KR100794943B1 - 수소 생성 기능을 구비한 내연기관 시스템 - Google Patents

수소 생성 기능을 구비한 내연기관 시스템 Download PDF

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Abstract

유기 하이드라이드를 포함하는 수소화 연료가 급유되는 수소화 연료 탱크 (32) 및 통상의 가솔린이 급유 되는 가솔린 탱크 (48) 가 제공되어 있다. 수소화 연료를 수소 리치 가스 및 탈수소 생성물로 분리하기 위해서, 탈수소 반응기 (22) 및 분리 장치 (40) 가 제공되어 있다. 수소 리치 가스는, 수소 관 (44) 안에서 유통하고 흡기관 (12) 안으로 공급된다. 탈수소 생성물 관 (42) 에는 분류기 (46) 가 제공되어 있다. 가솔린 탱크 (48) 안에서 탈수소 생성물의 혼합비가 최대 허용비에 도달할 때까지, 탈수소 생성물은 가솔린 탱크 (48) 로 안내된다. 오직 상기 비가 최대 허용비에 도달할 때만, 탈수소 생성물은 탈수소 생성물 탱크 (50) 로 회수된다.
수소화 연료 탱크

Description

수소 생성 기능을 구비한 내연기관 시스템 {INTERNAL COMBUSTION ENGINE SYSTEM WITH HYDROGEN GENERATION CAPABILITY}
본 발명은 수소 생성 기능을 구비한 내연기관 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 수소화 연료 및 통상의 가솔린을 사용함으로써 구동되는 수소 생성 기능을 갖춘 내연기관 시스템에 관한 것이다.
예컨대, 일본특허공개공보 제 2003 - 343360 호에 개시된 바와 같이 수소 생성 기능이 제공된 내연기관 시스템이 공지되어 있다. 구체적으로는, 상기 시스템은 데칼린 (Decalin) 등의 유기 하이드라이드 (hydrides) 를 포함하는 수소화 연료에서 수소 리치 (rich) 가스 및 나프탈렌 같은 탈수소 생성물을 생성하는 기구와 생성된 수소 리치 가스를 연료로 사용하여 구동하는 수소엔진을 포함한다.
상기 공보물에 개시된 시스템에서는, 수소엔진이 작동하는 동안, 작동에 의해 발생한 열을 이용하여 수소화 연료를 수소 리치 가스 및 탈수소 생성물로 분리한다. 그 다음, 오직 수소 리치 가스만이 추출되어 연료로 사용된다. 남아있는 탈수소 생성물은 회수 탱크에 회수된다. 회수 탱크는 탈수소 생성물이 외부로 배출될 수 있는 배출관을 구비하고 있다.
상기와 같이, 이러한 종래 기술의 시스템은 연료로 사용하는 수소를 스스로 생성할 수 있다. 그러므로, 고압의 수소 탱크 등을 설치할 필요가 없는 수소 공급 시스템을 실현할 수 있다.
본 출원인은, 상기 문서를 포함하여 본 발명에 관련된 기술로서 다음의 문서들을 알고 있다.
[특허 문헌 1]
일본특허공개공보 제 2003 - 343360 호
[특허 문헌 2]
일본특허공개공보 제 2002 - 255503 호
[특허 문헌 3]
일본특허공개공보 제 7 - 63128 호
그런데, 내연기관에서 큰 출력을 발생시키기 위해서는, 내연기관에 가솔린 및 수소를 모두 공급하는 것이 효과적이다. 이와 같은 기능은, 예컨대, 가솔린을 공급하는 일반적인 내연기관에 상기 종래 기술의 시스템을 적용함으로써 실현될 수 있다.
그러나, 상기 종래 기술의 시스템에 있어서, 수소 리치 가스 생성의 부산물인 탈수소 생성물은 처리를 위해 배출된다. 그러므로, 상기 시스템이 일반적인 내연기관에 단순히 적용된다면, 탈수소 생성물이 빈번하게 배출되어야 할 것이고, 이는 사용자가 번잡한 유지/관리 작업을 하도록 요구하게 된다.
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 안출되었다. 본 발명의 목적은, 번잡한 유지/관리 작업을 필요로 하지 않는 수소 리치 가스 및 통상의 가솔린 모두를 연료로 사용할 수 있는 수소 생성 기능을 갖춘 내연기관을 제공하는 것이다.
상기 목적은 본 발명의 제 1 양태에 의해 달성된다. 본 발명의 제 1 양태는 수소를 생성하는 기능을 구비한 내연기관 시스템에 관한 것이다. 상기 시스템은 유기 하이드라이드 (hydride) 를 포함하는 수소화 연료가 급유 되는 수소화 연료 탱크를 포함한다. 상기 시스템은 또한 통상의 가솔린이 급유 되는 가솔린 탱크를 포함한다. 수소화 연료를 수소 리치 가스 및 탈수소 생성물로 분리하기 위해 연료 분리 유닛이 제공되어 있다. 수소 리치 가스를 소비하기 위해 수소 리치 가스 소비 기구가 제공되어 있다. 통상의 가솔린과 탈수소 생성물을 혼합하기 위해 탈수소 생성물 혼합 유닛이 제공되어 있다. 또한, 상기 시스템은 통상의 가솔린 및 탈수소 생성물로 구성된 혼합 연료를 내연기관에 공급하는 연료 공급 유닛을 포함하고 있다.
본 발명의 상기 목적은 본 발명의 제 2 양태에 의해 또한 달성된다. 본 발명의 제 2 양태는 상기 제 1 양태에 따른 내연기관 시스템에 관한 것이다. 이러한 양태에 있어서, 탈수소 생성물 혼합 유닛은, 탈수소 생성물을 가솔린 탱크로 안내하는 탈수소 생성물 안내 기구, 가솔린 탱크에서의 탈수소 생성물의 혼합비를 검출하는 혼합비 검출 유닛 및 혼합비가 최대 허용 혼합비를 넘을 경우 탈수소 생성물이 가솔린 탱크로 유통하는 것을 막는 탈수소 생성물 정지 유닛을 포함한다.
본 발명의 상기 목적은 본 발명의 제 3 양태에 의해 더욱 달성된다. 본 발명의 제 3 양태는 본 발명의 제 2 양태에 따른 내연기관 시스템에 관한 것이다. 이러한 양태에 있어서, 탈수소 생성물을 저장하기 위해서 탈수소 생성물 탱크가 추가로 제공된다. 탈수소 생성물 안내 유닛은, 탈수소 생성물이 가솔린 탱크로 안내되는 제 1 상태 및 탈수소 생성물이 탈수소 생성물 탱크로 안내되는 제 2 상태를 실행할 수 있는 분류기를 포함한다. 상기 탈수소 생성물 정지 유닛은, 혼합비가 최대 허용 혼합비를 넘었을 경우에, 분류기를 제 2 상태로 설정하는 분류기 제어 유닛을 포함한다. 상기 시스템은, 탈수소 생성물 탱크에 저장된 탈수소 생성물의 양이 최대 허용량에 도달했을 경우에, 그 상태에 대해 경보 하는 경보 유닛을 포함한다.
본 발명의 제 1 양태에 따라, 수소화 연료를 분리함으로써 수소 리치 가스 및 탈수소 생성물을 생성할 수 있다. 수소 리치 가스가 소비되는 한편, 탈수소 생성물은 통상의 가솔린에 혼합될 수 있으며 혼합 연료의 일부로서 내연기관에 공급될 수 있다. 그러므로, 탈수소 생성물의 배출 빈도를 줄일 수 있다.
본 발명의 제 2 양태에 따라, 가솔린 탱크에서 탈수소 생성물의 혼합비가 최대 허용 혼합비를 넘을 경우에, 탈수소 생성물이 가솔린 탱크로 유통하는 것을 막을 수 있다. 탈수소 생성물의 혼합비가 과도하게 상승하면, 혼합 연료의 연소성이 악화되며, 내연기관의 안정적인 작동이 불가능하게 된다. 본 발명은 그러한 상태가 나타나는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 제 3 양태에 따라, 탈수소 생성물의 혼합비가 최대 허용 혼합비를 넘을 경우에, 탈수소 생성물을 탈수소 생성물 탱크로 안내할 수 있다. 그러므로, 혼합 연료에서의 탈수소 생성물의 혼합비를 과도하게 상승시키지 않고 수소 리치 가스 생성을 지속할 수 있다. 또한, 상기 탱크에 저장된 탈수소 생성물의 양이 최대 허용량에 도달하는 경우에, 탈수소 생성물을 처리 (배출) 하도록 경보 할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 시스템의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 는 본 발명의 제 1 실시예에서 실행되는 루틴의 순서도이다.
제 1 실시예
[제 1 실시예의 구성]
도 1 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 내연기관 시스템의 구성을 설명하기 위해 제공되어 있다. 이 시스템은 내연기관 (10) 을 구비하고 있다. 흡기관 (12) 및 배기관 (14) 이 내연기관 (10) 과 연통하고 있다.
흡기관 (12) 에는, 흡입되는 공기의 양을 제어하기 위한 스로틀밸브 (16) 가 제공되어 있다. 스로틀 밸브 (16) 의 하류에는, 수소 인젝터 (18) 가 배치되어 있다. 또한, 내연기관 (10) 의 흡기 포트에는, 가솔린 인젝터 (20) 가 배치되어 있다.
후술한 바와 같이, 수소 인젝터 (18) 에는 소정의 압력으로 수소 리치 가스가 공급된다. 외부로부터 구동신호를 받으면, 수소 인젝터 (18) 는 흡기관 (12) 안으로 수소 리치 가스를 분사하기 위해서 밸브를 개방한다. 분사될 수소 리치 가스의 양은 밸브의 개방시간에 따라 달라진다. 수소 인젝터 (18) 가 도 1 의 시스템에서 흡기관 (12) 에 배치되어 있긴 하지만, 그 구성은 이러한 배치로 제한되지 않는다. 구체적으로는, 수소 인젝터 (18) 는 실린더 안으로 수소를 분사할 수 있도록 내연기관의 본체에 장착될 수도 있다.
후술한 바와 같이, 가솔린 인젝터 (20) 에는 소정의 압력으로 가솔린 (엄밀히는, 혼합 연료) 이 공급된다. 외부로부터 구동신호를 받으면, 가솔린 인젝터 (20) 는 흡기 포트 (12) 안으로 가솔린을 분사하기 위해서 밸브를 개방한다. 분사될 가솔린의 양은 밸브의 개방시간에 따라 달라진다.
탈수소 반응기 (22) 가 배기관 (14) 에 부착되어 있다. 또한, 수소화 연료 인젝터 (24) 가 탈수소 반응기 (22) 의 상부에 장착되어 있다. 후술한 바와 같이, 수소화 연료 인젝터 (24) 에는 유기 하이드라이드를 포함하는 수소화 연료가 소정의 압력에서 공급된다.
여기서, "유기 하이드라이드" 란, 대략 300°의 온도에서 탈수소 반응을 보이는 데칼린, 시클로헥산 (cyclohexane) 및 다른 탄화수소 성분을 의미한다. 또한, 이 실시예에 있어서는, 설명의 편의를 위해, 메틸 시클로헥산 (C7H14) 만을 포함하는 연료를, 즉, 실질적으로 100% 의 메틸 시클로헥산으로 구성되어 있는 연료를 "수소화 연료" 로서 사용한 것으로 한다.
외부로부터 구동 신호를 받으면, 수소화 연료 인젝터 (24) 는 수소화 연료를 탈수소 반응기 (22) 안에 분사하기 위해 밸브를 개방한다. 분사될 수소화 연료 의 양은 밸브의 개방시간에 따라 달라진다. 탈수소 반응기 (22) 는 공급된 수소화 연료를 배기관 (14) 의 배기열을 이용하여 수소 리치 가스 및 탈수소 생성물로 분리하고, 그것들을 바닥으로부터 유출시킨다.
이 실시예에 있어서, 전술한 바와 같이, 수소화 연료는 100% 의 메틸 시클로헥산 (C7H14) 으로 구성되어 있다. 메틸 시클로헥산 (C7H14) 은, 탈수소 반응에 의해, 하기와 같이 수소 (H2) 및 톨루엔 (C7H8)으로 분리된다.
C7H14 → C7H8 ＋ 3H2 - - - (1)
따라서, 이 실시예에 있어서, 수소화 연료 인젝터 (24) 로부터 수소화 연료가 분사되면, 수소 리치 가스 및 톨루엔 (C7H8) 은 탈수소 반응기 (22) 의 바닥으로부터 유출된다.
탈수소 반응기 (22) 의 하류의 배기관 (14) 에는, O2 센서 (26) 및 NOX 센서 (28) 가 장착되어 있다. 배기가스 중의 산소의 양에 따라, O2 센서 (26) 는 배기 공연비를 나타내는 출력을 제공한다. 또한, NOX 센서 (28) 는 배기가스 중의 NOX 농도를 나타내는 출력을 제공한다. 이러한 센서 (26 및 28) 의 하류에는, 배기가스를 정화하기 위한 촉매 (30) 가 배치되어 있다.
본 실시예의 시스템은 수소화 연료 탱크 (32) 를 포함한다. 수소화 연료 탱크 (32) 는 수소화 연료를 급유 받고 수소화 연료를 저장하는 탱크이다. 즉, 본 실시예의 시스템은 수소화 연료 탱크 (32) 를 상기 수소화 연료, 즉, 100% 의 메틸 시클로헥산으로 채워야 한다.
수소화 연료 공급관 (34) 은 수소화 연료 탱크 (32) 와 연결 되어 있다. 수소화 연료 공급관 (34) 은, 그 중간에 펌프 (36) 가 제공되어 있고, 그 단부에서 수소화 연료 인젝터 (24) 와 연통하고 있다. 내연기관이 작동하는 동안, 수소화 연료가 수소화 연료 탱크 (32) 로부터 퍼올려 지고, 소정의 압력으로 수소화 연료 인젝터 (24) 에 공급된다.
상기와 같이, 외부로부터 구동신호를 받으면, 수소화 연료 인젝터 (24) 는 탈수소 반응기 (22) 의 상부로부터 수소화 연료를 분사할 수 있다. 상기와 같이, 탈수소 반응기 (22) 는, 수소화 연료를 수소 리치 가스 및 탈수소 생성물로, 즉, 수소 리치 가스 및 톨루엔 (C7H8) 으로 분리한다.
탈수소 반응기 (22) 의 바닥은 관 (38) 을 통해 분리장치 (40) 와 연통하고 있다. 분리장치 (40) 는, 탈수소 반응기 (22) 로부터 공급된 고온의 수소 리치 가스 및 탈수소 생성물 (톨루엔) 을 냉각함으로써 그것들을 분리하는 기능을 구비하고 있다. 분리장치 (40) 의 바닥에는, 냉각되어 액화된 탈수소 생성물을 저장하기 위한 액체 저장 공간이 마련되어 있다. 이 저장 공간의 위에는, 여전히 기체로 남아 있는 수소 리치 가스를 저장하기 위한 기체 저장 공간이 마련되어 있다. 분리장치 (40) 와 연통 되어 있는 탈수소 생성물 관 (42) 이 액체 저장 공간에 연통 되어 있다. 마찬가지로, 수소 관 (44) 이 기체 저장 공간에 연통하고 있다.
탈수소 생성물 관 (42) 은 분류기 (46) 에 연통 되어 있다. 분류기 (46) 는 가솔린 탱크 (48) 및 탈수소 생성물 탱크 (50) 에 연결되어 있다. 외부로부터 구동신호를 받으면, 분류기 (46) 는, 탈수소 생성물 관 (42) 을 가솔린 탱크 (48) 와 연통시키는 제 1 상태 및 탈수소 생성물 관 (42) 을 탈수소 생성물 탱크 (50) 와 연통시키는 제 2 상태 사이에서 그 상태를 전환할 수 있다. 그러므로, 이 실시예의 시스템에 있어서, 분류기 (46) 를 제 1 상태로 설정함으로써, 탈수소 생성물을 가솔린 탱크 (48) 에 공급할 수 있다. 분류기 (46) 를 제 2 상태로 설정함으로써, 탈수소 생성물을 탈수소 생성물 탱크 (50) 로 안내할 수도 있다.
탈수소 생성물 탱크 (50) 는 액량 센서 (52) 및 배출 밸브 (54) 를 포함하고 있다. 액량 센서 (52) 는 탈수소 생성물 탱크 (50) 에 회수된 탈수소 생성물의 양을 반영하는 출력을 제공한다. 배출 밸브 (54) 는, 탈수소 생성물 탱크 (50) 에 저장된 탈수소 생성물을 외부로 배출시키는 배출기구이다.
가솔린 탱크 (48) 는, 시클로헥산 및 데칼린과 같은 유기 하이드라이드를 약 40% 정도 포함하는 통상의 가솔린을 급유해야 하는 탱크이다. 즉, 본 실시예의 시스템은, 수소화 연료 탱크 (32) 에는 수소화 연료를 급유하고 가솔린 탱크 (48) 에는 통상의 가솔린으로 채우도록 구성되어 있다.
분류기 (46) 가 제 1 상태로 되어 있을 경우, 탈수소 생성물, 즉, 분리장치 (40) 에서 생성된 톨루엔은 가솔린 탱크로 공급된다. 그러므로, 가솔린 탱크 (48) 에는, 급유 된 통상의 가솔린 및 분류기 (46) 로부터 보급된 탈수소 생성물로 구성된 혼합 연료가 저장된다.
이 실시예에서, 가솔린 탱크 (48) 는 중량 센서 (56) 및 액량 센서 (58) 를 포함하고 있다. 중량 센서 (56) 는, 가솔린 탱크 (48) 에 저장된 혼합 연료의 양을 반영하는 출력을 제공한다. 한편, 액량 센서 (58) 는 그 혼합 연료의 액량을 반영하는 출력을 제공한다. 통상의 가솔린의 비중과 탈수소 생성물의 비중은 상이하다. 저장된 혼합 연료의 중량 및 액량 모두를 안다면, 이 값들로부터, 통상의 가솔린의 함량비 및 탈수소 생성물의 함량비를 계산할 수 있다. 본 실시예의 시스템에서는, 중량 센서 (56) 및 액량 센서 (58) 의 출력에 근거하여, 가솔린 탱크 (48) 에 저장된 혼합 연료 내의 탈수소 생성물의 함량비를 알아낼 수 있다.
가솔린 관 (60) 이 가솔린 탱크 (48) 와 연통 되어 있다. 가솔린 관 (60) 은, 그 중간에 펌프 (62) 가 제공되어 있고 그 단부에서 가솔린 인젝터 (20) 와 연통 되어 있다. 내연기관이 작동하는 동안, 가솔린 탱크 (48) 에 저장된 혼합 연료는, 소정의 압력으로 펌프 (62) 에 의해 끌어 올려지고 가솔린 인젝터 (20) 에 공급된다.
수소 관 (44) 은 수소 버퍼 (buffer) 탱크 (64) 와 연통 되어 있다. 수소 관 (44) 에는 펌프 (66) 및 릴리프 밸브 (relief valve) (68) 가 제공되어 있다. 수소 리치 가스는 펌프 (66) 에 의해 분리장치 (40) 로부터 수소 버퍼 탱크 (64) 로 압송된다. 릴리프 밸브 (68) 는 펌프 (66) 의 전달 압력이 과도하게 상승하는 것을 방지한다. 펌프 (66) 및 릴리프 밸브 (68) 를 사용하여, 내부 압력을 과도하게 상승시키지 않고 수소 리치 가스를 수소 버퍼 탱크 (64) 로 공 급할 수 있다.
수소 버퍼 탱크 (64) 는 압력 센서 (70) 를 포함한다. 압력 센서 (70) 는 수소 버퍼 탱크 (64) 의 내부 압력을 반영하는 출력을 제공한다. 압력 센서 (70) 의 출력에 따라, 수소 버퍼 탱크 (64) 에 저장된 수소 리치 가스의 양을 추정할 수 있다.
수소 공급관 (72) 은 수소 버퍼 탱크 (64) 와 연통 되어 있다. 수소 공급관 (72) 는, 그 중간에 조절기 (74) 가 제공되어 있고 그 단부에서 수소 인젝터 (18) 와 연통 되어 있다. 이러한 구성에 있어서, 수소 리치 가스가 수소 버퍼 탱크 (64) 에 충분히 저장되는 한, 수소 리치 가스는 조절기 (74) 에 의해 조정되는 압력으로 수소 인젝터 (18) 에 공급된다.
본 실시예의 시스템은 ECU (80) 를 포함한다. 전술한 O2 센서 (26), NOX 센서 (28), 액량 센서 (52), 액체 중량 센서 (56), 액량 센서 (58) 및 압력 센서 (70) 를 포함하는 각종 센서의 출력은 ECU (80) 에 연결되어 있다. 또한, 상기 분류기 (46), 펌프 (36, 62, 66) 및 인젝터 (18, 20, 24) 의 엑츄에이터, 경보 램프 (82) 및 다른 것들도 ECU (80) 에 연결되어 있다. 센서 출력들을 기초로 루틴 처리를 실행함으로써, ECU (80) 는, 이러한 엑츄에이터들을 적절히 구동할 수 있고 저장된 탈수소 생성물의 양이 상한치를 넘을 경우에는, 이를 알리기 위해 경보 램프 (82) 를 점등할 수 있다.
[ 제 1 실시예의 작동의 개요 ]
내연기관 (10) 이 구동하기 시작할 때, ECU (80) 는 내연기관 (10) 에 공급될 수소 리치 가스 및 가솔린 (혼합 연료) 의 양을 계산하기 시작한다. 이러한 목표 값들은 작동 상태를 기초로 소정의 규칙에 따라 계산된다. 내연기관 (10) 이 작동하는 동안, 수소 인젝터 (18) 및 가솔린 인젝터 (20) 는 이러한 타켓 값들을 구현하도록 구동된다. 그 결과, 수소 버퍼 탱크 (64) 에 저장된 수소 리치 가스 및 가솔린 탱크 (48) 에 저장된 혼합 연료는, 각각 흡기관 (12) 및 흡기포트 안으로 적절히 분사된다.
수소 및 가솔린 모두가 내연기관 (10) 에 동시에 공급될 경우, 수소만을 연료로 사용할 경우에 비해 매우 큰 출력을 얻을 수 있다. 또한, 이는, 가솔린만을 연료로 사용할 경우에 비해, 안정된 연소가 보장될 수 있는 공기 과잉비의 상한치를 대폭 증가시키기 때문에, 연료효율 및 배기성능을 현저히 개선시 킬 수 있다. 따라서, 본 실시예의 시스템은 연료효율, 출력성능 및 배기성능에 있어서 보다 나은 내연기관 (10) 을 실현할 수 있다.
이 실시예의 시스템에 있는 탈수소 반응기 (22) 는, 그것의 내부 온도가 300℃ 정도까지 상승할 때, 수소화 연료를 수소 리치 가스 및 탈수소 생성물로 분리할 수 있는 상태가 된다. 내연기관 (10) 이 구동된 후에, ECU (80) 는, 내연기관 (10) 의 온도에 기초하여, 분리공정을 실행할 준비가 되어 있는지를 판단한다. 그 다음, 그 공정이 실행될 수 있다고 판단되면, ECU (80) 는, 수소화 연료 인젝터 (24) 가 적절한 양의 수소화 연료를 분사하도록 한다.
수소화 연료가 분사되기 시작한 후에, 수소 리치 가스 및 탈수소 생성물 (톨 루엔) 의 혼합물의 고온의 가스가 탈수소 반응기 (22) 의 바닥으로부터 유출하기 시작한다. 이 고온의 가스가 분리장치 (40) 에서 냉각되며, 이에 따라, 탈수소 생성물은 탈수소 생성물 관 (42) 으로, 그리고 수소 리치 가스는 수소 관 (44) 으로 각각 유통되기 시작한다.
수소 관 (44) 안의 수소 리치 가스는 펌프 (66) 에 의한 압력하에서 수소 버퍼 탱크 (64) 로 흐른다. ECU (80) 는, 보통, 수소 버퍼 탱크 (64) 의 내부 압력이 목표 범위 이내로 유지되도록, 수소 리치 가스의 생성량, 즉, 수소화 연료 인젝터 (24) 로부터 분사되는 수소화 연료의 양을 제어한다. 그러므로, 본 실시예의 시스템은, 수소 버퍼 탱크 (64) 내에 항상 적당량의 수소 리치 가스를 유지하면서 수소 리치 가스 및 혼합 연료를 사용하여 내연기관 (10) 을 안정적으로 작동시 킬 수 있다.
탈수소 생성물, 즉, 톨루엔은 탈수소 생성물 관 (42) 안으로 유통되고, 분류기 (46) 의 상태에 따라 가솔린 탱크 (48) 또는 탈수소 생성물 탱크 (50) 로 안내된다. 톨루엔 등의 탈수소 생성물은, 옥탄가가 너무 높기 때문에 단독으로는 내연기관 (10) 용 연료로 사용될 수 없다. 그러나, 본 실시예의 시스템에서는, 수소가 수소화 연료의 분해에 의해 생성되기 때문에 부산물인 탈수소 생성물의 생성은 피할 수 없다.
이러한 탈수소 생성물을 처리하기 위한 한가지 고려할 만한 방법은 간단히 그 생성물을 회수 탱크에 모으고, 어느 정도의 양이 모였을 때 그 탈수소 생성물을 회수 탱크 외부로 배출하는 것이다. 그러나, 이러한 방법에 있어서, 탈수소 생 성물을 잦은 빈도로 배출하거나 또는 배출 빈도를 줄이기 위해 더 큰 회수 탱크를 사용할 필요가 있다.
이와는 다르게, 톨루엔 및 다른 탈수소 생성물이 내연기관 (10) 용 연료로서 단독으로 사용될 수는 없지만, 그것들은 옥탄가 향상제로서 통상의 가솔린에 혼합될 수 있다. 탈수소 생성물은 그 성분이 안정적이기 때문에, 통상의 가솔린에 적당한 비율로 탈수소 생성물을 첨가하면 가솔린의 연소성을 손상시키지 않고 옥탄가를 향상시 킬 수 있다. 그 결과, 이러한 혼합 연료는 내연기관 (10) 의 출력을 개선시 킬 수 있는데, 왜냐하면 통상의 가솔린이 단독으로 사용될 때보다 노킹 (knocking) 의 가능성이 더 낮기 때문이다.
또한, 본 실시예의 시스템에 있어서, 이미 기술된 것처럼, 가솔린 탱크 (48) 에 저장된 혼합 연료 내의 탈수소 생성물의 함량비는 중량 센서 (56) 및 액량 센서 (58) 의 출력을 기초로 알아낼 수 있다. 그러므로, 본 실시예의 시스템은, 상기 비가 소정의 상한치에 도달할 때까지 분류기 (46) 를 제 1 상태로 설정함으로써 탈수소 생성물이 가솔린 탱크 (48) 로 안내되도록 그리고 그 비가 상한치보다 더 높은 동안만 분류기를 제 2 상태로 설정함으로써 탈수소 생성물이 탈수소 생성물 회수 탱크 (50) 에 모여지도록 구성될 수 있다.
[ 제 2 실시예에 있어서 구체적인 과정 ]
도 2 는 이 실시예에서 상기 기능을 실행하기 위해 ECU (80) 에 의해 실행되는 루틴의 순서도 (flowchart) 이다. 도 2 에 도시된 루틴에 있어서, 먼저, 중량 센서 (56) 및 액량 센서 (58) 의 출력을 기초로 가솔린 탱크 (48) 에 있는 혼합 연료의 액량 및 중량이 입수된다 (단계 100).
다음, 이 입수된 결과를 기초로, 혼합 연료 중 탈수소 생성물 함량비 또는 톨루엔 함량비가 산출된다 (단계 102). 다음, 산출된 비가 소정의 한계치 이상인지 판단된다 (단계 104). 이 소정의 한계치는 내연기관 (10) 이 양호한 연소를 나타내는 톨루엔 함량 범위의 상한치이다.
상기 단계 104 에서, 톨루엔 함량비가 소정의 한계치 이상이라고 판단될 경우, 탈수소 생성물 (톨루엔) 이 가솔린 탱크 (48) 로 더 이상 공급되면 혼합 연료는 연료로서 그것의 적절성을 잃어 버릴 수 있다고 판단된다. 이 경우에 있어서, 분류기 (46) 는 제 2 상태로 설정되어 탈수소 생성물이 가솔린 탱크 (48) 로 유통하는 것을 방지한다 (단계 106).
반면, 상기 단계 104 에서, 톨루엔 함량이 소정의 한계치보다 더 낮다고 판단될 경우, 탈수소 생성물 (톨루엔) 이 가솔린 탱크 (48) 로 더 공급될 수 있다고 판단된다. 이 경우에 있어서, 분류기 (46) 는 더 공급할 수 있는 제 1 상태로 설정된다 (단계 108).
상기 과정에 따라, 내연기관 (10) 의 작동 동안, 소비된 수소 리치 가스의 양을 보충하도록 수소화 연료는 수소 리치 가스 및 탈수소 생성물로 분리될 수 있다. 그리고, 연료로서 혼합 연료의 적절성을 손상시키지 않는다면 생성된 탈수소 생성물 약간은 혼합 연료의 일부로 소비될 수 있다. 그러므로, 통상의 가솔린이 가솔린 인젝터 (20) 로부터 직접 분사되는 시스템에 비해, 본 실시예의 시스템은 내연기관 (10) 의 출력 성능을 개선할 수 있고, 또한 탈수소 생성물의 배출 빈도를 줄임으로서 시스템 유지/관리 부담을 경감할 수 있다.
또한, 전술한 것처럼, 탈수소 생성물 탱크 (50) 에 모인 탈수소 생성물의 양이 저장 상한치를 넘는 경우, 이 실시예의 시스템은, 시스템 사용자에게 탈수소 생성물을 배출할 것을 알려주는 경고 램프 (82) 를 점등할 수 있다. 그러므로, 본 실시예의 시스템에 따라, 사용하기에 편리한 2 원 연료 내연기관 (10) 을 실현할 수 있다.
전술한 제 1 실시예에서는, 수소화 연료로 사용되는 연료가 100 % 의 유기 하이드라이드를 포함하는 것으로 가정하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 수소화 연료 내의 유기 하이드라이드의 함량비가 높을수록, 수소를 효율적으로 생성하는데 더 바람직하지만, 그 비는 반드시 100 % 로 한정되지 않는다. 수소화 연료 중의 유기 하이드라이드의 비는 단지 통상의 가솔린에서의 비보다 높으면 좋다.
또한 전술한 제 1 실시예에서는, 수소화 연료를 분해함으로써 생성된 수소 리치 가스는 내연기관 (1) 의 연료로 소비되는 것으로 가정하였지만, 수소 가스는 다른 목적으로도 소비될 수 있다. 즉, 탈수소 생성물과 함께 생성된 수소 리치 가스는, 배기성능을 개선하기 위해 내연기관 (10) 의 배기가스에 첨가될 수도 있다. 또한, 상기 가스는 내연기관 (10) 이 아니라 다른 상이한 장치 (보조 수소엔진, 연료전지 시스템 등) 에서 소비될 수 있다.
또한, 전술한 제 1 실시예에서는, 탈수소 생성물이 가솔린 탱크 (48) 에서 통상의 가솔린과 혼합되었지만, 혼합 위치는 가솔린 탱크 (48) 로 한정되지 않는 다. 즉, 탈수소 생성물은, 가솔린 인젝터 (20) 전의 가솔린 관의 임의의 위치에서 통상의 가솔린과 혼합될 수 있다.
또한, 전술한 제 1 실시예에서는, 저장된 탈수소 생성물의 양이 상한치에 도달하면, 경보 램프 (82) 가 그것을 알리기 위해 사용되는 것으로 가정하였지만, 경보 수단은 램프로 한정되지 않는다. 예컨대, 경보는 경보 부저 (buzzer), 음성 안내등을 사용하여 실행될 수도 있다.
전술한 제 1 실시예의 탈수소 반응기 (22) 및 분리장치 (40) 는 본 발명의 제 1 양태의 "연료 분리 유닛" 에 대응한다. 마찬가지로, 내연기관 (10) 은 "수소 리치 가스 소비 기구" 에 대응하며, 가솔린 관 (60), 펌프 (62) 및 가솔린 인젝터 (20) 는 "연료 공급 유닛" 에 대응한다. 또한, 본 발명의 제 1 양태에 있어서의 "탈수소 생성물 혼합 유닛" 은 전술한 바와 같이 단계 108 을 실행함으로써 분류기 (46) 를 제 1 상태로 설정하는 ECU (80) 에 의해 실행된다.
또한, 전술한 제 1 실시예의 분류기 (46) 는 본 발명의 제 2 양태에서의 "탈수소 생성물 안내 기구" 에 대응한다. 또한, 본 발명의 제 2 양태에 있어서의 "혼합비 검출 유닛" 은 전술한 바와 같이 단계 100 및 102 를 실행하는 ECU (80) 에 의해 실행된다. 마찬가지로, 본 발명의 제 2 양태에 있어서의 "탈수소 생성물 정지 유닛" 은 전술한 바와 같이 단계 106 을 실행함으로써 분류기 (46) 를 제 2 상태로 설정하는 ECU (80) 에 의해 실행된다.
또한, 전술한 제 1 실시예에 있어서, 본 발명의 제 3 양태에 있어서의 "분류기 제어 유닛" 은 전술한 바와 같이 단계 106 을 실행함으로써 분류기 (46) 를 제 2 상태로 설정하는 ECU (80) 에 의해 실행된다. 마찬가지로, 본 발명의 제 3 양태에 있어서의 "경보 유닛" 은, 탈수소 생성물 탱크 (5) 에 저장된 탈수소 생성물의 양이 최대 허용량에 도달할 경우에 경보 램프 (82) 를 점등시키는 ECU (80) 에 의해 실행된다.

Claims (3)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 수소 생성 기능을 구비한 내연기관 시스템으로서,
    유기 하이드라이드 (hydride) 를 포함하는 수소화 연료가 급유되는 수소화 연료 탱크;
    통상의 가솔린이 급유되는 가솔린 탱크;
    상기 수소화 연료를 수소 리치 (rich) 가스 및 탈수소 생성물로 분리하는 연료 분리 수단;
    상기 수소 리치 가스를 소비하는 수소 리치 가스 소비 수단;
    상기 탈수소 생성물과 상기 통상의 가솔린을 혼합하는 탈수소 생성물 혼합 수단; 및
    상기 통상의 가솔린 및 상기 탈수소 생성물로 구성된 혼합 연료를 내연기관에 공급하는 연료 공급 수단을 포함하며,
    상기 탈수소 생성물 혼합 수단은,
    탈수소 생성물을 가솔린 탱크로 안내하는 탈수소 생성물 안내 수단;
    가솔린 탱크에서 탈수소 생성물의 혼합비를 검출하는 혼합비 검출 수단; 및
    혼합비가 최대 허용 혼합비를 넘었을 경우에, 탈수소 생성물이 가솔린 탱크로 유통하는 것을 막는 탈수소 생성물 정지 수단을 포함하며,
    상기 탈수소 생성물을 저장하는 탈수소 생성물 탱크가 제공되고;
    상기 탈수소 생성물 안내 수단은, 탈수소 생성물이 가솔린 탱크로 안내되는 제 1 상태 및 탈수소 생성물이 탈수소 생성물 탱크로 안내되는 제 2 상태를 실행할 수 있는 분류기를 포함하고;
    탈수소 생성물 정지 수단은, 혼합비가 최대 허용 혼합비를 넘을 경우에, 분류기를 제 2 상태로 설정하는 분류기 제어 수단을 포함하며;
    탈수소 생성물 탱크에 저장된 탈수소 생성물의 양이 최대 허용량에 도달했을 경우에, 그 상태에 대해 경보 하는 경보 수단이 제공되어 있는 것을 특징으로 하는 수소 생성 기능을 구비한 내연기관 시스템.
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