近赤外分析から構成される。それはまた、赤外分析、または、気相もしくは液相のクロマトグラフ分析、または、NMR分析、または、紫外分析、または、同一の原理に従い同時に行われる数種類の研究分析からも構成されうる。
図１に示された一実施形態に依れば分光マイクロ分析器8は、燃料回路1内に位置されると共に、能動的もしくは受動的な様式で駆動列の構成要素(A)の安全性を確保する電子的もしくはデジタル的なシステム13に対して接続される。安全性を確保するシステム13は、機関演算器に対して情報を伝える能動的もしくは受動的なシステムである。
近赤外分析の場合にマイクロ分析器8は、光源9、光分離システム、燃料サンプリング・セル10、感光検出システム11、および、専用演算器12から構成される。専用演算器12によれば、測定シーケンスを先導すると共に、マイクロ分析器8の補正動作を調節かつ制御することが可能とされる。演算器12は、近赤外スペクトルの処理に関連する演算の全ての実施を可能とするモデルを含む。演算器12は、能動的もしくは受動的な様式で駆動列の構成要素の安全性を確保する電子的もしくはデジタル的なシステム13に対して接続される。
近赤外分析の場合にマイクロ分析器8は、唯一の光源および唯一の検出器、または、複数の光源および一つの検出器、または、一つの光源および複数の検出器、または、複数の光源および複数の検出器を含みうる。それは、非分散近赤外線の場合には、干渉フィルタもしくは結晶フィルタ、または、フーリエ変換システムを使用しうる。マイクロ分析器8は、順次的または多重的なアクセス形式とされうる。
図２に示された別実施形態に依れば、他の成分をサンプリングするマイクロ分析器8のシステムを移動するために、光ファイバ15および適応型の浸漬プローブ14を使用することが可能である。
マイクロ分析器8は、各々が所定波長における光強度を発する複数のフォトダイオードから構成されるプレートストラップ型の近赤外分光器とされうる。検出器11は、高感度のケイ素系のまたは複合合金(InGaAs、InAs、InSb、PbS、PbSe)系の半導体である。検出器11は、冷却されてもされなくても良い。
図３は、マイクロ分析器8が、タンク内(位置P1)、タンク充填システムのレベル(位置P2)、機関の燃料供給回路4内に位置されうることを示している。後者の場合にマイクロ分析器8は、ポンプ内(位置P3)、ポンプ5とフィルタ6との間(位置P4)、フィルタ6内(位置P5)、または、フィルタ6の後(位置P6)に位置されうる。マイクロ分析器はまた、燃料戻り回路7内(位置P7)にも位置されうる。
上記マイクロ分析器は、700〜2,500ナノメータの間のスペクトル領域(12,820cm-1〜4,000cm-1)において測定を行うべく配置される。たとえば、780ナノメータ〜1,100ナノメータ(12,820cm-1〜9,090cm-1)、1,100ナノメータ〜2,000ナノメータ(9,090cm-1〜5,000cm-1)、および、2,000ナノメータ〜2,500ナノメータ(5,000cm-1〜4,000cm-1)の間で連続的な測定範囲が提供されうる。この目的のためにサンプリング・システムは、当該測定セルを通して測定が行われるという測定セルの太さであって0.5ミリメートル〜100ミリメートルの太さである光路、すなわち、第1の場合における50ミリメートル〜100ミリメートル、第2の場合における10ミリメートル〜20ミリメートル、および、最後の場合における0.5〜5ミリメートルという波長範囲に夫々対応する複数の光路を示すべく配置される。
マイクロ分析器8は、機関の燃料供給回路1を循環する燃料の反射率、透過率、吸光度または拡散率における近赤外スペクトルを作成する様に配置される。
マイクロ分析器8は、1cm-1〜20cm-1、好適には4cm-1に調節されうるスペクトル分解能(精度)を有する。
マイクロ分析器8の光学的なサンプリングシステムは、自己清浄化式ともされうることから、それの清浄化に先立ちそれを取り外すことが回避される。
図４は本方法の種々の段階を示している：
−Ｂ：近赤外スペクトルの収集；
−Ｃ：燃料品質の劣化、その種類、および、そのレベルを示すことを可能とする数学的方法；
−Ｄ：駆動列の構成要素の能動的もしくは受動的な安全性を確保するシステム13に対する、マイクロ分析器(8)の演算器(12)のアドレス指定テーブルの転送；
−Ａ：駆動列の構成要素の能動的もしくは受動的な安全性の確保。
図５は、燃料の品質の劣化を決定する数学的方法を例証している。燃料の近赤外スペクトルの測定は、たとえば、考察される波長領域における吸光度において為される。燃料の品質の劣化の存在、更に厳密には斯かる劣化の種類およびレベル(規模)を決定すべく、選択された各波長に対して測定された吸光度の値は、単一もしくは複数のスペクトル包絡線(ER)(5.1および5.2)または基準点(PR)(5.3および5.4)と比較される。例5.1および5.3において、選択された各波長に対して測定された燃料の吸光度の値はスペクトル包絡線（ER）もしくは各基準点(PR)内に含まれることから、燃料の顕著な劣化は存在しないことが推定されうる。例5.2および5.4において、選択された各波長に対して測定された燃料の吸光度の値はスペクトル包絡線（ER）もしくは各基準点（PR）に含まれないことから、燃料の顕著な劣化の存在を推定することが可能とされ；劣化の種類は、当該波長の吸光度がスペクトル包絡線もしくは各基準点の外側にあるという波長を考察した場合に決定され；選択された各波長に対して測定された吸収量と、スペクトル包絡線もしくは各基準点との間の偏差に依れば、斯かる劣化のレベル(規模)が決定されうる。該システムは更に、単一もしくは複数の結果を自動的に有効化すること、および、該システムの動作不良を自動的に明示することを可能にする自己診断手段を含んでいる。該自己診断手段によれば、該システムの補正動作を確実とし、または、必要であればユーザに対してEOBDおよび機関制御内容を通知することが可能とされる。単一もしくは複数の結果は、駆動列の構成要素の能動的もしくは受動的な安全性を確保する単一もしくは複数のシステム13に対して送信される。
駆動列の構成要素の能動的もしくは受動的な安全性を確保するシステム13に対し、マイクロ分析器8の演算器12によりアドレス指定される代表的なテーブル(図３の[X])は、以下のテーブルに示される。該テーブルは、水分の侵入に起因する燃料の品質の劣化に対してえられたものである。
Figure 2010501843
燃料の品質の劣化が検出された場合、駆動列の損傷を防止する目的で、デジタル的もしくは電子的なシステム13は自動的に、駆動列の構成要素の安全性を確保するか、または、視覚的もしくは音響的な警報にてユーザに情報を伝えることができる。
斯かる劣化の厳密な履歴を作成すべく、燃料の品質の劣化、その種類およびレベルを記憶する段階が使用される。
安全性を確保する能動的なシステム13は、車両の燃料回路パラメータ、燃料噴射パラメータ、燃焼パラメータ、後処理パラメータ、および／または、始動パラメータに対して直接的もしくは間接的に作用することができる。

Claims (28)

  1. 熱機関を備えた車両の駆動列の構成要素の安全性であって、タンク(2)内および前記機関の燃料供給システム内に収容された燃料の品質の劣化に追随して該機関の始動段階の前もしくは始動段階の間における安全性を確保する方法において、
    該方法は、
    燃料の品質の劣化の種類および程度を診断する段階であって、該段階が電磁放射線と燃料の構成分子との間の相互作用の測定であって分析システムにより実施される測定に基づくという段階と、
    前記分析段階の結果の関数として、前記駆動列の構成要素の安全性を確保するシステム(13)を作動する段階とを有する、ことを特徴とする方法。
  2. 安全性を確保する前記システムは、ユーザに対する音響的もしくは視覚的な警報システムである、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 安全性を確保する前記システムは、機関演算器に対して情報を伝える能動的もしくは受動的なシステムである、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  4. 安全性を確保する前記能動的システムは、前記車両の燃料回路パラメータ、燃料噴射パラメータ、燃焼パラメータ、後処理パラメータ、および／または、始動パラメータに対して直接的もしくは間接的に作用する、ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
  5. 安全性を確保するシステムを作動する前記段階は、前記車両が始動することを阻止するシステムの自動的作動を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  6. 安全性を確保するシステムを作動する前記段階は、単一もしくは複数の燃料フィルタを浄化するシステムの自動的作動を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  7. 安全性を確保するシステムの自動的作動の段階は、排気の後処理フィルタのバイパスを許容するシステムの作動を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  8. 安全性を提供する前記システムは、該システムの補正動作を確実とするか又は必要であればユーザに対してEOBDおよび機関制御内容を通知する自己診断手段を含む、ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一つの請求項に記載の方法。
  9. 燃料の品質の劣化を診断する前記段階は、燃料の品質、劣化の種類およびレベルを表す判断基準であって安全性を確保する前記システムに対して意図された判断基準の値を含む少なくとも一つのテーブルをアドレス指定する段階を含む、ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一つの請求項に記載の方法。
  10. 電磁放射線と燃料の構成分子との間の相互作用の前記測定は、(近、中および遠)赤外分光分析、および／または、紫外分光分析、および／または、NMR分光分析からなることを特徴とする、請求項１から請求項９のいずれか一つの請求項に記載の方法。
  11. 前記分析システムは、電磁放射線と燃料の構成分子との間の相互作用の測定を可能とする少なくとも一つのマイクロ分析器(8)を含み、該マイクロ分析器は、充填システム(3)、タンク(2)、ポンプ(5)、燃料フィルタ(6)、および、機関供給システム(4)、および、前記タンクへの戻り回路(7)を含む燃料回路(1)内に位置決めされる、ことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一つの請求項に記載の方法。
  12. 分光マイクロ分析器(8)を使用する、ことを特徴とする請求項１０に従属する場合の請求項１１に記載の方法。
  13. 前記分光マイクロ分析器(8)は、近赤外マイクロ分析器である、ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
  14. 前記近赤外マイクロ分析器(8)は、780nm〜2500nmのスペクトル領域における測定を実施すべく配置される、ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
  15. 前記マイクロ分析器(8)は、0.5mm〜100mmの太さの光路すなわち測定セルを提供すべく配置される、ことを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の方法。
  16. 前記マイクロ分析器(8)は、1cm-1〜20cm-1のスペクトル分解能すなわち測定精度を提供すべく配置される、ことを特徴とする請求項１３から請求項１５のいずれか一つの請求項に記載の方法。
  17. 光源(9)と、サンプリングセル(10)と、光の光学的処理システム(選択、減衰、増幅)と、検出器(11)と、演算器(12)とから作成されたマイクロ分析器(8)を使用する、ことを特徴とする請求項１１から請求項１６のいずれか一つの請求項に記載の方法。
  18. 浸漬プローブ(14)と光ファイバ(15)とから作成されたマイクロ分析器(8)を使用する、ことを特徴とする請求項１１から請求項１６のいずれか一つの請求項に記載の方法。
  19. 複数の帯域の赤外線発光ダイオードを含む機器により作成されたマイクロ分析器(8)を使用する、ことを特徴とする請求項１１から請求項１６のいずれか一つの請求項に記載の方法。
  20. 高感度の感光性ダイオードから構成された検出器を含む機器により作成されたマイクロ分析器(8)を使用する、ことを特徴とする請求項１１から請求項１６のいずれか一つの請求項に記載の方法。
  21. 多色性赤外光源を含む機器により作成されたマイクロ分析器(8)を使用する、ことを特徴とする請求項１１から請求項１６のいずれか一つの請求項に記載の方法。
  22. 波長選択システムを含む機器により作成されたマイクロ分析器(8)を使用する、ことを特徴とする請求項１１から請求項１６のいずれか一つの請求項に記載の方法。
  23. 少なくとも一つのフーリエ変換機器から作成されたマイクロ分析器(8)を使用する、ことを特徴とする請求項１１から請求項１６のいずれか一つの請求項に記載の方法。
  24. 前記マイクロ分析器(8)は自己清浄化式である、ことを特徴とする請求項１１から請求項２３のいずれか一つの請求項に記載の方法。
  25. 前記マイクロ分析器(8)は、前記燃料タンク(2)内(P1)、前記タンク充填システム内(P2)、前記燃料ポンプ(5)と前記燃料フィルタ(6)との間(P3)、前記燃料フィルタ(6)内(P4)、前記燃料フィルタ(6)の下流(P5)、または、前記戻り回路(7)内(P6)に位置される、ことを特徴とする請求項１１から請求項２４のいずれか一つの請求項に記載の方法。
  26. 燃料の近赤外スペクトルの測定は、考慮される波長領域にて、吸光度において、反射率において、透過率において、または、拡散率において行われる、ことを特徴とする請求項１０から請求項２５のいずれか一つの請求項に記載の方法。
  27. 選択された各波長に対して測定された吸光度、反射率、透過率または拡散率の値は、燃料の品質の劣化の存在、更に厳密には斯かる劣化の種類およびレベル(規模)を決定すべく、単一もしくは複数のスペクトル包絡線または基準点と比較される、ことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
  28. 燃料の品質の劣化の種類およびレベルに関する情報を、履歴を作成すべく記憶する段階を含む、請求項１から請求項２７のいずれか一つの請求項に記載の方法。
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