JPH07167854A - オクタン価を決定するための分析方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 優れた分析と正確な反復性とを有する、オク
タン価決定方法及び装置を提供する。 【構成】 コンピューター制御システムと、標準ＡＳＴ
Ｍノック試験エンジンの気化器へ可変量の気化燃料を送
るためのスピルタワーとマイクロ弁組立体とを有する気
化器を含む燃料取扱システムとを使用して自動車燃料の
オクタン価を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は一般に石油化学分析に使用される
方法と装置に関し、より特定的には自動車燃料のオクタ
ン価を決定するための方法と装置に関する。

【０００２】ガソリンのような自動車燃料の生産とそれ
に続く販売はその燃料のアンチノック性の評価に依存し
ている。ＡＳＴＭ(the American Society for Testing
andMaterials)によって定められているような公的評価
システムは燃料のオクタン価（燃料のノッキングに対す
る抵抗性の１つの測定値）に基づくものである。燃料に
与えられるオクタン価はその燃料のランニング中の火花
点火エンジンの動作から決定される。

【０００３】オクタン価測定のわずかなエラーでも、本
来は高オクタン価の燃料が、もし人為的な低いオクタン
価評価のため図らずも低オクタン製品として売られた場
合、それは収入損失を意味することになろう。同じく、
人為的に高いオクタン価の評価がなされた場合には、そ
の燃料をＡＳＴＭの基準に合致させるために費用をかけ
て当該燃料の再ブレンドをしなければならなくなるであ
ろう。

【０００４】”オクタン価”という用語は１９３０年代
に開発された実験的尺度に由来するものであり、純イソ
オクタンを１００とし、正ヘプタンを０として、この２
つの燃料の混合物を中間オクタン価を決定するために使
用するものである。オクタン価は一次基準燃料を使用し
て決定される。一次基準燃料は、たとえば、ＡＳＴＭイ
ソオクタン、ＡＳＴＭｎ−ヘプタン、ＡＳＴＭイソオク
タンとｎ−ヘプタンの容量配分混合物およびＡＳＴＭイ
ソオクタンに希薄テトラエチル鉛を配合した混合物など
である。

【０００５】火花点火エンジンはそれがノッキングのエ
ッジ域で運転された場合にその最大出力と最高燃料効率
を達成する。ノッキングはシリンダー内での燃料空気混
合物の最後の部分の異常爆発である。正常燃焼状態で
は、火花プラグの点火で炎の波ができ、その炎の波はな
めらかにかつ一様的に火花プラグから燃焼室の他側まで
移動し、そして確実にピストンを押し下げ、クランクシ
ャフトを回転させる均一な圧力を形成させる。しかしな
がら、ノッキングが起こると、燃料の最後の部分（火花
プラグから最も遠い部分）が一度に着火してピストンを
ハンマーで叩くような圧力パルスが発生する。そしてノ
ックに伴う”ヒュー”という異常音が発生する。ピスト
ンの運動に変換される燃料エネルギーは少なくなり、エ
ネルギーの多くは熱やピストンまたはシリンダーの変形
や損傷に変換されてしまう。

【０００６】ガソリンのオクタン価を決定するための一
次基準方法においてはWaukeshaによって製造されたＣＦ
Ｒ４８のごとき大型一気筒ＡＳＴＭ承認ノック試験エン
ジンが使用される。そしてガソリンのノック強度が一次
基準燃料（ＰＲＦ＝primaryreference fuel）のノック
強度と比較され、そのガソリンのノック強度が調整前の
ＰＲＦのノック強度と同じになるまで圧縮比（Ｃ／Ｒ）
が調整される。ガソリンのノックの強さをＰＲＦのノッ
クに合致させるために要したＣ／Ｒ調整の量から、標準
参考表を使用して、そのガソリンのオクタン価とＰＲＦ
のオクタン価との差を求めることができる。

【０００７】標準気化器を使用するBittner の米国特許
第４３６６７０１号明細書に開示されているような在来
の装置と方法では、燃料空気比が固定オリフィス（メー
タリングジェット）に対して液頭（フロート室内の燃料
の高さ）を変えることによって変更されている。液頭は
オペレーターの判断に基づいて適当な燃料空気比が得ら
れるよう各ボウルのフロート室をオペレーターが上げ下
げすることによって変更される。このようなタイプの装
置と方法で正確なオクタン価を保証するためにはそのた
めにエンジンを作動し保持するエンジン専門家が必要で
ある。フロート室の高さを調節するのに人間の判断の要
素が入るから、１つの特定の燃料のオクタン価を決定す
るために使用されたステップ・バイ・ステップ操作を正
確にくり返すのは困難である。

【０００８】したがって、向上された分析と正確な反復
性とを有するオクタン価の評価システムの必要性が以前
から痛感されていたが、いまだに解決されていない。本
発明は従来技術のオクタン分析装置に関連する上記の問
題を処理したオクタン価決定のための装置と方法を提供
するものである。

【０００９】すなわち、本発明の目的は新規なコンピュ
ーター制御と標準ＡＳＴＭ試験エンジンと組み合わせた
燃料取扱システムとを利用した自動車燃料のオクタン価
を決定するための装置と方法を提供することである。本
発明によれば、燃料取扱システムは気化器に所望の燃料
空気混合物を提供するためのスピルタワーとマイクロ弁
を備えた構成をとる。装置の較正のためには一次基準燃
料（ＰＲＦ）が使用される。そのオクタン価によってＰ
ＲＦを同定することによって、標準ノック強度を得るた
めの調整がなされそして燃料試料のためのベースライン
として使用される中間目盛ノック強度設定点が決定され
る。

【００１０】このベースラインの決定後、分析装置は１
乃至４つの燃料試料を自動的にシーケンスする。最大ノ
ックのための燃料−空気の設定がなされそして次に圧縮
比が一次基準燃料に基づいて決定される。メモリーに保
存されている圧縮比対オクタン価のテーブルおよび対応
する圧縮比測定値（これは大気圧について自動的に補正
される）が被測定燃料試料のオクタン価決定のために使
用される。

【００１１】以上、本発明のより重要な特徴のいくつか
を大まかに説明したが、本発明は以下の記載を読むこと
により一層よく理解されるであろう。もちろん、以下に
おいては上記以外の付加的特徴も記載されておりそして
それらも本発明の請求の範囲の対象となるものである。

【００１２】本発明の詳細な説明のため、以下、添付図
面を参照して本発明の好ましい実施例を説明する。図面
において同様な部材、構成要素には同じ参照数字が与え
られている。

【００１３】図１は燃料のオクタン価を測定するためＡ
ＳＴＭ承認ノック試験エンジン１２と一緒に運転される
本発明の分析装置１０の斜視図である。このオクタン分
析装置１０は予定量の選択された燃料を燃料容器１８
（Ａ〜Ｄ）から上記試験エンジン１２へ供給するための
マイクロ弁気化器１６を含む燃料取扱システム１４と、
燃料空気比とシリンダー高を調節するためおよび燃料の
オクタン価を測定するために燃料取扱システム１４およ
び試験エンジン１２にインターフェース接続されたコン
ピューターシステム２０を包含する。本分析装置は緩衝
台座２１の上に設置されておりそして換気のため標準排
気系（図示なし）を使用する。

【００１４】分析装置１０を一次基準燃料（ＰＲＦ）で
較正後、この分析装置１０はトルエン標準化燃料（ＴＳ
Ｆ:toluene standardization fuel)および／または試験
燃料のオクタン価を測定するため使用される。ＴＳＦは
二種またはそれ以上の燃料を容量配分した混合物（たと
えば基準燃料品位トルエン、ＡＳＴＭｎ−ヘプタン、希
テトラエチル鉛、ＡＳＴＭイソオクタンの混合物）であ
り、実験的に決定されたオクタン価および規定の許容範
囲を有している。これらの混合物はエンジン運転条件に
敏感でありそしてノック試験装置が特定オクタンレベル
での燃料試験の先要条件として受け入れ可能な状態にあ
るか否かを指示する。

【００１５】本分析装置１０を使用して２つの種類のノ
ックエンジン測定オクタン価、すなわちリサーチ（ＡＳ
ＴＭ D2699) とモーター（ＡＳＴＭ D2700) が測定でき
る。モーターオクタン価の測定はリサーチオクタン価の
場合よりも高速かつ高温で実施される。モーター試験は
より苛酷であるので、モーターオクタン価は同じ燃料の
リサーチオクタン価よりも低くなる。

【００１６】好ましい実施例装置１０においては、燃料
取扱システム１４は次の燃料へ操作員がスイッチを切替
える必要なしに複数の燃料を分析するために使用でき
る。図２に図式的に示したように、燃料取扱システム１
４は４種までの燃料に対する各個の燃料容器１８Ａ−
Ｄ、プローブ２２Ａ−Ｄ、燃料ポンプ２４Ａ−Ｄ、流れ
制御弁２６Ａ−Ｄ、燃料ライン２８Ａ−Ｄおよび燃料ノ
ズル３０Ａ−Ｄを包含する。分析されるべき燃料はエン
ジン１２に設けられた燃料棚３２（図１）に置かれてい
る燃料容器１８Ａ乃至Ｄのうちの１つに入れられる。そ
の燃料容器１８（Ａ−Ｄ）に挿入されたプローブ２２
（Ａ−Ｄ）が燃料容器１８（Ａ−Ｄ）から燃料ポンプ２
４（Ａ−Ｄ）に至る燃料の連続通路を提供する。燃料が
選択されると（後述する）、その燃料のための燃料ポン
プ２４（Ａ−Ｄ）が作動され、燃料が燃料容器１８（Ａ
−Ｄ）から冷却ブロック３４を通って燃料ポンプ２４
（Ａ−Ｄ）へ送られる。この時、流れ制御弁２６（Ａ−
Ｄ）が燃料ライン２８（Ａ−Ｄ）と燃料ノズル３０（Ａ
−Ｄ）を通過してスピルタワー４０に入る選択された燃
料の流れを調節する。高い蒸気圧の燃料に伴う問題を減
少させると共に燃料密度に対する温度の影響を低減する
ために燃料は冷却される。

【００１７】最大ノック強度燃料空気比とは、燃料の液
位レベルが特定照準ガラスレベル限界内にある時に、試
験エンジン１２（図１）内の燃料で最高ノック強度が発
生する燃料と空気の比率である。したがって、本分析装
置１０はスピルタワー４０のセンターカラム４４（図
２）内の燃料の一定レベル（液頭）を保持しながら所望
の燃料空気混合物を得るためにスピルタワー４０とマイ
クロ弁組立体４２を使用する。この液頭は標準燃料照準
ガラスの１．３の設定値に等しい。この設定値はＡＳＴ
Ｍ限界値０．７乃至１．７の範囲内にある。

【００１８】燃料ノズル３０Ａ−Ｄ（図２）はカバー４
８のついたドーム４６を通ってスピルタワー４０に入
る。好ましい実施例装置１０においては、ドーム４６は
アルミでつくられ、カバーはルーサイト製である。ただ
し、これは１つの例であり、他の適当な材料を排除する
ものではない。燃料ノズル３０Ａ−Ｄはスピルトラフ５
０の上方に配置されている。燃料は燃料ノズル３０Ａ−
Ｄから出る時、センターカラム４４に到達するために必
要な速度で移動されていなければならない。選択されて
いない燃料のための燃料ノズル３０Ａ−Ｄから滴下する
燃料はセンターカラム４４に到達する速度を有していな
いので、スピルトラフ５０の中にしたたり落ちてしま
う。これによって選択された燃料の分析の間の汚染が防
止される。

【００１９】スピル型気化器１６の場合の液頭一定の条
件はエンジン１２が消費できる量より多い燃料を供給す
ることによって満たされる。過剰の燃料はスピルタワー
４０のセンターカラム４４から溢れてスピルトラフ５０
に流入しそしてスピルドレイン５２を介して排出され
る。

【００２０】図３は標準気化器６０と組合わせたスピル
タワー４０とマイクロ弁組立体４２の使用を説明する図
でありそして図４はそのスピルタワー４０とマイクロ弁
組立体４２の部品分解図である。なお、これらスピルタ
ワー４０とマイクロ弁組立体４２の部品の数と形状なら
びにそれら部品の相互関係は例示の目的のためにのみ提
示されており、同じ働きする別の構成を排除するもので
はない。分析装置１０では燃料空気比はマイクロ弁組立
体４２内の可変メータリングジェット５４（図４）によ
って変えられる。０．００５インチきざみのマイクロ弁
５８の運動を与えるためステッピングモーター５６が使
用されている。

【００２１】図３はボウル６４と６６を有する四ボウル
気化器ブラケット６２に設置された標準気化器６０を示
している。他の２つのボウル（不図示）はスピルタワー
４０とマイクロ弁組立体４２の変更を好都合にするため
気化器ブラケット６２からはずされている。気化器本体
フランジ６８は燃料選択器７０から切り離された状態で
示されている。ボウル６４と６６のためのフロート型レ
ベルゲージ７２と７４は燃料選択器６０にそれぞれ連結
されたままである。他の２つのフロート型レベルゲージ
（図示なし）は取りはずされている。

【００２２】図４の部品分解図に見られるように、選択
弁７６がスピルタワー４０とマイクロ弁組立体４２を気
化器１６へインターフェース接続するため燃料選択器７
０に連結される。選択弁７６の下部開口８２の中にパイ
ププラグ８０が挿入される。燃料選択器７０の上にはア
ダプターブラケット８４が配置されている。

【００２３】マイクロ弁組立体４２はギヤー８６に取り
付けられたステッピングモーター５６を含む。ギヤー８
６はギヤー板８８とギヤー止め９０とによって保持され
ている。マイクロメーター軸９２が必要な運動をギヤー
８６からロックナット９６で固定されたマイクロ弁５８
へ伝達する。マイクロ弁５８にはマイクロ弁Ｏ−リング
９８がはめられそしてマイクロ弁アダプター１００の中
に挿入される。マイクロ弁ガスケット１０２がマイクロ
弁アダプター１００と燃料メータリングジェット５４と
の間のシールを形成する。燃料メータリングジェット５
４は下部開口１０４を介して弁セレクター７８に接続さ
れている。ギヤー８６はギヤー囲い１０６によって包囲
されそしてこのギヤー囲いが支持ブラケット１０８に固
定され、その支持ブラケットが次にアダプターブラケッ
ト８４に取り付けられる。次いで、マイクロ弁組立体４
２が組みつけられた燃料選択器７０が気化器本体フラン
ジ６８（図３）に再結合される。

【００２４】スピルタワー４０（図４）は四角形開口１
２０を通じてアダプターブラケット８４の中に配置され
そして弁セレクター７８の上部の開口１２２の中に取り
付けられる。スピルタワー４０と弁セレクター７８との
間はスピルタワー４０の下部円筒１２６にはめられたＯ
−リング１２４によってシールされる。スピルタワー本
体１２８は上記センターカラム４４とスピル出口１３０
と１３２を含む。過剰燃料はこれらスピル出口を通って
スピルトラフ５０からスピルドレイン５２（図２）へ排
出される。冷却剤入口１３４と出口１３６（図４）が、
燃料がスピルタワー４０に滞在中、燃料を付加的に冷却
するための手段を提供している。スピルタワー本体１２
８にはＯ−リング１３がはめられており、スピルタワー
本体１２８とスピルドーム４６との間のシールを形成し
ている。

【００２５】気化器１６（図３）は選択された燃料空気
比で気化燃料を試験エンジン１２に供給する。この燃料
のオクタン価が圧縮比とノック強度の測定値（燃料が試
験エンジン１２内を流れている間に測定がなされる）お
よび既知の圧縮比とノック強度とオクタン価との関係を
利用して決定される。

【００２６】本分析装置１０のデータと燃料の流れが図
式的に図５に示されている。圧縮比（Ｃ／Ｒ）はシリン
ダー高とピストン（図示なし）との間の関係である。好
ましい実施例装置１０においては、このＣ／Ｒ（または
シリンダー高）はエンジン制御盤１５０を介してコンピ
ューターシステム２０からＣ／Ｒドライブ１４２へ命令
を送ることによって調整されそして線形ポテンショメー
ター１４４を横切る電圧の出力として測定される。この
電圧信号はそのあとデジタル単位に変換するための信号
調整器を通りそしてコンピュータープロセッサー１５１
へ入力される。デジタル単位の電圧信号はエンジン制御
盤１５８（図１）に表示される。デジタルカウンター表
示器（図示なし）は試験エンジン１２運転中規定圧縮比
で基準設定値に割り出されたシリンダー高を数値で表示
する。

【００２７】標準ノック強度は、ノックメーター１５２
が５０の読みを与えるよう較正された後、ガイドテーブ
ル規定値に設定されたＣ／Ｒで最大ノック強度燃料空気
比をもって運転されている試験エンジン１２に特定オク
タン価のＰＲＦが使用された時に発生されるノックのレ
ベルである。好ましい本実施例装置１０ではウェストン
ノックメータ−（Weston knock meter) １５２が使用さ
れている。

【００２８】爆燃（デトネーション）メーター１５４は
試験エンジン１２からの電気信号を電気的に増幅し、信
号調整し、その信号をノックメーター１５２上に表示し
かつコンピューターシステム２０へ入力する。ノックメ
ーター１５２の感度は”スプレッド（spread) ”と呼ば
れ、１オクタン価当りのノックメーター目盛りの目数で
表される。

【００２９】図５は燃料取扱システム１４、試験エンジ
ン１２、エンジン制御盤１５０およびコンピューターシ
ステム２０相互間のインターフェースを示す。好ましい
実施例装置１０では封入タッチスイッチ（図示せず）を
有するコンピューターシステム２０を使用している。こ
のスイッチを使用すれば外部キーボードなしでオペレー
ターはコンピューターシステムと通信することができ
る。好ましい実施例装置１０のコンピューターシステム
２０では以下のものが使用されている：１メガバイトメ
モリーを有するコンピュータープロセッサー１５１とし
て８０３８６sx、ソリッドステートエレクトロルミネセ
ンス（ＥＬ）ディスプレー１５６（図１）を有するＥＧ
Ａビデオ、１つの並列ポートと２つの組合せ可能な直列
ポート（図示なし）（ＲＳ−２３２かまたは電気的／光
学的に絶縁されたＲＳ−４２２／ＲＳ−４８５）、デー
タ保存のための４０メガバイト衝撃架装（shock-mounte
d)固定ディスク（図示なし）。コンピューターシステム
２０はハードコピーリポートのためプリンター（図示せ
ず）にインターフェース接続することができる。

【００３０】コンピューターシステム２０はシステム部
品をほこりっぽい環境から保護するため包囲されてい
る。ソリッドステートＥＬディスプレー１５６は１０Ｇ
ｓまでの振動および１００Ｇｓまでの衝撃に耐えること
ができる。このディスプレー１５６はＲＦＩおよびＥＭ
Ｉの影響を受けないので、本コンピューターシステム２
０を磁界または電界の近くに置くことが可能である。

【００３１】標準大気圧で試験される特定ＰＲＦ混合物
の標準ノック強度におけるシリンダー高（圧縮比）とオ
クタン価との特定の関係を含めたガイドテーブルが被験
燃料の分析中参照するためコンピューターシステム２０
に保存されている。

【００３２】コンピューター制御シャーシ１５８（図
５）はコンピュータープロセッサー１５１を燃料取扱シ
ステム１４、エンジン制御盤１５０および試験エンジン
１２にインターフェース接続するために使用される。コ
ンピューター制御シャーシ１５８は図５に示したように
コンピューターシステム２０内に配置しても、図１に示
したようにエンジン制御盤１５０内に配置してもよい。
２４ボルト直流電源（不図示）、１つの継電器盤および
４つのソリッドステートリレー（不図示）がコンピュー
ター制御シャーシ１５８に取り付けられている。電源は
燃料ポンプ２４Ａ−Ｄとマイクロ弁ステッピングモータ
ー５６を駆動するための動力を供給する。継電器盤は燃
料ポンプ選択、Ｃ／Ｒブレーキ制御、マイクロ弁方向お
よび自動／手動Ｃ／Ｒ中断制御を操作する。４ソリッド
ステートリレーはシリンダー高さを操作し、マイクロ弁
組立体４２をオン−オフする。

【００３３】封入タッチスイッチ（不図示）は、図６に
示されているように、オペレーターが入力するための１
２のファンクションキー１６０と１つのキーパッド１６
２を与えている。

【００３４】装置初期化 装置動作 本分析装置の運転を開始するためには、オペレーターは
燃料を燃料容器１８Ａ−Ｄに装填し、ウォームアップす
る燃料を選択し、コンピューターシステム２０をパワー
アップし、ＡＳＴＭノック試験エンジン１２を始動しそ
して装置をメニュー駆動命令により制御する。好ましい
実施例装置１０では４つの燃料容器２０Ａ−Ｄが使用さ
れている。これらの燃料はＴＳＦ、ＰＲＦおよび／また
は被験燃料でありうる。分析装置１０が作動された時メ
インメニューがコンピューターディスプレーに表示され
そしてそして図７に示されているすべての動作に対して
メニュー駆動命令が準備される。ファンクションキー１
６０によって下記の動作が得られる： Ｆ１：オクタン分析メニュー Ｆ１：試料／ＰＲＦ評価（後述） Ｆ２：トルエン評価（後述） Ｆ２：ユーティリティーメニュー Ｆ１：Ｉ／Ｏ制御 Ｆ１：燃料ポンプ１の作動／作動停止のためのトグル Ｆ２−４：燃料ポンプ２−４のためのトグル Ｆ５：エンジン制御盤１５０上の上／下矢印（不図示）
を使用してオペレーターがＣ／Ｒを上昇／下降させるこ
とが可能 Ｆ６：エンジン制御盤１５０上の上／下矢印（不図示）
を使用してオペレーターが”リッチ”と”リーン”の間
でマイクロ弁をマニュアル移動させることが可能 Ｆ７：Ｃ／Ｒ制御：手動Ｃ／Ｒ制御可能化／不可能化の
ためのトグル Ｆ２：履歴−ファイルにあるすべての試料の列挙 Ｆ３：ＭＶ初期化（後述） Ｆ４：ＭＶサーチ（後述） Ｆ５：洗浄−１またはそれ以上のポンプから古い燃料を
パージする Ｆ６：エンジン監視（後述） Ｆ７：大気圧設定−オペレーターが大気圧を入力すると
装置が自動的に２９．９２”Ｈg に補正 Ｆ８：エンジン分析（後述） Ｆ３：システムメニュー Ｆ１：ＫＩ較正（後述） Ｆ２：ＣＲ較正（後述） Ｆ３：システムセットアップ（後述） Ｆ４：時間−日付セット Ｆ５：システムデータ

【００３５】オペレーター入力 装置設置後、いくつかの準備較正とテストルーチンが実
施されオクタン分析のためのデータと調整ファクターが
出力される。実施されるルーチンは次のものを含む：シ
ステムセットアップ、時間／日付セット、ＫＩ較正、Ｃ
／Ｒ較正、システムデータ、ＭＶ初期化およびエンジン
分析。最初の４つのルーチンは設置後あるいはまた１つ
の方法から他の方法への変換後（たとえばサーチからモ
ーターへの切替後）も実施される。エンジン分析ルーチ
ンは毎日実施するのが好ましくそしてＭＶ初期化ルーチ
ンは装置がパワーアップされるたび毎にまたはマイクロ
弁が手動操作されるたび毎に実施するのが好ましい。オ
ペレーターはシステム初期化データをディスプレー１５
６上でメニュー駆動命令を援用しファンクションキー１
６０とキーパッド１６２によって書き込む。初期化デー
タは現在の大気圧、燃料（ＰＲＦ、ＴＳＦ、試料）の確
認および複数の燃料の分析順序を含む。

【００３６】洗浄サイクル 燃料洗浄サイクルは本分析装置１０によって各試料／Ｐ
ＲＦの評価（オクタン分析メニューのＦ１）のスタート
時に自動的に実施されル。また、オペレーターがエンジ
ンを洗浄することを分析装置１０に手動で命令すること
ができる（ユーティリティーメニューのＦ５）。エンジ
ン１２はエンジン１２から古い燃料をパージするために
約１５秒間運転される。

【００３７】マイクロ弁初期化 正しい分析のためマイクロ弁５８はオペレーターによっ
て初期化される。マイクロ弁の位置がマイクロメーター
軸９２から読み取られそしてキーパッド１６２によりコ
ンピューターシステム２０に入力される。コンピュータ
ーシステム２０はこの位置を基準として使用しそしてこ
の最初の読みからの差引として将来のマイクロ弁の位置
を決定する。この操作はオペレーターによるマイクロ弁
５２の手動調整後はいつでも繰り返されなければならな
い。

【００３８】ノック強度較正 試験エンジンのウォームアップ後、分析装置１０はノッ
ク強度と圧縮比に関して較正される。これらの較正は装
置が初期化されるごとにかつまたエンジン分析法（リサ
ーチまたはモーター）が変更されるごとに実施されなけ
ればならない。最初の操作（システムメニューのＦ３）
はノックメーター１５２で装置のノック強度を較正する
ことである。試験エンジン１２が５０１−Ｃメーター
（図示なし）を具備している場合には、較正のための電
圧を変えるためにゼロ調整ポットを使用する。具備して
いない場合には外部ミリボルト源を使用する。較正のた
めには、オペレーターは較正電圧をエンジン制御盤１５
０上のダイアル（不図示）を使用してディスプレー１５
６上の命令により指図された種々の電圧レベルに合わせ
る。較正が完了した時、コンピューターシステム２０内
のノック強度はノックメーター１５２の読みと一致す
る。

【００３９】Ｃ／Ｒ較正 次の操作はＣ／Ｒ較正（システムメニューのＦ３）であ
る。これはシリンダー高に対してポテンショメーター１
４４の出力電圧を割出してスケールするものである。試
験エンジンはこの較正の開始前に運転してウオームアッ
プしておかなければならない。オペレーターはディスプ
レー１５６に表示された指令に従ってエンジンの機械的
デジタルカウンターを未補正値（リサーチオクタン価の
場合は７５５、モーターオクタン価の場合は５９５）に
設定する。エンジンの機械的デジタルカウンターの読み
がその未補正値になることを保証するため、オペレータ
ーは上のカウンターと読みと下のカウンターの読みが同
じになるまでＣ／Ｒを調整する。それから、オペレータ
ーはキーパッド１６２で”ＥＮＴＥＲ”を押し、コンバ
ータートップとポテンショメーター軸との間に０．３０
０インチスペーサーを挿入しそして再びキーパッド１６
２で”ＥＮＴＥＲ”を押す。ディスプレー１５６で指示
された時にオペレーターはスペーサーを外す。しかし
て、システムＣ／Ｒは較正される。デジタルカウンター
の読みはありうる機械的不正確さのため無視される。

【００４０】ここでディスプレー１５６がオペレーター
に高低Ｃ／Ｒ限度を書き込むよう指示する。これは安全
運転範囲を与えるためＣ／Ｒ制御操作（Ｃ／Ｒドライブ
１４２へのコマンド）がなされる時、分析装置１０が守
る限度である。もし分析装置１０がこの限度を超えよう
とすると、試験は中断される。示唆される限度範囲は４
００乃至１０００（リサーチ）と３００乃至９００（モ
ーター）である。

【００４１】セットポイントの決定 試験エンジン１２が平衡に達した時、ノック強度セット
ポイントが初期化の時のオペレーターの命令（前記）に
より決定される。これは次のいずれかの方法による：適
正範囲（４０乃至６０）にある場合はノックメーター１
５２から現在のノック強度を読み取る，あるいは，オペ
レーターがキーパッド１６２から入力する。このノック
強度セットポイントは分析を受ける燃料のための目標ノ
ック強度である。この標準ノック強度セットポイントは
１００以下のオクタン価を有する４番目の燃料の後およ
び１００以上のオクタン価を有する２番目の後に毎回再
設定しなければならない。被験燃料はその燃料グループ
内にＰＲＦを含めてまたは含めないで分析することがで
きる。ＰＲＦが含まれない場合は、オペレーターはキー
パッド１６２を使用して試験エンジン１２の前回のＰＲ
Ｆ運転からのセットポイントを書き込む。

【００４２】トルエン燃料（ＴＳＦ）またはＰＲＦを含
有する燃料グループが分析されるべき場合には、その試
験の最初の運転の燃料はＰＲＦでありそして分析装置１
０がＡＳＴＭ法Ｄ２６９９とＤ２７００およびＩＰ法２
３７と２３６に記載されているようにＰＲＦノック強度
セットポイントを決定する。このＰＲＦのオクタン価
（オペレーターがキーパッド１６２で入力する）を使用
して、コンピューターシステム２０がテーブルに保存さ
れている情報から対応するシリンダー高を決定する。シ
リンダー高は現在の大気圧（同じくキーパッド１６２に
より入力）に関して補正するため調整される。シリンダ
ー高をその補正された数値に調整するため制御信号がＣ
／Ｒドライブ１４２に送られる。

【００４３】次に燃料空気比サーチ（後述）がピークノ
ック強度に到達するまで実行されそしてマイクロ弁５８
に対する設定が決まる。もしオペレーターがシステム初
期化の時にデフォールトオープション(default option)
を選択しておりそして現在のノック強度の読みが４０乃
至６０の範囲である場合には、その現在の示度が使用さ
れる。両方の条件が満たされない場合は、オペレーター
に爆燃メーター１５４を中間目盛ノック強度に調整する
よう指示がなされる。

【００４４】エンジン分析 エンジン分析は上記較正操作の後かつオクタン分析の前
に実施される。これは診断目的のためにオペレーターに
よって請求されるものである（ユーティリティーメニュ
ーのＦ８）。この試験の間にコンピューターシステム２
０によって得られた情報は本分析装置１０の運転を促進
する。エンジン分析の間コンピューターシステム２０は
Ｃ／Ｒドライブファクター、Ｃ／Ｒ−ノック強度応答フ
ァクターおよびＣ／Ｒ変換器エラーを計算する。これら
ファクターは燃料分析の間に使用され、Ｃ／Ｒドライブ
１４２の駆動の過剰・過少を最少にする。さらに、ノッ
ク強度安定性ファクターが計算されそして分析の間試験
エンジンが何時平衡に達したかを判定するために使用さ
れる。この操作は５乃至６分間かかりそして通常１シフ
トのスタート時に実施される。

【００４５】エンジン分析は３０秒間の洗浄で開始され
る。最初の１０秒後にノック強度が読み取られる。この
ノック強度が１０以下である場合には本分析装置１０は
２秒間Ｃ／Ｒを上昇ドライブさせそしてさらに１０秒経
過後にノック強度の読みを再チェックする。もしノック
強度が１０以下の数値に達しない場合には、メッセージ
がディスプレー１５６に表示されそして試験は取り止め
られる。

【００４６】洗浄の間、ノック強度の読みが１０以下で
あった場合には、本分析装置１０はＣ／Ｒドライブ１４
２を使用してノック強度が３５乃至６５の範囲になるま
でシリンダー高を調整する。平衡２０秒後に、分析装置
１０はＣ／Ｒを２秒間ドライブアップし、試験エンジン
が平衡に達した後そのノック強度を読取り、そしてこれ
ら２つのノック強度の読みを”スプレッド(spread)”と
Ｃ／Ｒ応答を計算するために使用する。

【００４７】”スプレッド”はエンジン分析中に計算さ
れる。これはＣ／Ｒ調整の前と後でＣ／Ｒ位置とノック
強度を読取ることによって行われる。そしてノック強度
の変化（ΔＫＩ）をΔオクタンで割り算して”スプレッ
ド”が決定される。燃料分析の間、この”スプレッド”
は小さな中立帯誤差を補償するために使用される。

【００４８】次に９回一連の１０秒傾斜計算が実施され
てノック強度安定性ファクターが決定される。この安定
性ファクターは燃料空気比サーチおよびオクタン評価の
間、安定性チェック比較のための基準として使用され
る。エンジンノック安定性は沈着物の堆積、堆積物の性
質およびエンジン摩耗などの原因により一般に時間の経
過とともに劣化する。したがって、安定性チェックは試
験エンジンの性能を監視するために定期的に実施され
る。安定性ファクターは９回の１０秒傾斜の平均であ
る。傾斜は次式で計算される： 傾斜＝（Ｙ１−Ｙ２）／Ｘ （１） 式中、Ｙ１は１０秒のスタートにおけるノック強度、Ｙ
２は１０秒の終わりにおけるノック強度、そしてＸは１
０秒である。最後の１０秒傾斜計算の間、Ｃ／Ｒが読み
取られる。統計的チェックがなされそして変換器エラー
が計算される

【００４９】オクタン分析 分析されるべき複数の燃料が燃料容器１８Ａ−Ｄに装填
され、関連情報がコンピューターシステム２０に入力さ
れ、較正操作が完了した後、オペレーターはオクタン分
析すなわちオクタン価決定の段階に入る。この段階にお
いて、試験エンジン１２、コンピューターシステム２０
に保存されているテーブル、リサーチ法とモーター法の
両者に対してＡＳＴＭマニュアルセクション５に概要が
記載されている入力パラメータを使用した自動オクタン
評価がなされる。

【００５０】オクタン価は標準ノック強度で運転されて
いるウオームアップされたエンジンにおいて測定され
る。ＰＲＦが存在している場合には、このＰＲＦが最初
に評価に供されるようスケジュールが作成される。この
ＰＲＦ運転の１つの結果が他の燃料のための基準点とし
て使用されるＰＲＦノック強度セットポイント（前記）
である。複数の被験燃料のみが評価される場合には、オ
ペレーターが前回のＰＲＦ運転からのＰＲＦノック強度
セットポイントを入力することができる。もし燃料の１
つとしてＴＳＦが含まれている場合は、燃料の順番はＰ
ＲＦ、ＴＳＦ、被験燃料（もしあれば複数）の順序とな
る。

【００５１】洗浄サイクル 次に、分析装置１０は選択された燃料の分析を進めてそ
のオクタン価を決定する。各燃料分析のスタート時に分
析装置１０は前回に選択された燃料２を洗い出すために
洗浄（パージ）サイクルを実施しそしてマイクロ弁５８
とシリンダー高をベースライン位置に調整する。

【００５２】安定性チェック 洗浄サイクル終了後、１０秒間安定性チェックがなされ
る。これは複数回の安定性チェックのうちの１回でも試
験開始時に計算されていた安定性ファクターの１．６倍
以内のノック強度を確認するまで行われる。装置が９回
の安定性チェック後においても安定でない場合は、ディ
スプレー１５６にメッセージが出されてオペレーターに
それが通告されそして試験は取り止めになる。

【００５３】ＭＶサーチ（燃料空気比サーチ） 次の段階はＭＶサーチである。オペレーターによって手
動で開始することもできるこのサーチは選択された燃料
のランニング中に最大ノック強度となる燃料空気比サー
チを実行するものである。ノック強度の変化の軌跡がこ
のサーチの間ディスプレー１５６に表示される。ディス
プレー１５６上の現状ブロック（図示なし）は５秒ごと
に更新されそして現在のサーチの状態（広い、狭いまた
はファイナル）を示す。その他表示される情報はマイク
ロ弁セッティング、ノック強度、Ｃ／Ｒセッティングお
よび燃料ポンプ番号などである。

【００５４】分析装置１０はステッピングモーター５６
を制御してマイクロ弁５８を段進させることによってこ
の燃料空気比サーチを実行する。段進は方向に関して計
算された、１セットの予め選択された広い増分と狭い増
分によりピークノック強度に達するまでそして最適マイ
クロ弁セッティングが決定されるまで行われる。最初に
マイクロ弁５８はベースライン位置に調整される。つい
でコンピューターシステム２０がマイクロ弁５８を広い
ステップで段進させるようステッピングモーター５６に
信号を送る。ノック強度は”リーン”から”リッチ”の
方向に行く時により多く反応する。したがって最初のシ
リーズの段進は”リーン”の方向にノック強度が低下す
るまで行われる。このあと、方向が転換されそして次の
シリーズの段進が”リッチ”の方向で別のピークに到達
するまで実施される。ピークはマイクロ弁５８が段進さ
れる毎にノックメーター１５２の入力を比較することに
よって決定される。モーター法（ＡＳＴＭ D-2700)での
ノック強度はリサーチ法（ＡＳＴＭ D-2699)の場合より
もマイクロ弁の運動に対してより多く反応する。したが
って、２つの方法で使用されるサーチ増分（ステップ
幅）は互いに相違する。本好ましい実施例装置１０では
リサーチ法での運転の場合には広いステップとして０．
００９インチがそして狭いステップとして０．００４５
インチが使用される。また、モーター法の運転の場合に
は広いステップとして０．００４５インチがそして狭い
ステップとして０．００２５インチが使用される。

【００５５】好ましい実施例装置１０では、１回の燃料
空気比サーチの間に読み取られるノック強度はすべて１
秒間隔でなされた１５回の読みの平均である。サーチは
初期ロック強度の読み取りによってスタートする。次い
でマイクロ弁５８がリーン方向に広いステップでワンス
テップ段進される。いずれかのステップの間に、ノック
強度が１０秒以内に６ノック強度単位またはそれ以上、
低下した場合には、分析装置１０は直ちに次のステップ
に進む。次のステップは、ノック強度が低下した場合、
常に反対方向である。各ステップごとに、コンピュータ
ーシステム２０は４５秒間の間１秒につき１回ノック強
度を入力する。最初の３０の読みは捨てられそして残り
の１５の読みが平均される。

【００５６】このパターンが、コンピューターシステム
２０がノック強度がピークに到達したと判断するまで、
繰り返される。そのあと、マイクロ弁５８が計算された
広いピーク位置まで移動そしてサーチの狭い部分が開始
される。このパターンは上述したステップの広いパター
ンに対してステップを狭くしており、それ以外は同じで
ある。典型的なサーチは３乃至４の狭いステップを有す
るが、最大１１のステップを要する場合もある。狭いス
テップでのサーチの終わりに、マイクロ弁５８は計算さ
れた狭いピーク位置へ移動される。この計算は放物線の
頂点を求める計算式である。

【００５７】安定性チェック ＭＶサーチが完了したら、いま１つの安定性チェックが
実行される。もし９回のチェック後において、安定性が
安定性ファクターの１．１倍以内になかった場合には、
試験は取り止められる。

【００５８】オクタン価の計算 安定性チェックにパスしたら、燃料の最終的オクタン価
が大気圧について補正されそして計算された”スプレッ
ド”を使用して調整されたシリンダー位置の読み（Ｃ／
Ｒ）から決定される。燃料がＴＳＦの場合、そのオクタ
ン価が保存されている数値に対して比較されてそのオク
タン価が目盛られたオクタン価の規定誤差許容範囲内で
あるか否かがチェックされる。オペーレーターはその結
果を知らされる。

【００５９】被験燃料のオクタン価が下記量だけＰＲＦ
のオクタン価と差異していた場合にはその被験燃料のオ
クタン価は受け入れられない： 被験燃料のオクタン価 オクタン価の差 ９０以下 ２．０ ９０−１００ １．０ １００−１０２ ０．７ １０２−１０５ １．３ １０５以上 ２．０ 計算されたオクタン価についてその差が表の数値より大
きい場合には、被験燃料が許容範囲を超過したことがオ
ペレーターに知らされる。

【００６０】要約すると、既知のノック強度セットポイ
ントに較正された装置で燃料のオクタン価を決定するた
め、下記の工程が実施される：古い燃料が試験エンジン
からパージされる、一次基準燃料のためのシリンダー高
がテーブルから決定されそして現在の大気圧について補
正される、Ｃ／Ｒ（シリンダー高）が上記により決定さ
れた高さに調整されてノック強度が予定範囲内とされ
る、安定性チェックが実行される、燃料空気比サーチが
選択されたＣ／Ｒで被験燃料を使用して最大ノック強度
を得るべく実施される（すなわち、最大ノックが起こる
まで燃料と空気の混合比を種々変えて技術上目標との差
をゼロとする）、マイクロ弁５８がリーンからリッチの
方向に広いステップでピークセッティングが決定される
までそして次に狭いステップでピークセッティングが決
定されるまで調整される、ピーク燃料空気比で試験エン
ジン１２を運転しながらノック強度セットポイントが達
成されるまでＣ／Ｒが調整される、Ｃ／Ｒの位置が読み
取られそしてスプレッドファクターを使用して中立帯誤
差を除去するため補整される、そしてオクタン価がＣ／
Ｒ位置と燃料空気比との間の既知の関係に基づいて計算
される。分析された燃料がトルエンである場合はこのあ
と許容範囲チェックが実施される。以上、本発明を好ま
しい実施例について詳細に説明したが、上記した装置と
方法の細部は、本発明の範囲を逸脱することなく、各種
変更が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＡＳＴＭ承認試験エンジンを使用した本発明の
分析装置の斜視図である。

【図２】分析装置の燃料取扱システムの概略図である。

【図３】スピルタワーとマイクロ弁組立体を有する気化
器の斜視図である。

【図４】気化器のスピルタワーとマイクロ弁組立体の部
品展開図である。

【図５】本発明の分析装置のデータ、制御および燃料の
流れを図式的に示す。

【図６】コンピューターの操作盤の前面図である。

【図７】コンピューターのメニューの系統的構成図表で
ある。

【符号の説明】

１０ 分析装置 １２ 試験エンジン １４ 燃料取扱システム １６ 気化器 １８ 燃料容器 ２０ コンピューターシステム ２１ 緩衝台座 ２２ プローブ ２４ 燃料ポンプ ２６ 流れ制御弁 ２８ 燃料ライン ３０ 燃料ノズル ３２ 燃料棚 ３４ 冷却ブロック ４０ スピルタワー ４２ マイクロ弁組立体 ４４ スピルタワーのセンターカラム ５０ スピルトラフ ５２ スピルドレイン ５４ 可変メータリングジェット ５６ ステッピングモーター ６２ 四ボウル気化器ブラケット ６４、６６ ボウル ７２、７４ フロート型レベルゲージ ７８ 弁セレクター ９２ マイクロメーター軸 １４２ Ｃ／Ｒドライブ １４４ ポテンショメーター １５０ エンジン制御盤 １５１ コンピュータープロセッサー １５２ ノックメーター １５４ 爆燃（デトネーション）メーター １５６ ディスプレー １６０ ファンクションキー １６２ キーパッド

フロントページの続き (72)発明者 スティーブン パーナ アメリカ合衆国，08690 ニュージャーシ ィ，ハミルトン スクエアー，アバット ロード 22 (72)発明者 ジョー バウス，シニア アメリカ合衆国，08062 ニュージャーシ ィ，マリカ ヒル，ボックス 208エヌ, ルーラル ルート ナンバー３ (72)発明者 ハーベイ フェラー アメリカ合衆国，08534 ニュージャーシ ィ，ペニントン，ティータス ミル ロー ド ７

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高さが調節可能なシリンダーと燃料空気
   比が調節可能な気化器を有するノック試験エンジンを装
   備したコンピューター制御オクタン分析装置を使用して
   被験燃料のオクタン価を決定する方法は下記工程を含
   む： （ａ）既知オクタン価を有する一次基準燃料（ＰＲＦ）
   をエンジンに供給しながら、装置に入力された大気圧、
   シリンダー高、ノック強度、燃料空気比測定値に応答し
   て装置を較正し； （ｂ）ＰＲＦのオクタン価と大気圧に基づいて補正され
   たシンリンダー高にシリンダー高を調整し； （ｃ）該補正されたシリンダー高に対するノック強度セ
   ットポントを設定し； （ｄ）該ノック強度セットポイントに達するまで気化器
   内の燃料空気比を調節することによって燃料空気比を決
   定し； （ｅ）その燃料空気比で気化器に被験燃料を供給しなが
   ら、該ノック強度セットポイントに達するまでシリンダ
   ー高を調節することによってシリンダー高ファクターを
   決定し； （ｆ）そのシリンダー高ファクターと該燃料空気比ベー
   スラインとに基づいて被験燃料のオクタン価を決定す
   る。
2. 【請求項２】 試験エンジンがさらに燃料空気比調節の
   ためのマイクロ弁を含みそして燃料空気比ベースライン
   決定の工程がさらに下記の工程を包含している請求項１
   記載の被験燃料のオクタン価を決定する方法： （ａ）マイクロ弁を予め設定された位置からよりリーン
   な混合比の方向に一組の広いステップを通じて、ノック
   強度の変化が予め決定された閾値より少なくなるまで移
   動させ； （ｂ）マイクロ弁を上記と反対の方向に狭いステップ
   で、ピークノック強度に達するまで移動させ； （ｃ）燃料空気比ベースラインとして該マイクロ弁を使
   用する；ここで該広いステップはリサーチオクタン価決
   定（ＲＯＮ）の場合は約０．００９インチそしてモータ
   ーオクタン価決定（ＭＯＮ）の場合は約０．００２５イ
   ンチでありそして該狭いステップはＲＯＮの場合は約
   ０．００４５インチそしてＭＯＮの場合は約０．００２
   ５インチである。
3. 【請求項３】 気化器とシリンダーとを有するノック試
   験エンジンと組み合わせて作動される被験燃料のオクタ
   ン価を決定するためのオクタン分析装置は下記の要素を
   包含する： （ａ）一次基準燃料および被験燃料を気化器に供給する
   ための燃料取扱システム； （ｂ）気化器へ供給される被験燃料と空気の混合物の混
   合比を調整するための燃料空気比調整手段； （ｃ）シリンダーの高さを調整するためのシリンダー高
   調整手段； （ｄ）ＰＲＦと被験燃料を試験エンジンに供給しながら
   該エンジン内のノック強度を測定するための爆燃測定手
   段； （ｅ）装置へインターフェース接続するためのオペレー
   ター入力／出力手段； （ｆ）下記のためのコンピューター： ｉ）上記爆燃手段、シリンダー高調整手段、燃料空気比
   調整手段、およびオペレーター入力／出力手段からデー
   タを受け取る； ii）ノック強度セットポイントを決定する； iii）シリンダー高ベースラインを決定する； iv ）燃料空気比調整手段、シリンダー高調整手段およ
   びオペレーター入力／出力手段へデータを送る； ｖ）ノック強度ベースライン、シリンダー高ベースライ
   ン、燃料空気比ファクターに基づきオクタン価を決定す
   る。
4. 【請求項４】 少なくとも１つの被験燃料のための燃料
   取扱システムが下記のものを包含している請求項３記載
   のオクタン分析装置： （ａ）各被験燃料ために各１つの燃料容器； （ｂ）冷却ブロック； （ｃ）各燃料容器を該冷却ブロックを介して気化器へ接
   続するための燃料ライン； （ｄ）被験燃料を燃料容器から該冷却ブロックを介して
   気化器へ送る各被験燃料のための燃料ポンプ； （ｅ）各燃料ラインに設けられた燃料調節弁； （ｆ）被験燃料を選択するための燃料セレクター。
5. 【請求項５】 燃料空気比調整手段がさらに下記のもの
   を包含している請求項３記載のオクタン分析装置： （ａ）選択された被験燃料を燃料取扱システムから受け
   取るためのスピルタワー、このスピルタワーは被験燃料
   を一定高さに保持する； （ｂ）被験燃料をスピルタワーから受け取るためのマイ
   クロ弁組立体、このマイクロ弁組立体は該被験燃料を気
   化器内へ通すための調節可能な開口を有している。