阅读说明：本技术 用于车载按需十六烷和按需辛烷的基于吸附的燃料系统 (Adsorption-based fuel system for on-board cetane on demand and octane on demand ) 是由 伊萨姆·扎基·哈马德 伊曼·阿卜杜勒哈基姆·A·M·托拉 艾默尔·A·阿米尔 庄俊锡 于 2019-01-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种车辆推进系统、一种车辆燃料系统以及一种操作内燃机的方法。构成所述燃料系统的一部分的分离单元包含一个或多个基于吸附剂的室,使得所述分离单元可以选择性地接收车载燃料的至少一部分并将其分离成辛烷增强的组分和十六烷增强的组分。吸附质的再生是通过与现有系统基础设施之间的热交换关系进行的。可以使用控制器来确定所述内燃机的特定操作状况,使得能够将所述车载燃料传送到所述内燃机内的一个或多个燃烧室,而无需首先通过所述分离单元,或者在所述内燃机可能需要富辛烷或富十六烷混合物的情况下改为传送到所述分离单元,其中从所述分离单元中获取的被吸附部分和剩余部分可以存储在单独的箱中,以便稍后在所述燃烧室内混合和使用。(A vehicle propulsion system, a vehicle fuel system and a method of operating an internal combustion engine are disclosed. A separation unit forming a portion of the fuel system includes one or more adsorbent-based chambers such that the separation unit can selectively receive at least a portion of the on-board fuel and separate it into an octane-enhanced component and a cetane-enhanced component. Regeneration of the adsorbate is by heat exchange relationship with the existing system infrastructure. A controller may be used to determine specific operating conditions of the internal combustion engine such that the on-board fuel can be delivered to one or more combustion chambers within the internal combustion engine without first passing through the separation unit, or instead to the separation unit in the event that the internal combustion engine may require an octane-rich or cetane-rich mixture, wherein the adsorbed and remaining portions obtained from the separation unit may be stored in separate tanks for later mixing and use within the combustion chambers.)

用于车载按需十六烷和按需辛烷的基于吸附的燃料系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年1月31日提交的美国申请序列号15/885,095的优先权，所述美国申请的全部公开内容特此通过引用并入。

背景技术

本公开总体上涉及一种用于将车载燃料选择性地分离成富辛烷组分和富十六烷组分的车辆燃料系统，并且更具体地涉及以减小与此类燃料分离活动相关联的大小、重量和复杂性的方式促进热平衡作为此类车载燃料分离的一部分的此类系统。

发明内容

在用于车辆推进的内燃机(ICE)的领域中，四循环变体(具有其进气、压缩、燃烧和排气冲程)是最常用的，其中燃烧通常是通过火花点火(SI)或压缩点火(CI)操作模式实现的。在基于SI的模式下，将空气和燃料(通常是富辛烷汽油)的混合物引入到燃烧室中，以进行压缩并随后通过火花塞点火。在基于CI的发动机中，将燃料(通常是富十六烷柴油燃料)引入到燃烧室中，在所述燃烧室中，空气已经以高度压缩的形式存在，使得所述室内的伴随压力增加而升高的温度使燃料自动点火。在这两种模式下，CI模式倾向于以较高的效率操作，而SI模式倾向于以较低的排放操作。

各种发动机概念或配置可以模仿SI操作模式的相对低的排放，同时满足CI操作模式的高效率操作。此类概念有不同的名称，并包含汽油直接喷射压缩点火(GDCI)、均质充量压缩点火(HCCI)、反应性控制压缩点火(RCCI)以及其它。在一种形式中，可以使用单一燃料，而在其它形式中，可以引入通常呈选择性辛烷富集或十六烷富集的形式的具有不同反应性的多种燃料。尽管可能执行按需辛烷(OOD)或按需十六烷(COD)作为为对这些发动机加燃料的方式，但此类活动可能充满问题。例如，使相应辛烷富集的或十六烷富集的部分呈预分离形式涉及并行使用至少两个车载存储箱和相关联的递送导管。另外，在此情况下与车辆补充燃料活动相关联的时间和复杂性致使操作者失误的可能性变得显著。同样地，单一市场燃料被车载时的OOD或COD生成可能需要蒸馏或基于膜的渗透蒸发(permeation-evaporation/pervaporation)活动，所述蒸馏或基于膜的渗透蒸发活动伴随着车载燃料改革基础设施的大小、重量和整体复杂性方面的显著增加。这些困难特别严重，因为其涉及实现与基础燃料富集活动相关联的热平衡。如此，一种将此类基础设施集成到车载燃料分离系统中的简化方法是有保证的。

根据本公开的一个实施例，公开了一种车辆推进系统。所述推进系统包含具有燃烧室的ICE，以及用于将车载燃料转化成富辛烷组分和富十六烷组分的燃料系统。所述燃料系统包含用于容纳车载燃料的供应箱、与所述供应箱进行流体连通的燃料导管、分离单元、热交换器以及第一和第二产物箱。所述分离单元包含一个或多个基于吸附剂的室，使得分离单元可以选择性地接收车载燃料的至少一部分并将其分离成吸附质和剩余物。所述热交换器与分离单元协作，以将由ICE的操作产生的残余热能选择性地递送到至少一个基于吸附剂的室，以加热并随后汽化(即解吸)至少一些吸附质。在一种形式中，第一产物箱可用于容纳解吸物，而第二产物箱可容纳剩余物。控制器可用以确定ICE的操作状况，如是处于第一操作状况，则所述控制器将车载燃料的一部分的流引导到燃烧室，而无需首先通过分离单元，或如是处于第二操作状况，则将车载燃料的一部分的流引导到分离单元。

根据本公开的另一个实施例，公开了一种燃料系统。所述燃料系统包含用于容纳车载燃料的供应箱、与所述供应箱进行流体连通的燃料导管、分离单元、热交换器以及第一和第二产物箱，同时与ICE和燃料系统协作的控制器被配置成确定ICE是处于第一操作状况还是第二操作状况，使得当控制器确定ICE处于第一操作状况时，控制器被配置成将车载燃料的一部分的流引导到燃烧室，而无需首先通过分离单元，并且当控制器确定ICE处于第二操作状况时，控制器被配置成将车载燃料的一部分的流引导到分离单元。

根据本公开的又一个实施例，公开了一种操作内燃机的方法。所述方法包含将燃料系统配置成具有车载燃料供应箱、分离单元、热交换器、第一产物箱和第二产物箱以及燃料导管。控制器为其它组件中的至少一些提供指导，使得所述控制器可以确定ICE的操作状况，然后根据发动机操作状况将所述车载燃料的一部分的流引导到所述发动机的燃烧室或所述分离单元。在所确定的第一发动机状况下，车载燃料流不与所述分离单元相互作用，而是进入所述燃烧室以供所述发动机立即使用。在所确定的第二发动机状况下，车载燃料流与所述分离单元相互作用，使得所述车载燃料的吸附剂部分聚集在所述分离单元的多个室中的至少一个室的表面上。

附图说明

当结合以下附图阅读时，可以最佳地理解以下对本公开的具体实施例的详细描述，在附图中，相似的结构用相似的附图标记表示，并且在附图中：

图1展示了根据所示出或所描述的一个或多个实施例的车辆以及发动机的局部剖视图；

图2展示了根据所示出或所描述的一个或多个实施例的图1的发动机的气缸连同控制器的简化剖视图；

图3展示了根据所示出或所描述的一个或多个实施例的车载燃料分离系统的简化视图；

图4展示了高芳香族燃料化合物对可以用于图3的车载燃料分离系统中的特定吸附剂官能团的吸附速率；并且

图5展示了根据所示出或所描述的一个或多个实施例在三个单独时间段下的示例性吸附质流速。

具体实施方式

在本公开中，可以使用基于吸附的分离系统以通过利用以下两种特定机制之一将车载燃料分成OOD流或COD流：(1)采用吸引存在于车载燃料供应物中的特定吸附质(如芳香族化合物、环状化合物和任选含氧物)的不同官能团；(2)使用分子筛选择性地传递某些较小(也就是说，直链)分子，同时保留较大(也就是说，支链)分子。吸附剂的第一类型的实例包含活性炭、二氧化硅和氧化铝以及通常为一些类型的沸石和功能化多孔材料，而第二类型的实例包含沸石、金属有机框架和结构化多孔材料。在本上下文内，当燃料的异辛烷(2,2,4-三甲基戊烷，C₈H₁₈)或等效抗爆剂的浓度大于来自已采用一种或多种分离活动的容易获得的市场燃料的浓度时，则所述燃料被视为是富辛烷的。举例来说，对于所谓的普通级无铅燃料而言，如研究法辛烷值(RON)大于约91-92或者抗爆指数(AKI)大于约85-87，则所述燃料将被视为是富辛烷的，其中对于中级无铅燃料和高级无铅燃料具有分别略高的值。在本上下文中，将理解，RON、AKI或其它辛烷或十六烷标记的值中存在区域变化，并且上一句中明确讨论的值设想了美国市场。然而，此类值将被理解为进行了适当调整以考虑这些区域变化，并且所有此类值被视为在其相应区域、国家或相关司法管辖范围内处于本公开的范围内。与辛烷一样，当燃料的正十六烷(n-十六烷，C₁₆H₃₄)或具有等效点火延迟特性的组分的浓度大于容易获得的市场燃料的浓度时，则所述燃料被视为是富十六烷的。举例来说，如果燃料的十六烷值(CN)大于约40-45(这是对于大部分美国市场，其它地方具有适当变化)，则所述燃料将被视为是富十六烷的。

首先参考图1，车辆100包含具有多个车轮120的底盘110。底盘110可以是车身框架构造或一体式构造，并且两种配置均被视为处于本公开的范围内。乘客隔室130形成于底盘110内部，并用作运送乘客和货物的场所以及驾驶员可以操作车辆100的场所。引导设备(其可以尤其包含方向盘、加速器、制动器等)140与底盘110和车轮120以及其它系统配合使用以控制车辆100的移动。ICE 150位于底盘110中或上的发动机隔室内以向车辆100提供推进动力，同时控制器170与ICE 150相互作用以提供针对后者的操作的指令。

接下来参考图2，示出了与ICE 150和控制器170的一部分的结构和操作相关联的细节。ICE 150包含具有多个气缸152的发动机机体151、在机体151内可旋转地移动的曲轴153、响应于曲轴153的移动的多个凸轮154、联接到发动机机体151以限定多个燃烧室156的头部155。头部155包含入口气门157和排气气门158(仅示出了每种气门中的一个气门)，在一种形式中，这些气门可以被弹簧偏置以响应于曲轴153而通过由曲轴驱动的链、曲轴致动的推杆或气动致动器(均未示出)控制的凸轮154中的对应凸轮进行移动。空气入口159和排气气体出口160通过燃料喷射器161与燃烧室156中的每个燃烧室进行选择性流体连通，而活塞162收纳在每个相应气缸152中并通过连杆163联接到曲轴153，使得活塞162响应于燃烧室156内发生的SI或CI燃烧的往复移动通过连杆163和曲轴153的枢转移动被转化成曲轴153的旋转移动，以便于随后将动力递送到动力传动系的其余部分，所述动力传动系由ICE150、传动器、轮轴、差速器(均未示出)和车轮120构成。尽管ICE 150被示出为不具有呈与各种基于CI的发动机配置(如RCCI、HCCI等)一致的方式的火花点火装置(如火花塞)，但应当理解，在如低载荷、冷启动和相关联预热等某些操作载荷或状况下，可以使用此类火花点火(可能与一些节流结合)来提高火焰传播燃烧速率，同时保持较低的气缸压力。

在一种形式中，ICE 150被配置为可以利用基于汽油的燃料操作的汽油压缩点火(GCI)发动机。在此类情况下，本发明公开的燃料系统可以用于通过对各种燃料进行操作来实现COD，所述各种燃料包含市场汽油、不具有含氧物或相关抗爆化合物的汽油(也被称为基础汽油)或具有烷基、芳香族化合物或醇的许多类型之一的汽油。在一个非限制性实例中，此类燃料的沸腾温度可以处于环境温度到约200℃的范围内。与基本上在四循环操作的入口冲程期间喷射燃料的SI操作模式不同，GCI模式基本上在压缩冲程期间喷射燃料。在一种形式中，燃料和空气未完全混合，这允许通过喷射过程控制燃烧过程的阶段划分。而且，由基于汽油的燃料对基于柴油的燃料所允许的点火延迟将允许经过部分预混合的燃料和空气在压缩期间变得更加混合，这进而将改进燃烧。利用一定量的燃料和空气预混合的基于汽油的市场燃料有助于确保各种发动机载荷和相关联的燃料喷射正时场景的合适的燃料-空气当量比。因此，当被配置为GCI发动机时，使用处于汽油自动点火范围(其中例如，RON大于约60并且CN小于约30)内的燃料的ICE 150可以提供与常规柴油燃料相比相对长的点火延迟时间。这进而可以改善燃料-空气混合和相关发动机效率，并且减少碳烟和NOx形成；此后者的改进进而简化了排气气体处理系统，因为现在的重点在于使碳氢化合物和一氧化碳在富氧环境中氧化，而不是试着同时控制NOx和碳烟。而且，当作为GCI发动机操作时，ICE 150需要比基于柴油的CI发动机更低的燃料喷射压力。

此外，当被配置为GCI发动机时，ICE 150可以利用需要较少处理量的基于汽油的市场燃料；在一种形式中，燃料可以呈其中间RON介于约70与85之间的汽油的形式。然后此类辛烷浓度可以通过OOD或COD借助于本公开的其它地方更详细地讨论的燃料系统200的操作来调整。

而且，与在引入到燃烧室156之前对燃料和空气进行完全预混合的HCCI操作模式不同，ICE 150的GCI实施例将允许在较高发动机载荷和压缩比下的CI操作，而无需担心发动机爆震。此外，通过允许对燃烧阶段划分进行循环内控制，被配置为GCI的ICE 150可以利用燃料喷射正时，以使其与可能无法精确了解气缸内部的温度和压力的组合的HCCI配置相比，更容易地控制燃烧过程。

在另一种形式中，ICE 150被配置为可以利用基于汽油的燃料操作的SI发动机。在此情况下，本发明公开的燃料系统可以用于通过对各种燃料进行操作来实现OOD，所述各种燃料包含市场汽油、不具有含氧物或相关抗爆化合物的汽油或具有烷基、芳香族化合物或醇的许多类型之一的汽油。

控制器170用于从传感器S接收数据，并向稍后将更详细地讨论的燃料系统200的各个部分提供基于逻辑的指令。如本领域的技术人员将理解的，控制器170可以是单个单元，如图1和2中概念性地示出的，或是整个车辆100中的一组分布式单元之一，此后者配置是如图3中概念性地示出的。在一种配置中，控制器170可以被配置成具有与较少数量的组件功能相关联的更离散的一组操作能力，所述组件功能是如仅与燃料系统200的操作相关联的那些功能。在与仅执行与燃料系统200的操作相关的功能相关联的此类配置中，控制器170可以被配置为专用集成电路(ASIC)。在另一种配置中，控制器170可以具有更全面的能力，使得其与燃料系统200结合或独立于所述燃料系统充当控制较多数量的组件(如ICE150)的作用。在此配置中，控制器170可以被具体化为一个或多个电子控制单元(ECU)。将理解，不管由控制器170执行的功能的构造和范围如何，ASIC、ECU以及其变体均被视为处于本公开的范围内。

在一种形式中，控制器170设置有一个或多个输入/输出(I/O)170A、微处理器或中央处理单元(CPU)170B、只读存储器(ROM)170C、随机存取存储器(RAM)170D，所述组件由总线170E分别连接，以提供针对逻辑电路的连接性，以用于接收基于信号的数据，以及向ICE150内的组件中的一个或多个组件、燃料系统200内的一个或多个组件以及车辆100内的响应于基于信号的指令的其它组件发送命令和相关指令。各种算法和相关控制逻辑可以以本领域的技术人员已知的方式存储在ROM 170C或RAM 170D中。此类控制逻辑可以以经过预编程的算法或可以由控制器170操作并且然后通过I/O 170A将其指令输送到燃料系统200的相关程序代码而被具体化。在I/O 170A的一种形式中，与控制器170交换来自各种传感器S的信号。传感器可以包括压力传感器、温度传感器、光学传感器、声学传感器、红外传感器、微波传感器、计时器或本领域已知的用于接收与ICE 150、燃料系统200和相关车辆组件的操作相关联的一个或多个参数的其它传感器。例如，可以使用一个或多个传感器S来确定在相应的富集产物燃料箱250、260是否有富辛烷燃料组分或富十六烷燃料组分的最小阈值水平。尽管未示出，但是控制器170可以联接到车辆100的其它可操作性组件，包含与移动和稳定性控制操作相关联的组件，同时如与控制器局域网(CAN)总线相关联的另外的布线(可以与总线170E协同操作或以其它方式形成为所述总线的一部分)还可以包含在控制器170由各种分布式单元形成的情况下。

在控制器170被配置成提供对不仅仅燃料系统200(例如，对车辆100内的ICE 150或其它系统中的一个或多个的操作)的控制的情况下，也可以将来自另外的传感器S的其它此类信号以信号方式提供给控制器170，以用于由其控制逻辑进行合适的处理，包含那些提供来自ICE 150的燃烧数据以对燃料和空气的混合或相关递送进行控制的信号。同样地，以与ICE 150操作的各种模式一致的方式，可以利用针对ICE 150内的各个组件的驱动器对控制器170进行编程，所述驱动器包含燃料喷射器驱动器170F、火花塞驱动器(也被称为火花点火驱动器，针对SI操作模式)170G、发动机气门控制170H以及可以用于帮助提供将各种形式的燃料引入到燃烧室156的其它驱动器，包含与多次延迟喷射、分层混合物、作为促进ICE150在基本上整个其载荷-速度范围内的平稳操作和低NOx排放的方式的低温度燃烧(LTC)过程相关联的驱动器。在本上下文内，ICE 150的载荷-速度映射可以用于标识操作区域，如在冷启动和ICE 150预热、低ICE 150载荷、中等ICE 150载荷和高ICE 150载荷期间使用的操作区域，其中对应较低量的排气气体再吸入是通过操纵进气气门157相对于排气气门158的重叠发生的，可能与如排气气体再循环(EGR)等其它方法结合，以帮助提供对ICE 150的燃烧控制、排气气体排放减少或其它可操作性调整中的一种或多种。

除了提供针对燃烧控制、排放减少等的指令之外，控制器170还与导管210以及各种致动器、气门和相关组件相互作用，以控制从燃料供应箱220、预热器230、分离单元240、热交换器243和富集产物燃料箱250、260递送市场燃料的操作，以便于针对一组给定载荷和相关操作状况实现操作ICE 150所需的OOD或COD的产生。在CAN的一种形式中，控制器170可以管理从燃料供应箱220或富集产物箱250、260之一或两者到燃烧室156的燃料流，在所述燃烧室156中对应于OOD或COD的两种燃料单独喷射或者通过在引入到燃烧室之前以不同比率混合喷射，所述不同比率取决于载荷、速度以及与ICE 150的操作相关联的其它任选参数。

具体地说，控制器170用于促进针对各种CI发动机配置的可定制燃料喷射和随后燃烧策略。例如，当与基于GCI的发动机结合使用时，控制器170可以指示在发动机的四循环操作的压缩阶段的后期以分级的方式喷射燃料。以此方式，燃料供送可以被视为具有局部化学计量性质和全局分层性质两者。显著地，由于相对于富十六烷燃料(例如，柴油)，富辛烷燃料(例如，汽油)具有更高的挥发性和更长的点火延迟，因此通过在压缩冲程中相对后期将富辛烷燃料引入到燃烧室156中并且利用燃料固有的点火延迟(其有助于促进另外的燃料-空气混合)，燃烧直到喷射结束后才会开始。为了实现可期望的分层程度，可以使用多次喷射。通过在与分层燃料燃烧相关联的LTC状况下操作，GCI发动机可以在实现类似柴油的热效率的同时具有显著减少的NOx产生和碳烟排放。而且，此类方法允许车辆100使用与将以其它方式使用的辛烷相比具有较低辛烷的车载市场燃料。这是有益的，因为此类燃料相比于常规汽油和柴油燃料需要更少的处理量；这进而减少了其它不期望物质(如CO₂)的整个油井到油箱的排放。

除了GCI发动机之外，由控制器170提供的此类指令还对于用于以RCCI或ICE 150的相关操作模式进行燃料递送的多延迟喷射策略而言特别有益，因为此类递送在其与压缩冲程中的可以由传感器S在检测曲轴153的曲柄角度(CAD)值以帮助控制何时发生自动点火时测量的各种序列重合时得到优化。在本上下文中，活塞162在气缸152内的位置通常参考CAD在活塞162的上止点(TDC)位置之前或之后进行描述。控制器170还可以将此类递送策略建立在其它ICE 150操作参数的基础上，如先前提到的载荷和发动机速度以及此类喷射被设想的次数。例如，CAD从0°到180°对应于动力冲程，其中0°表示TDC并且180°表示下止点(BDC)。同样地，CAD从180°到360°表示排气冲程，后者表示TDC。而且，CAD从360°到540°表示进气冲程，其中BDC处于后者。此外，CAD从540°到720°表示压缩冲程，其中TDC处于后者。举例来说，控制器170—当用于6缸发动机中时—将在曲轴153旋转每120°就使点火发生，也就是说，三次点火每ICE 150的每次旋转。因此，当六个气缸中的每个气缸发生一次点火时，曲轴153已经旋转两次以横越旋转移动的720°。同样地，如果ICE 150被配置为4缸发动机，则曲轴153旋转每180°就会发生点火。在一种形式中，传感器S之一可以是用于监测曲轴153的位置或旋转速度的曲柄传感器。从此类曲柄传感器获取的数据被路由到控制器170以进行处理，以便确定燃料喷射正时和其它ICE 150参数，包含用于正在使用火花点火装置的那些情况(如冷启动和随后的预热)的点火正时。如曲柄传感器的传感器S可以与其它传感器S(如与气门157、158位置相关联的传感器)组合使用，以监测在具有可变气门正时的ICE 150配置中气门157、158与活塞162之间的关系。此类正时在ICE 50的CI操作模式下有用，因为其可以在排气冲程中提前关闭排气气门158，而在进气冲程中提前关闭进气气门157；由控制器170实施的此类操作可以用于调整ICE 150的有效压缩比，以获得与CI燃烧相关联的所需温度和压力。同样地，当需要SI燃烧时，控制器170可以指示气门157、158降低与SI操作一致的压缩比。同样地，控制器170可以—根据ICE 150的需要—提供用于燃料制备(如在空气-燃料混合物中生成自由基)的辅助起火花。可以使用所感测输入(如来自ICE 150内的各个位置的包含来自曲轴153的CAD的输入，以及来自如引导设备140的加速器等基于驾驶员的输入的输入)提供载荷标记。同样地，除了合适地调整气门156、157之外，利用对由一个或多个燃料泵270提供的压力进行加压从富集产物箱250、260中的每个富集产物箱进行的平衡燃料递送还可以由控制器170实现，这取决于ICE 150是处于CI操作模式还是SI操作模式。

控制器170可以使用模型预测控制方案来实施，如监督模型预测控制(SMPC)方案或其变型，或如多输入和多输出(MIMO)协议，其中输入包含与在本公开中其它地方讨论的各种燃烧后排气气体处理组件、传感器S(如排气气体温度传感器、O₂传感器、NOx传感器、SOx传感器等)、所估计值(如来自查询表或在算法上计算的)等相关联的多个值。以此方式，由控制器170接收与来自传感器S的一个或多个所感测值相关联的输出电压，并且然后将所述输出电压数字化并与预定的表、图、矩阵或算法值进行比较，使得基于差异生成指示某种操作状况的输出。这些输出可以用于在控制器170的范围内的各个组件，如与燃料系统200相关联的剩余组件中进行调整。

如以上所提到的，在一种形式中，可以利用各种参数(如大气压力、环境空气温度和流速、排气气体温度和流速等)将控制器170预先加载到查询表中，所述查询表可以包含在ROM 170C或RAM 170D中。在另一种形式中，控制器170可以包含一个或多个基于方程式或公式的算法，所述基于方程式或公式的算法允许处理器170B基于来自各种传感器的输入生成合适的基于逻辑的控制信号，而在又一种形式中，控制器170可以包含用于促进其监测和控制功能的查询表和算法特征两者。无论采用了数据和计算交互的这些形式中的哪些形式，控制器170都—与相关联的传感器S和相关联的流控制导管210一起—协同操作，使得随着ICE 150上的操作载荷变化，可以进行对存在于车载燃料供应箱220中的市场燃料的合适调整，以通过将车载市场燃料与来自富集产物燃料箱250、260的产物燃料中的一种或另一种产物燃料混合，来提供此类操作载荷所需的辛烷或十六烷富集的量。

ICE 150的可以预先加载到控制器170中或由所述控制器生成的一个参数为平均有效压力(MEP)。在一种形式中，可以使用MEP将ICE 150操作状况与燃料需求和先前针对各种CI发动机配置所讨论的多次延迟喷射策略的各种形式相关。MEP—包含指示平均有效压力(IMEP)、制动平均有效压力(BMEP)或摩擦平均有效压力(FMEP)的其变体—提供了特定ICE 150在不考虑气缸152数量或相关ICE 150排量的情况下工作的能力值。而且，其提供了对与所产生的扭矩相对应的压力的度量，使得其可以被视为在其四个循环(入口、压缩、点火和排气)的不同部分期间作用于活塞162的平均压力。实际上，MEP是相比于扭矩的用于针对设计和输出对发动机进行比较的更好的参数，因为其独立于发动机速度或大小。此外，MEP提供了比发动机的其它度量(例如马力)更好的指标，因为所产生的扭矩仅是MEP和排量的函数，而马力是扭矩和rpm的函数。因此，对于给定排量，较高的最大MEP意味着生成了更多的扭矩，而对于给定扭矩，较高的最大MEP意味着其是从较小的ICE 150实现的。同样地，较高的最大MEP可能与ICE 150中的较高应力和温度相关，这进而提供了对ICE 150寿命或ICE 150中的另外的结构加固程度的指示。显著地，广泛的测功机测试，加上合适的分析预测，允许MEP对于现代发动机设计而言是众所周知的。如此，对于自然吸气的(也就是说，非涡轮增压的)CI发动机，在对应于最大扭矩(大约3000rpm)的发动机速度下，约7.0巴到约9.0巴的MEP值是典型的，而对于涡轮增压的SI发动机，约10.0巴到约12.0巴的MEP值是典型的。对于自然吸气的SI发动机，MEP值通常为约8.5巴到约10.5巴，而对于涡轮增压的SI发动机，MEP值可能在约12.5巴到约17.0巴之间。

同样地，可以针对ICE 150的各种操作方案确定MEP值。此类操作方案可以包含低功率或载荷(包含例如发动机怠速状况)，所述低功率或载荷在一种形式中对应于高达约1.0巴的MEP，在另一种形式中对应于高达约2.0巴的MEP。同样地，此类操作方案可以包含正常(或中等)功率或载荷，所述正常(或中等)功率或载荷在一种形式中对应于约2.0巴到约5.0巴之间的MEP，在另一种形式中对应于约2.0巴与约6.0巴之间的MEP，在另一种形式中对应于约2.0巴与约7.0巴之间的MEP。此外，此类操作方案可以包含高功率或载荷，所述高功率或载荷在一种形式中对应于约7.0巴及以上的MEP，在另一种形式中对应于约8.0巴及以上的MEP，在另一种形式中对应于约9.0巴及以上的MEP，并在另一种形式中对应于约10.0巴及以上的MEP。

如将理解的，这些和其它MEP值可以输入到一组合适映射的参数中，所述一组合适映射的参数可以存储在存储器可访问位置(如先前提到的查询表)中，使得可以使用这些值来调整各种ICE 150操作参数以及当在诊断能力中发挥作用时用于控制器170。在此类情况下，其可以与传感器S中的一些传感器结合工作，所述传感器包含可以用于测量气缸152体积(如通过曲轴153角度等)的传感器。

接下来参考图3，示出了与管理与执行车载COD和OOD操作相关联的热平衡同时避免燃料系统200的复杂系统冗余相关联的细节。显著地，通过利用现有车载燃料递送和ICE150操作基础设施，可以实现促进各种基于吸附和解吸的再生活动所需的任何车载冷却和加热，而无需另外的设备或ICE 150的降低效率的操作方式。燃料系统200包含构成导管210的管道、管道系统或相关流动通道的网络—连同用于根据需要优先允许或抑制车载燃料和其燃料的副产物流动的各种气门。燃料供应箱220用作用于存储市场燃料(例如，常规或甚至低级汽油)的主箱。预热器230与通过导管210从燃料供应箱220递送的燃料热联接，使得如果将递送到ICE 150的燃烧室156或分离单元240(二者之一通过导管210与燃料供应箱220进行流体联接)的市场燃料需要被加热，它可以从预热器230接收热能，所述热能在一种形式下可以是电加热器，或者在另一种形式下为热交换器。

显著地，燃料系统200可以使用来自车辆100的残余热能操作，如来自在ICE 150的燃烧室156内发生的燃烧过程的废热的残余热能。现有热的这种使用可通过减少组件冗余来帮助提高系统的紧凑性。尤其是，可以使类似分批的处理方法在分离单元240内进行，其中一对室241、242被放置成与热交换器243进行热连通，所有这些都处于壳体或相关容纳结构内。因此，在通过导管210和任选预热器230从燃料供应箱220接收到市场燃料时，第一室241的大小和形状设定成流体接收芳香族(也就是说，富辛烷)化合物，使得芳香族化合物在室241的表面上的接触引起针对OOD的富辛烷吸附质的产生，如通过容纳在构成室241的吸附剂的表面内或在所述表面上形成的合适官能团的优先作用，如稍后将在本公开中更详细地讨论的。分离单元240的两室构造使得当富辛烷吸附发生在室241中时，先前在另一室242中饱和的任何吸附剂借助于使吸附质暴露于升高的温度(如来自ICE 150的排气气体或来自基于散热器的冷却系统的热冷却剂等)通过热交换器243再生。潜热或废热的这种添加以及随后的富辛烷吸附质汽化导致蒸发的吸附质被解吸和释放，例如释放到富辛烷产物箱260中，以随后在燃烧室156中使用。利用室241、242中对吸附剂的不同选择，富十六烷吸附质(而非富辛烷吸附质)可以通过使用大小选择性吸附剂以与COD相当的方式形成。在一种形式中，此类OOD特定和COD特定活性可以通过分离单元240的多级配置来实现，在所述多级配置中可以对各自具有室241、242中的一个或多个室的顺序放置的单元进行布置，每个室被配置有基于亲和力的或大小选择性吸附剂。因此，在一种形式中，通过被配置成优先保留芳香族化合物或相关基于官能团的燃料组分(如含氧物或基于双键的烷基)的吸附剂的操作，市场燃料的许多富辛烷部分在室241的表面上形成，而许多富十六烷部分穿过从而成为剩余物，所述剩余物然后可以被输送(如所示出的)到十六烷富集的产物箱250或返回(未示出)到燃料供应箱220。在本上下文内，术语“吸附”、“吸附质”以及其变体包含车载燃料的通过表面保留(而非通过整体吸附)与构成室241、242的吸附剂相互作用的那些部分，而术语“解吸”、“解吸物”以及其变体包含吸附质的由于某种再生作用而随后从吸附剂中解放的部分。在一种非限制性形式中，此类解吸可以通过向室241、242施加足以使吸附质汽化的大量热而发生。此外，应当理解，与化学反应不同，吸附是物理现象，但是在某些情况下可以使用术语化学吸附。同样地，在本上下文内，剩余物(也被称为滤液)是市场燃料的暴露于室241、242中的吸附剂未被吸附的部分，如通过先前讨论的官能团(基于亲和力的)或分子筛(大小选择性)操作中的一个或两个。

分离单元240的两室构造有利于对辛烷富集的或十六烷富集的燃料进行分批处理。具体地说，两个室241、242可以以并行方式操作，使得在将一个室用作吸附剂以优先捕获富辛烷吸附质的薄膜时，另一个室可以暴露于来自ICE 150的操作的潜热，以便于通过使先前收集的吸附质解吸使吸附剂再生，此后，两个室241、242的作用通过由构成导管210的一部分的气门(未示出)的控制器170的操纵被颠倒。为了具有不会对车辆100增加太多重量的紧凑分离单元240，通过探索构成两个室241、242的吸附剂颗粒和吸附剂床的几何形状和结构，选择吸附剂类型以给予高的表面积与体积比。具体地说，较高表面积引起较高的吸附能力和较小的分离单元240大小，这进而促进了系统集成的容易性。

如先前所提到的，分层燃烧的各种形式可能引起LTC的有益于ICE 150的低NO_X操作模式的类型。关于将OOD或COD用于CI发动机，燃料可以被形成为主要燃料(例如，汽油或其它低十六烷变体)和点火器燃料(例如，柴油或其它高十六烷变体)的混合，其中每种的引入位置、频率和正时随概念或配置(如先前讨论的那些概念或配置)而变化。例如，在一个概念中，在压缩冲程期间通过直接喷射引入单一高辛烷燃料。在此类情况下，燃料的喷射发生在从常规柴油喷射正时相对延缓的时间，以确保充分混合。由于整个燃烧过程受反应性控制的LTC支配，因此所得NOx和碳烟排放往往非常低。在另一种情况下，在压缩冲程期间通过直接喷射引入单一点火器燃料，以促进冷启动和高载荷操作，在所述冷启动和高载荷操作中整个燃烧过程受燃料在活塞162TDC移动处或附近的扩散控制的混合支配。在又一种情况下，双重喷射方案在压缩冲程早期通过进气口燃料喷射引入主要燃料，使得所述主要燃料在进气冲程期间与新鲜空气供送充分混合，此后通过直接喷射引入点火器燃料，作为控制点火性的方式，使得整个燃烧过程受高十六烷燃料点燃后空间上充分混合的高辛烷燃料支配。与先前提到的第一种情况一样，至少部分地由于整体贫混合物，此类操作产生低的NOx和碳烟排放。在又一种情况下，在压缩冲程期间通过直接喷射引入主要燃料，而在TDC附近通过直接喷射引入点火器燃料以实现点火控制；以此方式，通过改进的热分层或空间分层提供了相对稳健的混合物。这进而引起了至少针对相对低的发动机载荷的低的碳氢化合物、NOx和碳烟形成。

在一种形式中，所谓的部分旁路可以用于间歇性情形(如冷启动，或其中两个高辛烷或低辛烷燃料箱之一可能为空)，使得来自燃料供应箱220的市场燃料的馏分被直接提供到燃烧室156，而不进入分离单元240。其操作可以由控制器170确立的此部分旁路有助于促进向ICE 150连续供应燃料，并且此类连续性在先前提到的间歇性操作状况下特别有用。具体地说，控制器170可以用于操纵各种燃料递送参数，如对于此类瞬时操作情况的冷却剂温度、排气气体温度、所分离燃料的水平、递送正时等。这有助于促进高辛烷燃料组分与高十六烷燃料组分之间的较宽操作范围反应性差异，特别是在宽得多的范围内减少NOx或碳烟排放方面，从而降低必须进行碳烟/NOx权衡的可能性。

可以利用各种燃料喷射策略来实现与常规基于柴油的循环相比最佳的效率、减少的排放和提高的燃烧稳健性，所述常规基于柴油的循环包含使用EGR和降低的压缩比。例如，作为较大LTC策略的一部分，EGR被用作稀释混合物并降低燃烧温度的方式。同样地，降低压缩比可以帮助减少发动机摩擦损失、热损失和碳氢化合物排放。

如先前所提到的，在一种形式中，用于室241、242的吸附剂被配置为呈现在吸着剂材料的表面上使得其包括基于亲和力的吸着剂的一个或多个官能团。在另一种形式中，吸附剂可以通过其分子形状分离吸附质，使得其包括大小选择性吸着剂。例如，为了将高十六烷烃燃料组分作为目标，设计将集中于将直链或轻度支链烷烃(其往往与高十六烷燃料相关联)与往往存在于高辛烷燃料中的芳香族化合物、环状烷烃和高支链烷烃分离。换句话说，固体吸着剂可以在两种机制中起作用，其中在第一种机制下，选择吸附剂以具有吸引特定分子，如芳香族化合物、环状化合物(和含氧物，如果存在的话)的官能团。直链和轻度支链分子(其可以包含十六烷)未被吸附并且穿过室241、242的孔。第二种机制是基于分子大小的差异，使得直链分子(如正构烷烃)可以穿过相对多孔的材料，而具有较大动态直径的其它分子则被阻碍而不能穿过大多数孔并积聚在基于吸附的室241、242中。在此后一机制中，将大小选择性吸着剂的填充床用于COD生成，因为具有高CN的直链烷烃将进入较小的孔，而具有较大分子大小的其它组分则不会，从而使这些其它组分首先退出成为萃余液。在此类情况下，然后可以使用如本公开中所讨论的热能以类似于基于亲和力的吸着剂的方式使优先吸附的直链烷烃解吸。在车载于车辆100的市场燃料是基于汽油的情况下，如通过热交换器243的操作可获得的热再生是特别适当的，因为燃料的分离流将趋向于具有相对高的挥发性和相关联的低温度沸点。吸着剂的第一类型的实例包含：活性炭、二氧化硅和氧化铝基吸着剂，以及通常为一些类型的沸石和功能化多孔材料。同样地，可以根据第二机制使沸石、金属有机框架和结构化多孔材料起作用。如此，室241、242—除了具有通过选择性吸附和解吸活动的分批处理能力之外—还可以以先前所讨论的方式分级(未示出)建立，使得第一级优先提供基于亲和力的芳香族化合物吸附，而第二级像大小选择性分子筛一样起作用。在一种形式中，可以以适合于确保相对较小的体积包装以尽可能不显眼地装配在车辆100内所需的方式，在共同的或分开的壳体中依次进行这种分级。无论构造如何，这种多级方法都允许第一级吸附辛烷，而第二级吸附十六烷。因此，尽管汽油具有相对少的芳香族化合物，所述芳香族化合物具有单个苯环(如苯、甲苯和二甲苯)，但是柴油燃料具有呈多环(或多核)芳香烃(PAH)形式的较大芳香族化合物，包含萘和其衍生物。认识到，存在一些具有官能团的富十六烷添加剂，因此，如果存在一些此类添加剂，则也可以将基于亲和力的吸着剂用于这些组分。如此—并且根据与特定市场燃料相关联的需求—可用于室241、242的吸附剂可以具体地利用对这些组分的高亲和力来选择，并且室241、242中的每个室的顺序、放置和配置可以根据燃料系统200的构造利用适当的吸附剂来配置。因此，可以使用不同的吸附剂吸附低沸点直链烷烃，作为产生具有不同规格的燃料的方式。例如，为了吸附某些芳香族化合物，构成室241、242的吸附剂可以是中孔(直径为2-50nm)活性炭，所述中孔活性炭进而可以引起约80％的平均回收率。活性炭的一些芳香族化合物组分的预期吸附能力的实例在表1中列出。

表1

组分	mg/g-吸附剂
		甲苯	15
萘	45
		1-甲基萘	37

也可以将其它天然吸附剂(例如，椰子壳)用于分离所期望组分。在另一种形式中，室241、242的吸附剂床可以由多于一种吸附剂构成，以便优先地促进所期望种类的吸附。无论吸附剂床选择如何，均要在各种因素方面对性能进行优化，所述因素包含吸附剂的能力和选择性、市场燃料的浓度比(其提供了芳香族化合物馏分的标记)以及再生和基于解吸的去除进行得多快。

ICE 150和其相关联燃料的选择是至少部分地取决于燃料和容纳在室241、242内的固体吸着剂的性质；此类性质可以包含市场燃料中的相对馏分、沸腾温度和吸着剂分离机制。例如，使用基于亲和力的吸着剂可以用于产生用于如汽油等低沸点燃料的OOD吸附质，同时可以使用大小选择性吸着剂来产生用于此类低沸点燃料的COD吸附质。在分离单元240被布置成具有依次放置的单元的配置中，每个单元具有室241、242中的具有如先前所讨论的基于亲和力的或大小选择性吸附剂的一个或多个室，应当理解，此类分离的顺序可以是基于亲和力的为第一并且大小选择性为第二，或者大小选择性为第一并且基于亲和力的为第二，这取决于需要。

因此，对于紧凑且有成本效益的车辆推进系统，与富辛烷燃料组分或富十六烷燃料组分的产生相关联的燃料的较小馏分可以被路由穿过导管210内的较长路径，而可以使较大的剩余或未分离馏分通过较短路径。以此方式，由未用于执行此类燃料富集的燃料系统200组件所限定的流动路径的长度可以保持相对较短，特别是考虑到以下事实：与供应给分离单元240或ICE 150的市场燃料的剩余馏分相比，OOD或COD操作中所需的高辛烷或高十六烷馏分燃料组分的体积相对较小。在一种形式中，与总操作时间相比，ICE 150在高载荷下操作的时间量相对较少。如此，当富辛烷流或富十六烷流被路由通过较长路径(其在一种形式中可能涉及作为富辛烷或富十六烷燃料流的市场燃料的介于约20％到30％之间的分离)时，可以实现更紧凑、低成本的燃料系统200。要注意的是，燃料对于某些发动机配置的一般用途可能并不可用于所有加油站的所有燃料形式。例如，石脑油(也就是说，在从约环境温度到约160℃的汽油范围内发生的由蒸馏和沸腾产生的轻质燃料馏分)通常具有仅介于约1％与10％之间的芳香族化合物。因此，在需要针对特定COD用途的另外的CN增加的情况下，可以分离出表示较小馏分的这些芳香族化合物组分，如通过使用基于亲和力的吸着剂，作为确保较低燃烧温度和相关联的较低NOx生成的方式。

同样地，在一种形式中，所分离燃料流的沸腾范围处于与可以通过ICE 150的操作提供的热交换值兼容的范围内。因此，当此类流具有相对高的挥发性时—如分离汽油馏分时的情况—则从ICE 150的操作车载获得的热足以使吸着剂再生。如此，可以采用使用针对ICE 150的GCI或SI操作模式的基于汽油的市场燃料，只要吸附质或剩余物的沸腾范围与在热交换器243中生成的热环境兼容即可。

在使用热交换器243时，控制器170可以通过三种不同技术之一指示在两个室241、242之间的燃料与新鲜空气流之间进行切换。在第一种技术中，传感器S连接到第一室241的出口，使得当入口和出口液体流中如传感器S检测的芳香族化合物的含量相等时(所述传感器进而提供饱和的标记，因为未发生另外的芳香族化合物浓度变化)，控制器170响应于此类所获取信号而将被递送的市场燃料从燃料供应箱220切换到第二室242。在第二种技术中，计时器连接到控制器170以允许其以一定的时间间隔(例如，每15分钟)打开和关闭，其中时间间隔取决于吸附剂大小和吸附速率。在第三种技术中，传感器S可以是温度传感器，使得一旦相应室241、242处的温度不再升高(其进而提供了由于吸附而无进一步热释放的标记)，控制器170就将燃料流从第一室241切换到第二室242。

为了再生室241、242中的饱和室，由废气或热的冷却剂提供的热源被允许进入热交换器243。由于温度上升，如果驱动循环工作需要，则在室241、242中的暴露的室上的至少一部分被吸附芳族化合物被释放为蒸气以递送到燃烧室156，或否则存储在低十六烷(即，高辛烷)产物箱260中，在一种形式中它可以通过空气流冷凝，而在另一种形式中可以通过驻留在燃料供应箱220内的市场燃料冷凝，使得市场燃料可以用作冷凝介质。尽管未示出，但是后一种形式的冷凝可以通过使汽化的解吸物适当地路由穿过导管210的一部分来进行。在一种形式中，任何此类经过冷凝的液体均可以被放置成与解吸的蒸气进行选择性(而不是恒定)流体连通，因为可能存在ICE 150的期望使解吸的辛烷或十六烷直接传送到燃烧室156以供使用的一些操作模式(如先前结合某些驱动循环提到的操作模式)。

特别参考先前提到的部分旁路，在ICE 150的某些操作状况(也被称为第一操作状况)下，对于可靠操作而言可能需要使用SI操作模式，因为在启动或其它情景下，不存在排气气体或散热器热流体可用于对吸附循环进行加热，或者在富集产物箱250、260中不存在高十六烷燃料或高辛烷燃料。此外，部分旁路避免了与关于速度或载荷的突发驾驶状况以及与天气状况相关的驾驶状况相关联的另外不期望的时延期。在此类部分旁路操作状况下，控制器170可以指示将来自燃料供应箱220的市场燃料的馏分直接供应到燃烧室156，而不进入分离单元240。此馏分可以通过如冷却剂或排气气体的温度、所分离燃料的水平、时间或其它变量等不同方法进行控制和操纵。呈现了两个实例，以突出与部分旁路操作相关联的益处。

首先，在ICE 150启动期间，当无热可用于操作吸附循环且无燃料馏分可用时，控制器170一起工作，使得燃料流可以部分地来自两个富集产物箱250、260，而主要燃料部分来自燃料供应箱220。如果两个富集产物箱250、260中的任一个在任何时间为空(如与意外的驾驶循环状况相关联，缺少解吸所需的加热或空气冷却不足)，则控制器170可以指示一个或多个燃料泵270(仅示出了其中之一)对从燃料供应箱220直接递送到燃烧室156的市场燃料加压，以至少部分地绕开分离单元240以补偿十六烷富集的产物箱250或辛烷富集的产物箱260中的短缺。

显著地，燃料系统200被设计成避免使用补充设备，而是利用已经出于其它目的而操作的组件，如在吸附步骤期间使周围空气移动以进行冷却的风扇(未示出)以及燃料泵270(但是在可以使用共轨燃料喷射的情况下，甚至可以减少、简化或消除与此类似的设备)。在一种形式中，由燃料系统200生成的燃料喷射压力对于汽油直接喷射而言可以高达约500巴，并且对于共轨柴油喷射而言可以高达约2500巴，其中此较高喷射压力用于扩大基于柴油的CI发动机的操作区，因为其促进预混合CI燃烧。这样做时，针对基于柴油燃料的发动机的此后一压力增加可以抵消所需的构造稳健性以及压缩比和燃料点火延迟的降低。如先前所提到的，燃料系统200充分利用与一般ICE 150操作相关联的潜热。

接下来参考图4，提供了实例来证明所提出的方法和系统的适用性，其中特别强调对于具有Y基框架的1000cc沸石吸附剂样品的150℃、180℃和210℃的三种不同温度的小的吸附剂大小和快速吸附速率γ；选择此大小是因为其被视为可与基于车辆的应用兼容。具体地说，所采用的吸附剂是具有α-笼(0.294cc/g)和β-笼(0.054cc/g)的几何体积的沸石NaY。表2示出存在于可商购获得的基于汽油的市场燃料中的各种芳香族化合物分子对吸附剂的此类型的吸附能力。

表2

尽管使用Y基沸石吸附芳香族化合物的过程往往相对较慢，但无需等待完全平衡，因为容纳在市场燃料内的许多芳香族化合物种类更快地达到饱和水平。例如，甲苯被吸附并在20分钟内达到平衡，其中基本上完全平衡发生在约1.0到1.7小时之后。而且，如所示出的，吸附速率γ随温度升高而增加。这允许容易地估计吸附循环内的吸附质速率。显著地，其证明了可以使用基于吸附的设备及时地产生各种富集燃料组分，所述设备可以满足放置在车辆封装内所需的相对较小的体积要求。

接下来参考图5，示出了可以由燃料系统200车载分离的辛烷富集的燃料的量，所述燃料系统使用反应物室241、242中的基于沸石的吸附剂，所述基于沸石的吸附剂具有在先前讨论的表2和下面表3中列出的性质。举例来说，车辆100可以被配置为在城市和高速公路距离内并且以70公里/小时的平均速度运行下每100公里平均消耗6升燃料的乘用车；在此类情况下，汽油需求通常可以为4.5升/小时。

另举一例，车辆100可以被配置为消耗1.6升/小时的95RON汽油的包含以0.48升/小时的速率消耗的30％的芳香族化合物的紧凑型车辆。更具体地说，芳香族化合物分子包含甲苯(0.192升/小时)、二甲苯(0.192升/小时)、苯(0.048升/小时)和均三甲苯(0.048升/小时)。吸附质的量被示出为针对1000cc Y基沸石吸附剂的10分钟、20分钟和100分钟的三个概念性循环时间。当此燃料流穿过形成于反应物室241、242中的每个反应物室上的吸附剂床时，芳香族化合物分子根据分子形状、大小等以不同的速率分离并吸引到吸附剂颗粒。

在操作仅10分钟之后，6％的常规汽油分离为具有119RON的高辛烷汽油。同样地，仅20分钟之后，12％的常规汽油分离成119RON汽油，而160分钟之后达到完全平衡。结果表明，在系统大小和操作时间方面，可以将基于吸附的OOD用于车载应用。

表3

已经详细地并且通过参考具体实施例描述了本公开的主题，应当注意，本公开所公开的各种细节不应被视为暗示这些细节涉及作为各个所描述实施例的基本组分的元件，甚至是在本说明书的每一个附图中展示了特定元件的情况下也是如此。进一步地，显然在不脱离本公开的范围的情况下可以进行修改和变化，包含但不限于所附权利要求中限定的实施例。更具体地说，尽管本公开的一些方面被标识为优选的或特别地有利，然而应该意识到，本公开不一定局限于这些方面。

应当注意，所附权利要求中的一项或多项权利要求利用术语“其中”作为过渡性短语。出于限定本公开中所讨论的特征的目的，应当注意，此术语在权利要求中作为开放式过渡性短语引入，所述短语用于引入对结构的一系列特性的叙述并且应当以与更常用的开放式前导词术语“包括”的方式类似的方式解释。

应当注意，如“优选地”、“总体上”和“通常”等术语并非用来限制权利要求的范围或者暗示某些特征对于所公开的结构或功能来说是关键的、必要的或者甚至是重要的。相反，这些术语仅旨在突显可能或可能不在所公开主题的特定实施例中使用的替代性或附加特征。同样地，应当注意，术语“基本上”和“近似”以及其变体用于表示可以归因于任何定量比较、值、测量或其它表示的固有不确定度。如此，这些术语的使用表示在不引起所关注的主题的基本功能变化的情况下，定量表示可以与所陈述参考不同的程度。

对于本领域的技术人员将显而易见的是，在不脱离要求保护的主题的精神和范围的情况下，可以对所描述实施例进行各种修改和改变。因此，本说明书旨在覆盖各个所述描述的实施例的修改和变更，条件是这种修改和变更处于所附权利要求及其等同物的范围内。