JP2011508147A - 内燃機関用の複数燃料システム - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
本発明は、同一日に出願され、共通の発明権及び共通の所有権を有する「Fuel Management For Vehicles Equipped With Multiple Tanks for Different Grades Of Fuel」という表題の米国特許仮特許出願第61/009,336号、「Heat Pipe For Self Limiting Heating Of Gasoline For Onboard Octane Segregation」に関し、2005年7月22日に出願された特許出願第11/187,672号、及び「Heat Pipe With Controlled Fluid Charge」に関し、2006年3月24日に出願された仮特許出願第60/785,426号に関連する。関連出願の教示は、本出願と矛盾しない限り参照により本明細書に援用される。
RONideal=f(トルク、速度、ギヤ比、アクセル速度) (1)。
エンジン10の理想的又は最適な動作のために、図2のマップによって特定される燃料割合をエンジンに提供すべきである。しかし、通常利用可能な種類のRON燃料が利用できない場合、制御器14は、最適なRONマップから逸脱するようにプログラミングされる。図2の最適なRONマップは、本例では、「ロサンゼルスの4つの」駆動サイクルから開発されたことに留意されたい。同様に、本例では、IRON燃料は、91RON、HRON燃料103RON、及びLRON88RONであることができる。しかし、本発明は、これらのRON燃料値に限定されるとは意図されない。
・OBSユニット4の供給速度は、例えば、可変ポンプ24を使用して毎秒0.5〜1.5グラムに変更できる。このようにして、OBSユニット4の製造速度が制御される。このような供給速度の変更の獲得は、可変速ポンプの使用に限定することを意図せず、これに対し、他の機構も利用可能であることに留意されたい。
・リサイクル機構を通して、OBSユニット4にリサイクルされるHRON燃料の量は、ある限度内で変更できる。例えば、可変速ポンプ18は、本発明のシステムに関し、毎秒0〜0.4グラム(g/s)にHRONリサイクル速度を変更するために制御できるが、この速度は、限定的であるようには意図されない。
・エンジン10は、任意の時点に、HRONタンク8からHRON燃料を、及び/又はLRON燃料用のストリーム、及び/又はIRON燃料を主タンク2から任意の割合で引くことができる。本例では、割合は、ポンプ/バルブ20、ポンプ22、及び双方向ポンプ26を作動する制御器14の制御下にある。
F=L+h (2)、
を使用して短期のLRON消費を近接して追跡することを常に実質的に保証することによって達成され、ここで、Fは、総質量供給速度(主タンク2からのIRONの新規供給+タンク8からのHRONリサイクル)、Lは、推定の平均LRON消費速度であり、hは、HRONの合計製造速度であり、この速度は、膜型OBSユニット4が使用されるときの透過流束であり、Lは、エンジン10の燃料噴射器システム12で直接測定することができる。しかし、従来技術の現状では、この式又は等式が、瞬時に満足できないことが観測された。その理由は、技術的なプロトタイプに使用するために現在利用可能なOBSユニット4が、典型的に秒又は秒の部分のオーダにあるエンジン要求と比較して、分のオーダで遅い応答時間を有することである。この現在の問題を克服するために、例えば指数平滑化又はウィンドウ処理機構を使用して、時間平均化をOBSユニット4の供給速度設定に適用しなければならない。膜ベースの分離ユニットでは、透過流束hが月又は年の時間フレームにわたって非常にゆっくりと変化するように、膜を設計することができる。流束の変更は、近似として制御器14内に「ハードコード化」することができ、これによって、純粋に単一の変数、主にLRON消費の関数として、供給速度Fの制御が許容される。代わりに、流束は、HRON消費速度と関連して、タンク8内のHRON燃料のレベルの変化を使用して推定することができる。好ましい実施形態において、制御される機構は、主タンク2からOBSユニット4へのIRON燃料の供給速度を最小値に低減するために、主タンク2内のIRON燃料のレベルが所定の低レベル、例えば容量の10%〜20%に下がるときを監視するようにさらにプログラミングされ、一方、同時に、所定の時点のHRON燃料のエンジン要件の不足を賄うために、主タンク2からエンジン10にIRON燃料を送ることによってエンジン10のHRON要件を満たす。この拡大された制御プログラミング又は機構を使用して、IRON燃料が、IRON燃料の低レベルのため、主タンク2へのLRON燃料の戻りによって最も劣化を生じやすい時点に、主タンク2内のIRON燃料の劣化が最小にされる。
RONactual=RONideal (3)。
タンク8内のHRON燃料が完全に使い尽くされる可能性を最小にするために、エンジン10が実際にHRON燃料を必要とする時点に、好ましい制御方式がLRON燃料又はIRON燃料を使用するレベルにタンク8内のHRON燃料のレベルが低下するとき、消費制御が必要とされる。この制御を達成するために、燃料を火花点火内燃機関に送るときに、運転者にとって重要でない方法で、適切に修正されたRONマップがエンジン点火の遅延の制御と組み合わせられる。制御の基礎は、セタン価の追加のパラメータ及び理想的なセタン価マップによって、圧縮燃焼点火エンジン(例えばディーゼル又はHCCI)用に設けることもできる。実際の制御は、理想的なセタン価マップの使用に加えて、ノックを制御するためのバルブタイミング、噴射タイミング、吸気温度、又はそれらの組み合わせのような適切なパラメータによって行うことができる。いずれの場合も、このことは、タンク8内のHRON燃料のレベルがレベルHL未満に低下するが、閾値レベルHLLの上方にある時点に、図2の最適なRONマップに補正係数を使用することによって達成することができ、補正係数は次式に示したように適用される。
RONactual=αRONideal (4)、
α=g(トルク、速度、ギヤ比、アクセル速度) (5)。
この制御の例では、補正係数αは、エンジン10のRON要件に急速に対応するために、上に示したようなギヤ比及びアクセル速度を含む多くのエンジンパラメータに関係させることができることに留意されたい。例えば、HRON燃料の使用が好ましいときに、所定の時点にエンジン10が高加速度モードにあるならば、αは、1に近接して設定できる。他のエンジン運転条件の下で、高速度/燃料消費のような必要なレベルの点火遅延又は進角で、LRON燃料又はIRON燃料をより大量に置き換えることができる。この後者の例では、αは1より小さく、これは、燃料効率の一時的な低下をもたらす可能性がある。同様に、圧縮燃焼点火機関(例えば、ディーゼル又はHCCI)の高加速度モードで、エンジンが必要とするセタン価の検査によって制御が行われる。最適なセタン価が利用できないならば、セタン価は、ノッキングによるノイズを感知することによって推定することができ、この場合、ノイズが過大であるならば、バルブタイミング等を変更することによってノイズを低減することができる。タンク8内のHRON燃料のレベルが、レベルHLLよりも低い場合、ポンプ摩耗等のような様々なエンジン構成要素に対する損傷を防止するために、HRON燃料のさらなる使用を避けることが望ましい。このような時点に、制御器14は、燃料供給システムを操作して、残留物ストリームからLRON燃料を、及び/又は主タンク2からIRON燃料を提供するようにプログラミングされる。式(4)と(5)で上述した制御アルゴリズムは、タンク8内のHRON燃料の3つ以上の所定のレベルについて動作可能であるように修正することができることに留意されたい。従来のディーゼルエンジンでは、次式「(6)」を使用して、ディーゼル粒子状物質を低減するための運転条件と共に、セタン価を平衡させることができる。
δPM=C1ΔCN+C2ΔAリング+C3ΔNリング (6)
ここで、δPM:TF−aoに対するPM(粒子状物質)留分の低減
Δ:TF−ao CNセタン価に対する差
Aリング:芳香族リング(重量%)
Nリング:ナフテンリング(重量%)
Ci:回帰係数(i=1,2,3)
C1=0.0055
C2=0.017
C3=0.0065
TF:TFシリーズ燃料。
エンジン動作要件は、燃料の各々からOBSユニットによって製造されるLAT燃料の品質の直接的又は間接的な測定によって、複数の市場燃料に適合させることができる。
Claims (13)
- 車両の内燃機関への燃料デリバリを管理するための方法において、
中間リサーチオクタン価(IRON)を有する所定量のレギュラー燃料を前記車両の主タンクに充填するステップと;
前記主タンクから前記車両の車載用分離(OBS)ユニットにIRON燃料を制御可能に送るステップであって、前記OBSユニットが、前記IRON燃料を、前記IRON燃料よりも高い高リサーチオクタン価(HRON)燃料と、前記IRON燃料よりも低い低リサーチオクタン価(LRON)燃料とに分離するために作動可能であるステップと;
前記OBSユニットから前記車両のHRONタンクにHRON燃料を送るステップと;
前記エンジンの動作要件を任意の時点に監視するステップと;
前記監視ステップに応答して、前記HRONタンクからHRON燃料を、又は前記OBSユニットからLRON燃料を、又はそれらの混合物を前記エンジンに制御可能にかつ選択的に送るステップと;
前記HRONタンク内のHRON燃料レベルを測定するステップと;
前記HRONタンク内の燃料レベルが所定の限度内にあるとき、常に、前記HRONレベル測定ステップと前記監視ステップとに応答して、前記OBSユニットによる前記HRON燃料及びLRON燃料の製造、及び前記エンジンによる前記燃料の消費の両方を制御するステップと;
前記HRONタンク内の燃料レベルが所定の下限に減少するとき、常に、所定のアルゴリズムに従ってHRON燃料及びLRON燃料の製造及び消費を制御するステップと;
前記HRONタンク内の燃料レベルが所定のハイリミットを越えるとき、常に、前記HRONタンクから前記OBSユニット及び前記主タンクの一方又は両方にHRON燃料を再循環するステップと;
を含むことを特徴とする方法。 - 前記再循環ステップが、
燃料供給ポンプを前記主タンクに取り付けるステップであって、前記ポンプが、燃料を受容するための入口ポートと、燃料を前記OBSユニットに送るための出口ポートとを有するステップと;
前記HRONタンクから過剰のHRON燃料を受容するための第1のポートを有する吸引管を前記主タンクに取り付けるステップと;
前記吸引管から前記燃料供給ポンプの前記入口ポートに過剰のHRON燃料を送るステップと;
をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - 前記再循環ステップが、
前記OBSユニットから過剰のLRON燃料を受容するために、前記吸引管に第2のポートを取り付けるステップと;
前記吸引管から前記燃料供給ポンプの前記入口ポートに過剰のLRON燃料を送るステップと;
をさらに含むことを特徴とする、請求項2に記載の方法。 - 前記監視ステップが、
任意の時点に前記エンジンのトルク対エンジン速度を感知するステップと;
最適なRONマップを使用して、感知されたトルクとエンジン速度とからRON燃料要件を決定するステップと;
を含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - 次式、RONideal=f(トルク、速度、ギヤ比、アクセル速度)から前記最適なRONマップを展開するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項4に記載の方法。
- 前記主タンクから前記OBSユニットにIRON燃料を制御可能に送る前記ステップが、
式: F=L+h
〔式中、Fは、総質量供給速度(主タンクからのIRON燃料+前記HRONタンクからリサイクルされたHRON燃料)、Lは、推定の平均LRON燃料消費速度、hは、HRON燃料の合計製造速度である。〕
を使用して、前記OBSユニットによる短期のLRON燃料製造を前記エンジンによる短期のLRON消費に等しくするステップを含む、
ことを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - 前記HRONタンク内のHRON燃料のレベルが第1の閾値レベルHL未満に低下したが、より低いレベルHLLの上方にあることを示す前記レベル測定ステップに応答して補正係数を前記RONマップに適用するステップをさらに含み、前記HRONタンク内のHRON燃料のレベルがHLL未満に低下したことを示す前記レベル測定ステップに応答して前記エンジンへのHRONのデリバリを終了するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項4に記載の方法。
- 前記エンジンに送るために不十分なLRON及び/又はHRON燃料が利用可能である場合、前記OBSユニットによって製造された過剰のLRON燃料を貯蔵するための貯蔵空間又は容積部を提供し、及び前記主タンクから前記エンジンに送られる燃料用の流体路を提供するために、前記主タンクと前記OBSユニットのLRON出力ポートとの間に接続されたアキュムレータ手段をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法に用いられる燃料管理システム。
- 車両の内燃機関への燃料デリバリを管理するための方法において、
中間自己着火温度(IAT)を有する所定量のレギュラー燃料を前記車両の主タンクに充填するステップと;
前記主タンクから前記車両の車載用分離(OBS)ユニットにIAT燃料を制御可能に送るステップであって、前記OBSユニットが、前記IAT燃料を、前記IAT燃料よりも高い高自己着火温度(HAT)燃料と、前記IAT燃料よりも低い低自己着火温度(LAT)燃料とに分離するために作動可能であるステップと;
前記OBSユニットから前記車両のLATタンクにLAT燃料を送るステップと;
前記エンジンの動作要件を任意の時点に監視するステップと;
前記監視ステップに応答して、前記LATタンクからLAT燃料を、又は前記OBSユニットからHAT燃料を、又はそれらの混合物を前記エンジンに制御可能にかつ選択的に送るステップと;
前記LATタンク内のLAT燃料レベルを測定するステップと;
前記LATタンク内の燃料レベルが所定の限度内にあるとき、常に、前記LATレベル測定ステップと前記監視ステップとに応答して、前記OBSユニットによる前記LAT燃料及びHAT燃料の製造、及び前記エンジンによる前記燃料の消費の両方を制御するステップと;
前記LATタンク内の燃料レベルが所定の限度内にないとき、常に、所定のアルゴリズムに従ってLAT燃料及びHAT燃料の製造及び消費を制御するステップと;
を含むことを特徴とする方法。 - 前記内燃機関がディーゼル型圧縮燃焼点火エンジンからなり、前記方法が、セタン価に関し前記IAT、LAT、及びHAT燃料の各々を示すステップをさらに含むことを特徴とする、請求項9に記載の方法。
- 前記ディーゼルエンジンがHCCIエンジンであり、前記方法が、
15のセタン価を有するように前記LAT燃料を選択するステップと;
85のセタン価を有するように前記HAT燃料を選択するステップと;
をさらに含むことを特徴とする、請求項9に記載の方法。 - 前記セタン価が、次式:
δPM=C1ΔCN+C2ΔAリング+C3ΔNリング
〔式中、δPM:TF−aoに対するPM(粒子状物質)留分の低減
Δ:TF−ao CNセタン価に対する差
Aリング:芳香族リング(重量%)
Nリング:ナフテンリング(重量%)
Ci:回帰係数(i=1,2,3)
C1=0.0055
C2=0.017
C3=0.0065
TF:TFシリーズ燃料である。〕
に従って、選択されることを特徴とする、請求項9に記載の方法。 - 前記OBSユニットが、ガソリンをより高いまたより低いオクタンストリームに分離する、あるいはディーゼル燃料をより高いまたより低いセタンストリームに分離するポリマー膜であることを特徴とする、請求項1又は9に記載の方法。
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