KR20080043393A - 연료 공급 시스템 - Google Patents

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KR20080043393A
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안드레이 바디모비치 쉰카렝코
제임스 리차드 헌트
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터너, 제프리, 러셀
제임스 리차드 헌트
안드레이 바디모비치 쉰카렝코
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Abstract

엔진에 액체가스 연료를 공급하기 위한 연료 공급 시스템이 개시되어 있다. 상기 연료는 단독으로 상기 엔진에 공급되거나, 디젤 연료와 함께 공급될 수도 있다. 상기 연료 공급 시스템은 상기 액체가스를 수용하고 상기 액체가스를 증기 상태로 상기 엔진 E에 분사하기 위한 인젝터(20)를 포함한다. 발포 방지 장치(40, 44, 48; 8, 203, 209, 208)는 상기 액체가스가 상기 인젝터에서 발포하거나 끓는 것을 방지하기 위해 공급되는데, 이러한 발포나 끓음은 상기 인젝터로부터 분사되는 연료를 손상시키게 된다. 상기 방지 수단은 냉각 수단을 포함하며, 상기 냉각 수단은 냉각제를 이용하여 상기 인젝터를 냉각시킬 수 있다. 일 실시예에서, 상기 냉각제는 상기 인젝터(20)를 떠나서 상기 인젝터(20)가 위치하고 있는 챔버(206) 안으로 들어가는 발포된 증기 형태로 이루어짐으로써, 상기 증기가 상기 인젝터(20)를 냉각시킨다. 상기 증기(20)는 증기 블록(208)을 지나서 상기 엔진의 흡입 공기에 공급될 수 있으며, 그 결과 상기 증기는 상기 인젝터(20)에 의해 분사된 연료와 함께 상기 엔진에 다시 공급된다.
Figure P1020087008203
연료공급시스템, 인젝터, 액체석유가스

Description

연료 공급 시스템{FUEL DELIVERY SYSTEM}
본 발명은 연료 공급 시스템에 관한 것이다. 일 실시예에서 상기 연료 공급 시스템은 디젤 연료를 연소하기 위한 압축 점화 엔진에 액체가스(liquid gas)를 송출한다. 다른 실시예에서 상기 연료 공급 시스템은 스파크 점화 엔진(spark ignition engine)에 액체가스를 송출한다. 명세서에서 상기 용어 액체가스는 액체석유가스(liquid petroleum gas), 액화천연가스, 소정량의 메탄올/에탄올 및 프로판 및 부탄 혼합물, 및 이와 유사한 연료를 의미한다.
알려진 바와 같이 연료 소비와 연료 비용을 줄이기 위해서 액체석유가스가 디젤 연료와 함께 디젤 엔진의 실린더들에 공급될 수 있다.
오스트레일리아 특허출원 제71909/00호에는 엔진이 적당히 작동할 수 있는 제어된 속도로 엔진에 액체석유가스와 디젤 연료를 성공적으로 송출하는 연료 공급 시스템이 개시되어 있다.
따라서 본 발명은 상기 연료 공급 시스템을 보다 개선하여, 특히 디젤 엔진들에 적합한 한편 다른 엔진들에도 적용될 수 있으며 또한 스파크 점화 과정이나 압축 점화 과정을 이용하고 있는 엔진들에도 적용될 수 있는 연료 공급 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 제1 태양에 따르면, 엔진용 연료 공급 시스템은,
제1 연료를 상기 엔진에 송출하기 위한 연료 송출 수단(fuel delivery means)과;
상기 제1 연료와 함께 액체가스를 상기 엔진에 송출하기 위한 제2 연료 송출 수단을 포함하며, 상기 제2 송출 수단은;
상기 액체가스를 상기 엔진에 분사하기 위한 인젝터(injector)와;
상기 인젝터를 제어하기 위한 제어 수단(control means)을 구비할 수 있다.
상기 액체가스를 송출하는 인젝터를 사용함으로써 상기 엔진에 상기 액체가스를 성공적으로 송출하였으며, 다른 연료와 배합하여 가스 연료들을 동시에 엔진에 공급할 때 본질적으로 일어나는 문제점들을 극복할 수 있었다.
일 실시예에서 상기 인젝터는 상기 액체가스를 상기 엔진의 흡입 매니폴드(inlet manifold)로 분사한다.
일 실시예에서 제1 연료를 상기 엔진에 송출하기 위한 수단도 또한 상기 제1 연료를 상기 엔진의 흡입 매니폴드 또는 엔진의 실린더로 송출한다.
일 실시예에서 상기 제1 연료는 디젤(diesel)이며, 이런 경우, 상기 연료는 상기 엔진의 실린더로 송출된다.
일 실시예에서 상기 인젝터는;
이젝터 본체(ejector body)와;
핀틀(pintle)과, 상기 핀틀을 수용하기 위한 상기 이젝터 본체 내 보어(bore)와, 상기 핀틀에 의해 폐쇄되는 오리피스(orifice)를 한정하는 핀틀 시트(pintle seat); 및
상기 인젝터 본체에 공급된 액체가스가 상기 오리피스를 통하여 상기 인젝터 본체를 빠져나갈 수 있도록 상기 시트로부터 상기 핀틀을 멀리 이동시키기 위한 수단을 포함한다.
일 실시예에서 상기 핀틀을 이동시키기 위한 수단은 상기 시트로부터 상기 핀틀을 멀리 이동시키도록 여자되는 전기 코일(electrical coil)을 포함한다.
일 실시예에서 상기 시트에 대해 상기 핀틀을 바이어스하기 위한 바이어스 수단(biasing means)이 제공됨으로써, 상기 코일이 여자되는 경우, 상기 코일은 상기 바이어스 수단의 바이어스에 대해 상기 핀틀을 상기 시트로부터 멀리 이동시킨다.
일 실시예에서 상기 인젝터는 인젝터 하우징(injector housing)과, 상기 인젝터 하우징에 배치된 인젝터 본체를 포함하며, 액체가스가 상기 개구를 통과하여 상기 보어 안으로 유입될 수 있도록 상기 인젝터 본체는 기울어진 슬롯 형태의 개 구를 구비한다.
바람직하게는 상기 하우징은 액체가스 공급용 흡입 개구(inlet opening)를 가지며 상기 인젝터 본체와 함께 상기 인젝터 본체 주위에서 챔버(chamber)를 한정함으로써, 상기 액체가스는 상기 챔버 안으로 흘러 들어가서 상기 개구를 통과하여 상기 보어 안으로 흘러 들어갈 수 있다.
일 실시예에서 상기 연료 공급 시스템은 수집 시스템(collection system)을 포함하며, 상기 수집 시스템은,
상기 액체가스가 상기 인젝터에 공급될 때 발생되는 증기 기포(vapour bubble)들을 상기 액체가스로부터 수집하기 위한 수단과;
상기 기포들을 수용하고 상기 액체가스를 탈포하기 위한 액체가스 시스템; 및
증기 형태로 탈포된 액체가스를 상기 엔진으로 복귀시키기 위한 복귀 수단(return means)으로 이루어진다.
일 실시예에서 상기 연료 공급 시스템은 상기 인젝터로부터 상기 시스템까지 상방향으로 안내하는 도관(conduit)을 가지므로, 자연스럽게 솟아오르려고 하는 기포들이 상기 핀틀을 지나서 상기 수집 시스템까지 상방향으로 흐르게 된다.
본 발명의 일 실시예에서 엔진 제어 유닛(engine control unit)이 제공되며, 상기 엔진 제어 유닛은 상기 액체가스 인젝터를 제어하기 위해서 상기 엔진의 작동 파라미터(parameter)들에 관한 데이터를 수집하게 된다.
상기 엔진 제어 유닛은 상기 엔진의 엔진 제어 시스템 또는 별개의 처리 부 분을 포함할 수 있다.
일 실시예에서 상기 엔진 제어 유닛은 하나 이상의;
상기 엔진에 공급되는 액체가스의 온도를 감지하기 위한 연료 센서(fuel sensor)와;
상기 인젝터에 공급되는 액체가스의 압력을 감지하기 위한 연료 압력 감지 수단과;
상기 엔진의 온도를 감지하기 위한 엔진 온도 감지 수단과;
공기 흡입구(air inlet)를 통해서 상기 엔진에 송출되는 공기의 온도를 감지하기 위한 공기 온도 감지 수단과;
가속 페달(acceleration pedal)의 위치를 감지하기 위한 스로틀 위치 감지수단(throttle position sensing means)과;
상기 엔진의 캠 위치를 감지하기 위한 캠 각도 센서(cam angle sensor); 및
상기 엔진에 공급되는 흡입구의 공기 압력을 감지하기 위한 엔진 흡입구 압력 감지 수단으로부터 정보를 수신한다.
일 실시예에서 상기 엔진 제어 유닛은 일부 또는 모든 전술한 센서들로부터 파라미터들을 수신하고, 상기 센서들로부터 수신된 데이터에 따라서 상기 전기 코일에 적당한 신호들을 공급함으로써 상기 액체가스 인젝터를 제어한다.
본 발명의 제2 태양은 본 발명에 이용된 상기 액체가스 인젝터의 구조에 관한 것이다.
본 발명의 제2 태양에 따르면, 액체가스를 엔진에 분사하기 위한 액체가스 인젝터는,
인젝터 본체(injector body)와;
오리피스를 한정하는 핀틀 시트를 구비하여, 상기 인젝터 본체에 형성된 보어와;
상기 오리피스를 폐쇄시키도록 상기 핀틀에 대해 설치하기 위해서 상기 보어에 배치되며, 액체가스가 상기 이젝터로부터 분사되도록 상기 오리피스를 개방시키기 위해서 상기 핀틀 시트로부터 멀리 이동할 수 있는 핀틀과;
상기 핀틀 시트로부터 제거되는 위치와 상기 인젝터를 선택적으로 개폐하기 위해 상기 핀틀 시트에 대해 설치되는 위치 사이에서 상기 핀틀을 이동시키기 위한 수단과;
액체가스가 개구를 통하여 상기 인젝터 본체로 들어가서 상기 핀틀을 가로지르는 방향으로 상기 보어 안으로 유입되도록 상기 보어와 소통하는 상기 인젝터 본체 내 개구; 및
기포들이 상기 보어와 통로를 통하여 상기 개구 주변에서부터 상기 인젝터 본체의 상부 부분으로 이동할 수 있도록 상기 보어에서부터 상기 인젝터 본체의 상부 부분까지 연장되는 상기 인젝터 본체를 관통하는 통로를 포함한다.
일 실시예에서 상기 제어수단은 전기 코일을 포함하며, 상기 전기 코일은 상기 핀틀 시트로부터 상기 핀틀을 끌어당기기 위해 여자되고 상기 핀틀 시트로 상기 핀틀을 복귀시키기 위해 탈여자된다.
일 실시예에서 상기 인젝터는 상기 핀틀 시트에 대해 상기 핀틀을 바이어스 하기 위한 바이어스 수단(biasing means)을 포함한다.
일 실시예에서 상기 통로는 상기 핀틀 위에 배치된 인젝터 챔버를 포함하며, 상기 인젝터에서 액체석유가스의 분사 중에 생성된 기포들은 상기 챔버까지 상방향으로 흐를 수 있다.
일 실시예에서 상기 챔버는 기포들을 수용하고 상기 액체가스를 탈포시켜, 상기 엔진에 상기 액체석유가스를 복귀시키기 위한 액체석유가스 증기 시스템에 연결된다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 증기 시스템은 증기 형태로 탈포된 액체가스를 상기 엔진에 복귀시킨다. 하지만, 다른 실시예들에서 상기 증기는 다른 장소로 복귀될 수 있다.
본 발명의 다른 태양은 상기 엔진에 공급되는 액체가스의 탈포(debubbling)에 관한 것이다.
본 발명의 이러한 태양에 따르면, 상기 엔진의 연료 공급 시스템은,
상기 엔진에 액체가스를 공급하기 위한 액체가스 공급 수단과;
상기 엔진에 상기 액체가스 공급 시에 생성될 수 있는 액체가스의 증기 기포들을 수집하기 위한 수집 수단; 및
상기 엔진의 공기 흡입구로 상기 증기를 복귀시키기 위한 복귀 수단을 포함한다.
본 발명의 이러한 태양에 따르면, 엔진에 액체가스를 송출하기 위한 인젝터는,
인젝터 본체와;
상기 인젝터 본체 내 보어와;
오리피스를 한정하며, 상기 보어에 형성된 핀틀 시트와;
상기 오리피스를 폐쇄하고 상기 오리피스를 통한 액체가스의 분사를 방지하도록 상기 핀틀 시트에 대해 설치하기 위해서 상기 보어에 배치되며, 상기 오리피스를 통하여 액체가스를 분사하도록 상기 핀들 시트로부터 멀리 이동할 수 있는 핀틀과;
상기 핀틀을 상기 핀틀시트를 향해 이동시키고 상기 핀틀 시트로부터 멀리 이동시키기 위한 제어 수단; 및
상기 인젝터에서 액체가스의 분사 중에 형성되는 액체가스의 기포들을 수집하기 위한 상기 인젝터 내 기포 유동 통로(bubble flow path)를 포함한다.
일 실시예에서 상기 통로는,
상기 보어를 한정하는 벽과 상기 핀틀 사이에 한정되는 챔버; 및
액체가스 증기 시스템에 공급되는 기포들을 수용하기 위한 상기 인젝터의 상부 수집 챔버를 포함한다.
일 실시예에서 상기 증기 시스템이 상기 상부 챔버에 연결된 도관을 포함함으로써, 상기 기포들이 상기 도관을 통하여 상기 상부 챔버로부터 상기 시스템까지 상승할 수 있으며, 상기 시스템에서는 상기 기포들이 제거되어 상기 발포된 액체가스가 증기 상태로 상기 엔진의 공기 흡입구로 복귀된다.
바람직하게는 상기 인젝터 하우징은 냉각제 출구(coolant outlet)와 냉각제 입구(coolant inlet)를 포함함으로써, 냉각제는 상기 입구 안으로 흘러 들어가서 상기 인젝터 본체를 둘러싸는 상기 하우징 안으로 흘러 들어갈 수 있고, 상기 냉각제 출구를 통하여 흘러 나갈 수 있게 된다.
본 발명의 또 다른 태양은 특히 액체가스가 연료 공급 시스템에 의해 엔진에 공급될 때 액체 가스의 발포(bubbling) 또는 기화(vaporisation)에 관한 것이다. 일반적인 차량 엔진과 같은 엔진에 액체를 공급하는데 사용되는 일반적인 액체석유가스 공급 시스템들에서, 액체가스는 상기 엔진의 공기 흡입구에 공급되는데, 상기 공기 흡입구에서 액체가스가 기화하여 상기 흡입구 공기와 함께 점화용 엔진의 실린더들 안으로 흡입된다. 액체가스를 이런 방식으로 상기 엔진에 적용하는 것은 불가피한데, 이는 상기 액체가스가 일반적으로 상대적으로 냉각된 상태에 있고 상기 액체가스 탱크에서 높은 압력 하에 있어서, 상기 가스가 상기 탱크로부터 공급되는 경우 상기 가스는 주위 온도에서 기화하므로 사실상 상기 엔진에 상기 연료를 증기 형태 이외의 다른 형태로 공급하는 것이 불가능하기 때문이다.
따라서, 액체가스가 기화하여 상기 흡입구 공기와 함께 상기 엔진에 흡입되는 상기 흡입구에 액체가스를 공급하는 것이 연료를 공급하는 일반적인 방법이다. 상기 연료가 상기 연료 탱크의 차가운 고압 환경을 벗어나서 상기 공기 흡입구에 공급되는 경우 상기 연료의 기화는 연료가 끓는 형태로 이루어진다. 이러한 기화 또는 끓음은 연료의 기포들을 생성시키는데, 이로 인해 이전 시스템들은 단지 기화가 문제되지 않는 공기 흡입구에 단순히 공급하는 것 이외에는, 이러한 유형의 연료의 공급을 취급할 수 없었다. 이러한 형태의 공급에서, 연료는 상기 엔진에 연료 의 제어된 공급 없이 단순히 상기 엔진에 흡입된다. 따라서, 이런 형태로 액체가스를 공급하는 것은 상대적으로 비효율적이다. 액체석유가스의 가격이 상대적으로 싸기 때문에 과거에는 이러한 단점들을 감내해 왔으며, 특별한 어려움을 일으키지는 않아 왔다. 하지만, 액체석유가스의 가격이 상승함에 따라 보다 효율적인 공급 시스템이 요망되고 있다.
따라서 본 발명의 상기 태양은 엔진의 실린더들에 액체 석유가스를 송출하기 위한 연료 공급 시스템을 제공하며, 상기 연료 공급 시스템은,
액체석유가스를 공급하기 위한 액체가스 공급 수단과;
상기 공급 수단으로부터 공급된 상기 액체가스를 수용하고 상기 엔진의 실린더들에 액체 형태로 액체가스를 분사하기 위한 인젝터와;
상기 액체가스가 액체 형태로 상기 인젝터로부터 분사되도록 상기 인젝터에서 상기 액체가스의 기화 또는 발포를 방지하기 위한 방지 수단(preventing means)을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 방지 수단은 상기 인젝터로 송출되고 상기 이젝터로부터 분사된 액체가스가 상기 액체가스 공급 수단에서 액체가스 온도보다 낮은 온도에서 유지되어 상기 액체가 상기 인젝터에서 기화하거나 발포하지 않도록 상기 액체가스를 냉각하기 위한 냉각 수단을 포함한다.
바람직하게는 상기 냉각 수단은 상기 인젝터를 냉각하도록 상기 인젝터에 액체가스를 공급하기 위한 액체가스 송출 도관을 포함한다.
바람직하게는 상기 인젝터는,
상기 공급 수단으로부터 공급된 액체가스를 수용하고 상기 인젝터 본체로부터 액체가스를 분사하기 위한 이젝터 본체와;
상기 인젝터 본체를 둘러싸는 하우징을 포함하며, 상기 하우징은 상기 하우징과 상기 인젝터 본체 사이에 챔버를 한정하며;
상기 하우징 내 냉각제 유입 개구와 상기 하우징 내 냉각제 유출 개구를 구비한 다른 냉각수단을 포함하며, 상기 입구는 냉각제 공급부에 연결됨으로써, 냉각제는 상기 챔버에 공급될 수 있으며 상기 인젝터 본체와 상기 인젝터 본체의 상기 액체가스를 냉각하기 위해서 상기 인젝터 본체를 둘러쌀 수 있게 된다.
바람직하게는 상기 냉각제는 저압의 액화석유가스 액체이다. 하지만 다른 적당한 냉각제가 사용될 수도 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서, 상기 방지 수단은 상기 인젝터에 공급되기전에 상기 액체가스에서 발생하는 기포들을 제거하기 위한 탈포 수단(debubbling means)을 포함한다.
바람직하게는 상기 탈포 수단은 상기 액체가스를 냉각하기 위한 냉각 수단과 결합하여 제공됨으로써, 상기 인젝터로 송출된 액체가스는 적어도 분사 중에 발생하는 기화 또는 기포 발생 가능성을 감소시키는 저온에서 유지된다.
바람직하게는 상기 인젝터는 하우징 안에 제공되며, 상기 하우징은 기포들과 증기를 상승시킬 수 있는 탈포 통로(debubbling passage)를 포함하며, 상기 인젝터는 상기 통로 아래에서 상기 하우징 안에 배치되고, 상기 통로는 발포되고 기화된 액체가스의 압력을 감소시키기 위한 제1 탈포 장치에 연결되며, 도관이 상기 제1 탈포 장치로부터 상기 액체가스를 완전한 증기 상태로 변환하기 위한 상기 하우징의 제2 탈포 장치의 외면까지 연장된다.
바람직하게는 상기 인젝터는 상기 엔진 흡입구와 연통하며, 상기 제2 탈포 장치는 상기 제2 도관에 의해 상기 엔진 흡입구에 연결되어, 상기 인젝터는 상기 인젝터에서 분사된 액체가스를 송출하고 상기 제2 도관은 상기 제2 탈포 장치로부터 증기 상태로 액체가스를 송출하게 된다.
본 발명의 이러한 태양에 따르면, 엔진의 실린더들에 액체가스를 송출하기 위한 연료 공급 시스템은,
액체가스를 공급하기 위한 액체가스 공급 수단과;
상기 공급 수단으로부터 공급된 액체가스를 수용하고 상기 실린더들에 액체가스를 분사하기 위한 복수의 인젝터들; 및
액체가스가 상기 공급 수단에서 액체가스 온도보다 낮은 온도에서 유지되어 상기 인젝터들에서 상기 액체의 발포 또는 기화를 방지함으로써 상기 액체가스가 상기 인젝터로부터 액체 형태로 분사될 수 있도록 상기 인젝터들에 공급된 상기 액체가스를 냉각하기 위한 냉각 수단을 포함한다.
본 발명의 또 다른 태양은 액체가스 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 이러한 태양에 따르면, 액체가스의 기포들을 수용하고, 수집 지점(collection point)으로의 복귀를 위해 상기 기포들을 액체나 증기로 변환하기 위한 액체가스 시스템은,
상기 기포들을 수용하는 챔버와;
상기 챔버 내 플로트(float)와;
상기 플로트에 연결된 스위치 부재(switch member)와;
상기 플로트가 소정 위치에 있을 때 상기 스위치 부재에 의한 활성화를 위해 협동하는 스위치 부재(co-operating switch member)와;
상기 챔버의 출구와;
상기 출구를 폐쇄하는 밸브를 포함하며,
기포들이 상기 챔버 안으로 들어가는 경우 상기 기포들은 붕괴할 수 있고 상기 플로트가 떠오르는 액체 또는 증기 상태로 복귀할 수 있으며;
상기 챔버에 대한 기포들의 공급 및 상기 액체 또는 증기를 형성하는 기포들의 붕괴 때문에 상기 챔버 안에서 압력이 강화되는 경우 상기 압력에 의해 상기 플로트가 소정 위치까지 밀리게 됨으로써, 상기 스위치 부재는 상기 대응 스위치 부재를 활성화시키며, 상기 수집소로(collection station)의 공급을 위해 상기 출구로부터 증기가 나오도록 상기 밸브를 개방시킨다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 증기가 탈포 후 상기 증기 시스템으로부터 상기 엔진으로 복귀하도록 상기 수집소는 단지 상기 엔진의 흡입 매니폴드로 구성될 수 있다.
하지만, 다른 실시예들에서 상기 증기 또는 액체석유가스는 사용 또는 저장을 위해 다른 위치로 복귀될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 상기 밸브는 상기 플로트가 소정 위치에 있는 경우 상기 센서에 의해 활성화되는 솔레노이드 밸브(solenoid valve)로 이루어져서, 상 기 솔레노이드 밸브가 개방되면 상기 증기가 상기 출구를 빠져나갈 수 있게 된다.
일 실시예에서 상기 스위치 부재는 상기 플로트에 연결된 자석을 포함하며, 상기 협동하는 스위치 부재는 상기 자석을 감지하기 위한 센서를 포함함으로써, 상기 플로트가 상기 소정 위치로 이동하는 경우, 상기 자석은 상기 자석을 활성화시켜 상기 밸브를 개방시키는 상기 센서 주변에 위치하게 된다.
전술한 본 발명의 모든 태양들에서 사용된 액체가스는 액체석유가스 또는 압축 액화천연가스일 수 있다.
액화천연가스가 사용된다면, 본 발명의 바람직한 실시예들은 상기 연료 공급 시스템보다 앞서서,
압축 천연가스를 수용하고 상기 압축 천연가스를 냉각하기 위한 열 교환 수단과;
상기 압축 천연가스를 상기 연료 공급 시스템에 송출하기 전에 상기 압축 천연가스의 압력을 감소시키기 위한 압력 감소 수단을 포함한다.
필터(filter)가 상기 열 교환 수단과 상기 압력 감소 수단 사이에 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 태양은 연료 및 2-행정 엔진(two-stroke engine)용 연료 공급 시스템에 관한 것이다.
상기 연료는 상기 연료는 액체석유가스와 2-행정 오일의 혼합물로 이루어질 수 있다.
바람직하게는 상기 액체가스는 액체석유가스를 포함하며, 상기 오일은 2-행 정 오일이다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 액체석유가스와 오일의 혼합물은 2-행정 엔진에 분사될 수 있으며, 상기 엔진 안으로 분사될 시에 기화된 액체석유가스로 인해 "건조" 오일이 윤활 목적으로 상기 엔진의 기계 부품들을 코팅할 수 있게 되는 이점이 있다. 상기 기화된 액체석유가스는 연소를 위해 상기 2-행정 엔진의 챔버 안으로 흡입될 수 있다.
본 발명의 이러한 태양은 전술한 바와 같이 연료 공급 시스템에 구현되어 있으며, 상기 연료는 액체석유가스와 2-행정 오일의 혼합믈로 이루어진다.
바람직하게는 본 발명의 이러한 태양에 사용된 인젝터는 블리드 오프 라인(bleed off line)을 포함하며, 상기 블리드 오프 라인은 엔진 가열에 의해 가열되며 상기 인젝터에서 형성된 오일을 배출하도록 배치된다.
바람직하게는 상기 블리드 오프 라인은 상기 연료 공급 시스템이 설치되어 있는 엔진의 크랭크케이스(crankcase)와 연통한다.
본 발명은 표준 온도와 압력에서 급속하게 기화하는 액체 탄화수소와 혼합된 알콜을 포함하는 연료를 제공한다.
바람직하게는 상기 알콜은 메탄올 또는 에탄올이며, 상기 액체 탄화수소는 부탄 또는 프로판이다.
바람직하게는 상기 연료는 물을 포함한다.
본 발명은 연료 공급 시스템을 보다 개선하여, 특히 디젤 엔진들에 적합한 한편 다른 엔진들에도 적용될 수 있으며 또한 스파크 점화 과정이나 압축 점화 과정을 이용하고 있는 엔진들에도 적용될 수 있는 연료 공급 시스템에 관한 것이다.
이하에서 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면 연료 공급 시스템(fuel delivery system) 10은 액체석유가스를 저장하기 위한 액체석유가스 실린더(liquid petroleum gas cylinder) 12를 포함한다. 상기 실린더 12는 연료 차단 밸브(fuel shut-off valve) 14 및 필터 록 밸브(filter lock valve) 18을 통하여 액체석유가스 인젝터 20에 액체석유가스를 공급하기 위한 출구 라인(outlet line) 16을 갖는다. 상기 인젝터 20은 전기 코일 24가 배치되어 있는 인젝터 본체 22를 갖는다. 상기 인젝터 본체 22에는 보어(bore) 26이 구비되며, 상기 보어 안에 핀틀(pintle) 28이 배치된다.
상기 핀틀 28은 상기 보어 26 안에 약간 느슨하게 끼워 맞춰진다. 상기 보어 26은 그 하부 단부에 핀틀 시트(pintle seat) 30을 구비하고 있으며, 상기 핀틀 시트는 엔진 E의 흡입 매니폴드(inlet manifold) 32에 오리피스(orifice) 31을 한정한다. 상기 보어 26은 상부 단부(upper end) 35를 가지며, 상기 흡입 매니폴드 32에 상기 오리피스 31을 폐쇄하기 위해서 상기 핀틀 시트 30에 대해 상기 핀틀 28을 바이어스하기 위한 스프링 36이 상기 상부 단부 35와 상기 핀틀 28 사이에 배치된다.
상기 인젝터 본체 22는 좁은 통로(narrow passage) 37을 통하여 상기 보어 28과 연통하는 인젝터 챔버(injector chamber) 40을 구비하며, 상기 좁은 통로는 상기 단부 35로부터 상기 챔버 40까지 연장된다. 상기 챔버 40은 상승 기포 도관(rising bubble conduit) 44에 연결되며, 차례로 상기 도관은 이하에서 보다 상세히 기술될 액체석유 증기 시스템(liquid petroleum vapour system) 48에 연결된다. 상기 증기 시스템 48은 증기 라인(vapour line) 50을 가지며, 상기 증기 라인 50은 이하에서 보다 상세히 기술될 상기 흡입 매니폴드 32에 증기를 되돌려 공급하기 위해서 상기 시스템 48로부터 상기 흡입 매니폴드 32까지 연장된다.
상기 흡입 매니폴드 32는 공기 흡입구(air inlet) 60을 구비하며, 상기 공기 흡입구 안에 일반적인 스파크 점화 엔진용 스로틀 조립체(throttle assembly) 62가 배치된다. 스로틀 조립체 62는 압축 점화 엔진의 경우에는 제거된다.
도 1에 나타낸 시스템은 상기 엔진 E와 결합된 엔진 제어 시스템 또는 보드 컴퓨터(board computer) 상에 존재할 수 있는 엔진 제어 유닛(engine control unit) 70에 의해 제어된다. 상기 연료 시스템과 엔진으로부터의 입력 파라미터들이 처리 및 제어 목적으로 상기 제어 유닛 70에 제공된다. 연료 온도 센서 72는 상기 액화석유가스 실린더 12 내 연료의 온도를 감시한다. 상기 라인 16을 통한 연료의 송출 압력은 압력 센서 74에 의해 감시된다. 상기 스로틀 조립체 62의 스로틀 위치는 스로틀 위치 센서 76에 의해 감시되며, 온도 센서 78은 상기 공기 흡입구 60을 통하여 상기 흡입 매니폴드 32로 이동하는 공기의 온도를 감시한다. 다른 압력 센서 80은 상기 흡입 매니폴드 32의 공기 압력을 감시하며, RPM 및 캠 위치 센서 82는 상기 엔진 E에 대해 상기 흡입 밸브들을 제어하기 위한 캠의 위치뿐만 아니라 엔진 회전을 측정한다.
상기 엔진 E 제어 유닛 70은 또한 상기 차단 밸브 14를 제어하기 위한 출력 라인(output line)들 84 및 상기 인젝터 20의 코일 24에 전력을 공급하기 위한 출력 라인 86을 갖는다.
상기 인젝터 본체 22는 상기 오리피스 31에 대해 상기 보어 26과 연통하는 상기 인젝터 벽 안에 형성된 두 개의 기울어진 슬롯(slot)들 90(단지 하나만 나타냄)을 포함한다. 하우징(미도시)은 상기 인젝터 본체 22를 둘러싸고 라인 16을 수용하기 위한 입구를 가짐으로써, 액체석유가스는 상기 하우징 안으로 공급된 후 상기 엔진 E로 공급되기 위해서, 상기 슬롯들 90을 통하여 상기 핀틀을 가로지르는 방향으로 상기 보어 26에 공급된다. 상기 엔진 제어 유닛이 라인 86 상에 펄스(pulse)를 출력하여 코일 24를 여자시키는 경우, 상기 핀틀 28은 상기 스프링 36의 바이어스(bias)에 대해 상기 핀틀 시트 30으로부터 멀리 끌어당겨지고, 이로써 상기 오리피스 31이 개방된다. 상기 보어 26 내 액체석유가스는 상기 인젝터 본체로부터 상기 흡입 매니폴드 32 안으로 분사되어 상기 엔진 E에 공급된다. 상기 제어 유닛 70이 상기 라인 86으로부터 펄스를 제거하는 경우, 상기 코일 24는 탈여자되고 상기 핀틀 28은 시트 30에 대해 고정되어 상기 오리피스를 폐쇄시킨다.
상기 액체석유가스의 발포(bubbling)는 상기 실린더 12의 고압 및 상대적으로 낮은 온도 환경을 벗어나 보다 높은 주위 온도 영역으로 공급되는 액체석유가스의 자연스러운 기화 또는 발포에 의해 일어난다. 따라서, 이러한 온도 변화는 상기 액체석유가스가 액체 상태에서 가스 상태로 변환될 때 상기 액체석유가스가 효과적 으로 끓을 수 있게 한다. 따라서, 상기 액체석유가스는 일반적인 인젝터 시스템들에서와 같은 상기 핀틀 26과 평행한 방향에서 보다는 오히려 횡방향에서 상기 핀틀 26의 운동 및 상기 핀틀 26의 방향으로 효과적으로 진입한다. 따라서 자연적으로 위로 솟아오르려고 하는 기포들이 상기 보어 27의 주변에서부터 상기 스프링 36을 지나 위로 상승하여 상기 좁은 통로 37을 통과하여 상기 인젝터 챔버 40 안으로 들어간다. 상기 기포들은 상기 상승 기포 도관 44를 통하여 상기 변환기(converter) 48로 흘러간다.
상기 변환기 48은 저압이며 상대적으로 고온인 상대적으로 큰 용적의 챔버를 제공함으로써 상기 변환기 48에 유입되는 기포들은 상대적으로 낮은 압력과 보다 높은 주위 온도 때문에 간단히 붕괴되어 증기 상태로 변환된다. 상기 증기는 도관 50을 따라서 상기 엔진 E의 공기 흡입구(air intake) 32로 공급될 수 있다. 택일적으로, 상기 증기는 상기 증기가 나중에 사용되기 위해 저장되는 다른 환경으로 운반될 수도 있다.
상기 변환기 48은 도 2에 나타낸 탈포 챔버(debubbling chamber)로 대체될 수 있으며, 상기 탈포 챔버는 변환기 챔버 102를 한정하는 하우징 100으로 이루어진다. 상기 하우징 100은 상기 도관 44에 연결되는 입구 104를 구비함으로써 상기 도관 44 내 기포들이 상기 입구 104로 들어가서 챔버 102를 지날 수 있게 된다. 플로트(float) 106은 그 하부 측면 상에서 자석(magnet) 108을 지탱하고 있다.
한 쌍의 근접 스위치(proximity switch)들 110 및 112는 상기 하우징 100에 고정되며 상기 자석 108이 개개의 스위치 110 또는 112에 인접한 위치로 이동되는 경우 상기 자석 108에 의해 활성화된다.
액체석유가스의 기포들이 상기 입구 104를 통하여 상기 챔버 102 안으로 유입되는 경우, 상기 기포들은 상기 챔버 102 안에서 붕괴되어 액체 또는 증기로 개질될 수 있다. 상기 라인 44를 통한 기포들의 상승으로 인하여 압력이 증가하는 경우 상기 액체 레벨 위로 자연스럽게 이동하려고 하는 증기 압력이 도 2에 도시된 화살표 방향으로 아래쪽으로 상기 플로트 106을 밀어낼 것이다. 상기 자석 108이 상기 스위치 112에 인접하는 경우 상기 스위치 112는 활성화된다.
상기 챔버 102는 출구 114를 가지며, 솔레노이드 밸브(solenoid valve) 116은 상기 출구 114를 선택적으로 개폐하기 위해서 상기 출구 114 안에 배치된다. 상기 출구 114는 도 1에 나타낸 라인 50에 연결되어 있다. 상기 자석 108이 상기 챔버 102 내 증기 압력에 의해 밀리게 되는 경우, 상기 자석은 상기 스위치 112에 인접하게 되고, 상기 스위치 112는 상기한 바와 같이 활성화되고 상기 스위치 112의 활성화는 상기 솔레노이드 밸브 116을 활성화시켜 상기 밸브 116이 개방된다.
상기 밸브 116이 개방되면 상기 챔버 내 증기가 상기 흡입 매니폴드 32로 복귀하고 상기 엔진 E로 공급되도록 상기 밸브 116을 통과하여 상기 증기 라인 50을 지날 수 있게 된다. 증기가 방출되면, 챔버 102 내 액체 레벨은 상승할 수 있으며, 상기 플로트 106은 도 2에 도시된 위치로 복귀할 수 있으며, 상기 스위치 112는 비활성화된다. 이때 상기 자석은 대기 상태를 지시하는 상기 스위치 110에 인접하게 되며, 상기 밸브 116은 압력이 다시 증가하여 상기 플로트 116과 자석 108을 상기 스위치 112에 인접한 위치로 밀어 낼 때까지 폐쇄된다.
따라서, 본 발명의 상기 실시예는 액체석유가스가 압력 하에서 상기 인젝터 20으로부터 분사될 때에 발생되는 기포들의 생성을 극복할 수 있다. 기포들은 수집되어 탈포될 수 있으며 그 후 상기 엔진에 연료로 복귀될 수 있다.
본 발명의 상기 실시예에서, 상기 인젝터 20으로부터 상기 엔진 E로 분사되는 연료의 기화량을 줄이기 위해서, 상기 흡입 매니폴드 32가 상기 흡입 매니폴드 32를 관통하여 연장되는 다른 냉각제 통로 또는 물 통로에 의해 냉각되는 것이 바람직하다. 이러한 통로는 보다 낮은 온도로 상기 흡입 매니폴드 32를 유지시키며 상기 엔진 E의 방사열로부터 상기 액체석유가스 연료를 보호함으로써 상기 액체석유가스는 대개 액체 상태로 유지된다. 상기 흡입 매니폴드 32를 관통하는 냉각 통로들은 도 2에 도시된 형태이지만 액체 냉각을 포함하는 증기 변환기 시스템에 연결될 수 있으며, 그 결과 상기 냉각 액체는 상기 증기 변환기로부터 상기 흡입 매니폴드 32까지 순환하게 된다.
상기 흡입 매니폴드 32의 압력을 측정하는 상기 센서 80은 상기 유닛 70에 신호를 제공한다. 상기 스로틀 위치 센서 76 및 공기 온도를 책임지는 상기 센서 80은 상기 유닛 70에 의해 감시되며, 차례로 상기 유닛 70은 상기 흡입 매니폴드 32를 통하여 분사되는 액체석유가스의 양을 제어한다. 상기 엔진의 엔진 인젝터의 각 인젝터에 대한 동등한 플러싱(flushing)은 상기 핀틀 시트 30으로부터 각 인젝터의 증기 시스템 48까지 동일한 거리의 통로 길이들을 사용함으로써 시종일관 달성된다. 상기 액체석유가스의 액체 분사 시스템용 인젝터들의 수는 스파크 점화 엔진용으로는 필수적이지 않지만, 디젤 엔진들용 실린더들의 수에 따라 달라진다. 코 일 24를 작동시키기 위해 라인 86 상에 공급되는 상기 인젝터용 펄스 폭 변조는 상기 엔진 부하, RPM, 온도, 흡입 공기 온도, 연료 온도, 가압 스로틀 위치, 가속 및 감속 천이 부스트 공기 압력과 관련하여 제어되며, 이 모든 것들은 상기 유닛 70에 의해 결정된다. 상기 유닛 70은 차례로 모든 RPM 설치, 소정 연료양들을 제공하기 위해 프로그램되어 있으며, 상기 소정 연료양들(디젤 엔진에서는 dg 혼합물이라 칭함)은 특정 동력 커브, 방출 레벨들과 효율적인 사용을 달성하기 위해 도입된다. 디젤 엔진의 경우 캠 각도 센서 82는 시간 순차 분사(time sequential injection)를 제공한다. 즉 상기 배기 밸브(exhaust valve)가 개방되면 액체석유가스는 존재하지 않으며, 상기 배기 밸브가 폐쇄되고 상기 흡입 밸브가 개방되면 액체석유가스가 순차적으로 도입된다. 상기 혼합물들의 냉각 온도들이 방출 제어를 보장하는 상기 유닛 70의 규격에 따라서 수정되도록 상기 엔진 온도가 감시된다.
본 발명의 상기 실시예에서 라인 50을 경유하여 상기 시스템 48로부터 증기 48의 적용은 상기 핀틀 28의 팁(tip)을 상기 오리피스 31에 인접하여 맞닿게 하고 또한 상기 오리피스 31의 근처에 맞닿게 한다.
압축 점화 시스템의 경우 각 인젝터 20으로부터 시간 순차 분사가 제공되어 소기 공기(scavenging air)에 액체석유가스가 존재하지 않게 된다. 상기 센서 80은 최초 장치 제조자의 엔진 제어 유닛 형태로 이루어진 상기 엔진 제어 유닛에 제공하는 신호가 제어된 디젤 사용량 감소를 위해 변경되도록 구성된다. 디젤 연료와 액체석유가스의 혼합물보다는 디젤 연료를 사용하여 상기 엔진을 구동하는 것이 바람직한 경우에는 상기 센서는 억제될 수 있다.
본 발명의 보다 바람직한 실시예는 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명한다. 이런 실시예에서 생성되는 기포들의 수집에만 의존하기보다는 우선 기포들의 형성 가능성을 방지하거나 적어도 크게 감소시킴으로써 상기 액체석유가스가 상기 인젝터 20으로부터 액체 형태로 분사될 수 있게 하는 것이 바람직하다. 도 3 내지 도 6에서 동일한 참조번호들은 이전에 기술된 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 3 내지 도 6의 실시예에서 상기 액체석유가스는 이하에서 보다 상세히 기술되는 택일적인 방법으로 공급된다. 따라서, 이런 실시예에서 상기 슬롯들 90은 제공될 필요가 없으며, 또는 제공된다면 인젝터 20의 단일 형태가 도 1과 2의 실시예들 및 도 3 내지 도 6의 실시예들 양쪽에 사용될 수 있으며, 상기 슬롯들 90은 상기 인젝터 본체 22로부터 액체석유가스가 빠져나가는 것을 방지하기 위해서 차단된다. 상기 액체석유가스는 도 1과 같은 횡방향보다는 일반적으로 상기 인젝터 본체 22를 통하여 축방향으로 송출된다.
도 3을 참조하면 액체석유가스 탱크 12는 액체석유가스를 탱크 록(tank lock) 14를 통하여 라인 16 및 직선 필터(inline filter) 4에 공급하며, 그런 다음 여과된 액체석유가스는 서비스 라인 37을 통하여 분배 블록(distribution block) 38로 전달된다. 상기 분배 블록 38로부터 상기 액화석유가스는 절연된 송출 라인들 39를 지나서 인젝터 하우징들 3(도 4 및 도 5에 상세히 도시됨)으로 흘러간다.
도 4를 참조하면 상기 액화석유가스는 라인들 39로부터 각 하우징 3의 개개의 위어 T 피스(weir T piece)들 8로 들어간다. 상기 액화석유가스는 스톱 밸브 솔레노이드(stop valve solenoid) 5에 의해 제어되는 스톱 밸브 9를 향하여 위쪽으로 흐른다. 스톱 밸브 솔레노이드 5는 회로 라인 127 상에서 ECU 70에 의해 여자되는 경우 개방된다.
스톱 밸브 9가 개방되면 액화석유가스의 액체 및 증기 기포들이 중력에 의해 강하하는 액체와 함께 스톱 밸브 9를 지나서 인젝터 입구 201로 흘러가며, 상기 기포들이 변환기 입구 11로 솟아오른다.
도 4에 잘 나타나 있듯이, 상기 인젝터 하우징 3은 상기 인젝터 20을 지지하며 또한 상기 인젝터 입구 201로부터 기포들을 끌어내는 작용을 한다. 상기 인젝터 하우징 3은 또한 상기 인젝터 20을 냉각시켜 상기 인젝터 20 내 연료를 액체상태로 유지시키며, 이로써 상기 인젝터 20에 있는 동안에 상기 연료가 끓거나 기포 상태로 변환되는 것이 방지된다.
상기 인젝터 입구 201의 액체 및 ECU 70으로부터 인젝터 20에 공급된 펄스 폭과 함께 상기 액체액화석유가스는 상기 인젝터 20을 지나서, 입구 포트(inlet port) 20을 향하여 스프레이 됨으로써 매니폴드 32 (도 5 참조) 안으로 분사된다. 상기 액화석유가스의 분사는 상기 ECU 70에 의해 시간이 조정되므로, 펄스는 배기 밸브 133 (도 5 참조)의 폐쇄 후 및 상기 흡입 밸브 132 (도 5 참조)의 폐쇄 전에 발생하며, 피스톤 131 (도 5 참조)의 하향 작용은 배기 밸브 33으로의 누출 없이 상기 분사된 모든 액화석유가스를 상기 엔진 E 안으로 흡입할 수 있게 한다.
상기 액화석유가스가 인젝터 입구 201에 액화석유가스를 공급하기 위한 위어 T 피스 8위로 강하하면, 존재하거나 형성된 증기 기포들이 상기 하우징 3 안의 챔버 203의 압력 감소를 위해 변환기 입구 11로 상승한다. 상기 하우징 3은 다이어프 램(diaphragm)에 의해 폐쇄되는 캡 부분(cap portion) 203a를 갖는다. 상기 다이어프램 202는 상기 챔버 203의 벽을 형성하며 상기 다이어프램 202는 스프링 205에 의해 상기 챔버 203 안쪽으로 바이어스된다. 상기 다이어프램 202는 레버(lever) 206을 지탱하며, 상기 레버는 필터 밸브 207에 연결되며, 상기 필터 밸브는 상기 챔버 203의 압력에 따라서 상기 입구 11을 밀봉한다. 도 4에 잘 나타나 있듯이, 상기 인젝터 20은 상기 챔버 203에 장착되며, 상기 챔버 203의 벽 구조물 252 및 253에 밀봉된 중간 부분 20a 및 플랫(flat) 251 상에 지지된 입구 201을 갖는다. 상기 인젝터 20의 출구 단부는 상기 엔진 E의 흡입 매니폴드 32에 노출되어 있는 상기 챔버 3의 보어 256 안에 밀봉된다.
상기 위어 T 피스 8을 통하여 상기 입구 11에 공급된 액화가스는 상기 챔버 203의 내부 보다 상당히 높은 압력 상태에 있으며, 이러한 높은 압력은 상기 다이어프램 202에 대해 개방된 밸브 207을 밀어부치며 상기 스프링 205를 바이어스시키며, 그 결과 상기 입구 201에 공급된 액체가스는 상승하여 상기 입구 및 상기 챔버 203 안으로 유입된다. 상기 챔버 203 안에서의 압력 감소는 상기 기포들을 붕괴시키며 상기 챔버 203에 유입된 어떠한 액체든지 증기로 바꿈으로써 상기 챔버 203에 노출되어 있는 상기 인젝터 20이 냉각된다. 상기 인젝터 20의 이러한 냉각은 상기 입구 201로 들어오는 상기 액체석유가스가 상기 인젝터 20의 냉각 상태 때문에 액체 상태로 유지되게 하며, 상기 인젝터 20에서 상기 인젝터 20의 작동에 손상을 주며 상기 인젝터 20에서 적당한 연료 분사를 방해하는 증기로 변환되지 않게 한다. 상기 챔버 203의 압력이 상기 입구 11의 액체석유가스 보다 높은 압력으로 상승하 는 경우, 상기 다이어프램 202는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 스프링 205의 바이어스에 대해 위쪽으로 밀리게 되며, 이로 인해 상기 레버 206은 상기 입구에 대해 상기 평밸브 207을 폐쇄시켜, 상기 하우징 203의 압력이 출구 도관 209를 경유하여 상기 하우징 203으로부터 배출되는 액체석유가스에 의해 감소될 때까지 상기 하우징 203 안으로 기포들과 증기의 다른 진입을 방지한다. 따라서, 챔버 203 내 감압 증기 및 액체는 상기 하우징 3과 인젝터 20에 냉각 효과를 준다. 이러한 냉각 효과는 상기 분사 시스템, 및 특히 상기 인젝터 20 안에서 액화석유가스의 기화 가능성을 감소시킨다. 저압의 액화석유가스의 기화가 일어나지 않도록 상기 하우징 3 및 인젝터 20이 충분히 냉각되어진 후에 잔류 액화석유가스가 상기 도관 209 안으로 유입되고 증기 블록 208에 전달된다. 상기 블록 208은 오리피스 118을 포함한다. 상기 오리피스 118은 상기 도관 119를 통하여 상기 엔진으로 들어오는 액화석유가스 증기의 양을 제어하기 위해서 역압을 생성하는 액화석유가스의 흐름을 제한한다. 상기 증기 블록 208은 열수 입구(hot water inlet) 120 및 열수 출구 121에 부착되어 있으며, 상기 블록 208의 연료가 증기 상태로 유지되도록 상기 블록을 가열하기 위해서 보어(미도시)가 상기 블록 208을 통하여 연장된다. 상기 입구 120 및 출구 121은 상기 블록 208을 엔진 냉각제 온도로 유지하기 위해서 상기 차실 히터 회로(vehicle cabin heater circuit) 안에 연결되어 있다. 상기 블록이 엔진 냉각제 온도로 유지되는 동안에 저압의 액화석유가스가 액체 상태로 유지될 수 없으며, 상기 블록 208을 통한 액화석유가스의 의도되지 않은 공급을 방지함으로써 증기만이 상기 도관 119에 의해 상기 엔진에 공급된다.
다른 실시예에서 상기 블록 208에 제2 단계 오리피스(second stage orifice) 117과 전기 솔레노이드 밸브 116이 설치됨으로써 양이 다른 배출 증기가 도관 119에 의해 상기 엔진에 공급될 수 있다. 솔레노이드 116은 회로 125를 통하여 ECU에 의해 제어된다.
블록 208은 냉각제 온도 센서 123을 포함할 수 있으며, 상기 냉각제 온도 센서 123은 회로 124를 통하여 ECU에 엔진 온도 정보를 피드백한다.
도 5 및 도 6은 상기 인젝터 20 및 상기 도관 19를 통하여 액체석유가스의 공급과 동시에 상기 엔진 E의 실린더들에 디젤 연료를 공급하기 위한 디젤 인젝터 171을 나타내고 있다. 따라서, 상기 인젝터 20 및 상기 도관 119로부터 액체석유가스 형태로 연료를 공급함으로써, 필요한 디젤 연료의 양이 감소될 수 있으며, 이로써 상기 디젤 인젝터 171을 통하여 디젤 연료만이 공급되는 경우에 발생하는 상황들과 비교하여 연료가 크게 절약된다.
도 7에는 라인 402를 통하여 압축 천연가스 충전소 401로부터 충전되는 표준 압축 천연가스 탱크 400이 나타나 있다. 상기 압축 천연가스는 차량에 장착되는 압축 천연 탱크에서 일반적으로 약 3000 psi의 압력 하에 있다. 상기 탱크 400으로부터 공급된 압축 천연가스는 상기 압축 천연가스를 냉각 상태로 유지하기 위해서 상기 탱크로부터 공급된 압축 천연가스의 온도를 감소시키는 공기 조화기의 열 교환 유닛 404로 공급된다. 그런 다음 상기 압축 천연가스는 상기 압축 천연가스 중 바람직하지 않은 오염물질을 제거하기 위한 필터 406에 공급되고, 그 후 상기 압축 천연가스는 상기 천연가스의 압력을 약 100 psi까지 감소시키기 위한 압력 조절 기(pressure regulator)로 공급된다. 상기 압축 천연가스는 상기 공기 조화기 404에 의해 냉각되기 때문에, 압력은 상기 레벨까지 감소될 수 있는 한편 상기 압축 천연가스는 여전히 액체 상태로 유지될 수 있다. 그런 다음 상기 압축 천연가스는 열 교환기 410으로 공급되고, 그 후 연료 라인 412를 지나서 각각의 하우징들 3에 공급된다. 상기 하우징들은 도 3 내지 도 6을 참조하여 기술한 하우징들 3과 동일하다. 상기 하우징들 3은 전술한 바와 같이 연료 인젝터들 20을 포함하며, 상기 인젝터들은 전술한 바와 같이 냉각됨으로써 상기 인젝터들 내 연료는 상기 인젝터들로부터 분사되기 위한 액체 상태를 유지하게 된다. 상기 하우징 3으로부터 발포된 연료는 도관 209의 열 교환기 410을 통과함으로써 상기 라인 412의 연료에 열 교환을 제공하여 상기 라인 412의 연료가 냉각 상태를 유지할 수 있도록 한다. 상기 라인 209는 전술한 증기 블록 208과 동일한 증기 블록 208에 연결되어 있다. 증기 연료는 상기 증기 블록을 벗어나 도관 119를 거쳐 전술한 방식으로 상기 엔진의 공기 흡입구로 송출된다.
도 8은 특히 2-행정 엔진들에 적합한 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 도면이다. 본 발명의 상기 실시예에서, 연료는 액화석유가스와 2-행정 오일의 혼합물로 이루어진다. 상기 2-행정 오일은 상기 액화석유가스에 혼합되고 상기 액화석유가스와 섞일 수 있으며, 그 결과 액화석유가스와 2-행정 오일 모두 다 연료 라인 500을 통하여 탱크 501로부터 하우징 3으로 송출된다. 상기 하우징은 도 3 내지 도 6을 참조하여 기술된 상기 하우징 3과 동일하게 구성된다. 하우징 3의 인젝터 20은 상기 액화석유가스와 2-행정 오일 혼합물을 2-행정 엔진 550의 기름통(sump) 512 안으로 분사한다. 일반적으로, 상기 엔진 550은 연결 로드(connecting rod) 553에 의해 함께 연결되어 있는 크랭크 552와 피스톤 551을 포함한다. 트랜스퍼 포트(transfer port) 554는 상기 기름통 512 안으로 분사된 연료가 스파크 플러그(spark plug) 556에 의한 점화를 위해 챔버 555 안으로 흡입되는 것을 가능하게 한다.
이러한 실시예는 상기 연료가 상기 액체석유가스와 오일의 혼합물이기 때문에, 상기 연료가 상기 인젝터 20으로부터 분사되자 마자, 상기 액화천연가스는 즉시 기화되어 윤활 목적으로 상기 엔진의 기계 부품들을 코팅할 수 있는 "건조" 2-행정 오일이 남게 되는 이점이 있다. 상기 증발된 액화천연가스는 점화를 위해 상기 트랜스퍼 포트 554를 통하여 상기 챔버 555 안으로 압입된다. 상기 연료 혼합물은 또한 윤활 부품들뿐만 아니라 기계 부품들을 냉각시킨다.
도관 209는 도 3 내지 도 6에 나타낸 실시예와 같은 방식으로 상기 하우징 3으로부터 연장된다. 하지만, 이런 실시예에서, 상기 도관 209는 상기 하우징 3의 챔버 203에서 탈포된 액체 연료와 증기를 배출할 뿐만 아니라, 상기 챔버 203에서 증가된 2-행정 오일도 배출한다. 상기 오일과 연료는 도 3 내지 도 8에 나타낸 실시예의 상기 증기 블록 208과 동일한 증기 블록 208로 공급되며, 다만 이런 실시예에서 냉각제는 상기 증기 블록 208을 통하여 공급되지 않는데, 이는 상기 2-행정 엔진이 액체 냉각 시스템을 갖지 않기 때문이다. 오히려, 상기 블록 208은 도 8의 엔진에 근접해 있기 때문에 주위 엔진 온도에 의해 약간 가열될 수 있다. 상기 블록 208로 유입되는 연료는 전술한 동일한 방식으로 증기 형태로 변환되며, 상기 증 기 연료 및 2-행정 오일이 도관 119를 거쳐 상기 엔진 550의 기름통 512에 공급된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 내연 엔진에 동력을 공급하기 위한 연료 공급 시스템에 사용된 연료는 소정 비율의 액체석유가스와 메탄올/에탄올 혼합물, 소정 비율의 액체석유가스와 메탄올/에탄올과 물 및 상기 두 연료들에 2-행정 윤활유가 더 혼합된 연료들로 구성될 수 있다.
다른 실시예들에서 상기 연료는 부탄이나 프로판과 같이 표준 온도와 압력에서 급속하게 기화하는 액체 탄화수소가 혼합된 메탄올 또는 에탄올과 같은 알콜을 포함할 수 있다. 상기 연료는 상기 연료에 포함된 물에 이미 존재하는 물에 추가로 물을 더 포함할 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 된다.
본 발명은 연료 공급 시스템에 관한 것으로, 디젤 엔진 및 기타 다른 엔진에 이용 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예의 일반적인 개략도. 상기 실시예는 스파크 점화 또는 압축 점화 엔진들에 사용될 수 있다.
도 2는 도 1에 나타낸 실시예에 사용된 증기 시스템의 일 실시예를 보다 상세히 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예의 개략도.
도 4는 도 3에 나타낸 실시예의 부분 상세도.
도 5는 도 4에 도시한 아이템(item)들을 올바른 작동을 위해 바람직한 배향으로 압축 점화 엔진의 실린더 헤드 및 매니폴드에 부착한 조립도.
도 6은 상기 실린더 헤드의 입구 포트들과 바르게 정렬되고 상기 흡입 매니폴드에 부착되는 4개의 분사장치들을 나타낸 평면 횡단면도.
도 7은 상기 엔진에 액화천연가스를 공급하기 위한 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 개략도.
도 8은 연료를 공급하고 2-행정 엔진에 오일을 윤활하기 위한 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 도면.

Claims (7)

  1. 엔진의 실린더들에 액체가스를 송출하기 위한 연료 공급 시스템에 있어서, 상기 연료 공급 시스템은,
    액체석유가스를 공급하기 위한 액체가스 공급 수단과;
    상기 공급 수단으로부터 공급된 상기 액체가스를 수용하고 상기 엔진의 실린더들에 액체 형태로 액체가스를 분사하기 위한 인젝터와;
    상기 인젝터로 송출되고 상기 인젝터로부터 분사된 액체가스가 상기 액체가스 공급 수단에서의 액체가스 온도보다 낮은 온도에서 유지되어 상기 액체가 상기 인젝터에서 기화하거나 발포하지 않도록 상기 액체가스를 냉각하기 위한 냉각 수단을 포함하며,
    상기 냉각 수단은 상기 인젝터를 냉각하도록 상기 인젝터에 액체가스를 공급하기 위한 액체가스 송출 도관을 포함함을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 인젝터는,
    상기 액체가스 공급 수단으로부터 공급된 액체가스를 수용하고 액체가스를 분사하기 위한 인젝터 본체와;
    상기 인젝터 본체를 둘러싸는 하우징을 포함하며, 상기 하우징은 상기 하우징과 상기 인젝터 본체 사이에 챔버를 한정하며;
    상기 냉각 수단은 상기 하우징 내 냉각제 유입 개구와 상기 하우징 내 냉각 제 유출 개구를 구비하고, 상기 냉각제 유입 개구는 냉각제 공급부에 연결됨으로써 냉각제가 상기 챔버에 공급될 수 있도록 함과 동시에 상기 냉각제가 상기 인젝터 본체와 상기 인젝터 본체 내 상기 액체가스를 냉각하기 위해서 상기 인젝터 본체를 둘러쌀 수 있음을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 냉각제는 저압의 액체석유가스 액체임을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 인젝터에 공급되기 전에 상기 액체가스에서 발생하는 기포들을 제거하기 위한 탈포 수단을 더 포함함을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 탈포 수단은 상기 액체가스를 냉각하기 위한 상기 냉각 수단과 결합하여 제공됨으로써, 상기 인젝터로 송출된 액체가스는 적어도 분사 중에 발생하는 기화 또는 기포 발생 가능성을 감소시키는 저온에서 유지됨을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 인젝터는 하우징 안에 제공되며, 상기 하우징은 기포들과 증기를 상승시킬 수 있는 탈포 통로를 포함하며, 상기 인젝터는 상기 통로 아래에서 상기 하우징 안에 배치되고, 상기 통로는 발포되고 기화된 액체가스의 압력 을 감소시키기 위한 제1 탈포 장치에 연결되며, 제1 도관이 상기 제1 탈포 장치로부터 상기 액체가스를 완전한 증기 상태로 변환하기 위한 제2 탈포 장치까지 연장됨을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 인젝터는 상기 엔진의 흡입구와 연통하며, 상기 제2 탈포 장치는 제2 도관에 의해 상기 엔진 흡입구에 연결되어, 상기 인젝터는 상기 인젝터에서 분사된 액체가스를 송출하고 상기 제2 도관은 상기 제2 탈포 장치로부터 증기 상태로 액체가스를 송출함을 특징으로 하는 연료 공급 시스템.
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