KR0172216B1 - 고속 샘플링 기능을 갖는 엔진의 배기개스 분석 시스템 - Google Patents

고속 샘플링 기능을 갖는 엔진의 배기개스 분석 시스템 Download PDF

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Abstract

엔진(12)의 연소실 도관으로부터 배출되는 연소개스와 배기 다기관 도관으로부터 배출되는 배기개스를 차단 및 통과시키기 위한 전자제어밸브(13, 14)와, 연소실 도관에 입력도관이 연결되어 있는 다수개의 개스저장 챔버(19~22)와, 개스저장 챔버의 입력도관에 각각 설치되어 있는 다수개의 전자제어밸브(15~18)와, 개스저장 챔버의 출력도관에 각각 설치되어 있는 다수개의 전자제어밸브(23~26)와, 개스저장챔버의 출력도관에 입력도관이 연결되어 있는 샘플링 스위치(27)와, 샘플링 스위치로 연소개스가 흡입되는 것을 도와주기 위한 진공펌프(30)와, 진공펌프의 입력도관에 설치되어 있는 전자제어밸브(28, 29)와, 연소개스의 성분을 분석하기 위한 크로마토그래프(31)와, 배기개스의 탄화수소 성분을 분석하기 위한 탄화수소 분석기(32)와, 배기개스의 일산화탄소 및 이산화탄소의 성분을 분석하기 위한 일산화탄소 및 이산화탄소 분석기(33)와, 배기개스의 산소 성분을 분석하기 위한 산소 분석기(34)와, 각종 분석기로부터 입력되는 신호를 디지틀 신호로 변환하는 애널로그/디지틀 변환부(35)와, 도관내의 압력을 감지하여 출력하는 압력 센서부(36)와, 애널로그/디지틀 변환부와 압력 센서부로부터 입력되는 신호를 분석처리하기 위한 컴퓨터(37)와, 컴퓨터로의 제어신호에 따라 전자제어밸브의 개폐를 제어하는 밸브 컨트롤러(38)와, 컴퓨터로부터 입력되는 신호를 화면에 표시하는 표시장치부(39)로 이루어지며, 엔진으로부터 배출되는 배기개스를 고속으로 샘플링한 뒤에 배기개스 분석에 필요한 각종 성분의 개스가 동시에 분석될 수 있도록 함으로써 측정효율을 높인 고속 샘플링 기능을 갖는 엔진의 배기개스 분석 시스템을 제공한다.

Description

고속 샘플링 기능을 갖는 엔진의 배기개스 분석 시스템
이 발명은 고속 샘플링 기능을 갖는 엔진의 배기개스 분석 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 말하자면 엔진으로부터 배출되는 배기개스를 고속으로 샘플링한 뒤에 배기개스 분석에 필요한 각종 성분의 개스가 동시에 분석될 수 있도록 함으로써 측정효율을 높인 고속 샘플링 기능을 갖는 엔진의 배기개스 분석 시스템에 관한 것이다.
동력원으로서 효율높은 엔진을 설계하기 위해서는, 연료가 연소된 후에 배출되는 배기개스의 성분을 검사할 필요가 있다. 왜냐하면, 엔진으로부터 배출되는 배기개스 성분의 분석을 통하여 엔진의 연소상태, 연소효율, 유해성분 등에 관한 정보를 얻은 뒤에 이를 엔진의 설계에 반영할 수가 있기 때문이다.
종래에, 보일러등 열설비류의 배기개스중의 어느 특정성분을 자동으로 측정하여 작업자가 정확하게 배기개스 성분을 조절할 수 있도록 하기 위한 연소개스 분석기에 관한 기술이 대한민국 실용신안등록출원 공고번호 제91-4201호(공고일자: 서기 1991년 6월 29일)의 자동 연소 가스 분석기에서 개시된 바 있다.
그러나, 상기한 종래의 기술은, 배기개스중에서 어느 특정성분의 개스만을 분석하기 때문에 보다 광범위하면서도 다양하게 배출되는 엔진의 배기개스의 성분을 측정할 수가 없는 문제점이 있다.
이 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 엔진으로부터 배출되는 배기개스를 고속으로 샘플링한 뒤에 배기개스 분석에 필요한 각종 성분의 개스가 동시에 분석될 수 있도록 함으로써 측정효율을 높인 고속 샘플링 기능을 갖는 엔진의 배기개스 분석 시스템을 제공하는데 있다.
도 1은 이 발명의 실시예에 따른 고속 샘플링 기능을 갖는 엔진의 배기개스 분석 시스템의 구성 블럭도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 엔진 부하부 12 : 엔진
13~18, 23~26, 28, 29 : 전자제어밸브 19~22 : 개스저장 챔버
27 : 샘플링 스위치 30 : 진공펌프
31 : 크로마토그래프 32 : 탄화수소 분석기
33 : 일산화탄소 및 이산화탄소 분석기 34 : 산소 분석기
35 : 애널로그/디지틀 변환부 36 : 압력센서부
37 : 컴퓨터 38 : 밸브 컨트롤러
39 : 표시장치부
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 구성은, 엔진의 연소실 도관으로부터 배출되는 연소개스와 엔진의 배기 다기관 도관으로부터 배출되는 배기개스를 차단 및 통과시키기 위한 전자제어밸브와, 상기한 엔진의 연소실 도관에 입력도관이 각각 연결되어 있는 다수개의 개스저장 챔버와, 상기한 개스저장 챔버의 입력도관에 각각 설치되어 있는 다수개의 전자제어밸브와, 상기한 개스저장 챔버의 출력도관에 각각 설치되어 있는 다수개의 자제어밸브와, 상기한 개스저장챔버의 출력도관에 입력도관이 연결되어 있는 샘플링 스위치와, 상기한 샘플링 스위치로 연소개스가 흡입되는 것을 도와주기 위한 진공펌프와, 상기한 진공펌프의 입력도관에 설치되어 있는 전자제어밸브와, 상기한 샘플링 스위치로부터 입력되는 연소개스의 성분을 분석하기 위한 크로마토그래프(chromatograph)와, 상기한 엔진의 배기 다기관 도관으로부터 입력되는 배기개스의 탄화수소 성분을 분석하여 이를 전기적인 신호로서 출력하는 탄화수소 분석기와, 상기한 엔진의 배기 다기관 도관으로부터 입력되는 배기개스의 일산화탄소 및 이산화탄소의 성분을 분석하여 이를 전기적인 신호로서 출력하는 일산화탄소 및 이산화탄소 분석기와, 상기한 일산화탄소 및 이산화탄소 분석기로부터 입력되는 배기개스의 산소 성분을 분석하여 이를 전기적인 신호로서 출력하는 산소 분석기와, 상기한 탄화수소 분석기와 일산화탄소 및 이산화탄소 분석기와 산소 분석기로부터 입력되는 애널로그 신호를 디지틀 신호로 변환하여 출력하는 애널로그/디지틀 변환부와, 도관내의 압력을 감지하여 이를 전기적인 신호로서 출력하는 압력 센서부와, 상기한 애널로그/디지틀 변환부와 압력 센서부로부터 입력되는 신호를 분석처리하기 위한 컴퓨터와, 상기한 컴퓨터로부터 입력되는 제어신호에 따라 상기한 전자제어밸브의 개폐를 제어하는 밸브 컨트롤러와, 상기한 컴퓨터로부터 입력되는 신호를 화면에 표시하는 표시장치부로 이루어진다.
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하기로 한다.
도 1은 이 발명의 실시예에 따른 고속 샘플링 기능을 갖는 엔진의 배기개스 분석 시스템의 구성 블럭도이다.
도 1에 도시되어 있듯이 이 발명의 실시예에 따른 고속 샘플링 기능을 갖는 엔진의 배기개스 분석 시스템의 구성은, 엔진(12)과, 상기한 엔진의 회전축에 연결되어 있는 엔진 부하부(11)와, 상기한 엔진(12)의 연소실 도관에 설치되어 있는 제1 전자제어밸브(13)와, 상기한 엔진(12)의 배기 다기관 도관과 연소실 도관을 연결하는 도관에 설치되어 있는 제2 전자제어밸브(14)와, 상기한 엔진(12)의 연소실 도관에 입력도관이 각각 연결되어 있는 제1 내지 제4 개스저장 챔버(19~22)와, 상기한 제1 내지 제4 개스저장 챔버(19~22)의 입력도관에 각각 설치되어 있는 제3 내지 제6 전자제어밸브(13~18)와, 상기한 제1 내지 제4 개스저장 챔버(19~22)의 출력도관에 각각 설치되어 있는 제7 내지 제10 전자제어밸브(23~26)와, 상기한 제1 내지 제4 개스저장챔버(19~22)의 출력도관에 입력도관이 연결되어 있는 샘플링 스위치(27)와,상기한 샘플링 스위치(27)의 입력도관 및 출력도관에 입력도관이 연결되어 있는 진공펌프(30)와, 상기한 진공펌프(30)의 입력도관에 설치되어 있는 제11 및 제12 전자제어밸브(28, 29)와, 상기한 샘플링 스위치(27)의 출력도관에 입력도관이 연결되어 있는 크로마토그래프(31)와, 상기한 엔진(12)의 배기 다기관 도관 및 연소실 도관의 연결도관에 입력도관이 연결되어 있는 탄화수소 분석기(32)와, 상기한 엔진(12)의 배기 다기관 도관에 입력도관이 연결되어 있는 일산화탄소 및 이산화탄소 분석기(33)와, 상기한 일산화탄소 및 이산화탄소 분석기(33)의 출력도관에 입력도관이 연결되어 있는 산소 분석기(34)와, 상기한 탄화수소 분석기(32)와 일산화탄소 및 이산화탄소 분석기(33)와 산소 분석기(34)의 전기적인 출력단에 입력단이 연결되어 있는 애널로그/디지틀 변환부(35)와, 압력 센서부(36)와, 상기한 애널로그/디지틀 변환부(35)와 압력 센서부(36)의 전기적인 출력단에 입력단이 연결되어 있는 컴퓨터(37)와, 상기한 컴퓨터(37)의 출력단에 입력단이 각각 연결되어 있는 밸브 컨트롤러(38) 및 표시장치부(39)로 이루어진다.
상기한 컴퓨터는 내부에 메모리(memory)가 내장되어 있는 것을 사용한다.
상기한 구성에 의한, 이 발명의 실시예에 따른 고속 샘플링 기능을 갖는 엔진의 배기개스 분석 시스템의 작용은 다음과 같다.
전원이 인가된 뒤에 엔진(12)의 시동이 이루어지면, 엔진(12)으로부터 배기개스가 배기 다기관을 통해서 배출됨과 동시에 컴퓨터(37)의 내부 메모리에 저장되어 있는 제어 프로그램이 컴퓨터(37)에 의해 실행됨으로써 이 발명의 실시예에 따른 고속 샘플링 기능을 갖는 엔진의 배기개스 분석 시스템의 동작이 시작된다.
동작이 시작되면, 엔진(12)의 배기 다기관으로부터 배출되는 배기개스가 일산화탄소 및 이산화탄소 분석기(33)로 유입된 뒤에, 일산화탄소 및 이산화탄소 분석기(33)에 의해서 배기개스내에 포함되어 있는 일산화 탄소 및 이산화탄소의 농도가 전기적인 신호로 변환되어 애널로그/디지틀 변환부(35)로 출력되고, 애널로그/디지틀 변환부(35)에 의해서 디지틀 신호로 변환되어 컴퓨터(37)로 출력됨으로써 컴퓨터(37)에 의해서 배기개스중의 일산화탄소 및 이산화탄소에 대한 분석이 이루어진다.
이와 같이, 배기개스중의 일산화탄소 및 이산화탄소 성분에 대한 분석이 이루어지면, 상기한 일산화탄소 및 이산화탄소 분석기(33)로 유입되었던 배기개스는 다시 산소 분석기(34)로 유입된 후에, 산소 분석기(34)에 의해서 배기개스내에 포함되어 있는 산소의 농도가 전기적인 신호로 변환되어 애널로그/디지틀 변환부(35)로 출력되고, 애널로그/디지틀 변환부(35)에 의해서 디지틀 신호로 변환되어 컴퓨터(37)로 출력됨으로써 컴퓨터(37)에 의해서 배기개스중의 산소에 대한 분석이 이루어진다.
또한, 컴퓨터(37)에 의해서 제2 전자제어밸브(14)가 열리게 되면, 엔진(12)의 배기 다기관으로부터 배출되는 배기개스가 제2 전자제어밸브(14)를 거쳐서 탄화수소 분석기(32)로 유입된 뒤에, 탄화수소 분석기(32)에 의해서 배기개스내에 포함되어 있는 각종 탄화수소의 농도가 전기적인 신호로 변환되어 애널로그/디지틀 변환부(35)로 출력되고, 애널로그/디지틀 변환부(35)에 의해서 디지틀 신호로 변환되어 컴퓨터(37)로 출력됨으로써 컴퓨터(37)에 의해서 배기개스에 포함되어 있는 각종 탄화수소에 대한 분석이 이루어진다.
그리고, 컴퓨터(37)에 의해서 제1 전자제어밸브(13) 및 제3 내지 제6 전자제어밸브(15~18)가 열리게 되면, 엔진(12)의 연소실에 남아 있던 연소개스가 제1 전자제어밸브(13) 및 제3 내지 제6 전자제어밸브(15~18)를 거쳐서 제1 내지 제4 개스저장 챔버(19~22)로 유입되어 저장된다.
컴퓨터(37)는 제7 내지 제10 전자제어밸브(23~26)를 열어서 상기한 제1 내지 제4 개스저장 챔버(19~22)에 저장되어 있던 샘플링된 연소개스가 샘플링 스위치(27)를 거쳐서 크로마토그래프(31)로 공급되도록 한다. 이 과정에서, 컴퓨터(37)는 제11 또는 제12 전자제어밸브(28, 29)를 열어줌으로써 진공펌프(30)가 형성하는 진공압에 의해서 제1 내지 제4 개스저장 챔버(19~22)에 저장되어 있던 샘플링된 연소개스가 샘플링 스위치(27)로 쉽게 빨려 올 수 있도록 하고, 샘플링 스위치(27)로 입력되는 캐리어 개스는 상기한 샘플링된 연소개스가 크로마토그래프(31)로 쉽게 공급될 수 잇도록 이를 운반하는 역할을 한다.
사용자는 상기한 크로마토그래프(31)에서 분석되는 자료를 이용하여 연소개스의 성분분석을 할 수가 있다.
컴퓨터(37)는 압력 센서부(36)로부터 입력되는 신호를 이용하여 밸브의 개폐 타이밍을 산출한 뒤에 이에따라 밸브 컨트롤러(38)로 제어신호를 출력함으로써 상기한 제1 내지 제12 전자제어밸브(13~18, 23~26, 28, 29)의 개폐동작을 제어하게 되며, 상기한 제1 및 제2 전자제어밸브(13, 14)는 엔진의 고속 동작에 대응할 수 있도록 고속 샘플링 밸브를 사용한다.
또한, 컴퓨터(37)는 상기한 탄화수소 분석기(32)와 일산화탄소 및 이산화탄소 분석기(32)와 산소 분석기(34)로부터 애널로그/디지틀 변환부(35)를 거쳐서 얻어지는 정보신호를 내부 메모리에 저장함과 동시에 표시장치부(39)의 화면에 표시함으로써 사용자가 데이터를 확인할 수도 있고, 또한 데이터를 분석 처리하여 필요한 자료를 얻을 수 있도록 한다.
이상에서와 같이 이 발명의 실시예에서, 엔진으로부터 배출되는 배기개스를 고속으로 샘플링한 뒤에 배기개스 분석에 필요한 각종 성분의 개스가 동시에 분석될 수 있도록 함으로써 측정효율을 높인 효과를 갖는 고속 샘플링 기능을 갖는 엔진의 배기개스 분석 시스템을 제공할 수가 있다. 이 발명의 이러한 효과는 엔진 성능 측정 및 실험장비 분야에서 이 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 당업자에 의해 변형되어 이용될 수가 있다.

Claims (3)

  1. 엔진의 연소실 도관으로부터 배출되는 연소개스와 엔진의 배기 다기관 도관으로부터 배출되는 배기개스를 차단 및 통과시키기 위한 전자제어밸브와, 상기한 엔진의 연소실 도관에 입력도관이 각각 연결되어 있는 다수개의 개스저장 챔버와, 상기한 개스저장 챔버의 입력도관에 각각 설치되어 있는 다수개의 전자제어밸브와, 상기한 개스저장 챔버의 출력도관에 각각 설치되어 있는 다수개의 전자제어밸브와, 상기한 개스저장챔버의 출력도관에 입력도관이 연결되어 있는 샘플링 스위치와, 상기한 샘플링 스위치로 연소개스가 흡입되는 것을 도와주기 위한 진공펌프와, 상기한 진공펌프의 입력도관에 설치되어 있는 전자제어밸브와, 상기한 샘플링 스위치로부터 입력되는 연소개스의 성분을 분석하기 위한 크로마토그래프와, 상기한 엔진의 배기 다기관 도관으로부터 입력되는 배기개스의 탄화수소 성분을 분석하여 이를 전기적인 신호로서 출력하는 탄화수소 분석기와, 상기한 엔진의 배기 다기관 도관으로부터 입력되는 배기개스의 일산화탄소 및 이산화탄소의 성분을 분석하여 이를 전기적인 신호로서 출력하는 일산화탄소 및 이산화탄소 분석기와, 상기한 일산화탄소 및 이산화탄소 분석기로부터 입력되는 배기개스의 산소 성분을 분석하여 이를 전기적인 신호로서 출력하는 산소 분석기와, 상기한 탄화수소 분석기와 일산화탄소 및 이산화탄소 분석기와 산소 분석기로부터 입력되는 애널로그 신호를 디지틀 신호로 변환하여 출력하는 애널로그/디지틀 변환부와, 도관내의 압력을 감지하여 이를 전기적인 신호로서 출력하는 압력 센서부와, 상기한 애널로그/디지틀 변환부와 압력 센서부로부터 입력되는 신호를 분석처리하기 위한 컴퓨터와, 상기한 컴퓨터로부터 입력되는 제어신호에 따라 상기한 전자제어밸브의 개폐를 제어하는 밸브 컨트롤러와, 상기한 컴퓨터로부터 입력되는 신호를 화면에 표시하는 표시장치부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고속 샘플링 기능을 갖는 엔진의 배기개스 분석 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기한 엔진의 연소실 도관 및 배기 다기관 도관으로부터 출력되는 개스를 공급 및 차단하기 위한 전자제어밸브는 고속 샘플링 밸브를 이용함으로써 엔진의 고속동작에 대응할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 고속 샘플링 기능을 갖는 엔진의 배기개스 분석 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기한 샘플링 스위치는 캐리어 개스를 이용하여 상기한 개스저장챔버로부터 입력되는 연소개스를 크로마토그래프로 운반하는 것을 특징으로 하는 고속 샘플링 기능을 갖는 엔진의 배기개스 분석 시스템.
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