KR20100085924A

KR20100085924A - 내연 기관의 연료 공급 장치

Info

Publication number: KR20100085924A
Application number: KR1020107008722A
Authority: KR
Inventors: 장 피에르 고브레드
Original assignee: 지엘에프 테크놀로지즈 에스아에스
Priority date: 2007-09-25
Filing date: 2008-09-23
Publication date: 2010-07-29
Also published as: FR2921437A1; PT2209982E; CA2700699A1; WO2009040128A1; PL2209982T3; MX2010003255A; JP2010540821A; CN101903635A; RU2495275C2; FR2921437B1; RU2010116002A; US20110041813A1; BRPI0817340A2; EP2209982B1; ES2383286T3; CN101903635B; AU2008303790A1; EP2209982A1; ATE539254T1

Abstract

본 발명은 내연 기관에 관한 것으로서, 특히 엔진 내에서 더욱 양호한 연소에 의해 연료 소비를 최적화할 수 있고 유해한 배기 가스를 감소시키고, 엔진의 효율을 증가시킬 수 있도록 엔진에 연료 공급을 개선하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 최적의 공기-연료 혼합기를 생성하고 액체 연료의 기화 원리에 기초한다.

Description

내연 기관의 연료 공급 장치{SUPPLY DEVICE FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE}

본 발명은 내연 기관에 관한 것으로서, 특히 엔진 내에서 더욱 양호한 연소에 의해 연료 소비를 최적화할 수 있고 유해한 배기 가스를 감소시키고, 엔진의 효율을 증가시킬 수 있도록 엔진에 연료 공급을 개선하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

내연 기관에서 연료의 연소를 어떻게 개선할 것인가 하는 문제는 모든 나라에서 현존하는 관심사이다. 그 이유는 연소에서의 어떠한 개선은 내연 기관의 효율을 증가시키고 연료 소비를 감소시키며 이는 직접적으로 비용을 감소시키는 결과가 되기 때문이다. 동시에, 배출 가스와, 이들 가스 내에 존재하는 오염물이 감소되고, 이는 환경에 커다란 이익이 된다.

LPG(액화 석유 가스) 엔진은 비교적 청정한 배출 가스를 생성한다고 알려져 있으며, LPG는 더욱 양호한 연소를 하는 청정 연료로 알려져 있다. LPG 가격은 다른 연료의 가격보다 통상적으로 저렴하고, 이는 이 연료의 다른 하나의 장점이다. 그러나, LPG는 가솔린이나 경유와 같은 다른 연료보다 에너지의 양이 적다는 결점을 가지고 있다. LPG 충전소의 개소는 역시 가솔린이나 경유 주유소보다 적다.

과거에는, 가솔린 또는 경유와 같은 통상적인 연료의 장점과 LPG의 장점이 결합된 연료를 생산하는 제안이 되어 있다. 몇몇 이들 제안은 엔진에 보내어지기 전에 어느 정도의 연료를 기화시키는 것이었다. 미국특허 제6,155,239호(F.D. Dykstra)는 연료/공기 혼합기를 생성하도록 사용되는 연료 탱크를 가진 내연 기관을 위한 연료 공급 시스템을 개시한다. 이러한 혼합기는 연료 탱크의 하부에서 버블팬을 사용하여 얻어지고, 이를 통하여 외부 공기가 흡인된다. 엔진에서 공기/연료 비율을 측정하기 위하여 센서가 연료 탱크와 엔진을 연결하는 튜브 내에 위치된다. 측정된 값에 기초하여, 컴퓨터는 연료 탱크 출구로 전달되는 연료/공기 혼합기에 부가적인 양의 공기가 부가되는 것을 제어한다. 공기/연료 비가 너무 농후하면, 외부 공기가 혼합기에 부가되고; 비가 너무 희박하면, 액화된 연료가 혼합기 내로 주입된다.

미국특허 제3,800,768호(J. C. Rhodes 등)는 엔진을 시동하고 워밍업되는 동안에 배출 가스 내의 일정한 유해한 물질의 양을 감소시키기 위한 시스템을 개시한다. 이들 기간 동안에, 공기와 일정한 저비등 가솔린 성분의 혼합기가 엔진 기화기를 통과하여 엔진에 공급된다. 이러한 혼합기는 외부 공기가 탱크 내의 가솔린을 통과하여 생성된다. 엔진이 정상적인 운전 상태에 이른 후, 엔진은 기화기에 의해 연료가 공급된다.

불란서 특허 제2 167 082호(Haas-Volkman)는 유해한 가스를 감소시키기 위하여 연료/공기 혼합기의 균일도를 개선하기 위한 시스템이 개시되어 있다. 상기 시스템에서, 공기/연료 혼합기는 기화기에 의해 생성된 혼합기에 부가된다.

영국특허출원 GB 2 042 076호(da Costa)는 극단적으로 희박한 혼합기로 내연 기관을 운전할 수 있는 시스템을 개시한다. 상기 적용에 있어서, 이러한 혼합기는 연료를 통하여 약간의 외부 공기를 통과시켜 생성할 수 있다. 연료는 엔진 냉각 회로로부터 전도 기구에 의하여 가열된다. 이들 모든 시스템은 결점과 약점을 가지고 있다.

본 발명의 목적은 가능한 한 배출 가스 내에 소량의 유해한 물질을 포함하고, 최적의 효율성을 가지고 엔진을 운전할 수 있도록 액체 연료를 기화할 수 있는 내연 기관의 연료 공급 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 제1 실시예에 있어서, 상기 목적은 연료를 기화시키는 내연 기관의 연료 공급 장치에 의해 달성되는 데, 상기 장치는 연료 용기, 상기 연료 용기 내에 잠겨 있는 공기 확산 장치가 결합된 공기 유입구와, 연료 온도를 최적치로 유지하기 위한 수단을 구비한 연료 가열 회로를 구비한다.

본 발명의 제1 변형예에 있어서, 공기 확산 장치는 그 측면에 구멍들을 가지고 있다.

본 발명의 다른 변형예에 있어서, 연료 가열 회로는 엔진 냉각수를 이용한다.

본 발명의 또 다른 변형예에 있어서, 연료의 온도를 최적으로 유지하기 위한 수단은 연료 가열 회로 내에 설치된 써모스탯으로 이루어져 있다.

본 발명의 또 다른 변형예에 있어서, 연료 가열 시스템은 가열 저항기를 구비한다.

본 발명의 또 다른 변형예에 있어서, 연료 용기 내의 연료의 온도의 최적치는 평균 온도 22℃에서 플러스 또는 마이너스 몇도 정도를 유지한다.

본 발명의 또 다른 변형예에 있어서, 내연 기관의 연료 공급 장치는 공기/연료 혼합기를 "건조"시키기 위한 수단을 구비한다.

본 발명의 또 다른 변형예에 있어서, 내연 기관에 연료를 공급하기 위한 장치는 공기 확산 장치 위에 위치한 안정화 수단을 구비한다.

본 발명의 제2 실시예에 있어서, 본 발명의 목적은 연료를 기화시키는 내연 기관의 연료 공급 장치에 의해 또한 달성되는 데, 상기 장치는 연료 용기와, 상기 연료 용기 내에서 진공을 생성하고 공기/연료 혼합기에 연료 가스를 추진시키면서 상기 연료 용기 내에서 해제되는 연료 가스를 배출시키는 진공 펌프를 구비한다.

본 발명의 제3 실시예에 있어서, 본 발명의 목적은 또한 내연 기관을 설치하기 위한 키트와 내연 기관의 연료 공급 장치를 구비함으로써 달성되는 데, 상기 장치는 상기 기재한 하나 이상의 특징을 구비한다.

본 발명은 또한 상기 기재한 하나 이상의 특징을 구비한 내연 기관의 연료 공급 장치를 커버한다.

도 1은 액체 연료를 기화하고 개선된 공기/연료 혼합기를 생성하기 위한 장치를 도시한다.
도 2는 엔진의 흡입관에 도 1에 도시된 장치를 연결하기 위한 중간 수단을 도시한다.
도 3은 도 1에 도시된 장치의 변형예를 도시한다.
도 4는 액화된 가스를 기화하기 위한 장치의 다른 변형예를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명은 액체 연료를 기화하고 최적의 공기/연료 혼합기의 생성 원리에 기초한다.

도면에서, 동일한 부품에는 동일한 참조 부호가 주어진다.

도 1은 본 발명에 따라 상기 원리가 실행되는 장치를 도시한다. 상기 장치는 액체 연료(4)를 담고 있는 용기(1)를 구비한다. 상기 용기(1)에 연결된 일정 레벨 장치(5)는 용기(1) 내에서 연료 레벨을 일정치로 유지하게 한다. 일정 레벨 장치(5)는 운전과 관련된 진공 효과를 없애기 위하여 용기(1)에 연결되어 있다. 공기 흡입 파이프(2)는 용기(1)의 아래로 뻗어 있다. 한 단부에서, 상기 파이프는 외부로부터 공기를 흡입하고, 다른 단부는 공기 확산 장치(7)에 측면들의 구멍들을 관통하여 연결되어 있고, 확산 장치의 하부는 폐쇄되어 있다. 충분한 양의 공기가 빠져나갈 수 있는 충분한 구멍이 있어야만 한다. 공기 확산 장치(7)는 항상 액체 연료 내에 잠겨있도록 설치된다. 바람직한 실시예에서, 외부 공기는 공기 유입구(2)로 보내지기 전에 배출 시스템(12)에 의해 예열된다. 공기 공급 부품에서, 써모스탯(11)에 의해 제어되는 밸브는 필요할 때 장치에 더운 공기 또는 차가운 공기를 공급할 수 있다.

원격 써모미터(밀봉된 수중 프로브(13)를 가진 써모미터(10))는 연료 온도를 측정하는 데 사용되고; 이러한 온도는 서비스 패널이나 대시보드에 나타나게 할 수 있다.

가열 저항기(3)는 냉간 시동시 액체 연료(4)를 규정된 온도로 가열할 수 있다. 이러한 저항기로 가열할 때, 연료의 온도를 일정하게 유지하기 위하여 조정 수단을 구비할 수도 있다.

공기/연료 혼합기는 배출 파이프(6)를 거쳐 용기(1)로부터 나온다.

엔진의 흡입 파이프(19)와 배출 파이프(6)를 연결하기 위한 중간 수단이 도 2에 도시되어 있다. 이러한 중간 수단은 호스에 의해 배출 파이프(6)에 연결된 공급 유입구(16)를 구비한다. 중간 수단은 또한 진공 흡인 버터플라이 밸브(20)와 차량의 시동 모터에 케이블에 의해 연결된 시동 밸브(17)를 구비한다.

중간 수단은 또한 자기 점화시 폭발로부터 장치를 보호하기 위하여 유입 파이프의 입구에 설치된 기계적인 체크 밸브(15)를 구비한다. 이 경우에 있어서, 유입구 반대측에 위치한 기계적인 밸브(18)는 해제되는 자기 점화에 의해 압력이 생성되게 한다.

도 1 및 도 2에 도시된 장치의 운전은 다음과 같다. 엔진의 실린더 또는 실린더들 중의 하나의 실린더가 "흡입" 행정에 있을 때, 진공이 파이프(6)를 거쳐 용기(1) 내에 생성된다. 이러한 진공에 의해, 약간의 연료가 증발하고 합성 가스는 외기로 배출되고, 이는 공기 확산 장치(7)를 통하여 도달한다. 최적의 공기/기화된 연료 혼합기는 문제의 실린더 내로 도입되고 거기에서 혼합기는 엔진이 어떻게 작용하느냐에 따라 외부 점화 수단(스파크 플러그) 또는 자기 점화에 의해 점화된다.

용기 내의 연료의 증발은 증발 과정은 단열 과정이기 때문에 에너지가 필요하며 이로 인하여 연료가 냉각된다. 이러한 이유 때문에, 연료를 가열하는 수단을 구비할 필요가 있다.

공기/연료 혼합기를 최적으로 연소시키기 위하여, 공기/연료 용적의 정량 비율이 필요하다. 실제에서, 가솔린 엔진의 경우에, 혼합기의 최적의 연소는 평균 온도 22℃ 플러스 또는 마이너스 몇 도의 온도에서 얻어진다는 것을 발견하였다. 이러한 이유로, 연료 온도 제어 회로는 써모스탯(8)과 함께 구비된다. 22℃라는 값은 실험적 온도라는 것을 강조하며 연료 온도의 최적치는 용기 내의 진공, 사용하는 연료의 종류, 용기의 기하 등에 의해 영향을 받을 수 있다.

혼합기의 양호한 연소를 이루기 위한 다른 조건은 실린더에 의해 배출된 공기/연료 혼합기 내에 액체 형태의 입자의 퍼센티지가 가능한 한 낮아야 하고, 혼합기 내에 존재하는 연료는 실제적으로 완전히 기체 상태이어야 한다. 이러한 결과는 혼합기로부터 액체 부분(즉, 작은 방울 형태)을 최대한 분리, 즉 "건조한" 혼합기를 제공함으로써 얻어진다. 결국, 격실이 용기 내에 구비된다(도 1 참조, 연료 위에 경사진 격실(15)이 장착되어 있고, 이를 통하여 혼합기가 격실로 이동한다). 그러나, 액적 분리기, 고정 용기와 같은 다른 수단은 이러한 목적을 위해 사용될 수도 있다.

공기/연료 혼합기를 제어하기 위한 수단은 혼합기가 너무 농후할 때, 공기를 부가하고, 혼합기가 너무 희박할 때, 흡입 공기를 감소시키도록 구비되는 것이 바람직하다.

도 3은 도 1의 장치의 변형예를 도시하며, 외기 공급 장치와 같은 어떤 특징은 단순화를 위해 도시를 생략하였다. 도 3에 있어서, 용기(1)는 액체 연료의 레벨을 일정하게 유지하는 장치(5)를 통하여 액체 연료(4)가 공급된다. 외기는 파이프(2)를 통하여 흡인되고 공기/연료 혼합기는 파이프(6)를 거쳐 엔진으로 보내진다. 천공 공기 확산 장치(7) 위와 연료 내에 안정화 수단(33)을 구비하고; 이러한 안정화 수단은 고다공성(33)이며 연료 내에 다수의 기공을 증가시키는 기능을 가지고 있고 동시에 액체 연료의 상부 표면을 안정화시키고, 이에 의해 다소 안정화, 즉 예를 들면 코너링 또는 비탈을 올라갈 때, 용기가 이동하는 동안에 수평으로 다소 안정화된다. 고효율이라고 인정된 수단은 스테인리스 강 칩의 층이나 상기 층은 하나 이상의 다른 재료를 구비하는 것도 가능하다. 장치를 안정화시키는 다른 방법은 용기에 유니버설 조인트를 가지는 것이다. 도 3에 도시된 실시예에서, 공기/연료 혼합기는 고정 용기(34)로 이어지는 나선형 통로(32)에 의해 "건조"된다. 고정 용기 내에, 액체 액적은 파이프(36) 내에서 공기/연료 혼합기에 적용되는 각도 이동에 의해 분리된다. 고정 용기(34)의 하부의 작은 구멍(35)은 액체 연료가 용기로 되돌아 가도록 구비된다. 나선 통로(32)와 고정 용기(34) 모두는 두 개의 조합을 사용할 필요없이 건조를 위하여 별개로 또한 사용될 수 있다.

도 4의 실시예에 있어서, 용기(1)는 단지 액체 연료를 기화하기 위한 수단으로 작용하고, 공기/연료 혼합기의 생성은 추후에 이루어진다. 도 4의 장치는 일정 레벨 유지 장치(5)와 가열 수단(8, 9)을 통하여 연료가 공급된 용기(1)를 구비한다. 용기(1)에 연결된 진공 펌프(46)는 액체 연료(4) 위에 진공을 생성하고 이에 따라 연료를 기화한다. 연료 가스는 파이프(48)에 의해 외기를 공급하는 공기/연료 혼합 장치(47)로 진공 펌프(46)에 의해 보내어진다. 그런 다음에, 공기/연료 혼합기는다른 파이프(49)에 의해 내연 기관(50)으로 보내어진다.

제어 및 조정 장치의 상세는 도 4에 도시되어 있지 않으나, 도 1에 도시된 장치 또는 본 기술 분야에서 친숙한 수단과 같은 제어 및 조정 장치를 구비할 수도 있다.

용기(1)는 엔진의 연료 탱크일 수도 있으나 적절한 크기나 위치에 있는 별도의 탱크가 바람직하다. 이러한 이유로 엔진의 연료 탱크 내에 있는 모든 연료를 가열하는 것은 상기 탱크의 연료 용량을 감소시킬 것이고, 또한 용기(1)는 엔진으로부터 너무 멀지 않게 설치되는 것이 바람직하다. 또한, 종래의 연료 탱크는 본 발명에 따른 장치를 위한 용기로서는 적절하지 않다.

본 발명에 따른 장치를 사용함으로써, 내연 기관의 효율이 35 내지 45% 정도의 통상적인 효율에 비하여 60%이상 상승 되었다는 것을 발견하였다. 이는 자동적으로 배출 가스의 오염 및 연료 소비에 많은 감소가 되는 결과가 된다 .

본 발명에 따른 내연 기관의 연료 공급 장치는 또한 현존하는 엔진에 새로운 기술을 적용하기 위한 장치를 구비한 키트를 제공한다.

본 발명은 가솔린 엔진 및 디젤 엔진 모두에 적용할 수 있고, 바이오 연료(에탄올 또는 평지씨 기름)을 사용하는 엔진 또는 여러 형태의 연료의 혼합물을 사용하는 엔진에 적용할 수 있다.

디젤 엔진의 경우에 있어서, 특히 현존하는 디젤 엔진에 있어서, 본 발명에 따른 장치를 사용할 수 있는 여러 가능성이 있다. 하나의 가능한 방법은 압축비(공지 기술)를 변경하고 스파크 플러그를 설치하여 디젤 엔진을 가솔린 엔진으로 개조하는 것이다. 다른 하나의 가능한 방법은 통상적인 디젤 엔진이 한편으로는 아이들링하고 다른 한편으로는 본 발명에 따른 장치를 통하여 연료를 공급하는 결합 운전이 있을 수 있다. 본 발명은 고정 엔진(발전장비와 같은) 또는 이동 엔진(차, 버스, 트럭, 보트, 트랙터)에서 사용될 수 있다. 가솔린 엔진의 경우에, 본 발명에 따른 장치로 기화기를 교체할 수 있다.

본 발명은 도면과 상기 설명에서와 같은 실시예에 한정되지 않고: 이 분야에 숙달된 자들에게 이들 실시예로부터 파생될 수도 있는 기술의 다른 실시예를 커버한다.

Claims

액체 연료를 기화하는 내연 기관의 연료 공급 장치에 있어서,
- 연료(4)를 담고 있는 용기(1)와,
- 상기 연료(4) 내에 잠겨 있는 공기 확산 장치(7)가 부착되어 있는 공기 유입 파이프(2)와,
- 연료의 온도를 최적치로 유지하기 위한 수단을 구비한 연료 가열 회로(8, 9)를 구비한 것을 특징으로 하는 내연 기관의 연료 공급 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 공기 확산 장치는 그 측면들에 구멍들을 구비한 것을 특징으로 하는 내연 기관의 연료 공급 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 연료 가열 회로는 엔진 냉각수를 이용하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 연료 공급 장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연료의 온도를 최적으로 유지하는 수단은 상기 연료 가열 회로 내에 설치된 써모스탯인 것을 특징으로 하는 내연 기관의 연료 공급 장치.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 연료 가열 시스템은 가열 저항기를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 기관의 연료 공급 장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 용기 내의 연료 온도의 최적치는 평균 22℃ 플러스 또는 마이너스 몇 도인 것을 특징으로 하는 내연 기관의 연료 공급 장치.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공기/연료 혼합기를 건조시키기 위한 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 내연 기관의 연료 공급 장치.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공기 확산 장치 위에 위치한 안정화 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 내연 기관의 연료 공급 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 안정화 수단은 칩의 층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 내연 기관의 연료 공급 장치.
청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 따른 내연 기관의 연료 공급 장치를 구비한 내연 기관에 설치하기 위한 키트.