KR20140024235A - 동력이 증가된 2중 연료 엔진 - Google Patents

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호세 이그나시오 갈린도
클라우스 엠. 샤페르
다니엘 라이트너
크리스토프 헤프
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알셋 아이피 에스 에이알.엘.
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Abstract

제 1 연료 또는 제 2 연료 또는 가솔린과 같은 제 1 연료 및 수소와 같은 제 2 연료를 포함하는 혼합 연료를 이용하여 2중 연료 엔진을 작동시키는 장치, 시스템 및 방법은, 프로세서(102), 프로세서(102)에 의해 제어되고 엔진(134)에 장착되는 연료 흡입 조립체(126,128) 및, 엔진(134)에 결합되고 프로세서(102)에 의해 제어되어 바람직스럽게는 희박 연소 모드에서 그리고 품질 제어를 이용하는 차지 모드에서 제 2 연료 또는 혼합 연료를 이용하는 엔진(134)을 작동시키는 공기 펌프(144,146,148)를 구비함으로써, 수소로 작성되었을 때, 통상적으로 엔진 출력의 감소로 이어지게 되며, 엔진이 바람직스럽게는 차지 모드 및 희박 연소 모드 작동중에 엔진 쓰로틀(130)이 넓게 개방된 위치에 유지되는 차지 모드 및 희박 연소 모드에서 작동되어, 엔진 출력의 손실 감소와 함께 보다 효율적인 엔진이 이루어진다.

Description

동력이 증가된 2중 연료 엔진{Bi-fuel engine with increased power}
본 발명은 전체적으로 2 개의 상이한 연료들로 작동될 수 있고 상이한 연료들로써 엔진들의 상대적 파워를 가지고 작동될 수 있는 내부 연소 엔진들의 제어 및 설계에 관한 것이다.
내부 연소 엔진들은 실린더 내부에서 공기 및 가솔린(또는 다른 연료)의 혼합물을 점화하여 실린더 안에서 연소를 일으키는 원리로 작동되는 것으로서, 결과적으로 방출되는 에너지는 크랭크샤프트를 구동하는 실린더 내부의 피스톤을 이용함으로써 기계적 에너지로 변환된다. 가솔린 연료 분사기들과 같은 연료 흡입 조립체는 가솔린을 엔진의 흡입 시스템 또는 실린더들 안으로 분사하도록 이용된다. 내부 연소 엔진들은 통상적으로 자연 흡입되는 엔진으로서, 이것은 공기가 대기압에서 환경으로부터 유인되는 것을 의미한다. 엔진 실린더 내부에서 공기 연료 혼합물의 연소의 결과로서, 실린더 안에는 상이한 유형의 불필요한 독성 및 오염 개스들이 발생되어, 배기 시스템을 통하여 통상적으로 촉매 변환기로 지칭되는 장치로 통과된다.
통상적으로, 내부 연소 엔진(특히 자동차에서 사용되는 엔진)들은 가솔린(또는 디젤)을 연료로서 이용하는데, 이것은 내부 연소 엔진에서 연소될 때 일부가 오염물 및/또는 독성 물질인 배기 개스를 발생시킨다. 오염성이 덜한 탄소 기초의 다른 연료들 또는 탄소에 기초하지 않은 연료들이 이용될 수 있지만, 그러한 연료들중 많은 것은 공기와 혼합되었을 때 가솔린(즉, 공기와 혼합된 가솔린)을 연소시킬 때와 거의 같은 출력의 에너지 함량(즉, '혼합물 열량 값(mixture calorific value)')을 가지지 않는다. 그러나, 이러한 연료들중 일부를 이용하는 것이 소망스러운데, 왜냐하면 실제로 독성 개스 또는 오염 개스가 연소 과정에서 발생되지 않는 "희박 연소 모드(lean mode)" 작동으로 지칭되는 것에서 이용될 수 있기 때문이다. 희박 연소 모드에서의 작동은 엔진이 작동되고 있는 공기/연료 비율을 지칭한다. 특히, 엔진의 연소 챔버에서의 공기 및 연료의 양의 비율은 엔진이 희박 연소 모드 또는 농후 연소 모드(rich mode)에서 작동되는지의 여부를 판단할 것이다. 이상적인 연소를 위하여, 엔진 챔버 안에서의 연소에 이용되는 공기 및 연료의 양은 연소 이후에 챔버 안에 남아있는 잔류 산소 또는 연료가 없도록 이루어지며, 특정의 공기 연료 비율이 화학양론적 공기 연료 비율로서 지칭되도록 이루어진다. 그러나 실제의 공기 연료 비율이 항상 화학양론적일 수 없다. 화학양론적 공기 연료 비율((mass of air/mass of fuel)stoichiometric))에 대한 실제의 공기 연료 비율((mass of air/mass of fuel)actual))의 비는 λ 로서 지칭된다. 따라서 변수 λ 는 수학적으로 다음과 같이 정의된다.
Figure pct00001
λ = 1 일때 엔진은 화학양론적 공기 연료 비율에서 작동되는데, 왜냐하면 위에서 방정식(1)으로부터 알 수 있는 바로서 실제의 공기 연료 비율이 화학양론적 공기 연료 비율과 같기 때문이다. λ<1 의 A 값에 대하여, 엔진은 농후 연소 모드로서 칭해진다. λ>1 일때, 엔진은 희박 연소 모드로 칭해진다. 위의 방정식(1)으로부터 알 수 있는 바로서, 희박 연소 모드에서는 화학양론적 모드에서보다 더 많은 공기가 연소에 이용된다. 결과적으로 희박 연소 모드에서의 작동은 그러한 모드가 유해 및/또는 오염 개스의 양을 덜 발생시키기 때문에 더욱 소망스러울지라도, 엔진 출력의 손실이 더 심해진다. 희박 연소 모드 작동은 또한 상대적으로 낮은 연료 소비 때문에 엔진의 상대적인 고효율 작동의 결과를 가져온다. 이러한 상대적인 고효율은 통상적인 가솔린 엔진들이 통상적으로 희박 연소 모드에서 가동되지 않기 때문에 종종 실현되지 않는다.
효율은 정해진 엔진 출력에 대한 연료 소비를 지칭한다. 엔진이 더 효율적으로 작동할수록, 특정의 엔진 출력에 대한 연료 소비는 낮아진다. 엔진의 효율을 증가시키는 것은 엔진의 연료 소비를 낮추는 결과를 가져온다. 즉, 엔진은 특정한 양의 연료를 소비함으로써 특정의 출력을 발생시킬 수 있지만, 동일한 엔진이 효율적으로 가동될 때는 연료를 덜 소비하면서 같은 양의 출력을 발생시킬 수 있다. 내부 연소 엔진의 효율을 증가시키는 한가지 방법은 엔진을 희박 연소 모드에서 가동시키는 것이다.
본 발명은 2중 연료 엔진을 작동시키는 장치, 방법 및 시스템을 제공함으로써, 그리고 제 1 연료를 가지고 가동되도록 설계된 엔진을 제 2 연료를 가지고도 가동될 수 있는 2중 연료 엔진으로 변환시키도록 엔진을 개장하기 위한 크로스 플랫폼 키트(cross platform kit)를 제공함으로써 종래 기술의 상기 언급된 단점을 극복하도록 의도된 것이다.
본 발명에 따르면, 제 1 연료 또는 제 2 연료, 또는 상기 제 1 연료 및 제 2 연료를 포함하는 혼합 연료를 이용하는 2중 연료 엔진을 작동시키기 위한 장치는: 프로세서; 프로세서에 의해 제어되고 엔진에 장착된 연료 흡입 조립체; 품질 제어(quality control)를 이용하는 차지 모드(charged mode) 및 바람직스럽게는 희박 연소 모드(lean mode)에서 혼합 연료 또는 제 2 연료를 이용하여 엔진을 작동시키도록 프로세서에 의해 제어되고 엔진에 결합된 공기 펌프;를 포함하고, 그 방법은 제 2 연료 또는 제 1 연료 및 제 2 연료를 포함하는 혼합 연료가 이용될 때 품질 제어를 이용하는 차지 모드 및 바람직스럽게는 희박 연소 모드에서 엔진을 작동시키고 제 1 연료를 이용하여 엔진을 작동시키도록, 2 중 연료 엔진에 모두 결합된 연료 흡입 조립체 및 공기 펌프를 제어하도록 프로세서를 이용하는 단계를 포함하며, 제 2 연료가 공기와 함께 연소하는 것으로부터 초래된 배기 개스의 엔탈피는 제 1 연료가 공기와 함께 연소하는 것으로부터 초래된 배기 개스의 엔탈피보다 적다.
본 발명에 따른 시스템은, 프로세서 및 연료 흡입 조립체가 함께 위치될 수 있거나 또는 함께 위치될 수 없는 장치를 포함하고, 크로스 플랫폼 키트는 프로세서; 공기 펌프; 연료 흡입 조립체;를 포함하고; 여기에서 품질 제어를 이용하여 차지 모드에서 그리고 바람직스럽게는 희박 연소 모드에서 혼합 연료 또는 제 2 연료를 이용하여 엔진을 작동시키기 위하여 프로세가 공기 펌프 및 연료 흡입 조립체를 제어하도록 공기 펌프 및 연료 흡입 조립체는 엔진에 설치된다.
본 발명의 방법, 장치 및 시스템은 제 1 연료를 가지고 작동되도록 설계된 엔진을 제공하는데, 제 2 연료로써 엔진은 특정한 엔진 출력을 발생시키고 엔진은 또한 제 2 연료를 가지고 작동되도록 설계된 것으로서 엔진은 제 2 연료로써 적은 엔진 출력을 발생시킨다. 엔진은 제 2 연료가 이용되고 있을 때 엔진 출력의 손실을 현저하게 감소시키도록 프로세서로 제어되는 공기 펌프를 가지고 개장(retrofit) 및 캘리브레이션된다. 작동하는 동안 공기 펌프를 이용할 때, 엔진은 차지(charged)되는 것으로 지칭된다. 엔진은 제 2 연료를 위한 연료 흡입 시스템을 가지고 개장되며, 제 2 연료를 이용할 때, 엔진은 품질 제어를 이용하면서 효율을 향상시키도록 희박 연소 모드에서 작동된다. 수소(또는 임의의 다른 연료 유형)로 엔진을 가동시키도록 캘리브레이션하는 것은 그러한 작동이 가능하도록 엔진의 파라미터들을 특정의 값들로 결정하고, 계산하고 설정하는 것을 포함한다. 엔진을 개장하는 것은 본 발명의 방법에 따라서 작동되도록 본 발명의 장치의 다양한 구성 요소들을 가지고 자연 흡입 엔진, 터보 과급 엔진 또는 과급 엔진을 개량 및/또는 조절하는 것을 지칭한다.
본 발명은 엔진에 결합될 수 있는 공기 펌프, 엔진에 장착될 수 있거나 또는 엔진 안에 장착될 수 있는 제 2 연료를 위한 연료 흡입 시스템 또는 조립체 및, 제 2 연료를 이용하여 엔진을 선택적으로 작동시키도록 연료 흡입 및 공기 펌프를 제어하는 프로세서를 포함한다. 연료 흡입 조립체는 제 1 연료 및 제 2 연료 모두에 대한 연료 전달 시스템(예를 들어, 제 1 연료 및 제 2 연료에 대한 연료 분사기(fuel injector))을 포함할 수 있다. 동일한 프로세서가 제 1 연료로 엔진을 작동시키도록 이용될 수 있다. 제 2 연료를 이용할 때, 본 발명의 프로세서는 엔진 출력을 증가시키기 위하여 차지 모드(charged mode)에서 엔진을 작동시키도록 공기 펌프를 제어하고, 프로세서는 품질 제어를 이용하면서 엔진의 효율을 증가시키도록 바람직스럽게는 희박 연소 모드에서 엔진을 작동시킨다. 결과적으로, 자연 흡입 엔진은 비 차지 모드(no charge mode)에서 제 2 연료를 가지고 작동될 때 현저하게 감소된 출력 손실을 가질 것이고 상기 엔진은 희박 연소 모드 작동 및 품질 제어를 이용하여 더욱 효율적으로 작동될 것이다. 제 2 개스 연료로 급기하는 것은 자연 흡입된 제 1 연료와 거의 같은 출력을 발생시킨다. 차지 모드는 엔진의 배기 개스에 의해 동력을 받고 그리고/또는 작동되는 터보 과급기일 수 있는 공기 펌프로 엔진이 작동되는 것을 지칭한다. 펌프는 프로세서로부터의 전기 또는 전자 제어 신호에 의해 작동되는 과급기(또는 그 어떤 다른 펌프)일 수 있다. 결과적으로, 엔진은 차지 모드에서 작동될 때 제 1 연료에 의한 출력과 동일한 출력을 제 2 연료를 가지고 발생시킬 수 있다.
본 발명의 제 1 실시예에서, 본 발명의 장치, 시스템 및 방법은 제 1 연료로 작동되는 자연 흡입 엔진(예를 들어, 가솔린 엔진)을 개장 및 캘리브레이션하는데, 상기 자연 흡입 엔진은 제 2 연료가 이용될 때 터보 과급기로 작동되기도 하는 것이다. 터보 과급기는 수소 개스 또는 임의의 다른 연료와 같은 제 2 연료를 이용하여 바람직스럽게는 희박 연소 모드에서 그리고 (터보 과급기가 활성화된) 차지 모드에서 엔진을 작동시킬 수 있도록 제 2 연료와의 적절한 작동을 위해 선택된다. 자연 흡입 작동에서 제 2 연료로 엔진을 작동시키는 것은 엔진의 출력 손실을 초래한다. 그러나, 제 2 연료(예를 들어, 기체 연료)를 가지고 차지 모드에서 엔진을 작동시킴으로써, 제 2 연료의 연소로부터 초래된 배기 개스가 터보 과급기를 구동하도록 이용되는 것은, 엔진의 출력 손실을 현저하게 감소시킨다. 따라서 엔진의 출력은 품질 제어를 이용함으로써 엔진 안으로 분사되고 있는 제 2 연료의 양에 의해 제어된다. 품질 제어는 엔진의 쓰로틀이 넓게 개방된 위치에 유지되는 기술로서, 즉, 엔진 안으로 펌핑되고 있는 공기의 유동이 쓰로틀 위치에 의해 제한되지 않는 기술이다. 넓게 개방된 위치는 쓰로틀 디자인 및 엔진 속도에 따라서 상이한 유형의 엔진들에 대하여 변화될 것이다. 따라서 "넓게 개방된" 이란 엔진 안으로 공기가 유동하는 것을 제한하지 않는 위치로 쓰로틀을 개방하는 것을 지칭한다 (공기는 터보 과급기 또는 과급기 또는 공기 펌프에 의해 엔진 안으로 펌핑된다). 결과적으로, 제 2 연료를 이용하는 엔진의 출력 손실은 현저하게 감소되지만 엔진은 보다 효율적으로 작동된다. 이러한 실시예에 대하여, 터보 과급기는 가변 터빈 지오메트리(Variable Turbine Geometry; VTG) 터보 과급기일 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예에서, 본 발명의 장치, 시스템 및 방법은 엔진이 제 2 연료와 함께 바람직스럽게는 희박 연소 모드에서 작동될 수 있도록 터보 과급 엔진 또는 과급 엔진(즉, 터보 과급기 또는 과급기를 가지고 원래 설계된 엔진)을 개장 및 캘리브레이션한다.
제 2 실시예에 대하여, 터보 과급된 엔진의 경우에, 제 2 연료를 가지고 적절하게 작동되도록 선택된 제 2 터보 과급기가 추가된다. 그러한 터보 과급기는 제 2 연료(예를 들어, 수소)와의 작동 동안에 활성화되는 반면에, 원래 설계된 터보 과급기는 그러한 작동 동안에 비활성화되거나 또는 바이패스된다. 또한, 프로세서로 제어되는 과급기는 제 2 연료를 이용할 때 차지 모드에서 엔진을 작동시키도록 이용될 수 있다.
제 2 실시예에 대하여, 과급된 엔진의 경우에, 제 2 연료(예를 들어 수소)가 엔진에 의해 이용될 때 적절한 양의 공기를 엔진 안으로 펌핑하도록 적절한 출력 용량에서 과급기가 작동될 수 있다 (즉, 전기적으로 또는 전자적으로 제어된다). 또한, 제 2 연료의 연소로부터 초래된 배기 개스를 이용하여 차지 모드에서 엔진을 작동시키도록 터보 과급기가 엔진에 추가될 수 있다. 결과적으로, 추가된 제 2 터보 과급기 또는 과급기의 이용의 경우에, 제 2 연료의 사용에 기인한 출력 손실이 현저하게 감소된다. 제 1 실시예에서와 같이, 제 2 연료가 이용되고 있을 때 희박 연소 모드 작동중의 품질 제어가 이용된다. 즉, 엔진 효율을 향상시키도록 희박 연소 모드에서 제 2 연료를 이용할 때 엔진의 쓰로틀은 넓게 개방된 위치에서 유지된다(즉, 쓰로틀 안으로 공기 유동이 제한되지 않는다.). 엔진의 출력은 엔진 안으로 분사되고 있는 제 2 연료의 양에 의해 제어된다.
본 발명의 제 3 실시예에서, 장치, 시스템 및 방법은 터보 과급 엔진을 개장 및 캘리브레이션시키는데, 원래 설계된 터보 과급기는 제거되고, 제 1 연료 또는 제 2 연료의 배기 개스로 작동되도록 설계된 새로운 터보 과급기로 대체된다. 제 1 연료의 연소로부터 초래된 배기 개스는 특정의 제 1 엔탈피 또는 엔탈피 범위를 가진다. 제 2 연료의 연소로부터 초래된 배기 개스는 특정의 제 2 엔탈피 또는 엔탈피 범위를 가진다. 이러한 실시예들 및 다른 실시예들에 대하여, 연료의 연소는 적절한 양의 공기를 가지고 연료를 연소시키는 것을 의미하는 것으로 이해된다. 새로운 터보 과급기는 그것이 제 1 연료의 연소 또는 제 2 연료의 연소로부터 초래되는 배기 개스와 함께 작동될 수 있도록 (즉, 적절하게 구동될 수 있도록) 설계된다. 그러한 터보 과급기중 하나의 특정한 예는 배기 개스의 상대적으로 넓은 온도 범위에 대하여 작동되도록 설계된 VTG 터보 과급기이다; 이러한 유형의 VTG 터보 과급기는 이후에 슈퍼 VTG 터보 과급기로서 지칭될 것이다. 그러한 슈퍼 VTG 터보 과급기는 예를 들어 수소의 연소 또는 가솔린의 연소로부터 초래된 배기 개스와 함께 작동될 수 있다. 슈퍼 VTG 터보 과급기는 많은 경우들에 있어서 제 1 연료 또는 제 2 연료와 함께 작동되도록 이용될 수 있다. 다른 실시예들에서와 같이, 엔진이 품질 제어를 이용하여 바람직스럽게는 희박 연소 모드에서 제 2 연료와 함께 작동될 때, 슈퍼 VTG 터보 과급기는 엔진 출력의 손실을 현저하게 감소시킨다. 이러한 실시예에서, 과급된 엔진에 대하여, 유사한 터보 과급기가 이용될 수 있거나, 또는 과급기가 상이한 유형의 연료들에 대하여 엔진을 적절하게 작동시키도록 프로세서에 의해 제어될 수 있다.
제 1 연료가 가솔린이고 제 2 연료가 수소인 경우에, 엔진은 가솔린 엔진 또는 수소 개스 엔진으로서 사용자에 의하여 선택적으로 작동될 수 있다. 수소 또는 수소 개스라는 용어는 이후에 청구된 본 발명에서 이용될 수 있는 수소의 다양한 상태들을 나타내도록 호환 가능하게 이용될 것이다. 이러한 경우에, 본 발명의 장치, 시스템 및 방법은 프로세서, 엔진에 결합되고 제 2 연료와의 적절한 작동을 위해 선택된 터보 과급기(또는 과급기)로서 구현된 공기 펌프 및, 엔진에 장착된 수소 연료 분사기들 및 가솔린 연료 분사기들과 함께 구현된 연료 흡입 조립체를 포함하고, 수소 연료 분사기들 및 터보 과급기(또는 과급기)는 수소 개스를 이용하는 엔진을 작동시키도록 프로세서에 의해 제어된다. 가솔린 보다 적은 출력을 발생시키는 수소 개스를 이용할 때, 엔진은 품질 제어를 이용하는 희박 연소 모드 및 바람직스럽게는 차지 모드(터보 과급 또는 과급)에서 작동된다. 결과적으로, 가솔린과 같은 액체 연료들과 비교하여 수소 또는 다른 기체 연료들과 같은 연료들과의 작동으로부터 초래된 엔진 출력의 손실은 본 발명의 방법, 장치 및 시스템을 이용함으로써 현저하게 감소될 수 있다.
본 발명의 방법, 장치 및 시스템은 제 1 연료로써 작동되도록 설계된 엔진을 제공하는데, 제 1 연료를 가지고 엔진은 특정의 엔진 출력을 발생시키고, 또한 엔진은 제 2 연료로써 작동되도록 설계되는데, 제 2 연료를 가지고 엔진은 작은 엔진 출력을 발생시킨다. 엔진은 프로세서로 제어되는 공기 펌프를 가지고 캘리브레이션되고 개장됨으로써 제 2 연료가 사용되고 있을 때 엔진 출력의 손실을 현저하게 감소시킨다. 작동중에 공기 펌프를 이용하고 있을 때, 엔진은 차지(charge)되는 것으로 지칭된다. 엔진은 또한 제 2 연료를 위한 연료 흡입 시스템으로써 개장되고, 제 2 연료를 이용할 때, 엔진은 품질 제어를 이용하는 중에 효율을 향상시키도록 희박 연소 모드에서 작동된다. 수소(또는 임의의 다른 유형의 연료)로 가동되는 엔진의 캘리브레이션은 그러한 작동을 가능하게 하는 특정의 값으로 엔진 파라미터들을 결정하고, 계산하고 설정하는 것을 포함한다. 엔진을 개장하는 것은 본 발명의 방법에 따라서 작동하도록 본 발명의 장치의 다양한 구성 요소들을 가지고 자연 흡입 엔진, 터보 과급 엔진 또는 과급 엔진을 개조 및/또는 조절하는 것을 지칭한다.
본 발명은 엔진에 결합될 수 있는 공기 펌프, 엔진에 장착될 수 있거나 엔진 내부에 장착될 수 있는 제 2 연료를 위한 조립체 또는 연료 흡입 시스템 및, 제 2 연료를 이용하여 엔진을 선택적으로 작동시키도록 연료 흡입 및 공기 펌프를 제어하는 프로세서를 포함한다. 연료 흡입 조립체는 제 1 연료 및 제 2 연료 양쪽에 대한 연료 전달 시스템(예를 들어, 제 1 연료 및 제 2 연료를 위한 연료 분사기들)을 포함할 수 있다. 동일한 프로세서가 제 1 연료로 엔진을 작동시키도록 이용될 수 있다. 제 2 연료를 이용할 때, 본 발명의 프로세서는 엔진을 차지 모드에서 작동시키도록 공기 펌프를 제어하여 엔진 출력을 증가시키고, 프로세서가 바람직스럽게는 희박 연소 모드에서 엔진을 작동시켜서 품질 제어를 이용하는 중에 엔진의 효율을 증가시킨다. 결과적으로, 차지 모드에서 제 2 연료를 가지고 작동될 때 자연 흡입 엔진은 현저하게 감소된 출력 손실을 가질 것이고 상기 엔진은 희박 연소 모드 작동 및 품질 제어를 이용하여 보다 효율적으로 작동될 것이다. 차지 모드는 공기 펌프로써 엔진을 작동시키는 것을 지칭하는 것으로서, 공기 펌프는 엔진의 배기 개스에 의해 동력을 받거나 그리고/또는 작동되는 터보 과급기일 수 있다. 펌프는 프로세서로부터의 전기 또는 전자 제어 신호들에 의해 작동되는 과급기(또는 임의의 다른 펌프)일 수 있다. 결과적으로, 엔진은 차지 모드에서 작동될 때 제 1 연료를 가지고 이루어지는 출력과 같은 출력을 제 2 연료를 가지고 발생시킬 수 있다.
본 발명의 제 1 실시예에서, 본 발명의 장치, 시스템 및 방법은 제 2 연료가 이용될 때 터보 과급기로써 작동되고 또한 제 1 연료(예를 들어, 가솔린 엔진)를 가지고 작동되는 자연 흡입 엔진을 개장 및 캘리브레이션시킨다. 터보 과급기는 제 2 연료와의 적절한 작동을 위하여 선택됨으로써 엔진은 차지 모드(활성화된 터보 과급기)에서 작동될 수 있고 바람직스럽게는 수소 개스 또는 임의의 다른 연료와 같은 제 2 연료를 이용하여 희박 연소 모드에서 작동될 수 있으며, 수소 개스 또는 임의의 다른 연료의 배기 개스는 제 1 연료의 배기 개스의 엔탈피 보다 낮은 엔탈피를 가진다. 자연 흡입 작동에서 엔진이 제 2 연료와 작동하는 것은 엔진 출력의 손실을 초래한다. 그러나, 차지 모드에서 제 2 연료(예를 들어 기체 연료)로 엔진을 작동시킴으로써 제 2 연료의 연소로부터 초래되는 배기 개스는 터보 과급기를 구동시키도록 이용되어, 엔진의 출력 손실을 현저하게 감소시킨다. 따라서 엔진의 출력은 품질 제어를 이용하는 차지 모드에 있는 동안 엔진 안으로 분사되는 제 2 연료의 양에 의해 제어된다. 품질 제어는 그것에 의해 엔진의 쓰로틀이 넓게 개방된 위치에 유지되게 하는 기술로서, 즉, 엔진 안으로 펌핑되고 있는 공기의 유동이 쓰로틀의 위치에 의해 제한되고 있지 않은 위치에 쓰로틀이 유지된다. 넓게 개방된 위치는 쓰로틀 디자인 및 엔진 속도에 따라서 상이한 유형의 엔진들에 대하여 변화될 것이다. '넓게 개방된'이 지칭하는 것은 엔진 안으로의 공기 유동을 제한하지 않는 위치로 스로틀을 개방하는 것을 지칭한다 (공기는 터보 과급기 또는 과급기 또는 공기 펌프에 의해 엔진 안으로 펌핑된다). 결과적으로, 제 2 연료를 이용하는 엔진의 출력 손실은 현저하게 감소되고 엔진은 보다 효율적으로 작동된다. 이러한 실시예에서, 터보 과급기는 가변 터빈 지오메트리(Variable Turbine Geometry; VTG) 터보 과급기일 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예에서, 본 발명의 장치, 시스템 및 방법은 엔진이 제 2 연료로써 바람직스럽게는 희박 연소 모드에서 작동될 수 있도록 터보 과급 엔진 또는 과급 엔진(즉, 터보 과급기 또는 과급기와 함께 원래 설계된 엔진들)을 개장하고 캘리브레이션한다.
제 2 실시예에 대하여, 터보 과급 엔진의 경우에, 제 2 연료와 함께 적절하게 작동되도록 선택된 제 2 터보 과급기가 추가된다. 그러한 터보 과급기는 제 2 연료(예를 들어, 수소)와의 작동중에 활성화되는 반면에, 원래 설계된 터보 과급기는 그러한 작동중에 비활성화되거나 또는 바이패스된다. 또한, 프로세서로 제어되는 과급기는 제 2 연료를 이용할 때 차지 모드에서 엔진을 작동시키도록 이용될 수있다.
제 2 실시예에 대하여, 과급 엔진의 경우에, 과급기는 제 2 연료(예를 들어, 수소)가 엔진에 의해 이용될 때 적절한 양의 공기를 엔진 안으로 펌프시키도록 적절한 출력 용량에서 작동될 수 있다 (즉, 전기적으로 또는 전자적으로 제어될 수 있다). 또한, 제 2 연료의 연소로부터 초래된 배기 개스를 이용하여 엔진을 차지 모드에서 작동시키도록 터보 과급기가 엔진에 추가될 수 있다. 결과적으로, 추가된 제 2 터보 과급기 또는 과급기의 이용의 경우에 대하여, 제 2 연료의 사용에 기인한 출력 손실이 현저하게 감소된다. 제 1 실시예에서와 같이, 희박 연소 모드 작동 동안의 품질 제어는 제 2 연료가 이용되고 있을 때 사용된다. 즉, 엔진 효율을 향상시키도록 희박 연소 모드에서 제 2 연료를 이용할 때 엔진의 쓰로틀은 넓게 개방된 위치(즉, 쓰로틀 안으로의 공기 유동이 제한되지 않음)에 유지된다. 엔진의 출력은 엔진 안으로 분사되고 있는 제 2 연료의 양에 의해 제어된다.
본 발명의 제 3 실시예에서, 장치, 시스템 및 방법은 터보 과급 엔진을 개장하고 캘리브레이션하는데, 여기에서 원래 설계되었던 터보 과급기는 제거되고 새로운 터보 과급기로 교체되며, 상기 새로운 터보 과급기는 제 1 연료 또는 제 2 연료의 배기 개스로 작동되도록 설계된다. 제 1 연료의 연소로부터 초래된 배기 개스는 특정의 제 1 엔탈피 또는 엔탈피 범위를 가진다. 제 2 연료의 연소로부터 초래된 배기 개스는 특정의 제 2 엔탈피 또는 엔탈피 범위를 가진다. 이러한 실시예 및 다른 실시예들에 대하여, 연료의 연소는 연료가 적절한 양의 공기와 함께 연소되는 것을 의미하는 것으로 이해된다. 이러한 새로운 터보 과급기는 그것이 제 1 연료의 연소 또는 제 2 연료의 연소로부터 초래된 배기 개스로써 작동될 수 있도록 (즉, 적절하게 구동되도록) 설계된다. 그러한 터보 과급기의 하나의 특정한 예는 배기 개스의 상대적으로 넓은 온도 범위에 대하여 작동되도록 설계된 VTG 터보 과급기이다; 이러한 유형의 VTG 터보 과급기는 이후에 슈퍼 VTG 터보 과급기로서 지칭될 것이다. 그러한 슈퍼 VTG 터보 과급기는 예를 들어 가솔린의 연소 또는 수소의 연소로부터 초래된 배기 개스로써 작동될 수 있다. 이러한 슈퍼 VTG 터보 과급기는 많은 경우에 제 1 연료 또는 제 2 연료로써 작동되도록 이용될 수 있다. 다른 실시예들에서와 같이, 엔진이 바람직스럽게는 희박 연소 모드에서 품질 제어를 이용하면서 제 2 연료로써 작동될 때, 슈퍼 VTG 터보 과급기는 엔진 출력의 손실을 현저하게 감소시킨다. 이러한 실시예에서, 과급된 엔진에 대하여, 유사한 터보 과급기가 이용될 수 있거나, 또는 과급기가 프로세서에 의해 제어될 수 있어서 상이한 유형의 연료들에 대하여 엔진을 적절하게 작동시킨다.
제 1 연료가 가솔린이고 제 2 연료가 수소인 경우에, 엔진은 사용자에 의하여 가솔린 엔진으로서 또는 수소 개스 엔진으로서 선택적으로 작동될 수 있다. 수소 및 수소 개스라는 용어는 이후에 청구된 발명에서 사용될 수 있는 수소의 다양한 상태를 나타내도록 호환 가능하게 이용될 것이다. 이러한 경우에, 본 발명의 장치, 시스템 및 방법은 프로세서, 엔진에 결합되고 제 2 연료와의 적절한 작동을 위해 선택된 터보 과급기(또는 과급기)로서 구현된 공기 펌프 및, 엔진에 장착된 가솔린 연료 분사기 및 수소 연료 분사기와 함께 구현된 연료 흡입 조립체를 포함하고, 수소 연료 분사기 및 터보 과급기(또는 과급기)는 수소 개스를 이용하는 엔진을 작동시키도록 프로세서에 의해 제어된다. 개솔린 보다 낮은 출력을 발생시키는 수소 개스를 이용할 때, 엔진이 바람직스럽게는 차지 모드(터보 과급 또는 과급)에서 그리고 품질 제어를 이용하는 희박 연소 모드(lean mode)에서 작동된다. 결국, 가솔린과 같은 액체 연료들과 비교하여 수소 또는 다른 기체 연료들과 같은 연료로써 작동되어 초래되는 엔진 출력의 손실은 본 발명의 방법, 장치 및 시스템을 이용함으로써 현저하게 감소될 수 있다.
공기 및 제 2 연료의 혼합물이 공기 및 제 1 연료의 혼합물 보다 낮은 혼합물 열량 값(calorific value)(즉, 낮은 에너지 함량)을 가지는 경우에, 제 2 연료의 배기 개스의 엔탈피는 제 1 연료의 배기 개스의 엔탈피 보다 낮다는 점이 주목되어야 한다. 제 1 연료의 배기 개스는 엔진 내부에서의 상기 제 1 연료의 연소로부터 초래된다. 마찬가지로, 제 2 연료의 배기 개스는 엔진 내부에서의 제 2 연료의 연소의 결과이다.
주목되어야 하는 바로서, 본 발명의 장치, 시스템 및 방법은 오토(Otto) 사이클 엔진으로 지칭되는 엔진에 적용되며, 오토 사이클 엔진은 가솔린 또는 압축 천연 개스(CNG)와 함께 작동되도록 변환된 디젤 내부 연소 엔진 뿐만 아니라 가솔린 내부 연소 엔진을 포함한다. 공지된 바와 같이 디젤 엔진은 (1) CNG 로 가동되는 내부 연소 엔진 또는 (2) 가솔린으로 가동되는 내부 연소 엔진과 같은 오토 사이클 엔진으로 변환될 수 있다.
주목되어야 하는 바로서, 과급된 엔진의 경우에 제 2 실시예 및 제 3 실시예에 대하여, 본 발명의 장치, 시스템 및 방법은 혼합 연료와 함께 작동될 수 있다. 혼합 연료 작동은 엔진의 챔버 안으로 제 1 연료 및 제 2 연료를 분사함으로써 엔진 챔버 안에서 제 1 연료, 제 2 연료 및 공기의 혼합물을 점화시킨 결과로서 연소가 발생되는 것을 지칭한다. 즉, 이러한 실시예들을 작동시키도록 이용되는 연료는 제 1 연료 및 제 2 연료 양쪽을, 즉, 혼합 연료를 포함한다. 혼합 연료는 제 1 연료의 일부 및 제 2 연료의 일부를 포함한다. 제 1 연료 및 제 2 연료의 상대적인 부분들은 혼합 연료의 연소로부터 초래되는 배기 개스의 엔탈피를 결정할 것이다.
본 발명은 제 1 연료(예를 들어, 가솔린) 또는 제 2 연료에서 작동되는 2중 연료 엔진과 관련하여 설명되었다. 통상적인 자연 흡입 차량 가솔린 엔진은 터보 과급기, 또는 과급기, 또는 일부 공지된 유형의 공기 펌프를 이용하여 수소 개스를 연소시키도록 캘리브레이션될 수 있고 개장될 수 있다. 수소(또는 임의의 다른 유형의 제 2 연료)로 가동되는 엔진의 캘리브레이션은 그러한 작동이 가능한 특정의 값으로 엔진 파라미터들을 결정하고, 계산하고, 설정한다. 엔진의 개장은 본 발명의 방법에 따라서 작동하도록 본 발명의 장치의 다양한 구성 요소들을 가진 자연 흡입 엔진, 터보 과급 엔진 또는 과급 엔진의 개조 및/또는 조절을 지칭한다.
엔진이 개장될 수 있는 한가지 방식은 다양한 구성 요소들을 포함하는 크로스 플랫폼 키트(cross platform kit)로부터의 구성 요소들을 이용하는 것인데, 다양한 구성 요소들은 하우징, 하우징 안에 저장된 프로세서, 프로세서로 제어되는 공기 펌프(예를 들어, 터보 과급기, 과급기), 프로세서로 제어되는 쓰로틀, 전기 가속 페달 및 프로세서로 제어되는 연료 흡입 조립체(예를 들어, 제 1 연료 및 제 2 연료를 위해 미리 드릴 가공된 흡입 매니폴드 및 연료 분사기들)와 같은 것이다. 즉, 본 발명의 장치는 크로스 플랫폼 키트로서 준비되거나 또는 패키지화된다. 흡입 매니폴드의 미리 드릴 가공된 구멍들은 키트의 일부이기도 한 제 1 연료 분사기 및 제 2 연료 분사기의 설치를 위한 적절한 직경들을 가진다. 예를 들어, 제 1 연료로서 가솔린으로 작동되고 제 2 연료로서 수소로 작동되는 2 연료 엔진이 되도록 개장되는 엔진에는 미리 드릴 가공된 흡입 매니폴드가 설치될 수 있는데, 여기에서 흡입 매니폴드의 미리 드릴 가공된 구멍들은 연료 분사기들이 그것을 통해 장착될 수 있는 구멍들이다. 또한, 제 1 연료 분사기 및 제 2 연료 분사기는 엔진에 또는 엔진에 가깝게 설치될 수 있거나 위치될 수 있어서, 개별의 연료를 직접적으로 엔진 실린더 또는 챔버 안으로 분사한다; 이러한 기술은 직접 분사로 호칭된다. 키트는 전기 가속기 페달을 더 포함할 수 있는데, 이것은 프로세서(102)로의 입력 라인 및 제어 라인들을 통하여 프로세서(102)에 결합되어 프로세서가 특정의 순간에 페달 위치를 결정할 수 있게 한다. '크로스 플랫폼(cross platform)'이라는 용어는 상이한 유형의 내부 연소 엔진들을 개장하도록 동일 또는 유사한 키트를 이용하는 능력을 지칭한다. 엔진 크기 및 디자인에서의 변형에 대하여, 키트의 특정 구성 요소들이 개량될 수 있지만, 크로스 플랫폼 키트의 구성 요소들의 기본적인 세트는 엔진에서 엔진으로 실질적으로 동일하게 유지된다. 예를 들어, 흡입 매니폴드는 상이한 엔진들에 대하여 크거나, 작거나 또는 상이한 형상일 수 있지만, 흡입 매니폴드의 기본적인 구성 요소는 모든 키트들에 대하여 일정하다. 크로스 플랫폼 키트의 대안의 버젼(version)들은 프로세서를 가질 수 없다; 대신에, 본 발명의 방법에 따른 엔진을 작동시키는 명령을 가진 소프트웨어가 개장되어야 하는 엔진의 ECU 상으로 다운로드될 수 있다. 다운로드된 소프트웨어는 엔진을 적절하게 작동시키도록 ECU 에 있는 현존의 소프트웨어를 보완할 수 있다. 따라서 크로스 플랫폼 키트는 엔진을 개장하도록 통상적인 (자연 흡입, 터보 과급 또는 과급) 엔진에 적절하게 설치되었을 때 엔진이 2중 연료 엔진으로서 작동될 수 있게 하는 구성 요소들의 집단화(grouping)이며, 여기에서 연료들중 적어도 하나는 탄소에 기초하지 않은 연료(예를 들어, 수소)일 수 있다.
그러나, 용이하게 이해될 바로서, 본 발명의 방법, 장치 및 시스템에 따라서 작동하도록 원래 설계된 엔진들이 이용될 수 있으며, 따라서 본 발명이 개장된 엔진들에 제한되지 않는다. 즉, 본 발명은 본 발명의 방법, 장치 및 시스템에 따라서 작동되도록 원래 설계되고 제조된 엔진으로써 구현될 수 있다. 용이하게 이해될 바로서 본 발명의 방법, 장치 및 시스템은 도 2 에 도시된 특정의 개장된 통상적인 가솔린 엔진에 제한되지 않는다; 도 2 에 도시된 특정의 엔진은 설명의 용이성을 위하여 사용된 것이다. 수소(즉, 수소 개스 H2)로 내부 연소 엔진을 작동시킬 때, 본 발명의 장치, 방법 및 시스템은 느린 엔진 속도(즉, 더 낮은 최종 토크)에서 더 많은 출력 및 느린 엔진 속도에서의 질소 산화물 배출의 감소를 가능하게 한다. 여기에서 사용되는 수소 및 수소 개스라는 용어는 청구된 발명에서 이용될 수 있는 수소의 다양한 상태를 나타내도록 호환 가능하게 이용된다.
본 발명의 장치, 시스템 및 방법은 여기에서 설명된 바와 같이 다양한 실시예들과 관련하여 설명되었다. 여기에 개시된 실시예들은 본 발명의 범위를 전혀 제한하지 않는다는 점이 용이하게 이해될 것이다. 당해 기술 분야의 당업자들은 개시된 내용을 읽은 후에 여기에 개시된 것과 상이하지만 청구된 발명의 범위에 속하는 다른 구현예들을 이용하여 본 발명의 장치, 시스템 및 방법을 구현할 수 있다.
이후에, 본 발명의 양상 및 실시예들이 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1 은 본 발명의 장치 및 시스템의 일 실시예를 도시한다.
도 2 는 본 발명의 방법에 대한 흐름도를 도시한다.
도 1 은 본 발명의 장치 및 시스템의 실시예를 도시한다. 프로세서(102)는 밸브(140), 웨이스트 게이트(178), 밸브(136,150,152), 쓰로틀(130), 가솔린 연료 분사기(126) 및 수소 연료 분사기(128)를 각각 가진다. 프로세서는 I1, I2...IN 입력을 가지며, 여기에서 N 은 1 과 같거나 또는 그보다 큰 정수이다. 프로세서(102)는 마이크로프로세서, 마이크로콘트롤러 또는 콤퓨터일 수 있고, 이들중 그 어느 것도 여기에서 설명된 바와 같이 엔진을 제어하고 작동하도록 프로그램될 수 있다. 대안으로서, 차량 엔진 전자 제어 유닛(ECU)이 프로세서(102)의 역할을 수행하도록 프로그램될 수 있어서, 별도 프로세서(102)의 이용을 회피한다. 입력들은 다양한 엔진 센서들, 모니터들 및 상태 표시기(status indicator)로부터의 신호들이다. 예를 들어, 입력들은 다양한 엔진 파라미터들을 포함할 수 있으며, 그것은 엔진 압력, 엔진 속도, 엔진 온도, 부스트 압력, 진공 펌프 작동, 가속 페달 위치, 쓰로틀 위치, H2 센서 출력, λ 센서 출력 및 공기 질량 유동 센서 출력과 같은 것이다. 엔진 파라미터들은 분석되었을 때 엔진의 상태 및 그것의 작동을 반영하는 변수들이다. 하나 또는 그 이상의 엔진 파라미터들의 값들은 엔진의 작동을 제어하도록 처리, 조작 및/또는 수정될 수 있다. 수소 개스(또는 임의의 다른 연료)로 작동되는 엔진의 캘리브레이션은 그러한 작동을 허용하도록 다양한 엔진 파라미터들을 결정, 계산 및 설정하는 것을 포함한다. 입력 신호들은 신호들을 프로세서로 운반하기 위한 임의 공지된 방식을 통하여 프로세서(102)에 도달한다. 예를 들어, 신호들은 무선 통신 시스템, 광학 신호, 전기 신호 및/또는 전자 신호들의 일부일 수 있다. 프로세서(102)는 밸브(150,152) 및 웨이스트 게이트(178)의 제어를 통하여 터보 과급기의 작동을 간접적으로 제어한다. 터보 과급기는 콤프레서(144)를 구동하는 샤프트(146)에 결합된 터빈(148)을 포함한다. 밸브(136,140)들은 공기 흡입 도관(170,160) 내부에 또는 그것을 따라서 각각 위치되어 그러한 공기 흡입 도관들 안의 공기 유동을 제어하는데, 공기 흡입 도관들 모두는 쓰로틀(130)에 결합된다. 밸브(150,152)들은 배기 파이프(162,158)들 내부에 또는 그것을 따라서 각각 위치되어 그러한 배기 파이프들 내부의 배기 개스 유동을 제어하며, 배기 파이프들 모두는 배기 파이프(154)를 통하여 촉매 변환기(156)에 결합된다. 밸브(150,152)들은 배기 파이프(158)를 통하여 배기 개스들의 경로를 정하는 역할을 하여 웨이스트 게이트(178) 및 터보 과급기(144,146,148)들을 우회한다. 웨이스트 게이트(178)는 배기 파이프(163) 내부에 또는 그것을 따라서 위치되어 배기 파이프를 통하여 유동하는 배기 개스들을 제어하며, 상기 배기 파이프는 터보 과급기와 연계되도록 경로가 정해진 배기 개스들중 적어도 일부에 대한 터보 과급기 바이패스 경로로서의 역할을 한다.
엔진(134)은 흡입 매니폴드(132)를 가지며, 흡입 매니폴드상에는 프로세서로 제어되는 가솔린 연료 분사기(126)들 및 프로세서로 제어되는 수소 개스 연료 분사기(128)들이 장착된다. 제 2 연료 및/또는 제 1 연료를 위한 연료 분사기들은 통상적으로 직접 분사로 지칭되는 구성을 위하여 엔진의 챔버들 안에 위치될 수도 있다. 가솔린 연료는 연료 탱크(118)로부터 연료 라인(fuel line, 122)을 통하여 가솔린 연료 분사기(126)들로 공급된다. 수소 개스 연료는 연료 탱크(120)로부터 연료 라인(124)을 통하여 수소 개스 연료 분사기(128)들로 공급된다. 엔진(134)은 배기 매니폴드(138)를 더 가지며, 배기 매니폴드로부터 배기 파이프(162)가 연장된다. 엔진(134)의 작동 동안에, 배기 개스는 배기 파이프(162)를 통하여 배출되고 터보 과급기의 터빈(148)과 연계되도록 경로가 정해지거나 또는 배기 개스를 배기 파이프(158)를 통해 촉매 변환기(156)로 경로를 정함으로써 터보 과급기를 우회하여 외부 환경으로 배출된다. 제 1 연료로서 가솔린을 이용하여 작동하는 것이 수소보다 더 높은 출력의 결과를 가져오는 것이 이제 설명될 것이다.
가솔린을 제 1 연료로서 이용할 때, 본 발명의 방법, 장치 및 시스템은 터보 과급기의 작동을 회피하도록 다양한 밸브들을 제어한다. 따라서 엔진은 비 차지 모드(no charge mode)에서 작동된다. 특히, 엔진(134)의 흡입측에서, 프로세서(102)는 공지된 방식으로 엔진 파라미터들에 기초하여 적절한 양의 가솔린을 분사하고 적절한 양의 공기를 흡입 매니폴드(132) 안으로 유인하도록 쓰로틀(130) 및 가솔린 연료 분사기(126)들을 제어한다. 엔진(134)이 자연 흡입(naturally aspirated)될 때, 프로세서(102)는 밸브(140)를 개방하여 새로운 공기가 도시된 바와 같이 경로(168, 182)를 이용하여 공기 흡입 도관(160)을 통하여 쓰로틀(130) 안으로 유인될 수 있다. 프로세서(102)는 쓰로틀(130)의 위치를 제어하여 공기의 적절한 비율을 제공함으로써 엔진(134)의 챔버들 안에 있는 분사된 개솔린과 혼합되게 한다. 엔진(134)의 배기 측에서, 배기 매니폴드(138)의 파이프(162)로부터 나가는 배기 개스는 배기 파이프(158)를 통하여 경로가 정해져서 도시된 바와 같이 경로(166)를 취한다. 배기 개스들에 의해 취해진 경로는 밸브(152)를 개방하고 밸브(150)를 폐쇄함으로써 배기 개스들이 터빈(148)과 연계되는 것을 방지하는 프로세서(102)의 결과이다. 배기 개스는 터보 과급기를 우회하는데, 이것은 배기 파이프(158)를 통하여 배기 파이프(154)로 유동하여 촉매 변환기(156)에 이르게 됨으로써 이루어지며 이후에 배기 개스는 대기로 배출된다. 개솔린을 이용하는 엔진의 작동은 작업자에 의하여 연료 선택 스위치(미도시)의 사용을 통해 선택될 수 있는데, 작업자는 수소와 같은 제 2 연료로 작동을 변화시키도록 희망할 수 있다. 비 차지 모드(no charge mode)에 있는 자연 흡입 엔진에 대하여, 공기는 엔진 안으로 유인되고 터보 과급기 또는 공기 펌프가 사용되지 않는다. 차지 모드(charge mode)에서, 터보 과급기는 제 2 연료의 배기 개스들을 이용하여 활성화된다. 차지 모드(charged mode) 작동은 이제 다양한 실시예들에 대하여 설명될 것이다.
도 1 을 참조하면 제 1 실시예가 도시되어 있으며, 여기에서 엔진은 자연스럽게 흡입되는 것이고, 터빈(148), 샤프트(146) 및 콤프레서(144)가 터보 과급기를 포함한다. 차지 모드에서, 터보 과급기는 배기 개스에 의해 활성화되고, 배기 개스는 터보 과급기의 터빈(148)과 연계되도록 경로가 정해지고 경로(172)를 통하여 촉매 변환기(156)로 계속된다. 경로 선정(routing)은 밸브(152)를 폐쇄하고 밸브(150)를 개방하여 배기 개스가 터보 과급기의 터빈(148)과 연계될 수 있게 하는 프로세서에 의해 이루어진다. 다음에 터빈(148)은 콤프레서(144)를 작동하는 샤프트(146)를 회전시켜서 상기 콤프레서가 새로운 공기를 경로(174,176)를 통해 쓰로틀(130) 안으로 펌핑한다. 밸브(140)도 프로세서(102)에 의해 폐쇄된다. 쓰로틀(130)로 가는 중에 공기는 인터쿨러(142)에 의해 냉각된다. 웨이스트 게이트(178)는 프로세서에 의해 개방 또는 폐쇄되어 엔진의 부스트 압력을 제어한다. 즉, 배기 개스의 일부는 경로(164)에 의해 도시된 바와 같이 배기 파이프(163)를 통해 터빈을 우회하게 된다.
제 2 실시예에 대하여, 터빈(148), 샤프트(146) 및 콤프레서(144)는 제 2 터보 과급기를 구성한다. 과급기가 사용되는 경우에, 도 1 에 도시된 제 2 터보 과급기는 과급기(supercharge, 미도시), 즉 전자 제어되는 공기 펌프로 대체된다. 도시의 편의상 원래 설계된 터보 과급기가 도시되지 않았지만, 도 1 에 도시된 추가의 제 2 터보 과급기로서 같은 방식으로 구성될 수 있다. 제 2 터보 과급기는 제 1 모드 차지 작동(first mode charged operation)에서 설명된 바와 유사한 방식으로 활성화된다. 즉, 제 2 터보 과급기는 제 2 연료의 배기 개스를 이용하여 제 1 실시예와 유사한 방식으로 활성화된다. 과급된(supercharged) 엔진의 경우에, 원래 설계된 과급기는 프로세서(102)로부터의 제어 신호들을 통하여 활성화된다. 대안으로서, 과급된 엔진에 대하여, 제 2 터보 과급기가 원래의 과급기 대신에 사용될 수 있어서 제 2 연료를 이용하여 엔진을 작동시킨다. 제 2 연료를 이용할 때, 엔진이 바람직스럽게는 품질 제어를 이용하여 희박 연소 모드(lean mode)에서 작동된다.
제 3 실시예에서, 도시된 터보 과급기는 정해진 범위의 배기 개스 온도 및/또는 엔탈피들(enthalpies) 또는 엔탈피 범위들에 대하여 작동되도록 설계된 터보 과급기(예를 들어, 슈퍼 VTG 터보 과급기)일 수 있으며, 따라서 제 1 연료 또는 제 2 연료와 작동되는 동안 활성화될 수 있다. 이러한 터보 과급기는 도 1 에 도시되고 설명된 것과 유사한 방식으로 제 2 연료의 배기 개스들을 이용하여 활성화된다. 제 2 연료를 이용할 때, 엔진이 바람직스럽게는 품질 제어를 이용하여 희박 연소 모드에서 작동된다.
주목되어야하는 바로서, 수소는 "희박(lean)" 작동으로서 지칭되는 것에 대한 수소 및 공기의 적절한 혼합을 가지고 내부 연소 엔진에 의해 연료로 이용될 수 있다. 특정의 엔진에 따라서, λ의 다양한 범위의 값들에 대하여 수소의 희박 연소 모드 작동이 유해 배기 개스 배출의 결과를 거의 가져오지 않거나 전혀 가져오지 않는다. 본 발명은 제 2 연료로서 수소에 제한되지 않는다; 탄소에 기하지 않은 다른 연료들이 수소 대신에 이용될 수 있다. 탄소에 기하지 않은 연료는 물질의 원자 성분 또는 분자 성분들이 탄소가 아니면서 내부 연소 엔진에서 연소될 수 있는 물질이다.
엔진의 운전자는 연료 선택기 스위치(미도시)를 작동시켜서 엔진이 어떤 연료로 작동되어야 하는지를 결정할 수 있다. 연료 선택기 스위치(미도시)는 그것의 입력들(I1....IN)중 하나로서 프로세서(102)에 결합될 수 있거나 또는 연결될 수 있다. 연료 선택기 스위치는 엔진이 어떤 연료로 작동되는지를 프로세서에 나타낸다.
연료 선택기 스위치가 제 2 연료로 설정되었을 때 (예를 들어, 수소 작동), 본 발명의 방법, 시스템 및 장치는 엔진(134)을 프로세서(102)로써 작동시켜서 품질 제어를 이용하여 엔진의 흡입 측(즉, 공기 흡입 및 연료 흡입) 및 배기 측을 제어한다. 제 2 연료가 바람직스럽게는 희박 연소 모드에서 엔진을 작동시키도록 공기와 혼합된다. 프로세서(102)는 제어 라인(116)을 통하여 수소 개스 연료 분사기(128)들을 제어하여 수소 개스를 엔진 안으로 분사함으로써 엔진의 연료 흡입을 제어한다. 프로세서(102)는 쓰로틀(130)을 개방하고 쓰로틀(130)을 넓게 개방된 위치에 유지한다 (쓰로틀(130)은 공기 유동을 제한하지 않도록 개방된다); 이것은 품질 제어(quality control)로서 지칭된다. 엔진 출력의 증가가 필요할 때, 분사되고 있는 연료의 양은 증가된다. 더욱이, 프로세서(102)는 밸브(152)를 폐쇄시키고 밸브(150)를 개방시킴으로써 터보 과급기(148,146,144)를 활성화켜서 배기 개스가 터빈(148)과 연계되는 것을 허용하여 샤프트(146)가 콤프레서(144)와 회전되게 연계되거나 또는 콤프레서를 구동함으로써 새로운 공기가 공기 흡입 도관(170)으로 펌핑되게 하는 결과를 가져온다. 엔진의 흡입 측에서 프로세서(102)는 밸브(136)를 개방하고 밸브(140)를 폐쇄하여 펌핑된 새로운 공기가 경로(176)를 통해 쓰로틀(130)로 향하게 함으로써 엔진의 공기 흡입을 제어한다. 새로운 공기가 (넓게 개방된 위치에서 유지되는) 쓰로틀(130)로 유동하므로, 공기 흡입 도관(170)을 따라서 위치된 임의의 공지된 냉각 장치(142)에 의해 냉각된다. 더욱이, 프로세서(102)는 제어 라인(180)을 통해 웨이스트 게이트(178)를 제어함으로써 배기 공기 유동의 일부가 경로(164, 172)를 따라 배기 파이프(163)를 통해서 터보 과급기를 우회할 수 있게 하여 터보 과급기와 연계되는 배기 개스의 양을 제어함으로써, 엔진의 부스트 압력을 수정하고(즉, 증가시키거나 감소시키고) 따라서 엔진의 출력을 수정한다.
본 발명의 장치는 수소 개스를 제 2 연료로 이용하는 2 중 연료 엔진으로 작동되도록 캘리브레이션되거나 또는 개장된 가솔린 엔진 차량과 관련하여 설명되었다. 압축 천연 개스(compressed natural gas;CNG)와 같은 다른 연료들도 본 발명의 장치에서 제 2 연료로서 이용될 수 있고, 에탄올도 본 발명의 장치의 제 1 연료로서 이용될 수 있다. 가솔린(또는 에탄올과 같은 다른 액체 연료)의 제 1 연료 및 수소 또는 다른 기체 연료들과 같은 제 2 연료들을 가지고 작동되도록 구성된 (개장이 불필요한) 최초 설계 엔진도 본 발명의 장치의 일부로서 이용될 수 있다. 더욱이, 청구된 발명과 작동되도록 최초 설계되거나 또는 개장된 엔진은 자연 흡입 엔진(naturally aspirated engine), 터보 과급 엔진 또는 과급 엔진(super charged engine)일 수 있다.
본 발명이 속하는 분야의 당업자에 의해서 고려될 수 있는 바와 같이 내부 연소 엔진이 다양한 변형들과 함께 설명되는 바에 따라 작동되도록 캘리브레이션되고 개장되는 시스템이 도 1 에도 도시될 수 있다는 점이 이해될 것이다. 예를 들어, 본 발명의 시스템은 전기를 발전하도록 이용될 수 있는데, 여기에서 시스템의 다양한 부분들은 함께 위치되지 않지만, 서로로부터 상대적으로 먼 거리들에 위치된다. 예를 들어, 프로세서는 엔진 및 연료 전달 시스템으로부터 몇 마일 떨어질 수 있으며 통신 시스템을 통하여 구성 요소들을 제어한다. 일반적으로, 시스템의 다양한 부분들이 함께 위치되지 않는 것으로 설명될 때, 이것은 그 부분들이 휴대형인 장치 또는 차량과 같은 운반 가능 시스템의 일부로 결합될 수 없도록 되어 있는 상기 부분들의 구성을 지칭한다. 다양한 배기 파이프들(예를 들어, 158, 162 및 163) 및 공기 흡입 도관들(예를 들어, 160, 170)은 상대적으로 훨씬 긴 길이를 가질 수 있고, 따라서 공기 유동을 가능하게 하는 추가적인 펌프들을 필요로 할 수 있다. 더욱이, 프로세서(102)의 입력 라인들 및 제어 라인들은 전체적인 통신 시스템의 일부일 수 있는데, 통신 시스템은 광학 시스템, 비틀림 쌍의 와이어 전기 시스템(twisted pair wire electrical system) 또는 무선 통신 시스템으로서 구현될 수 있다.
본 발명의 방법은 도 2 에 도시되어 있으며, 여기에서 엔진(134)은 특정 출력의 제 1 연료로 작동되거나, 또는 제 1 연료보다 낮은 출력을 발생시키는 제 2 연료로 작동된다. 엔진(134)은 개장되고 캘리브레이션된 자연 흡입 엔진일 수 있거나 또는 그것이 최초 설계된 터보 과급 또는 과급 엔진일 수 있다. 단계(202)에서, 파워(power)가 켜진다. 밸브들, 쓰로틀, 웨이스트 게이트 및 터보 과급기중 일부일 수 있거나 또는 일부가 아닐 수 있는 관련 액튜에이터(미도시)들 및 프로세서(102)가 활성화된다. 프로세서(102)는 엔진의 시동 전에 운전자에 의하여 작동될 수 있는 연료 선택기 스위치(도 1 에 도시되지 않음)의 상태를 읽는다.
단계(204)에서, 본 발명의 방법은 어떤 연료가 엔진의 운전자에 의해서 선택되었는지를 판단한다. 특히, 프로세서(102)는 연료 선택기 스위치의 상태를 읽는다. 단계(104)에서, 만약 제 2 연료가 선택되었다는 것을 프로세서가 판단하였다면, 본 발명의 방법은 단계(210)로 이동한다. 제 2 연료는 더 적은 엔진 출력을 발생시키기 때문에, 본 발명의 방법은 엔진을 차지 모드(charged mode)에서 작동시킬 것이며, 이는 공기 펌프(예를 들어, 터보 과급기 또는 과급기)가 이용되어 대기압보다 높은 압력에서 엔진 안으로 공기를 펌프시켜서 품질 제어가 이용되는 것을 의미한다. 터보 과급기 또는 과급기를 가지고 개장된 자연 흡입 엔진에 대하여, 프로세서(102)는 제 2 연료가 선택될 때 차지 모드에서 엔진을 작동시키도록 프로그램된다 (예를 들어, 터보 과급기 또는 과급기를 활성화시킨다).
단계(210)에서, 제 1 실시예에 대하여, 프로세서(102)는 위에서 설명된 바와 같이 차지 모드에서 그리고 바람직스럽게는 품질 제어를 이용하여 희박 연소 모드에서 엔진을 작동시키도록 밸브들을 설정한다. 특히, 단계(212)에서, 프로세서(102)는 위에서 설명된 바와 같이 쓰로틀(130), 웨이스트 게이트(178) 및 터보 과급기(148,146,144)를 작동시켜서 엔진(134) 안으로 펌핑된 공기의 양을 제어하도록 배기 개스의 경로를 다시 정한다. 차지 모드에서, 쓰로틀(130)은 넓게 개방된 위치에 유지될 수 있다 (즉, 품질 제어를 이용한다). 과급기로 개장된 자연 흡입 엔진에 대하여, 프로세서(102)는 엔진 안으로의 공기의 적절한 양을 펌프시키도록 과급기를 제어하고 작동한다. 제 2 실시예에 대하여, 제 2 터보 과급기가 활성화되어 위에서 설명된 바와 같이 제 2 연료의 배기 개스들을 이용하여 구동되거나 또는 작동된다. 최초 설계의 터보 과급기는 비활성화된다. 또한, 제 2 터보 과급기를 추가하는 대신에, 프로세서로 제어되는 과급기가 차지 모드에서 엔진을 작동하도록 추가될 수 있으며, 제 2 연료로 작동될 때 품질 제어를 이용하여 희박 연소 작동을 하게 된다. 과급된 엔진의 경우에, 과급기가 활성화되고; 과급기는 제 2 연료를 위한 품질 제어를 이용하여 차지 작동을 위한 프로세서(102)로부터의 제어 신호들에 의해 적절하게 작동된다. 대안으로서, 과급된 엔진에 대하여, 터보 과급기가 추가되어 위에서 설명된 바와 같이 품질 제어를 이용함으로써 차지 모드의 희박 연소 작동으로 엔진을 작동시킨다. 제 3 구현예에 대하여, 정해진 온도 범위를 가진 터보 과급기(예를 들어, 상대적으로 넓은 온도 범위를 가진 VTG 터보 과급기, 즉, 슈퍼 VTG)는 도 1 과 관련하여 설명된 제 2 연료의 배기 개스를 이용함으로써 활성화된다. 정해진 온도 범위의 작동을 가진 그러한 터보 과급기는 제 1 연료 또는 제 2 연료의 배기 개스들과 함께 작동하도록 설계될 수 있다. 제 2 연료가 선택될 때 모든 3 개의 실시예들에 대하여 엔진을 작동시키도록 품질 제어가 이용된다. 더욱이, 모든 3 개의 실시예들에 대하여, 엔진이 바람직스럽게는 제 2 연료가 선택될 때 희박 연소 모드에서 작동된다.
단계(204)에서, 만약 제 1 연료가 선택되었다는 것을 연료 선택기 스위치가 프로세서(102)에 나타냈다면, 본 발명의 방법은 단계(206)로 간다. 단계(206)에서 제 1 실시예에 대하여(즉, 자연 흡입 엔진에 대하여) 본 발명의 방법은 위에서 설명된 바와 같이 비 차지 모드에서 엔진(134)을 작동시킨다. 제 1 실시예에 대하여, 프로세서(102)는 제 1 연료가 선택되었을 때 엔진을 비 차지 모드에서 작동하도록 프로그램된다. 특히, 프로세서(102)는 터보 과급기의 이용을 우회하도록 밸브들을 설정하고 연료 분사기들을 제어한다.
제 1 실시예에서, 제 1 연료를 이용하는 자연 흡입 엔진에 대하여, 쓰로틀(130)은 엔진(134)의 작동을 제어하도록 필요에 따라 제어될 수 있으며 (쓰로틀의 가변적인 개방) 고정된 개방 위치에 반드시 유지될 필요는 없다. 제 2 및 제 3 실시예들(터보 과급되거나 또는 과급된 엔진들)에 대하여, 프로세서(102)는 엔진을 설계된 바에 따라 작동시킨다.
단계(208)에서, 제 1 실시예에 대하여, 프로세서(102)는 쓰로틀 및 연료 분사기들을 제어하여 제 1 연료에 대한 가솔린 연료 분사기(126) 및 쓰로틀(130)의 적절한 제어와 함께 자연 흡입 가솔린 엔진으로서 엔진을 작동시킨다. 제 2 실시예에서, 프로세서(102)는 설계된 대로 원래의 터보 과급기 또는 과급기를 이용하여 엔진을 작동시키도록 쓰로틀 및 연료 분사기들을 제어한다. 마찬가지로, 제 3 실시예에서, 프로세서는 설계에 따라서 작동의 정해진 온도 범위를 가지는 터보 과급기와 쓰로틀 및 연료 분사기들을 제어한다. 그러한 터보 과급기는 제 1 연료 또는 제 2 연료의 배기 개스들과 함께 작동하도록 설계될 수 있다.
본 발명의 방법은 제 1 연료 또는 제 2 연료를 이용하여 엔진을 작동시킨다. 본 발명의 상기 방법은, 제 1 연료를 이용함으로써 설계된 바에 따라 엔진을 작동시키거나 또는 품질 제어를 이용함으로써 바람직스럽게는 희박 연소 모드에서 제 2 연료를 이용하여 엔진을 작동시키는 것과 같이, 작동 모드들 사이에서 번갈아 이루어질 수 있다. 본 발명의 방법은 엔진의 운전자에 의해 소망되는 바에 따른 작동 모드들 사이에서 번갈아 이루어질 수 있다.
102. 프로세서 178. 웨이스트 게이트
130. 쓰로틀 126. 가솔린 연료 분사기
128. 수소 연료 분사기

Claims (31)

  1. 제 1 연료 또는 제 2 연료를 이용하거나, 또는 상기 제 1 연료 및 제 2 연료를 포함하는 혼합 연료를 이용하는, 2중 연료 엔진(bi-fuel engine)을 작동시키는 장치로서,
    프로세서(102);
    프로세서(102)에 의해서 제어되고 엔진(134)에 장착된 연료 흡입 조립체(126,128);
    바람직스럽게는 품질 제어를 이용하는 차지 모드(charged mode) 및 희박 연소 모드(lean mode)에서 혼합 연료 또는 제 2 연료를 이용하여 엔진(134)을 작동시키도록 프로세서(102)에 의해 제어되고, 엔진(134)에 결합된 공기 펌프(144,146,148);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 2중 연료 엔진의 작동 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    엔진은 제 1 공기 흡입 도관(160)에 결합된 제어 가능 쓰로틀(130)을 가지고, 제 1 공기 흡입 도관 안에는 프로세서로 제어되는 밸브(140)가 위치되고, 상기 쓰로틀(130)은 제 2 공기 흡입 도관(170)을 통해 공기 펌프(144, 146, 148)에도 결합되고, 제 2 공기 흡입 도관 안에는 프로세서로 제어되는 제 2 밸브(136)가 위치되는 것을 특징으로 하는, 2중 연료 엔진의 작동 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    연료 흡입 조립체(126,128)는 흡입 매니폴드(132)에 의하여 엔진(134)에 장착되는 것을 특징으로 하는, 2중 연료 엔진의 작동 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    연료 흡입 조립체(126,128)는 제 1 연료 및 제 2 연료용 연료 분사기들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 2중 연료 엔진의 작동 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    엔진은 배기 매니폴드(138)를 가지고, 배기 매니폴드(138)로부터 제 1 배기 파이프(162)가 연장되어 공기 펌프(144, 146, 148)에 결합되고, 상기 제 1 배기 파이프(162) 내부에는 프로세서로 제어되는 제 1 밸브(150)가 배치되고, 제 2 배기 파이프(158)는 배기 매니폴드(138)로부터 연장되고, 상기 제 2 배기 파이프(158) 내부에는 프로세서로 제어되는 제 2 밸브(152)가 위치되는 것을 특징으로 하는, 2중 연료 엔진의 작동 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    제 1 배기 파이프(162)는 바이패스 배기 파이프(163)와 더 결합되고, 바이패스 배기 파이프 내부에 프로세서로 제어되는 웨이스트 게이트(waste gate, 178)가 위치되는 것을 특징으로 하는, 2중 연료 엔진의 작동 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    엔진(134)은 자연 흡입 엔진(naturally aspirated engine)이고, 제 1 연료는 가솔린이고, 제 2 연료는 수소이고, 공기 펌프(144,146,148)는 터보 과급기이고, 연료 흡입 조립체(126,128)는 가솔린 연료 분사기(126)들 및 수소 연료 분사기(128)들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 2중 연료 엔진의 작동 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    엔진(134)은 제 1 터보 과급기를 가지는 터보 과급 엔진이고, 제 1 연료는 가솔린이고, 제 2 연료는 수소이고, 공기 펌프(144,146,148)은 제 2 터보 과급기이고, 연료 흡입 조립체(126,128)는 가솔린 연료 분사기(126,128)들 및 수소 연료 분사기들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 2중 연료 엔진의 작동 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    엔진(134)은 제 1 터보 과급기를 가지는 터보 과급 엔진이고, 제 1 연료는 가솔린이고, 제 2 연료는 수소이고, 공기 펌프(144,146,148)은 VTG 터보 과급기인 제 2 터보 과급기이고, 연료 흡입 조립체(126,128)는 가솔린 연료 분사기(126)들 및 수소 연료 분사기(128)들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 2중 연료 엔진의 작동 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    엔진은 자연 흡입 엔진(naturally aspirated engine)이고, 제 1 연료는 가솔린이고, 제 2 연료는 수소이고, 공기 펌프(144,146,148)는 프로세서로 제어되는 과급기(supercharger)이고, 연료 흡입 조립체(126,128)는 가솔린 연료 분사기(126)들 및 수소 연료 분사기(128)들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 2중 연료 엔진의 작동 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    엔진(134)은 자연 흡입 엔진(naturally aspirated engine)이고, 제 1 연료는 가솔린이고, 제 2 연료는 수소이고, 공기 펌프(144,146,148)는 상대적으로 넓은 작동 온도 범위를 가지는 터보 과급기이고, 공기 펌프는 제 1 연료 또는 제 2 연료로부터의 배기 개스를 이용하여 작동되고, 연료 흡입 조립체(126,128)는 가솔린 연료 분사기(126)들 및 수소 연료 분사기(128)들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 2중 연료 엔진의 작동 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    엔진(134)은 자연 흡입 엔진으로서, 제 1 연료가 공기와 함께 연소됨으로써 초래된 배기 개스는 특정의 엔탈피(enthalpy)를 가지고, 제 2 연료가 공기와 함께 연소됨으로써 초래된 배기 개스는 제 1 연료로부터의 배기 개스의 엔탈피보다 작은 엔탈피를 가지는 것을 특징으로 하는, 2중 연료 엔진의 작동 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    공기 펌프(144,146,148)은 제 1 연료 또는 제 2 연료의 배기 개스에 의해 적절하게 작동될 수 있는 터보 과급기 또는 과급기인 것을 특징으로 하는, 2중 연료 엔진의 작동 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    엔진(134)은 λ=1 모드에서 작동되는 것을 특징으로 하는, 2중 연료 엔진의 작동 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    제 1 연료는 가솔린이고 제 2 연료는 수소인 것을 특징으로 하는, 2중 연료 엔진의 작동 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    터보 과급기는 슈퍼 VTG 터보 과급기인 것을 특징으로 하는, 2중 연료 엔진의 작동 장치.
  17. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
    프로세서(102)는 통신 시스템의 일부인 입력 라인(I1, I2,...IN)들 및 제어 라인(104, 106, 108, 110, 112, 114, 116, 180)들을 가지는 것을 특징으로 하는, 2중 연료 엔진의 작동 장치.
  18. 제 2 연료, 또는 제 1 연료 및 제 2 연료를 포함하는 혼합 연료가 이용될 때, 품질 제어를 이용하는 차지 모드(charged mode) 및 바람직스럽게는 희박 연소 모드(lean mode)에서 엔진(134)을 작동시키기 위하여, 그리고 제 1 연료를 이용하여 엔진(134)을 작동시키기 위하여, 2 중 연료 엔진(134)에 모두 결합된 연료 흡입 조립체(126,128) 및 공기 펌프(144,146,148)를 제어하도록 프로세서(102)를 이용하는 단계를 포함하고,
    제 2 연료가 공기와 함께 연소된 것으로부터 초래된 배기 개스의 엔탈피가, 제 1 연료가 공기와 함께 연소된 것으로부터 초래된 배기 개스의 엔탈피 보다 작은 것을 특징으로 하는, 2중 연료 엔진의 작동 제어 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    엔진(134)은 자연 흡입의 2중 연료 엔진이고, 프로세서는 제 1 연료를 이용할 때 엔진을 비 차지 모드(no charge mode)에서 작동시키는 것을 특징으로 하는, 2중 연료 엔진의 작동 제어 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    엔진(134)은 제 1 연료, 제 2 연료 또는 혼합 연료의 배기 개스로써 작동될 수 있는 터보 과급기를 가진 터보 과급 2중 연료 엔진이고, 프로세서(102)는 제 1 연료를 이용할 때 비 차지 모드(no charge mode)에서 엔진(102)을 작동시키는 것을 특징으로 하는, 2중 연료 엔진의 작동 제어 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    터보 과급기는 슈퍼 VTG 터보 과급기인 것을 특징으로 하는, 2중 연료 엔진의 작동 제어 방법.
  22. 제 18 항에 있어서,
    엔진(134)은 과급된 2중 연료 엔진이고, 프로세서는 제 1 연료를 이용할 때 비 차지 모드(no charge mode)에서 엔진을 작동시키는 것을 특징으로 하는, 2중 연료 엔진의 작동 제어 방법.
  23. 제 18 항 내지 제 22 항중 어느 한 항에 있어서,
    프로세서를 이용하는 단계는:
    어느 연료가 작동을 위하여 선택되었는지를 판단하도록 프로세서(102)를 이용하고;
    선택된 연료에 따라서 엔진(134)의 쓰로틀(130) 및 공기 펌프(144,146,148)를 작동시키도록 엔진(134)의 배기 파이프들 및 공기 흡입 도관(160,170)들 내부에 위치된 밸브(136,140,144,150,152)들을 제어하고;
    제 2 연료가 공기와 함께 연소된 것으로부터 초래된 배기 개스의 일부가 공기 펌프(144,146,148)를 우회하도록, 제 2 연료가 선택되었을 때 바이패스 배기 파이프(163) 안에 위치된 웨이스트 게이트(178)를 제어하며, 상기 공기 펌프(144,146,148)는 터보 과급기이며, 따라서 엔진(134)의 부스트 압력을 제어하는 것을 특징으로 하는, 2중 연료 엔진의 작동 제어 방법.
  24. 제 1 연료 또는 제 2 연료 또는 혼합 연료를 이용하는 2중 연료 엔진의 작동 시스템으로서,
    2중 연료 엔진의 작동 시스템은 제 1 항 내지 제 22 항의 어느 한 항에 정의된 장치를 포함하고, 프로세서(102) 및 연료 흡입 조립체(126,128)는 함께 위치되거나 또는 함께 위치되지 않는, 2중 연료 엔진의 작동 시스템.
  25. 제 1 연료로써 가동되도록 설계된 엔진을, 제 2 연료 또는 제 1 연료 및 제 2 연료를 포함하는 혼합 연료로도 가동될 수 있는 2중 연료 엔진으로 변환시키는 엔진 개장용(engine retrofitting) 크로스 플랫폼 키트(cross platform kit)로서, 연료들중 하나는 탄소에 기초하지 않은 연료이고, 상기 엔진 개장용 크로스 플랫폼 키트는:
    프로세서(102);
    공기 펌프(144,146,148);
    연료 흡입 조립체(126,128);를 포함하고,
    프로세서(102)가 공기 펌프(144,146,148) 및 연료 흡입 조립체(126,128)를 제어하여, 품질 제어를 이용하는 차지 모드(charged mode)에서 그리고 바람직스럽게는 희박 연소 모드에서 제 2 연료 또는 혼합 연료를 이용하여 엔진(134)을 작동시키도록, 프로세서(102), 공기 펌프(144,146, 148) 및 연료 흡입 조립체(126,128)가 엔진(134)상에 설치되는 것을 특징으로 하는, 엔진 개장용 크로스 플랫폼 키트.
  26. 제 25 항에 있어서,
    전기 가속기 페달을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 엔진 개장용 크로스 플랫폼 키트.
  27. 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서,
    공기 펌프(144,146,148)는 터보 과급기인 것을 특징으로 하는, 엔진 개장용 크로스 플랫폼 키트.
  28. 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서,
    공기 펌프(144,146,148)는 VTG 터보 과급기인 것을 특징으로 하는, 엔진 개장용 플랫폼 키트.
  29. 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서,
    공기 펌프(144,146,148)는 슈퍼 VTG 터보 과급기인 것을 특징으로 하는, 엔진 개장용 플랫폼 키트.
  30. 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서,
    과급기(supercharger)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 엔진 개장용 플랫폼 키트.
  31. 제 25 항 내지 제 30 항의 어느 한 항에 있어서,
    엔진 개장용 플랫폼 키트는 프로세서로 제어 가능한 쓰로틀(130)을 포함하고, 연료 흡입 조립체(126,128)는, 프로세서로 제어 가능한 제 1 연료용 연료 분사기(126)들 및 프로세서로 제어 가능한 제 2 연료용 연료 분사기(128)들을 장착하기위한 미리 드릴 가공된 구멍들을 가진 흡입 매니폴드(132)에 결합될 수 있는 것을 특징으로 하는, 엔진 개장용 플랫폼 키트.
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