KR101820622B1 - 에탄올-물-수소 혼합 연료를 기반으로 가솔린 엔진을 작동시키기 위한 연료 제어 시스템 - Google Patents

에탄올-물-수소 혼합 연료를 기반으로 가솔린 엔진을 작동시키기 위한 연료 제어 시스템 Download PDF

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Abstract

가솔린 엔진 차량에 동력을 공급하기 위해 가솔린 엔진 내부에서 알코올 및 물 혼합물을 수소-리치 가스로 변환하기 위한 기술, 시스템 및 장치가 개시된다. 개시된 기술의 일 양태에서, 알코올 및 물 혼합물을 연료로 하여 작동하도록 가솔린 엔진 차량을 제어하기 위해 가솔린 엔진 차량에 설치된 전자 제어 모듈이 개시된다. 이 전자 제어 모듈은 프로세서, 메모리, 및 ECU로부터 다양한 센서 신호를 수신하기 위해 가솔린 엔진 차량의 ECU에 결합된 인터페이스를 포함한다. 이 전자 제어 모듈은 차량의 가솔린 탱크에 저장된 알코올 및 물 혼합물로 차량을 작동시키는 프로세스를 제어하기 위해 가솔린 엔진 차량의 다양한 모듈에 결합된 인터커넥트를 또한 포함한다. 상기 프로세스는 가솔린 엔진의 실린더 내부에서 촉매화된 알코올 및 물 혼합물을 수소-리치 가스로 변환하는 단계를 포함한다.

Description

에탄올-물-수소 혼합 연료를 기반으로 가솔린 엔진을 작동시키기 위한 연료 제어 시스템{FUEL CONTROL SYSTEMS FOR OPERATING GASOLINE ENGINES BASED ON ETHANOL-WATER-HYDROGEN MIXTURE FUELS}
우선권 주장 및 관련 출원
본 특허 문헌은 출원인인 American United Energy, Inc와 발명자인 Pinliang Fan에 의해 "에탄올-물-수소 혼합 연료를 기반으로 가솔린 엔진을 작동시키기 위한 연료 제어 시스템"이라는 명칭으로 2014년 4월 23일자에 출원된 미국 가출원 번호 제61/983,360호의 이익과 우선권을 주장한다.
기술 분야
본 개시물에 기재된 주제는 일반적으로 자동차용 대체 연료 기술에 관한 것이다.
종래의 수소 연료는 특수한 설비에서 먼저 제조된 다음, 가스 또는 액체 형태 중 어느 하나로 저장 및 운반된 후, 수소 연료 기반 차량에 제공된다. 예컨대, 수소 가스 또는 수소-리치(hydrogen-rich) 가스가 차량 엔진에서 사용하기 위해 차량에 설치된 가압 가스 탱크에 저장될 수 있다. 그러나, 가스 탱크로부터 공급되는 수소 가스는 가솔린 엔진에서 연소될 때 가솔린 연료에 비해 낮은 에너지 밀도를 흔히 갖는다. 그 결과, 연료 공급원으로서 수소 가스 탱크는 정규 가솔린 엔진 차량에 동력을 공급하기에 흔히 불충분하다.
대안적으로, 액체 수소를 연소시키기 위해 실린더로 직접 도입할 때, 액체 수소가 기체 수소보다 훨씬 더 높은 동력을 발생시킬 수 있다. 그러나, 액체 수소를 저장하는 것은, 초저온 특수 저장 탱크를 필요로 하기 때문에, 까다롭다. 또한, 이러한 특수 저장 탱크는 부피가 커서 차량 내 공간을 너무 많이 차지할 뿐만 아니라, 가솔린 탱크보다 훨씬 낮은 부피 에너지 용량을 갖는다. 그 결과, 이러한 연료 탱크로부터의 일반적인 작동 범위는 가솔린 차량으로부터의 일반적인 500㎞ 범위보다 상당히 낮다. 또한, 가스 형태 또는 액체 형태 중 어느 하나로 수소를 저장 및 운반하는 것은 매우 위험하고 비용이 많이 소요될 수 있다.
본 문헌에 개시된 기술은 가솔린 엔진 차량에 동력을 공급하기 위해 가솔린 엔진 차량의 가솔린 엔진 내부에서 알코올 및 물 혼합물을 수소-리치 가스로 변환함으로써, 가솔린 엔진 차량에 동력을 공급하는 연료로서 알코올 및 물 혼합물을 사용하기 위한 시스템, 장치 및 기술에 관한 것이다.
일 양태에서, 알코올 및 물 혼합물을 연료로 하여 가솔린 엔진 차량을 작동시키기 위한 프로세스가 개시된다. 이 프로세스는 알코올 및 물 혼합물을 촉매화(catalyze)하기 위해 촉매 튜브를 통해 상당량의 알코올 및 물 혼합물을 통과시키는 단계를 포함한다. 그 다음, 공기와 혼합되는 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 미스트를 형성하기 위해, 가솔린 엔진 차량 내부에 있는 가솔린 엔진의 연료 분사기를 사용하여, 촉매화된 알코올 및 물 혼합물을 가솔린 엔진의 흡기 매니폴드 내로 분사한다. 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 미스트와 공기를 가솔린 엔진의 실린더 내로 실린더의 흡기 밸브를 통해 흡인하고, 실린더 내에서, 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 미스트가 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 증기로 변하며, 실린더 내부의 고온으로 인해, 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 증기가 (H2를 최고 비율로 포함하지만, CO, CO2, 및 O2 등의 다른 가스도 포함할 수 있는) 수소-리치 가스로 즉시 변환된다. 그 다음, 가솔린 엔진 차량을 위한 동력을 발생시키기 위해, 수소-리치 가스 및 공기 혼합물을 점화하여 연소시킨다.
일부 구현예에서, 알코올 및 물 혼합물 중 알코올 부분은 에탄올을 포함한다.
일부 구현예에서, 알코올 및 물 혼합물 중 알코올 부분은 에탄올과 메탄올을 포함한다.
일부 구현예에서, 알코올 및 물 혼합물 중 알코올 부분은 주로 에탄올을 포함한다.
일부 구현예에서, 알코올 및 물 혼합물 중 물 부분은 총 부피의 적어도 20%이지만, 총 부피의 70% 미만이다.
일부 구현예에서, 알코올 및 물 혼합물 중 물 성분은 총 부피의 적어도 30%이지만, 총 부피의 60% 미만이다.
일부 구현예에서, 알코올 및 물 혼합물 중 물 성분은 총 부피의 적어도 40%이지만, 총 부피의 55% 미만이다.
일부 구현예에서, 알코올 및 물 혼합물은 실질적으로 동일한 에탄올 부분과 물 부분으로 구성된다.
일부 구현예에서, 촉매 튜브를 통해 알코올 및 물 혼합물을 통과시키기 전에, 이 프로세스는 미리 정해진 온도로 촉매 튜브를 예열하는 단계를 포함한다.
일부 구현예에서, 알코올 및 물 혼합물을 촉매화함으로써, 알코올 및 물 혼합물에서의 수소 결합이 크게 약화된다.
일부 구현예에서, 촉매 튜브를 통해 알코올 및 물 혼합물을 통과시키기 전에, 이 프로세스는, 2차 연료 공급원으로 가솔린 엔진을 작동시킴으로써 가솔린 엔진을 예열한 다음; 가솔린 엔진에 의해 발생된 열을 제공하여 미리 정해진 온도로 촉매 튜브를 예열함으로써, 엔진 콜드 스타트(cold start) 프로세스를 수행한다.
일부 구현예에서, 2차 연료 공급원은 가솔린 엔진 차량에 설치된 리저브 탱크(reserve tank)에 저장되는 수소 가스 또는 수소-리치 가스이다.
일부 구현예에서, 리저브 탱크는 수소 가스 또는 수소-리치 가스를 흡기 매니폴드 내로 직접 공급한다.
일부 구현예에서, 2차 연료 공급원으로 가솔린 엔진을 작동시키기 전에, 이 프로세스는 연료 분사기를 비활성화하는 단계를 포함한다.
일부 구현예에서, 알코올 및 물 혼합물은 가솔린 엔진 차량의 가솔린 탱크에 저장된다.
다른 양태에서, 알코올 및 물 혼합물을 연료로 하여 작동하도록 가솔린 엔진 차량을 제어하기 위해 가솔린 엔진 차량에 설치된 전자 제어 모듈이 개시된다. 이 전자 제어 모듈은 가솔린 엔진 차량의 종래의 전자 제어 유닛(ECU)과는 다르다. 이 전자 제어 모듈은 프로세서, 메모리, 및 ECU로부터 다양한 센서 신호를 수신하기 위해 가솔린 엔진 차량의 ECU에 결합된 인터페이스를 포함한다. 이 전자 제어 모듈은 가솔린 엔진 차량의 가솔린 엔진을 포함한 가솔린 엔진 차량의 다양한 모듈에 결합된 인터커넥트 세트를 또한 포함한다. 인터커넥트 세트를 통해, 전자 제어 모듈의 프로세서는 가솔린 엔진 차량의 가솔린 탱크에 저장된 알코올 및 물 혼합물로 가솔린 엔진을 작동시키는 프로세스를 제어한다. 상기 프로세스는 알코올 및 물 혼합물을 촉매화하기 위해 촉매 튜브를 통해 상당량의 알코올 및 물 혼합물을 통과시키는 단계; 공기와 혼합되는 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 미스트를 형성하기 위해, 차량의 가솔린 엔진의 연료 분사기를 사용하여, 촉매화된 알코올 및 물 혼합물을 가솔린 엔진의 흡기 매니폴드 내로 분사하는 단계; 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 미스트와 공기를 가솔린 엔진의 실린더 내로 실린더의 흡기 밸브를 통해 강제로 도입하여, 실린더 내에서, 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 미스트가 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 증기로 변하게 하고, 실린더 내부의 고온으로 인해, 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 증기가 수소-리치 가스로 즉시 변환되도록 하는 단계; 및 가솔린 엔진 차량을 위한 동력을 발생시키기 위해, 수소-리치 가스 및 공기 혼합물을 점화하여 연소시키는 단계를 포함한다.
일부 구현예에서, 전자 제어 모듈은 가솔린 엔진 차량의 콜드 스타트 프로세스를 제어하도록 구성된다.
일부 구현예에서, 전자 제어 모듈은, 예컨대, ECU로부터, 콜드 스타트 신호를 수신하고; 2차 연료 공급원에 의한 가솔린 엔진의 작동을 제어함으로써 가솔린 엔진의 예열을 제어하며; 그리고 미리 정해진 온도로의 촉매 튜브의 예열을 제어함으로써, 콜드 스타트 프로세스를 제어한다.
일부 구현예에서, 전자 제어 모듈은, 추가로, 콜드 스타트 프로세스의 지속 기간을 제어하고; 및 콜드 스타트 프로세스로부터 알코올 및 물 혼합물로 작동하는 정규 작동 모드로의 절환(switching)을 제어함으로써, 콜드 스타트 프로세스를 제어한다.
일부 구현예에서, 전자 제어 모듈은 촉매 튜브로의 가솔린 엔진에 의해 발생된 열의 전달을 제어함으로써, 촉매 튜브의 예열을 제어한다.
일부 구현예에서, 2차 연료 공급원은 가솔린 엔진 차량에 설치된 리저브 탱크에 저장되는 수소 가스 또는 수소-리치 가스이다.
일부 구현예에서, 전자 제어 모듈은 리저브 탱크에 결합된 인터커넥트 세트를 통해 리저브 탱크의 개방, 폐쇄, 가스 유량을 제어하도록 작동한다.
일부 구현예에서, 전자 제어 모듈은 가솔린 탱크와 리저브 탱크 모두에 결합된 인터커넥트 세트를 통해 가솔린 탱크에 저장되어 있는 알코올 및 물 혼합물과 리저브 탱크에 저장되어 있는 수소 가스 또는 수소-리치 가스 사이에서의 가솔린 엔진용 연료 공급원의 절환을 제어하도록 작동한다.
일부 구현예에서, 전자 제어 모듈은 인터커넥트 세트를 통해 연료 분사기의 온 및 오프 상태를 제어하도록 작동한다.
일부 구현예에서, 전자 제어 모듈은 점화 플러그에 결합된 인터커넥트 세트를 통해 수소-리치 가스 및 공기 혼합물의 점화 타이밍을 제어하도록 작동한다.
일부 구현예에서, 전자 제어 모듈은, 가솔린 엔진이 가솔린 연료로 작동하고 있는 것처럼 엔진 성능을 제어하는 정상 기능을 ECU가 계속 수행하도록, 알코올 및 물 혼합물로 작동하고 있을 때의 가솔린 엔진의 작동 조건을 가솔린 연료로 작동하고 있을 때의 가솔린 엔진의 작동 조건과 호환될 수 있도록 조정 및 제어하기 위해, ECU로부터 수신된 센서 신호를 사용하도록 작동한다.
일부 구현예에서, 전자 제어 모듈은 리저브 탱크를 개방하여 추가적인 수소-리치 가스를 가솔린 엔진에 공급함으로써, 출력 토크를 즉시 증가시키는 터보 모드를 제어하도록 작동한다.
일부 구현예에서, 전자 제어 모듈은 배기 가스 배출을 모니터링하고, 배기 시스템에 결합된 인터커넥트 세트를 통해 배기 가스 중의 특정 화합물의 배출 수준을 제어하도록 작동한다.
일부 구현예에서, 전자 제어 모듈은 인증되지 않은 알코올 및 물 혼합물의 사용을 방지하기 위해 가솔린 탱크에 결합된 인터커넥트 세트를 통해 알코올 및 물 혼합물에 대한 인증을 수행하도록 작동한다.
일부 구현예에서, 전자 제어 모듈은 알코올 및 물 혼합물의 구매 정보를 취득하고, 구매 정보에 기초하여 인증되지 않은 연료 구매를 검출하도록 작동한다.
또 다른 양태에서, 알코올 및 물 혼합물과 가솔린 모두로 작동하는 하이브리드 차량이 개시된다. 이 하이브리드 차량은 가솔린 엔진; 알코올 및 물 혼합물로 충진되는 가솔린 탱크; 가솔린 탱크와 가솔린 엔진 사이에 결합된 촉매 튜브로서, 알코올 및 물 혼합물이 촉매 튜브를 통과할 때, 알코올 및 물 혼합물을 촉매화하는, 촉매 튜브; 및 촉매 튜브로부터 촉매화된 알코올 및 물 혼합물을 수취하여 연소시킴으로써 하이브리드 차량이 알코올 및 물 혼합물로 작동하게 동력을 공급하도록 가솔린 엔진을 제어하는 전자 제어 모듈을 포함한다. 이 전자 제어 모듈은 가솔린 엔진 차량의 종래의 전자 제어 유닛(ECU)과는 다르다. 이 하이브리드 차량은 수소-리치 가스를 저장하는 리저브 탱크를 또한 포함한다. 이 리저브 탱크는 수소-리치 가스를 가솔린 엔진의 흡기 매니폴드 내로 직접 공급하도록 구성된다. 일 실시예에서, 알코올 및 물 혼합물은 실질적으로 동일한 에탄올 부분과 물 부분으로 구성된다.
또 다른 양태에서, 연관된 가솔린 엔진 차량이 알코올 및 물 혼합물을 연료로 하여 작동하도록, 가솔린 엔진 내부에서 알코올 및 물 혼합물을 수소-리치 가스로 변환하기 위한 프로세스가 개시된다. 이 프로세스는 먼저 2차 연료 공급원으로 가솔린 엔진을 작동시킴으로써 가솔린 엔진을 예열하고, 미리 정해진 온도로 촉매 튜브를 예열한다. 그 다음, 이 프로세스는 알코올 및 물 혼합물을 촉매화하기 위해 촉매 튜브를 통해 상당량의 알코올 및 물 혼합물을 통과시킴으로써, 알코올 및 물 혼합물에서의 수소 결합이 크게 약화되도록 한다. 그 다음, 공기와 혼합되는 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 미스트를 형성하기 위해, 가솔린 엔진의 연료 분사기를 사용하여, 촉매화된 알코올 및 물 혼합물을 가솔린 엔진의 흡기 매니폴드 내로 분사한다. 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 미스트와 공기를 가솔린 엔진의 실린더 내로 실린더의 흡기 밸브를 통해 흡인하고, 실린더 내에서, 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 미스트가 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 증기로 변하며, 실린더 내부의 고온으로 인해, 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 증기가 수소-리치 가스로 즉시 변환된다. 그 다음, 가솔린 엔진 차량을 위한 동력을 발생시키기 위해, 수소-리치 가스 및 공기 혼합물을 연소시킨다.
일부 구현예에서, 알코올 및 물 혼합물은 가솔린 엔진 차량의 가솔린 탱크에 저장되며, 2차 연료 공급원은 리저브 탱크에 저장되는 수소 가스 또는 수소-리치 가스이다.
일부 구현예에서, 2차 연료 공급원은 연소로 인해 발생하는 배기 가스 중의 수소 가스 또는 수소-리치 가스의 적어도 일부로 리저브 탱크를 재충진함으로써 보충된다.
일부 구현예에서, 2차 연료 공급원은 제어된 양의 알코올 및 물 혼합물을 가솔린 엔진 차량의 고온 배기 시스템을 통해 통과시킴으로써 발생하는 수소-리치 가스로 리저브 탱크를 재충진함으로써 보충된다.
개시된 기술의 상기 양태, 구현예 및 다른 특징이 도면, 상세한 설명 및 청구 범위에 보다 상세하게 설명되어 있다.
도 1은 본원에 기술된 일부 실시예에 따른 EWH 차량 내부의 예시적인 EW 연료 전달 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 2는 본원에 기술된 일부 실시예에 따른 EWH 차량 내부의 예시적인 엔진의 개략도를 도시하고 있다.
도 3은 본원에 기술된 일부 실시예에 따라 적절한 EW 연료 소비를 보장하기 위한, EWH 모듈/제어기로부터 EWH 차량 내부의 다양한 모듈까지의 결합 및 제어를 도시하고 있는 블록도를 나타낸다.
도 4는 본원에 기술된 일부 실시예에 따라 EW 연료로 작동하는 가솔린 엔진 차량에 설치하도록 제안된 EWH 제어기에 의해 수행될 수 있는 다양한 제어 기능을 도시하고 있다.
도 5는 본원에 기술된 일부 실시예에 따라 EW 연료로 작동하게 가솔린 엔진 차량을 제어하도록 제안된 EWH 제어기를 사용하는 프로세스를 도시하고 있는 흐름도를 나타낸다.
본 개시물은 자동차용 청정 연료 기술에 대해 설명한다. 가솔린 연료를 사용하는 대신, 본 기술은 변형된 가솔린 차량이 알코올 및 물 혼합물로 이루어진 청정 연료로 작동할 수 있도록, 가솔린 엔진 차량에 대한 최소 변형을 제공한다. 가솔린 차량에 대해 제안된 변형은, 엔진 시스템이 실질적으로 변경되지 않은 상태에서, 정규 가솔린 엔진의 연료 전달 경로 상에 하나 이상의 악세사리의 추가를 포함할 수 있다. 또한, 변형된 가솔린 엔진 차량이 알코올 및 물 혼합물을 연료로 하여 작동하도록 제어하고, 변형된 가솔린 엔진 차량에 동력을 공급하기 위해 가솔린 엔진 내부에서 알코올 및 물 혼합물을 수소-리치 가스로 변환하기 위한 기술, 시스템 및 장치가 개시된다.
일 양태에서, 알코올 및 물 혼합물을 연료로 하여 가솔린 엔진 차량을 작동시키기 위한 프로세스가 개시된다. 이 프로세스는 알코올 및 물 혼합물을 촉매화하기 위해 촉매 튜브를 통해 상당량의 알코올 및 물 혼합물을 통과시키는 단계를 포함한다. 그 다음, 공기와 혼합되는 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 미스트를 형성하기 위해, 가솔린 엔진 차량 내부에 있는 가솔린 엔진의 연료 분사기를 사용하여, 촉매화된 알코올 및 물 혼합물을 가솔린 엔진의 흡기 매니폴드 내로 분사한다. 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 미스트와 공기를 가솔린 엔진의 실린더 내로 실린더의 흡기 밸브를 통해 흡인하고, 실린더 내에서, 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 미스트가 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 증기로 변하며, 실린더 내부의 고온으로 인해, 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 증기가 (H2를 최고 비율로 포함하지만, CO, CO2, 및 O2 등의 다른 가스도 포함할 수 있는) 수소-리치 가스로 즉시 변환된다. 그 다음, 가솔린 엔진 차량을 위한 동력을 발생시키기 위해, 수소-리치 가스 및 공기 혼합물을 점화하여 연소시킨다.
다른 양태에서, 알코올 및 물 혼합물을 연료로 하여 작동하도록 가솔린 엔진 차량을 제어하기 위해 가솔린 엔진 차량에 설치된 전자 제어 모듈이 개시된다. 이 전자 제어 모듈은 가솔린 엔진 차량의 종래의 전자 제어 유닛(ECU)과는 다르다. 이 전자 제어 모듈은 프로세서, 메모리, 및 ECU로부터 다양한 센서 신호를 수신하기 위해 가솔린 엔진 차량의 ECU에 결합된 인터페이스를 포함한다. 이 전자 제어 모듈은 가솔린 엔진 차량의 가솔린 탱크에 저장된 알코올 및 물 혼합물로 가솔린 엔진을 작동시키는 프로세스를 제어하기 위해 가솔린 엔진 차량의 다양한 모듈에 결합된 인터커넥트 세트를 또한 포함한다. 상기 프로세스는 알코올 및 물 혼합물을 촉매화하기 위해 촉매 튜브를 통해 상당량의 알코올 및 물 혼합물을 통과시키는 단계; 공기와 혼합되는 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 미스트를 형성하기 위해, 차량의 가솔린 엔진의 연료 분사기를 사용하여, 촉매화된 알코올 및 물 혼합물을 가솔린 엔진의 흡기 매니폴드 내로 분사하는 단계; 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 미스트와 공기를 가솔린 엔진의 실린더 내로 실린더의 흡기 밸브를 통해 강제로 도입하여, 실린더 내에서, 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 미스트가 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 증기로 변하게 하고, 실린더 내부의 고온으로 인해, 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 증기가 수소-리치 가스로 즉시 변환되도록 하는 단계; 및 가솔린 엔진 차량을 위한 동력을 발생시키기 위해, 수소-리치 가스 및 공기 혼합물을 점화하여 연소시키는 단계를 포함한다.
또 다른 양태에서, 알코올 및 물 혼합물과 가솔린 모두로 작동하는 하이브리드 차량이 개시된다. 이 하이브리드 차량은 가솔린 엔진; 알코올 및 물 혼합물로 충진되는 가솔린 탱크; 가솔린 탱크와 가솔린 엔진 사이에 결합된 촉매 튜브로서, 알코올 및 물 혼합물이 촉매 튜브를 통과할 때, 알코올 및 물 혼합물을 촉매화하는, 촉매 튜브; 및 알코올 및 물 혼합물로 작동하도록 하이브리드 차량을 제어하기 위한 전자 제어 모듈을 포함한다. 이 전자 제어 모듈은 가솔린 엔진 차량의 종래의 전자 제어 유닛(ECU)과는 다르다. 이 하이브리드 차량은 수소-리치 가스를 저장하는 리저브 탱크를 또한 포함한다. 이 리저브 탱크는 수소-리치 가스를 가솔린 엔진의 흡기 매니폴드 내로 직접 공급하도록 구성된다. 일 실시예에서, 알코올 및 물 혼합물은 실질적으로 동일한 에탄올 부분과 물 부분으로 구성된다.
또 다른 양태에서, 연관된 가솔린 엔진 차량이 알코올 및 물 혼합물을 연료로 하여 작동하도록, 가솔린 엔진 내부에서 알코올 및 물 혼합물을 수소-리치 가스로 변환하기 위한 프로세스가 개시된다. 이 프로세스는 먼저 2차 연료 공급원으로 가솔린 엔진을 작동시킴으로써 가솔린 엔진을 예열하고, 미리 정해진 온도로 촉매 튜브를 예열한다. 그 다음, 이 프로세스는 알코올 및 물 혼합물을 촉매화하기 위해 촉매 튜브를 통해 상당량의 알코올 및 물 혼합물을 통과시킴으로써, 알코올 및 물 혼합물에서의 수소 결합이 크게 약화되도록 한다. 그 다음, 공기와 혼합되는 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 미스트를 형성하기 위해, 가솔린 엔진의 연료 분사기를 사용하여, 촉매화된 알코올 및 물 혼합물을 가솔린 엔진의 흡기 매니폴드 내로 분사한다. 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 미스트와 공기를 가솔린 엔진의 실린더 내로 실린더의 흡기 밸브를 통해 흡인하고, 실린더 내에서, 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 미스트가 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 증기로 변하며, 실린더 내부의 고온으로 인해, 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 증기가 수소-리치 가스로 즉시 변환된다. 그 다음, 가솔린 엔진 차량을 위한 동력을 발생시키기 위해, 수소-리치 가스 및 공기 혼합물을 연소시킨다.
일부 실시예에서, 제안된 기술에 적용될 수 있는 연료는 에탄올과 물의 혼합물이며, 물의 함량은 적어도 20%이지만, 70% 미만이다. 일부 실시예에서, 제안된 기술에 적용될 수 있는 연료는 에탄올, 메탄올 및 물의 혼합물이며, 물의 함량은 적어도 20%이지만, 70% 미만이다. 일부 실시예에서, 제안된 기술에 적용될 수 있는 연료는 두 가지 이상의 알코올계 화학 물질과 물의 혼합물이며, 물의 함량은 적어도 20%이지만, 70% 미만이다. 일부 실시예에서, 제안된 기술에 적용될 수 있는 연료는 한 가지 이상의 알코올계 화학 물질과 물의 혼합물이며, 물의 함량은 적어도 30%이지만, 60% 미만이다. 일부 실시예에서, 제안된 기술에 적용될 수 있는 연료는 한 가지 이상의 알코올계 화학 물질과 물의 혼합물이며, 물의 함량은 적어도 40%이지만, 55% 미만이다. 일부 실시예에서, 제안된 기술에 적용될 수 있는 연료는 한 가지 이상의 알코올계 화학 물질, 물, 및 알코올 및 물 혼합물에서의 수소 결합을 용이하게 약화시키게 하는 하나 이상의 촉매의 혼합물이다.
또한, 본 개시물은 알코올 및 물 혼합물을 연료로 하여 작동하도록 가솔린 엔진 차량을 제어하기 위한 전자 모듈 및 기술을 제공한다. 바람직한 실시예에서, 알코올 및 물 혼합물 중의 알코올 함유물은 에탄올이다. 간명함을 위해, 본 출원인은 이하에서 가솔린 엔진용 연료로서 사용되는 알코올 및 물 혼합물을 "E(thanol)W(ater) 혼합물" 또는 "EW 연료"라고 지칭한다. 예컨대, 이 청정 연료는 약 50(부피)%의 에탄올과 약 50(부피)%의 물의 혼합물로 이루어질 수 있다. 그러나, 전술한 바와 같이, 개시된 기술은 다른 유형 및 비율의 알코올 및 물 혼합물에 적용될 수 있으므로, 이하에 설명된 "EW 혼합물" 또는 "EW 연료"는 다양한 조성 및 비율의 알코올계 화학 물질과 물의 혼합물을 포함할 수 있다.
제안된 전자 모듈은, 가솔린 엔진이 EW 연료로 작동하고 있을 때 다양한 실시간 센서 신호를 수신하기 위해 가솔린 차량의 표준 전자 제어 유닛(ECU)에 전기적으로 결합되며, EW 연료로 작동하고 있을 때의 엔진 성능이 가솔린 연료로 작동하고 있을 때의 성능과 실질적으로 동일하도록 보장하기 위해 작동한다. 제안된 전자 모듈은 EW 연료로의 작동과 가솔린 엔진 차량의 리저브 탱크에 저장되어 있는 수소 가스의 2차 연료 공급원으로의 작동 사이의 절환을 제어한다. 또한, 제안된 전자 모듈은, 차량이 가솔린 연료와 EW 연료를 모두 구비한 경우, 가솔린 연료 작동과 EW 연료 작동 사이의 절환을 제어할 수 있다.
일부 구현예에서, 전자 모듈은, 예컨대, 2차 연료 공급원에 의한 가솔린 엔진의 작동을 제어함으로써, 엔진의 콜드 스타트를 제어하여 엔진 실린더를 가열한다. 또한, 전자 모듈은 일반적으로 EW 연료 탱크와 가솔린 엔진 사이에 결합된 촉매 튜브의 예열을 제어한다. 그리고, EW 연료는 가열된 촉매 튜브를 통과하여 엔진 실린더로 유입되기 전에 촉매화된다. 그 다음, 촉매화된/개질된 EW 연료는 가열된 실린더로 유입되며, 즉각적인 연소 및 동력 발생을 위해 수소-리치 가스로 즉시(예컨대, < 0.05 초) 변환된다. 일 실시예에서, 수소-리치 가스가 점화되기 전에 변환 프로세스가 종료되기까지 최소 시간이 필요하다. 예컨대, 이 최소 시간은 흡기 밸브가 폐쇄된 후 0.05 초 이하일 수 있다. 일례에서, 생성된 수소-리치 가스는 H2, CO, CO2, 및 O2 등의 다른 가스로 구성되며, 수소-리치 가스 중의 최대 비율이 H2로 구성된다. 또한, 전자 모듈은 엔진의 출력을 자동으로 조정하기 위해 엔진 실린더로 유입되는 EW 연료의 양을 조절할 수 있다. 제안된 전자 모듈은 이하에서 "EWH(ydrogen) 모듈" 또는 "EWH 제어기"라고도 지칭된다. 또한, 본 출원인은 EW 연료로 작동하도록 변형된 가솔린 차량을 "EWH 차량"이라고 지칭한다.
제안된 EWH 제어기는, 가솔린 엔진을 최소로 변화시키거나 전혀 변화시키지 않은 상태에서, 가솔린 엔진 차량에 설치되며, 가솔린 엔진과 통합될 수 있다. 촉매 튜브와 리저브 탱크 등의 전술한 악세사리와 EWH 제어기를 추가함으로써, 가솔린 엔진은 하이브리드 엔진으로 변형되고, 가솔린 엔진 차량은 하이브리드 엔진 차량으로 변형된다. 하이브리드 엔진 차량은 EW 연료를 촉매 튜브에 공급하여 EW 연료를 개질시키기 위해 정규 연료 라인을 사용할 수 있고, 개질된 FW 연료 혼합물을 흡기 매니폴드를 거쳐 가솔린 엔진의 실린더 내로 분사하기 위해 정규 연료 분사기를 사용할 수 있다. 제안된 EWH 제어기의 제어하에서, EW 연료 미스트가 실린더로 유입되는 즉시 기화되어 수소-리치 가스(예컨대, H2가 대부분인, H2, CO, CO2, 및 O2 등의 다른 가스의 혼합물)로 변환되며, 이 수소-리치 가스는 점화되어 연소함으로써 피스톤과 크랭크샤프트를 구동하게 된다. 일 실시예에서, 이 변환 프로세스는 0.05초 이내에 완료된다.
도 1은 본원에 기술된 일부 실시예에 따른 EWH 차량 내부의 예시적인 EW 연료 전달 시스템(100)의 블록도를 나타낸다.
도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 에탄올(예컨대, 50%)과 물(예컨대, 50%)의 혼합물과 같은 EW 연료가 EW 연료 탱크(102)에 저장된다. EW 연료 탱크(102)는 EWH 차량의 표준 가솔린 탱크일 수 있지만, 가솔린 대신 EW 연료로 충진된다. 일부 실시예에서, EW 연료 탱크(102)는 기존의 가솔린 탱크와는 별도의 탱크일 수 있다. EW 연료 탱크(102)는 연료 라인과 다른 연료 전달 수단을 통해 촉매 튜브(104)에 결합된다. 따라서, 엔진에 도달하기 전에, 연료 탱크(102)로부터 나온 EW 혼합물은 먼저 촉매 튜브(104)로 이동한 다음, 촉매 튜브(104)를 통과하여 촉매화된 EW 혼합물이 된다. 보다 구체적으로는, 통상적으로 특수하게 설계된 촉매가 튜브 내부에 배치된 금속 튜브인 촉매 튜브(104)는 EW 혼합물이 튜브를 통과할 때 EW 혼합물을 촉매화하여 EW 혼합물에서의 수소 결합을 약화시킨다. 그 결과, 촉매화된 EW 혼합물이 다양한 수소 결합에 대해 상당히 감소된 해리 온도를 갖게 되며, 이에 따라, 촉매화된 EW 혼합물이 촉매 튜브(104)로부터 하류에 있는 엔진 실린더 내부에서 수소-리치 가스로 용이하게 변환될 수 있도록 한다. 일부 실시예에서, 연료 탱크(102)로부터 나온 EW 혼합물은 촉매 튜브(104)를 통과하기 전에 알코올 및 물 혼합물에서의 수소 결합을 약화시키는 하나 이상의 촉매를 포함한다.
그 다음, 촉매화된 EW 연료는 연료 레일을 통해 연료 분사기(106)로 전달된다. 연료 분사기(106)는 종래의 가솔린 연료 분사기를 포함하여 다양한 형태로 구현될 수 있다. 연료 분사기(106)는 정규 가솔린 엔진인 엔진(108) 내로 제어된 양의 촉매화된 EW 연료를 분사한다. 이 개질된 EW 연료는 엔진(108)의 흡기 매니폴드 내로 분사되어 공기와 혼합된다. 정확한 시간에, 흡기 밸브가 개방되고, 개질된 EW 연료의 미스트와 공기가 실린더 내로 "흡인"된다. 실린더 내부의 고온으로 인해, 촉매화된 EW 연료 미스트가 즉시 기화하여 수소-리치 가스로 변환된 후, 이 수소-리치 가스는 엔진(108) 내부에서 점화되어 연소한다. 일부 실시예에서, 엔진(108)은, 예컨대, 가열된 냉각수 튜브를 통해, 촉매 튜브(104)에 열적으로 결합되며, 이에 따라, 연소 프로세스를 통해 발생된 열을 촉매 튜브(104)에 제공하여, EW 혼합물 촉매화를 위해 촉매 튜브(104)에서 상승된 온도를 유지한다.
일부 실시예에서, EW 연료 전달 시스템의 상술한 작동은 아래에서 더 상세하게 설명하는 EWH 모듈/제어기에 의해 제어된다.
EW 연료 전달 시스템의 상술한 작동은 EW 연료를 수소-리치 가스로 변환하여 가솔린 엔진으로 연소시키는 작동을 포함한다. 그러나, EWH 차량의 콜드 스타트 중에는, 엔진이 여전히 "콜드"이기 때문에, 수소로의 EW 연료 변환과 같은 작동이 발생하기가 어렵다. 일부 구현예에서, 엔진과 촉매 튜브를 가온하기 위해 수소-리치 가스 또는 정규 가솔린 연료 중 어느 하나를 저장한 리저브 탱크가 사용된다.
도 2는 본원에 기술된 일부 실시예에 따른 EWH 차량 내부의 예시적인 엔진(200)의 개략도를 도시하고 있다. 엔진(200)은, 가솔린 엔진 시스템의 나머지 부분은 변하지 않는 상태로, 엔진(200)의 연료 전달 경로 상에 하나 이상의 모듈이 부착된 정규 가솔린 엔진이다.
도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 엔진(200)은 흡기 매니폴드(202), 흡기 밸브(204), 실린더(206), 및 EW 연료 탱크(210)로부터 EW 연료를 공급하기 위해 흡기 매니폴드(202) 상으로 개방되는 연료 분사기(208)를 포함한다. 흡기 매니폴드(202) 상에는 가스 밸브(214)를 통해 리저브 탱크(212)가 결합된다. 리저브 탱크(212)는 수소-리치 가스를 저장할 수 있으며, 저장된 수소-리치 가스를 가스 밸브(214)를 통해 흡기 매니폴드(202) 내로 공급할 수 있다. 엔진(200)의 콜드 스타트 중에, 제안된 EWH 제어기(미도시)는 가스 밸브(214)의 개폐를 제어할 수 있다. 보다 구체적으로는, EWH 제어기가, 예컨대, ECU로부터, 콜드 스타트 신호를 수신한 경우, EWH 제어기는 EW 연료 탱크(210)로부터 엔진(200)으로의 연료 분사기(208)의 EW 연료 또는 가솔린 연료의 공급을 차단한다. 이때, EWH 제어기는 가스 밸브(214)를 개방하여 리저브 탱크(212)로부터 수소-리치 가스와 같은 ("2차 연료 공급원"이라고도 지칭되는) 리저브 가스를 흡기 매니폴드(202)에 공급하여 흡기 매니폴드(202) 내로 도입되는 공기(216)와 혼합되도록 하고, 이들의 혼합물은 개방된 흡기 밸브(204)를 통해 실린더(206)로 유입된다. 리저브 탱크(212)가 변환할 필요가 없는 수소 연료를 저장하고 있기 때문에, 리저브 탱크(212)로부터 나온 리저브 연료는 촉매 튜브(미도시)를 통과할 필요가 없다.
콜드 스타트 프로세스 중에, 엔진(200)은 가온하기 위해 리저브 탱크(212)로부터 나온 연료를 소비한다(따라서, 이 프로세스는 "예열 프로세스"라고 지칭될 수도 있다). 엔진 예열이 진행되고 있는 동안, 엔진(200)으로부터 발생된 열은 작동 온도로 촉매 튜브를 조건화하는데 사용될 수 있다. 일반적으로 30초 미만인 미리 정해진 예열 기간 이후에, EWH 제어기는 가스 밸브(214)를 차단함으로써 리저브 탱크(210)로부터 나오는 리저브 연료를 중지시킨다. 예컨대, EWH 제어기는, 촉매 튜브와 통합된 온도 센서에 의해 측정되는 수신 온도 신호에 기초하여 결정될 수 있는 촉매 튜브의 작동이 준비되었을 때, 리저브 연료를 중지시킬 수 있다. 이때, EWH 제어기는 연료 분사기(208)를 통해 EW 연료 탱크(210)로부터 엔진(200)으로의 EW 연료의 공급을 허용할 수 있다. 전술한 시나리오는 리저브 탱크(212)가 수소-리치 가스를 저장한 것을 가정하였으나, 수소-리치 가스 대신 다른 고효율의 연료가 사용될 수도 있다. 예컨대, 리저브 탱크(212)는 리저브 연료로서 가솔린 연료를 저장할 수 있다. EW 연료로 엔진(200)이 작동하고 있을 때, 추가적인 동력이 필요한 경우, 리저브 탱크(210)가 추가적인 연료를 공급할 수도 있다. 이러한 "부스터" 작동 모드는 EWH 제어기에 의해 제어될 수 있다. 다른 실시예에서, 예컨대, 정지 신호 또는 신호등에서 정지한 후, EWH 차량이 아이들 모드로부터 가속하기 시작할 때, 엔진(200)이 리저브 탱크(210)로 일시적으로 작동하도록, EWH 제어기가 EW 연료로부터 리저브 탱크(210)로 연료 공급원을 절환할 수 있으며, 엔진이 원하는 조건으로 작동하고 있으면, EWH 제어기는 EW 연료로 연료 공급원을 다시 절환할 것이다.
도 3은 본원에 기술된 일부 실시예에 따라 적절한 EW 연료 소비를 보장하기 위한, EWH 모듈/제어기로부터 EWH 차량 내부의 다양한 모듈까지의 결합 및 제어를 도시하고 있는 블록도를 나타낸다.
도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, EWH 제어기(300)는, 엔진의 콜드 스타트 중에, 또는 차량이 (후술하는) 정규 작동 중에 추가적인 동력을 필요로 하는 경우에, 정규 가솔린 엔진(304)에 리저브 연료를 제공하는 리저브 탱크(302)에 전기적으로 결합된다. EWH 제어기(300)는, 예컨대, 리저브 탱크(302)의 가스 밸브의 개폐를 제어함으로써, 리저브 탱크(302)의 개폐를 제어할 수 있다. 또한, EWH 제어기(300)는 부스터 모드에 필요한 추가적인 동력에 따라 또는 스로틀에 의해 제어되는 공기 흡기와 일치하도록 리저브 탱크(302)로부터 엔진(304)으로의 가스 유량을 제어할 수 있다. 또한, EWH 제어기(300)는 가스 압력 및 온도 등의 모니터링 신호를 리저브 탱크(302)와 통합된 센서로부터 수신할 수 있다.
리저브 탱크(302) 내의 리저브 가스가 소비됨에 따라, 가스 압력이 떨어질 것이다. 리저브 탱크(302) 내의 리저브 가스를 일정 레벨로 유지하는 것이 바람할 수 있다. 일부 구현예에서, EWH 제어기(300)는 EW 연료가 소비되는 동안 발생하기는 하지만 연소되지는 않은 수소 가스 또는 수소-리치 가스로 리저브 탱크(302)를 자동으로 보충하도록 프로세스를 제어할 수 있다. 따라서, 배기 가스 중의 수소 가스 또는 수소-리치 가스의 적어도 일부를 재생하여 리저브 탱크(302)를 재충진함으로써 리저브 탱크(302) 내부에 충분한 양의 리저브 가스를 유지하도록 하는 가스 보충 기구가 (엔진(304)으로부터 리저브 탱크(302)까지의 경로로 도 3에 나타낸) 리저브 탱크(302)와 엔진(304) 사이에 존재할 수 있다. 일부 구현예에서, EWH 제어기(300)는 차량이 작동하고 있을 때 (EW 연료 탱크(308)로부터 배기 시스템(314)까지의 경로로 도 3에 나타낸) EW 연료 탱크(308)로부터 배기 시스템(314)으로 제어된 양의 EW 연료를 전달함으로써 리저브 탱크(302)를 자동으로 보충하도록 프로세스를 제어할 수 있다. 이 프로세스는 배기 시스템(314) 내부의 고온과 촉매가 EW 연료의 일부를 수소-리치 가스로 변환하는 장점이 있다. 그리고, 생성된 수소-리치 가스는 (배기 시스템(314)으로부터 리저브 탱크(302)까지의 경로로 도 3에 나타낸) 지정 전달 기구를 통해 리저브 탱크(302)를 재충진하기 위해 사용된다.
도 3을 더 참조하면, 콜드 스타트 프로세스 중에, EWH 제어기(300)는 튜브 온도와 같은 촉매 튜브(306)의 하나 이상의 조건을 모니터링할 수 있다. 전술한 바와 같이, 엔진(304)은, 예컨대, (엔진(304)으로부터 촉매 튜브(306)까지의 경로로 도 3에 나타낸) 가열된 냉각수 시스템을 통해, 콜드 스타트 프로세스 중에 연소시 발생된 열을 촉매 튜브(306)에 공급할 수 있다. EWH 제어기(300)는, 촉매 튜브(306)에서 미리 정해진 온도가 수득될 때까지, 콜드 스타트 지속 기간을 조정할 수 있다. 또한, 콜드 스타트 프로세스 중에, EWH 제어기(300)는 ECU(310)로부터 엔진(304)의 하나 이상의 조건을 수신하여, 수신된 하나 이상의 엔진 조건에 따라 콜드 스타트 지속 기간을 조정할 수도 있다.
또한, EWH 제어기(300)는 EW 연료 탱크(308)의 다양한 연료 공급 기능을 제어하기 위해 EW 연료 탱크(308)와 연료 분사기(312)에 전기적으로 결합된다. 예컨대, EWH 제어기(300)는, 엔진(304)과 촉매 튜브(306)가 가온되어 작동 조건에 도달하였을 때, 리저브 탱크(302)를 사용하는 콜드 스타트 작동 스테이지로부터 EW 연료 탱크(308)를 사용하는 EW 연료 작동 스테이지로의 절환을 제어할 수 있다. 절환 중에, EWH 제어기(300)는 리저브 탱크(302)를 차단하는 제어 신호를 송신할 수 있는 동시에, 촉매 튜브(306)를 통해 EW 연료 탱크(308)로부터 엔진(304)으로 EW 연료의 공급을 가능하게 하는 제어 신호를 송신할 수 있다. 일부 실시예에서, EWH 제어기(300)는, EW 연료 탱크(308)의 연료 펌프를 활성화하여 연료 분사기(312)가 개질된 EW 연료를 엔진(304)의 흡기 매니폴드 내로 분사하기 시작할 수 있도록 함으로써, EW 연료의 공급을 가능하게 한다. 일부 실시예에서, EWH 제어기(300)는 분사 빈도와 분사당 연료량 면에서 연료 분사기(312)의 작동을 제어할 수 있다. 따라서, EWH 제어기(300)는, 변환된 수소-리치 가스가 정규 가솔린 연료와 실질적으로 동일한 연소 사이클당 에너지 및 동력을 발생시키도록, 실린더로 유입되는 EW 연료의 양을 제어할 수 있다. 분사 빈도와 분사당 연료량을 증가/감소시킴으로써, EWH 제어기(300)는 차량 구동시 동력의 증가 및 감소를 직접 제어할 수 있다.
스로틀 제어에 기초한 EW 연료 공급의 정상적인 증가와 감소 이외에, EWH 제어기(300)는 토크 출력의 순간적인 증가를, 그러한 증가가 필요할 때, 예컨대, 언덕을 오를 때 또는 다른 차량을 추월할 때, 제어할 수 있다. 이를 위해, EWH 제어기(300)는 연료 분사 빈도 및/또는 연료 분사 지속 시간(즉, 분사당 연료량)을 증가시킴으로써, 정상 작동시의 연료량을 초과하도록 실린더로 유입되는 EW 연료량의 순간적인 증가를 제어할 수 있다. 대안적으로, EWH 제어기(300)는 연료 혼합물에 추가적인 수소 가스를 공급함으로써 토크를 순간적으로 증가시키기 위해 리저브 탱크(302)를 개방할 수도 있다. 일부 실시예에서, EWH 제어기(300)는 수소 변환율을 증가시킴으로써 토크를 증가시키기 위해 촉매 튜브 온도를 승온할 수 있다. 토크를 순간적으로 증가시키기 위해("터보 모드"라고 지칭됨), 예컨대, EW 연료 공급을 증가시킴과 동시에 리저브 가스 공급을 개시함으로써, 다수의 상기 기술들이 조합될 수 있다. 일부 실시예에서, 별도의 스위치를 키고 끔으로써, 터보 모드가 활성화되거나 비활성화될 수 있다.
전술한 바와 같이, EW 연료 탱크(308)로부터 나온 EW 연료는 촉매 튜브(306)에 의해 촉매화됨으로써 개질된 EW 연료가 된다. 그리고, 연료 분사기(312)가 개질된 EW 연료를 엔진(304)의 흡기 포트 내로 분사하고, 흡기 포트는 개질된 EW 연료의 미스트를 생성한다. 개질된 EW 연료의 미스트와 O2를 포함한 공기의 혼합물은 흡기 밸브가 개방될 때 실린더로 유입되어, 즉시 기화하게 된다. 흡기 밸브를 차단한 직후, EW 연료 증기는 실린더 내부의 고온에 의해 수소-리치 가스로 변환된다. 일부 구현예에서, EWH 제어기(300)는 수소-리치 가스 및 공기 혼합물에 대한 점화 타이밍을 제어하는 점화 제어 신호를 직접 제공하기 위해 엔진(304)에도 전기적으로 결합된다.
수소-리치 가스의 연소는 연소하는 가솔린 가스보다 수배 더 빠른 속도로 전파하는 화염을 발생시킨다는 것을 유의하여야 한다. 또한, 수소-리치 가스는 가솔린보다 훨씬 높은 옥탄가를 갖는다. 수소-리치 가스의 이러한 연소 특성은, EWH 제어기(300)와 원래 차량 ECU 간의 적절한 협동과 촉매 튜브(306)를 사용하여 개질된 EW 연료와 조합하여, EW 혼합물이 실린더로 유입될 때 수소-리치 가스로 즉시 변환될 수 있도록 한다.
도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, EWH 제어기(300)는 EWH 차량의 표준 ECU(310)에 전기적으로 결합된다. EWH 제어기(300)는, 엔진(304)이 EW 연료를 사용하고 있으면서도 정규 가솔린 작동 모드에 있는 것처럼 엔진 성능을 제어하는 정상 기능을 ECU(310)가 "속아서" 수행하도록, EW 연료로 작동하고 있을 때의 엔진 작동 조건을 가솔린 연료로 작동하고 있을 때의 엔진 작동 조건과 호환될 수 있도록 조정 및 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, EWH 제어기(300)는 ECU(310)로부터 엔진(304)의 작동과 관련된 다양한 센서 신호들을 수신할 수 있다. EWH 제어기(300)는, 변환된 수소-리치 가스가 연소되어 발생하는 에너지 및 동력의 양이 엔진(304)이 가솔린 연료를 사용할 때 발생하는 에너지 및 동력과 정확하게 일치하도록, 이 센서 신호들을 프로세싱하여 엔진(304) 내부에서의 연소 사이클당 정확한 EW 연료 전달량 및 변환량을 조정 및 제어할 수 있다. 이러한 방식으로, EW 연료 작동 중에, 차량 ECU는 ECU(310)에 의해 인지된 가솔린 작동에 대해 의도된 작동 조건과 일치하는 엔진 작동 조건을 계속 수신할 것이며, 이에 따라, ECU는 엔진 성능에 기초하여 경보를 촉발할만한 어떠한 오작동도 의심하지 않을 것이다. 그 결과, ECU(310)는 원래 프로그램된 기능을 모두 수행하여, 엔진(304)이 정규 가솔린 연료를 사용하고 있는 것처럼 엔진(304)의 작동을 제어할 수 있으며, 이에 따라, EW 연료로 작동하고 있을 때 원래 ECU와 EWH 제어기(300) 간의 원활한 협력을 달성할 수 있다.
일부 구현예에서, EWH 차량의 대시 보드 계기들은 엔진 온도, RPM 등의 다양한 차량 및 엔진 조건을 표시할 수 있으며, 이와 같이 표시되는 파라미터는 정규 가솔린 연료가 사용될 때의 파라미터 값과 일치한다. 일부 실시예에서, ECU(310)는, EWH 차량이 EW 연료 작동 모드에서 표준 가솔린 작동 모드로 절환될 때, 정상적인 ECU 기능을 수행한다.
EWH 제어기(300)는 배기 시스템(314)에 결합되며, 엔진(304)에 의해 발생되는 배기 가스로부터 배기 가스 중의 CO, CO2 및 O2의 함량과 같은 배기 피드백 파라미터를 수신할 수 있다. 제어기(300)는 배기 파라미터에 기초하여 엔진(304)으로 전달되는 EW 연료의 양을 조정할 수 있다. 특히, EW 연료가 사용되는 경우, EW 연료가 수소로 변환될 때, O2가 발생된다. 따라서, 환경으로부터 공급되는 공기로부터 O2가 덜 필요하며, 배기 가스 중에 더 많은 O2가 남을 수 있다. 따라서, EW 연료 작동 모드 중에는, 가솔린이 사용될 때의 O2 경보 임계값보다 O2 경보 임계값이 더 높게 설정될 수 있다. 전술한 바와 같이, EWH 제어기(300)는, 예컨대, 배기 가스로부터 수소 가스를 분리함으로써, 배기 가스 중에 남은 수소 가스를 재생하고, 재생된 수소 가스로 리저브 탱크를 충진하는 프로세스를 제어할 수도 있다.
리저브 탱크(302)가 정상적인 EW 연료 소비 중에 발생하는 배기 가스로부터 재생된 가스로 충진될 수 있지만, 일 실시예에서, EWH 제어기(300)는 추가적인 수소 가스를 발생시킨 다음 과잉의 수소 가스를 리저브 탱크 내에 저장하기 위해 증가된 EW 연료 소비를 활성화할 수 있다.
EWH 제어기(300)는 인증되지 않은/부적격 연료를 인식하는 다수의 지적 기능을 갖도록 설계된다. 물에 대해 부적절한 에탄올 혼합비를 가진 인증되지 않은 연료 또는 특정 오염 함유물은 엔진과 다른 시스템 모듈에 대해 위험하고 유해할 수 있다는 것을 유의하여야 한다. 안전, 보안 및 경제적인 이유로, 미리 정해진 혼합비와 순도를 가진 인증된 EW 연료만을 구매하여 EWH 차량 내에 추가하여야 한다. 알코올과 물을 혼합하여 "집에서" 비교적 쉽게 EW 연료를 제조할 수 있기 때문에, 제안된 EWH 차량에 대하여, 인증되지 않은 연료는 중요한 관심사가 될 수 있다.
인증되지 않은 연료의 사용을 방지하는 방법 중 하나는 인증되지 않은 연료를 검출하는 EWH 제어기(300)의 능력에 기초한다. 예컨대, EW 연료 탱크(308)는 EW 연료 탱크(308)와 통합되어 연료 특성을 검출하는 센서로부터의 신호를 판독하는 연료 인증 모듈(316)에 결합될 수 있다. 이러한 특성은 EW 연료의 저항, EW 연료의 압력, EW 연료의 온도, 및 물 함량에 대한 알코올 함량의 혼합비(즉, %물에 대한 %에탄올)를 포함할 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다. EW 연료 탱크(308)에 급유할 때마다 또는 차량 시동시, EWH 제어기(300)는 연료 인증 모듈(316)로부터의 연료 특성을 수신하고, 수신된 연료 특성을 저장된 적격 연료 파라미터와 비교한다. 예컨대, EWH 제어기(300)는 EW 연료 탱크(308) 내부에 있는 연료의 저항값을 수신하고, 이를 적격 연료의 표준 저항값에 대해 비교한다. 따라서, EWH 제어기(300)는 연료 특성 분석에 기초하여 부적격 연료를 인식할 수 있다. 부적격 연료가 검출되면, EWH 제어기(300)는 경보를 발생시키거나, 엔진의 시동을 방지하거나, 엔진이 작동 중인 경우에는 지연된 엔진 차단을 수행할 수 있다. 일부 구현예에서, EWH 제어기(300)는 EW 연료 탱크(308)와 통합된 센서로부터 센서 신호를 직접 수신할 수 있다.
EWH 제어기(300)는 인증된 연료의 작동 값을 저장할 수도 있으며, 예컨대, 이 작동 값은 단위 연료 소비당 실시간 에너지 발생 등의 연비 데이터를 포함할 수 있다. 따라서, 급유 후, EWH 제어기(300)는 저장된 연비 데이터와 새로운 연비 데이터를 비교하여, 이 데이터들이 일치하지 않는 경우 부적격 연료를 검출할 수 있다. 또한, 부적격 연료가 검출되면, EWH 제어기(300)는 경보를 발생시키거나, 엔진의 시동을 방지하거나, 엔진이 작동 중인 경우에는 지연된 엔진 차단을 수행할 수 있다.
인증되지 않은 연료를 검출하는 다른 기술이 구매 정보에 기초한다. EW 연료는, 구매할 때, 제품 코드, 연료 유형 및 구매량을 포함한 구매 정보를 발생시킬 수 있다. EWH 제어기(300)는, 예컨대, 이 정보를 판독하기 위한 인터페이스를 포함하는 연료 인증 모듈(316)로부터, 연료 구매시 이 정보를 수득할 수 있다. 제품 코드 또는 연료 유형이 누락되거나 인증된 유종과 일치하지 않는 경우, 또는 급유 후 연료 탱크 내의 양이 구매량과 일치하지 않는 경우, 인증되지 않은 연료의 구매 또는 인증되지 않은 급유가 검출된다. 그러면, EWH 제어기(300)는 엔진의 시동을 방지하거나, 엔진이 작동 중인 경우에는 지연된 엔진 차단을 수행하며/또는 경보를 발생시킨다.
도 4는 본원에 기술된 일부 실시예에 따라 EW 연료로 작동하는 가솔린 엔진 차량에 설치하도록 제안된 EWH 제어기(300)에 의해 수행될 수 있는 다양한 제어 기능을 도시하고 있다. 다른 구현예에서는, EWH 제어기가 도 4에 나열된 것보다 더 적거나 많은 기능을 수행할 수 있다는 것을 유의하여야 한다.
도 4에 도시된 바와 같이, EWH 제어기(300)는, 예컨대, 콜드 스타트 프로세스 지속 기간을 제어하고, 콜드 스타트 프로세스로부터 정규 EW 연료 작동 모드로 절환시킴으로써, 가솔린 엔진 차량의 콜드 스타트 프로세스를 제어할 수 있다(402). EWH 제어기(300)는, 통상적으로 리저브 수소 또는 수소-리치 가스를 저장하는 리저브 탱크의 개방, 폐쇄, 가스 유량을 제어할 수 있다(404). EWH 제어기(300)는, 예컨대, 배기 가스 중에 남은 수소 가스를 재생하거나 고온 배기 시스템을 통해 제어된 양의 EW 연료를 통과시킴으로써 발생하는 수소-리치 가스를 사용함으로써, EW 연료 작동 중에 리저브 탱크의 자동 재충진을 제어할 수 있다(406).
EWH 제어기(300)는, 예컨대, 콜드 스타트 프로세스가 종료되었을 때, 리저브 탱크로부터 EW 연료 탱크로 절환시키기 위해, 또는 아이들링 후 가속할 때, EW 연료 탱크로부터 리저브 탱크로 절환시키기 위해, 리저브 탱크와 메인(EW) 연료 탱크 사이에서의 엔진 소비용 연료 공급원의 절환을 제어할 수 있다(408). EWH 제어기(300)는, 예컨대, 콜드 스타트 프로세스 중에 촉매 튜브를 예열하기 위해, 촉매 튜브 온도 및 촉매 튜브의 다른 작동 조건을 제어할 수 있다(410). EWH 제어기(300)는 엔진의 흡기 매니폴드 내에 개질된 EW 연료를 전달하기 위해 연료 분사기의 온 및 오프 상태를 제어할 수 있다(412). EWH 제어기(300)는 엔진 내로 조정 가능한 양의 EW 연료를 전달하기 위해 연료 분사기의 분사 빈도와 분사당 지속 기간(즉, 펄스 폭)을 제어할 수도 있다(412). EWH 제어기(300)는, 예컨대, 점화 플러그에 점화 신호를 제공함으로써, 가솔린 엔진 실린더 내부에서 변환된 수소-리치 가스의 점화 타이밍을 제어할 수 있다(414).
EWH 제어기(300)는 ECU로부터 다양한 센서 신호를 수신하여, 가솔린 연료를 사용할 때 발생하는 동력과 일치하도록 변환된 수소-리치 가스가 연소되어 발생하는 동력의 양을 조절 및 제어할 수 있다(416). EWH 제어기(300)는, 예컨대, 리저브 탱크를 개방하여 추가적인 수소 가스를 연료 혼합물에 공급함으로써, 출력 토크를 즉시 증가시키는 터보 모드의 시작과 정지를 제어할 수 있다(418). EWH 제어기(300)는 배기 가스 배출을 모니터링하고, CO, CO2, O2 등과 같은 배기 가스 중의 특정 화합물의 배출 수준을 제어할 수 있다(420). EWH 제어기(300)는 EW 연료 인증을 수행하고, 인증되지 않은 EW 연료의 사용을 방지할 수 있으며(422), 예컨대, EWH 제어기(300)는 EW 연료의 저항값에 기초하여 EW 연료를 인증할 수 있다. EWH 제어기(300)는 EW 연료 구매 정보를 취득하고, 구매 정보(424)에 기초하여 인증되지 않은 연료 구매를 검출할 수도 있으며, 이 구매 정보는 제품 코드, 연료 유형 및 구매량을 포함할 수 있다.
EWH 제어기(300)는 인터페이스를 구비한 전자 모듈로서 구현된다. 이 전자 모듈은 PCB 기판 상에 배치된 하나 이상의 집적 회로(IC) 칩을 포함할 수 있으며, PCB 기판은 고강도 보호 케이싱 내부에 배치되어 EWH 패키지를 형성하게 된다. 하나 이상의 IC 칩은 프로세서 칩과 메모리 칩을 포함할 수 있다. 프로세서 칩은 FPGA(필드 프로그래머블 게이트 어레이) 또는 ASIC(주문형 집적 회로) 등의 특수 목적 논리 회로로서 구현될 수 있다. 고강도 케이싱은 힘으로 열거나 변조하기 어렵도록, 변조 방지용 고강도 금속, 세라믹 또는 플라스틱으로 제조될 수 있다. 일부 구현예에서, (예컨대, 보호 케이싱을 개방하거나 변조하고자) 인증되지 않은 검사 장치로 검사할 경우, 케이싱 내부의 EWH 제어기는 자폭될 수 있다. 따라서, 유지 보수 및 수리시, EWH 제어기의 손상을 방지하기 위해 특수 검사 공구가 사용될 수 있다.
EWH 제어기(300)의 전술한 기능 중 일부 또는 전부가 하나 이상의 주문형 집적 회로(ASIC) 및/또는 하나 이상의 디지털 신호 프로세서(DSP) 내에서 구현될 수 있다는 것을 유의하여야 한다. 또한, 전술한 기능은 관련 기술 분야에 공지된 바와 같이 하드웨어에서는 많이 소프트웨어에서는 적게, 또는 하드웨어에서는 적게 소프트웨어에서는 많이 구현될 수 있다. 또한, EWH 제어기(300) 내의 회로는 상보형 금속-산화물-반도체(CMOS), n-형 금속-산화물-반도체(NMOS), p-형 금속-산화물-반도체(PMOS) 및/또는 양극성-접합 트랜지스터를 사용하여 구현될 수 있다.
도 5는 본원에 기술된 일부 실시예에 따라 EW 연료로 작동하게 가솔린 엔진 차량을 제어하도록 제안된 EWH 제어기를 사용하는 프로세스를 도시하고 있는 흐름도를 나타낸다.
예컨대, 가솔린 엔진 차량의 ECU로부터, EWH 제어기가 콜드 스타트 신호를 수신할 때, 프로세스가 시작될 수 있다(단계 502). 그 다음, EWH 제어기는 가솔린 엔진과 촉매 튜브를 예열하기 위해 콜드 스타트 프로세스를 제어한다(단계 504). 예컨대, EWH 제어기는 EW 연료 탱크로부터 연료 분사기의 EW 연료의 공급을 차단하고, 가스 밸브를 개방하여 리저브 탱크로부터의 리저브 수소-리치 가스를 공급한다. 콜드 스타트 프로세스가 종료된 후, EWH 제어기는 리저브 탱크(2차 연료 공급원)로부터 EW 연료 탱크(메인 연료 공급원)로 연료 공급원의 절환을 제어한다(단계 506). 그 다음, EWH 제어기는 가솔린 엔진으로의 개질된/촉매화된 EW 연료의 전달을 제어하며, 개질된 EW 연료는 엔진 실린더 내부에서 수소-리치 가스로 즉시 변환된다(단계 508). 예컨대, 생성된 수소-리치 가스는 H2, CO, CO2, 및 O2 등의 다른 가스로 구성될 수 있으며, 수소-리치 가스 중의 최고 비율이 H2로 구성된다. 일부 실시예에서, 이 변환 프로세스는 0.05 초 이내에 완료된다. 그 다음, EWH 제어기는 동일한 가솔린 엔진에서 가솔린 연료를 사용할 때 발생하는 동력과 일치하도록 변환된 수소-리치 가스가 연소되어 발생하는 동력의 양을 제어한다(단계 510). 그 결과, ECU는 가솔린 엔진이 EW 연료를 사용하고 있으면서도 정규 가솔린 작동 모드에 있는 것처럼 엔진 성능을 제어하는 정상 기능을 "속아서" 수행하게 된다.
제안된 EWH 제어기는, 가솔린 엔진을 최소로 변화시키거나 전혀 변화시키지 않은 상태에서, 가솔린 엔진 차량에 설치되며, 가솔린 엔진과 통합될 수 있다. 촉매 튜브와 리저브 탱크 등의 전술한 악세사리와 EWH 제어기를 추가함으로써, 가솔린 엔진은 하이브리드 엔진으로 변형되고, 가솔린 엔진 차량은 하이브리드 엔진 차량으로 변형된다. 가솔린에 의한 작동 이외에, 이러한 하이브리드 엔진 차량은 제안된 EW 연료로 충전된 정규 가솔린 탱크로부터 직접 공급되는 EW 연료 혼합물로 작동할 수 있거나, 리저브 탱크에 의해 공급되는 수소 가스로 작동할 수 있다.
이 하이브리드 엔진 차량은 EW 연료를 금속 촉매 튜브에 공급하여 EW 연료를 개질시키기 위해 정규 연료 라인을 사용할 수 있고, 개질된 FW 연료 혼합물을 흡기 매니폴드를 거쳐 가솔린 엔진의 실린더 내로 분사하기 위해 정규 연료 분사기를 사용할 수 있다. 제안된 EWH 제어기의 제어하에서, EW 연료 미스트가 실린더로 유입되는 즉시 기화되어 수소-리치 가스로 변환되며, 이 수소-리치 가스는 점화되어 연소함으로써 피스톤과 크랭크샤프트를 구동하게 된다. 제안된 하이브리드 엔진 차량의 장점 중 일부는 낮은 제조 비용, 낮은 운영 비용, 높은 동력 및 토크 출력, 유연한 연료 공급원, 거의 제로인 배출, 많은 유형의 가솔린 차량에 대한 범용적 적용, 및 대체 연료 개발과 환경 보호를 촉진할 수 있는 능력을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다.
본 특허 문헌에 기술된 기능적 작동 및 주제의 구현예는 본 명세서에 개시된 구조와 그 구조적 균등물, 또는 그들 중 하나 이상의 조합을 포함하는 다양한 시스템, 디지털 전자 회로, 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어 또는 하드웨어에서 구현될 수 있다. 본 명세서에 설명된 주제의 구현예는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램 제품으로서, 즉, 데이터 처리 장치에 의해, 또는 데이터 처리 장치의 작동을 제어하기 위해, 실행되는 실재하는 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체상에 인코딩된 컴퓨터 프로그램 명령으로 이루어진 하나 이상의 모듈로서, 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독가능 매체는 기계-판독가능 저장 장치, 기계-판독가능 저장 기판, 메모리 장치, 기계-판독가능 전파 신호를 만들어내는 물질의 조성물, 또는 그들 중 하나 이상의 조합일 수 있다. 용어 "데이터 처리 장치"는, 프로그래머블 프로세서, 컴퓨터 또는 다수의 프로세서 또는 컴퓨터를 예로서 포함하는, 데이터를 처리하기 위한 모든 장치, 기기 및 기계를 포함한다. 이 장치는, 하드웨어 이외에, 해당 컴퓨터 프로그램을 위한 실행 환경을 생성하는 코드, 예컨대, 프로세서 펌웨어, 프로토콜 스택, 데이터베이스 관리 시스템, 운영 시스템, 또는 그들 중 하나 이상의 조합을 구성하는 코드를 포함할 수 있다.
(프로그램, 소프트웨어, 소프트웨어 애플리케이션, 스크립트, 또는 코드라고도 알려진) 컴퓨터 프로그램은 컴파일러형 또는 해석형 언어를 포함한 임의의 형태의 프로그래밍 언어로 기록될 수 있으며, 예컨대, 독립형 프로그램으로서나, 모듈, 컴포넌트, 서브루틴, 또는 컴퓨팅 환경에서 사용하기에 적합한 다른 유닛으로서, 임의의 형태로 전개될 수 있다. 컴퓨터 프로그램이 파일 시스템 내의 파일에 반드시 대응하는 것은 아니다. 프로그램은 다른 프로그램이나 데이터를 보관하는 파일의 일부(예컨대, 마크업 언어 문서에 저장된 하나 이상의 스크립트)에, 해당 프로그램에 전용화된 단일 파일에, 또는 다수의 조직화된 파일(예컨대, 하나 이상의 모듈, 서브 프로그램 또는 코드의 일부를 저장하는 파일)에 저장될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 하나의 컴퓨터에서, 또는 하나의 장소에 배치되거나 다수의 장소에 걸쳐 분산되어 통신 네트워크에 의해 상호 연결된 다수의 컴퓨터에서 실행되도록 전개될 수 있다.
본 명세서에 설명된 프로세스와 로직 흐름은 입력 데이터로 작동하여 출력을 발생시킴으로써 기능을 수행하도록 하나 이상의 컴퓨터 프로그램을 실행하는 하나 이상의 프로그래머블 프로세서에 의해 수행될 수 있다. FPGA(필드 프로그래머블 게이트 어레이) 또는 ASIC(주문형 집적 회로) 등의 특수 목적 논리 회로에 의해 프로세스와 로직 흐름이 수행될 수도 있으며, 이러한 특수 목적 논리 회로로서 장치가 구현될 수도 있다.
컴퓨터 프로그램의 실행에 적합한 프로세서는 범용 및 특수 목적 마이크로프로세서 모두와, 임의의 유형의 디지털 컴퓨터의 임의의 하나 이상의 프로세서를 예로서 포함한다. 일반적으로, 프로세서는 판독 전용 메모리 또는 랜덤 액세스 메모리 또는 이들 모두로부터 명령 및 데이터를 수신한다. 컴퓨터의 필수 요소는 명령을 수행하기 위한 프로세서와, 명령 및 데이터를 저장하기 위한 하나 이상의 메모리 장치이다. 일반적으로, 컴퓨터는 데이터를 저장하는 하나 이상의 대용량 저장 장치, 예컨대, 자기 디스크, 광자기 디스크 또는 광 디스크를 데이터 수신 또는 데이터 송신 또는 양자 모두를 위해 포함하거나, 이 대용량 저장 장치에 작동 가능하게 결합될 것이다. 그러나, 컴퓨터가 이러한 장치를 가질 필요는 없다. 컴퓨터 프로그램 명령 및 데이터를 저장하기에 적합한 컴퓨터 판독가능 매체는 EPROM, EEPROM 및 플래시 메모리 장치 등의 반도체 메모리 장치를 예로서 포함하는 모든 형태의 비휘발성 메모리, 매체 및 메모리 장치를 포함한다. 프로세서와 메모리는 특수 목적 논리 회로 내에 통합되거나, 특수 목적 논리 회로에 의해 보충될 수 있다.
본 특허 문헌은 많은 세부 사항을 포함하지만, 이 세부 사항은 임의의 발명의 범위 또는 청구할 수 있는 대상의 범위에 대한 한정으로서 해석되어서는 안되며, 오히려 특정 발명의 특정 실시예로 특정될 수 있는 특징에 대한 설명으로서 해석되어야 한다. 별도의 실시예들의 문맥에서 본 특허 문헌에 설명된 특정 특징들은 단일의 실시예에서 조합으로 구현될 수 있다. 역으로, 단일의 실시예의 문맥에서 설명된 다양한 특징들은 다수의 실시예들에서 별도로 구현되거나, 임의의 적절한 하위 조합으로 구현될 수 있다. 또한, 특징들은 특정 조합으로 그리고 심지어 처음에 청구된 바와 같이 작용하는 것으로 상술될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징이 일부 경우에서는 그 조합으로부터 삭제될 수 있으며, 청구된 조합이 하위 조합이나 하위 조합의 변형과 관련될 수 있다.
마찬가지로, 도면에는 작동들이 특정 순서로 도시되어 있지만, 원하는 결과를 달성하기 위해, 그러한 작동들이 도시된 특정 순서 또는 순차적인 순서로 수행되어야 한다거나, 도시된 모든 작동들이 수행되어야 한다는 것으로 이해되어서는 안된다. 또한, 본 특허 문헌에 기술된 실시예에서 다양한 시스템 구성 요소들의 분리는 모든 실시예에서 그러한 분리가 필요하다는 것으로 이해되어서는 안된다.
소수의 구현예 및 예만을 설명하였으며, 본 특허 문헌에 기술되고 도시된 내용에 기초하여 다른 구현예, 개선예 및 변형예가 만들어질 수 있다.

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  12. 알코올 및 물 혼합물을 연료로 하여 가솔린 엔진 차량을 작동시키기 위한 방법이며,
    알코올 및 물 혼합물을 촉매화하기 위해 촉매 튜브를 통해 상당량의 알코올 및 물 혼합물을 통과시키는 단계;
    공기와 혼합되는 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 미스트를 형성하기 위해, 가솔린 엔진 차량의 가솔린 엔진의 연료 분사기를 사용하여, 촉매화된 알코올 및 물 혼합물을 가솔린 엔진의 흡기 매니폴드 내로 분사하는 단계;
    촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 미스트와 공기를 가솔린 엔진의 실린더 내로 실린더의 흡기 밸브를 통해 강제로 도입하여, 실린더 내에서, 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 미스트가 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 증기로 변하게 하고, 실린더 내부의 고온으로 인해, 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 증기가 수소-리치 가스로 즉시 변환되도록 하는 단계;
    가솔린 엔진 차량을 위한 동력을 발생시키기 위해, 수소-리치 가스 및 공기 혼합물을 점화하여 연소시키는 단계; 및
    인증되지 않은 알코올 및 물 혼합물의 사용을 방지하기 위해 가솔린 엔진 차량의 가솔린 탱크에 결합된 인터커넥트 세트를 통해 알코올 및 물 혼합물에 대한 인증을 수행하는 단계를 포함하고,
    촉매 튜브를 통해 알코올 및 물 혼합물을 통과시키는 단계 이전에,
    2차 연료 공급원으로 가솔린 엔진을 작동시킴으로써 가솔린 엔진을 예열하고; 그리고
    가솔린 엔진에 의해 발생된 열을 제공하여 촉매 튜브를 미리 정해진 온도로 예열함으로써, 엔진 콜드 스타트 프로세스를 수행하는 단계를 포함하는,
    가솔린 엔진 차량을 작동시키기 위한 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    2차 연료 공급원은 가솔린 엔진 차량에 설치된 리저브 탱크에 저장되는 수소 가스 또는 수소-리치 가스인,
    가솔린 엔진 차량을 작동시키기 위한 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    리저브 탱크는 수소 가스 또는 수소-리치 가스를 흡기 매니폴드 내로 직접 공급하는,
    가솔린 엔진 차량을 작동시키기 위한 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    2차 연료 공급원으로 가솔린 엔진을 작동시키기 전에, 연료 분사기를 비활성화하는 단계를 추가로 포함하는,
    가솔린 엔진 차량을 작동시키기 위한 방법.
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  19. 알코올 및 물 혼합물을 연료로 하여 작동하도록 가솔린 엔진 차량을 제어하기 위해 가솔린 엔진 차량에 설치되는 전자 제어 모듈이며,
    상기 전자 제어 모듈은 가솔린 엔진 차량의 전자 제어 유닛(ECU)과는 상이하고,
    상기 전자 제어 모듈은,
    프로세서;
    메모리;
    ECU로부터 다양한 센서 신호를 수신하기 위해 가솔린 엔진 차량의 ECU에 결합된 인터페이스; 및
    가솔린 엔진 차량의 가솔린 엔진을 포함한 가솔린 엔진 차량의 다양한 모듈에 결합된 인터커넥트 세트로서, 인터커넥트 세트를 통해, 전자 제어 모듈의 프로세서는 가솔린 엔진 차량의 가솔린 탱크에 저장된 알코올 및 물 혼합물로 가솔린 엔진을 작동시키는 프로세스를 제어하는, 인터커넥트 세트를 포함하고,
    상기 프로세스는,
    알코올 및 물 혼합물을 촉매화하기 위해 촉매 튜브를 통해 상당량의 알코올 및 물 혼합물을 통과시키는 단계;
    공기와 혼합되는 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 미스트를 형성하기 위해, 차량의 가솔린 엔진의 연료 분사기를 사용하여, 촉매화된 알코올 및 물 혼합물을 가솔린 엔진의 흡기 매니폴드 내로 분사하는 단계;
    촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 미스트와 공기를 가솔린 엔진의 실린더 내로 실린더의 흡기 밸브를 통해 강제로 도입하여, 실린더 내에서, 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 미스트가 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 증기로 변하게 하고, 실린더 내부의 고온으로 인해, 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 증기가 수소-리치 가스로 즉시 변환되도록 하는 단계; 및
    가솔린 엔진 차량을 위한 동력을 발생시키기 위해, 수소-리치 가스 및 공기 혼합물을 점화하여 연소시키는 단계를 포함하고,
    전자 제어 모듈은 가솔린 엔진 차량의 콜드 스타트 프로세스를 제어하도록 구성되고,
    전자 제어 모듈은,
    콜드 스타트 신호를 수신하고;
    2차 연료 공급원에 의한 가솔린 엔진의 작동을 제어함으로써 가솔린 엔진의 예열을 제어하며; 그리고
    미리 정해진 온도로의 촉매 튜브의 예열을 제어함으로써, 콜드 스타트 프로세스를 제어하고,
    전자 제어 모듈은 인증되지 않은 알코올 및 물 혼합물의 사용을 방지하기 위해 가솔린 탱크에 결합된 인터커넥트 세트를 통해 알코올 및 물 혼합물에 대한 인증을 수행하도록 구성된,
    전자 제어 모듈.
  20. 제19항에 있어서,
    전자 제어 모듈은, 추가로,
    콜드 스타트 프로세스의 지속 기간을 제어하고; 그리고
    콜드 스타트 프로세스로부터 알코올 및 물 혼합물로 작동하는 정규 작동 모드로의 절환을 제어함으로써, 콜드 스타트 프로세스를 제어하는,
    전자 제어 모듈.
  21. 제19항에 있어서,
    전자 제어 모듈은 촉매 튜브로의 가솔린 엔진에 의해 발생된 열의 전달을 제어함으로써, 촉매 튜브의 예열을 제어하는,
    전자 제어 모듈.
  22. 제19항에 있어서,
    2차 연료 공급원은 가솔린 엔진 차량에 설치된 리저브 탱크에 저장되는 수소 가스 또는 수소-리치 가스인,
    전자 제어 모듈.
  23. 제22항에 있어서,
    전자 제어 모듈은 리저브 탱크에 결합된 인터커넥트 세트를 통해 리저브 탱크의 개방, 폐쇄, 가스 유량을 제어하도록 구성된,
    전자 제어 모듈.
  24. 제22항에 있어서,
    전자 제어 모듈은 가솔린 탱크와 리저브 탱크 모두에 결합된 인터커넥트 세트를 통해 가솔린 탱크에 저장되어 있는 알코올 및 물 혼합물과 리저브 탱크에 저장되어 있는 수소 가스 또는 수소-리치 가스 사이에서 가솔린 엔진용 연료 공급원을 절환하도록 구성된,
    전자 제어 모듈.
  25. 삭제
  26. 알코올 및 물 혼합물을 연료로 하여 작동하도록 가솔린 엔진 차량을 제어하기 위해 가솔린 엔진 차량에 설치되는 전자 제어 모듈이며,
    상기 전자 제어 모듈은 가솔린 엔진 차량의 전자 제어 유닛(ECU)과는 상이하고,
    상기 전자 제어 모듈은,
    프로세서;
    메모리;
    ECU로부터 다양한 센서 신호를 수신하기 위해 가솔린 엔진 차량의 ECU에 결합된 인터페이스; 및
    가솔린 엔진 차량의 가솔린 엔진을 포함한 가솔린 엔진 차량의 다양한 모듈에 결합된 인터커넥트 세트로서, 인터커넥트 세트를 통해, 전자 제어 모듈의 프로세서는 가솔린 엔진 차량의 가솔린 탱크에 저장된 알코올 및 물 혼합물로 가솔린 엔진을 작동시키는 프로세스를 제어하는, 인터커넥트 세트를 포함하고,
    상기 프로세스는,
    알코올 및 물 혼합물을 촉매화하기 위해 촉매 튜브를 통해 상당량의 알코올 및 물 혼합물을 통과시키는 단계;
    공기와 혼합되는 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 미스트를 형성하기 위해, 차량의 가솔린 엔진의 연료 분사기를 사용하여, 촉매화된 알코올 및 물 혼합물을 가솔린 엔진의 흡기 매니폴드 내로 분사하는 단계;
    촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 미스트와 공기를 가솔린 엔진의 실린더 내로 실린더의 흡기 밸브를 통해 강제로 도입하여, 실린더 내에서, 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 미스트가 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 증기로 변하게 하고, 실린더 내부의 고온으로 인해, 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 증기가 수소-리치 가스로 즉시 변환되도록 하는 단계; 및
    가솔린 엔진 차량을 위한 동력을 발생시키기 위해, 수소-리치 가스 및 공기 혼합물을 점화하여 연소시키는 단계를 포함하고,
    전자 제어 모듈은 점화 플러그에 결합된 인터커넥트 세트를 통해 수소-리치 가스 및 공기 혼합물의 점화 타이밍을 제어하도록 구성되고,
    전자 제어 모듈은 인증되지 않은 알코올 및 물 혼합물의 사용을 방지하기 위해 가솔린 탱크에 결합된 인터커넥트 세트를 통해 알코올 및 물 혼합물에 대한 인증을 수행하도록 구성된,
    전자 제어 모듈.
  27. 삭제
  28. 알코올 및 물 혼합물을 연료로 하여 작동하도록 가솔린 엔진 차량을 제어하기 위해 가솔린 엔진 차량에 설치되는 전자 제어 모듈이며,
    상기 전자 제어 모듈은 가솔린 엔진 차량의 전자 제어 유닛(ECU)과는 상이하고,
    상기 전자 제어 모듈은,
    프로세서;
    메모리;
    ECU로부터 다양한 센서 신호를 수신하기 위해 가솔린 엔진 차량의 ECU에 결합된 인터페이스; 및
    가솔린 엔진 차량의 가솔린 엔진을 포함한 가솔린 엔진 차량의 다양한 모듈에 결합된 인터커넥트 세트로서, 인터커넥트 세트를 통해, 전자 제어 모듈의 프로세서는 가솔린 엔진 차량의 가솔린 탱크에 저장된 알코올 및 물 혼합물로 가솔린 엔진을 작동시키는 프로세스를 제어하는, 인터커넥트 세트를 포함하고,
    상기 프로세스는,
    알코올 및 물 혼합물을 촉매화하기 위해 촉매 튜브를 통해 상당량의 알코올 및 물 혼합물을 통과시키는 단계;
    공기와 혼합되는 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 미스트를 형성하기 위해, 차량의 가솔린 엔진의 연료 분사기를 사용하여, 촉매화된 알코올 및 물 혼합물을 가솔린 엔진의 흡기 매니폴드 내로 분사하는 단계;
    촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 미스트와 공기를 가솔린 엔진의 실린더 내로 실린더의 흡기 밸브를 통해 강제로 도입하여, 실린더 내에서, 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 미스트가 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 증기로 변하게 하고, 실린더 내부의 고온으로 인해, 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 증기가 수소-리치 가스로 즉시 변환되도록 하는 단계; 및
    가솔린 엔진 차량을 위한 동력을 발생시키기 위해, 수소-리치 가스 및 공기 혼합물을 점화하여 연소시키는 단계를 포함하고,
    전자 제어 모듈은 리저브 탱크를 개방하여 추가적인 수소-리치 가스를 가솔린 엔진에 공급함으로써, 출력 토크를 즉시 증가시키는 터보 모드를 제어하도록 구성되고,
    전자 제어 모듈은 인증되지 않은 알코올 및 물 혼합물의 사용을 방지하기 위해 가솔린 탱크에 결합된 인터커넥트 세트를 통해 알코올 및 물 혼합물에 대한 인증을 수행하도록 구성된,
    전자 제어 모듈.
  29. 삭제
  30. 알코올 및 물 혼합물을 연료로 하여 작동하도록 가솔린 엔진 차량을 제어하기 위해 가솔린 엔진 차량에 설치되는 전자 제어 모듈이며,
    상기 전자 제어 모듈은 가솔린 엔진 차량의 전자 제어 유닛(ECU)과는 상이하고,
    상기 전자 제어 모듈은,
    프로세서;
    메모리;
    ECU로부터 다양한 센서 신호를 수신하기 위해 가솔린 엔진 차량의 ECU에 결합된 인터페이스; 및
    가솔린 엔진 차량의 가솔린 엔진을 포함한 가솔린 엔진 차량의 다양한 모듈에 결합된 인터커넥트 세트로서, 인터커넥트 세트를 통해, 전자 제어 모듈의 프로세서는 가솔린 엔진 차량의 가솔린 탱크에 저장된 알코올 및 물 혼합물로 가솔린 엔진을 작동시키는 프로세스를 제어하는, 인터커넥트 세트를 포함하고,
    상기 프로세스는,
    알코올 및 물 혼합물을 촉매화하기 위해 촉매 튜브를 통해 상당량의 알코올 및 물 혼합물을 통과시키는 단계;
    공기와 혼합되는 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 미스트를 형성하기 위해, 차량의 가솔린 엔진의 연료 분사기를 사용하여, 촉매화된 알코올 및 물 혼합물을 가솔린 엔진의 흡기 매니폴드 내로 분사하는 단계;
    촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 미스트와 공기를 가솔린 엔진의 실린더 내로 실린더의 흡기 밸브를 통해 강제로 도입하여, 실린더 내에서, 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 미스트가 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 증기로 변하게 하고, 실린더 내부의 고온으로 인해, 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 증기가 수소-리치 가스로 즉시 변환되도록 하는 단계; 및
    가솔린 엔진 차량을 위한 동력을 발생시키기 위해, 수소-리치 가스 및 공기 혼합물을 점화하여 연소시키는 단계를 포함하고,
    전자 제어 모듈은 인증되지 않은 알코올 및 물 혼합물의 사용을 방지하기 위해 가솔린 탱크에 결합된 인터커넥트 세트를 통해 알코올 및 물 혼합물에 대한 인증을 수행하도록 구성된,
    전자 제어 모듈.
  31. 알코올 및 물 혼합물을 연료로 하여 작동하도록 가솔린 엔진 차량을 제어하기 위해 가솔린 엔진 차량에 설치되는 전자 제어 모듈이며,
    상기 전자 제어 모듈은 가솔린 엔진 차량의 전자 제어 유닛(ECU)과는 상이하고,
    상기 전자 제어 모듈은,
    프로세서;
    메모리;
    ECU로부터 다양한 센서 신호를 수신하기 위해 가솔린 엔진 차량의 ECU에 결합된 인터페이스; 및
    가솔린 엔진 차량의 가솔린 엔진을 포함한 가솔린 엔진 차량의 다양한 모듈에 결합된 인터커넥트 세트로서, 인터커넥트 세트를 통해, 전자 제어 모듈의 프로세서는 가솔린 엔진 차량의 가솔린 탱크에 저장된 알코올 및 물 혼합물로 가솔린 엔진을 작동시키는 프로세스를 제어하는, 인터커넥트 세트를 포함하고,
    상기 프로세스는,
    알코올 및 물 혼합물을 촉매화하기 위해 촉매 튜브를 통해 상당량의 알코올 및 물 혼합물을 통과시키는 단계;
    공기와 혼합되는 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 미스트를 형성하기 위해, 차량의 가솔린 엔진의 연료 분사기를 사용하여, 촉매화된 알코올 및 물 혼합물을 가솔린 엔진의 흡기 매니폴드 내로 분사하는 단계;
    촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 미스트와 공기를 가솔린 엔진의 실린더 내로 실린더의 흡기 밸브를 통해 강제로 도입하여, 실린더 내에서, 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 미스트가 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 증기로 변하게 하고, 실린더 내부의 고온으로 인해, 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 증기가 수소-리치 가스로 즉시 변환되도록 하는 단계; 및
    가솔린 엔진 차량을 위한 동력을 발생시키기 위해, 수소-리치 가스 및 공기 혼합물을 점화하여 연소시키는 단계를 포함하고,
    전자 제어 모듈은 알코올 및 물 혼합물의 구매 정보를 취득하고, 구매 정보에 기초하여 인증되지 않은 연료 구매를 검출하도록 구성된,
    전자 제어 모듈.
  32. 삭제
  33. 삭제
  34. 삭제
  35. 삭제
  36. 알코올 및 물 혼합물과 가솔린 모두로 작동하는 하이브리드 차량이며,
    가솔린 엔진;
    알코올 및 물 혼합물로 충진되는 가솔린 탱크;
    가솔린 탱크와 가솔린 엔진 사이에 결합된 촉매 튜브로서, 알코올 및 물 혼합물이 촉매 튜브를 통과할 때, 알코올 및 물 혼합물을 촉매화하는, 촉매 튜브; 및
    촉매 튜브로부터 촉매화된 알코올 및 물 혼합물을 수취하여 연소시킴으로써 하이브리드 차량이 알코올 및 물 혼합물로 작동하게 동력을 공급하도록 가솔린 엔진을 제어하는 전자 제어 모듈로서, 가솔린 엔진 차량의 전자 제어 유닛(ECU)과는 상이한, 전자 제어 모듈을 포함하고,
    수소 가스 또는 수소-리치 가스를 저장하는 리저브 탱크를 추가로 포함하며, 리저브 탱크는 수소 가스 또는 수소-리치 가스를 가솔린 엔진의 흡기 매니폴드 내로 직접 공급하도록 구성되고,
    전자 제어 모듈은 인증되지 않은 알코올 및 물 혼합물의 사용을 방지하기 위해 가솔린 탱크에 결합된 인터커넥트 세트를 통해 알코올 및 물 혼합물에 대한 인증을 수행하도록 구성된,
    하이브리드 차량.
  37. 삭제
  38. 삭제
  39. 삭제
  40. 연관된 가솔린 엔진 차량이 알코올 및 물 혼합물을 연료로 하여 작동하도록, 가솔린 엔진 내부에서 알코올 및 물 혼합물을 수소-리치 가스로 변환하기 위한 방법이며,
    2차 연료 공급원으로 가솔린 엔진을 작동시킴으로써 가솔린 엔진을 예열하는 단계;
    미리 정해진 온도로 촉매 튜브를 예열하는 단계;
    알코올 및 물 혼합물을 촉매화하기 위해 촉매 튜브를 통해 상당량의 알코올 및 물 혼합물을 통과시킴으로써, 알코올 및 물 혼합물에서의 수소 결합이 크게 약화되도록 하는 단계;
    공기와 혼합되는 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 미스트를 형성하기 위해, 가솔린 엔진의 연료 분사기를 사용하여, 촉매화된 알코올 및 물 혼합물을 가솔린 엔진의 흡기 매니폴드 내로 분사하는 단계;
    촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 미스트와 공기를 가솔린 엔진의 실린더 내로 실린더의 흡기 밸브를 통해 강제로 도입하여, 실린더 내에서, 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 미스트가 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 증기로 변하게 하고, 실린더 내부의 고온으로 인해, 촉매화된 알코올 및 물 혼합물의 증기가 수소-리치 가스로 즉시 변환되도록 하는 단계; 및
    인증되지 않은 알코올 및 물 혼합물의 사용을 방지하기 위해 가솔린 엔진 차량의 가솔린 탱크에 결합된 인터커넥트 세트를 통해 알코올 및 물 혼합물에 대한 인증을 수행하는 단계를 포함하고,
    가솔린 엔진 차량을 위한 동력을 발생시키기 위해, 수소-리치 가스 및 공기 혼합물이 이후에 연소되는,
    알코올 및 물 혼합물을 수소-리치 가스로 변환하기 위한 방법.
  41. 제40항에 있어서,
    수소-리치 가스는 H2, CO 및 CO2를 포함하며, H2는 수소-리치 가스에서 최대 비율을 갖는,
    알코올 및 물 혼합물을 수소-리치 가스로 변환하기 위한 방법.
  42. 제40항에 있어서,
    알코올 및 물 혼합물 중 알코올 부분은 에탄올을 포함하는,
    알코올 및 물 혼합물을 수소-리치 가스로 변환하기 위한 방법.
  43. 제40항에 있어서,
    알코올 및 물 혼합물 중 알코올 부분은 에탄올과 메탄올을 포함하는,
    알코올 및 물 혼합물을 수소-리치 가스로 변환하기 위한 방법.
  44. 제40항에 있어서,
    알코올 및 물 혼합물 중 알코올 부분은 에탄올을 포함하는,
    알코올 및 물 혼합물을 수소-리치 가스로 변환하기 위한 방법.
  45. 제40항에 있어서,
    알코올 및 물 혼합물 중 물 부분은 총 부피의 20% 이상 70% 미만의 범위인,
    알코올 및 물 혼합물을 수소-리치 가스로 변환하기 위한 방법.
  46. 제40항에 있어서,
    알코올 및 물 혼합물 중 물 성분은 총 부피의 30% 이상 60% 미만의 범위인,
    알코올 및 물 혼합물을 수소-리치 가스로 변환하기 위한 방법.
  47. 제40항에 있어서,
    알코올 및 물 혼합물 중 물 성분은 총 부피의 40% 이상 55% 미만의 범위인,
    알코올 및 물 혼합물을 수소-리치 가스로 변환하기 위한 방법.
  48. 제40항에 있어서,
    알코올 및 물 혼합물은 실질적으로 동일한 에탄올 부분과 물 부분으로 구성된,
    알코올 및 물 혼합물을 수소-리치 가스로 변환하기 위한 방법.
  49. 제40항에 있어서,
    알코올 및 물 혼합물은 가솔린 엔진 차량의 가솔린 탱크에 저장되는,
    알코올 및 물 혼합물을 수소-리치 가스로 변환하기 위한 방법.
  50. 제40항에 있어서,
    2차 연료 공급원은 리저브 탱크에 저장되는 수소 가스 또는 수소-리치 가스인,
    알코올 및 물 혼합물을 수소-리치 가스로 변환하기 위한 방법.
  51. 제50항에 있어서,
    2차 연료 공급원은 연소로 인해 발생하는 배기 가스 중의 수소 가스 또는 수소-리치 가스의 적어도 일부로 리저브 탱크를 재충진함으로써 보충되는,
    알코올 및 물 혼합물을 수소-리치 가스로 변환하기 위한 방법.
  52. 제50항에 있어서,
    2차 연료 공급원은 제어된 양의 알코올 및 물 혼합물을 가솔린 엔진 차량의 고온 배기 시스템을 통해 통과시킴으로써 발생하는 수소-리치 가스로 리저브 탱크를 재충진함으로써 보충되는,
    알코올 및 물 혼합물을 수소-리치 가스로 변환하기 위한 방법.
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