KR20040047411A - 내연기관의 조연성분 물질 공급장치 - Google Patents

내연기관의 조연성분 물질 공급장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내연기관의 조연성분 물질 공급장치에 관한 것으로서, 소정 압력의 공기를 선택적으로 배출시킬 수 있는 공기 공급원; 상기 공기 공급원으로부터 공급되는 공기 중의 수분과 불순물을 흡착 제거시키고 실질적으로 공기의 산소 함량을 증가시키기 위해, 상기 공기 공급원과 연결된 필터링 유니트; 메탄올 및 에탄올계의 연소 촉진연료를 수용 가능한 연료탱크를 가지며, 상기 연소 촉진연료를 일정 압력으로 압출시킬 수 있는 촉진연료 공급유니트; 상기 필터링 유니트를 통과한 순수 공기와 상기 촉진연료 공급유니트로부터 공급된 액상의 연소 촉진연료를 혼합할 수 있도록 상기 필터링 유니트와 촉진연료 공급유니트에 각각 연결된 에어/촉진연료 혼합유니트; 상기 에어/촉진연료 혼합유니트에서 혼합된 기액 상의 혼합물을 소정 온도로 가열하여 기화시키기 위해, 상기 에어/촉진연료 혼합유니트와 연결된 가열유니트; 및 상기 가열유니트에 의해 기화된 증기 혼합물을 흡기 다기관의 공기 통로로 분사시킬 수 있도록 상기 가열유니트와 흡기 다기관의 공기 통로 사이에 설치된 분사유니트를 구비한다.

Description

내연기관의 조연성분 물질 공급장치 {Apparatus for supplying auxiliary fuel of internal-combustion engine}
본 발명은 내연기관의 조연성분 물질 공급장치에 관한 것으로서, 상세하게는 수분 및 불순물이 제거되고 산소 함량이 부화된 순수 공기와 액상의 연소 촉진연료가 혼합된 혼합물을 기화시켜 엔진의 흡기 다기관에 양을 선택적으로 조절하면서 공급시킬 수 있는 내연기관의 조연성분 물질 공급장치에 관한 것이다.
일반적으로, 가솔린이나 디젤 내연기관은 연소실 내에서 연료와 공기가 혼합된 혼합물을 점화 또는 압축 착화시킴으로써 동력을 얻게 되는 것으로, 현재 대부분의 차량에 적용되고 있다.
그러나, 종래의 내연기관은 가솔린이나 경유의 특성상 짧은 폭발 행정 중에 연료가 완벽하게 연소되지 못하고 불완전하게 연소되어 대기중으로 방출되기 쉬웠으며, 이는 곧 대기 오염 및 에너지 손실의 주 원인이 되어 왔다.
따라서, 이와 같은 문제점을 개선하기 위해, 최근 들어 알콜과 같은 인화성이 높은 연료를 기체화시켜 차량의 주 연료와 혼합시킬 수 있는 디젤기관의 연소촉진 알콜 공급장치가 다양하게 제안되고 있다. 이러한 디젤기관의 연소촉진 알콜 공급장치의 종래 기술은 대한민국 등록실용신안 제210546호, 제282862호, 제28666호, 제288367호에 개시된 바 있다.
그런데, 상기와 같은 종래 기술들은 단순히 에어탱크의 공기와 기화된 알콜 또는 액상의 알콜을 혼합하여 공기 청정기의 흡입관과 흡기 다기관의 공기 통로에 분사시킬 수 있는 구조를 가지는 바, 액상의 알콜 또는 에어탱크로부터 공급된 공기 중의 수분 및 불순물 등에 의해 흡기 다기관이 부식되는 등 결과적으로 엔진의 수명을 단축시키는 문제점이 나타나고 있다. 또한, 공기 중에 함유된 수분 또는 불순물에 의해 실질적으로 주 연료와의 연소효율이 떨어져 엔진 출력이 저하되고, 매연이 더욱 증가되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 착상된 것으로, 엔진의 부식을 방지하여 엔진의 수명을 더욱 연장시키고 연소효율을 높여 엔진의 출력을 향상시킴은 물론 연료를 절감하고 매연을 감소시키기 위해, 수분 및 불순물이 제거되고 산소 함량이 부화된 순수 공기와 액상의 연소 촉진연료가 혼합된 혼합물을 기화시켜 엔진의 흡기 다기관에 양을 선택적으로 조절하면서 공급시킬 수 있는 내연기관의 조연성분 물질 공급장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 내연기관의 조연성분 물질 공급장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도.
도 2는 도 1에 도시된 공기 공급원의 구조를 개략적으로 도시한 단면 구성도.
도 3은 도 1에 도시된 필터링 유니트의 구조를 개략적으로 도시한 단면 구성도.
도 4는 도 1에 도시된 촉진연료 공급유니트의 구조를 개략적으로 도시한 단면 구성도.
도 5는 도 1에 도시된 가열 유니트의 구조를 개략적으로 도시한 단면 구성도.
도 6은 도 1에 도시된 분사 유니트의 구조를 개략적으로 도시한 단면 구성도.
도 7은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 내연기관의 조연성분 물질 공급장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도.
도 8은 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 내연기관의 조연성분 물질 공급장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도.
도 9는 도 8에 도시된 촉진연료 공급유니트의 구조를 개략적으로 도시한 단면 구성도.
도 10은 본 발명의 바람직한 제4실시예에 따른 내연기관의 조연성분 물질 공급장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도.
도 11은 본 발명의 바람직한 제5실시예에 따른 내연기관의 조연성분 물질 공급장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도.
도 12는 도 11에 도시된 가열유니트의 구조를 개략적으로 도시한 단면 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110,410... 공기 공급원111... 에어 컴프레스부재
112,312... 공기 공급 조절부재120... 필터링 유니트
121... 케이스부재124... 필터 모듈부재
130,230,330... 촉진연료 공급유니트131,231,331... 연료탱크
132... 연료펌프133... 인젝터
140... 에어/촉진연료 혼합유니트141... 혼합기
150,550... 가열유니트151,551... 보호 케이스
152... 히터153,553... 동관
154,554... 온도조절부재160... 분사유니트
161... 노즐 본체164... 조정레버
170... 컨트롤 유니트180... 감지유니트
181... APS부재182... 부하감지센서
183... 압력감지센서191... 공기 청정기
193... 공기 흡입관195... 흡기 다기관
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 소정 압력의 공기를 선택적으로 배출시킬 수 있는 공기 공급원; 상기 공기 공급원으로부터 공급되는 공기 중의 수분과 불순물을 흡착 제거시키고 실질적으로 공기의 산소 함량을 증가시키기 위해, 상기공기 공급원과 연결된 필터링 유니트; 메탄올 및 에탄올계의 연소 촉진연료를 수용 가능한 연료탱크를 가지며, 상기 연소 촉진연료를 일정 압력으로 압출시킬 수 있는 촉진연료 공급유니트; 상기 필터링 유니트를 통과한 순수 공기와 상기 촉진연료 공급유니트로부터 공급된 액상의 연소 촉진연료를 혼합할 수 있도록 상기 필터링 유니트와 촉진연료 공급유니트에 각각 연결된 에어/촉진연료 혼합유니트; 상기 에어/촉진연료 혼합유니트에서 혼합된 기액 상의 혼합물을 소정 온도로 가열하여 기화시키기 위해, 상기 에어/촉진연료 혼합유니트와 연결된 가열유니트; 및 상기 가열유니트에 의해 기화된 증기 혼합물을 흡기 다기관의 공기 통로로 분사시킬 수 있도록 상기 가열유니트와 흡기 다기관의 공기 통로 사이에 설치된 분사유니트를 구비한다.
본 발명에 따른 내연기관의 조연성분 물질 공급장치에 있어서, 상기 공기 공급원은: 외부의 공기를 흡입하여 소정 압력으로 압축시킬 수 있는 에어 컴프레스부재; 및 상기 압축된 공기를 기설정된 압력으로 감압하여 상기 필터링 유니트에 선택적으로 공급할 수 있도록 상기 에어 컴프레스부재와 필터링 유니트 사이에 설치된 공기 공급 조절부재를 구비한다.
본 발명에 따른 내연기관의 조연성분 물질 공급장치에 있어서, 상기 공기 공급원은: 외부의 공기를 흡입하여 상기 필터링 유니트에 선택적으로 공급할 수 있는 송풍부재를 구비한다.
본 발명에 따른 내연기관의 조연성분 물질 공급장치에 있어서, 상기 필터링 유니트는: 상기 공기 공급원으로부터 공급되는 공기를 주입시킬 수 있는 공기 주입구와, 상기 공기 주입구와 상호 연통되는 공기 배출구를 가진 케이스부재; 및 상기 공기 주입구와 공기 배출부 사이에 배치되고, 활성탄, 및 Al2O3, CaO, MgO 중 선택된 어느 하나 이상이 내장된 필터 모듈부재를 구비한다.
본 발명에 따른 내연기관의 조연성분 물질 공급장치에 있어서, 상기 촉진연료 공급유니트는: 상기 연료탱크 내에 수용된 연소 촉진연료를 소정 펌핑력에 의해 상기 에어/촉진연료 혼합유니트로 압출시킬 수 있도록 상기 연료탱크 내에 설치된 연료펌프; 및 상기 에어/촉진연료 혼합유니트로 압출되는 연소 촉진연료의 양을 선택적으로 조절할 수 있도록 상기 연료펌프와 에어/촉진연료 혼합유니트 사이에 설치된 인젝터를 구비한다.
본 발명에 따른 내연기관의 조연성분 물질 공급장치에 있어서, 상기 촉진연료 공급유니트는: 소정 펌핑력에 의해 상기 연료탱크 내부의 연소 촉진연료를 에어/촉진연료 혼합유니트에 공급시키고, 그 펌핑력에 대응되는 압력 만큼 연소 촉진연료의 양을 선택적으로 조절할 수 있도록 상기 연료탱크의 외측에 별도로 설치된 연료 공급모터를 구비한다.
본 발명에 따른 내연기관의 조연성분 물질 공급장치에 있어서, 상기 촉진연료 공급유니트는 상기 에어 컴프레스부재로부터 공급되는 공기에 의해 연료탱크 내의 연소 촉진연료를 에어/촉진연료 혼합유니트에 선택적으로 공급시킬 수 있도록 상기 에어 컴프레스부재와 연결되며, 상기 에어 컴프레스부재로부터 공급되는 공기를 기설정된 압력으로 감압하여 상기 연료탱크의 내부에 선택적으로 공급할 수 있도록 상기 에어 컴프레스부재와 연료탱크 사이에 설치된 공기 공급 조절부재를 구비한다.
본 발명에 따른 내연기관의 조연성분 물질 공급장치에 있어서, 상기 가열유니트는: 보호 케이스; 소정 온도의 열을 방출시킬 수 있도록 상기 보호 케이스의 내부에 설치되는 히터; 및 상기 에어/촉진연료 혼합유니트로부터 공급되는 기액 상의 혼합물을 유동시키면서 상기 히터로부터 발산되는 열에 의해 상기 기액 상의 혼합물을 기화시킬 수 있도록 상기 히터의 외주면에 감겨지는 동관을 구비한다.
본 발명에 따른 내연기관의 조연성분 물질 공급장치에 있어서, 상기 가열유니트는: 상기 에어/촉진연료 혼합유니트로부터 공급되는 기액 상의 혼합물을 유동시킬 수 있는 동관; 및 상기 동관의 내부로 흐르는 기액 상의 혼합물을 기화시킬 수 있도록 상기 동관의 외주면에 감겨지는 열선을 구비한다.
본 발명에 따른 내연기관의 조연성분 물질 공급장치에 있어서, 상기 가열유니트는: 상기 히터 및 열선에 인가되는 온도를 선택적으로 조절할 수 있는 온도조절부재를 구비한다.
본 발명에 따른 내연기관의 조연성분 물질 공급장치는, 상기 공기 공급원, 촉진연료 공급유니트, 가열유니트 및 분사유니트의 동작 상태를 선택적으로 제어할 수 있는 컨트롤 유니트; 및 엔진의 구동 상태를 감지하여 상기 컨트롤 유니트에 소정의 감지 신호를 제공할 수 있는 감지유니트를 더 구비한다.
본 발명에 따른 내연기관의 조연성분 물질 공급장치에 있어서, 상기 감지유니트는: 가속페달의 움직임 각도를 감지할 수 있는 각도센서를 가진 APS(AccelaterPosition Switch)부재; 엔진의 부하 토오크에 대응되는 변속 신호를 감지할 수 있는 부하감지센서; 및 공기 청정기로부터 흡기 다기관으로 공급되는 공기의 압력 변동을 감지할 수 있는 압력감지센서 중 선택된 어느 하나 이상을 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명은 수분 및 불순물이 제거되고 산소 함량이 부화된 순수 공기와 액상의 연소 촉진연료가 혼합된 혼합물을 기화시켜 엔진의 흡기 다기관에 선택적으로 공급시킬 수 있는 구조를 가지므로, 내연기관의 배출가스를 현저하게 감소시키고, 연소효율을 높여 엔진의 출력을 향상시키며, 엔진의 수명을 연장시킬 수 있을 뿐만 아니라, 연료를 절감시킬 수 있는 점에 그 특징이 있다. 또한, 본 발명은 엔진의 구동 상태를 감지하여 흡기 다기관으로 공급되는 연소 촉진연료의 분사시기와 분사량을 조절할 수 있으므로, 다양한 엔진의 운전 조건에 적극적으로 대응할 수 있는 점에 다른 특징이 있다. 또한, 본 발명은 기존의 내연 기관을 변형시키지 않고도 간단한 방법으로 장착할 수 있을 뿐만 아니라 구조가 간단하여 제조 원가를 절감시킬 수 있으므로, 상대적으로 한층 더 높은 경쟁적 우위를 확보할 수 있는 점에 또 다른 특징이 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내연기관의 조연성분 물질 공급장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 내연기관의 조연성분 물질 공급장치는 내연기관의 배출가스를 현저하게 감소시키고, 연소효율을 높여 엔진의 출력을 향상시키며, 엔진의 수명을 더욱 연장시킬 수 있을 뿐만 아니라, 연료를 절감시킬 수 있는 구조를 가진다.이를 위한 상기 내연기관의 조연성분 물질 공급장치는 외부의 공기를 흡입하여 공기 중의 수분 및 불순물을 제거시키고 산소 함량을 증가시킨 순수 공기와 액상의 연소 촉진연료를 혼합하고, 기액 상의 혼합물을 기화시켜 공기 청정기의 공기 흡입관과 흡기 다기관 사이의 공기 통로에 그 양을 선택적으로 조절하면서 분사시킬 수 있는 구조를 가진다. 전술한 바 있는 내연 기관은 경유를 사용하는 디젤 기관 차량, 소형 가솔린 차량, 선박, 기차, 발전기 등에 적용되며, 이하에서는 편의 상 디젤 기관용 차량을 예로 들어 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 내연기관의 조연성분 물질 공급장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 내연기관의 조연성분 물질 공급장치(100)는, 공기 공급원(110)과, 공기 공급원(110)으로부터 공급되는 공기 중의 수분과 불순물을 흡착 제거시키고 실질적으로 공기의 산소 함량을 증가시킬 수 있는 필터링 유니트(120)와, 액상의 연소 촉진연료를 일정 압력으로 압출시킬 수 있는 촉진연료 공급유니트(130)와, 필터링 유니트(120)를 통과한 순수 공기와 촉진연료 공급유니트(130)로부터 공급된 액상의 연소 촉진연료를 혼합할 수 있는 에어/촉진연료 혼합유니트(140)와, 에어/촉진연료 혼합유니트(140)에서 혼합된 기액 상의 혼합물을 소정 온도로 가열하여 기화시킬 수 있는 가열유니트(150)와, 가열유니트(150)에 의해 기화된 증기 혼합물을 흡기 다기관(195)의 공기 통로로 분사시킬 수 있는 분사유니트(160)와, 공기 공급원(110), 촉진연료 공급유니트(130), 가열유니트(150) 및 분사유니트(160)의 동작 상태를 선택적으로 제어할 수 있는 컨트롤유니트(170)와, 엔진의 구동 상태를 감지하여 컨트롤 유니트(170)에 소정의 감지 신호를 제공할 수 있는 감지유니트(180)를 구비한다.
상기 공기 공급원(110)은 기설정된 소정의 압력으로 압축된 공기를 필터링 유니트(120) 측으로 배출시키기 위한 것으로서, 외부의 공기를 흡입하여 소정의 압력으로 압축시킬 수 있는 에어 컴프레스부재(111)와, 에어 컴프레스부재(111)에 의해 압축된 공기를 기설정된 압력으로 감압하고 그 양을 선택적으로 조절하면서 필터링 유니트(120)에 공급할 수 있는 공기 공급 조절부재(112)를 구비한다.
도 2는 도 1에 도시된 공기 공급원의 구조를 개략적으로 도시한 단면 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 에어 컴프레스부재(111)는 일반적인 디젤 기관 차량에 기장착된 에어 컴프레셔(air compressor)로서, 외부의 공기를 흡입하여 일정한 압력으로 압축시킬 수 있는 통상적인 에어 탱크의 구조를 가진다. 이를 위한 에어 컴프레스부재(111)는 소정 용적의 내부 공간이 마련되며, 그 내부 공간에 1~9㎏/㎠의 압력을 가진 압축 공기가 수용된다. 그리고, 에어 컴프레스부재(111)는 그 내부 공간에 수용된 압축 공기를 선택적으로 배출시킬 수 있는 배출부(미도시)가 마련된다.
상기 공기 공급 조절부재(112)는 에어 컴프레스부재(111)의 내부 공간에 수용된 압축 공기를 기설정된 압력으로 감압하고, 그 감압된 공기의 양을 선택적으로 조절하면서 필터링 유니트(120)으로 배출시키기 위한 것이다. 공기 공급 조절부재(112)는 에어 컴프레스부재(111)와 필터링 유니트(120) 사이에 설치된다.공기 공급 조절부재(112)는 에어 컴프레스부재(111) 내에 수용된 압축 공기를 기설정된 압력으로 감압하여 배출시킬 수 있는 공기 감압 조정부(113)와, 공기 감압 조정부(113)에 의해 소정 압력으로 감압되어 필터링 유니트(120) 측으로 배출되는 공기를 선택적으로 차단시킬 수 있는 솔레노이드부(116)를 구비한다.
상기 공기 감압 조정부(113)는 에어 컴프레스부재(111)의 배출부(미도시) 측에 설치된다. 공기 감압 조정부(113)는 에어 컴프레스부재(111)의 내부에 수용된 압축 공기가 기설정된 압력 예컨대, 2㎏/㎠을 초과할 경우, 에어 컴프레스부재 (111)의 배출부를 선택적으로 개폐시킬 수 있는 밸브체(114)를 구비한다. 상기 밸브체(114)는 에어 컴프레스부재(111) 내부의 공기압(2㎏/㎠)에 의해 탄성 바이어스되면서 에어 컴프레스부재(111)의 배출부를 선택적으로 개폐시킬 수 있는 통상적인 밸브체의 구조를 가진다. 그리고, 공기 감압 조정부(113)는 밸브체(114)와 에어 컴프레스부재(111)의 배출부 사이에 수분 흡착 필터(115)가 설치된다. 수분 흡착 필터(115)는, 에어 컴프레스부재(111)의 내부 공간에 수용된 압축 공기가 상기 내부 공간과 외부와의 온도차에 의해 수분을 함유하고 있게 되는 바, 이와 같은 수분을 흡착시키기 위한 것이다.
상기 솔레노이드부(116)는 밸브체(114)의 개방 동작에 의해 소정 유로를 통해 필터링 유니트(120) 측으로 배출되는 공기를 선택적으로 차단시키기 위한 것이다. 솔레노이드부(116)는 밸브체(114)와 필터링 유니트(120) 사이의 상기 유로에 설치된다. 솔레노이드부(116)는 컨트롤 유니트(170)에 의해 제어되어 작동되는 통상적인 전자 솔레노이드 밸브를 구비한다. 솔레노이드부(116)는 내연 기관이 운전할 경우 밸브체(114)와 필터링 유니트(120) 사이의 유로를 개방시키고, 내연 기관이 운전 하지 않을 경우 밸브체(114)와 필터링 유니트(120) 사이의 유로를 폐쇄시킬 수 있는 구조를 가진다. 따라서, 솔레노이드부(116)는 내연 기관이 운전 하지 않을 경우 공기가 필터링 유니트(120) 측으로 배출되는 것을 방지한다. 대안적으로, 상기 공기 공급원(110)은 상술한 바와 같이 디젤 기관 차량에 기장착된 에어 컴프레스부재(111)와, 에어 컴프레스부재(111)에 별도로 설치되는 공기 공급 조절부재(112)를 채용하는 것에 한정되지 않고, 상기 에어 컴프레스부재(111)는 그대로 두고, 공기 감압 조정부(113)의 기능을 가진 별도의 에어 컴프레셔를 차량에 장착시킬 수도 있다.
상기 필터링 유니트(120)는 공기 공급원(110)으로부터 공급되는 공기 중의 수분과 불순물을 제거하고, 공기 중의 산소를 부화시키기 위해 공기 공급원(110)과 상보적으로 연결된다.
도 3은 도 1에 도시된 필터링 유니트의 구조를 개략적으로 도시한 단면 구성도이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 상기 필터링 유니트(120)는 공기 공급원(110)으로부터 공급되는 공기를 주입시킬 수 있는 공기 주입구(122)와 공기 주입구(122)와 상호 연통되는 공기 배출구(123)를 가진 케이스부재(121), 및 케이스부재(121)의 공기 주입구(122)와 공기 배출구(123) 사이에 배치되는 필터 모듈부재(124)를 구비한다.
상기 케이스부재(121)는 공기 공급원(110)의 솔레노이드부(116)를 통해 배출되는 공기를 통과시킬 수 있는 내부 공간이 마련된다. 즉, 솔레노이드부(116)를 통해 배출되는 공기는 케이스부재(121)의 공기 주입구(122)를 통해 내부 공간으로 주입되고 공기 배출구(123)를 통해 에어/촉진연료 혼합유니트(140) 측으로 배출된다. 여기서, 공기 주입구(122)는 공기 공급원(110)에 의해 공기가 배출되는 공기 통로와 상호 연결되고, 공기 배출구(123)는 에어/촉진연료 혼합유니트(140)와 상호 연결된다.
상기 필터 모듈부재(124)는 케이스부재(121)의 내부 공간에 대해 공기 주입구(122)와 공기 배출구(123) 사이에 배치되는 것으로서, 공기 주입구(122)를 통해 주입되는 공기 중의 수분과 불순물을 제거하고, 공기 중의 산소를 부화시켜 공기 배출구(123)를 통해 배출시킬 수 있는 필터 구조를 가진다. 필터 모듈부재(124)는 케이스부재(121)의 내측 공간에 대해 선택적으로 교체 가능한 모듈화 구조를 가진다. 필터 모듈부재(124)는 공기 중의 수분과 불순물을 걸러 줄 수 있는 활성탄, 및 공기 중의 산소 함량을 증가시킴과 동시에 내연 기관의 부식을 막는 방식제 역할을 하는 Al2O3, CaO, MgO가 내장된다. 더욱 구체적으로, 필터 모듈부재(124)는 활성탄 1~1000g ,Al2O31~1000g ,MgO 1~500g ,CaO 1~1000kg이 혼합 정제된 것으로, 이 화학 성분은 부식 방지 및 기타 분순물 등을 정화시켜 연소 촉진제 역할을 충분히 할 수 있다. 여기서, Al2O3, CaO, MgO는 이들 각각이 활성탄과 함께 필터 모듈부재(124)에 내장될 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 그 이상이 활성탄과 함께 필터 모듈부재(124)에 내장될 수도 있다.
상기 촉진연료 공급유니트(130)는 에탄올 및 메탄올계 연소 촉진연료를 일정한 압력으로 에어/촉진연료 혼합유니트(140)에 공급시키기 위해 마련된 것이다. 촉진연료 공급유니트(130)는 연소 촉진연료를 수용 가능한 연료탱크(131)와, 연료탱크(131) 내에 설치되는 연료펌프(132)와, 연소 촉진연료의 압출량을 조절할 수 있도록 연료펌프(132)와 에어/촉진연료 혼합유니트(140) 사이에 설치되는 인젝터 (133)를 구비한다.
도 4는 도 1에 도시된 촉진연료 공급유니트의 구조를 개략적으로 도시한 단면 구성도이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 상기 연료탱크(131)는 액상의 연소 촉진연료를 수용 가능한 소정의 내부 공간을 가지며, 연소 촉진연료를 공급 받을 수 있는 유입부와, 연소 촉진연료를 에어/촉진연료 혼합유니트(140)로 배출시킬 수 있는 배출부가 형성된다.
연료탱크(131)의 내부에는 연소 촉진연료의 수위를 측정할 수 있는 수위조절스위치(134)와, 연소 촉진연료를 1차적으로 가열할 수 있는 히팅부재(135)를 구비한다. 수위조절스위치(134)는 연소 촉진연료의 최상 레벨과 최하 레벨을 측정할 수 있는 통상적인 수위 레벨러의 구조를 가진다. 상기 히팅부재(135)는 연료탱크(131)의 바닥면에 설치되는 히팅 관의 구조를 가진 것으로서, 히팅 관의 내부에 열선 또는 히팅램프가 배치된다.
상기 히팅부재(135)는 연료탱크(131) 내의 연소 촉진연료를 약 10~60℃로 1차적으로 가열하여 그 연소 촉진연료가 가열유니트(150)에서 용이하게 기화될 수있게 도와 주는 역할 한다. 그러나, 연소 촉진연료가 히팅부재(135)에 의해 가열될 때 연소 촉진연료가 대류 현상에 의해 연료탱크(131) 내부의 상측에서 기화되기 때문에, 그 만큼 내압이 증가하여 연료탱크(131)가 폭발할 염려가 있다. 따라서, 이러한 연료탱크(131)의 폭발 위험성을 배제시키기 위해, 연료탱크(131)의 상단 부분에는 히팅부재(135)에 의해 연료탱크(131) 내의 연소 촉진연료가 기화되면서 발생하는 가스를 선택적으로 배출시킬 수 있는 릴리프 밸브(136)가 설치된다. 릴리프 밸브(136)는 연료탱크(131)의 내압이 기설정된 압력 예컨대, 3㎏/㎠의 압력을 초과하는 경우, 지지스프링에 의해 탄성 바이어스되면서 연료탱크(131) 내부의 가스를 외부로 방출시킬 수 있는 통상적인 릴리프 밸브의 구조를 가진다.
상기 연료펌프(132)는 소정 펌핑력 예컨대, 2㎏/㎠의 압력으로 연료탱크 (131) 내에 수용된 연소 촉진연료를 에어/촉진연료 혼합유니트(140) 측으로 압출시킬 수 있는 내장형 연료펌프의 구조를 가진다. 연료펌프(132)는 시동이 온(On)되는 경우 가동되고, 시동이 오프(Off)될 때 까지 연속적으로 연소 촉진연료를 펌핑하게 된다.
상기 인젝터(133)는 연료펌프(132) 및 에어/촉진연료 혼합유니트(140)와 소정 유로로 연결되며, 연료탱크(131)의 배출부 측에 설치된다. 인젝터(133)는 연료펌프(132)의 펌핑력에 의해 배출되는 연소 촉진연료를 선택적으로 차단시킬 수 있는 통상적인 전자 솔레노이드 밸브의 구조를 가진다. 따라서, 인젝터(133)는 컨트롤 유니트(170)에 의해 제어되고, 컨트롤 유니트(170)의 제어신호에 따라 연료탱크(131)의 배출부를 선택적으로 개폐시킴으로써 연료펌프(132)에 의해 에어/촉진연료 혼합유니트(140) 측으로 공급되는 연소 촉진연료의 양을 조절하게 된다.
상기 에어/촉진연료 혼합유니트(140)는 필터링 유니트(120)를 통과하면서 수분 및 불순물이 제거되고 산소 함량이 증가된 순수 공기와, 촉진연료 공급유니트 (130)에 의해 연료탱크(131)로부터 공급된 액상의 연소 촉진연료를 혼합하기 위한 것이다. 에어/촉진연료 혼합유니트(140)는 상기 순수 공기와 액상의 연소 촉진연료를 혼합시킬 수 있는 혼합기(141)가 구비된다. 상기 혼합기(141)는 소정의 내부 공간을 가진 탱크 구조이며, 필터링 유니트(120)의 배출라인과 상보적으로 연결된 제1입구포트(142)와, 촉진연료 공급유니트(130)의 배출라인과 상보적으로 연결된 제2입구포트(143)와, 순수 공기와 액상의 연소 촉진연료가 혼합된 기액 상의 혼합물을 가열유니트(150) 측으로 공급시킬 수 있는 단일의 출구포트(144)가 형성된다.
상기 가열유니트(150)는 에어/촉진연료 혼합유니트(140)에서 혼합된 기액 상의 혼합물을 가열하여 기화시키기 위한 것으로, 에어/촉진연료 혼합유니트(140)의 출구포트(144)와 상보적으로 연결된다.
도 5는 도 1에 도시된 가열 유니트의 구조를 개략적으로 도시한 단면 구성도이다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 상기 가열유니트(150)는 보호 케이스(151)와, 소정 온도의 열을 방출시킬 수 있도록 보호 케이스(151)의 내부에 설치되는 히터(152)와, 에어/촉진연료 혼합유니트(140)로부터 공급되는 기액 상의 혼합물을 유동시키면서 히터(152)로부터 발산되는 열에 의해 상기 혼합물을 기화시킬 수 있도록 히터(152)의 외주면에 감겨지는 동관(153)과, 히터(152)에 인가되는 온도를선택적으로 조절할 수 있는 온도조절부재(154)를 구비한다. 상기 보호 케이스(151)는 히터(152)로부터 발산되는 과도한 고열에 의한 작업자의 안전 사고를 미연에 방지하기 위한 것이다. 보호 케이스(151)는 히터(152)를 감쌀 수 있는 외장 케이스의 구조를 가지며, 바람직하게는 석면 또는 고온에 견딜 수 있는 다른 종류의 보온재로 이루어진다. 상기 히터(152)는 케이스부재(121)의 내측 영역에 설치되고, 히팅 관의 구조를 가지며, 그 히팅 관의 내측에는 차량용 배터리의 전원을 인가받아 소정 온도의 열을 발산시킬 수 있는 열선 또는 히팅램프가 설치된다. 상기 동관(153)은 히터(152)의 외주면에 나선형으로 수회 권회되며, 선단부가 에어/촉진연료 혼합유니트(140)의 출구포트(144)와 상보적으로 연결되고, 타단부가 분사유니트(160)와 상보적으로 연결된다. 따라서, 에어/촉진연료 혼합유니트(140)의 출구포트(144)를 통해 유출된 기액 상의 혼합물은 동관(153)을 따라 유동되면서 히터(152)로부터 발산되는 열에 의해 기화된다. 상기 온도조절부재(154)는 사용자의 조작에 의해 히터(152)에 인가되는 온도를 0~1000℃까지 자유롭게 조절할 수 있는 구조를 가진다.
상기 분사유니트(160)는 가열유니트(150)에 의해 기화된 증기 혼합물을 공기 청정기(191)에 연결되는 흡입관(193)과 흡기 다기관(195) 사이의 공기 통로에 분사시키기 위한 것이다.
도 6은 도 1에 도시된 분사 유니트의 구조를 개략적으로 도시한 단면 구성도이다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 상기 분사유니트(160)는 도 5에 도시된 동관(153)의 끝단과 연결되는 유입부(162)와, 공기 청정기(191)에 연결된 흡입관(193)과 흡기 다기관(195) 사이의 공기 통로에 상보적으로 연결될 수 있는 유출부(163)를 가진 노즐 본체(161)를 구비한다.
상기 노즐 본체(161)는 유입부(162)를 경유하여 유출부(163)로 분사되는 증기 혼합물의 량을 선택적으로 조절할 수 있는 조정레버(164)가 설치된다. 조정레버(164)는 사용자의 조작에 의해 유입부(162)와 유출부(163) 사이의 유로를 선택적으로 개폐시킬 수 있는 구조를 가진다. 조정레버(164)는 노즐 본체(161)에 스크류 방식으로 나사 결합된다. 그리고, 노즐 본체(161)의 내측 바닥면에는 중앙에 구멍(166)이 형성된 고무패킹(165)이 설치된다. 즉, 조정레버(164)의 끝단이 고무패킹(165)의 구멍(166)에 형합될 때, 그 조정레버(164)는 노즐 본체(161)의 유입부(162)로부터 유출부(163)로 흐르는 증기 혼합물의 유동을 차단시키고, 조정레버 (164)의 끝단이 고무패킹(165)의 구멍(166)으로부터 이탈될 때, 그 조정레버(164)는 노즐 본체(161)의 유입부(162)와 유출부(163)를 연통시킨다. 다시 말하면, 조정레버(164)의 조작 여부에 따라 공기 청정기(191)의 흡입관(193)과 흡기 다기관(195) 사이의 공기 통로로 분사되는 증기 혼합물의 량을 선택적으로 조절할 수 있는 것이다.
상기 컨트롤 유니트(170)는 후술할 감지유니트(180)의 소정 감지 신호를 제공받아 공기 공급원(110), 촉진연료 공급유니트(130), 가열유니트(150) 및 분사유니트(160)의 구동 상태를 선택적으로 제어하기 위한 것이다. 컨트롤 유니트(170)는 종래의 MAIN ECU와 달리, DC 24V의 전압을 주파수 변조 방식으로 전환하여 DC 12V로 바꿀 수 있는 DC PWD PULSE WIDE MODULATION의 제어 방식이 채택된 것이다. 컨트롤 유니트(170)는 엔진의 구동 상태 즉, 가속페달의 각도 범위, 변속시 부하의 토오크, 및 공기 청정기(191)와 흡기 다기관(195) 사이의 공기 통로를 통과하는 공기의 압력 변동을 감지하는 감지유니트(180)의 감지 신호를 전달받아 이를 비교 판단하여 소정 제어신호로 변환시킨 후, 그 제어신호를 공기 공급원(110), 촉진연료 공급유니트(130), 가열유니트(150) 및 분사유니트(160)에 선택적으로 제공하여 이들의 구동 상태를 각각 제어하게 된다.
상기 감지유니트(180)는 엔진의 구동 상태를 감지하여 컨트롤 유니트(170)에 소정의 감지 신호를 제공하기 위한 것이다. 이를 위한 감지유니트(180)는 가속페달의 움직임 각도를 감지할 수 있는 APS(Accelater Position Switch)부재(181)와, 엔진의 부하 토오크에 대응되는 변속 신호를 감지할 수 있는 부하감지센서(182)와, 공기 청정기(191)로부터 흡기 다기관(195)으로 공급되는 공기의 압력 변동을 감지할 수 있는 압력감지센서(183)를 구비한다. 본 발명에 따르면, 상기 감지유니트(180)는 상기 APS부재(181), 부하감지센서(182) 및 압력감지센서(183)을 모두 구비하는 것이 바람직하나, 이들 중의 어느 하나 또는 그 이상이 구비될 수도 있다.
상기 APS부재(181)는 대한민국 실용신안등록 제288367호에 개시된 바와 같이, 가속페달의 케이블과 연결된 푸시로드와, 푸시로드에 설치된 각도센서를 구비한다. 상기 각도센서는 가속페달의 움직임에 따라 변화되는 푸시로드의 각도를 감지하고, 그 감지신호를 컨트롤 유니트(170)에 제공한다. 따라서, 컨트롤유니트(170)는 푸시로드의 각도 변화에 따른 각도센서의 다양한 감지신호를 비교 판단하여 공기 공급원(110), 촉진연료 공급유니트(130), 가열유니트(150) 및 분사유니트(160)를 제어함으로써 공기 청정기(191)와 흡기 다기관(195) 사이의 공기 통로에 분사되는 증기 혼합물의 량을 선택적으로 조절하게 된다.
상기 부하감지센서(182)는 변속 신호 즉,rpm 방식의 아나로그 신호를 감지하여 그 감지신호를 컨트롤 유니트(170)에 제공한다. 따라서, 컨트롤 유니트(170)는 부하의 토오크에 대응되는 부하감지센서(182)의 다양한 감지신호를 비교 판단하여 공기 공급원(110), 촉진연료 공급유니트(130), 가열유니트(150) 및 분사유니트 (160)를 제어함으로써 공기 청정기(191)와 흡기 다기관(195) 사이의 공기 통로에 분사되는 증기 혼합물의 량을 선택적으로 조절하게 된다.
상기 압력감지센서(183)는 종래와 같이 IG신호에 의해 컨트롤러를 작동시키는 종래와 달리, 내연 기관의 시동시 공기 청정기(191)로부터 흡기 다기관(195)으로 공급되는 공기의 압력 변동을 감지하여 컨트롤 유니트(170)에 제공한다. 따라서, 컨트롤 유니트(170)는 압력감지센서(183)의 감지신호를 비교 판단하여 공기 공급원(110), 촉진연료 공급유니트(130), 가열유니트(150) 및 분사유니트(160)의 구동 상태를 제어하게 할 수 있게 된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 내연기관의 조연성분 물질 공급장치의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.
우선, 내연 기관에 시동을 걸게 되면, 공기 청정기(191)로부터 공급되는 공기는 흡입관(193)을 통해 흡기 다기관(195)으로 공급된다. 이 때, 압력감지센서(183)는 공기 청정기(191)의 흡입관(193)과 흡기 다기관(195) 사이의 공기 통로로 유동되는 공기의 압력 변동을 감지하고, 그 감지신호를 컨트롤 유니트(170)에 전달하게 된다. 그러면, 컨트롤 유니트(170)는 에어 컴프레스부재(111)를 가동시키게 된다.
이어서, 에어 컴프레스부재(111)는 외부의 공기를 흡입하여 공기를 압축시킨다.
다음, 에어 컴프레스부재(111)의 내부 공간에서 압축된 공기가 2㎏/㎠을 초과할 경우, 밸브체(114)는 그 공기압에 의해 탄성 바이어스되면서 에어 컴프레스부재(111)의 배출부를 개방시킨다. 그러면, 에어 컴프레스부재(111) 내부의 공기는 솔레노이드부(116) 측으로 배출된다. 이 때, 상기 배출부를 통해 배출되는 공기 중의 수분은 수분 흡착 필터(115)에 의해 흡착된다. 또한, 솔레노이드부(116)는 컨트롤 유니트(170)에 의해 제어되어 밸브체(114)와 필터링 유니트(120) 사이의 유로를 폐쇄시킨 상태가 된다. 따라서, 솔레노이드부(116)는 공기가 필터링 유니트(120) 측으로 배출되는 것을 방지한다.
이러한 작업을 하는 과정에서, 가속페달을 밟아 엔진을 가속시키거나 언덕길 등을 올라갈 때 엔진에 부하가 걸리는 경우, APS부재(181)의 각도센서가 가속페달의 움직임에 따라 푸시로드의 각도를 감지하거나 부하감지센서(182)가 엔진의 변속 신호를 감지하여 그 감지신호를 컨트롤 유니트(170)에 제공하게 된다. 그러면, 컨트롤 유니트(170)는 상기 감지신호를 비교 판단하여 그 감지신호를 소정 제어신호로 변환시킨 다음, 상기 제어신호를 솔레노이드부(116)에 전달한다. 그러면, 솔레노이드부(116)는 컨트롤 유니트(170)에 의해 제어되어 밸브체(114)와 필터링 유니트(120) 사이의 유로를 개방시킨다.
이어서, 공기는 솔레노이드부(116)를 통해 필터링 유니트(120) 측으로 공급된다. 이 때, 솔레노이드부(116)를 통해 배출되는 공기는, 솔레노이드부(116)가 APS부재(181)의 각도센서 또는 부하감지센서(182)의 감지신호에 의해 그 개방시기가 컨트롤 유니트(170)에 의해 제어됨에 따라, 그 양이 선택적으로 조절된다.
다음, 솔레노이드부(116)를 통해 배출되는 공기는 필터링 유니트(120) 측으로 공급되고, 케이스부재(121)의 공기 주입구(122)를 통해 케이스부재(121)의 내부 공간으로 주입된다.
이이서, 공기 주입구(122)로 주입된 공기는 필터 모듈부재(124)를 통과하게 된다. 그러면, 공기에 함유된 수분과 불순물은 필터 모듈부재(124)의 활성탄에 의해 완전히 제거되고, 공기 중의 산소는 Al2O3또는 CaO 또는 MgO에 의해 그 함량이 증가하게 된다. 이와 같이, 필터 모듈부재(124)를 통과한 공기는 수분 및 불순물이 완전히 제거되고 산소가 부화된 순수 공기로서, 엔진의 부식 방지 및 촉진제 역할을 충분히 할 수 있게 된다.
다음, 필터 모듈부재(124)를 통과한 순수 공기는 케이스부재(121)의 공기 배출구(123)를 통해 배출되고, 에어/촉진연료 혼합유니트(140)의 제1입구포트(142)를 통해 혼합기(141)의 내부 공간으로 공급된다.
한편, 압력감지센서(183)가 공기 청정기(191)의 흡입관(193)과 흡기 다기관(195) 사이의 공기 통로를 통과하는 공기의 압력 변동을 감지하는 경우, 컨트롤 유니트(170)는 촉진연료 공급유니트(130)의 연료펌프(132)를 가동시킨다. 그러면, 연료펌프(132)는 소정 펌핑력에 의해 연료탱크(131) 내에 수용된 연소 촉진연료를 인젝터(133) 측으로 공급시킨다. 이 때, 인젝터(133)는 컨트롤 유니트(170)에 의해 제어되어 연료탱크(131)의 배출부를 폐쇄시킨 상태가 된다.
이러한 작업을 하는 과정에서, 전술한 바와 같이, 가속페달을 밟아 엔진을 가속시키거나 언덕길 등을 올라갈 때 엔진에 부하가 걸리는 경우, APS부재(181)의 각도센서가 가속페달의 움직임에 따라 푸시로드의 각도를 감지하거나 부하감지센서(182)가 엔진의 변속 신호를 감지한다. 그리고, APS부재(181) 또는 부하감지센서(182)는 그 감지신호를 컨트롤 유니트(170)에 제공한다. 그러면, 컨트롤 유니트(170)는 상기 감지신호를 비교 판단하여 그 감지신호를 소정 제어신호로 변환시킨 다음, 상기 제어신호를 촉진연료 공급유니트(130)의 인젝터(133)에 전달한다. 그러면, 인젝터(133)는 컨트롤 유니트(170)에 의해 제어되어 연료탱크(131)의 배출부를 개방시킨다. 따라서, 인젝터(133)는 연료탱크(131)의 배출부로부터 배출되는 액상의 연소 촉진연료를 에어/촉진연료 혼합유니트(140)로 분사시킨다. 이 때, 인젝터(133)를 통해 공급되는 연소 촉진연료는, APS부재(181)의 각도센서 또는 부하감지센서(182)의 감지신호에 의해 인젝터(133)의 분사시기가 컨트롤 유니트 (170)에 의해 제어됨에 따라, 그 양이 선택적으로 조절된다. 따라서, 인젝터(133)를 통해 배출되는 연소 촉진연료는 에어/촉진연료 혼합유니트(140) 측으로 공급되고, 혼합기(141)의 제2입구포트(143)를 통해 혼합기(141)의 내부 공간으로 주입된다.
상술한 바와 같이, 혼합기(141)의 제1입구포트(142) 및 제2입구포트(143)를 통해 혼합기(141)의 내부 공간으로 공급된 순수 공기와 액상의 연소 촉진연료는 자연스럽게 섞인다. 그리고, 기액 상의 혼합물은 혼합기(141)의 출구포트(144)를 통해 가열유니트(150)의 동관(153)으로 공급된다. 여기서, 가열유니트(150)의 히터(152)는 컨트롤 유니트(170)에 의해 제어되어 소정 온도로 가열된 상태를 유지한다.
이어서, 혼합기(141)의 출구포트(144)를 통해 동관(153)의 선단부로 공급되는 기액 상의 혼합물은 동관(153)이 히터(152)의 외주면에 감겨져 있기 때문에, 그 동관(153)의 내부 공간을 따라 나선형으로 선회하면서 끝단부로 유동된다. 그러면, 기액 상의 혼합물은 동관(153)을 따라 유동되는 도중, 히터(152)로부터 발산되는 열에 의해 완전히 기화된 상태가 된다.
다음, 히터(152)에 의해 기화된 증기 혼합물은 분사유니트(160) 측으로 공급되고, 증기 혼합물은 노즐 본체(161)의 유입부(162)를 통해 노즐 본체(161)의 내부 공간으로 주입된다.
이어서, 노즐 본체(161)의 내부 공간으로 유입된 증기 혼합물은 유출부(163)를 통해 공기 청정기(191)의 흡입관(193)과 흡기 다기관(195) 사이의 공기 통로에 분사된다. 이 때, 노즐 본체(161)의 유입부(162)를 경유하여 유출부(163)를 통해 유출되는 증기 혼합물은 조정레버(164)의 조작 여부에 따라 그 분사량이 조절될 수도 있다. 즉, 조정레버(164)의 끝단이 고무패킹(165)의 구멍(166)에 형합될 때, 그조정레버(164)는 노즐 본체(161)의 유입부(162)로부터 유출부(163)로 흐르는 증기 혼합물의 유동을 차단시키고, 조정레버(164)의 끝단이 고무패킹(165)의 구멍(166)으로부터 이탈될 때, 그 조정레버(164)는 노즐 본체(161)의 유입부(162)와 유출부(163)를 연통시킨다. 다시 말하면, 조정레버(164)의 조작 여부에 따라 공기 청정기(191)의 흡입관(193)과 흡기 다기관(195) 사이의 공기 통로로 분사되는 증기 혼합물의 량을 선택적으로 조절할 수 있는 것이다.
다음, 공기 청정기(191)의 흡입관(193)과 흡기 다기관(195) 사이의 공기 통로로 분사된 증기 혼합물은 공기 청정기(191)로부터 흡입되는 공기와 혼합됨과 동시에, 흡기 다기관(195)을 통해 실린더 내로 공급된다.
마직막으로, 실린더 내로 공급된 공기와 증기 혼합물은 기관에서 분사되는 경유와 함께 혼합됨으로써, 실린더의 압축 폭발 행정에 의해 연소된다.
따라서, 상술한 바와 같이, 본 발명의 장치(100)는 외부의 공기를 흡입하여 공기 중의 수분 및 불순물을 제거시키고 산소 함량을 증가시킨 순수 공기를 액상의 연소 촉진연료와 혼합하고 기액 상의 혼합물을 기화시켜 공기 청정기의 공기 흡입관과 흡기 다기관 사이의 공기 통로에 그 양을 선택적으로 조절하여 분사시킬 수 있는 구조를 가지므로, 종래와 달리 흡기 다기관이 부식되는 것을 방지하여 엔진의 수명을 연장시키고, 연료 절감를 절감시킬 수 있을 뿐만 아니라, 연소효율이 높아져 엔진 출력이 향상되고, 매연을 대폭적으로 감소시킬 수 있게 된다.
도 7은 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 내연기관의 조연성분 물질 공급장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 1에서 설명된 부호와 동일한구성요소는 동일한 기능을 가진 동일부재이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 내연기관의 조연성분 물질 공급장치(200)는 전기 제1실시예와 달리, 연료탱크(231) 내의 연소 촉진연료를 연료탱크(231)의 외측에서 선택적으로 배출시킬 수 있는 구조를 가진 촉진연료 공급유니트(230)가 구비된다. 나머지 구성요소는 전기 제1실시예와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
상기 촉진연료 공급유니트(230)는 연료탱크 내에 연료펌프를 장착시켜 소정 펌핑력에 의해 연료탱크 내의 연소 촉진연료를 에어/촉진연료 혼합유니트로 배출시키고 연료탱크의 외측에 별도의 인젝터를 장착시켜 컨트롤 유니트에 의해 인젝터를 제어하여 연소 촉진연료의 공급량을 선택적으로 조절할 수 있는 전기 제1실시예의 촉진연료 공급유니트와 달리, 연료탱크(231)의 외측에 별도로 설치된 외장형 연료 공급모터(232)를 구비한다.
상기 연료 공급모터(232)는 컨트롤 유니트(170)에 의해 제어되어 기설정된 소정 펌핑력으로 연료탱크(231) 내부의 연소 촉진연료를 에어/촉진연료 혼합유니트(140)로 배출시킬 수 있으며, 또한 그 펌핑력에 대응되는 만큼 연소 촉진연료의 양을 선택적으로 조절할 수 있는 구조를 가진다. 다시 말하면, 상기 연료 공급모터(232)는 전기 제1실시예와 같은 연료펌프 및 인젝터의 기능을 동시에 가지고, 연료탱크(231)의 외측에 별도로 설치되는 것이다. 따라서, 본 실시예의 촉진연료 공급유니트(230)는 연료탱크(231)의 외측에 별도로 설치되어 연소 촉진연료의 양을 선택적으로 조절하면서 에어/촉진연료 혼합유니트(140)로 공급시킬 수 있는연료 공급모터(232)가 마련되므로, 전기 제1실시예의 촉진연료 공급유니트에 비해 구조가 간단해지고, 제조 원가를 줄일 수 있게 된다.
본 발명에 따르면, 상기 연료 공급모터(232)는 컨트롤 유니트(170)에 의해 기설정된 소정 펌핑력으로 가동된다. 그러면, 연료 공급모터(232)는 그 펌핑력에 의해 연료탱크(231) 내부의 연소 촉진연료를 에어/촉진연료 혼합유니트(140)로 공급시킨다. 이 때, 에어/촉진연료 혼합유니트(140)으로 공급되는 연소 촉진연료는 연료 공급모터(232)의 펌핑력에 따라 그 양이 조절된다.
도 8은 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 내연기관의 조연성분 물질 공급장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 1에서 설명된 부호와 동일한 구성요소는 동일한 기능을 가진 동일부재이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 바람직한 제3실시예에 따른 내연기관의 조연성분 물질 공급장치(300)는 전기 제1실시예의 에어 컴프레스부재(111)로부터 공급되는 공기의 압력에 의해 연료탱크(331) 내의 연소 촉진연료를 에어/촉진연료 혼합유니트(140)에 선택적으로 공급시킬 수 있는 촉진연료 공급유니트(330)가 구비된다. 나머지 구성요소는 전기 제1실시예와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
도 9는 도 8에 도시된 촉진연료 공급유니트의 구조를 개략적으로 도시한 단면 구성도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 상기 촉진연료 공급유니트(330)는 연료탱크(331)와 에어 컴프레스부재(111)가 공기 배출라인(332)으로 각각 연결된 구조를 가진다. 또한, 촉진연료 공급유니트(330)는 에어 컴프레스부재(111)로부터 공급되는 공기를기설정된 압력으로 감압하고, 공기량을 선택적으로 조절하여 연료탱크(331)의 내부에 공급할 수 있는 공기 공급 조절부재(312)를 구비한다.
상기 공기 공급 조절부재(312)는 에어 컴프레스부재(111) 내에 수용된 압축 공기를 기설정된 압력으로 감압하고, 그 공기량을 선택적으로 조절하여 연료탱크(331)의 공기 주입포트(331a)를 통해 연료탱크(331)의 내부 공간으로 주입시킬 수 있는 구조를 가진다. 이를 위한 공기 공급 조절부재(312)는 에어 컴프레스부재(111) 내에 수용된 압축 공기를 기설정된 압력으로 감압할 수 있는 공기 감압 조정부(313)와, 공기 감압 조정부(313)에 의해 기설정된 압력으로 감압된 공기가 연료탱크(331)의 내부 공간으로 주입되는 것을 선택적으로 차단시킬 수 있는 솔레노이드부(316)를 구비한다.
상기 공기 감압 조정부(313)는 공기 배출라인(332) 상에 설치된다. 공기 감압 조정부(313)는 에어 컴프레스부재(111)의 내부에 수용된 압축 공기가 기설정된 압력 예컨대, 2㎏/㎠을 초과할 경우, 공기 배출라인(332)의 유로를 선택적으로 개폐시킬 수 있는 밸브체(314)를 구비한다. 밸브체(314)는 에어 컴프레스부재(111) 내부의 공기압에 의해 탄성 바이어스되면서 공기 배출라인(332)을 선택적으로 개폐시킬 수 있는 통상적인 밸브체의 구조를 가진다. 그리고, 공기 감압 조정부(331)는 밸브체(314) 측에 설치된 수분 흡착 필터(315)가 구비된다. 수분 흡착 필터(315)는, 에어 컴프레스부재(111)의 내부 공간에 수용된 압축 공기가 상기 내부 공간과 외부의 온도차에 의해 수분을 함유하고 있게 되는 바, 이와 같은 수분을 흡착시키기 위한 것이다.
상기 솔레노이드부(316)는 컨트롤 유니트(170)에 의해 제어되는 것으로, 통상적인 전자 솔레노이드 밸브의 구조를 가지며, 연료탱크(331)의 공기 주입포트 (331a) 측에 설치된다. 솔레노이드부(316)는 밸브체(314)의 개방 동작에 의해 에어 컴프레스부재(111)로부터 기설정된 압력으로 배출되는 공기가 연료탱크(331)의 공기 주입포트(331a)를 통해 연료탱크(331)의 내부 공간으로 주입되는 것을 선택적으로 차단시키기 위한 것이다. 이는 내연 기관이 운전 하지 않을 경우 공기가 연료탱크(331)의 내부 공간으로 계속 배출되는 것을 방지하기 위함이다.
본 발명에 따르면, 컨트롤 유니트(170)에 의해 제어되어 에어 컴프레스부재 (111)가 가동되면, 에어 컴프레스부재(111)는 외부의 공기를 흡입하여 공기를 압축시킨다. 그러면, 에어 컴프레스부재(111) 내의 압축 공기는 공기 배출라인(332)을 따라 연료탱크(331) 측으로 배출된다. 이 때, 공기 배출라인(332)은 공기 감압 조정부(313)의 벨브체(314)에 의해 폐쇄된 상태가 된다.
이어서, 공기 배출라인(332)을 따라 배출되는 공기의 압력이 2㎏/㎠을 초과할 경우, 밸브체(314)는 그 공기압에 의해 탄성 바이어스되면서 공기 배출라인(332)을 개방시킨다. 그러면, 에어 컴프레스부재(111) 내부의 공기는 솔레노이드부(316) 측으로 배출된다. 이 때, 공기 배출라인(332)을 따라 밸브체(314)를 통과하는 공기 중의 수분은 수분 흡착 필터(315)에 의해 흡착된다. 그리고, 솔레노이드부(316)는 컨트롤 유니트(170)에 의해 제어되어 연료탱크(331)의 공기 주입포트(331a)를 폐쇄시킨 상태가 된다.
이러한 작업을 하는 과정에서, 가속페달을 밟아 엔진을 가속시키거나 언덕길등을 올라갈 때 엔진에 부하가 걸리는 경우, APS부재(181)의 각도센서가 가속페달의 움직임에 따라 푸시로드의 각도를 감지하거나 부하감지센서(182)가 엔진의 변속 신호를 감지한다. 그리고, APS부재(181) 또는 부하감지센서(182)는 그 감지신호를 컨트롤 유니트(170)에 제공하게 된다. 그러면, 컨트롤 유니트(170)는 상기 감지신호를 비교 판단하여 그 감지신호를 소정 제어신호로 변환시킨 다음, 상기 제어신호를 솔레노이드부(316)에 전달한다. 그러면, 솔레노이드부(316)는 컨트롤 유니트(170)에 의해 제어되어 연료탱크(331)의 공기 주입포트(331a)를 개방시킨다.
이어서, 공기는 솔레노이드부(316)를 경유하여 연료탱크(331)의 공기 주입포트(331a)를 통해 연료탱크(331)의 내부 공간으로 주입된다. 이 때, 솔레노이드부(316)를 통해 연료탱크(331)의 내부 공간으로 주입되는 공기는, 솔레노이드부(316)가 APS부재(181)의 각도센서 또는 부하감지센서(182)의 감지신호에 의해 그 개방시기가 컨트롤 유니트(170)에 의해 제어됨에 따라, 그 양이 조절된다.
다음, 연료탱크(331) 내의 연소 촉진연료는 연료탱크(331)로 주입되는 공기의 압력에 대응되는 만큼 연료탱크(331)의 배출포트(331b)를 통해 에어/촉진연료 공급유니트(140) 측으로 공급된다.
도 10은 본 발명의 바람직한 제4실시예에 따른 내연기관의 조연성분 물질 공급장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 1에서 설명된 부호와 동일한 구성요소는 동일한 기능을 가진 동일부재이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 바람직한 제4실시예에 따른 내연기관의 조연성분 물질 공급장치(400)는 전기 제1~3실시예와 같이 에어 컴프레스부재의 구동에 의해 공기를 필터링 유니트(120) 측으로 공급시키지 않고, 외부의 공기를 흡입하여 필터링 유니트(120)에 선택적으로 공급할 수 있는 구조를 가진 공기 공급원(410)이 구비된다. 나머지 구성요소는 전기 제1~3실시예와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
상기 공기 공급원(410)은 필터링 유니트(120)의 공기 주입구(미도시)에 설치되는 송풍부재(411)가 구비된다. 상기 송풍부재(411)는 컨트롤 유니트(170)에 의해 제어되어 외부의 공기를 소정의 압력으로 흡입하여 필터링 유니트(120)에 직접적으로 공급할 수 있는 통상적인 휀모터의 구조를 가진다.
본 발명에 따르면, 상기 송풍부재(411)는 컨트롤 유니트(170)에 의해 기설정된 압력으로 외부의 공기를 흡입하여 필터링 유니트(120)의 공기 주입구(미도시)에 송풍시킨다.
도 11은 본 발명의 바람직한 제5실시예에 따른 내연기관의 조연성분 물질 공급장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 1에서 설명된 부호와 동일한 구성요소는 동일한 기능을 가진 동일부재이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 바람직한 제5실시예에 따른 내연기관의 조연성분 물질 공급장치(500)는 히터의 외주면에 동관이 나선형으로 감긴 구조를 가진 전기 제1실시예의 가열유니트와 달리, 에어/촉진연료 혼합유니트(140)로부터 공급되는 기액 상의 혼합물을 유동시킬 수 있는 동관(553)의 외주면에 열선(552)이 나선형으로 감긴 구조를 가진 가열유니트(550)가 구비된다. 나머지 구성요소는 전기 제1실시예와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
도 12는 도 11에 도시된 가열유니트의 구조를 개략적으로 도시한 단면 구성도이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 상기 가열유니트(550)는 보호 케이스(551)와, 에어/촉진연료 혼합유니트(140)로부터 공급된 기액 상의 혼합물을 유동시킬 수 있도록 보호 케이스(551) 내에 설치되는 동관(553)과, 동관(553)의 외주면에 나선형으로 감겨지는 열선(552)과, 열선(552)에 인가되는 온도를 선택적으로 조절할 수 있는 온도조절부재(554)를 구비한다. 상기 보호 케이스(551)는 열선(552)으로부터 발산되는 과도한 고열에 의한 작업자의 안전 사고를 미연에 방지하기 위한 것이다. 보호 케이스(551)는 열선(552)를 감쌀 수 있는 외장 케이스의 구조를 가지며, 바람직하게는 석면 또는 고온에 견딜 수 있는 다른 종류의 보온재로 이루어진다. 상기 열선(552)은 차량용 배터리의 전원을 인가받아 소정 온도의 열을 발산시킬 수 있는 구조를 가진다. 상기 동관(553)은 선단부가 에어/촉진연료 혼합유니트(140)의 출구포트(144)와 상보적으로 연결되고, 타단부가 분사유니트(160)와 상보적으로 연결된다. 상기 온도조절부재(554)는 사용자의 조작에 의해 열선(552)에 인가되는 온도를 0~1000℃까지 자유롭게 조절할 수 있는 구조를 가진다.
본 발명에 따르면, 에어/촉진연료 혼합유니트(140)의 출구포트(144)를 통해 유출되는 기액 상의 혼합물은 동관(553)을 따라 유동되면서 열선(552)로부터 발산되는 열에 의해 기화되고, 기화된 혼합물은 분사유니트(160) 측으로 공급된다.
이상에서의 설명에서와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 내연기관의조연성분 물질 공급장치는 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 수분 및 불순물이 제거되고 산소 함량이 부화된 순수 공기와 액상의 연소 촉진연료가 혼합된 혼합물을 기화시켜 엔진의 흡기 다기관에 선택적으로 공급시킬 수 있는 구조를 가지므로, 내연기관의 배출가스를 현저하게 감소시키고, 연소효율을 높여 엔진의 출력을 향상시키며, 엔진의 수명을 연장시킬 수 있을 뿐만 아니라, 연료를 절감시킬 수 있다.
둘째, 엔진의 구동 상태를 감지하여 흡기 다기관으로 공급되는 연소 촉진연료의 분사시기와 분사량을 조절할 수 있으므로, 다양한 엔진의 운전 조건에 적극적으로 대응할 수 있다.
셋째, 기존의 내연 기관을 변형시키지 않고도 간단한 방법으로 장착할 수 있을 뿐만 아니라 구조가 간단하여 제조 원가를 절감시킬 수 있으므로, 상대적으로 한층 더 높은 경쟁적 우위를 확보할 수 있다.

Claims (12)

  1. 소정 압력의 공기를 선택적으로 배출시킬 수 있는 공기 공급원;
    상기 공기 공급원으로부터 공급되는 공기 중의 수분과 불순물을 흡착 제거시키고 실질적으로 공기의 산소 함량을 증가시키기 위해, 상기 공기 공급원과 연결된 필터링 유니트;
    메탄올 및 에탄올계의 연소 촉진연료를 수용 가능한 연료탱크를 가지며, 상기 연소 촉진연료를 일정 압력으로 압출시킬 수 있는 촉진연료 공급유니트;
    상기 필터링 유니트를 통과한 순수 공기와 상기 촉진연료 공급유니트로부터 공급된 액상의 연소 촉진연료를 혼합할 수 있도록 상기 필터링 유니트와 촉진연료 공급유니트에 각각 연결된 에어/촉진연료 혼합유니트;
    상기 에어/촉진연료 혼합유니트에서 혼합된 기액 상의 혼합물을 소정 온도로 가열하여 기화시키기 위해, 상기 에어/촉진연료 혼합유니트와 연결된 가열유니트; 및
    상기 가열유니트에 의해 기화된 증기 혼합물을 흡기 다기관의 공기 통로로 분사시킬 수 있도록 상기 가열유니트와 흡기 다기관의 공기 통로 사이에 설치된 분사유니트를 구비하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 조연성분 물질 공급장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공기 공급원은:
    외부의 공기를 흡입하여 소정 압력으로 압축시킬 수 있는 에어 컴프레스부재; 및
    상기 압축된 공기를 기설정된 압력으로 감압하여 상기 필터링 유니트에 선택적으로 공급할 수 있도록 상기 에어 컴프레스부재와 필터링 유니트 사이에 설치된 공기 공급 조절부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 조연성분 물질 공급장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공기 공급원은:
    외부의 공기를 흡입하여 상기 필터링 유니트에 선택적으로 공급할 수 있는 송풍부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 조연성분 물질 공급장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 선택된 어느 한 항에 있어서,
    상기 필터링 유니트는:
    상기 공기 공급원으로부터 공급되는 공기를 주입시킬 수 있는 공기 주입구와, 상기 공기 주입구와 상호 연통되는 공기 배출구를 가진 케이스부재; 및
    상기 공기 주입구와 공기 배출부 사이에 배치되고, 활성탄, 및 Al2O3, CaO, MgO 중 선택된 어느 하나 이상이 내장된 필터 모듈부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 조연성분 물질 공급장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 촉진연료 공급유니트는:
    상기 연료탱크 내에 수용된 연소 촉진연료를 소정 펌핑력에 의해 상기 에어/촉진연료 혼합유니트로 압출시킬 수 있도록 상기 연료탱크 내에 설치된 연료펌프; 및
    상기 에어/촉진연료 혼합유니트로 압출되는 연소 촉진연료의 양을 선택적으로 조절할 수 있도록 상기 연료펌프와 에어/촉진연료 혼합유니트 사이에 설치된 인젝터를 구비하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 조연성분 물질 공급장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 촉진연료 공급유니트는:
    소정 펌핑력에 의해 상기 연료탱크 내부의 연소 촉진연료를 에어/촉진연료 혼합유니트에 공급시키고, 그 펌핑력에 대응되는 압력 만큼 연소 촉진연료의 양을 선택적으로 조절할 수 있도록 상기 연료탱크의 외측에 별도로 설치된 연료 공급모터를 구비하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 조연성분 물질 공급장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 촉진연료 공급유니트는;
    상기 에어 컴프레스부재로부터 공급되는 공기에 의해 연료탱크 내의 연소 촉진연료를 에어/촉진연료 혼합유니트에 선택적으로 공급시킬 수 있도록 상기 에어 컴프레스부재와 연결되며;
    상기 에어 컴프레스부재로부터 공급되는 공기를 기설정된 압력으로 감압하여 상기 연료탱크의 내부에 선택적으로 공급할 수 있도록 상기 에어 컴프레스부재와 연료탱크 사이에 설치된 공기 공급 조절부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 조연성분 물질 공급장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가열유니트는:
    보호 케이스;
    소정 온도의 열을 방출시킬 수 있도록 상기 보호 케이스의 내부에 설치되는 히터; 및
    상기 에어/촉진연료 혼합유니트로부터 공급되는 기액 상의 혼합물을 유동시키면서 상기 히터로부터 발산되는 열에 의해 상기 기액 상의 혼합물을 기화시킬 수 있도록 상기 히터의 외주면에 감겨지는 동관을 구비하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 조연성분 물질 공급장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 가열유니트는:
    보호 케이스;
    상기 에어/촉진연료 혼합유니트로부터 공급되는 기액 상의 혼합물을 유동시킬 수 있는 동관; 및
    상기 동관의 내부로 흐르는 기액 상의 혼합물을 기화시킬 수 있도록 상기 동관의 외주면에 감겨지는 열선을 구비하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 조연성분 물질 공급장치.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 가열유니트는:
    상기 히터 및 열선에 인가되는 온도를 선택적으로 조절할 수 있는 온도조절부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 조연성분 물질 공급장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 공기 공급원, 촉진연료 공급유니트, 가열유니트 및 분사유니트의 동작 상태를 선택적으로 제어할 수 있는 컨트롤 유니트; 및
    엔진의 구동 상태를 감지하여 상기 컨트롤 유니트에 소정의 감지 신호를 제공할 수 있는 감지유니트를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 조연성분 물질 공급장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 감지유니트는:
    가속페달의 움직임 각도를 감지할 수 있는 각도센서를 가진 APS(Accelater Position Switch)부재;
    엔진의 부하 토오크에 대응되는 변속 신호를 감지할 수 있는 부하감지센서; 및
    공기 청정기로부터 흡기 다기관으로 공급되는 공기의 압력 변동을 감지할 수 있는 압력감지센서 중 선택된 어느 하나 이상을 구비하는 것을 특징으로 하는 내연기관의 조연성분 물질 공급장치.
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