KR20020084083A - 연소 장치의 작동 방법 - Google Patents

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Abstract

내연 기관(10)과 같은 연소 장치의 작동 방법으로, 장치(10)는 1차 연소 공기용 유입 포트(15)를 갖는 적어도 하나의 연소실(11)과, 1차 공기와 연소하기 위한 1차 연료를 연소실(11) 내로 도입하기 위한 수단(19)과, 연소 생성물용 배기 포트(16)와, 대기로 연소 생성물을 배기하기 위한 배기 시스템(24)을 포함하고, 이러한 방법은 2차 공기를 배기 시스템(24) 내로 도입하는 단계와, 개질 연료를 제조하도록 배기 시스템 내의 촉매의 존재하에서 2차 공기와 연소 생성물이 기계적으로 작용하는 단계와, 1차 연료 및 1차 공기와 함께 연소시키기 위해 연소실(11) 내로 개질 연료를 도입하는 단계를 포함한다.

Description

연소 장치의 작동 방법 {METHOD OF OPERATING A COMBUSTION APPARATUS}
내연기관의 개선은 엔진의 동력 출력을 최대화하고, 연료 사용의 경제성을 달성하고, 유해 방출물의 감소에 초점을 맞추고 있다.
특히, 유해 방출물의 감소를 이루기 위한 경우에, 예컨대 엔진의 연소실 내에 개선된 연료/공기 혼합을 위해 제공하는 연료 분사 시스템을 개선함으로써 엔진 내에 연소를 개선하고, 그리고 예컨대 연소 생성물을 촉매 변환기에 통과시킴으로써 연소 생성물을 세정하는데 집중하고 있다.
촉매 변환기의 제공은 이러한 장치는 일단 고온 상태가 되면 최고 성능으로 작동하는 경향이 있기 때문에, 엔진이 최적의 작동 온도를 달성하지 않는 단기간의 일정 중에 이러한 촉매 변환기는 실질적으로 유익한 효과를 제공하지 못하는 문제를 발생한다. 더욱이, 이러한 변환기는 고가이며 쉽게 오염됨에 따라 주기적인 교체가 요구된다.
특허 출원 EP-A-0744006호에서, 미네랄 오일을 가열함으로써 얻어진 고발열치의 연료에 기초한 기화된 보조 탄화수소를 엔진의 연소실로 도입함으로써 연소를 개선하기 위한 장치가 제공된다. 따라서, 1차 연료가 엔진 내에서 연소된 효율은 증가되며, 이는 유해한 연소 방출물의 생성을 감소시키는데 효과를 갖는다.
특허 출원 EP-A-041831호에서, 정상 엔진 작동에서 발생하는 사이클 압력 변동 중에, 효과적인 배기 가스 방출을 제공하고 빨아들인 공기를 배기 포트를 통해 엔진의 연소실로 끌어들이기 위해 엔진의 배기 매니폴드 내로 비교적 세정된 공기의 도입을 허용하는데 적합한 배기 흡입기가 개시되어 있다.
본 발명은 연소장치의 작동 방법에 관한 것으로서, 특히 차량 등의 내연 기관으로 제한되지 않는다. 이러한 엔진은 일반적으로 1차 연소 공기용 입구 포트를 구비한 적어도 하나의 연소실, 1차 공기와 연소하기 위한 1차 연료를 연소실 내로 도입하기 위한 수단, 연소 생성물용 출구 포트, 및 연소 생성물을 대기로 배기하기 위한 배기 시스템을 포함한다. 1차 연료는 가솔린, 디이젤, 액화 천연 가스, 예컨대 임의의 다른 적합한 연료 또는 그 연료의 혼합물일 수 있다.
본 발명은 이제 첨부 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도1은 본 발명의 1차 및 2차 태양에 따라서 작동되는 엔진을 도시한 개략도이다.
도2는 본 발명의 방법에 사용하기 위한 배기 흡입기를 도시한 부분 분해 측 단면도이다.
도3은 본 발명의 방법에 사용하기 위한 2차 연료 장치를 도시한 측단면도이다.
본 발명의 제1 실시형태에 따라, 1차 연소 공기용 입구 포트를 구비한 적어도 하나의 연소실과, 1차 공기를 연소하기 위한 1차 연료를 연소실로 도입하기 위한 수단과, 연소 생성물용 배출 포트와, 연소 생성물을 대기에 배출하기 위한 배기 시스템을 포함하는 연소 장치의 작동 방법이 제공되며, 상기 방법은 배기 시스템 내로 보조 공기를 도입하는 단계와, 개량된 연료를 생성하기 위해 촉매의 존재하에서 배기 시스템 내의 연소 생성물 및 보조 공기를 기계식으로 작동시키는 단계와, 1차 연료 및 1차 공기를 연소시키기 위해 연소실 내에 개량된 연료를 도입시키는 단계를 포함한다.
바람직하게, 개량된 연료는 예컨대 생성 직후에 배기 포트를 거쳐 연소실 내에 도입되나, 개량된 연료는 이후 사용중에 수집 저장되어, 연소실 내에 1차 연료가 공급될 수 있음이 고려된다.
본 발명의 방법을 이용함으로써, 연소 효율에 있어 실질적인 개선이 달성될 수 있으며, 보다 세정된 배기 방출과 전력 출력의 개선이 얻어진다. 또한, 연료 효율과 전력 출력 사이를 타협하는 것이 요구되었던 개선된 엔진 설계 등의 종래의 안과는 달리, 본 발명을 이용함으로써, 이러한 타협은 필요하지 않다.
본 발명이 엔진에 적용되는 경우에, 본 발명은 엔진의 정상 작동중에 배기 시스템 내에 발생하는 압력 변동의 사이클 중에 발생하는 저압 또는 부분 진공 조건 중에 배기 시스템 내로 공기를 끌어당기는, EP-A-0041831호에 개시된 것과 유사한 배기 흡입기를 거쳐 배기 시스템으로 보조 공기를 도입하는 것을 포함한다. 그러나, EP-A-0041831호에서, 흡입기의 1차 기능은 배기 가스 방출 효율을 개선하기 위해 배기 시스템 내에서 발생하는 진공파를 약하게 하는 기능을 가지는 반면에, 본 발명의 방법에서, 배기 흡입기는 공기가 배기 시스템 내로 흡인되어 개량된 연료 생성을 최적화하기 위한 방식으로 압력 펄스에 의해 보조 공기 및 연소 생성물을 기계식으로 작동시키도록 전환된다.
일반적으로, 본 발명의 방법의 목적에 적합한 흡입기 수단은 스프링이 편의된 밸브 부재를 구비한 밸브, 밸브 부재가 밸브를 차단하도록 밸브 시트와 결합하도록 작동하는 스프링력, 및 보조 공기가 밸브를 통해 흡인되도록 하는 배기 시스템 내에 충분한 저압이 전개될 때 압도하는 스프링력을 포함한다. 본 발명의 성능을 위한 흡입기 수단의 전환은 개량된 연료를 생성하도록 배기 시스템 내에 존재하는 보조 공기 및 연소 생성물을 기계식으로 작동하도록 충분히 배기 시스템 내에 강력한 압력 펄스를 생성하기 위한 방식으로, 밸브가 엔진 사이클 중에 적절한 시간에서 소정의 저압 또는 부분 진공에 반응하도록 스프링 압력을 조절한다.
단일 연소실을 갖는 엔진의 경우에, 배기 출구 밸브 또는 피스톤에 의해 배기 포트가 완전하게 폐쇄되기 전에 내부의 공기를 공기 입구 포트를 통해 유도하도록 연소실 내에서 (단일) 피스톤이 이동됨으로써 배기 시스템에 낮은 압력이 발생될 때, 스프링은 밸브를 개방하도록 조정될 수 있고 피스톤의 유도 행정의 개시시에 2차 공기가 배기 시스템으로 유입될 수 있게 한다는 것이 이해될 것이다. 다중 연소실 엔진에서, 각각의 피스톤이 상이한 행정 위치에 있는 경우에, 밸브는 피스톤들 중의 하나 또는 모두가 다른 행정 위치에 있을 때 배기 시스템 내에 낮은 압력이 발생되도록 반응할 수 있다.
그 또는 각각의 연소실로 유도된 1차 공기에 대해 본 명세서에서 참조되고 있는 바는 터보 또는 다른 1차 공기 도입 수단에 의해 연소실 또는 연소실들로 도입되는 공기를 포함함이 이해될 것이다.
흡입기는 전형적으로 비가연성 탄화수소, 산화질소 가스(통상적으로 "NOx"로 알려짐), 이산화탄소, 일산화탄소 및 물(대개는 증기 형태임)을 포함하는 2차 공기 및 연소 생성물과, 보충 연료를 만족스럽게 제공할 수 있는 메탄올 및 수소 가스 중 하나 또는 양자를 포함하는 개질 연료로부터 생산되도록 조절될 수 있다. 본 발명에 따라 엔진을 조작함으로써, 종국적으로 배기 시스템으로부터 대기로 방출되는 배기 가스에서 비가연성 탄화수소, NOx 및 일산화탄소의 양이 현저하게 감소되는 것으로 판명되었고 생성된 이산화탄소의 양도 크게 줄어들었다.
양호하게는, 흡입기가 적어도 부분적으로 제조되는 재료, 예컨대 구리와 같은 재료에 의해 촉매가 제공되고, 바람직하게는 2차 연료 생성을 향상시키는데 특히 양호한 세륨이 흡입기 근처에 제공될 수 있다.
그 장치가 엔진인 경우, 배기 출구 밸브 또는 피스톤에 의해 배기 포트가 완전하게 폐쇄되기 전에 피스톤이 그 다음의 유도 행정을 개시할 때 그 피스톤의 배기 행정의 말미에서 배기 포트에 일부의 진공이 제공됨으로써 엔진의 그 또는 각각의 연소실 내로 개질 연료가 도입될 수 있다.
따라서, 개질 연료는 그 다음의 유도 단계 중에 엔진으로 유도 또는 분사된 1차 연료 및 1차 공기와 동시에 연소실에서 연소된다.
연소 장치가 배기 포트를 각각 갖는 다수의 연소실을 구비하는 경우, 배기 포트들은 배기 매니폴드로 각각 개방될 수 있고, 여기서 2차 공기를 배기 시스템으로 도입하는 흡입기 또는 다른 수단이 설치될 수 있다.
본 발명의 방법은 배기 시스템에서 연소 생성물 및 2차 공기에서 기계적으로 작용함으로써 얻어진 개질 연료를 1차 연료와 연소하도록 연소실로 공기가 도입되는 입구 매니폴드로 도입하는 단계를 포함할 수 있다.
이것은 배기 포트 및 입구 포트가 충분하게 폐쇄되지 않는 동안에 연소실로부터 입구 매니폴드에서 공기 또는 공기/연료 혼합물과 혼합되는 입구 매니폴드로 통과하도록 1차 공기 및 유도 또는 분사 1차 연료와 함께 연소실로 의 일련의 도입을 위해 배기 포트를 통해 연소실로 개질 연료가 도입될 수 있게 함으로서 달성될수 있다.
전술한 본 발명의 주요 태양에 따라 본 장치를 조작하는 것 외에, 본 발명의 방법은 장치의 연소실로 예를 들어 EP-A-0744006의 장치를 사용하여 미네랄 오일을 가열함으로써 얻어지는 고발열치 연료인 기화된 2차 탄화수소를 도입하는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다.
전형적인 미네랄 오일은 예컨대 영국 표준 245에 따를 수 있다.
미네랄 오일은 전기적으로 그리고/또는 엔진에 의해 생성된 고온 배기 가스와의 열교환에 의해 가열될 수 있다.
1차 연료 및 1차 공기와 함께 연소되는 고발열치 연료를 기초로 한 기화된 2차 탄화수소를 엔진 또는 다른 연소 장치에 도입함으로써, 엔진은 낮은 온도에서 조작될 수 있고 그 결과 연소중에 생성된 특히 NOx의 양이 최소화됨을 알게 되었다.
연소 장치는 예컨대 연소실 내의 연료 연소가 스파크에 의해 개시되는 엔진 또는 연소가 연소실 내의 가스의 압축에 의해 유발된 열 또는 디젤 엔진을 보조하는 스파크에 의해 개시되는 디젤 사이클 엔진과 같은 내연기관일 수 있다.
스파크 점화 엔진의 경우에, 1차 연료가 분사에 의해 도입되는 경우에 고발열치를 기초로 한 기화된 2차 탄화수소가 유도 공기와 함께 도입될 수 있을 지라도, 1차 연료는 고발열치 연료를 기초로 한 기화된 2차 탄화수소와 함께 연소실 내로 도입 및/또는 분사될 수 있다.
각각의 경우에, 본 발명의 성능이 엔진의 동력 출력을 개선시키고, 연료 사용의 경제성을 향상시키고 유해한 방출을 감소시키는 것으로 판명되었다.
본 발명의 제2 태양에 따르면, 본 발명은 적어도 하나의 연소실을 갖는 연소 장치를 본 발명의 제1 태양에 따른 조작을 위해 개조하는 방법을 제공하는데, 상기 방법은 배기 시스템내로 2차 공기를 도입하기 위한 수단을 갖는 연소 장치를 제공하는 단계와, 개질 연료를 생성하도록 촉매의 존재 하에서 배기 시스템 내의 연소 생성물 및 2차 공기를 기계적으로 작용시키는 수단과 1차 연료 및 1차 공기와 함께 연소되도록 배기 포트를 통해 장치의 연소실로 2차 연료를 도입하기 위한 수단을 제공하는 단계를 포함한다.
따라서, 본 발명은 예컨대 배기 배출물을 정화하기 위해 제공되는 종래의 촉매 변환기는 변환기를 수용하기 위해 제공된 공간을 보장하고 변환기와 엔진이 함께 만족스럽게 작동하는 것을 보장하기 위해 예컨대 차량 제작자에 의해 초기 장비로써 제공되야 하는 까닭에 용이하게 엔진을 개선하기에 알맞다. 그러나, 바람직하게 차량은 제작 과정 동안 본 발명을 수행하도록 구성될 수 있다.
본 발명을 수행하기 위한 엔진은 채용된 엔진 제어 종류에 따라 미리 촉매 변환기를 포함하고, 엔진의 안적한 작동을 보장하기 위한 단계가 요구된다. 예컨대, 엔진 제어가 소위 말하는 "개방 루프(open-loop)", 즉, 차량의 엔진 처리 시스템이 실질적으로 촉매 변환기의 작동과 독립적으로 작동되는 것에서, 본 발명의 2차 태양의 방법이 다른 추가적인 단계를 필요로 하지 않고 수행될 수 있다. 그러나, 엔진 제어가 엔진 처리 시스템으로의 입력이 촉매 변환기와 관련된 센서로부터 제공되는 소위 "폐쇄 루프(closed-loop)"에서, 상기 방법은 본 발명의 1차 태양의방법의 성능이 엔진 처리 시스템의 성능에 악영향을 주지 않도록 촉매 변환기의 센서를 무력화하거나 엔진 처리 시스템을 재 프로그래밍하는 것을 포함할 수 있다.
촉매 변환기는 엔진 내에서 연소되는 짙은(rich) 연료/공기 혼합기로 가장 만족스럽게 작동하는 것이 바람직할 것이다. 소위 말하는 "폐쇄 루프" 엔진 처리 시스템으로써, 촉매 변환기와 관련된 센서는 연소 생성물 내의 불연소 연료 및 일산화탄소의 양을 감지하고, 엔진 처리 시스템은 촉매 변환기의 최적의 성능을 위한 초기 연료/공기 혼합기의 농도를 설정한다. 본원 발명을 사용하면 불연소 탄화수소 및 일산화탄소가 개질 연료의 제공시에 소진되기 때문에, 변경되지 않은 폐쇄 루프 엔진 처리 시스템은 초기 연료/공기 혼합기의 농도를 증가시키기 위해 과도하게 센서에 응답할 수도 있다.
도1을 참조하면, 엔진(10)은 하나 이상의 연소실(11)을 가진다. 본 예에서엔진(10)은 그 연소실(11)이 그 내부에서 피스톤(12)이 왕복하는 실린더인 왕복형이다. 그렇지만 본 발명은 예컨대 로터리 엔진과 같은 다른 종류의 내연 기관에도 적용 가능하다.
상기 또는 각 연소실(11)은 본 예에서는 피스톤(12) 운동에 의한 단순 유도에 의해서나 또는 보조 터보에 의해 초기 연소 공기가 유도되는 입구 포트(15) 및 배기 출구 포트(16)를 가진다. 본 예에서의 입구 및 출구 포트(15, 16) 양자는 모두 전형적으로 엔진 사이클에 따라서, 즉, 캠축으로부터 구동되는 작동 로드에 의해 개방 및 폐쇄되도록 제어되는 각각의 밸브(17, 18)의 작동에 의해 개방되고 폐쇄된다.
본 예에서, 엔진은 연소를 위한 초기 연료가 연료 분사 장치(19)에 의해 엔진 내로 분사되고, 실린더 내에서 공기가 압축되면서 발생된 열에 의해 점화되는 디젤 엔진이다. 다른 예에서, 초기 연료의 점화는 보조 불꽃으로써 달성될 수 있으며, 특별히 가솔린 불꽃 점화 엔진의 경우에는, 초기 연료가 초기 공기를 따라서 연소실(11) 내로 유도될 수 있다.
초기 공기는 입구 매니폴드(20)로부터 연소실 내로 유도될 수 있다. 물론 엔진(10)이 복수 개의 연소실(11)을 가지는 곳에서, 각각을 위한 입구 포트(15)는 입구 매니폴드(20)에 연결될 수 있다. 공기는 본 기술 분야에서 공지되어 있는 바와 같이, 공기 입구(21)로부터, 공기 필터 등을 경유하여 입구 매니폴드(20)로 제공되고, 또는 공기는 터보 장치 등을 경유해서 제공될 수 있다.
상기 또는 각 배기 출구 포트(16)는 배기 시스템(24)의 배기 매니폴드(23)에연결된다. 다시 다중 연소실(11) 엔진의 경우에, 각 연소실(11)에 대한 출구 포트(16)가 배기 매니폴드923)에 연결될 수 있다. 연소 가스는 아마도 촉매 변환기(25)를 경유해서, 배기 매니폴드로부터, 대기 중으로 지나갈 것이다.
본 발명에 따라서, 2차 공기를 배기 시스템(24)으로 유도하기 위한 수단이 제공되며, 본 경우에서, 이는 이하에 도2를 참조하여 보다 상세하게 설명되는 흡입기 장치(26)이고, 이 흡입기(26)는 또한 배기 가스 및 유도된 2차 공기를 배기 시스템(24) 내에 또한 제공하고, 기계적으로 배기 가스 및 2차 공기가 개질 연료를 제공하도록 동작하도록 구성된다. 그 후 개질 연료는 이하 본 명세서에서 설명된 바와 같이 연소실(11) 내로 피드백되고, 이어서 초기 연료를 따라서 연소실(11)내에서 연소된다.
피스톤(12)이 연소실 내에서 배기 행정을 수행한 직후, 즉 도면에 도시된 바와 같이 상향으로 운동한 직후에 배기 출구 포트(16)가 개방되는 동안에, 피스톤(12)은 하향으로 이동되고, 적어도 초기 공기가 다시 연소실(11) 내로 유도될 수 있게 되며 입구 포트(15)가 개방된 후에 이어서, 입구(15) 및 출구(16) 포트가 동시에 열리게 되는 짧지만 제한된 주기가 있는 것이 바람직할 것이다. 이 주기 동안, 감소된 압력 또는 부분 진공이 출구 포트(16)에 생길 것이며 그 결과로 배기 시스템(24)으로부터의 가스는 입구(15) 포트로부터의 추가 공기를 따라서 연소실(11) 내로 후퇴될 것이다. 따라서, 배기 가스가 개질 연료를 포함하는 곳에서는 개질 연료는 연소실(11) 내로 유도될 것이다.
또한, 개질 연료의 아주 적은 양은 연소실(11)을 통해 입구 포트(15)로 통과할 수 있고, 그럼에도 불구하고 유동은 대향 방향으로 퍼질 것이며, 개질 연료의 아주 적은 양은 1차 공기를 혼합하기 위해 입구 매니폴드(20)로 통과할 수 있다. 그러므로, 연소실(11)로 이어서 주입되는 1차 공기는 개질 연료의 아주 적은 비율을 포함할 수 있다.
또한, 도1은 연소실 내로 2차 공기와 함께 주입하기 위한 2차 고발열치의 무화된 연료가 입구 매니폴드(20) 내로 도입 가능한 것에 의한 장치(30)가 도시되어 있다.
이제 도2를 참조하여, 2차 공기가 배기 시스템(24)으로 주입되기에 적합한 흡입기(26)가 도시된다. 흡입기(26)는 2차 공기 및 연소 생성물로부터 생성된 개질 연료를 최대화한다.
흡입기(26)는 흡입기(26)가 배기 매니폴드(23)에 편리하게 부착되도록 수형 나사산 보스를 갖는 한 단부, 즉 도2에서 지시된 하단부에 제공될 수 있는 튜브(32)를 포함하지만, 그렇지 않으면 매니폴드(23) 및 흡입기(26)는 연결되도록 배열될 수 있다.
튜브는 양호하게는 개질 연료 생성을 증진시키는 구리와 같은 촉매 재료로 만들어지고, 바람직하게는, 세륨 또는 다른 높은 수치를 갖고 더욱 효과적인 촉매 물질은 배기 시스템(24)에서 개질 연료의 생성을 증진시키도록 존재할 수 있다.
튜브(32)의 대향 단부(34)에서, 도2에서 도시된 바와 같이 상부에 밸브(35)가 제공된다. 밸브(35)는 이러한 실시예에서 버섯형 캡의 형태인 하우징(37)이 수용된 밸브 시트(36)를 포함한다. 볼(40)인 경우에 밸브 부재는 일반적으로 밸브를폐쇄하고 공기가 밸브(35)에서 튜브(32)로 통과하지 못하도록 볼(40)을 수용하기위한 형상을 갖는 밸브 시트(36)와 결합하도록 스프링(41)에 의해 볼(40)을 가압한다. 그러나, 스프링(41)이 약하고 튜브(32) 내에서 저압 또는 부분적으로 진공의 경우에, 스프링(41)의 힘은 압도되어 볼(40)은 밸브 시트(36)로부터 제거되어 공기가 밸브(35), 튜브(32) 및 배기 시스템을 통해 빠져나간다.
흡입기(26)는 밸브(35)가 엔진 싸이클에서 적당한 위치에 2차 공기 입구를 최대화하도록 개방되도록 스프링(41) 압력을 설정함으로써 개질 연료 생산을 최대화하도록 할 수 있다. 또한, 일반적으로 스프링(41) 및 밸브(35) 구조는 2차 공기가 밸브 개방 및 폐쇄와 함께 강한 펄스로써 도입되도록 된다. 따라서 펄스가 생성되어 연소실(11)속으로 상술된 바와 같이 입구된 수소 가스 및 메탄올과 같은 전형적인 연료를 형성하도록 연소 생성물 및 촉매 물질의 존재에 대해 배기 시스템(24)에서 2차 공기 상에 기계적으로 작용한다.
다른 흡입기(26) 구조는 확실히 가능하다. 예를 들어, 밸브(35) 구조는 볼형 밸브 부재(40)를 제외한 다른 구조, 예를 들면 흡입기(16)가 개질 연료 생성을 최대화하도록 구성된 밸브 시트(36)를 갖는 디스크형 밸브 부재와 통합될 수 있다. 도1에서, 튜브(32)는 굴곡되어 도시되어 있고, 한편 도2에서 튜브(32)는 직선이다. 튜브(32)는 차량의 엔진 격실 내에 끼워지도록 구부려질 수 있다.
실시예에서, 전형적으로 튜브는 약 30 Cm 길이 이고, 전형적으로 밸브(35)는 5 Cm길이이다. 튜브(32) 직경은 통상적으로 약 0.79 Cm이다.
흡입기(16)의 작동은 피스톤(12)이 입구(15) 및 배기 포트(16)가 개방된 스트로크의 상부에 있을 때, 저압 및 부분적인 진공이 필수적으로 야기되도록 밸브를 개방하는 것을 허용하기 위해 2차 공기가 배기 시스템(24) 내로 빠져나가는 것이 발생되는 것이 특히 단일 연소실(11) 엔진(10)을 참조하여 설명된다. 다중 연소실(11) 엔진(10)에서, 모든 피스톤(12)은 동시에 다른 위치에 있을 것이고, 엔진(10)의 균형을 맞추기 위해, 흡입기(26)의 밸브(35)는 입구(15) 및 배기 포트(16)가 개방된 그 스트로크의 상부에서 임의의 연소실(11)의 피스톤(12)과 일치하지 않는 시간에 개방되도록 배열될 것이다. 다중 연소실(11) 엔진(10)에서, 배기 시스템(24)에서의 압력은 복잡한 패턴에 따라 변화할 것이다. 그럼에도 불구하고, 흡입기(26)의 밸브(35)는 설정된 저압 또는 부분 진공이 배기 시스템(24)에서 겪게될 때 스프링(41)의 힘에 대해 개방하도록 배열될 수 있다. 그러므로, 2차 공기/개질 연료는 배기 시스템(24) 내에 존재하지만, 다음에 각각의 피스톤(12)이 입구(15) 및 배기 포트(16)이 개방된 그 스트로크의 상부에 있을 때 연소실(11)로 도입된다. 그러므로 배기 시스템(24)으로 2차 공기의 도입이 요구되는 저압 또는 부분적으로 진공은 연소실(11)로 주입되도록 개질 연료에 요구되는 연소실(1)의 배기 배출 포트(16)에 국부적으로 겪은 저압 또는 부분 진공과 일치하지 않는다.
이제 도3을 참조하여, 2차 탄화수소 기반의 고발열치 무화 연료가 1차 공기를 따라 연소실(11 또는 챔버)로 주입될 수 있는 장치(30)의 한 예가 도시된다.
장치(30)는 탄화수소계 유체 연료를 그 안에 구비하는 것으로, 영국 표준 245에 부합되는 저장조(50)를 포함한다. 용기(50)는 필러 캡(51)을 통해 유체 연료로 충전될 수 있고, 계심봉(52)은 용기(50) 내의 유체 연료 레벨이 용이하게 결정될 수 있도록 구비될 수 있다.
저장조(50) 내에는 장형이며 내향으로 연장된 전기 가열 요소(55)가 나사식 보스(5)를 통해 장착된다. 보스(56)는 나사식으로 형성되고, 용기(50)와의 밀봉 결합부 또는 적어도 그 바닥벽(57)이 밀봉 결합부이고, 부조립체(59)용 장착부(58)를 제공한다. 부 조립체(59)는 일단부(62)에서 하우징(60)을 통해 용기(50) 내의 유체 연료의 레벨 위의 공간(65) 안으로 개방되는 코일형 튜브(61)가 구비된 원통형 하우징(60)을 포함하고, 하단부(64)에서는 하우징(60)을 통해 유체 연료 레벨 아래로 개방된다.
전기 요소(55)가 가동될 때, 전류를 통과시킴으로써, 코일 튜브(61) 내의 유체 연료는 가열되어 증발된다. 증발 연료는 유체 연료 레벨 위의 공간(65)을 통과하여 출구(66)를 통해 엔진(10)의 입구 매니폴드(20)로 통과한다. 따라서, 주로 공기를 갖는 증발된 연료는 연소실(11)로 이동한다.
하우징(60) 내의 코일형 튜브(61) 주위에는 절연부(63)가 있어 코일형 튜브(61)의 유체 연료만 가열된다. 또한, 코일형 튜브(61)는 작은 직경이 필수적이어서 확실하게 차단하기 때문에, 부조립체(59)는 장착물(58)을 나사결합을 해제시킴으로써 용기(50)로부터 제거될 수 있다. 용기(50)에 대해 부조립체(59)를 밀봉하기 위해, 상기 부 조립체는 사용되고 있고 제2 장착부(58)를 통해 용기에 나사식으로 결합되고, 용기(50) 내의 부조립체(59)의 제거 및 삽입을 용이하게 하기 위해 마디링(knurled ring; 70)과 같은 몇몇 수단을 포함할 수 있다.
제2 연료 장치(50)의 다른 구조에서, 전기 가열기(55) 대신 또는 그에 부가하여 예로써, 엔진(10)에 의해 발생된 고온 배기 가스와 같은 다른 가열 공급원에 의해 유체 연료가 가열되어 증발되게 하는 수단이 구비될 수 있다.
현존하는 엔진(10)이 배기 매니폴드(23) 내의 개선 연료 생산에 협조하는 흡입기(26)를 제공함으로써, 바람직하게는 결합하여 작동한다고 설명된 장치(50)와 같은 장치를 제공하는 제2 연료를 제공함으로써 본 발명을 수행하도록 적용될 수 있다.
배기 시스템(24)은 본 발명의 수행을 위해 엔진에 적용될 때, 수동 장치 또는 능동 장치에 따라 촉매 변환기(25)를 포함하고, 부가적인 단계가 수행될 필요가 있다.
예로써, 촉매 변환기(25)는 배기 가스 내의 불연소 탄화수소 및 탄소 일산화탄소의 농도를 표시하는 엔진 관리 시스템(81)에 입력값을 제공하는 센서(80)를 포함하고, 상기 엔진 관리 시스템은 통상적으로 주 연료/공기 혼합물의 리치니스(richness)를 촉매 변환기(25)가 보다 효과적으로 작동할 수 있는 레벨로 세팅함으로써 응답한다. 본 발명이 수행될 때, 배기 가스 내의 불연소 탄화수소와 일산화탄소의 레벨은 상기 방법으로써 감소되고, 센서(80)는 무력하게 할 필요가 있고, 다시 프로그램된 엔진 관리 시스템(81)은 주연료/공기 혼합물의 리치니스가 과도하게 증가하지 않는 것을 보장한다.
제2 연료 장치(50)가 간격식으로 작동만 하는 엔진에서, 센서(80)가 사용될 수 있거나 또는 다른 센서가 구비될 수 있어, 제2 연료 장치(50)가 작동 또는 비 작동하게 함으로써 즉, 전기 가열 요소(55) 또는 다른 가열 수단의 온(on) 또는 오프(off)로 절환시킴으로써 발생하는 특정 엔진 상태에 따라 입력값을 엔진 관리 시스템(81)을 제공한다.
상기 장치는 다양한 변경이 가능하며, 본 발명의 방법 역시 다양하게 수행될 수 있다.
예로써, 상기 설명한 일 예에서, 변형된 제2 연료는 주 연료와 함께 연소하기 위해 배기 포트를 통해 연소실로 유입된다. 특히, 변형된 연료의 초과가 발생하게 될 때, 초과된 것들은 수집되어 저장되고 이후 배기포트를 통하지 않고 주 연료와 함께 연소실로 유입하게 된다.
본 발명은 내연기관에 적용가능한 것은 아니며, 보일러 또는 노(爐)와 같이 변형된 연료가 통과하여 유입될 수 있는 배기 포트를 구비한 연소실을 갖는 다른 내연 기관에 적용할 수 있다.

Claims (15)

1차 연소 공기용 입구 포트(15)를 갖춘 하나 이상의 연소실(11)과, 1차 공기와 연소하기 위한 일차 연료를 연소실 내로 도입하는 수단(19)과, 연소 생성물용 배기 포트(16)와, 연소 생성물을 대기로 배출하기 위한 배기 시스템(24)을 포함하는 연소 장치(10)를 작동하기 위한 방법이며,
2차 공기를 배기 시스템(24) 내로 도입하는 단계와,
개질 연료를 생산하도록 촉매 앞에 있는 배기 시스템(24) 내의 연소 생성물 및 2차 공기 상에 기계적으로 작용하는 단계와,
1차 연료 및 1차 공기를 갖춘 연소를 위하여 연소실(11) 내로 개질 연료를 도입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 개질 연료는 배기 포트(16)를 거쳐 연소실(11)로 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 연소 장치(10)는 내연 엔진이고 2차 공기는 엔진(10)의 정상 작동 중 배기 시스템(24)에 발생하는 압력 변화 사이클 동안 발생하는 저압 또는 부분 진공 중에 공기를 배기 시스템(24) 내로 끌어들이는 배기 흡입기(26)를 거쳐 배기 시스템(24) 내로 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
제3항에 있어서, 배기 흡입기(26)는 배기 시스템(24) 내로 공기를 끌어들이고 개질 연료 생성을 최적화하는 방식으로 압력 펄스 수단에 의한 연소 생성물 및 2차 공기 상에 기계적으로 작동하도록 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.
제3항 또는 제4항에 있어서, 흡입기(26)는 스프링 기반 밸브 부재(40)를 갖춘 밸브(35)를 포함하고, 스프링(41)의 힘은 밸브 부재(40)를 밸브(35)에 근접하도록 밸브 시트(36)와 결합되게 압박하는 작용을 하고, 개질 연료가 생성되도록 촉매 앞의 배기 시스템(24)에 존재하는 2차 공기 및 연소 생성물 상에 적당히 기계적으로 작용하도록 배기 시스템(24) 내에 강한 압력 펄스를 생성시키는 방식으로, 충분히 낮은 압력이 배기 시스템(24) 내에 생성되면 스프링(41)의 힘이 극복되어 2차 공기가 스프링(41)을 조정함으로써 조절되어지는 흡입기(25) 및 밸브(35)를 통해 안으로 끌어들여지게 되고, 밸브(35)는 엔진 사이클 중 적절한 때에 원하는 저압 또는 부분 진공에 응답하는 것을 특징으로 하는 방법.
상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 개질 연료는 메탄올 및 수소 가스 중 하나 또는 모두를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 촉매는 흡입기(26)가 적어도 부분적으로 만들어지는 재료에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 연소 장치는 왕복 피스톤 엔진(10)이고, 배기 포트(16)가 배기 출구 밸브(18) 또는 피스톤(12)에 의해 완전하게 폐쇄되기 전에 피스톤(12)이 그 다음 도입 행정을 수행함에 따라, 개질 연료는 그 피스톤의 배기 행정의 마지막에 배기 포트(16)에 형성되는 부분 진공의 결과로서 엔진(10)의 각 연소실(11) 내로 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 연소 장치(10)는 각각 배기 포트(16)를 갖는 다수의 연소실(11)을 갖고, 배기 포트는 각기 배기 매니폴드(23)로 개방되고, 배기 시스템(24) 내로 2차 공기를 도입하기 위한 수단이 위치되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.
상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 공기가 1차 연료와의 연소를 위하여 연소실(11)로 도입되는 입구 매니폴드(20) 내로, 배기 시스템(24) 내의 연소 생성물 및 2차 공기 내에 빼내어지도록 기계적으로 작용함으로써 얻어진 개질 연료를 도입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 오일을 기화시키도록 장치(10)에 의해 생산된 뜨거운 배기 가스의 열 교환 및/또는 전기적으로 미네랄 오일을 가열함으로써 얻어지는 기화된 2차 탄화수소계 고발열치 연료를 장치(10)의 연소실(11) 내로 도입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제11항에 있어서, 연소 장치(10)는 불꽃 점화 엔진이고 1차 연료는 기화된 2차 탄화수소계 고발열치 연료와 함께 연소실(11) 내로 유도 및 또는 분사되는 것을 특징으로 하는 방법.
제11항에 있어서, 연소 장치(10)는 1차 연료가 분사에 의해 도입되는 종류의 엔진이고, 기화된 2차 탄화수소계 고발열치 연료는 유도 공기로 도입되어지는 것을 특징으로 하는 방법.
상기 항들 중 어느 한 항에 따라 작동시키기 위해 적어도 하나의 연소실(11)을 갖춘 연소 장치(10)를 구성하는 방법이며,
2차 공기를 배기 시스템(24) 내로 도입하는 수단을 연소 장치(10)에 제공하는 단계와, 개질 연료를 생성하기 위해 촉매 앞에 배기 시스템(24) 내의 연소 생성물 및 2차 공기에 기계적으로 작용하는 수단(26) 및 1차 연료 및 1차 공기의 연소를 위한 배기 포트(16)를 거쳐 장치(10)의 연소실(11) 내로 2차 연료를 도입하는 수단을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제14항에 있어서, 연소 장치(10)는 촉매 교환기(25)를 포함하도록 구성되어지는 자동차용 엔진이고, 그 엔진 관리 시스템(81)에는 엔진 제어를 실행하는 촉매 교환기(25)와 연결된 센서(30)로부터의 입력이 제공되며, 촉매 교환기의 센서(80)를 작동 못하게 하거나 엔진 관리 시스템(81)을 다시 프로그래밍하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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