KR102475107B1 - 스플릿 사이클 내연 기관 - Google Patents

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앤드류 앳킨즈
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리카도 유케이 리미티드
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Abstract

스플릿 사이클 내연 기관 장치(100)가 본 명세서에 개시된다. 장치(100)는 연소 피스톤(22)을 수용하는 연소 실린더(20), 및 압축 피스톤(12)을 수용하는 압축 실린더(10)를 포함한다. 장치는 압축된 유체를 연소 실린더(20)에 제공하도록 배열된다. 압축 실린더(10)는 제1 액체 냉각제 저장조(40) 및 제2 액체 냉각제 저장조(50)에 결합된다. 컨트롤러(60)는 엔진과 관련된 적어도 하나의 파라미터의 표시를 수신하고, 하나의 액체 냉각제가 압축 행정 동안 가스상으로 기화하도록, 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여 압축 실린더(10)로의 제1 액체 냉각제 저장조(40)로부터의 제1 액체 냉각제및 제2 액체 냉각제 저장조(50)로부터 제2 액체 냉각제 중 적어도 하나의 전달을 제어하도록 배열된다.

Description

스플릿 사이클 내연 기관
본 발명은 스플릿 사이클 내연 기관의 분야에 관한 것이다.
디젤 또는 오토 사이클을 사용하는 기존의 내연 기관은 전형적으로 동일한 실린더에서 압축 및 연소/팽창을 모두 수행한다. 그러나, 스플릿 사이클 내연 기관은 상이한 실린더들에서 압축 및 연소/팽창 스테이지를 수행한다. 이러한 엔진에서, 유체는 공기가 압축되는 동안 압축 실린더 내로 분사될 수 있다. 이러한 것은 압축이 적어도 준등온(quasi-isothermal)으로 간주될 수 있도록 압축 행정 동안 생성된 열의 일부를 흡수하는 효과를 가진다.
WO 2010/067080 A1은 냉각제로서 작용하도록 압축 실린더 내로 액체 질소를 분사하도록 구성된 스플릿 사이클 왕복 피스톤 엔진을 개시한다.
본 발명의 양태는 독립항에 제시된 바와 같으며, 선택적 특징은 종속항에 제시되어 있다. 본 발명의 양태는 서로 연계하여 제공될 수 있고, 하나의 양태의 특징이 다른 양태에 적용될 수 있다.
본 발명의 실시예는 이제 도면을 참조하여 단지 예로서 설명될 것이다.
도면에 도시된 실시예가 단지 예시적이며, 본 명세서에 기술되고 청구범위에 제시된 바와 같이 일반화된, 제거되거나 또는 대체될 수 있는 특징을 포함한다는 것이 상기 논의로부터 이해될 것이다. 본 발명의 맥락에서, 본 명세서에 기술된 장치 및 방법의 다른 예 및 변형은 당업자에게 자명할 것이다.
도 1은 예시적인 스플릿 사이클 내연 기관 장치의 개략도;
도 2는 예시적인 스플릿 사이클 내연 기관 장치의 개략도;
도 3은 도 1 및 도 2의 엔진과 함께 사용하는데 적합한 사용 방법을 도시한 흐름도;
도 4는 도 1 및 도 2의 엔진에서 사용하는데 적합한 분사 장치의 개략도;
도 5는 도 1 및 도 2의 엔진에서 사용하는데 적합한 필터 시스템의 개략도;
도 6a 및 도 6b는 도 1 및 도 2의 엔진과 함께 사용하기 위한 액체 냉각제 저장조의 예시적인 개략도;
도 7은 도 1 및 도 2에 도시된 스플릿 사이클 엔진 장치와 함께 사용하기 위하여 도 6a 및 도 6b에 설명되고 도시된 액체 냉각제 저장조들의 대안적인 배열을 도시한 도면;
도 8은 스플릿 사이클 엔진 장치, 예를 들어 도 1 및 도 2의 스플릿 사이클 엔진 장치의 압축 실린더에 있는 예시적인 액체 냉각제로서 물 및 액체 질소의 도입에 따른 작업 및 질량 변화를 나타내는 그래프; 및
도 9는 0.1의 공기 대 액체 질소 비율 및 0.2의 공기 대 물 비율에 기초하여 압축 실린더(10)로 유입되는 공기의 공급 온도를 변경하는 효과를 예시하는 그래프.
도 1은 2개의 상이한 유형의 액체 냉각제를 사용하도록 구성된 스플릿 사이클 내연 기관 장치(100)를 도시한다. 2개의 액체 냉각제는 상이한 열적 특성을 가지도록 선택될 수 있고, 개선된 엔진 성능을 제공하는 2개의 액체 냉각제의 조합이 사용될 수 있도록 선택될 수 있다. 액체 냉각제 중 적어도 하나는 냉동 공정을 통해 그 액체상(liquid phase)으로 응축될 수 있었다. 엔진은 컨트롤러를 포함하며, 컨트롤러는 작동 중에 엔진의 적어도 하나의 파라미터의 표시를 수신하고, 액체 냉각제가 압축 행정 동안 그 가스상으로 기화하고 압축 행정에 의해 유발되는 온도에서의 상승이 냉각제에 의한 열의 흡수에 의해 제한되도록, 액체 형태로 스플릿 사이클 엔진의 압축 실린더로의 액체 냉각제 중 적어도 하나의 전달(예를 들어, 직접 분사를 통해)을 제어하기 위해 이러한 표시를 사용한다. 그러므로, 컨트롤러는 예를 들어 엔진의 수요에 기초하여 선택될 수 있는 냉각제의 조합을 전달하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 액체 냉각제는 액체 냉각제의 상 변화가 압축 행정에 의해 유발되는 온도에서의 상승, 예를 들어 액체 냉각제가 기화함에 따라서 액체 냉각제의 기화 잠열을 제한되도록 선택된다. 유리하게, 이러한 것은 압축 행정 당 더욱 큰 질량의 공기를 허용할 수 있고, 보다 효율적인 엔진은 명백한 환경 이점을 가진다.
도 1은 압축 실린더(10) 및 연소 실린더(20)를 포함하는 스플릿 사이클 내연 기관 장치(100)를 도시한다. 압축 실린더(10)는 커넥팅 로드(52)를 통해 크랭크 샤프트(70)의 일부 상의 각각의 크랭크에 연결된 압축 피스톤(12)을 수용한다. 연소 실린더(20)는 커넥팅 로드(54)를 통해 크랭크 샤프트(70)의 일부 상의 각각의 크랭크에 연결된 연소 피스톤(22)을 수용한다. 압축 실린더(10)는 복열 장치(recuperator)(30)를 통해 연소 실린더(20)에 결합된다. 압축 실린더(10)는 엔진 외부로부터 공기를 수용하기 위한 입구 포트(8), 및 복열 장치(30)에 결합된 출구 포트(9)를 포함한다. 출구 포트(9)는 압축 공기가 압축 실린더(10) 내로 역류할 수 없도록 역류 방지 밸브를 포함한다. 연소 실린더(20)는 복열 장치(30)에 또한 결합되는 입구 포트(18)와, 연소 실린더(20)로부터 배기 가스를 배기 가스(exhaust)(95)로 보내기 위한 출구 포트(19)를 포함한다. 이들 결합은 복열 장치(30)를 통한 압축 실린더(10)와 연소 실린더(20) 사이에 공기를 위한 공기 유동 경로를 제공한다.
엔진(100)은 또한 제1 액체 냉각제 저장조(40), 제2 액체 냉각제 저장조(50), 컨트롤러(60), 및 연료 저장조(80)를 포함한다. 제1 액체 냉각제 저장조(40)는 제1 인젝터(14)를 통해 압축 실린더(10)에 결합되고, 이에 의해 제1 액체 유동 경로를 한정하며, 제2 액체 냉각제 저장조(50)는 제2 인젝터(16)를 통해 압축 실린더(10)에 결합되고, 이에 의해 제2 액체 유동 경로를 한정한다. 연료 저장조(80)는 연료 저장조(80)와 연소 실린더(20) 사이에 유체 유동 경로가 한정되도록 제3 인젝터(82)를 통해 연소 실린더(20)에 결합된다.
엔진(100)은 컨트롤러(60)에 결합된 검은 점으로서 도시된 복수의 센서를 포함한다. 그러나, 도시된 센서는 단지 예시적이고, 상이한 수의 센서가 있을 수 있거나 또는 상이한 위치에 배치될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 입구 포트(8)는 또한 온도 센서를 포함할 수 있다. 센서는 물리적 와이어를 통해 컨트롤러(60)에 결합될 수 있거나, 또는 무선으로 연결될 수 있다. 도 1에 도시된 예에서, 압축 실린더(10) 내에 압축 센서(11)가 있다. 센서는 예를 들어 공기 입구 포트(8)에 근접하거나, 또는 인젝터(12, 14) 중 하나 또는 둘 모두에 근접하여 장착될 수 있다. 도 1에 도시된 예시적인 엔진(100)은 또한 연소 실린더(20) 내의 연소 센서(21) 및 복열 장치(30) 내의 복열 장치 센서(31)를 포함한다. 추가적으로, 엔진(100)은 크랭크 샤프트(70)에 장착된 크랭크 센서(71), 및 연소 실린더(20)의 출구 포트(19) 하류의 배기 센서(91)를 포함한다. 일부 예에서, 제1 및 제2 액체 냉각제 저장조(40, 50)는 또한 예를 들어 저장조(40, 50)에 수용된 액체의 양, 예를 들어 질량을 측정하기 위한 각각의 센서를 포함한다.
컨트롤러(60)는 센서 및 제1 및 제2 인젝터(14, 16) 중 적어도 하나에 결합된다. 도 1에 도시된 예에서, 컨트롤러(60)는 제1 및 제2 인젝터(14, 16) 모두뿐만 아니라 제3 인젝터(82)에 결합된다.
센서는 컨트롤러(60)에 적어도 하나의 신호를 전송하여, 엔진(100)과 관련된 적어도 하나의 파라미터의 표시를 제공하도록 구성된다. 예를 들어, 도 1에 도시된 예에서, 압축 센서(11)는 압축 실린더(10)와 관련된 적어도 하나의 파라미터를 측정하도록 구성된다. 연소 센서(21)는 연소 실린더(20)와 관련된 적어도 하나의 파라미터를 측정하도록 구성된다. 복열 장치 센서(31)는 복열 장치(30)와 관련된 적어도 하나의 파라미터를 측정하도록 구성된다. 추가적으로, 크랭크 센서(71)는 엔진에 대한 RPM을 측정하도록 구성되고, 배기 센서(91)는 연소 실린더(20)의 출구 포트(19)를 통해 배출된 배기 가스의 적어도 하나의 파라미터를 측정하도록 구성된다.
엔진(100)은 압축 실린더(10)의 입구 포트(8)를 통해 압축 실린더(10) 내로 공기가 흡입되도록 배열된다. 압축 피스톤(12)은 이러한 공기를 압축하도록 배열되며, 압축 위상 동안, 액체 냉각제는 압축 실린더(10) 내로 추가된다. 복열 장치(30)는 출구 포트(9)를 통해 압축 공기를 수용하고 입구 포트(18)를 통해 연소 실린더(20)로 압축 공기를 보내도록 배열된다. 엔진(100)은 또한 연료 저장조(80)로부터의 연료를 제3 인젝터(82)를 통해 연소 실린더(20)에 있는 압축 공기에 추가하고, 크랭크 샤프트(70)의 회전을 통해 유용한 작업을 추출하기 위해 연료 및 압축 공기의 혼합물을 연소시키도록(예를 들어, 점화원(도시되지 않음)의 작동을 통해) 추가로 배열된다.
연료 저장조(80)는 컨트롤러(60)가 연소 실린더(20) 내로 연료의 전달을 제어하도록 컨트롤러(60)에 연결된다. 일부 예에서, 컨트롤러(60)는 엔진(200)의 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여 분사될 연료의 양을 결정하도록 구성된다. 예를 들어, 컨트롤러(60)는 배기 센서(91)로부터 수신된 신호를 통해 적어도 하나의 파라미터의 표시를 획득하도록 구성될 수 있다.
각각의 센서는 각각의 신호를 컨트롤러(60)에 전송하도록 구성되고, 컨트롤러(60)는 이러한 수신된 신호에 기초하여 제1 액체 냉각제 및 제2 액체 냉각제 중 적어도 하나의 전달을 제어하기 위한 결정을 만들도록 구성된다. 컨트롤러(60)는 압축 피스톤(12)의 압축 행정 동안 액체 냉각제가 그 가스상으로 기화되고 압축 행정에 의해 유발된 온도에서의 상승이 액체 냉각제에 의한 열의 흡수에 의해 제한되도록 제1 및 제2 냉각제 중 적어도 하나의 전달을 각각 제어하도록 구성된다. 예를 들어, 컨트롤러(60)는 예를 들어 크랭크 센서(71)에 의해 측정된 크랭크각에 의해 결정되는 바와 같이, 압축 실린더(10)에서의 압축 피스톤(12)의 위치에 기초하여 압축 실린더(10) 내로 액체를 분배하기 위해 제1 및 제2 인젝터(14, 16)의 타이밍을 제어하도록 작동할 수 있다. 일부 예에서, 컨트롤러(60)는 압축 실린더(10)로의 액체 냉각제 중 적어도 하나의 전달을 제어하도록 액체 저장조(40, 50)의 각각에 있는 하나 이상의 펌프를 작동시키도록 추가적으로 또는 대안적으로 구성될 수 있다.
컨트롤러(60) 및 인젝터(14, 16)는 예를 들어 10 MPa 미만, 예를 들어 5 MPa 미만, 예를 들어 4.6 MPa 미만, 예를 들어 1.3 MPa 미만, 예를 들어 0.3 MPa 미만의 낮은 압력으로 액체 냉각제를 압축 실린더(10) 내로 직접 분사하도록 구성된다. 이러한 것은 액체 냉각제를 압축 실린더(10) 내로 펌핑하기 위해 특수한 극저온 펌프를 필요로 하지 않는 이점을 가질 수 있다. 액체 냉각제는 액체상 및 액적의 스프레이의 형태로, 그러나 액적 크기에서의 큰 분포로 압축 실린더(10) 내로 직접 분사될 수 있다. 액적 크기에서의 큰 분포를 가지는 것은 압축 피스톤(12)의 압축 행정 동안 액체 냉각제가 가스상으로 기화하는 온도 및/또는 시간 범위를 넓히기 때문에 열역학적으로 유리하다.
제1 액체 냉각제는 냉동을 통해 액체상으로 응축된 액체 냉각제일 수 있다. 예를 들어, 제1 액체 냉각제는 액체 질소(LN2)와 같은 극저온 액체일 수 있다. 제2 액체 냉각제는 물일 수 있다. 그러나, 임의의 다른 비산화, 불연성 액화 가스가 제1 및/또는 제2 액체 냉각제, 예를 들어 공기, 산소 또는 아르곤과 같은 냉동 공정을 통해 액화되는 가스로서 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 연료는 가솔린, 수소, 액화 천연 가스, 및 압축 천연 가스와 같은 점화원(예를 들어, 점화원은 연소 실린더에 있는 스파크 플러그를 포함할 수 있다)을 필요로 하는 연료일 수 있다. 대안적으로, 연료는 점화원을 필요로 하지 않는 연료일 수 있고, 예를 들어, 디젤과 같은 압축 점화 연료일 수 있다.
컨트롤러(60)는 액체 냉각제 중 적어도 하나에 대한 전달 요건을 결정하고 상기 전달 요건을 충족시키기 위해 인젝터를 제어하도록 구성된다. 전달 요건은, 예를 들어, 엔진(100)의 현재 작동 조건(부하 또는 작동 온도와 같은)에 기초할 수 있거나, 또는 저장조(14, 16)의 각각에서의 액체 냉각제의 양에 기초할 수 있어서, 자원이 보존될 수 있다. 컨트롤러(60)는 엔진(100)과 관련된 적어도 하나의 파라미터의 표시를 수신하는 것에 응답하여 전달 요건을 결정하도록 구성된다. 예를 들어, 컨트롤러(60)는 적어도 하나의 룩업 테이블(LUT)을 포함할 수 있고, 센서로부터 적어도 하나의 데이터 값을 포함하는 수신 데이터에 기초하고 룩업 테이블에 있는 그 수신 데이터 값의 비교에 기초하여 전달 요건을 결정하도록 구성될 수 있다. 표시를 수신하는 것은 복수의 센서 중 하나 이상으로부터의 신호와 같은 피드백을 수신하는 형태일 수 있다. 본 발명의 맥락에서, 엔진의 다양한 파라미터가 컨트롤러(60)에 의해 모니터링될 수 있다는 것을 알 수 있다. 이러한 파라미터는 액체 냉각제의 온도, 압력 또는 포화도와 같은 압축 실린더(10)에 관한 파라미터를 포함할 수 있고, 엔진(100)의 여러 곳에서 측정될 수 있다.
일부 예에서, 압축 센서(11)는 압축 실린더(10)에서의 압력 및/또는 온도를 측정하도록 구성되고, 연소 센서(21)는 연소 실린더(10)에서의 압력 및/또는 온도를 측정하도록 구성되고, 복열 장치 센서(31)는 복열 장치에서의 산소 농도 레벨, 물 포화 레벨, 압력 및 온도를 측정하도록 구성된다. 추가적으로, 크랭크 센서(71)는 크랭크 샤프트(70)에 대한 RPM을 측정하도록 구성되고, 배기 센서(91)는 배기 가스의 압력 및/또는 온도, 및/또는 조성, 예를 들어 이산화탄소, 이산화질소, 또는 다른 가스 또는 특히 배기 가스에 있는 미립자의 농도를 측정하도록 구성된다. 압축 실린더(10) 및/또는 연소 실린더(20)의 현재 작동 RPM과 같은 컨트롤러(60)에 대한 다수의 다른 입력이 있을 수 있다. 마찬가지로, 컨트롤러(60)는 엔진에 대한 수요의 현재 레벨을 나타내는 수요 신호, 또는 액체 냉각제 및/또는 연료가 사용될 수 있는 방식에 영향을 미칠 수 있는 임의의 다른 표시를 수신하도록 구성될 수 있다.
작동시에, 공기는 압축 피스톤(12)이 하사점(BDC)에 도달할 때까지 크랭크 샤프트(70)의 회전에 의해 압축 실린더(10)를 통한 압축 피스톤(12)의 하향 이동을 통하여 압축 실린더(10)의 입구 포트(8)를 통해 압축 실린더(10) 내로 흡입된다. 크랭크 샤프트(70)는 계속 회전하고, 압축 피스톤을 BDC로부터 상사점(TDC)을 향해 위로 밀어낸다. 압축 피스톤(12)이 TDC를 향해 위쪽으로 이동함에 따라서, 압축 피스톤(12)은 이러한 공기를 압축한다. 컨트롤러(60)는 엔진(100)에 있는 센서로부터 엔진(100)의 적어도 하나의 파라미터의 표시를 수신하고, 이에 응답하여, 적어도 하나의 액체 냉각제를 압축 실린더(10) 내로 액체상으로, 예를 들어 인젝터(14, 16)를 통해 액체 스프레이 형태로 분사하는 것에 의해 압축 위상 동안 액체 냉각제 중 적어도 하나의 전달을 제어한다. 압축 피스톤(12)이 TDC를 향해 계속 이동함에 따라서, 분사된 액체 냉각제는 가스상으로 기화되고, 기화의 잠열은 그 압축으로 인하여 압축 실린더(10)에 있는 공기의 온도 상승을 적어도 부분적으로 제한한다.
복열 장치(30)는 그런 다음 출구 포트(9)를 통해 압축 실린더(10)로부터 압축된 유체(기화된 액체 냉각제를 포함하는)를 수용하고, 입구 포트(18)를 통해 압축된 유체를 연소 실린더(20)로 보낸다. 공정에서, 복열 장치(30)는 예를 들어 연소 실린더(10)에서의 연소 공정을 돕도록 압축 공기를 필요한 온도로 가열한다. 컨트롤러는 그런 다음 연소 실린더(20)에 있는 압축 공기에 연료를 전달하기 위해 제3 인젝터(82)를 작동시키고, 크랭크 샤프트(70)의 회전을 통해 유용한 작업을 추출하도록 연료와 압축 공기 및 기화된 액체 냉각제의 혼합물을 연소시킨다(예를 들어, 점화 플러그와 같은 점화원을 작동시키는 것에 의해).
컨트롤러(60)가 엔진(100)의 적어도 하나의 파라미터의 표시를 수신하고, 상기 적어도 하나의 표시를 수신한 것에 응답하여, 컨트롤러(60)가 압축 실린더(10)로의 적어도 하나의 액체 냉각제의 전달을 제어하는 몇몇 예가 다음에 논의될 것이다.
제1 예에서, 제1 냉각제는 액체 질소와 같은 냉동 공정을 통해 액화된 액체이고, 제2 냉각제는 물이며, 적어도 하나의 파라미터는 물 포화 레벨이다. 물 포화 레벨은 입구 포트(8)를 통해 압축 실린더(10)로 유입되는 공기의 온도 및 압력을 측정하는 것에 기초하여 검출된다. 압축 실린더(10)(물론 센서(71)에 의해 측정된 바와 같은 크랭크각에 의해 결정될 수 있는, 압축 피스톤(12)의 위치에 의존하여 공지된 체적을 가지는)에서의 공기의 압력 및 온도를 사용하여, 압축 실린더(10) 내에 수용된 공기의 다수의 몰(mole)이 결정될 수 있다. Dalton의 분압 법칙을 사용하여, 추가된 매질의 압력은 몰 농도에 비례한다. 따라서, 컨트롤러(60)는 물이 비등하는지 아닐지를 결정할 수 있으며(예를 들어 컨트롤러(60)에 있는 룩업 테이블에 저장된 물의 알려진 압력 의존성 비등 온도의 공지된 값에 기초하여), 인젝터(16)를 통해 압축 실린더(10) 내로 분사된 물의 양을 측정하는 것에 의해(예를 들어, 유량계를 사용하여), 컨트롤러(60)가 물 포화 레벨을 결정하는 것이 가능하다.
압축 실린더(10)의 물 포화 레벨을 결정하는 것에 응답하여, 컨트롤러(60)는 물 포화 레벨에 기초하여 분사되는 액체 냉각제의 양을 결정하고 액체 질소 및/또는 물을 분사하기 위해 인젝터(14, 16)를 작동시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(60)는 물 포화도가 임계 레벨에 도달할 때까지 물을 유일한 냉각제로서 사용할 수 있다. 이러한 임계 레벨을 초과하면, 제2 액체 냉각제(액체 질소)만이 압축 실린더(10) 내로 분사될 수 있고, 어떠한 물도 분사되지 않을 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 컨트롤러(60)는 물 및 액체 질소의 조합을 사용하여 필요한 물 포화 레벨을 달성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(60)는 물 포화 레벨에 기초하여 압축 실린더(10) 내로 분사된 2개의 액체 냉각제의 비율을 조정하도록 구성될 수 있다.
컨트롤러(60)는 예를 들어, 물 포화 임계점을 정의하는 룩업 테이블의 형태로 저장된 데이터를 포함할 수 있다. 이러한 임계점은 다수의 방식으로 정의될 수 있다. 그러나, 연소 실린더 내에 액상 물을 가지지 않고 연소 실린더(20)에서 수증기 형태의 물만을 가지는 것과 같이 연소 실린더(20) 내의 액상 물의 양을 감소시키는 것이 바람직하다. 따라서, 물 포화 임계점은 100% 미만의 절대 습도이도록 결정될 수 있다.
컨트롤러(60)는 산소의 체적, 온도 또는 압력과 같은 다른 엔진 파라미터에 기초하여 임계점을 결정하도록 구성될 수 있는데, 이러한 파라미터가 엔진의 기능 및 물의 비등점에 영향을 미칠 수 있기 때문이다.
제2 예에서, 컨트롤러(60)는 압축 센서(11)로부터의 신호를 통해 수신된 표시에 기초하여 압축 실린더(10)에서의 온도를 결정하도록 구성될 수 있다. 압축 실린더(10)에서의 온도가 압축 센서(11)로부터 수신된 표시에 기초한 임계값 아래에 있다고 컨트롤러(60)가 결정하는 것에 응답하여, 컨트롤러(60)는 압축 실린더(10)로의 제1 액체 냉각제 및 제2 액체 냉각제의 전달을 감소시키도록 구성된다. 이러한 상황은 엔진(100)이 먼저 시동되었고 비교적 차가울 때 일어날 수 있다. 역으로, 컨트롤러(60)는, 예를 들어 엔진이 웜업되고 및/또는 고부하 수요 하에 놓이거나 또는 고 RPM으로 구동하면, 온도가 임계값 이상이라는 결정에 응답하여 압축 실린더(10) 로의 제1 및/또는 제2 액체 냉각제의 전달을 증가시키도록 구성될 수 있다.
일부 예에서, 컨트롤러(60)는 현재 온도값과 임계값을 비교하고, 그 비교에 기초하여 결정을 만들도록 구성된다. 예를 들어, 컨트롤러(60)는 현재 온도값과 임계값의 비교에 기초하여 제1 액체 냉각제 및 제2 액체 냉각제 중 적어도 하나의 전달을 제어하기 위해(예를 들어 질량이라는 면에서) 결정을 만들도록 구성된다. 예를 들어, 컨트롤러(60)는 임계값과의 차이에 비례하여 제1 액체 냉각제 및 제2 액체 냉각제 중 적어도 하나의 전달을 제어하도록 구성되어서, 액체 냉각제의 보다 많거나 또는 적은 양(예를 들어, 질량)은 임계값과의 보다 큰 차이에 기초하여 전달된다.
제1 및/또는 제2 액체 냉각제의 전달이 변화되는 정도는 압축 실린더(10) 내부의 온도(예를 들어 압축 센서(11)에 의해 측정된 바와 같은)와 임계 온도(예를 들어, 컨트롤러(60)에 저장된 바와 같은) 사이의 온도 차이에 비례할 수 있다. 압축 실린더로의 액체 냉각제의 전달이 증가되어야 한다는 결정에 응답하여, 컨트롤러(60)는 (물) 포화 임계점에 도달될 때까지 액체 냉각제로서 액체 냉각제 중 하나(물과 같은)를 사용할 수 있다. 압축 실린더(10)에서의 압력과 같은 엔진의 다른 파라미터에 대해 유사한 접근법이 채택될 수 있다.
제3 예에서, 컨트롤러(60)는 복열 장치 센서(31)로부터의 신호를 통해 수신된 파라미터의 표시에 기초하여 복열 장치(30)에서 산소 포화 레벨을 결정하도록 구성된다. 컨트롤러(60)는 산소 포화가 임계 레벨 이상이면, 보다 많은 액체 냉각제가 압축 실린더(10) 내로 분사되도록 구성된다. 액체 냉각제의 분사는 전술한 접근법에 따를 수 있다.
제4 예에서, 컨트롤러(60)는 엔진(100)에 놓인 수요에 기초하여 액체 냉각제 중 적어도 하나의 전달을 제어하도록 구성된다. 예를 들어, 컨트롤러(60)는 엔진으로부터 필요한 출력(예를 들어, 필요한 토크, RPM 또는 동력 출력)을 나타내는 신호를 수신하도록 구성된다. 이러한 예에서, 제1 액체 냉각제는 액체 질소와 같은 냉동 공정을 통해 액화되는 액체이고, 제2 액체 냉각제는 물이다. 컨트롤러(60)는 높은 수구에서(엔진이 더욱 뜨겁게 운전될 때) 제2 액체 냉각제에 비해 더욱 많은 제1 액체 냉각제가 압축 실린더(10) 내로 분사되도록 제1 액체 냉각제 및 제2 액체 냉각제의 전달을 제어하도록 구성되지만, 낮은 수요에서(엔진이 냉각기를 운전할 때), 컨트롤러(60)는 제1 액체 냉각제에 비해 더욱 많은 제2 액체 냉각제를 분사하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 압축 실린더(10)에 있는 압축 공기의 온도는 보다 효율적인 연소, 이에 의해 보다 효율적인 엔진(100)을 가능하게 하도록 보다 정확하게 제어될 수 있다.
일부 예에서, 인젝터(14, 16, 82)는 또한 센서로서 작용하고 엔진(100)과 관련된 적어도 하나의 파라미터의 표시를 제공하는 신호를 컨트롤러(60)에 전송하도록 구성될 수 있다. 인젝터(14, 16, 82)는 예를 들어, 인젝터의 온도, 인젝터의 구성 요소(예를 들어, 인젝터로 하여금 액체를 분사하도록 작동 가능한 유도 코일과 같은)의 저항 및/또는 그 인젝터(14, 16, 82)를 통해 분사되는 액체의 양(질량과 같은)을 나타내는 측정치 중 적어도 하나를 나타내는 신호를 전송하도록 구성될 수 있다. 그러나, 인젝터는 수반될 수 있는 낮은 온도로 인해 직접 분사 및/또는 커먼 레일 분사에 의해 액체 냉각제를 분사하도록 구성될 수 있으며, 적어도 하나의 인젝터(14, 16, 82)는 압전 구동 요소를 포함하지 않을 수 있지만, 100 Kelvin 미만과 같은 낮은 온도에서 작동하도록 구성될 수 있다.
일부 예에서, 컨트롤러(60)는 다른 액체 냉각제에 대한 하나의 액체 냉각제의 전달 속도를 결정하고 제어하도록 구성된다. 예를 들어, 컨트롤러(60)는 압축 실린더(10) 내로 분사되는 냉각제의 비율을 제어하도록 다수의 개방 또는 폐쇄 제어 루프를 포함할 수 있다. 이들 피드백 루프는 배기 가스의 온도, 엔진의 부하, 필요한 레벨의 차동 온도, 및 유체의 밀도의 측정치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(60)는 비례 적분-유도(PID) 컨트롤러일 수 있다. 도 1에 도시된 예에서, 컨트롤러(60)는 제2 액체 냉각제에 대한 제1 액체 냉각제의 비율을 제어한다. 대안적으로, 컨트롤러(60)는 주로 하나의 냉각수에 초점을 맞추고, 임계값이 도달될 때와 같은 특정 상황에서만 다른 냉각제를 사용하도록 구성될 수 있다. 이러한 것은 예를 들어 액체 냉각제 중 하나가 고갈될 때 자원을 절약하는데 도움이 될 수 있다. 이러한 예에서, 컨트롤러(60)는 하나의 냉각제의 분사량을 선택된 값으로 유지할 수 있고, 더욱 많은 액체 냉각제가 압축 실린더(10)에 추가되어야 한다고 컨트롤러(60)가 결정하는 것에 응답하여, 임계 조거이 도달될 때까지, 동일한 액체 냉각제 저장조로부터의 액체 냉각제만을 추가하도록 구성된다. 임계점이 도달되면, 컨트롤러(60)는 다른 저장조로부터의 액체 냉각제만이 추가되도록 스위칭하기 위해 구성될 수 있다.
일부 예에서, 인젝터(14, 16)에 의한 액적 스프레이의 분사는 압축 행정 동안 꾸준한 열 흡수를 제공하기 위해 액적 크기의 분포, 및 실린더(10)에 있는 공기와 액체 냉각제 사이의 매끄러운 열 전달을 전달하도록 제어된다(예를 들어, 컨트롤러(60)에 의해). 일부 예에서, 이러한 것은 압축 행정, 예를 들어 압축 행정의 일부, 또는 전체 압축 행정(예를 들어, BDC로부터 TDC로)에 걸쳐 열 흡수를 제공할 액적 크기의 분포를 결정하는 것(예를 들어, 컨트롤러(60)에 의해)을 포함할 것이다. 냉동 공정을 통해 액화되는 것인 액체 냉각제의 경우에, 액체 냉각제의 낮은 온도와 액체 냉각제가 분사되는 낮은 압력의 조합은 엔진의 온도가 높을 때에도 액체 냉각제가 액체상으로 압축 실린더(10) 내로 분사된다는 것을 의미한다.
일부 예에서, 액체 냉각제는 액체 유동의 형태로 압축 실린더(10) 내로 분사된다. 일부 예에서, 컨트롤러(60)는 액체 냉각제에 의한 열의 흡수가 액체 냉각제와 실린더(10)에 있는 주위 공기 사이의 순간 온도차에 비례하도록 액체 냉각제 중 적어도 하나의 전달 속도를 제어하도록 구성된다.
일부 예에서, 입구 포트(8)는 압축 실린더(10)로 유입되는 공기가 장전되도록(charged) 터보 차저 또는 임의의 다른 강제 유도 디바이스에 결합될 수 있다. 일부 예에서, 입구 포트(8)는 추가적으로 또는 대안적으로 장전된 공기를 냉각하도록 인터쿨러에 결합될 수 있다. 이러한 방식으로 공기를 장전하고 냉각하는 것은 또한 입구 포트(8)를 통해 압축 실린더(10)로 유입되는 공기의 압력 및 온도의 측정치가 보다 정확하게 결정될 수 있다는 것을 의미할 수 있다.
일부 예에서, 엔진(100)은 제3 액체 냉각제 저장조, 및 제3 액체 냉각제 저장조에 결합되고 압축 실린더(10) 또는 복열 장치(30)와 같은 엔진(100)의 일부 내로 제3 액체 냉각제를 분사하도록 배열된 다른 액체 냉각제 인젝터를 포함할 수 있다. 제3 액체 냉각제는 제1 액체 냉각제 및 제2 액체 냉각제와 다를 수 있으며, 예를 들어 냉동 공정을 통해 액체상으로 액화된 비산화, 비가연성 가스일 수 있다.
일부 예에서, 복열 장치(30)는 액체 냉각제 저장조에 연결된 인젝터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 복열 장치(30)는 또한 제2 액체 냉각제 저장조에 결합된 인젝터를 포함할 수 있고, 컨트롤러(60)는 예를 들어 복열 장치 센서(31)를 통해 압축 실린더(10)로부터 연소 실린더(20)로 보내지는 압축된 유체의 온도를 모니터링하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러(60)는 입구 포트(18)를 통해 연소 실린더(20)로 유입되는 가스의 온도가 선택된 범위 내에 있도록 제어하기 위해 일정량의 액체 냉각제가 요구되는지를 결정하도록 구성될 수 있다. 선택된 범위는 효율적인 연소를 달성하도록 선택될 수 있고, 컨트롤러(60)의 메모리에 저장될 수 있다. 예를 들어, 엔진(100)이 열심히 운전되면, 예를 들어 높은 수요가 엔진에 놓이기 때문에, 압축 실린더(10) 내로의 제1 및 제2 액체 냉각제의 분사는 압축 실린더(10)로부터 연소 실린더(20)로 보내지는 압축 공기의 온도가 선택된 범위 내에 있도록 유지하기에 충분하지 않을 수 있고, 그래서 컨트롤러(60)는 선택된 범위 내에 있도록 공기를 추가로 냉각하기 위해 인젝터의 작동을 통해 복열 장치(30) 내로의 액체 냉각제의 전달을 제어하도록 구성될 수 있다.
일부 예에서, 컨트롤러(60)는 엔진(100)의 연소 효율을 개선하기 위해, 또는 예를 들어 엔진(100)에 높은 수요가 있을 때 액체 공기를 압축 실린더(10)로 전달하도록 구성될 수 있다.
도 2는 스플릿 사이클 연소 엔진 장치(200)의 다른 예를 도시한다. 도 1에서와 동일하거나 유사한 특징과 관련하여 동일한 도면 번호가 사용되었다.
도 2의 엔진(200)은, 도 2의 엔진(200)에서 제2 액체 냉각제 저장조(50)가 복열 장치(30)에 결합된다는 점에서 도 1의 엔진(100)과 다르다. 컨트롤러(60)는 제2 액체 냉각제가 복열 장치(30)뿐만 아니라 압축 실린더(10) 내로 분사되도록 제2 액체 냉각제 저장조(50)로부터의 액체 냉각제의 전달을 제어하기 위해 구성된다. 크랭크 샤프트(70)는 압축 피스톤(12) 및 연소 피스톤(22)이 다른 RPM에서 작동할 수 있도록 구성된 기어링 메커니즘(75)을 또한 포함한다.
추가적으로, 엔진(200)은, 연소 실린더(20)로부터의 배기 공기가 출구 포트(19)를 통과하고, 복열 장치(30)를 통해 다시 루트가 정해져서 배기 가스가 연소 실린더(20)로 유입되는 압축 공기와 열교환 관계이도록 구성된다. 이러한 방식으로, 압축 실린더(10)로부터 연소 실린더(20)로 보내진 가스의 온도는 엔진이 보다 효율적인 작동 온도에서 작동하도록 제어될 수 있다.
아울러, 복열 장치(30)는 응축기를 포함하여서, 제2 액체 냉각제의 일부가 배기 공기로부터 추출되어 제2 액체 냉각제 저장조(50)로 복귀될 수 있다. 배기 공기는 그런 다음 복열 장치(30)로부터 배기(95)를 통해 주위로 배출될 수 있다. 도 2에 도시된 예에서, 엔진(200)은 또한 예를 들어 복열 장치(30)의 하류의 배기 유동 경로에 위치된, 컨트롤러(60)에 연결된 축출 센서(92)를 포함한다. 축출 센서(92)는 배기(95)를 통해 배출되는 가스 및/또는 미립자의 농도를 측정하고 이러한 파라미터 중 하나의 표시를 포함하는 신호를 컨트롤러(60)에 전송하도록 구성될 수 있다.
도 1의 엔진(100)과의 또 다른 차이는 커넥팅 로드(52, 54)를 통해 2개의 피스톤(12, 22)이 각각 부착된 크랭크 샤프트(70)의 두 부분이 동일한 속도로 회전하기 위해 서로 일체로 연결되지 않는다는 점이다. 대신에, 두 부분은 예를 들어 선택적으로 가변적인 변속비의 변속기 시스템 또는 변속기일 수 있는 기어링 메커니즘(75)을 통해 연결된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 기어링 메커니즘(75)은 분리 클러치와 같은 클러치를 포함할 수 있다.
도 2의 엔진(200)의 작동은 도 1의 엔진(100)에 대해 상술된 작동과 매우 동일하다. 그러나, 엔진(200)의 이전에 설명되지 않은 특징의 작동은 이제 도 2를 참조하여 설명될 것이다. .
복열 장치(30)에 있는 응축기는 연소실(20)로부터의 배기 공기를 냉각하도록 구성된다. 예를 들어, 제2 액체 냉각제가 물인 경우에, 이러한 물은 제2 액체 냉각제 저장조(50)로 복귀되도록 냉각되어 응축되며, 이러한 것은 보다 작은 제2 액체 냉각제 저장조(50)의 제공을 가능하게 한다. 이러한 것은 물에 무제한적으로 접근할 수 없는 자동차에서 엔진을 사용할 때 바람직할 수 있고, 그러므로 물 재활용이 사용될 수 있다. 배기된 공기로부터의 과잉 열은 또한 압축 실린더(10)로부터 배출되고 연소 실린더(20)로 유입되는 압축 공기와 열교환 관계에 있는 열교환기와 같은 복열 장치에서의 공기를 위한 가열 메커니즘을 제공하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(60)는 압축 실린더(10)로부터 연소 실린더(20)로 보내지는 압축 공기가 선택된 범위 내에 있도록 복열 장치(30)의 작동을 제어하기 위해 구성될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(60)는 선택된 임계점 아래이면(예를 들어, 엔진(200)이 냉 운전(running cold)이면, 예를 들어 방금 시동되면) 공기를 가열하도록 구성될 수 있고, 선택된 임계점보다 높으면(예를 들어 엔진(200)에 높은 수요가 놓이면) 공기를 냉각하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러(60)는 복열 장치 내의 공기를 냉각할 수 있고, 예를 들어 복열 장치(30) 내의 인젝터의 작동을 통해 제2 액체 냉각제 저장조(50)로부터 제2 액체 냉각제의 전달을 제어할 수 있다.
일부 예에서, 엔진(200)은 또한 연소 실린더(20)의 배기 가스로부터 에너지를 추출하는 것에 의해 엔진 효율을 개선하기 위한 터보 차저 또는 다른 적합한 디바이스를 포함할 수 있다.
일부 예에서, 엔진(200)은 또한 엔진(200)에 공급되는 공기의 압력 또는 밀도를 증가시키기 위한 과급기 또는 다른 적절한 디바이스를 포함할 수 있다. 과급기를 위한 동력은 크랭크 샤프트, 배터리 또는 임의의 다른 적절한 수단에 의해 제공될 수 있다.
일부 예에서, 엔진(100, 200)은 공지된 브레이튼/쥬울/톰슨 타입의 액체 질소 발생기를 포함할 수 있다. 이러한 발생기는 로터리 압축기를 포함할 수 있으며, 압축기의 샤프트는 터빈 팽창기 및 변속비 전달 시스템의 출력부에 연결되며, 변속비 전달 시스템의 투입부는 크랭크 샤프트(70)에 연결된다. 액체 질소 발생기는 또한 2개의 열교환기와 팬 냉각 애프터쿨러(fan-cooled aftercooler)를 포함한다. 사용시에, 공기는 입구를 통해 압축기에 의해 액체 질소 발생기로 흡입되고, 압축, 팽창, 및 열교환기를 통과한 후에, 액체 질소가 발생되어 저장조(40)로 보내진다.
사용되는 냉각제의 양을 결정하는 방법이 이제 도 3을 참조하여 설명될 것이다.
도 3에서, 단계(1000)에서 공정이 시작된다. 단계(1002 및 1004)는 각각 엔진에 대한 수요 및 RPM을 결정하는 단계를 포함하여서, 단계(1010)에서, 컨트롤러(60)는 연료 저장조(80)로부터 연소 실린더(20) 내로 분사될 연료의 필요한 양을 계산하도록 구성된다. 단계(1012)에서, 컨트롤러(60)는 압축 센서(11) 및 복열 장치 센서(31)로부터 수신된 신호에 기초하여 압축 실린더(10)로부터 연소 실린더(20)로 전달된 압축 공기의 측정된 조건을 사용하여서, 단계(1020)에서 컨트롤러(60)는 필요한 연소 효과에 요구되는 산소 질량을 결정한다. 단계(1030)에서, 냉각제의 최대 질량이 결정된다. 이러한 경우에, 제1 액체 냉각제는 액체 질소이고, 제2 액체 냉각제는 물이다.
단계(1040)에서, 컨트롤러는 센서 중 하나로부터의 표시에 기초하여, 수신된 센서 신호에 기초한 데이터 값을 저장된 룩업 테이블과 비교하는 것에 의해 산소 레벨이 임계값 이상인지를 결정한다. 산소 레벨이 임계값을 초과하는 것으로 결정되면, 방법은 물 포화 임계점이 도달했는지를 컨트롤러(60)가 결정하도록 구성되는 단계(1050)로 진행한다. 그러나, 산소 레벨이 임계값 아래이면, 방법은 압축 실린더에 추가되는 물 및 액체 질소의 양을 감소시키도록 컨트롤러(60)가 구성되는 단계(1045)로 진행한다.
컨트롤러(60)는 예를 들어 엔진의 열역학적 특성에 기초하여 필요한 연소를 위해 공지된 산소 요건을 포함하는 룩업 테이블을 사용하여, 연료 부하에 기초하여 요구되는 산소 질량을 결정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 산소 공급원, 예를 들어 공기 중의 산소와, 액체 냉각제로서 압축 실린더(10) 내로 분사되는 액체 산소/액체 공기 형태의 산소가 존재할 수 있다. 따라서, 컨트롤러(60)는 엔진에서의 산소 레벨을 결정하도록 구성되고, 산소 레벨이 선택된 범위 내에 유지되는 것을 보장하도록 압축 실린더(10) 내로 분사되는 액체 냉각제의 양을 조정할 수 있다.
컨트롤러(60)는 센서 중 하나를 사용하여 산소 레벨을 결정하도록 구성될 수 있다. 람다 미터(lambda meter)(산소 센서)는 예를 들어 복열 장치(30)에서의 산소 농도를 측정하도록 사용될 수 있다. 이러한 것이 배기 가스에서의 그을음 축적 및 연소 실린더에서 슬립을 초래할 수 있음에 따라서 산소 레벨이 너무 낮아지지 않는 것을 보장하는 것이 바람직하다.
단계(1050)에서, 물 포화 레벨은 예를 들어 센서 중 하나로부터의 표시에 기초하여 컨트롤러에 의해 결정된다. 물 포화 레벨이 선택된 물 포화 임계점에 도달하였으면, 방법은 압축 실린더(10)로 분사될 액체 질소의 양을 증가시키도록 컨트롤러(60)가 구성되는 단계(1060)로 진행한다. 이 단계에서, 컨트롤러(60)는 물 포화 임께값 아래이면 물 포화 레벨까지 어떠한 더 이상의 물도 압축 실린더(10) 내로 분사되는 것을 억제한다. 단계(1050)에서, 물 포화 레벨이 물 포화 임계점 아래이면, 방법은 압축 실린더(10) 내로 분사되는 물의 양을 증가시키도록 컨트롤러(60)가 구성되는 단계(1055)로 진행한다. 이 단계에서, 컨트롤러(60)는 물 포화 임계점이 도달될 때까지 어떠한 액체 질소도 압축 실린더(10) 내로 분사되는 것을 억제할 수 있다.
단계(1045, 1055 및 1060) 후에, 방법은 단계(1070)로 진행한다. 단계(1070)는 배기 가스에서의 열이 예를 들어 배기 센서(91) 또는 축출 센서(92) 중 하나를 사용하여 측정되는 단계(1062)로부터 입력을 끌어낸다. 단계(1070)에서, 컨트롤러(60)는 복열 장치(30)에서의 온도, 압력 및 산소 함유량 중 적어도 하나를 측정하도록 구성된다. 예를 들어, 이러한 것은 복열 장치 센서(31)를 사용하여 결정될 수 있다. 단계(1070)는 온도, 압력, 산소 포화도, 물 포화도를 측정하고 컨트롤러(60)가 이러한 측정된 파라미터에 기초하여 신호를 수신하고, 이에 따라 냉각제의 전달을 조정하는 사이클을 시작할 수 있다.
단계(1080)에서, 컨트롤러(60)는 센서 중 하나로부터의 온도 측정에 기초하여, 압축 실린더(20)의 온도가 임계값 이상인지를 결정하도록 구성된다. 온도가 예를 들어 임계값 이상으로 충분히 높으면, 방법은 압축 실린더(20)에서의 압력이 임계값 이상인지를 결정하도록 컨트롤러(60)가 구성되는 단계(1090)로 진행한다. 압력이 예를 들어 임계값 이상으로 충분히 높으면, 방법은 전술한 바와 같은 단계(1040)로 진행한다. 단계(1080, 1090 및 1040) 중 임의의 단계 동안, 임계값이 도달되지 않으면, 방법은 전달되는 두 액체 냉각제 모두의 양을 감소시키도록 컨트롤러(60)가 구성되는 단계(1045)로 진행한다.
도 4는 전술한 엔진(100, 200)과 같은 스플릿 사이클 엔진의 압축 실린더(10) 내로 액체 냉각제를 분사하기 위한 액체 냉각제 분사 장치(150)를 도시한다. 장치(150)는 엔진(100, 200)과 관련된 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여 제1 액체 냉각제 및 제2 액체 냉각제 중 적어도 하나의 전달을 제어하도록 구성될 수 있는 전술한 컨트롤러(60)와 같은 컨트롤러에 의해 작동된다.
도 4에 도시된 냉각제 분사 장치(150)는 필터(110) 및 액체 냉각제 인젝터(14)를 통해 스플릿 사이클 엔진의 압축 실린더(10)에 결합된 액체 냉각제 저장조(40)를 포함한다. 저장조(40)는 필터(110)를 통해 액체 냉각제 인젝터(14)로 연장되는 액체 냉각제 유체 경로와 유체 연통한다. 액체 냉각제 인젝터(14)는 압축 실린더(10)에 직접 결합된다.
액체 냉각제 저장조(40)는 액체 냉각제 유동 경로를 통해 액체 냉각제를 필터(110)에 제공하도록 작동할 수 있다. 필터(110)는 액체 냉각제로부터 고체 오염물을 제거하고, 압축 실린더(10) 내로의 액체 냉각제의 분사를 제어하도록 작동 가능한 액체 냉각제 인젝터(14)로 여과된 액체 냉각제의 유동을 가능하게 하도록 작동할 수 있다.
도 4의 시스템은 이제 예로서 작동시에 설명될 것이다. 저장조(40)는 액체 냉각제를 저장하며, 이러한 것은 액화 공기, 물 또는 냉동을 통해 액체상으로 응축된 다른 액체일 수 있다. 이 예에서, 액체 냉각제는 액체 질소이다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 저장조(40)는 저장조(40) 내의 압력을 증가시킬 수 있는 드라이버를 수용하여, 액체 냉각제 유동 경로를 따라서 액체 질소를 강제할 수 있다. 드라이버는 저장조(40)와 액체 냉각제 유동 경로(118) 사이에 차동 압력(pressure differential)을 생성할 수 있는 히터(29) 및/또는 펌프(31)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 히터(29)는 컨트롤러(60)로부터의 제어 신호에 응답하여 저장조(40)의 일부를 가열하도록 작동할 수 있다. 이러한 것은 액체 질소의 일부를 압축 실린더(10)를 향해 구동하기 위해 저장조(40)에서 차동 압력을 생성한다. 히터(29)는 엔진으로부터의 열을 배기 가스를 통해 재순환시킬 수 있거나, 또는 가열을 유발하도록 전위차가 교차하여 인가되는 저항기를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 저장조(40)는 저장조(40)의 과압을 방지하기 위한 압력 방출 밸브를 또한 포함한다. 이러한 밸브는 탱크(40)의 압력이 선택된 임계점을 초과하는 경우 히터에 의해 발생된 질소 가스가 발산되는 것을 허용한다. 이러한 임계점은 예를 들어, 예를 들어 컨트롤러(60)에 의해 결정되는 바와 같은 액체 냉각제 분사 시스템(150)의 상부 작동 압력에 기초할 수 있다. 저장조(40)에서의 히터(29)의 준비는 저장조(40)가 대기압 이하 압력(sub-atmospheric pressure)을 달성하는 것을 방지하도록 작용할 수 있으며, 대기압 이하 압력은 주위 공기를 저장조(40) 내로 흡입하여 이를 동결시켜 불필요한 얼음 결정을 형성할 수 있음에 따라서 바람직하지 않다.
차동 압력이 도 6a 및 도 6b를 참조하여 전술한 방법 및 장치를 사용하여 저장조(40) 내에서 달성되었으면, 액체 질소는 생성된 차동 압력으로 인해 압축 실린더(10)를 향해 유동한다. 액체 냉각제 유동 경로는 필터(110)를 통과하고, 이러한 것은 액체 질소로부터 고체 오염물을 제거한다.
이러한 여과 단계는 마모를 통해 액체 냉각제 인젝터(14)를 손상시킬 수 있는 물 또는 이산화탄소 결정과 같은 질소 가스 내의 불순물을 제거하는 것을 돕는다.
필터(110)를 통과한 후에, 액체 질소는 차동 압력으로 인해 액체 냉각제 유동 경로를 따라서 액체 냉각제 인젝터(14)로 계속된다. 인젝터(14)는 압축 실린더(10) 내로 결정된 양의 액체 질소를 분사하도록 컨트롤러(60)로부터의 제어 신호에 의해 작동할 수 있다. 액체 질소의 전달은 도 1 내지 도 3과 관련하여 전술한 바와 같이 수신된 파라미터에 기초하여 컨트롤러(60)에 의해 제어될 수 있다.
도 5는 예를 들어 도 4에 대하여 전술한 냉각제 분사 장치(150)와 함께 사용하기 위해 액체 냉각제 유동 경로로부터 고체 오염물을 제거하기 위한 예시적인 필터 장치(110)를 도시한다. 필터(110)는 그 각각의 단부에 있는 입구(118) 및 출구(119)에 병렬로 결합된 2개의 액체 냉각제 유동 경로(120, 130)를 포함한다. 필터(110)는 2개의 부분(113, 115)을 포함하고, 하나의 부분(113)은 입구(118)와 출구(119) 사이의 제1 액체 냉각제 유동 경로(120)를 따라서 놓이고, 제2 필터 부분(115)은 입구(118)와 출구(119) 사이의 제2 액체 냉각제 유동 경로(130)를 따라서 놓인다. 도 5에 도시된 예는 또한 2개의 전환기(111, 112)를 포함하며, 하나는 필터 부분(113, 115) 중 어느 한쪽 측면에 있으며, 각각의 전환기(111, 112)는 입구(118)와 2개의 유동 경로(120, 130) 사이 및 출구(119)와 2개의 유동 경로(120, 130) 사이의 각각의 접합 지점에 있다. 추가적으로, 도 5에 도시된 예에서, 각각의 필터 부분(113, 115)에 각각 결합된 2개의 가열 요소(114, 116)가 있다. 가열 요소(114, 116) 및 전환기(111, 112)는 도 1 내지 도 4와 관련하여 전술한 컨트롤러와 동일한 컨트롤러(60)일 수 있는 컨트롤러(60)에 결합된다.
전환기(111, 112)는 액체 냉각제 유동 경로를 따라서 액체 냉각제를 안내하도록 작동할 수 있고 컨트롤러(60)에 의해 제어된다. 이러한 전환기들은, 액체 냉각제 유동 경로를 변형시키고 필터 부분(113, 115)이 교환되는 것을 가능하게 하는 밸브일 수 있다. 컨트롤러(60)는 선택된 루틴(예를 들어 컨트롤러(60)에 저장된 바와 같은)에 따라서 이들 전환기(111, 112)를 작동시키며, 예를 들어, 액체 냉각제가 제1 선택된 시간 간격 동안 제1 액체 유동 경로(120)를 통과하고, 그런 다음 제2 선택된 시간 간격 동안 제2 액체 유동 경로(130) 등을 통해 유동하도록, 필터 부분(113, 115)을 교환하기 전에 각각의 필터 부분(113, 115)이 선택된 시간 간격 동안 액체 냉각제 유동 경로 내에 있는 것을 가능하게 할 수 있다.
대안적으로, 컨트롤러(60)는 액체 냉각제 유동의 특성을 결정하도록 사용될 수 있는 센서 데이터를 포함하는 신호를 수신할 수 있다. 예를 들어, 필터 장치(110)는 액체 냉각제 유동 경로(120, 130)를 따라서 위치된 압력 센서, 입구(118) 및 출구(119)에 있는 센서 및/또는 저장조(40) 및 필터 장치의 출구(119)에 결합된 인젝터의 투입부에 있는 센서를 포함할 수 있다.
예를 들어, 컨트롤러(60)는 필터 부분(113, 115)에 막힘이 존재하는지를 결정하고, 이에 따라 전환기(111, 112) 및 가열 요소(114, 116)를 작동시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 필터(118)의 투입부와 인젝터의 투입부 사이의 압력이 선택된 임계점을 초과하면, 이러한 것은 제1 필터 부분(113)이 고체 오염물에 의한 포화에 가깝고 액체 냉각제 유동 경로(120)에서 상당한 막힘을 제공하고 있다는 것을 나타낼 수 있다. 그러므로, 컨트롤러(60)는 막힘 상태가 존재한다고 결정하고, 액체를 제1 액체 유동 경로(120)로부터 멀어지게 전환하고 제2 필터 부분(115)을 통한 제2 액체 유동 경로(130)를 통해서만 액체를 전환하도록 전환기(111, 112)를 제어할 수 있다. 어떠한 액체 냉각제도 제1 액체 유동 경로(120) 및 제1 필터 부분(112)을 통과하지 않기 때문에, 제1 필터 부분(113)은 주위 온도로 인해 자연적으로 가열될 수 있거나(그리고 어떠한 차가운 액체 냉각제도 이를 통해 유동하지 않기 때문에), 또는 용융 및/또는 기화에 의해 고체 오염물을 제거하도록 예를 들어 가열 요소(114)를 제어하는 컨트롤러(60)에 의해 가열될 수 있다. 고체 오염물이 제거되었으면, 전환기(111, 112)는 액체 냉각제를 한번에 액체 유동 경로(120, 130) 모두를 또는 하나의 액체 유동 경로(120, 130)만을 다시 통과시키도록 작동될 수 있다.
추가의 옵션은 필터 부분(113, 115)의 온도를 감지하는 것을 포함할 수 있다. 필터가 오염물에 의해 "폐색"될 때, 필터 부분(113, 115)의 국부 온도가 상승하여, 폐색 상태를 나타낼 수 있다. 이러한 것은 열전대와 같은 온도 센서에 의해 감지될 수 있고, 센서 신호를 통해 컨트롤러(60)에 보고될 수 있다. 컨트롤러(60)는 이러한 수신된 센서 신호에 기초하여 필터 부분(113, 115)이 교환되어야 한다고 결정할 수 있다.
일부 예에서, 컨트롤러(60)는 필터 부분(113, 115)의 온도에서의 증가를 생성하기 위해 필터(110)를 통한 액체 냉각제의 유량을 감소시키도록 구성될 수 있다.
도 5의 실시예에서, 필터 부분(113, 115)은 고체 오염물을 포획할 수 있지만 이를 통한 액체 냉각제의 통행을 허용하는 구리 그물망이다. 구리 그물망의 사용은 이것이 전도성이어서, 히터(114, 116)가 액체 냉각제 유동 경로의 외부에 위치되지만 여전히 필요한 가열 효과를 제공할 수 있는 유도 코일이 되는 것을 허용함에 따라서 유익하다. 필터 부분(113, 115)이 교환될 때, 비활성 부분은 "폐색"되어, 다량의 고체 오염물을 보유할 수 있다. 히터(114, 116)는 구리 그물망이 가열되는 것을 가능하게 하여, 고체 오염물이 증발되거나 또는 용융되게 한다. 그런 다음, 이러한 것들은 압력 방출 밸브를 사용하여 필터(110)에 구멍을 만들 수 있다.
고체 오염물을 제거하기 위한 가열의 사용에 추가하여, 필터는 예를 들어 물과 같은 완전히 기화되지 않는 임의의 액체가 축적되고 액체 냉각제 유동으로 운반되어 엔진(100, 200)을 잠재적으로 손상시키는 것을 방지하도록 예를 들어 각각의 액체 냉각제 유동 경로(120, 130)에서 U 자형 굽힘부를 포함할 수 있다. U 자형 굽힘부는 U 자형 굽힘부가 예를 들어 컨트롤러(60)의 작동 또는 사용자에 의해 선택된 간격으로 배수될 수 있도록 배열된 밸브를 더 포함할 수 있다.
대안적인 실시예는 전술한 것과 다른 가열 수단을 사용할 수 있다. 이러한 것들은 필터 부분(113, 115)을 가열하도록 스플릿 사이클 엔진(100, 200)의 배기 가스로부터 재순환된 열을 사용하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 것은 추가적인 가열 시스템을 필요로 하지 않는 이점이 있으며, 회수된 열을 사용함에 따라서 보다 효율적일 수 있다. 주변 장치의 가열에 의존하여, 필터 부분(113, 115)은 능동적인 가열을 요구하지 않을 수 있고, 대신 단순히 주변 온도까지 웜업되는 것을 가능하게 할 수 있으며, 이러한 것은 고체 오염물이 필터(110)로부터 제거되는 것을 가능하게 하는데 충분할 수 있다.
상이한 가열 수단에 추가하여, 필터 부분(113, 115)의 재료도 변경될 수 있다. 예를 들어, 상기 예에서 구리 대신에, 필터 부분(113, 115)은 유도 가열을 통해 또한 가열될 수 있는 알루미늄 그물망을 포함할 수 있다. 탄소 섬유와 같은 다른 재료가 또한 사용될 수 있다.
도 7은 도 1 및 도 2의 스플릿 사이클 엔진 장치와 함게 사용하기 위한 도 6a 및 도 6b에 설명되고 도시된 액체 냉각제 저장조의 대안적인 배열을 도시한다. 저장조(40, 50)는 냉동 공정을 통해 액체상으로 응축된 극저온 유체, 예를 들어 액체 질소와 같은 액체 냉각제(703)를 봉입하도록 배열된 단열 탱크(701)를 포함한다. 탱크(701)의 바닥에는 탱크(701)에서 차동 압력을 생성하도록 배열된, 도 6a 및 도 6b에 대하여 전술한 드라이버와 같은 드라이버(29)가 있다. 도시된 예에서, 드라이버(29)는 전류가 이를 통해 흐를 때 액체 냉각제에 일정 정도의 저항 가열을 제공하도록 배열된 저항 소자가다. 탱크(701)는 초기 도면에 대해 전술한 바와 같이 필터(110) 및 인젝터(14)를 통하고 단열 라인(718)을 경유하여 도 1 및 도 2의 엔진과 같은 스플릿 사이클 엔진(100)의 압축 실린더(10)에 결합된다.
단열 라인(718)은 탱크(701)의 벽을 통해 연장되고, 탱크에 있는 액체 냉각제의 레벨이 낮아질 때에도 액체 냉각제를 여전히 추출할 수 있도록 탱크(701)의 바닥으로 아래로 연장된다. 단열 라인(718)이 탱크(701) 내부에서 단열될 필요가 없다는 것이 이해될 것이다. 단열 라인(718)은 탱크(701)를 충전하기 위한 밸브(705) 및 가스 복귀 밸브(707)를 통해 탱크에 결합된다. 탱크(701)는 탱크(701)에서의 압력이 위험한 레벨에 도달하지 않도록 2개의 압력 방출 밸브(709)를 더 포함한다. 도시된 예에서, 필터 장치(110)는 또한 2개의 압력 방출 밸브(711)를 포함한다. 압력 방출 밸브(709, 711) 중 하나는 장치의 정상 작동 압력으로 설정될 수 있고, 다른 하나는 정상 작동 압력보다 높지만, 예를 들어 최대 안전 작동 압력 미만으로 설정될 수 있다.
일부 예에서, 도 7에 도시된 바와 같이, 단열 라인(718)은 예를 들어 밸브(705)에 근접한 별도의 공급 라인(722)에 결합될 수 있지만, 다른 예에서 단열 라인(718)이 공급 라인으로서 작용할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 도 7에 도시된 예에서, 저장된 액체 냉각제(703)를 냉각하도록 탱크(701)에 저장된 액체 냉각제(703) 전체에 걸쳐서 스프레이 형태로 액체 냉각제(예를 들어, 전술한 복열 장치(30)로부터 회수된 액체 냉각제)를 분사하도록 작용할 수 있는 선택적인 스프레이 바(720)가 탱크 내부의 단열 라인(718)/공급 라인(722)에 또한 결합된다.
도 7에 도시된 탱크(701)의 배열은 어떠한 포획된 체적의 액체 냉각제도 존재하지 않도록 하며, 그래서 저장조(40)에서의 압력이 결코 대기압 이하로 되지 않는다. 일부 예에서, 예를 들어 라인(718) 상에 2개의 밸브가 병렬로 배열되어서, 하나가 얼면, 어떠한 포획된 체적의 액체 냉각제도 존재하지 않아서, 저장조(40)에서의 압력은 증가하지 않는다. 탱크(701)는 또한 열 누출 경로가 발생하는 횟수를 줄이고, 탱크(701)의 바닥 근처에서 액체 냉각제를 취하도록 배열된다.
도 8은 스플릿 사이클 엔진 장치, 예를 들어 전술한 스플릿 사이클 엔진 장치의 압축 실린더에서 물 및 액체 질소(예를 들어 액체 냉각제)의 도입에 의해 작업 및 질량이 얼마나 변하는지를 나타내는 그래프이다. 지점 A에서, LN2 또는 물은 추가되지 않는다. Y-축 교차의 시작점은 2개의 패밀리이다. 위의 A는 액체 질소(LN2)의 양이 물에서의 증가를 나타내는 각각의 라인과 함께 증가함에 따라서 압축기의 각각의 행정마다 압축된 질량 백분율이다. 각각의 경우에, 압축 실린더로 유입되는 공기량은 일정하다.
A 아래의 그래프는 물과 LN2의 질량에서의 동일한 증가를 예시하지만 특정 작업이 얼마나 변하는지를 도시한다. 스트로크 당 압축된 질량이 150%에 도달하지만, 어떠한 액체 질소 또는 물도 추가되지 않으면 이러한 것을 수행하는데 필요한 특정 작업이 단지 약 65-70%인 지점이 식별된다. 이러한 것은 압축 실린더로서 6-실린더 엔진이 엔진으로부터 완전히 제거되어, 마찰과 펌핑 손실을 감소시키는 동시에 종래의 6-실린더 엔진과 동일한 양의 특정 작업을 여전히 생성하는 것이 중요한 점이다.
이 시점에서, 02 분자 농도가 정상 공기의 65%로 감소된다는 것이 주목된다(표준 조건 하에서). 부하 지점에 의존하여, 더욱 큰 연료 부하를 촉진하기 위해 액체 공기를 사용하거나 또는 LN2 대신에 액체 산소를 추가하는 것이 필요할 수 있다. 전형적으로, 과량의 산소가 존재할 것이지만 엔진이 높은 수요를 겪을 때 보다 많은 산소를 추가하는 것이 필요할 수 있다.
일부 실시예에서, 압축 실린더(10) 내로 흡입된 공기는 먼저 인터쿨링될 수 있다. 이러한 것은 공기의 밀도를 증가시키지만, 압축 실린더(10)에서의 공기가 더욱 차가워짐에 따라서 열 손실(연소에 비효율적일 수 있는)을 초래한다. 엔진은 공기가 압축 실린더(10) 내로 유입되기 전에, 유입되는 공기가 액체 냉각제 중 하나, 예를 들어 물과 열 교환 관계에 있어서, 공기는 냉각되고 물은 압축 실린더(10) 내로의 분사 전에 웜업되도록 구성될 수 있다.
도 9는 압축 실린더 내로 흡입되는 공기 및 액체 냉각제로서 압축 실린더 내로 분사되는 물의 공급 온도를 변경하는 효과를 도시한다. 도 9에서, 압축 실린더(10) 내로 흡입되기 전에, 유입되는 공기는 물을 가열하도록 이를 이용하는 것에 의해 냉각된다. 더욱 차가운 공기를 제공하는 것에 의해, 공기 밀도가 증가하여 더욱 큰 질량의 공기가 압축 실린더(10)로 공급되는 것을 가능하게 한다. 더욱 큰 질량의 공기는 더욱 많은 산소를 포함하며, 이러한 것은 연소에 바람직할 수 있다. 도 9는 보다 차갑고/보다 높은 밀도의 공기를 사용할 때 스트로크 당 작동 유체의 더욱 큰 질량 백분율이 달성될 수 있다는 것을 보인다.
압축 실린더(10) 내로 더욱 많은 공기를 제공하고 및/또는 물을 웜업하는 효과는 압축 실린더(10)에서의 물의 비등 온도가 증가되도록 한다. 이러한 것은 물이 기화되기 전에 더욱 많은 열을 흡수하게 할 수 있다.
일반적으로 도면을 참조하면, 개략적인 기능 블록도는 본 명세서에서 설명된 시스템 및 장치의 기능을 나타내도록 사용된다는 것이 이해될 것이다. 그러나, 기능성은 이러한 방식으로 분할될 필요가 없으며, 다음에 설명되고 청구된 것 이외의 하드웨어의 임의의 특정 구조를 암시하도록 취해져서는 안된다는 것을 이해할 것이다. 도면에 도시된 요소 중 하나 이상의 기능은 본 발명의 장치 전체에 걸쳐서 추가로 세분화되고 및/또는 분배될 수 있다. 일부 실시예에서, 도면에 도시된 하나 이상의 요소의 기능은 단일 기능 유닛에 통합될 수 있다.
본 발명의 맥락에서, 사용되는 2개 또는 3개의 액체 냉각제에 대한 참조가 사용되었을지라도, 더욱 많은 액체 냉각제가 사용될 수 있음에 따라서, 이러한 것이 제한적인 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 이해되어야 한다. 추가적으로, 액체 냉각제는 압축 실린더(10) 내로 함께 분사되기 전에 사전 조합될 수 있거나, 개별적으로 분사될 수 있다. 컨트롤러(60)는 엔진의 수요 및 열역학적 변수에 기초하여 냉각제의 혼합물을 결정할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(60)는 압축 실린더(10)에 더욱 많은 산소가 추가되어야 한다고 결정할 수 있고, 따라서, 컨트롤러는 산소 수요가 충족될 선택된 비율로 산소 함유 냉각제와 다른 냉각제를 사전 혼합할 수 있다.
냉각제의 사전 혼합을 가능하게 하기 위해 컨트롤러(60)에 의해 제어 가능한 액체 냉각제 저장조 사이에 연결부가 있을 수 있다. 대안적으로, 인젝터는 2개의 유체 입구를 가질 수 있고, 컨트롤러(60)는 혼합물에서의 냉각제들의 선택된 비율을 충족시키도록 인젝터 내로의 각각의 유체의 유동을 제어할 수 있다. 따라서, 냉각제는 분사 전에 사전 혼합될 수 있으며, 혼합물은 선택된 비율로 존재하며, 이러한 것은 컨트롤러(60)에 의해 결정되고 제어될 수 있다.
일부 예에서, 하나 이상의 메모리 소자는 본 명세서에 설명된 동작을 구현하는데 사용되는 데이터 및/또는 프로그램 명령을 저장할 수 있다. 본 발명의 실시예는 본 명세서에서 설명되고 및/또는 청구된 방법 중 임의의 하나 이상을 수행하도록 및/또는 본 명세서에서 설명되고 및/또는 청구된 바와 같은 데이터 처리 장치를 제공하도록 프로세서를 프로그램하기 위해 동작 가능한 프로그램 명령을 포함하는 유형의 비일시적 저장 매체를 제공한다.
본 명세서에 개괄된 활동 및 장치는 프로세서에 의해 실행되는 소프트웨어 및/또는 컴퓨터 프로그램 명령과 같은 로직 게이트 또는 프로그램 가능한 로직의 어셈블리와 같은 고정 로직으로 구현될 수 있다. 다른 종류의 프로그램 가능한 로직은 프로그램 가능한 프로세서, 프로그램 가능한 디지털 로직(예를 들어, 필드 프로그램 가능한 게이트 어레이(FPGA), 소거 가능한 프로그램 가능 판독 전용 메모리(EPROM), 전기적으로 소거 가능한 프로그램 가능 판독 전용 메모리(EEPROM)), 애플리케이션 특정 통합형 회로, ASIC 또는 임의의 다른 종류의 디지털 로직, 소프트웨어, 코드, 전자 명령, 플래시 메모리, 광 디스크, CD-ROM, DVD ROM, 자기 또는 광학 카드, 전자 명령 저장을 저장하는데 적합한 기타 유형의 기계 판독 가능 매체 또는 그 임의의 적절한 조합을 포함한다.

Claims (51)

  1. 스플릿 사이클 내연 기관 장치(100)로서,
    연소 피스톤(22)을 수용하는 연소 실린더(20);
    압축 피스톤(12)을 수용하고, 상기 연소 실린더(20)에 압축된 유체를 제공하도록 배열되는 압축 실린더(10)로서, 상기 압축 실린더(10)는 제1 액체 냉각제 저장조(40) 및 제2 액체 냉각제 저장조(50)에 결합되는, 상기 압축 실린더(10); 및
    엔진과 관련된 적어도 하나의 파라미터의 표시를 수신하며, 상기 적어도 하나의 액체 냉각제가 압축 행정 동안 가스상으로 기화하고 상기 압축 행정에 의해 유발되는 온도에서의 상승이 상기 액체 냉각제에 의한 열의 흡수에 의해 제한되도록, 상기 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여, 상기 압축 실린더(10)로의 상기 제1 액체 냉각제 저장조(40)로부터의 제1 액체 냉각제와 상기 제2 액체 냉각제 저장조(50)로부터의 제2 액체 냉각제 중 적어도 하나의 전달을 제어하도록 배열된 컨트롤러(60)를 포함하는, 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 액체 냉각제는 냉동 공정을 통해 액체상으로 응축되는 액체 냉각제를 포함하며, 제2 액체 냉각제는 물을 포함하는, 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 액체 냉각제는 액체 질소를 포함하는, 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 항에 있어서, 상기 제1 액체 냉각제와 상기 제2 액체 냉각제 중 적어도 하나의 전달을 제어하는 것은:
    상기 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여 상기 압축 피스톤(12)의 위치에 대한 상기 제1 액체 냉각제와 상기 제2 액체 냉각제 중 적어도 하나의 전달의 타이밍을 제어하는 것;
    상기 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여 상기 제2 액체 냉각제에 대한 상기 제1 액체 냉각제의 전달 비율을 제어하는 것 중 적어도 하나를 포함하는, 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 항에 있어서, 상기 컨트롤러(60)는 상기 압축 실린더로의 상기 제1 액체 냉각제 및 상기 제2 액체 냉각제 모두의 전달을 제어하도록 구성되는, 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 항에 있어서, 상기 연소 실린더(20)는 상기 연소 실린더(20)에서의 연소 공정을 위한 연료 소스를 제공하기 위한 제3 액제 저장조(80)에 추가로 결합되는, 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 엔진과 관련된 상기 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여 상기 연소 실린더(20)로의 연료의 전달을 제어하도록 구성되는, 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 연소 실린더(20)로부터 방출된 배기(95)의 온도에 기초하여 상기 연소 실린더(20)로의 연료의 전달을 제어하도록 구성되는, 장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 컨트롤러(60)는 상기 연소 실린더(20)의 현재 작동 RPM에 기초하여 상기 연소 실린더로의 연료의 전달을 제어하도록 구성되는, 장치.
  10. 제6항에 있어서, 상기 컨트롤러(60)는 수요 신호를 수신하도록 구성되며, 상기 컨트롤러(60)는 수신된 수요 신호에 기초하여 상기 연소 실린더(20)로의 연료의 전달을 제어하도록 구성되는, 장치.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 표시는 수요 신호를 포함하며, 상기 컨트롤러(60)는 상기 수요 신호에 기초하여 상기 압축 실린더(10)로의 상기 제2 액체 냉각제 저장조(40)로부터의 상기 제1 액체 냉각제 및 상기 제2 액체 냉각제 저장조(50)로부터의 상기 제2 액체 냉각제 중 적어도 하나의 전달을 제어하도록 구성되는, 장치.
  12. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 적어도 하나의 파라미터는 물 포화 레벨을 포함하며, 상기 컨트롤러(60)는 물 포화 임계점에 도달하는 상기 물 포화 레벨에 응답하여 상기 제2 액체 냉각제에 대한 상기 압축 실린더(10)로의 상기 제1 액체 냉각제의 비율을 증가시키도록 구성되는, 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 컨트롤러(60)는 선택된 물 포화 임계점 아래에 있는 상기 물 포화 레벨에 응답하여 상기 제1 액체 냉각제에 대한 상기 압축 실린더(10)로의 상기 제2 액체 냉각제의 비율을 증가시키도록 구성되는, 장치.
  14. 제1항 내지 제3항 중 어느 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 파라미터는 상기 압축 실린더(10)에서의 온도를 포함하며, 상기 컨트롤러(60)는 선택된 온도 임계점 아래에 있는 상기 압축 실린더(10)에서의 온도의 표시에 응답하여 상기 압축 실린더(10)로의 상기 제1 액체 냉각제 및 상기 제2 액체 냉각제의 전달을 감소시키도록 구성되는, 장치.
  15. 제1항 내지 제3항 중 어느 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 파라미터는 상기 압축 실린더(10)에서의 압력을 포함하며, 싱기 컨트롤러(60)는 선택된 압력 임계점 아래에 있는 상기 압축 실린더(10)에서의 압력의 표시에 응답하여 상기 압축 실린더(10)로의 상기 제1 액체 냉각제 및 상기 제2 액체 냉각제의 전달을 감소시키도록 구성되는, 장치.
  16. 제1항 내지 제3항 중 어느 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 파라미터는 산소 포화 레벨을 포함하며, 상기 컨트롤러(60)는 선택된 산호 포화 임계점 아래에 있는 산소 포화 레벨의 표시에 응답하여 상기 압축 실린더(10)로의 상기 제1 액체 냉각제 및 상기 제2 액체 냉각제의 전달을 감소시키도록 구성되는, 장치.
  17. 제1항 내지 제3항 중 어느 항에 있어서, 상기 압축 실린더(10)는 공기의 유입을 위한 입구 포트(8)를 포함하며, 상기 컨트롤러(60)는 상기 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여 상기 제1 액체 냉각제 및/또는 상기 제2 액체 냉각제의 비율에 대한 상기 압축 실린더로부터 압축된하기 위해 상기 입구 포트(8)의 작동을 제어하도록 구성되는, 장치.
  18. 제1항 내지 제3항 중 어느 항에 있어서, 상기 압축 실린더(10)는 출구 포트(9)를 포함하며, 상기 연소 실린더(20)는 이로부터 압축된 유체를 수용하기 위하여 복열 장치(30)를 통해 상기 압축 실린더(10)의 출구 포트(9)에 결합되는 입구 포트(18)를 포함하며, 상기 복열 장치(30)는 상기 연소 실린더(20)로 전달되는 압축된 유체의 온도를 제어하도록 배열되며, 상기 적어도 하나의 파라미터는 상기 복열 장치(30)에서의 유체의 온도, 압력 또는 산소 농도 중 적어도 하나를 포함하는, 장치.
  19. 제1항 내지 제3항 중 어느 항에 있어서, 상기 연소 실린더(20)는 제3 액체 냉각제 저장조에 결합되고, 상기 컨트롤러(60)는 상기 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여 상기 엔진으로의 제3 액체 냉각제의 전달을 제어하도록 구성되는, 장치.
  20. 스플릿 사이클 내연 기관 장치(100)로서,
    연소 피스톤(22)을 수용하는 연소 실린더(20)로서, 상기 연소 실린더(20)는 상기 연소 실린더(20)에서의 연소 공정을 위한 연료 소스를 제공하기 위해 연료 저장조(80)에 결합되는, 상기 연소 실린더(20); 및
    압축 피스톤(12)을 수용하고 상기 연소 실린더(20)에 압축된 연료를 제공하도록 배열되는 압축 실린더(10)를 포함하며, 상기 압축 실린더(10)는 제1 액체 냉각제 저장조(40)로부터의 제1 액체 냉각제 및 제2 액체 냉각제 저장조(50)로부터의 제2 액체 냉각제를 수용하도록 배열되며, 상기 제1 액체 냉각제와 상기 제2 액체 냉각제 중 적어도 하나는 냉동 공정을 통해 액체상으로 응축되는 액체 냉각제는 포함하는, 장치.
  21. 삭제
  22. 스플릿 사이클 내연 기관 장치를 작동시키는 방법으로서,
    엔진과 관련된 적어도 하나의 파라미터의 표시를 수신하는 단계;
    상기 수신된 표시에 기초하여 상기 스플릿 사이클 내연 기관의 압축 실린더 내로 분사되는 제1 액체 냉각제 및 제2 액체 냉각제의 양을 결정하는 단계; 및
    적어도 하나의 액체 냉각제가 압축 행정 동안 그 가스상으로 기화하고 상기 압축 행정에 의해 유발되는 온도에서의 상승이 상기 액체 냉각제에 의한 열의 흡수에 의해 제한되도록, 상기 결정에 기초하여 상기 압축 실린더로의 상기 제1 액체 냉각제 및 상기 제2 액체 냉각제 중 적어도 하나의 전달을 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 제1 액체 냉각제는 냉동 공정을 통해 액체상으로 응축되는 액체 냉각제를 포함하며, 제2 액체 냉각제는 물을 포함하는, 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 제1 액체 냉각제는 액체 질소를 포함하는, 방법.
  25. 제22항 내지 제24항 중 어느 항에 있어서, 상기 제1 액체 냉각제와 상기 제2 액체 냉각제 중 적어도 하나의 전달을 제어하는 단계는:
    상기 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여 압축 피스톤의 위치에 대한 상기 제1 액체 냉각제와 상기 제2 액체 냉각제 중 적어도 하나의 전달의 타이밍을 제어하는 단계;
    상기 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여 상기 제2 액체 냉각제에 대한 상기 제1 액체 냉각제의 전달 비율을 제어하는 단계 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
  26. 제22항 내지 제24항 중 어느 항에 있어서, 상기 압축 실린더로의 상기 제1 액체 냉각제 및 상기 제2 액체 냉각제 모두의 전달을 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
  27. 제22항 내지 제24항 중 어느 항에 있어서, 상기 스플릿 사이클 내연 기관의 연소 실린더로의 연소 공정을 위한 연료 소스의 전달을 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  28. 제27항에 있어서, 상기 엔진과 관련된 상기 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여 상기 연소 실린더로의 연료의 전달을 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 연소 실린더로부터 방출된 배기의 온도에 기초하여 상기 연소 실린더로의 연료의 전달을 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
  30. 제27항에 있어서, 상기 연소 실린더의 현재 작동 RPM에 기초하여 상기 연소 실린더로의 연료의 전달을 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
  31. 제27항에 있어서, 수요 신호를 수신하는 단계, 및 수신된 수요 신호에 기초하여 상기 연소 실린더로의 연료의 전달을 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
  32. 제22항 내지 제24항 중 어느 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 표시는 수요 신호를 포함하며, 상기 방법은 상기 수요 신호에 기초하여 상기 압축 실린더로의 상기 제2 액체 냉각제 저장조로부터의 상기 제1 액체 냉각제 및 상기 제2 액체 냉각제 저장조로부터의 상기 제2 액체 냉각제 중 적어도 하나의 전달을 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
  33. 제23항 또는 제24항에 있어서, 상기 적어도 하나의 파라미터는 물 포화 레벨을 포함하며, 상기 방법은 물 포화 임계점에 도달하는 상기 물 포화 레벨에 응답하여 상기 제2 액체 냉각제에 대한 상기 압축 실린더로 전달되는 상기 제1 액체 냉각제의 비율을 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
  34. 제33항에 있어서, 선택된 물 포화 임계점 아래에 있는 상기 물 포화 레벨에 응답하여 상기 제1 액체 냉각제에 대한 상기 압축 실린더로의 상기 제2 액체 냉각제의 비율을 증가시키는 단계를 포함하는, 방법.
  35. 제22항 내지 제24항 중 어느 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 파라미터는 상기 압축 실린더에서의 온도를 포함하며, 상기 방법은 선택된 온도 임계점 아래에 있는 상기 압축 실린더에서의 온도의 표시에 응답하여 상기 압축 실린더로의 상기 제1 액체 냉각제 및 상기 제2 액체 냉각제의 전달을 감소시키는 단계를 포함하는, 방법.
  36. 제22항 내지 제24항 중 어느 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 파라미터는 상기 압축 실린더에서의 압력을 포함하며, 싱기 방법은 선택된 압력 임계점 아래에 있는 상기 압축 실린더에서의 압력의 표시에 응답하여 상기 압축 실린더로의 상기 제1 액체 냉각제 및 상기 제2 액체 냉각제의 전달을 감소시키는 단계를 포함하는, 방법.
  37. 제22항 내지 제24항 중 어느 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 파라미터는 산소 포화 레벨을 포함하며, 상기 방법은 선택된 산호 포화 임계점 아래에 있는 산소 포화 레벨의 표시에 응답하여 상기 압축 실린더로의 상기 제1 액체 냉각제 및 상기 제2 액체 냉각제의 전달을 감소시키는 단계를 포함하는, 방법.
  38. 제22항 내지 제24항 중 어느 항에 있어서, 상기 압축 실린더는 공기의 유입을 위한 입구 포트를 포함하며, 상기 방법은 상기 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여 상기 제1 액체 냉각제 및/또는 상기 제2 액체 냉각제의 비율에 대한 상기 압축 실린더로부터 압축된하도록 상기 공기 입구의 작동을 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
  39. 제22항 내지 제24항 중 어느 항에 있어서, 상기 압축 실린더는 출구 포트를 포함하며, 상기 연소 실린더는 상기 압축 실린더로부터 압축된 유체를 수용하기 위하여 복열 장치를 통해 상기 압축 실린더의 출구 포트에 결합되는 입구 포트를 포함하며, 상기 방법은 상기 연소 실린더로 전달되는 압축된 유체의 온도를 제어하도록 상기 복열 장치를 작동시키는 단계를 포함하며, 상기 적어도 하나의 파라미터는 상기 복열 장치에서의 유체의 온도, 압력 또는 산소 농도 중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
  40. 제22항 내지 제24항 중 어느 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여 상기 엔진으로의 제3 액체 냉각제의 전달을 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  41. 삭제
  42. 스플릿 사이클 내연 기관 장치(100)로서,
    연소 피스톤(22)을 수용하는 연소 실린더(20);
    압축 피스톤(12)를 수용하고, 상기 연소 실린더(20)에 압축된 유체를 제공하도록 배열되는 압축 실린더(10)를 포함하며;
    상기 압축 실린더(10)는 액체 냉각제 입구(14, 16)를 포함하며, 상기 액체 냉각제 입구(14, 16)는 액체 냉각제 유동 경로(120, 130)를 통해 액체 냉각제 저장조(40, 50)와 유체 연통하고, 액체 냉각제를 필터링하기 위한 필터(110)를 포함하며, 상기 필터(110)는 제1 부분(113) 및 제2 부분(115)을 포함하며, 상기 제1 및 제2 부분(113, 115)은 상기 제1 및 제2 부분이 액체 냉각제 유동 경로(120, 130)의 안팎에서 교체될 수 있도록 컨트롤러로부터의 제어 신호에 응답하여 교환 가능하도록 배열되는, 장치.
  43. 삭제
  44. 삭제
  45. 삭제
  46. 삭제
  47. 스플릿 사이클 엔진을 위한 액체 분사 시스템에서 액체로부터 고체 오염물을 제거하기 위한 필터 장치를 작동시키는 방법으로서,
    액체 입구로부터 필터링 요소의 제1 부분을 통해 액체 출구로 액체를 안내하는 단계;
    제어 신호에 응답하여, 상기 액체 입구로부터 상기 필터링 요소의 제2 부분을 통해 상기 액체 출구로 상기 액체를 안내하는 단계; 및
    상기 필터링 요소의 제2 부분을 통해 상기 액체를 안내하는 것에 응답하여, 상기 필터링 요소의 제1 부분으로부터 고체 오염물을 제거하도록 상기 필터링 요소의 제1 부분을 가열하는 단계를 포함하는, 방법.
  48. 삭제
  49. 스플릿 사이클 내연 기관 장치(100)로서,
    연소 피스톤(22)을 수용하는 연소 실린더(20);
    압축 피스톤(12)를 수용하고, 상기 연소 실린더(20)에 압축된 유체를 제공하도록 배열되는 압축 실린더(10)를 포함하며;
    상기 압축 실린더(10)는 액체 냉각제 입구(14, 16)를 포함하며, 상기 액체 냉각제 입구(14, 16)는 액체 냉각제 유동 경로(120, 130)를 통해 액체 냉각제 저장조(40, 50)와 유체 연통하고, 상기 액체 냉각제 저장조(40, 50)는 상기 압축 실린더(10)를 항하여 액체 냉각제의 일부를 구동하기 위해 상기 저장조(40, 50)에서 차동 압력을 생성하도록 배열되는 드라이버(29, 31)를 포함하는, 장치.
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