炼油厂和发动机制造商都经常面临连续改进其产品以满足日益严格的政府效率和排放要求以及消费者对于增强性能的期望的挑战。例如，在适合在内燃发动机中使用的燃料的生产中，石油生产商混合多种含有碳氢化合物的流，以生产将满足政府燃烧排放规程和发动机制造商性能燃料标准、诸如研究法辛烷值(RON)的产品。类似地，发动机制造商通常设计火花点火式内燃发动机。例如，发动机制造商尽力最大可能程度地抑制自燃的现象，当具有不足以抗爆震的燃料在发动机中燃烧时，该自燃现象通常产生爆震并且能导致发动机损坏。
在通常的驾驶情形下，发动机在取决于许多因素包括环境条件(空气温度、湿度等)、车辆负载、速度、传动比、加速度等宽泛的状态范围下运行。发动机制造商和燃料混合器必须设计在实际所有这些不同状态下良好执行的产品。这需要进行折衷，因为经常在特定速度/负载状态下理想的燃料属性或发动机参数在其他速度/负载状态下对整体性能是有害的。传统上，车辆燃料以两个或三个等级进行供应，这些等级通常通过其研究法辛烷值或RON进行区别。通常，燃料等级的选择基于发动机说明书。然而，一旦燃料是“车载的”，则就变成了“一种燃料适应所有情形”并且必须设计为适应不同的速度、负载和其他驱动状态。
已作出了尝试以克服仅提供单一等级的用于驱动内燃发动机的燃料的限制。在这些尝试中，开发了用于提供“车载”的多种不同RON值的燃料的系统，用于以可控方式利用单独一种燃料或燃料的混合物驱动关联内燃发动机，以在广泛的发动机运行状态内满足发动机的驱动循环状态。尽管这些现有系统确实提供了内燃发动机的增强的性能，但是对本领域中的技术人员明显的是这些系统需要进一步改进。

本发明的目的是提供具有不同RON值的多种燃料的产生和消耗控制，以使内燃发动机的运行最优化。
本发明的另一目的是提供一种改进型多RON燃料供应系统，该系统包括车载分离(OBS)设备，该车载分离(OBS)设备用于将来自主油箱的中间研究法辛烷值(IRON)燃料分成至少两个等级，即一个是高研究法辛烷值(HRON)，另一个是低研究法辛烷值(LRON)，由此对OBS产生这些燃料及这些燃料的消耗进行控制，用于响应于发动机的运行状态而输送到关联的内燃发动机。
本发明的另一目的是提供一种用于驱动内燃发动机的多燃料输送系统，其中通过使用最佳RON映射单独或以各种混合物控制这些燃料的消耗，该RON映射在发动机驱动循环状态的范围内提供发动机运行参数诸如扭矩、速度、传动比、加速器和速率等对内燃发动机所需的RON燃料的映射。此外，控制器编程为依照发动机在任意给定时刻的燃料消耗来改变来自OBS的LRON和HRON的产生。
附图说明
参照附图对本发明的各个实施例进行描述，在附图中，相同的项目用相同的附图标记标识，其中：
图1是用于本发明的一个实施例的燃料管理系统的示意性简化框图；
图2显示了用于本发明优选实施例的绘制了扭矩对发动机速度的最优化研究法辛烷值(RON)映射，用于显示在理想情形下，对于扭矩值和发动机速度的特定组合，用于提供最大发动机性能的燃料RON；
图3显示了用于本发明实施例的控制算法的流程图；
图4A显示了用于本发明的一个实施例的燃料管理系统的示意性框图；
图4B显示了用于本发明的另一实施例的燃料管理系统的示意性框图；
图4C显示了用于本发明的另一实施例的燃料管理系统的示意性框图；
图5显示了用于本发明的另一实施例的算法的流程图，其中通过单独使用低研究法辛烷值(LRON)燃料能满足发动机的扭矩和速度需求；
图6是用于本发明实施例的相对于燃料消耗和所使用的燃料，扭矩对发动机速度的曲线；
图7显示了用于本发明的另一实施例的燃料管理系统的简化示意性框图；
图8显示了纵向横剖视图，该图详细示出了用于本发明实施例的双向活塞收集器的设计的各个方面；
图9显示了用于本发明实施例的使用混合蒸发液体供给的隔膜分离过程的简化示意性框图；
图10A显示了用于本发明优选实施例的用于分离芳香族和脂肪族化合物的聚合物涂覆的无机隔膜的示图；
图10B显示了图10A的聚合物涂覆的无机隔膜的前端的一部分的放大视图。

参照图1，显示了用于本发明的一个实施例的燃料管理系统的简化框图。用于保持中间等级的研究法辛烷值(RON)燃料的主油箱2包括在关联的车辆中。在此示例中，该中间RON燃料也被指定为IRON。可变比率泵24能操作用于将IRON燃料从主油箱2输送到车载分离(OBS)单元4。OBS单元4能操作用于将IRON燃料分成两个等级，一个是高研究法辛烷值(HRON)等级燃料，而另一个是低研究法辛烷值(LRON)燃料。HRON燃料从OBS单元输送到HRON燃料油箱8。OBS单元4能通过例如使用硅胶、蒸馏物、隔膜和涂覆陶瓷片体的分离装置来提供。将在下文对用于OBS单元4的优选实施例进行更详细地讨论。在下文的讨论中，为了示例，OBS单元4使用提供HRON作为渗透物而LRON作为渗余物的隔膜分离器，如将在下文中进一步详细描述的，与消耗控制相结合，基于所储存的HRON燃料的可用性和用于将具有LRON燃料的主油箱燃料的污染减到最小的机构，本系统经由IRON燃料向OBS单元4的供给速度来同时实现HRON和LRON燃料的产生速度的控制。此控制在发动机10的各种操作循环上连续提供。
诸如微处理器的控制器14编程为控制本系统的操作。液面传感器3设置在主油箱2中，并通过控制器14进行监控。类似地，液面传感器9设置在储存HRON燃料的油箱8中，而传感器9通过控制器14监控。此外，在此示例中，控制器14能操作用于控制压差，诸如用于在HRON油箱8完全充满燃料时将HRON燃料从OBS单元4输送到主油箱2的溢流阀或泵16；用于将HRON燃料从OBS单元4输送到HRON油箱8的泵6；用于将HRON燃料从油箱8传回到OBS单元以进行再循环的泵18；用于将HRON燃料从油箱8输送到发动机10的燃料喷射器系统12的泵或阀20；用于将LRON燃料从OBS单元4输送到燃料喷射器系统12的可变速率泵22；用于将IRON燃料输送到OBS单元4的可变比率泵24；以及用于将过多的LRON燃料从OBS单元4传输到主油箱2的泵26。应当注意的是，在特定的应用中，通过使用关联燃料的重力或压力梯度供给能代替诸如16、6、18、22和26的泵。
在关联车辆的运行期间，根据任意时刻驾驶员的需求或发动机的负载状况，来自HRON油箱8和LRON流的燃料通过燃料喷射器系统12以给定比率输送到发动机10。注意的是，燃料喷射器系统12可包括多个燃料喷射器。此外，在发动机10的运行期间的特定时刻，来自主油箱2的IRON燃料能经由泵26和可变速率泵22直接输送到燃料喷射器系统12。在此方面，泵26能是双向泵或其他合适的机构。典型地，输送到燃料喷射器系统12的燃料混合物可包括给定比率的HRON和LRON燃料或IRON和HRON燃料或IRON和LRON燃料。通过将IRON燃料分成HRON和LRON燃料等级的使用，实现发动机10对燃料的更加有效的利用，并通过将较大量的HRON喷射到发动机10中来提供短脉冲的高发动机功率运行。更具体地，根据发动机10在任意给定时刻的负载需求，以及根据此示例中的三种燃料中的每一种的可用性，使发动机10的有效运行最大化可能在特定时间需要较大量的LRON燃料，在其他时间需要较大量的HRON燃料，并且如果在任意给定时刻，渗余物流中的LRON燃料不足以满足发动机的需求，或来自油箱8的HRON燃料不可利用，则通过使用来自主油箱2的IRON燃料来弥补不足。此外，如果OBS单元4过多地产生HRON或LRON燃料，则该过多量的燃料返回到主油箱2，如由短划线或虚线所示。注意的是，上文提及的泵和/或阀仅设置用于示例的目的，并且可替代地，意欲包括任意其他的能提供包括重力在内的关联燃料输送的机构。
用于建立发动机扭矩输出对发动机速度对发动机所需的用于最佳或最有效运行的RON燃料级别的对应关系的最佳RON映射在图2中显示。此映射通过如下等式表示：
RONideal＝f(扭矩、速度、传动比、加速器、速率)   (1)
为了发动机10的理想或最佳运行，应设有由图2的映射指定的燃料的比例。然而，当正常可利用的RON燃料类型中的一种不可利用时，控制器14编程为偏离该最佳RON映射。注意的是，在此示例中，图2的RON映射由“LOS Angeles 4”驱动循环产生。此外，在此示例中，IRON燃料能为91RON，HRON燃料为103RON，而LRON为88RON。然而，本发明不意欲限于这些RON燃料值。
在本发明的优选实施例中，控制器14编程为使关联车辆的驾驶员的需求与OBS单元4的产生特征相匹配。能以三种不同的方式控制本系统，如下：
●通过使用可变泵24，OBS单元4的供给速度能例如从0.5到1.5克/秒改变。以这种方式，对OBS单元4的产生速度进行控制。注意的是，此供给速度变化的实现不意味着局限于可变速率泵的使用，而是也可使用其他机构。
●通过再循环机构，再循环到OBS单元4的HRON燃料的量能在特定界限内改变。例如，对于本系统，能对可变速率泵18进行控制，用于将HRON再循环速度从0改变到0.4克/秒(g/s)，但此速度不意味着限制。
●发动机10能在任意时刻以任意比例及时地抽吸来自HRON油箱8的HRON燃料和/或用于LRON燃料的流和/或来自主油箱2的IRON燃料。在此示例中，该比例在操作泵/阀20、泵22和双向泵26的控制器14的控制之下。
在本发明的该优选实施例中，如先前提及的，控制器14编程为经由IRON燃料的供给速度的控制来联合控制OBS单元4的瞬时状态和发动机10的关于要混合的燃料以及以何种比例混合的瞬时需求。此外注意的是，在图1的系统中，如果如先前提及的，使用重力供给或压差来使HRON和/或LRON燃料返回到主油箱2，则能认为泵16和26是可选的。
此处示出的控制算法与所采用的分离的方法无关，该分离方法与所使用的OBS单元4的类型无关。如先前提及的，OBS单元4能通过用于实现预期燃料分离的蒸馏法或通过隔膜法提供。此外本方法可适用于将IRON燃料分成两个以上的RON燃料等级的OBS单元4的修改例。
本发明人认识到所使用的控制算法必须能够控制OBS单元4的产生速度，以匹配驾驶员的需求，即发动机10在任意给定时刻的负载。换句话说，如果发动机10由于驾驶员的操作需求而要求特定类型的更多的燃料，则控制器14必须具有以提高供给速度的方式改变IRON燃料向OBS单元4的供给速度的能力。出于相同的原因，如果必要的话，则控制器14必须具有降低供给速度的能力。此外，控制器14必须编程为提供与OBS单元4的当前产生相匹配的燃料混合物。例如，如果驾驶员需要相对大量的HRON燃料，并且HRON油箱8是空的，那么控制器14必须操作以供给LRON燃料和/或来自主油箱2的IRON燃料来弥补HRON燃料的不足。
在该优选实施例中，控制器14编程为能最大程度地使发动机10的LRON消耗速度尽可能接近地匹配OBS单元4的LRON产生速度。此控制必须将LRON燃料向主油箱2的返回减到最小，因为此动作往往使主油箱中的燃料的质量下降。此外就使所产生的HRON燃料质量下降这一点而言，此匹配对于将例如隔膜渗透通量对供给速度的比率的任何增加减到最小是理想的。
现在将对用于本发明该优选实施例的控制算法的开发进行描述。该算法基于建立一个或多个用于HRON油箱8中的HRON燃料的燃料液位的阈值。确定HRON油箱8应具有至少一个指定为HL的用于指示HRON较低的阈值燃料液位。可选地，另一比HL更低的燃料液位，阈值液位HLL表示HRON更低。假定控制器14能操作用于在任意给定时刻提高或降低OBS单元4的IRON供给速度，并且根据发动机10的运行需求，由OBS单元4产生的流动能单独地或以任意必需的混合物供给到发动机。此外假定控制器14具有足够快速的操作，用于以车辆驾驶员不可检测出的无缝方式更改输送到发动机10的燃料混合物或燃料。
本系统能操作用于在连续短测量时期上平衡LRON燃料的产生和消耗，以基本上最小化、并优选避免LRON燃料回到主油箱2的溢流。这通过使用如下方程式来控制IRON燃料向OBS单元4的供给速度，以基本上总是确保LRON的产生紧密遵循短期LRON的消耗来实现：
F＝L+h  (2)
其中F是总的供给速度(来自油箱2的IRON加上来自油箱8的HRON再循环的新鲜供给)，L是估计的平均LRON消耗速度，而h是HRON的总的产生速度，当使用隔膜式OBS单元4时，h是渗透通量。L能在发动机10的燃料喷射器系统12处直接测量。然而，对于目前的现有技术状态，已观察到此方程式或等式在瞬时上不能令人满意。原因在于当前可用于在工程样机中使用的OBS单元4具有缓慢的响应时间，与通常在秒或几分之一秒的数量级的发动机需求相比，在分钟的数量级。要克服此现有问题，必须例如通过使用指数平滑或开窗机制来将时间平均应用于OBS单元4的供给速度设定。对于基于隔膜的分离单元，隔膜能设计为使得渗透通量h在月乃至年的时间范围上非常缓慢地变化。该通量变化能作为近似值而“硬编码”到控制器14中，从而能完全地作为单一可变、主要是LRON消耗的函数对供给速度F进行控制。可替代地，结合HRON消耗速度，通过使用油箱8中的HRON燃料的液位的变化能对该通量进行估计。在优选实施例中，控制机构进一步编程为监控主油箱2中的IRON燃料的液面何时下降到预定的低位，诸如容量的10％到20％，以将IRON燃料从主油箱2向OBS单元4的供给速度减小到最小值，同时通过将IRON燃料从主油箱2供给到发动机10来满足发动机10的HRON需求，以弥补在任意给定时刻HRON燃料的发动机需求的不足。通过使用此扩充控制程序或机制，在IRON燃料最容易受到LRON燃料由于主油箱2中的IRON燃料的低位而向主油箱2返回的影响而降级时，将主油箱2中的IRON燃料的降级减到最小。
现在将对为了提供消耗控制而对控制器14的编程进行描述。当油箱8中的HRON燃料的液位高于指定为HL的预定阈值液位时，所使用的燃料的实际RON值(如通过所使用的LRON和HRON燃料的比例设定)与由图2的最佳RON映射指定的相同，如由如下等式表示：
RONactual＝RONideal  (3)
当油箱8中的HRON燃料的液位降低到优选控制策略要在发动机10实际需要HRON燃料时，使用LRON或IRON燃料的液位，以便将油箱8中的HRON燃料完全耗尽的可能性减到最小时，必须进行消耗控制。为了实现此控制，当对火花点燃式内燃发动机加燃料时，以与驾驶员不一致的方式将适当修改的RON映射与发动机火花的延迟控制相结合。此外用于该控制的基础能通过附加的十六烷值参数和理想十六烷值映射设置用于压燃点火式发动机(例如柴油机或HCCI)。除了使用理想十六烷值映射之外，实际控制能通过适当的参数，诸如阀正时、喷油正时、进气温度或其组合来提供，以控制爆震。在任一情形中，当油箱8中的HRON燃料的液位下降到液位HL之下但高于阈值液位HLL时，这能通过针对图2的最佳RON映射采用修正因子来实现，如所示的，该修正因子应用在如下等式中：
RONactual＝αRONideal  (4)
α＝g(扭矩、速度、传动比、加速器速率)(5)
注意的是在此控制示例中，修正因子α能取决于多个发动机参数，包括传动比和加速器速率，如上文所示，以便迅速地适应发动机10的RON需求。例如，当优选使用HRON燃料时，如果在给定时刻，发动机10处于高加速度模式中，则能将α设定为接近1。在其他发动机运行状态下，能以较大的量利用必要程度的火花延迟或提前，诸如利用高速度/高燃料消耗来代替LRON或IRON燃料。在后一种情形中，α小于1，这可导致燃料效率的暂时降低。类似地，在用于压燃点火发动机(例如，柴油机或HCCI)的高加速度模式中，通过检查发动机所需的十六烷值来执行控制。如果最佳十六烷值不可用，则这能通过感测由于爆震的噪音来推断，由此如果该噪音过度，则能通过改变阀正时等来减小噪音。当油箱8中的HRON燃料的液位小于液位HLL时，优选避免HRON燃料的进一步使用，以便防止对各种发动机部件的损害，诸如泵磨损等。此时，控制器14编程为操作燃料系统，或者从渗余物系统提供LRON燃料和/或从主油箱2提供IRON燃料。应注意的是上文在等式(4)和(5)中描述的控制算法能修改为能操作用于油箱8中的HRON燃料的两个以上的预定液位。对于传统的柴油发动机，如下等式“(6)”能用于与运行状态一起平衡十六烷值以减小柴油机颗粒物：
δPM＝C1ΔCN+C2ΔA-Ring+C3ΔN-Ring    (6)
这里，δPM：PM(颗粒物)相对于TF-ao的约分
Δ：相对于TF-ao的差
CN：十六烷值
A-Ring：芳香环(wt％)
N-Ring：环烷环(wt％)
Ci：回归系数(i＝1，2，3)
C1＝0.0055
C2＝0.017
C3＝0.0065
TF：TF-系列燃料
如上所述的等式(4)和(5)的算法在图3中的流程图中示出。参照图3，控制器14编程为进入步骤300，用于开始所示的子程序。在步骤301中，通过控制器14来监控液面传感器9的输出以判定指定为HHi的HRON燃料的液位(油箱8中的HRON燃料含量或液位)是否小于HLL(HRON燃料的较低液位界限)。如果答案为是，那么进入步骤302，用于将α设定为零。可替代地，如果在判定步骤301中，答案为否，那么进入步骤303，步骤303是用于判定HHi是否小于HL(这里，HL是油箱8中的HRON燃料的低位，其高于HLL)的判定步骤。如果在步骤303中，答案为否，那么进入步骤304，用于设定α＝1。可替代地，如果在判定步骤303中，答案为是，则进入步骤305，用于将α设定为等于由扭矩、速度、传动比等的函数确定的值，这里α将大于或等于零且小于或等于1。在执行步骤302或305或304中的任一个之后，进入步骤306中，并对所示的等式进行计算。在所示的等式中，α是如先前所提及的修正因子，RHitrg是HRON喷射比，RHiopt是如从图2的最佳RON映射中获得的最佳HRON喷射比，QHi是HRON燃料消耗速度，QT是所消耗的总燃料，RHitrg是实际的HRON燃料喷射比，QLo是LRON燃料消耗，QT是总燃料消耗，F是供给速度，其表示供给到OBS单元4的IRON和再循环的HRON的和；QLo是LRON燃料消耗，而h是隔膜通量。
在图4A中，显示了用于燃料管理系统的本发明的优选实施例，现在将对其操作进行描述。容纳在主油箱2中的IRON燃料1通过过滤器7抽吸并通过泵P1相对于压力调节器R1和R2加压。在此示例中，压力调节器R1设定为保持在R2之上100kpa的压差。压力调节器R2设定为保持200kPag的压力。因此，由泵P1提供的压力是大约300kPag。加压的IRON燃料1流量通过流量控制器FC-1流向OBS分离单元4。过量的加压IRON燃料1通过压力调节器R2返回到主油箱2。
来自OBS单元4的分离HRON燃料17和LRON燃料28指向发动机燃料喷射器DFI(直接燃料喷射系统)和PFI(进气门燃料喷射系统)或指向显示为收集器74和HRON油箱8的储存容积。LRON燃料28指向收集器74。从收集器74移置的IRON燃料1通过第二压力调节器R2返回到主油箱2。在收集器74容积的界限处，过量的LRON燃料28与过量的IRON燃料1一起通过压力调节器R2流入主油箱2中。如果对于LRON燃料28的需要超过OBS单元4的产生速度，则通过收集器74来提供附加的LRON燃料28和/或IRON燃料1。止回阀29防止向OBS单元4的回流。
由OBS单元4产生的HRON燃料17通过喷射泵15或其他合适的装置输送到HRON油箱8。HRON油箱8中的HRON燃料17在通过过滤器13之后通过泵P2加压，而该压力通过压力调节器R3控制。过量的加压HRON燃料17通过R3返回到HRON油箱8。加压HRON燃料17提供到进气门燃料喷射器(PFI)和喷射泵15，而过量的燃料返回到HRON油箱8。溢流管19设置为允许积聚在HRON油箱18中的过量HRON燃料17溢入主油箱2中。漂浮式液面传感器L3提供HRON油箱8中的HRON燃料17的液位的连续测量。
在图4A的燃料管理系统中，收集器74是包括可移动活塞72的活塞式的收集器。图4B的燃料管理系统基本与图4A相同。然而，在图4B的系统中，不使用活塞收集器74，而使用收集器容积76，并且例如能通过管状腔来提供该收集器容积76。如先前提及的，在该优选实施例中，使用活塞收集器74。当成本是因素时，管状设计是最优选的。
参照图4C，现在将对本发明另一实施例的具有被动再循环的简化燃料管理系统进行描述。此实施例在基本不存在主油箱的IRON燃料1被过量LRON燃料28或HRON 17稀释的情况下实现对来自OBS单元4的燃料流的管理。容纳在主油箱2中的IRON燃料1通过过滤器7抽吸并通过泵P1相对于压力调节器R1和R2加压。压力调节器R1设定为通常保持在R2之上25到100kpa的压差。压力调节器R2通常设定为保持200-600kPag的压力。由泵P1提供的压力通常是400kPag。加压的IRON燃料1流量通过流量控制器FC-1流向OBS分离单元4。过量的加压IRON燃料1通过压力调节器R2，通过将该流引向立管21并自此引入过滤器罩77中而返回到泵P1的进口。
可替代地，过量的HRON燃料17的返回能直接连接到燃料吸管或立管21的第一进口90，并自此直接连接到泵P1的进口或燃料供给口(未示出)。此外，可替代地，过量的LRON燃料28的返回能经由压力调节器R2连接到燃料吸管或立管21的第二端口92，并自此直接连接到泵P1的进口或燃料供给口(未示出)。此外，注意的是，端口92能经由压力调节器R2接收IRON燃料1。
来自OBS单元4的分离HRON燃料17和LRON燃料28分别指向发动机燃料喷射器PFI、DFI或指向由收集器容积76和HRON油箱8提供的储存容积，该收集器容积76适当定尺寸为将两种燃料的混合减到最小，如所示那样。LRON燃料28根据需求提供到直接燃料喷射系统DFI。过量的LRON燃料28引入由收集器76提供的储存容积中。从收集器76移置的IRON燃料1通过压力调节器R2，通过将该流引向立管21和过滤器罩36而返回到泵P1的进口。
在收集器76的容积的界限处，过量的LRON燃料28与过量的IRON燃料1一起通过压力调节器R2流入立管21中。如果对于LRON燃料28的需要超过OBS单元4的产生速度，则通过收集器76的容积来提供附加的LRON燃料28和/或IRON燃料1。止回阀29防止向OBS单元4的回流。
由OBS单元4产生的HRON燃料17通过喷射泵15或其他合适的装置输送到HRON油箱8。HRON油箱8中的HRON燃料17在通过过滤器13之后通过泵P2加压，而该压力通过压力调节器R3控制。过量的加压HRON燃料17通过调节器R3返回到HRON油箱8。加压HRON燃料17提供到进气门燃料喷射器(PFI)和喷射泵15，而过量的燃料返回到HRON油箱8。溢流管19设置为允许积聚在HRON油箱18中的过量HRON燃料17溢入主油箱2中。漂浮式液面传感器L3提供HRON油箱8中的HRON燃料17的液位的连续测量。
在图8中，显示了用于图4A的本发明实施例的收集器74的设计细节的示例，但该示例不意味着限制，因为能使用其他收集器设计。收集器74由活塞72和圆柱外壳74组成，该圆柱外壳77具有750cm3的标称排代容积，如在实验性车辆测试中所使用那样。活塞72使用密封环78，所述密封环78对移动提供低阻力，使得活塞以最小的压差，即＜10kPa自由行进。活塞72包括改进型止回阀80、接头套管SS-2-C2-1或等同物，该止回阀80在行进期间提供活塞72的密封，但打开以分别允许IRON燃料1和LRON燃料28在由圆柱面82和84限制的行程的相对端处的流动。对于与止回阀80的正常打开功能关联的方向上的流动，止回阀80打开，以当活塞72的行进被圆柱面84阻止时允许通过活塞72的流动，从而根据需要将IRON燃料1从主油箱2提供到DFI燃料喷射器。当产生过量的LRON燃料28时，活塞72在其通过止回阀80密封的情况下沿相反的方向行进，直至到达相对的圆柱面82。随着活塞72接近圆柱面82，随着活塞接近圆柱面82调节成打开止回阀80的销86接合，以允许LRON燃料28抵抗调节器R2(未示出，见图4A)的背压向主油箱2的流动。
进一步参照显示用于控制器14的控制算法的操作的图3的流程图，注意的是，在通过单独使用LRON燃料就能满足发动机10的扭矩和速度需求的时间期间，那么能将α设定为零，如图5的改进流程的步骤305(B)中所示。更具体地，如图5的流程图中所示，与图3相比，在图5中，图3的步骤305已被步骤305(A)和305(B)代替。在步骤305(A)中，作出决定，以判定Tdemand(发动机扭矩、速度、传动比等)是否小于LRON WOT(仅使用LRON燃料的发动机10的最大扭矩)。如果答案为否，如在先前算法中那样，进入步骤304。否则，图5的算法的操作与先前针对图3的算法所述的相同。
图6中显示了发动机10的扭矩与发动机速度相对于燃料消耗的曲线。如所示的，当HRON燃料用于使发动机10的扭矩输出最大时，出现最大燃料消耗。此外，如所示的，当仅使用LRON来使发动机10的扭矩最大时，高燃料消耗出现在曲线的较高发动机速度对扭矩区域中，而如果发动机速度和扭矩减小到如“C”所示的阈值之下，则实现较低的燃料消耗。当发动机速度和扭矩在如曲线中所示的阈值“D”以下时，实现最小的燃料消耗。
在图7中，图1的燃料管理系统已扩展为显示用于将多个等级的RON燃料输送到发动机的简化实用系统。图1的控制器14未在图7中示出，但认为包括在其中，用于控制本系统的各种机械和机电部件的操作。在此示例中，HRON油箱8合并成主油箱2的一部分，如所示的。泵P2合并在HRON油箱8内，如所示的。泵P1合并在主油箱2内。此外，由收集器74提供的燃料储存容积包括在主油箱2中，并且能操作在任意给定时刻保持由OBS单元4产生但未被发动机10消耗的LRON燃料的一部分。容纳在收集器74的收集器容积内的任何LRON燃料可用于输送到发动机10。在一个实施例中，该收集器容积仅通过管来提供，该管用作收集器74并且在此示例中具有100cc(立方厘米)的容积，该容积不意味着限制。此外，在本发明的另一实施例中，收集容积能通过双向活塞收集器74来提供，分别如图4A和图8中所示。双向活塞收集器74在上文参照图8进行了详细描述。
进一步参照图7，流量控制器FC安装在泵P1与集成的热交换器34之间的IRON燃料路径中。注意的是，IRON燃料流通过附图标记36指示，LRON通过附图标记38指示，而HRON燃料通过附图标记40来指示。喷射器42接收加压HRON燃料40，用于产生用于从OBS单元4抽吸HRON渗透物或燃料40的真空。单向阀44包括在LRON流体路径38中，用于防止LRON燃料回流到集成热交换器34。来自P2的通常温暖温度的HRON燃料40通过空气翅片冷却管46，以保持HRON油箱8的温度在环境温度附近。包括热管48，用于在IRON燃料36引入OBS单元4中之前对它进行预热。在此示例中，发动机10包括用于将LRON燃料38喷射到发动机10的关联气缸中的直接燃料喷射器DFI和用于将HRON燃料40喷射到发动机10的关联气缸中的进气门燃料喷射器PFI。发动机10的废气通过催化转化器54、热管热交换器56和消声器排气管58，如所示的。一部分废气能用于加热热管48。此外，集成热交换器34允许通向OBS单元4的IRON燃料36分别与HRON和LRON燃料40、38之间的热交换，所述HRON和LRON燃料40、38从OBS单元4接收并在与自此通过的IRON燃料36的流动相反的方向上通过。注意的是，使用废气能加热不意味着限制，因为能使用其他加热机构。如先前说明的，所产生的HRON燃料40储存在HRON油箱8中。此外，注意的是，附图标记41和47各指定管或导管连接器。
注意的是，图7的燃料管理系统能通过适当的流动控制机构使用，以保持燃料的必要的运行温度，从而执行预期的分离。例如，如果到OBS单元4的IRON燃料的测量温度超过预定的界限温度，则将经由流量控制器FC来改变IRON燃料36的速度以保持预期的温度。
在图9中，显示了图7的本系统的部件的简化示意性框图，该系统将隔膜分离装置用于OBS单元4，如在2006年7月14日提交的发明名称为“Improved Membrane Separation Process Using Mixed Vapor-Liquid Feed.”的美国临时申请No.60/830,914中讲授的那样。该临时申请的教导在其不与本发明相冲突的范围内通过引用合并于此。更具体地，对于图示的此实施例的OBS单元4，集成热交换器34提供部分汽化的IRON燃料，以对于IRON燃料供给保持双供给状态，该IRON燃料同时作为液体和蒸汽供给到OBS单元4。术语“部分汽化”意味着具有充分的汽化作用来向隔膜提供最佳的蒸汽液体混合物。液体部分60接触并润湿渗透蒸发隔膜62。IRON液体60具有优选渗透物的增加含量(相对于IRON供给36)，而蒸汽61相具有优选渗余物的增加含量。在此示例中，优选渗透物是HRON燃料，而优选渗余物是LRON燃料。
渗透蒸发隔膜62是选择性隔膜，其选择为优选使该优选渗透物渗入。对于本申请，例如能采用诸如在US5,670,052中描述的芳香族选择性隔膜。此专利的教导在其不与本发明相冲突的范围内通过引用合并于此。选择性渗透蒸发隔膜62能包括物理多孔支撑装置(未示出)，诸如GortexTM，其能够在所遭遇的温度、压力和其他状态下为选择性渗透蒸发隔膜62提供物理支撑。可选支撑能包括烧结金属或陶瓷多孔介质。优选支撑装置包括非对称多孔介质，诸如具有多微孔表面材料的多孔陶瓷管或片体，将针对本发明的用于OBS单元4的另一实施例对其进行描述。
在用于图示OBS单元4设计的优选实施例中，支撑在多孔陶瓷支撑装置上的交联聚酰亚胺-聚酯型隔膜聚合物提供隔膜62。此构造在2006年8月8日提交的发明名称为“Polymer-Coated Inorganic Membrane For Separating Aromatic And Aliphatic Compounds.”的美国临时申请No.60/836,319中讲授。该临时申请的教导在其不与本发明相冲突的范围内通过引用合并于此。图10A和图10B示出了来自本申请的实施例，该实施例被认为是用于本发明的优选实施例，并且使用管状无机陶瓷衬底。在图10A中，用于OBS单元4的管状无机衬底31包括在此实施例中。多孔无机衬底31例如能包括涂覆氧化硅或氧化铝的莫来石或者碳化硅或者其他合适的片体结构。如所示的，在此示例中，IRON燃料36供给到多孔无机衬底31内的多个通道33中。在优选实施例中，通道33的表面能包括孔隙度与衬底31的总孔隙度不同的多孔无机材料。最优选，通道33的表面孔隙度小于或大约等于关联聚合物的总聚合物尺寸。如先前指示的，能使用交联聚酰亚胺-聚酯型隔膜聚合物。在图10B，图10A的分解区域35的图示中，示出通道3包括内表面区域33A，该区域33A可通过对衬底31的通道33的内表面胶固底漆以形成氧化硅面漆而形成。具有最佳表面区域33A的通道33各自涂有关联聚合物层37以形成所需的隔膜系统。如图10A中所示，在此实施例中，渗透物(HRON燃料40)从隔膜系统径向移走，而渗余物(LRON燃料38)轴向离开。
总括地说，本发明提供对设有OBS单元4和HRON油箱8以及其他部件的车辆中的燃料的产生和消耗的控制。本系统由供给的IRON燃料产生HRON和LRON燃料，并在给定时刻根据发动机10的运行状态的需求将单个等级或混合等级的燃料供应到发动机10。该系统适于根据发动机10的需求更改燃料的产生速度。
与OBS单元4的隔膜通量相结合，通过将IRON燃料向OBS单元4的供给速度设定为等于给定时刻的LRON燃料使用来控制该供给速度，从而提供对OBS单元4的产生速度控制。通常，隔膜通量是估计的，而对发动机在给定时刻使用的LRON燃料的量进行连续测量。通过在主油箱2中的IRON燃料的液位在预定阈值之下时将OBS单元4的供给速度降低到最小值，该产生速度控制将主油箱2的降级减到最小。
如上文进一步说明的，通过提供针对图2中所示的最佳RON映射的修正因子，消耗控制算法减少了在HRON燃料不足期间此燃料的消耗。在上文给出的示例中，作为α的修正因子解决了当出现燃料不足并且HRON油箱8中的液位处在预定阈值时的发动机的状态。在本系统与火花点火内燃发动机一起使用的时候，关联的控制系统可根据需要调节火花提前/延迟，用于确保合适的发动机性能。此外，如上文指示的，当油箱8中的HRON燃料的液位下降到预定液位HLL之下时，控制器14能操作防止对各种系统部件，诸如泵的损害。此外，如先前指示的，本系统能修改为与两个以上或三个RON值的燃料一起实施，如先前描述的。
注意的是，IRON燃料也能指定为具有中间自燃温度(IAT)燃料的一般等级燃料。类似地，HRON燃料能指定为低自燃温度(LAT)燃料，其自燃温度低于IAT燃料的自燃温度。最后，LRON燃料能指定为高自燃温度(HAT)燃料，其自燃温度高于IAT燃料的自燃温度。
此外，注意的是，图2能修改为提供最佳自燃燃料映射以根据自燃温度值来确定燃料需求。最佳自燃温度映射能由如下等式产生：
自燃温度ideal＝f(扭矩，速度，传动比，加速器速率)(7)
通过直接或间接测量通过OBS单元从这些燃料的每一种中产生的LAT燃料的品质，发动机运行需求能与多种市场燃料相匹配。
尽管此处已对本发明的各种特征进行了显示和描述，但是它们不意味着限制。本领域中的技术人员可认识到对这些实施例的某些修改，这些修改意欲被所附权利要求的精神和范围覆盖。例如，在操作OBS单元4中，渗透速度能设定为超过正常的HRON需求，由此该超出量通过溢流回到OBS单元4而被动地再循环，如图1中所示，导致所产生的HRON燃料的RON值的增加。此外，通过直接或间接测量由OBS单元4产生的HRON燃料的品质来使发动机需求能与多种市场燃料相匹配，本发明能得以扩展。此外，应注意的是，OBS单元4不限于上文讲授的实施例，并且能通过硅胶、蒸馏物、隔膜和涂覆陶瓷片体等中的任一个来提供。此外，尽管上文主要在与选择性地供给到内燃火花点火发动机的多个不同等级汽油相结合地对自燃性RON进行控制的方面对本发明进行了描述，但是本领域中的技术人员应认识的是本发明的各个实施例同样可适用于柴油机和其他内燃压缩点火发动机，在这些发动机中，燃料点火属性以十六烷值而不是RON表示。例如，对于高压燃点火(HCCI)发动机，发明人相信柴油机燃料的15到85十六烷值范围将是可用的，由此在高发动机负载下，将使用具有低十六烷值的燃料，而在低发动机负载下，将使用具有高十六烷值的燃料。然而，该十六烷值的范围不意味着限制，而是取决于所用的柴油发动机的类型。
相关申请
本发明涉及：与其同一天提交的、具有共同发明人和共同所有人的发明名称为“Fuel Management For Vehicles Equipped With Multiple Tanks for Different Grades Of Fuel，”的美国临时申请No.61/009,336；2005年7月22日提交的发明名称为“Heat Pipe For Self Limiting Heating Of Gasoline For Onboard Octane Segregation”的No.11/187,672；以及2006年3月24日提交的发明名称为“Heat Pipe With Controlled Fluid Charge.”的临时申请No.60/785,426。相关申请的教导在其不与本发明相冲突的范围内通过引用合并于此。