KR20140096021A - 내연 기관용 연료 순환 회로에 액체 첨가제를 분배하기 위한 장치, 이러한 장치를 포함하는 차량, 및 상기 장치의 사용 방법 - Google Patents

내연 기관용 연료 순환 회로에 액체 첨가제를 분배하기 위한 장치, 이러한 장치를 포함하는 차량, 및 상기 장치의 사용 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내연 기관, 특히 엔진을 구비하는 차량용 연료 순환 회로(2)에 액체 첨가제를 분배하기 위한 장치에 관한 것으로서, 상기 장치는,
- 첨가제를 수용하는 탱크(26),
- 연료 순환 회로(2), 및 상기 첨가제를 수용하는 탱크(26)가 설치되는 내부와 연결되는, 인클로저(enclosure)(24),
- 상기 탱크(26) 및 상기 연료 순환 회로(2)에 연결되어, 첨가제를 주입하고, 상기 연료 순환 회로(2)에서 상기 첨가제를 분배할 수 있게 하는 장치, 및
- 상기 주입 장치를 제어하기 위한 제어 장치를 포함한다.

Description

내연 기관용 연료 순환 회로에 액체 첨가제를 분배하기 위한 장치, 이러한 장치를 포함하는 차량, 및 상기 장치의 사용 방법{DEVICE FOR DISPENSING A LIQUID ADDITIVE INTO A FUEL CIRCULATION CIRCUIT FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE, VEHICLE COMPRISING SUCH A DEVICE, AND METHOD FOR USING SAID DEVICE}
본 발명의 기술분야는 내연 기관, 특히 자동차용 내연 기관, 보다 특히 내연 기관의 연료 순환 회로에 액체 첨가제를 분배하기 위한 장치에 관한 것이다.
새로운 엔진 기술, 예컨대 보편적인 철도 시스템 및 초고압(very high pressure) 연료 주입을 가진 디젤 엔진은 성능은 매우 훌륭하지만, 연료의 품질에 매우 민감하다.
따라서, 품질을 개선하는 첨가제, 특히 엔진에서 연료의 분배를 개선하는 첨가제, 엔진의 구동 성능을 개선하는 첨가제, 및 엔진의 구동 안정성을 개선하는 첨가제를 포함하는 연료를 사용하는 것이 유익하다. 이들은 예를 들어, 세제(detergent agent), 윤활 첨가제, 또는 항부식 첨가제이다.
그러나, 시판중인 연료의 품질로는, 충분한 첨가제를 포함하는 연료를 항상 엔진에 제공할 수 있는 것은 아니다. 더욱이, 연료는 세계적으로 요구되는 표준을 다소 충족시켜야 하므로, 그 품질이 다양하다. 따라서, 엔진이 최적으로 구동되기 위해, 연료에 포함되는 첨가제의 농도를 조정하는 것이 관심을 끌고 있다.
더욱이, 차량, 특히 디젤 차량에 대한 새로운 방출 제어 표준을 충족하기 위해, 점점 차량에 입자 필터 유형의 오염 감소 장치를 장착하고 있다. 이는 Euro 5 표준의 출현 이후, 유럽에서는 이미 시행되고 있다. 대부분의 경우, 그을음(soot)의 주기적인 연소 및 입자 필터의 재생을 돕기 위해, 촉매가 사용된다. 엔진 또는 연료 내장형 촉매(FBC)를 공급하는 연료에 의해 벡터화되는(vectorized) 입자 필터를 재생하는 첨가제의 사용은, 입자 필터를 경쟁 기술보다 보다 신속하게 그리고 저온에서 입자 필터를 재생할 수 있게 하므로, 많은 기준에 응답하는 것으로 입증되었으며, 매연 여과 장치(촉매화된 그을음 필터, CSF)로 지칭된다.
따라서, 입자 필터의 재생에 일조하는 첨가제, 및/또는 연료의 품질 및/또는 엔진의 구동 및/또는 이의 내구성을 개선하는 연료 첨가제를 연료에 주입할 수 있게 하는, 장치를 차량에 장착하는 것이 흥미를 끌고 있다.
특히 입자 필터 재생에 일조하는 FBC 촉매성 첨가제와 같은 이러한 첨가제를 연료에 투입할 수 있게 하는 시스템이 존재하는 것으로 알려져 있다. 이들 시스템은 일반적으로, 최소 부피를 2 ℓ 내지 3 ℓ로 수용하는 첨가제 탱크를 갖춘 큰 탱크를 기준으로 하며, 연료 탱크와 밀접한 영역에 설치되어야 한다.
그런 다음, 첨가제는 일반적으로, 부가적인 전자 제어 유닛(electronic control unit, ECU)을 사용하여 제어되는 고정밀 계량 펌프를 사용하여 계량된다. 이러한 계량 장치는 정밀하게 이용되어, 입자 필터가 적절히 재생될 수 있게 할 정도로 충분하지만, 그 안에 수집되어 잔존하는 입자 필터의 미네랄 재생 잔류물을 통해 입자 필터가 조기에 더럽혀지지 않도록 너무 많지 않은 함량의 첨가제가 상기 연료에 존재할 수 있게 한다.
전형적으로, 탱크 내 연료의 함량이 증가하는 경우, 연료의 첨가 후에, 컴퓨터는, 탱크에 주입되어 펌프에 주입되는 연료의 양을 나타내어, 염료 내의 첨가제 농도가 항상 일정하게 유지할 수 있게 한다.
이러한 초정밀(extremely precise) 계량 펌프 뿐만 아니라 ECU 관리는 이들 첨가제 분배 장치의 비용을 대폭 상승시킨다.
더욱이, 이러한 첨가제 분배 장치를 사용한다는 것은, 첨가제 계량 시스템을 고정하고, 이것이 적절히 기능하고 있는지 체크하는 것을 의미하며, 이는 특히 차량의 관리 폴트 방식(management fault mode)에 어긋난다.
유지의 면에서, 탱크를 채우는 것은, 특히 이것이 종종 복합체 연결(complex connection)을 통해 이루어지기 때문에, 다소 어렵다. 더욱이, 탱크의 위치에 따라, 접근이 어려울 수도 있다.
차량의 내연 기관용 연료 순환 회로에 액체 첨가제를 분배하는 장치는 출원 번호 FR 11 00316 하에 출원인에 의해 보호를 받고 있다. 이러한 장치는,
- 첨가제를 수용하는 탱크,
- 연료 순환 회로, 및 상기 첨가제를 수용하는 탱크가 설치되는 내부와 연결되는, 인클로저(enclosure)로서, 상기 인클로저와 상기 탱크 간에 하나 이상의 이동식의 밀봉된 벽이, 한편으로는 밀봉된 격리(separation)를 제공하고, 다른 한편으로는 상기 인클로저 내 연료와 상기 탱크 내 첨가제 간에 동일한 압력을 유지하는, 인클로저,
- 상기 탱크 및 상기 연료 순환 회로에 연결되어 있으며, 상기 연료 순환 회로에 상기 첨가제를 분배할 수 있게 하는 첨가제 분배 장치로서, 상기 첨가제 주입 장치는 상기 탱크와 상기 연료 순환 회로를 연결하는 분배 채널을 수용하는, 첨가제 분배 장치를 포함한다.
마찬가지로, 출원인은 또한, 출원 번호 FR 11 55310 하에 연료 탱크에서 액체 첨가제를 분배하기 위한 장치의 삽입을 보호하기도 한다.
이러한 장치는 이용이 용이하며, 현재 사용되는 고정밀 용량 펌프보다 비용면에서 보다 효율적이다.
그러나, 이러한 장치는, 특히 차량의 주행 조건에 대한 첨가제의 기여를 조정하지는 못한다.
본 발명의 목적은, 첨가제의 분포를 한정하거나 또는 심지어 중지시키면서도, 첨가제 탱크의 자율성(autonomy)을 확대하여, 소정의 조건 하에 연료 내 첨가제의 농도가 과하지 않도록 할 수 있는, 전술한 바와 같은 분배 장치를 제안하는 것이다.
본 발명의 목적은 또한, 필요 충분한 양과, 첨가제의 탱크의 자율성을 저하시키며 및/또는 차량의 다른 부재들에 악영향을 미치는, 예컨대 입자 필터를 오염시키는 과-농도(over-concentration) 간에 절충점을 찾도록, 연료 소스 내 첨가제 농도를 최적화하는 것이다.
마찬가지로, 본 발명은, 특히, 주행 상태(travel condition) 및/또는 연료의 양을 토대로, 차량이 필요로 할 때만 첨가제가 주입되도록, 첨가제 주입을 최적화하는 것을 목적으로 한다.
마찬가지로, 본 발명은, 특히 주행 상태 및/또는 연료의 양을 토대로, 차량이 필요로 할 때만 첨가제가 주입되도록, 첨가제 주입을 최적화하는 것을 목적으로 한다.
이를 위해, 본 발명은 내연 기관, 특히 엔진을 구비하는 차량용 연료 순환 회로에 액체 첨가제를 분배하기 위한 장치에 관한 것으로서, 상기 장치는,
- 첨가제를 수용하는 탱크,
- 연료 순환 회로, 및 상기 첨가제를 수용하는 탱크가 설치되는 내부와 연결되는, 인클로저로서, 상기 인클로저와 상기 탱크 간에 하나 이상의 이동식의 밀봉된 벽이, 한편으로는 밀봉된 격리를 제공하고, 다른 한편으로는 상기 인클로저 내 연료와 상기 탱크 내 첨가제 간에 동일한 압력을 유지하는, 인클로저,
- 상기 탱크 및 상기 연료 순환 회로에 연결되어 있으며, 상기 연료 순환 회로에 상기 첨가제를 분배할 수 있게 하는 첨가제 주입 장치로서, 상기 첨가제 주입 장치는 상기 탱크와 상기 연료 순환 회로를 연결하는 분배 채널을 포함하는, 첨가제 주입 장치, 및
- 상기 주입 장치를 제어하기 위한 제어 장치를 포함하며, 상기 제어 장치는 상기 첨가제 주입 장치의 작동을 모니터링하기 위해,
- 차량의 사용을 나타내는 1종 이상의 파라미터들을 분석하기 위한 분석 장치, 및/또는
- 차량의 주행 상태를 분석하기 위한 분석 장치, 및/또는
- 연료 탱크에 수용된 연료의 양의 진행(evolution)을 분석하기 위한 분석 장치로서, 상기 탱크는, 연료를 첨가하도록 사용자에게 접근가능하며, 및/또는
- 연료의 품질을 분석하기 위한 분석 장치, 및/또는
- 엔진에서의 연료 소모로 인한, 오염물질 배출(polluting emission)을 분석하기 위한 분석 장치, 및/또는
- 엔진의 배기가스 라인(exhaust line)에 위치한 입자 필터의 재생의 품질을 분석하기 위한 분석 장치, 및/또는
- 사용되는 첨가제의 유형을 분석하기 위한 분석 장치, 및/또는
- 연료 순환 회로에 분배되는 첨가제 유량(flow rate)의 진행을 평가하기 위한 장치, 및/또는
- 기후 상태를 분석하기 위한 분석 장치와 연관되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 분배 장치는 하기 특징들 중 1가지 이상을 포함할 수 있다:
- 주입 장치는 상기 분배 채널을 차단하기 위한 차단 장치를 포함할 수 있으며, 상기 차단 장치는 분배 채널을 완전히 또는 부분적으로 차단하기에 적절하며, 상기 차단 장치는 특히 밸브 또는 솔레노이드(solenoid) 밸브 유형이다;
- 분배 장치는 연료 순환 회로, 특히 분배 채널 부근에서 연료, 및/또는 첨가제의 온도를 표시하기 위한 온도 센서를 포함할 수 있으며, 첨가제 및/또는 연료의 온도는 첨가제의 유량의 진행 및/또는 차량의 용도 및/또는 기후 상태를 나타내는 파라미터를 구성한다;
- 분배 장치는, 차량 외부의 온도 센서를 포함할 수 있으며, 상기 외부 온도는 기후 상태를 나타내는 파라미터를 구성한다;
- 분배 장치는, 차량 및/또는 연료 순환 회로에 속하는 요소, 특히 연료 필터의 작동 개시(turning on)를 감지하는 센서를 포함할 수 있으며, 상기 작동 개시는 상기 차량의 사용을 나타내는 파라미터를 구성한다;
- 분배 장치는, 연료 순환 회로에 위치하는 분배 채널의 일 단부에 위치한 첨가제 분배 개구, 및 순환 회로의 분배 개구의 상류에 위치한 연료용 주입 개구에서 압력을 측정하는 압력 센서를 포함할 수 있으며, 상기 개구들 간의 압력차는 차량의 용도 및/또는 첨가제의 유량의 진행 및/또는 주행 상태를 나타내는 파라미터를 구성한다;
- 분배 장치는 바람직하게는 엔진 부근에 위치한 노이즈 센서를 포함할 수 있으며, 상기 센서에 의한 노이즈의 감지는 상기 차량의 사용을 나타내는 파라미터를 구성한다;
- 분배 장치는 GPS형의 위치 장치 또는 이동 센서를 포함할 수 있으며, 상기 위치 장치 또는 상기 이동 센서에 의한 이동의 감지는 차량의 용도 및/또는 차량의 주행 상태를 나타내는 파라미터를 구성할 수 있다;
- 차량의 평균 속도 및/또는 순간 속도는 차량의 주행 상태를 나타내는 파라미터를 구성할 수 있다;
- 배출 가스의 온도는 차량의 주행 상태를 나타내는 파라미터를 구성할 수 있다;
- 순환 회로, 특히 고압 펌프 및 쉐어드(shared) 주입 램프(ramp)로 제조된 차량의 고압 회로에서의 압력의 진행은 상기 차량의 주행 상태를 나타내는 파라미터를 구성할 수 있다;
- 엔진의 연소 챔버를 공급하는 공기 유량의 진행은 차량의 주행 상태를 나타내는 파라미터를 구성할 수 있다;
- 순환 회로에서 연료 유량의 진행은 첨가제의 유량의 진행을 나타내는 파라미터를 구성할 수 있다;
- NOx, 그을음 또는 기타 탄소 입자의 방출의 진행 또는 NOx/그을음 및/또는 NOx/입자의 비율은 연료 소모로 인한 오염물질 배출을 나타내는 파라미터를 구성할 수 있다;
- 엔진의 윤활을 허용하는 오일의 품질 및/또는 양의 진행은 엔진의 배기가스 라인에 위치하는 입자 필터의 재생 품질의 진행을 대표하는 파라미터를 구성할 수 있다;
- 분배 장치는, 차량이 위치하는 지리학적 영역을 나타내는 GPS형의 위치 장치를 포함할 수 있으며, 상기 장치에 의해 제공되는 차량의 위치는 지리학적 영역에서 판매되는 연료의 품질을 나타내는 파라미터를 구성한다;
- 엔진의 실린더에서의 연료 소모를 대표하는 파라미터는 연료의 품질을 나타내는 파라미터를 구성할 수 있다;
- 엔진의 연료 소모는 차량의 주행 상태를 나타내는 파라미터를 구성할 수 있다;
- 첨가제는 주기율표의 IIA, IVA, VIIA, VIII, IB, IIB, IIIB 및 IVB족으로부터 선택되는 금속 및/또는 토금속의 염기가 있는 입자 필터 재생 첨가제일 수 있다;
- 첨가제는 콜로이드 분산액 형태를 취할 수 있다;
- 콜로이드 분산액의 입자는 철 및/또는 세륨의 염기를 포함할 수 있다;
- 첨가제는 유기상 및 1종 이상의 양쪽성 제제를 포함하는 콜로이드 입자 분산액과 세제의 조합일 수 있다;
- 첨가제는, 엔진에서 연료의 분배를 개선하며 및/또는 엔진의 구동 성능을 개선하며 및/또는 엔진의 구동 안정성을 개선하는, 첨가제일 수 있다;
- 첨가제는 세제 첨가제와 윤활 첨가제의 조합일 수 있다.
본 발명은 특히, 가솔린 또는 엔진을 연료로서 사용하는 내연 기관에 적용된다.
마찬가지로, 본 발명에 따른 장치가 구비된 엔진은 정지형 설비(stationary facilities), 또는 건설 중기와 같은 소위 "오프-로드" 차량, 또는 자동차와 같은 "온-로드" 차량에 장착될 수 있다.
본 발명은 또한, 하기를 포함하는 자동차에 관한 것으로서,
- 차량의 내연 기관용 연료 순환 회로,
- 액체 첨가제를 수용하는 탱크,
- 연료 순환 회로, 및 상기 첨가제를 수용하는 탱크가 설치되는 내부와 연결되는, 인클로저로서, 상기 인클로저와 상기 탱크 간에 하나 이상의 이동식의 밀봉된 벽이, 한편으로는 밀봉된 격리를 제공하고, 다른 한편으로는 상기 인클로저 내 연료와 상기 탱크 내 첨가제 간에 동일한 압력을 유지하는, 인클로저,
- 상기 탱크 및 상기 연료 순환 회로에 연결되어 있으며, 상기 연료 순환 회로에 상기 첨가제를 분배할 수 있게 하는 첨가제 분배 장치로서, 상기 장치는 탱크와 연료 순환 회로를 연결하는 분배 채널을 포함하는, 첨가제 분배 장치를 포함하며,
상기 첨가제는 본 발명에 따른 분배 장치를 사용해 주입되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한, 차량의 엔진이 더 이상 작동하지 않거나 또는 차량이 멈출 때, 첨가제의 분배가 중지되는, 본 발명에 따른 분배 장치의 사용 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 차단 장치가 켜질 때, 첨가제 분배가 활성화되는, 본 발명에 따른 분배 장치의 사용 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 분배 채널의 일 단부에 위치한 첨가제 분배 개구와, 다른 단부에 위치한 순환 회로에서 상류에 위치한 연료 주입 개구 간에 측정된 압력차가 2 mbar보다 큰 경우에, 첨가제 분배가 활성화되는, 본 발명에 따른 분배 장치의 사용 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 순환 회로에서 순환하는 연료 및/또는 첨가제의 온도가, 구동중인 엔진(running engine)을 나타내는 역치값보다 높을 때, 예를 들어, 15℃보다 높은 경우, 첨가제 분배가 활성화되는, 본 발명에 따른 분배 장치의 사용 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 외부 온도 및/또는 첨가제의 온도 및/또는 연료 순환 회로 내 연료 온도가 최소 역치 온도보다 낮거나 또는 최대 역치 온도보다 높은 경우, 첨가제 분배가 활성화되는, 본 발명에 따른 분배 장치의 사용 방법에 관한 것으로, 상기 최소 역치 온도 및 상기 최대 역치 온도는 첨가제에 따라 정해지며, 상기 최소 역치 온도는, 첨가제의 점도가 역치값에 도달할 때의 값에 상응할 수 있으며, 상기 최대 역치 온도는, 첨가제의 기화값(vaporization value)에 상응할 수 있다.
본 발명은 또한, 주입이 불연속적이며, 차단 장치의 빈도 및/또는 개방 시간(opening time)이 제어 장치에 의해 수집되는 정보에 의존하는, 본 발명에 따른 분배 장치의 사용 방법에 관한 것으로, 첨가제의 분배는, 연료 내 첨가제 농도를 일정하게 유지하거나, 또는 필요할 때만 첨가제를 연료 순환 회로에 주입하도록 수행된다.
제1 실시 양태에 따르면, 첨가제의 분배 빈도 및/또는 분배 기간은 차량의 사용 시간 및/또는 차량을 운전한 km 수 및/또는 차량의 연료 소모에 따라 다르다.
제2 실시 양태에 따르면, 첨가제 분배의 빈도 및/또는 기간은 연료 및/또는 첨가제의 온도, 및/또는 분배 채널의 일 단부에 위치한 첨가제 분배 개구와, 순환 회로의 상류에 위치한 연료 주입 개구 간의 압력에 따라 다르다.
본 발명은 또한, 연료가 연료 탱크에 첨가될 때마다 첨가제가 주입되는, 본 발명에 따른 분배 장치의 사용 방법에 관한 것으로서, 상기 첨가제의 부피는 고정되거나 또는 변할 수 있으며, 가변성의 부피는 첨가되는 연료의 양을 기준으로 결정된다.
본 발명은 또한, 연료 소모로 인한 오염물질 배출을 분석한 결과, 방출되는 가스 및/또는 입자가 이론적 예측치로부터 벗어날 경우, 첨가제가 주입되는, 본 발명에 따른 분배 장치의 사용 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 입자 필터를 재생하기 전에 첨가제가 주입되는, 본 발명에 따른 분배 장치의 사용 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 이전의 재생의 품질이 양호하지 않았을 때, 입자 필터를 재생하기 전에 추가량의 첨가제가 주입되는, 본 발명에 따른 분배 장치의 사용 방법에 관한 것이다.
본 발명은 실시예로서만 제공되며 첨부된 도면을 참조로 수행되는 하기 상세한 설명을 읽을 때 보다 양호하게 이해될 것이다:
- 도 1은, 내연 기관의 연료 순환 회로에서 첨가제를 분배하는 장치를 도식적으로 예시한 것이다;
- 도 2는 도 1과 동일한 도식적 예시로서, 상기 첨가제 분배 장치는 연료 탱크에 위치한다;
- 도 3은 액체 첨가제 분배 장치를 예시하는 단면적 도면이다; 및
- 도 4 내지 7은 연료 순환 회로에서 첨가제 분배를 모니터링하는 차단 장치를 개방/차단하기 위한 서로 다른 전략을 예시한 것이다.
도 1은 자동차 내연 기관용 연료 순환 회로(2)를 도식적으로 예시한 것이다.
전형적으로, 상기 연료 순환 회로(2)는 연료 탱크(4)와 고압 램프(6) (또한, "커먼 레일(common rail)"로도 명명됨) 간에 위치하여, 상기 탱크와 상기 고압 램프 사이에서 연료가 순환되게 하며, 선택적으로는 상기 연료가 상기 탱크(4)로 되돌아가게 한다.
순환 회로는 연료 여과용 필터(8) 및 고압 펌프(10)를 포함한다. 상기 고압 펌프(10) 및 상기 고압 램프(6)는 연료 주입 시스템을 구성한다.
"공급선"으로도 명명되는 제1 도관(12)은 연료가 탱크(4)로부터 고압 램프(6)로 순환되게 하며, "회수선(return line)"으로도 명명되는 제2 도관(14)은 연료가 주입 시스템으로부터 탱크(4)로 순환되게 한다. 따라서, 연료는 탱크(4)로 펌핑된 다음, 필터(8)에서 여과되고, 펌프(10)에 의해 가압이 되도록 고압 램프(6)로 보내진 다음, 일부는 엔진의 인젝터(injector)(16)로 가고, 또 다른 일부는 회수선(14)에 의해 탱크(4)로 되돌아간다. 연료 중 일부는 또한, 고압 펌프(10)로부터 회수선(14)으로 수송될 수 있다.
연료 순환 회로(2)는 또한, 본 발명에 따른 액체 첨가제의 분배를 위한 장치(18)를 포함하며, 이의 작동은 후술할 것이다. 예시적이며 비-한정적으로, 첨가제 분배 장치(18)는 공급선(12) 상에 나타나 있으나, 상기 첨가제 분배 장치(18)는 연료 회수선(14) 상에 위치할 수도 있다.
다르게는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 첨가제 분배 장치(18)는 또한, 연료 탱크(4)에 위치할 수도 있다.
이러한 실시 양태에서, 연료 순환 회로(2)는 연료 탱크(4) 내부와 엔진 사이에서 연료가 순화되게 하며, 선택적으로는 연료를 탱크(4)로 되돌려준다. 따라서, 분배 장치(18)를 포함하는 연료 순환 회로(2)의 일부는 연료 탱크(4)의 내부로까지 연장된다.
도 3은 분배 장치(18)의 일례의 실시 양태의 단면도를 나타낸 것이다. 이러한 일례의 실시 양태에서, 첨가제 분배 장치(18)는 헤드(20), 및 액체 첨가제 탱크(26)가 위치하는 첨가제 인클로저(24)를 형성하고 있는 교체형 카트리지(22)를 포함한다. 상기 헤드(20)는 연료 투입 개구(28), 연료 배출구 개구(30), 상기 연료 투입구(28) 개구와 배출구(30) 개구 사이에 위치하는 벤투리관(venturi)(32), 상기 연료 투입 개구(28)와, 상기 교체형 카트리지(22) 내부의 상기 첨가제 인클로저(24) 간의 연료 통로를 제공하는 도관(34), 및 상기 탱크(26)에서부터, 상기 벤투리관(32)에서의 첨가제 분배를 위한 개구(38)까지의, 액체 첨가제의 통로를 형성하는 첨가제 분배 채널(36)을 포함한다.
이러한 일례의 실시 양태에서, 첨가제 분배 채널(36)은 제1 부분(40), 및 단면적이 줄어든 제2 부분(42)을 가진다. 핑거(46) 및 코일(48)로 구성된 액츄에이터(44)는, 첨가제 분배 채널의 부분(40)과 부분(42) 사이의 통로를 차단시킬 수 있다.
이러한 일례의 실시 양태에서, 첨가제 탱크(26)는, 첨가제 인클로저(24)에 존재하는 연료와, 탱크(26) 내부의 첨가제 간에 이동식 밀봉벽(sealing wall)을 형성하는 가요성 파우치(50) 형태를 취한다.
본 발명의 조작은 하기와 같다:
첨가제 분배 장치(18)가 순환 회로(2)에 연결된다. 따라서, 연료는 연료 투입 개구(28)와 배출구 개구(30) 사이에서 계속 순환한다.
압력차를 형성하는 공지된 장치를 이루는 벤투리관(32)은 첨가제 분배 개구(38)와 연료 투입 개구(28) 사이에 진공을 생성한다.
도관(34)을 통해 연료 투입 개구(28)와 소통하는 첨가제 인클로저(24)는 연료 투입 개구(28)에서 순환하는 연료와 동일한 압력에서 연료로 충진되고, 첨가제 탱크의 이동식 밀봉벽을 형성하는 가요성 파우치(50)는 첨가제 탱크(26) 내 첨가제와 인클로저(24) 내 연료 사이에 동일한 압력을 유지한다.
따라서, 첨가제 탱크(26) 내 압력이 첨가제 분배 개구(38)쪽의 압력보다 더 높아서, 첨가제를 밀어내어 탱크(26)로부터 첨가제 분배 개구(38)를 경유한 다음, 벤투리관(32)에서 순환하는 연료에 분배되어, 연료 순환 회로에 분배되게 된다.
액츄에이터(44)는 첨가제의 순환을 완전히 또는 부분적으로 차단할 수 있다.
이러한 일례의 실시 양태에서, 액츄에이터(44)는 첨가제 분배 채널을 완전히 또는 부분적으로 차단하는 전기기계적 장치를 예시하지만, 예를 들어, 밸브 또는 솔레노이드 밸브가 사용될 수도 있다. 상세한 설명의 나머지 부분에서, 이들 서로 다른 장치들을 차단 장치로 일컬을 것이다.
더욱이, 촉매화된 또는 비-촉매회된 입자 필터 (제시되지 않음)와 같은 오염물질 제거 장치가 차량의 배기가스 라인에 위치할 수 있다.
CSF라고 하는 매연 여과 장치는 일반적으로, 여과벽의 기공들이 코팅된 입자 필터의 재생을 직간접적으로 돕는 촉매를 포함한다. 이들 CSF-형 입자 필터는 특히, 백금 및/또는 팔라듐과 같은 귀금속을 포함할 수 있다. 그러나, 소정의 주행 상태 하에, 이들 CSF 입자 필터의 재생은 연료에 주입되는 첨가제를 사용하여 개선될 수 있다.
이하, 용어 "입자 필터"는 비-촉매화된 입자 필터 또는 촉매화된 입자 필터를 지칭하기 위해 동일하게 사용될 것이다.
분배 회로에 분배되는 첨가제 유량을 모니터링하는 것을 목적으로 하는 차단 장치의 제어가 이제 보다 상세히 기술될 것이며, 서로 다른 제어 방식은 이들이 추구하는 목적을 토대로 함께 그루핑(grouping)된다.
이러한 제어는, 첨가제를 불연속적으로 주입하여, 분배 채널(36)의 차단/개방 빈도 및/또는 개방 및/또는 차단 기간의 크기(amplitude)를 제어하고, 및/또는 부분 차단 장치의 경우 차단 정도를 조정할 수 있게 하는 것을 목적으로 한다.
제1 제어 방식
이러한 제1 제어 방식의 목적은, 특히 연료 탱크(4) 내 연료 중 첨가제 농도의 변동을 최소화하는 것이다.
따라서, 이러한 제1 제어 방식은 차량의 정지 기간을 감지하고, 이러한 기간이 감지되는 경우 첨가제의 분배를 방해한다.
이러한 제1 제어 방식은 또한, 첨가제를 광범위하게 사용하며 및/또는 첨가제를 수용하는 탱크가 너무 빨리 비워지는 것을 방지하려는 목적으로, 차량의 수명 중 일정 기간 동안 첨가제가 순환 회로에 분배되는 것을 방해할 수 있다.
따라서, 이러한 제1 제어 방식에서, 첨가제 분배는, 차량의 엔진이 멈춘 것이 감지될 때 방해받을 수 있다. 이로 인해, 차량이 주차중인 동안에 과량의 첨가제가 연료에 존재하는 것이 방지될 수 있으며, 따라서, 주입된 첨가제를 소모하지 않는다. 이러한 첨가제 분배의 중지는 첨가제 탱크의 자율성을 증가시킬 수 있다.
더욱이, 사용되는 첨가제가 차량의 배기가스 라인에 위치한 입자 필터의 재생을 도우려는 것인 경우 (첨가제의 예는 후술할 것임), 연료 내 첨가제의 농도를 한정하여, 입자 필터의 채널이 첨가제로부터 나오는 미네랄 잔류물로 너무 빨리 막히지 않도록 하는 것이 또한 흥미롭다. 이러한 경우, 첨가제 분배의 제어는, 입자 필터의 재생이 촉진되는 최소값과, 최대값을 넘어서는 경우 입자 필터의 채널이 빨리 막히게 되는, 최대값 사이에 상기 농도가 포함되게 하는 것을 목적으로 한다.
이러한 제1 제어 방식을 수행하기 위해, 본 발명에 따른 분배 장치는, 엔진이 구동중인지를 감지하고 및/또는 차량이 주행 중인지를 나타내는 것을 목적으로 하는 장치와 같은, 차량의 사용을 나타내는 1종 이상의 파라미터를 분석하기 위한 분석 장치를 포함할 수 있다.
특히, 이들 장치는 연료 필터 및/또는 분배 채널의 차단 장치의 작동 개시(powering on), 및/또는 보다 일반적으로 차량의 작동 개시를 감지하는 데 적절할 수 있다.
이들 장치는 또한, 첨가제 및/또는 연료 순환 회로에서 순환하는 연료의 오도를 감지하는 데 적절한 온도 센서를 포함할 수 있다. 사실상, 엔진이 구동중인 경우, 이들 온도는 역치값을 넘으며, 예를 들어, 15℃보다 높다.
마찬가지로, 이들 장치는 첨가제 분배 개구(38) 및 연료 투입 개구(28)에서 압력을 측정하기 위한 압력 센서를 포함할 수 있으며; 이들 2개의 개구 간의 압력차가 역치값보다 높은 경우, 일반적으로 2 mbar보다 큰 경우에, 연료의 순환 및 엔진 구동의 표시이다.
도 4는 이러한 작동 방식을 예시한 것이다. 이러한 도면의 곡선(52)은 진행의 예를, 개구(38)와 개구(28) 간의 압력차의 시간의 함수로서 나타낸 것이며, 시간은 X축을 따라 나타나 있다. 곡선(54)은 진행을, 압력차에 의존하는 차단 장치의 상태의 시간의 함수로서 나타낸 것이며, X축에 위치한 선 부분은 차단 장치의 차단된 상태를 나타낸 것이며, 한편, X축과 떨어져서 위치하는 선 부분은 차단 장치의 개방 상태를 나타낸 것이다. 곡선(56)은 활성화 역치를 나타낸 것이며, 차단 장치는 역치값 미만의 압력차 값에서는 차단되며, 역치값 초과의 압력차 값에서는 개방된다. 따라서, 압력차가 활성화 역치를 초과하는 한, 차단 장치는 개방된 채로 있어서, 첨가제의 첨가가 이루어지며, 이러한 첨가제의 첨가는, 일단 압력차가 예정된 역치값보다 낮은 값을 가지는 경우, 중지된다.
차단 장치의 개방/차단을 활성화하는 역치 온도 값을 이용하여 제어가 이루어지는 경우, 동일한 곡선이 수득될 수 있다.
마찬가지로, 이들 장치는 차량의 이동을 나타내는 GPS형 또는 모션 센서의 지리위치(geolocation) 장치를 포함할 수 있다.
마찬가지로, 이들 장치는 엔진 부근에 위치하는 노이즈 센서를 포함할 수 있으며, 상기 센서에 의한 노이즈의 감지는 차량의 사용을 나타내는 파라미터를 구성한다.
바람직하게는, 이러한 제1 제어 방식에서, 분배 채널을 완전히 차단할 수 있는 차단 장치, 예를 들어, 열 밸브(thermal valve), "엄브렐러(umbrella)" 밸브, 체크 밸브, 유압 또는 전기기계적 제어 밸브, 또는 솔레노이드 밸브가 사용된다.
제2 제어 방식
이러한 제2 제어 방식의 목적은, 조건, 특히 기후 상태이 선호할 만한 상태가 아닌 경우, 첨가제의 분배를 방해하는 것이다.
이를 위해, 첨가제, 및/또는 분배 장치(18) 부근에 위치하는 연료 순환 회로 내 연료의 온도를 달성하는 것을 목적으로 하는 온도 센서가 사용될 수 있다.
일단 온도 센서가 최소 역치값보다 낮은 온도 또는 최대 역치값보다 높은 온도를 감지하는 경우, 분배 장치는 순환 회로에서 첨가제의 분배를 방해한다.
사용되는 첨가제에 따라, 최소 역치 온도는, 첨가제가 과도한 점도를 가지는 온도, 또는 첨가제가 이의 운점에 도달하거나 또는 고체화되는 온도에 상응할 수 있으며; 최대 역치 온도는 첨가제의 기화값에 상응할 수 있으며, 최소 역치 온도 및 최대 역치 온도는 주어진 첨가제에 맞게 한정된다.
다르게는, 외부 온도 센서가 사용될 수 있다. 이러한 대안은 특히, 분배 장치(18)가 연료 탱크(4)에 위치하는 경우 흥미롭다. 사실상, 이러한 배치에서, 분배 장치(18)는 외부 온도의 변화에 보다 민감하다.
이러한 제2 제어 방식은 분배 장치, 및/또는 첨가제에 의해 형성되는 순환 회로의 저하를 방지하는 것을 목적으로 하며, 이의 물리적 상태는 변한다. 사실상, 온도가 예를 들어, 최소 역치 온도보다 낮은 경우, 첨가제의 과도한 점도는 특히, 첨가제 분배 채널(36)을 막을 수 있다.
제3 제어 방식
이러한 제3 제어 방식의 목적은 또한, 연료에서 첨가제 농도의 변동을 최소화하는 것이다.
제3 제어 방식에서, 첨가제의 분배는, 첨가제 농도를 변화시킬 수 있는, 장치 외부의 파라미터의 변동 이후에, 연료에서의 첨가제 농도의 변동을 최소화하도록 수행된다.
이러한 제3 제어 방식에서, 차단 장치의 개방 빈도 및/또는 기간은 엔진의 구동에 의존하지 않는다. 따라서, 엔진이 구동중인 경우에도, 첨가제 분배는 방해받을 수 있다.
주어진 첨가제 및 주어진 분배 장치의 경우, 이러한 제3 제어 방식은, 특히 차량의 연료 탱크 내 연료의 양의 진행으로 인한 변동을 보정하려는 것이다. 이러한 진행은 한편으로는, 엔진이 구동중인 경우 차량의 주행 상태, 및 특히 연료 소모와 관련이 있을 수 있으며, 상기 연료 소모는 시간 경과에 따라 연속적이지만 가변성인 것이며, 다른 한편으로는, 사용자에 의해 탱크로 첨가되는 연료의 첨가와 관련이 있을 수 있으며, 이는 탱크 내 연료의 양을 급격히 증가시킨다.
제1 제어 방식에서와 같이, 제어는, 상기 장치에 의해 자율적으로 생성되는 파라미터로부터, 또는 예를 들어, 차량의 전자 제어 유닛(ECU)에 의해 제공되는 외부의 파라미터로부터 차단 장치의 개방/차단을 제어함으로써 수행될 수 있으며, 이러한 제어는 차단 장치의 빈도 및/또는 개방 기간 및/또는 개방 크기를, 주입되는 양이 동일하도록, 각각의 주입 시 투입되는 첨가제의 양, 또는 각각의 주입 사이의 시간 간격을 맞출 수 있도록 조정하는 것으로 이루어진다.
연료 탱크 내 첨가제의 평균 농도를 실질적으로 일정하게 유지하며 및/또는 이 농도의 최소 변동 및 최대 변동을 감소시키기 위해, 서로 다른 제어 대안들이 고려될 수 있다.
제1 대안은 첨가제를 규칙적인 빈도로 주입하는 것으로 이루어지며, 첨가제의 분배 기간은 각 분배 기간 동안에 일정하다.
분배 빈도 및 기간은, 연료 탱크의 크기 및/또는 차량의 빌더(builder)에 의해 확립되는 차량의 평균 연료 소모를 토대로 평가될 것이며, 이들 2가지 파라미터는 차량의 설계 동안에 공지된다.
이러한 제1 대안에 따라, 빈도는, 첨가제를 순환 회로에 매 시간마다 주입하는 것과 같이 시간-기재일 수 있거나, 또는 100 km마다 첨가제를 주입하는 것과 같이 차량에 의해 주행되는 km 수에 의존한 것일 수 있다. 이를 위해, 차량에 의해 주행되는 거리는 GPS 칩, 또는 분배 장치에 설치되는 다른 지리위치 시스템에 의해 국소적으로 회수되거나, 또는 차량의 ECU 또는 GPS로부터 데이터를 회수함으로써 회수될 수 있다.
제2 대안은 첨가제를 다양한 빈도로 주입하는 것으로 이루어지며, 첨가제의 분배 기간은 또한, 분배 시기마다 다양하게 할 수 있다.
분배 빈도 및/또는 기간은 차량의 평균 소모를 토대로 조정되다. 이를 위해, 차량의 평균 소모는 차량의 ECU로부터 데이터를 회수함으로써 수득될 수 있다.
제1 대안에 대해, 이러한 제2 대안은, 주입되는 첨가제의 양을 차량의 실제 소모에 맞춤으로써 보다 정확하다는 이점이 있다.
제3 대안은, 연료가 차량의 탱크에 주입될 때마다 첨가제를 주입하는 것으로 이루어지며, 첨가제의 분배량은 각 분배 시기 동안에 일정하다.
이러한 첨가제의 첨가는, 탱크의 충진을 허용하는 연료 해치의 개방이 일단 감지되거나, 또는 차량의 ECU로부터의 신호가 탱크 내 연료 부피가 증가하였음을 일단 나타내는 경우에, 수행될 수 있다.
주입되는 첨가제의 양, 따라서 주입 시간은 탱크에의 표준 연료 첨가를 고려하여 계산될 수 있다. 사용자는, 차량의 탱크를 충진하기 전에 이것이 완전히 비워질 때까지 기다리지 않는 것으로 생각된다. 따라서, 예를 들어, 총 60 L를 수용하는 탱크의 경우, 주입되는 첨가제의 양은 연료 40 L를 농후시키는 것으로 평가될 것이다.
제4 대안은, 연료가 차량의 탱크에 첨가될 때마다 첨가제를 주입하는 것으로 이루어지며, 첨가제의 분배량은 첨가되는 연료의 양을 토대로 각 분배 시기마다 다양하다.
이러한 대안을 통해, 연료가 탱크에 첨가되는 동안 실제로 투입되는 연료의 양에 맞게 첨가제의 양을 조정할 수 있다. 이러한 첨가제의 첨가는, 차량의 ECU로부터의 신호가, 소정량의 연료가 탱크에 첨가되었음을 나타낼 때 수행될 수 있으며, 첨가제의 양 및 따라서 분배 시간은 첨가되는 연료의 양에 맞춰진다.
도 5는 이러한 작동 방식을 예시한 것이다. 이러한 도의 곡선(58)은 진행의 일례를, 탱크(4) 내 연료의 부피의 시간의 함수로서 나타낸 것이며, 시간은 X축을 따라 나타나 있다. 각각의 급격한 증가는 탱크 내 연료의 첨가에 상응하는 (60)으로 참조되었다. 곡선(62)은 진행을, 첨가되는 연료의 부피를 토대로 차단 장치의 상태의 시간의 함수로서 나타낸 것이며, X축 부근에 위치하는 선 부분은 차단 장치의 차단된 상태를 나타내며, X축으로부터 떨어져서 위치하는 선 부분은 차단 장치의 개방 상태를 나타낸다.
따라서, 연료 레벨이 탱크에서 안정화되어 있는 경우, 첨가되는 연료의 양이 계산되어, 첨가되는 첨가제의 양을 결정하며, 이로써, 첨가되는 연료의 양에 비례하는 첨가제의 양을 전달하도록 차단 장치의 개방 시간을 계산할 수 있다.
본원에서, 도 5는 3회의 연속적인 가변적인-부피 연료 첨가를 예시한 것으로, 각각 제1 첨가 동안에는 부피 V가 첨가되며, 제2 첨가 동안에는 부피 V의 1/3이 첨가되며, 제3 첨가 동안에는 부피 V의 1/2이 첨가된다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 차단 장치의 각각의 개방 기간은 첨가되는 부피에 비례하며, 기간 T, 이 기간 T의 1/3, 및 기간 T의 1/2에 각각 상응한다.
마찬가지로, 탱크의 연료에서의 첨가제 농도의 변동은 순환 회로에 압도적인 온도의 변화 및/또는 순환 회로 내 연료 유량의 변화 이후, 첨가제의 유량의 변화와 관련이 있을 수 있다.
사실상, 온도는 첨가제의 점도에 영향을 미치며, 따라서, 첨가제가 분배되는 경우 이의 유량을 변화시킬 수 있다. 따라서, 일반적으로, 온도 증가는 첨가제의 점도 및 밀도를 저하시키며, 첨가제의 질량 유량을 증가시킨다. 이러한 변동의 기원은 특히, 분배 장치 주변의 공기 온도, 차량 내 분배 장치의 위치 또는 연료의 온도와 관련이 있을 수 있으며, 자동차의 경우 연료 순환 시스템의 온도 변화는 전형적으로, 주위 온도로부터 변할 수 있으며, 계절별로 다양하며, 전형적으로 120℃ 이하이다.
밀도 및 점도가 상기 순환 회로의 온도 진행에 의해 영향을 받을 때, 연료에 대해서도 마찬가지이다. 이러한 변형들로 연료 내 첨가제 농도가 실질적으로 진행할 수 있으며, 연료의 밀도 및 점도의 변화는 온도에 대한 함수로서 잘 알려져 있다.
유리하게는, 분배 장치에 설치된 온도 센서로써, 장치에서 순환하는 연료의 온도를 측정할 수 있다. 온도값에 따라, 주입 기간 및/또는 빈도, 및/또는 차단 장치의 크기는 맞춰질 수 있다.
도 6은 이러한 작동 방식을 예시한 것이다. 이 도면에서 곡선(64)은 분배 장치에서 측정되는 온도의 진행을 시간에 대한 함수로서 나타낸 일례이며, 상기 시간은 X축에 따라 나타나 있다. 곡선(66)은 측정되는 온도에 따른 차단 장치의 상태의 진행을 시간의 함수로서 나타낸 것으로, X축에 근접하여 위치하는 선 부분은 차단된 상태의 차단 장치를 나타내며, X축으로부터 떨어져서 위치하는 선 부분은 개방 상태의 차단 장치를 나타낸다. 곡선(68)은 활성화 역치를 나타낸 것으로, 차단 장치는 역치보다 낮은 온도값에서는 차단되며, 역치보다 높은 온도값에서는 개방된다. 따라서, 첨가제의 첨가는, 온도값이 예정된 역치값을 초과할 때만, 허용된다.
제시된 바와 같이, 이러한 제어 방식은 연료 및 첨가제의 물리화학적 특징의 진행을 온도와 관련하여 설명하도록 맞춰진다. 이러한 예에서, 사용되는 첨가제는, 온도 감소에 따라 증가하는 점도를 가진다. 따라서, 차단 장치는 규칙적으로 개방되며, 주입되는 첨가제의 각각의 용량은 측정되는 온도에 맞춰지며, 온도가 보다 낮아짐에 따라, 개방 기간은 더 오래 길어진다.
마찬가지로, 순환 회로에서의 연료의 유량은 변할 수 있으며, 특히, 저압 연료 펌프가 장착된 차량의 경우, 연료 소모가 더 낮을 때, 에너지를 절약할 수 있도록 유량이 변하게 된다. 가변성의 유량 펌프는 예를 들어, 개별 차량 엔진의 경우 110 ℓ/h +/- 50 ℓ/h (전형적으로 실린더 당 2 ℓ)의 유량을 가질 수 있도록 한다.
연료 유량의 변동은, 첨가제 분배 개구(38)와 연료 투입 개구(28) 사이의 압력차의 변동을 유발하며, 이는 첨가제 유량에 영향을 미친다. 따라서, 연료 순환 유량의 증가는, 첨가제 분배 개구(38)와 연료 투입 개구(28) 사이의 압력차 증가를 유발하며, 이는 첨가제 주입 유량을 증가시킨다.
유리하게는, 개구(28) 및 개구(38)에 설치된 압력 센서는, 연료 유량 변동을 모니터링하여, 분배 회로에서 첨가제의 유량의 진행을 알 수 있게 해준다. 주입 기간 및/또는 빈도는 상기 센서에 의해 수집되는 값을 토대로 맞춰질 수 있다.
도 7은 이러한 작동 방식을 예시한 것이다. 이 도면에서 곡선(70)은 개구(28)와 개구(38) 사이의 압력차의 진행을 시간에 대한 함수로서 나타낸 일례이며, 상기 시간은 X축에 따라 나타나 있다. 곡선(72)은 압력차를 토대로 차단 장치의 진행을 시간의 함수로서 나타낸 것으로, X축에 근접하여 위치하는 선 부분은 차단된 상태의 차단 장치를 나타내며, X축으로부터 떨어져서 위치하는 선 부분은 개방 상태의 차단 장치를 나타낸다.
이러한 예에서, 장치의 차단는 규칙적으로 개방된다. 차단 장치의 개방 시간은 측정된 압력차에 반비례하며, 가변성의 연료 순환 유량의 영향을 보상하고, 그리하여, 연료 순환 유량이 변하더라도 첨가제 유량은 변동되지 않도록 할 수 있다.
이러한 제3 제어 방식의 이점들 중 하나는, 보다 짧은 시간에 보다 큰 유량으로 첨가제를 분배할 수 있게 한다는 점이며, 첨가제 분배는 차단 장치의 차단에 의해 나머지 시간 동안 차단된다. 따라서, 벤투리관과 같이, 첨가제 분배 채널에서 압력을 발생시킬 수 있게 하는 장치의 치수가 보다 큰, 분배 장치를 사용할 수 있다. 마찬가지로, 분배 채널(36)의 치수는 증가될 수 있다. 이로 인해, 순환 회로에 분배되는 첨가제의 양을 보다 정확하게 모니터링할 수 있다.
바람직하게는, 이러한 제3 제어 방식에서, 차단 장치는, 분배 채널을 완전히 차단할 수 있도록 사용될 것이다.
유리하게는, 제1, 제2 및 제3 제어 방식에서 기술되는 서로 다른 실시 양태를 조합할 수 있다.
예를 들어, 순환 회로의 온도, 및 첨가제 분배 개구(38)와 연료 투입 개구(28) 사이의 순환 회로의 연료 유량의 변화를 모니터링하여, 첨가제 주입의 기간 및/또는 빈도를 조정할 수 있다.
마찬가지로, 동일한 차량의 경우, 차량이 정지될 때 첨가제의 분배를 방해하기 위해 차량의 정지를 감지하는 것을 목적으로 하는 장치, 연료 첨가 후 첨가제를 순환 회로에 주입하기 위해 탱크 내 연료의 양을 확인하는 것을 목적으로 하는 장치, 분배 장치에서의 온도의 진행을 추적하는 것을 목적으로 하는 장치, 및 순환 회로에서의 연료 유량의 진행을 추적하는 것을 목적으로 하는 장치를 가져서, 차단 장치의 개방 빈도 및/또는 기간을 조정하여, 첨가제 농도가 연료 탱크 내에서 실질적으로 일정하게 유지되도록 할 수 있다.
제4 제어 방식
이러한 제4 제어 방식의 목적은, 필요할 때에만 첨가제를 순환 회로에 주입하는 것으로, 특히 차량의 커런트 니즈(current need)에 맞게 첨가제 농도를 조정하도록 수행될 수 있다. 따라서, 첨가제의 주입은 1분마다, 1시간마다, 또는 탱크가 충진될 때마다와 같이, 규칙적인 간격으로 발생할 수 있거나, 또는 100 km마다와 같이 예정된 주행 간격에 따라 발생할 수 있다.
따라서, 차량을 적절히 주행하는 데 필요한 첨가제의 용량만 순환 회로에 분배된다. 이러한 제어 방식에서, 첨가제의 농도는 시간이 지나면서 정교하게 진행되며, 차단 장치의 개방 빈도 및/또는 기간은 주입되는 첨가제의 양을 토대로 맞춰진다.
바람직하게는, 이하 후술하는 바와 같이, 전달되는 첨가제의 용량은 차량의 주행 및 사용 조건, 또는 사용되는 연료의 유형에 의존할 수 있다.
바람직하게는, 제4 제어 방식의 실례의 실시 양태는 제1, 제2 및 제3 제어 방식에 속하며 전술한 실례의 실시 양태 중 하나 이상과 조합될 수 있다.
연료의 품질
사용되는 첨가제가 연료의 특성을 개선하며, 특히 사용되는 연료를 안정화하거나 또는 엔진 또는 연료 순환 회로에 대한 이의 저하 효과를 감소시키거나, 또는 연소 특성을 개선하는 것을 목적으로 할 경우 (첨가제의 예는 후술할 것임), 중급의 또는 부적절한 품질의 연료가 엔진에 공급되는 것이 감지될 때, 부가적인 첨가제의 주입이 수행될 수 있다. 따라서, 첨가되는 첨가제의 양은 사용되는 연료의 품질에 의존할 것이며, 일반적으로 저급의 연료는 보다 많은 양의 첨가제를 필요로 한다.
사실상, 중급의 연료는 인젝터를 오염시키며, 그 결과, 연료 제트(jet)의 품질을 저하시키며, 이는 공기/연료 혼합물의 제조 시간을 증가시키고, 연소를 저하시킨다. 따라서, 연료 소모 및 오염물질 배출이 특히 증가된다. 연료는 또한, 가변성의 조성물 및 고유한 특성을 가질 수 있으며, 이는 연소 특성에 영향을 미치고 결국 엔진의 출력(output) 및 오염물질 배출에 영향을 미친다.
연료는 또한, 시간 경과에 따라 불안정한 분획, 예컨대 생물연료 중 소정의 분획을 가질 수 있으며, 이들 불안정한 분획은 예를 들어, 산화에 의해 저하되며, 연료 순환 회로의 오염을 유발할 수 있다.
연료는 또한, 중급의 특성들을가져서, 연료 순환 회로의 장비의 조기 노화 또는 저하를, 예를 들어 윤활 특성의 부재를 통해, 초래할 수도 있다.
사용되는 첨가제의 양은, 차량이 주행되는 지리학적 영역에 의존할 수 있으며, 연료는, 전세계의 각각의 지리학적 영역에 대해 공지된 서로 다른 표준들을 충족시킨다.
이를 위해, 분배 장치에 설치된 GPS 칩 또는 다른 지리위치 장치, 또는 차량의 GPS는, 차량이 주행되는 영역을 표시할 수 있으며, 따라서 그 영역에서 판매되는 연료의 유형을 표시할 수 있다. 확인된 지리학적 영역에 따라, 추가량의 첨가제가 분배될 수 있으며, 주입되는 양은 또한, 지리학적 영역에 의존할 수 있다.
다르게는, 사용되는 연료의 분석을 위한 특정한 탐침(probe)이 연료 순환 회로 및/또는 연료 탱크의 임의의 위치에 장착될 수 있다.
이러한 탐침은 예를 들어, 디젤 연료의 지방산 메틸 에스테르(FAME)의 바이오디젤 분획의 함량을 측정할 수 있는 근적외선(NIR)-형 센서를 포함할 수 있다. 이 농도가 더 높을수록, 시간이 지나면서 더 많은 연료가 저하되며, 이는 엔진의 주행을 방해하며, 이를 안정화하기 위해 첨가제를 첨가할 필요가 더욱 있을 것이다.
물론, 여러 유형의 특정한 분석, 연료의 연소 특성을 변화시키는 알코올성 화합물의 분획, 예를 들어 가솔린 연료의 에탄올과 같은 알코올성 화합물의 함량이 사용될 수 있다. 마찬가지로, 이러한 분석으로, 연료의 연소 특성, 예컨대 디젤 연료의 경우 헤사데칸 지수, 및 가솔린의 경우 옥탄 지수를 평가할 수 있게 된다. 이들 분석은 차량의 ECU에 의해, 또는 분배 장치에 의해 직접 이루어질 수 있다.
마찬가지로, 연료의 품질은, 엔진의 실런더에서 수행되는 연소의 파라미터들, 예컨대 핑킹(pinking), 연소로부터의 노이즈, 또는 실런더 내 압력의 발생으로부터 추론될 수 있다. 이들 데이터는 특히, 차량의 ECU로부터 회수될 수 있다. 사실상, 헥사데칸 지수와 같이, 연료의 소정의 특징들은 연소의 파라미터를 변화시키며; 헥사데칸 지수가 더 낮을수록, 연소 실린더가 보다 느리게 시작되며, 이는 유의한 압력 증가를 초래하여 노이즈를 발생시킨다.
따라서, 수득된 결과들에 따라, 분배되는 첨가제의 양은 맞춰질 것이다.
주행 상태
첨가제 농도는 또한, 차량의 주행 상태를 토대로 맞춰질 수 있으며, 주행 상태는 차량의 도시, 도로, 고속도로, 또는 혼합 주행 프로파일을 지칭한다.
이들 주행 상태들은, 사용되는 첨가제가 차량의 배기가스 라인에 위치하는 오염물질 감소 장치, 예컨대 입자 필터를 재생하는 것을 도울 때, 특히 중요하다. 사실상, 주행 프로파일이 도시형일 경우, 배기가스는 고속도로 주행 프로파일 중에 맞닥뜨리게 되는 온도에 비해 더 낮은 온도를 가지며, 이러한 경우는 입자 필터의 재생에 바람직하지 못하다. 더욱이, 도시 주행의 거리는 일반적으로 보다 짧으며, 이는 입자 필터의 총 재생을 방지할 수 있다.
대조적으로, 주행 프로파일이 도로 또는 고속도로형이고, 차량의 속도가 높은 경우, 배기가스의 온도는 더 높으며, 이는 입자 필터의 재생을 촉진한다. 사실상, 배기가스의 온도와, 입자 필터의 재생을 허용하는 온도 간의 온도 편차는 더 낮아진다.
더욱이, 고속도로형의 주행 프로파일의 경우, 배출되는 산화질소인 NOx의 양은 더 높으며, 이는 또한 입자 필터의 재생에 적절하다.
따라서, 이러한 예를 수행하는 동안, 사용되는 첨가제의 양은 차량의 주행 상태에 맞춰질 것이다. 보다 특히, 연료 내 첨가제 농도를 증가시킬 수 있는, 다량의 첨가제는, 차량이 예정된 시간 동안 세팅된 도시에서 주행중인 것으로 감지되면, 주입될 것이다. 역으로, 차량이 예정된 시간 동안 고속도로 환경에 주행중인 것으로 감지될 때는, 줄어든 양의 첨가제가 주입될 것이다.
마찬가지로, 다른 경우와, 차량에 보다 강력한 파워를 부여하기를 원하느냐에 따라, 특히, 주행 프로파일이 고속도로형이거나 또는 고부하 조건, 예컨대 산인 경우 특히, 주입되는 첨가제에 따라, 연료 내 첨가제의 농도를 증가시키는 것이 흥미로울 수 있다.
차량의 주행 상태를 평가하기 위해, 분배 장치에 설치된 GPS 칩 도는 다른 지리위치 장치, 또는 차량의 GPS는, 차량이 주행 중인 지리학적 영역을 표시할 수 있으며, 따라서, 차량의 주행 프로파일을 측정할 수 있게 한다. 더욱이, 이러한 장치로부터 차량의 평균 속도를 수득할 수도 있다.
차량의 GPS 또는 다른 지리위치 장치가 사용되는 경우, 적용가능하다면, 예상된 주행에 상응하는 신호가 회수될 수 있으며, 따라서, 첨가제의 필요성도 예상될 수 있음을 주지해야 한다.
마찬가지로, 차량의 평균 속도는 온보드 컴퓨터 차량에 의해 회수될 수 있다. 따라서, 첨가제가 입자 필터의 재생에 적절하고, 평균 속도가 50 km/h 미만, 보다 특히 30 km/h 미만인 것으로 감지된 경우, 첨가제 농도는 증가된다.
차량의 순간 속도를 이용할 수도 있으며, 첨가제 농도는, 차량의 순간 속도가 예를 들어 1시간이 넘게 50 km/h인 경우, 증가하게 된다.
마찬가지로, 배기가스의 온도가 사용될 수 있으며, 이 온도는 차량의 배기가스 라인에 위치한 전용(dedicated) 센서에 의해 직접 또는 ECU로부터 회수된다.
따라서, 사용되는 첨가제가 입자 필터의 재생에 맞춰지는 경우, 추가량의 첨가제는, 가스의 온도가 낮을 때, 특히 300℃ 미만, 보다 특히 250℃ 미만일 때 분배될 수 있다.
마찬가지로, 연료 탱크 내 레벨 센서 또는 차량의 ECU로부터 이용가능한 엔진의 연료 소모는, 해당 차량에 대해, 차량의 주행 상태를 표시하며, 각각의 차량은 도시/혼합형/도로용의 서로 다른 소모량 범위를 가진다. 해당 차량의 경우, 고소모량은 일반적으로 도시용과 관련이 있다. 이들 범위는 차량의 설계 동안에 알려지며, 첨가제 농도를 맞추도록 사용될 수 있다.
그러나, 배기가스의 온도와 같이, 차량의 주행 상태를 나타내는 다른 이용가능한 데이터를 이 데이터와 조합하는 것이 바람직하다. 사실상, 배기가스의 저온, 전형적으로 300℃ 미만의 저온과 조합된 고소모량은 도시 용도의 특징이며, 반면 배기가스의 고온과 관련된 고소모량은 입자 필터의 재생을 위해 보다 소량의 첨가제를 요구하는 도로용 또는 고속도로용의 특징이다.
마찬가지로, 연료 순환 회로의 고압 시스템, 특히 연료를 압축하는 고압 펌프, 또는 인젝터의 단일 공급 램프에서의 압력의 변동이 사용되어, 차량의 주행 상태를 측정할 수 있다.
사실상, 소정의 차량은 순환 회로의 고압부에 가변성 압력 레벨을 가진다. 이는 특히, 소위 "정지 및 출발" 또는 "정지 및 주행" 장치가 장착된 차량의 경우로, 예를 들어 중립 위치를 통과할 때 엔진을 자동적으로 중지 및 출발시킬 수 있으며, 또는 가열 엔진이 지속적으로 작동하지 않는 열-전기 하이브리드 차량의 경우이다. 따라서, 이들 차량의 경우, 순환 회로의 고압부에서, 예를 들어, 차량의 ECU에서 제공되는 기록된 압력은, 엔진이 중지될 때마다 감소된다. 이러한 작동은 전형적으로 도시 및/또는 단거리 주행 시에 이루어지며, 따라서 첨가제 농도를 맞추는 데 이용될 수 있다.
마찬가지로, 예를 들어, 차량의 ECU에 의해 제공되는, 엔진의 연소실에 공급되는 공기의 유량이 이용되어, 차량의 주행 상태를 측정할 수 있다.
사실상, 예를 들어 디젤 엔진의 경우, 공기 유량의 감소는 엔진의 서행을 나타내며, 따라서, 도시 용도와 관련이 있을 수 있다. 그런 다음, 입자 필터형의 오염물질 감소 장치가 장착된 차량의 경우, 이들 조건이 감지될 때, 입자 필터의 재생을 돕는 첨가제 농도를 높이는 것이 흥미로울 수 있다.
엔진으로부터의 오염물질의 배출
첨가제 농도는 또한, 엔지으로부터의 오염물질의 배출을 토대로, 보다 특히 이들 오염물질 배출의 진행을 토대로 맞춰질 수도 있다.
따라서, 입자 필터형의 오염물질 감소 장치의 재생을 돕는 첨가제가 사용되는 경우, NOx, 그을음 또는 그외 탄소 입자의 배출, 또는 NOx/그을음 및/또는 NOx/입자의 비율의 진행을 추적하는 것이 특히 흥미로우며, 이들 서로 다른 파라미터는 연료의 연소로 인한 오염물질 배출을 나타낸다.
예를 들어, 그을음 배출 및 그외 탄소 입자의 배출이 증가하는 경우, 및/또는 NOx 배출이 감소하는 경우, 및/또는 NOx/그을음 또는 NOx/입자의 비율이 감소하는 경우, 입자 필터의 재생을 돕는 첨가제의 농도가 증가될 수 있다.
이들 서로 다른 배출은 배기가스 라인에 위치하는 센서들을 통해 직접 평가될 수 있다.
그런 다음, 첨가제 주입은 회수된 데이터 및 예상된 이론학적 수치를 비교함으로써 제어될 수 있다.
따라서, 예상치보다 높은 NOx 농도는 연소의 저하의 표시이며, 이 경우, 연료의 연소 특성을 개선하며 및/또는 고압 인젝터를 보다 양호하게 작동시킬 수 있도록, 세제형 첨가제 농도를 증가시키는 것이 유리할 수 있다.
또한, 차량의 ECU로부터 엔진의 연소 파라미터를 회수한 다음, 이들 값을 예상된 이론치와 비교하여, 엔진의 회전 속도를 이의 토크(torque)와 연결하는 엔진의 매핑(mapping)에서 연소의 위치를 정할 수 있으며, 각각의 연소점은 오염물질 배출의 맵을 규정하는 표준 배출에 상응한다.
마찬가지로, 사용되는 첨가제가 오염물질 감소 장치, 예컨대 입자 필터의 재생을 도울 경우, 입자 필터에 그을음이 쌓일 때마다 압력 강하의 진행이 모니터링되어, 탄소 입자 배출 레벨을 측정할 수 있다. 사실상, 해당 입자 필터 및 해당 배기가스 라인 구조에 대해, 압력 강하의 증가는 탄소 입자 배출의 증가에 상응하며, 따라서, 첨가제의 분배를 활성화하여 연료에서의 후자의 농도를 증가시킬 수 있다.
입자 필터의 재생 품질
첨가제 농도는 또한, 입자 필터형의 오염물질 감소 장치의 재생의 품질을 토대로 맞춰질 수 있다.
이러한 예는 단지, 입자 필터와 같은 차량의 배기가스 라인에 위치하는 오염물질 감소 장치의 재생을 돕는 데 사용되는 첨가제에 관한 것이다.
따라서, 선행의 재생이 양호하게 수행되지 않은 경우, 즉, 입자 필터에 함유된 그을음이 완전히 태워지지 않은 경우, 연료 내 첨가제의 농도는 증가되어, 이후의 재생에 바람직하게 된다.
재생의 품질은 서로 다른 방식으로 평가될 수 있다.
이전의 재생 동안의 압력 강하의 진행은 제1 지표(indicator)이다. 따라서, 압력 강하가 예상된 기준선, 또는 기준선 부근으로 되돌아가지 않으며, 예를 들어, 5 mbar 이상의 편차가 존재하며, 및/또는 예를 들어 20분이 넘게 서서히 기준선으로 되돌아가는 경우, 첨가제 농도는 증가될 수 있다.
마찬가지로, 엔진 오일이라고도 하는 엔진 윤활유의 특성의 진행이 관찰될 수 있다.
엔진 오일의 품질은, 입자 필터의 재생이 정상보다 느려지는 경우, 저하되는 경향이 있다. 사실상, 느린 재생은, 일정 시간 동안 실린더에 주입-후 후기(late) 연료를 요구하여, 전체 재생 기간에 걸쳐 입자 필터에서 고온이 유지되도록 한다. 연료의 일부를 엔진 오일에 넣기 전에, 이들 실린더의 압축/감압 주기에서 상부의 데드 센터(top dead center)에 대한 주입-후 또는 후기 주입은 엔진 오일의 희석을 초래한다. 이러한 희석은, 한편으로는 엔진 오일 회로에서의 액체 레벨의 증가와, 다른 한편으로는 엔진 오일의 특성의 저하, 특히 이의 점도, 윤활 특성 및 산성도의 변화를 유발한다. 부가적으로는, 그런 다음, 오일은 그을음 또는 탄소 입자에 의해 오염될 수 있다.
따라서, 시간 경과에 따라 오일의 증가가 감지되며, 및/또는 시간 경과에 따라 오일 품질의 저하가 감지되는 경우, 첨가제 농도는 증가되어, 입자 필터의 다음번의 재생을 도울 수 있다.
데이터는, 엔진 오일을 분석하는 센서 또는 탐침으로부터 회수되어, 첨가제 주입 장치를 제어하는 제어 장치, 또는 상기 제어 장치에 연결된 차량의 ECU에 직접 송부될 수 있다.
사용된 엔진 오일의 분석 장치는 하기로 구성될 수 있다:
- 오일의 유전율의 변화를 감지하는 센서로서, 이러한 변화는 그을음과 같은 탄소성 물질에 의한 오염 상태 및 저하와 관련이 있음,
- 엔진 오일의 점도 변화를 감지하는 센서, 및/또는
- 오일과 접촉하는 금속 와이어의 부식을 체크함으로써, 오일의 산성도 및 산화 상태의 진행을 감지하는 센서.
제5 제어 방식
이러한 제5 제어 방식의 목적은, 첨가제 탱크(26)에 포함된 첨가제의 특성 및/또는 특징을 인지하는 것이다.
따라서, 첨가제의 분배는, 확인된 첨가제, 또는 많이 사용되는 첨가제의 소정의 물리화학적 특징의 정확한 값을 설명하도록 맞춰질 수 있다.
따라서, 이러한 제어 방식은, 차량의 수명 동안에 사용되는 첨가제의 특성 및/또는 특징을 변화시킬 수 있으며, 노화 엔진의 성능을 개선하거나, 또는 해당 지리학적 영역의 연료 표준의 변화 후에, 또는 차량이 지리학적 주행 영역을 변화시키는 경우, 또는 입자 필터가 첨가되는 것과 같이 차량에 개조가 이루어지는 경우, 특징들은 사실상 크게 변할 수 있다.
더욱이, 이러한 제어 방식은, 사용되는 첨가제에 정확하게 맞춰질 수 있게 하며, 상기 첨가제는 서로 가변성 점도, 밀도 및/또는 농도를 가질 수 있다.
후자의 경우, 첨가제를 수용하는 탱크는, 특히 파우치 형태인 경우, 정보 전달을 할 수 있게 하는 바코드형의 정보 시스템이 장착될 수 있으며, 분배 장치는 정보를 판독할 수 있게 하는 장치가 장착될 수 있다.
따라서, 분배 장치에 의해 수집되는 정보에 따라, 첨가제의 분배를 허용하는 차단 장치의 개방 빈도 및/또는 기간은 재계산되어, 연료에 활성 요소들이 원하는 양으로 전달되게 한다.
물론, 예로서 전술한 서로 다른 제어 방식들은 어떤 식으로도 한정적이지 않으며, 다른 파라미터들이 사용되어, 차량의 사용 및/또는 차량의 주행 상태 및/또는 연료 탱크에 포함된 연료의 양의 진행 및/또는 연료의 품질 및/또는 엔진에서 연료의 연소로 인해 발생되는 오염물질의 배출 및/또는 엔진의 배기가스 라인에 위치하는 오염물질 감소 장치의 재생의 품질 및/또는 사용되는 첨가제의 유형 및/또는 연료 순환 회로에 배분되는 첨가제의 유량의 진행이 분석될 수 있다.
더욱이, 전술한 바와 같이, 서로 다른 제어 예들은 서로 조합될 수 있다.
마찬가지로, 독립적인 탱크에 보관중인 몇 가지 첨가제들은 각각 본 발명에 따른 분배 장치를 사용하여 순환 회로에 분배될 수 있으며, 각각의 첨가제는 전술한 실례의 실시 양태에 따라 주입될 수 있다. 첨가제의 선택은, 예를 들어, 차량이 판매되는 지리학적 영역, 상기 지리학적 영역에서 이용되는 연료의 품질, 특히 그 영역에서의 바이오연료의 존재여부, 또는 그 영역의 기후적 조건을 고려하여, 당해 기술분야의 당업자에 이루어진다.
첨가제의 선택은 또한, 동일한 영역에서 오염물질의 배출의 최대 레벨을 제어하는 규제 면에서도 이루어질 수 있다. 이러한 배출에 대한 오염물질-반대 표준에 부응하기 위해 입자 필터가 요구되는 영역에서는, 첨가제는 유리하게는 입자 필터의 재생을 돕는 데 적절하게 포함될 것이다.
첨가제 조성물의 선택은 또한, 차량의 엔진 기술, 예컨대 고압 연료 인젝터의 특성 및 설계, 연료 필터의 유형, 또는 각각의 인젝터에 가압된 연료를 공급하는 고압 램프에서 이용가능한 압력을 토대로 이루어질 수도 있다.
첨가제(들)의 선택은 또한, 엔진으로부터의 오염물질의 배출의 매핑을 토대로 이루어질 수도 있다.
첨가제
본 발명에 따른 분배 장치에 사용될 수 있는 서로 다른 첨가제를 이제 보다 상세히 기술할 것이며, 이들 첨가제는 자동차 분야에 알려져 있으며 광범위하게 존재한다.
서로 다른 제어 방식을 기술할 때 전술한 바와 같이, 일부 첨가제들은 보다 특히, 전술한 예에 의해 나타난다.
이제 기술할 이들 첨가제는 2가지 범주인 한편, 입자 필터의 재생에 일조하는 촉매 기능을 가진 첨가제, 및 다른 한편으로는, 촉매 기능 이외의 기능을 첨가제로 분류될 수 있다.
사용되는 첨가제들은 일반적으로, 액체 형태를 취하며, 액체 또는 액체의 혼합물, 액체 베이스 중 콜로이드 현탁액, 또는 첨가제의 유동을 허용하는 점도의 젤 형태로 이루어질 수 있다.
재생에 일조하는 첨가제
이들 첨가제는 이상적으로는, 일반적으로 20℃ 내지 45℃의 작동 범위 온도의 액체이지만, 젤과 같은 또 다른 물리적 형태를 취할 수도 있다.
이들 첨가제는 그을음의 연소를 촉매하기에 효과적인 유형의 촉매, 특히, 백금, 스트론튬, 나트륨, 망간, 세륨, 철 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
연료에 필요한 첨가제의 양은 일반적으로, 약 1 ppm 내지 약 100 ppm 이하이며, 이 양은 연료의 질량에 대한 금속성 첨가제 원소의 질량으로 표현된다.
이들 첨가제는, 연료에서 가용성이거나 또는 분산성인 유기금속 염, 또는 유기금속 염의 혼합물 형태를 취할 수 있다. 상기 염들은 1종 이상의 금속 파트(metallic part), 및 일반적으로 산으로부터 기원된(acid origin) 유기 파트를 포함하는 것을 특징으로 하며, 이들은 모두 용매에 현탁되어 있다.
FBC 첨가제는 또한, 유기금속 착물 또는 유기금속 착물의 혼합물 형태를 취할 수도 있으며, 이들은 연료에서 가용성이거나 또는 분산성이다. 이들 착물은 1종 이상의 금속 파트 및 2종 이상의 착물화 유기 파트를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 제품은 예를 들어, GB 2,254,610에 기술되어 있다.
부가적으로는, FBC 첨가제는 또한, 비정질 또는 결정화된 산화물 또는 금속 옥시수산화물(oxyhydroxide)과 같은 콜로이드 현탁액 또는 나노입자 분산액의 형태를 취할 수도 있다.
본 명세서에서, "콜로이드 현탁액"이란 표현은, 액체상에 현탁화된, 첨가제 베이스(base)의 콜로이드 치수를 가진 미세한 고형 입자로 제조된 시스템을 지칭하며, 부가적으로, 상기 입자들은 선택적으로는 니트레이트, 아세테이트, 시트레이트, 암모늄 또는 클로라이드와 같은 결합된 입자 또는 흡착된 이온을 잔량으로 포함할 수 있다. 콜로이드 치수는 약 1 nm 내지 약 500 nm의 치수이다. 보다 특히, 이들 입자의 평균 크기는 100 nm 이하, 보다 특히 20 nm 이하일 수 있다.
콜로이드 현탁액 형태의 FBC 첨가제의 경우, 입자들은 주기율표의 IIA, IVA, VIIA, VII, IB, IIB, IIIB 및 IVB 족으로부터 선택되는 금속 및/또는 희토류의 베이스를 가질 수 있다.
희토류란, 원자수가 57 내지 71 (종점 포함)로 이루어진, 주기율표의 원소 및 이트륨으로 이루어진 군의 원소를 지칭한다.
참조하는 원소의 주기율표는 Supplement to the Bulletin of the French Chemical Society no. 1 (January 1966)에 공개된 것이다.
콜로이드 현탁액 형태로 사용될 수 있는 이들 첨가제의 경우, 희토류는 보다 특히, 세륨, 란탄, 이트륨, 네오다임(neodyme), 가돌리늄(gadolinium) 및 프라세오다임(praseodyme)으로부터 선택될 수 있다. 세륨이 특히 선택될 수 있다. 금속은 지르코늄, 철, 구리, 갈륨, 팔라듐 및 망간으로부터 선택될 수 있다. 보다 특히, 철이 선택될 수 있다. 철은 비정질 또는 결정화된 화합물 형태를 취할 수 있다.
보다 특히, 세륨과 철의 조합의 베이스를 포함하는 콜로이드 분산액이 언급될 수도 있다.
콜로이드 분산액은 보다 특히,
- 유기상,
- 상기 유기상 중에 현탁화된, 전술한 유형의 첨가제 입자 (특히 희토류 및/또는 IIA, IVA, VIIA, VIII, IB, IIB, IIIB 및 IVB 족으로부터 선택되는 금속);
- 1종 이상의 양쪽성 제제를 포함한다.
이들 콜로이드 분산액은 특히, 철 또는 철 화합물의 베이스를 포함하는 첨가제를 포함한다.
콜로이드 분산액은 특히, 하기 특허 출원에 기술된 서로 다른 실시 양태에 따른 형태를 취할 수 있다: EP 671,205, WO 97/19022, WO 01/10545, WO 03/053560, WO 2008/116550.
다른 첨가제들
FBC와 서로 다르며 촉매 기능 이외의 다른 기능을 가지는, 다른 공지된 유형의 첨가제가 또한, 순환 회로에 주입될 수도 있다. 이들 첨가제는, 엔진에서 연료의 분배를 개선하며, 및/또는 엔진의 구동 성능을 개선하며, 및/또는 엔진의 구동 안정성을 개선할 수 있다.
엔진에서 연료의 분배를 개선하기 위한 첨가제로는 예를 들어, 유기실리콘과 같은 소포성(anti-foaming) 첨가제, 저분자량 알코올 또는 글리콜과 같은 제빙 첨가제를 포함한다.
다른 첨가제는 엔진의 콜드 구동(cold running)을 개선하는 것들이다. 이들로는, 연료가 이의 운점(cloud point)에 도달하거나 또는 고체화되는 온도를 낮추는 중합체성 첨가제, 유체에서의 요동(turbulence)을 저하시키면서 유량을 20% 내지 40% 증가시키기도 하는 고분자량의 중합체와 같은 유동 선호성 첨가제(additive favoring flow)를 포함한다.
부식을 저해하는 첨가제가 또한 사용될 수 있다.
프로-헥사데칸 첨가제, 프로-옥탄 첨가제, 매연 저해성(fume inhibiting) 첨가제, 마찰 조정제(friction modifier, FM)로 명명되는 마찰 손실을 감소시키는 첨가제, 또는 극압(extreme pressure) 첨가제와 같이, 엔진의 구동 성능을 개선하는 첨가제가 또한 사용될 수 있다.
주입기에서 침착물을 한정하도록 지정된 세제 첨가제가 또한 사용될 수 있다. 이러한 연료는 사실상, 연료 회로, 특히 고압 연료 주입기, 보다 특히 주입기의 홀(hole)에서 침착물을 형성할 수 있다. 침착물이 형성되는 정도(amplitude)는 엔진의 설계, 특히, 주입기의 특징, 연료의 조성, 및 엔진을 윤활하는 데 사용되는 오일의 조성에 따라 다르다. 더욱이, 이들 세제는 또한, 지방산 에스테르의 합성 방법으로 인한 미량의 화합물, 또는 예를 들어 연료 분배 시스템의 오염으로 인해 야기될 수 있는 Zn 또는 Cu와 같은 연료 내 금속 화합물의 존재를 감소시키기에 효과적이다.
과량의 침착물은 예를 들어, 주입기로부터 나오는 연료 제트의 공기역학(aerodynamics)를 변형시킬 수 있으며, 이는 다시 공기-연료 혼합물을 방해할 수 있다. 소정의 경우, 이는 과도한 연료 소모, 엔진의 동력 손실, 및 오염 방출의 증가를 초래한다.
세제 첨가제는, 이미 형성된 침착물을 용해하고 침착물 전구체의 형성을 감소시켜, 새로운 침착물이 형성되지 않도록 하는, 특징을 가진다. 세제 첨가제의 일례는 예를 들어, WO 2010/150040에 기술되어 있다.
윤활력(lubricating power)을 개선하기 위한 첨가제가 또한 사용되어, 고압 펌프 특히 주입기의 웨어(wear) 또는 시이징(seizing)을 방지할 수 있으며, 상기 연료의 윤활력은 보통 정도이다. 이들은 금속 표면에 의해 이끌려서, 상기 표면 상에 보호막을 형성하는 극성기를 포함한다.
엔진의 구동 안정성을 개선하는 첨가제가 또한 고려될 수 있다. 연료의 불안정성으로 인해, 고무는 주입기가 오염되고, 연료 필터가 막히며, 펌프 및 주입 시스템이 오염되는 데 참여하는 형태로 된다.
하기 첨가제들이 또한 사용될 수 있다.
- 항산화제 유형의 첨가제;
- 안정화제 첨가제;
- 소정의 금속의 촉매 효과를 중화하기 위한 첨가제 불활성화(deactivating) 금속;
- 형성된 입자를 분산시키고, 상당히 큰 입자들의 응집을 방지하기 위한 분산제.
특정한 일 실시 양태에 따르면, 첨가제는 세제 첨가제와 윤활제 첨가제, 및 선택적으로는 부식 저해 첨가제의 조합이다.
입자 필터가 장착된 차량의 경우, FBC-형 첨가제를, 특허 출원 WO 2010/150040에 기술된 유형의 세제 첨가제의 연료 성능 첨가제 1종 이상과 조합하는 것이 유익하다.
입자 필터가 장착된 차량의 경우, 특히 연료가 다양하며 및/또는 그 품질이 보통인 지리학적 영역에서 상기 차랑이 판매되는 경우, FBC-형 첨가제를, 몇 가지 연료 성능 첨가제와 조합하는 것이 또한 유익하다.
입자 필터가 장착되지 않은 차량의 경우, 서로 다른 유형의 첨가제의 조합이 고려될 수 있으며, 예를 들어, 1종 이상의 세제가 윤활제 첨가제 및 부식 저해제와 조합될 수 있다.

Claims (37)

  1. 내연 기관, 특히 엔진이 장착된 차량용의 연료 순환 회로(2)에서 액체 첨가제의 분배를 위한 장치로서,
    - 첨가제를 수용하는 탱크(26),
    - 연료 순환 회로(2), 및 상기 첨가제를 수용하는 탱크(26)가 설치되는 내부와 연결되는, 인클로저(enclosure)(24)로서, 상기 인클로저(24)와 상기 탱크(26) 간에 하나 이상의 이동식의 밀봉벽(sealing wall)(50)이, 한편으로는 밀봉된 격리(separation)를 제공하고, 다른 한편으로는 상기 인클로저(24) 내 연료와 상기 탱크(26) 내 첨가제 간에 동일한 압력을 유지하는, 인클로저(24),
    - 상기 탱크(26) 및 상기 연료 순환 회로(2)에 연결되어 있으며, 상기 연료 순환 회로(2)에 상기 첨가제를 분배할 수 있게 하는 첨가제 주입 장치로서, 상기 첨가제 주입 장치는 상기 탱크(26)와 상기 연료 순환 회로(2)를 연결하는 분배 채널(36)을 포함하는, 첨가제 주입 장치, 및
    - 상기 주입 장치를 제어하기 위한 제어 장치를 포함하며, 상기 제어 장치는 상기 첨가제 주입 장치의 작동을 모니터링 하기 위해,
    - 상기 차량의 사용을 나타내는 1종 이상의 파라미터들을 분석하기 위한 분석 장치, 및/또는
    - 차량의 주행 상태를 분석하기 위한 분석 장치, 및/또는
    - 연료 탱크(4)에 수용된 연료의 양의 진행(evolution)을 분석하기 위한 분석 장치로서, 상기 탱크는, 연료를 첨가하도록 사용자에게 접근가능하며, 및/또는
    - 연료의 품질을 분석하기 위한 분석 장치, 및/또는
    - 엔진에서의 연료 소모로 인한, 오염물질 배출(polluting emission)을 분석하기 위한 분석 장치, 및/또는
    - 엔진의 배기가스 라인(exhaust line)에 위치한 입자 필터의 재생의 품질을 분석하기 위한 분석 장치, 및/또는
    - 사용되는 첨가제의 유형을 분석하기 위한 분석 장치, 및/또는
    - 상기 연료 순환 회로(2)에 분배되는 첨가제 유량(flow rate)의 진행을 평가하기 위한 장치, 및/또는
    - 기후 상태를 분석하기 위한 분석 장치와 연관되어 있는 것을 특징으로 하는, 분배 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 주입 장치가 상기 분배 채널(36)을 차단하기 위한 차단 장치를 포함하며,
    상기 차단 장치는 상기 분배 채널(36)을 완전히 또는 부분적으로 차단하기에 적절하며,
    상기 차단 장치는 특히, 밸브 또는 솔레노이드(solenoid) 밸브 형인 것을 특징으로 하는, 분배 장치.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 연료 순환 회로(2), 특히 상기 분배 채널(36) 부근의 연료, 및/또는 첨가제의 온도를 표시하기 위한 온도 센서를 포함하며,
    첨가제 및/또는 연료의 온도는 첨가제의 유량의 진행 및/또는 차량의 사용 및/또는 기후 상태를 나타내는 파라미터를 구성하는 것을 특징으로 하는, 분배 장치.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    차량 외부에 온도 센서를 포함하며,
    외부 온도는 기후 상태를 나타내는 파라미터를 구성하는 것을 특징으로 하는, 분배 장치.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    차량 및/또는 연료 순환 회로(2)에 속하는 요소, 특히 연료 필터의 작동 개시(turning on)를 감지하는 센서를 포함하며,
    상기 작동 개시는 차량의 사용을 나타내는 파라미터를 구성하는 것을 특징으로 하는, 분배 장치.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    연료 순환 회로(2)에 위치하는 분배 채널(36)의 일 단부에 위치하는 첨가제 분배 개구(38), 및 순환 회로(2)의 분배 개구로부터 상류에 위치하는 연료 투입 개구(28)에서 압력을 측정하는 압력 센서를 포함하며,
    상기 개구들 사이의 압력차는 차량의 사용 및/또는 첨가제의 유량의 진행 및/또는 주행 상태를 나타내는 파라미터를 구성하는 것을 특징으로 하는, 분배 장치.
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    바람직하게는 엔진 부근에 위치하는 노이즈 센서를 포함하며,
    상기 센서에 의한 노이즈의 감지는 차량의 사용을 나타내는 파라미터를 구성하는 것을 특징으로 하는, 분배 장치.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    GPS형의 위치 장치 또는 이동 센서를 포함하며,
    상기 위치 장치 또는 이동 센서에 의한 이동의 감지는 차량의 사용 및/또는 차량의 주행 상태를 나타내는 파라미터를 구성하는 것을 특징으로 하는, 분배 장치.
  9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    차량의 평균 속도 및/또는 순간 속도가 차량의 주행 상태를 나타내는 파라미터를 구성하는 것을 특징으로 하는, 분배 장치.
  10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    배기 가스의 온도가 차량의 주행 상태를 나타내는 파라미터를 구성하는 것을 특징으로 하는, 분배 장치.
  11. 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 순환 회로(2), 특히 고압 펌프 및 쉐어드 주입 램프(shared injection ramp)로 이루어진 차량의 고압 회로에서의 압력의 진행이, 상기 차량의 주행 상태를 나타내는 파라미터를 구성하는 것을 특징으로 하는, 분배 장치.
  12. 제1 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔진의 연소실(combustion chamber)에 공급되는 공기 유량의 진행이 상기 차량의 주행 상태를 나타내는 파라미터를 구성하는 것을 특징으로 하는, 분배 장치.
  13. 제1 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 순환 회로(2)에서의 연료 유량의 진행이 첨가제의 유량의 진행을 나타내는 파라미터를 구성하는 것을 특징으로 하는, 분배 장치.
  14. 제1 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    NOx, 그을음 또는 그외 탄소 입자의 배출, 또는 NOx/그을음 및/또는 NOx/입자 비율의 진행이, 상기 연료의 연소로 인한 오염물질의 배출을 나타내는 파라미터를 구성하는 것을 특징으로 하는, 분배 장치.
  15. 제1 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔진의 윤활 오일의 품질 및/또는 양의 진행이, 상기 엔진의 배기가스 라인에 위치하는 입자 필터의 재생의 품질의 진행을 나타내는 파라미터를 구성하는 것을 특징으로 하는, 분배 장치.
  16. 제1 항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차량이 위치하는 지리학적 영역을 표시하는 GPS형의 위치 장치를 포함하며,
    상기 장치에 의해 제공되는 차량의 위치가 지리학적 영역에서 판매되는 연료의 품질을 나타내는 파라미터를 구성하는 것을 특징으로 하는, 분배 장치.
  17. 제1 항 내지 제16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔진의 실린더에서의 연료의 소모를 나타내는 파라미터가 상기 연료의 품질을 나타내는 파라미터를 구성하는 것을 특징으로 하는, 분배 장치.
  18. 제1 항 내지 제17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔진의 연료 소모가 상기 차량의 주행 상태를 나타내는 파라미터를 구성하는 것을 특징으로 하는, 분배 장치.
  19. 제1 항 내지 제18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 첨가제가, 주기율표의 IIA, IVA, VIIA, VIII, IB, IIB, IIIB 및 IVB족으로부터 선택되는 금속 및/또는 희토류의 염기를 포함하는, 입자 필터 재생 첨가제일 수 있는 것을 특징으로 하는, 분배 장치.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 첨가제가 콜로이드 분산액 형태를 취하는 것을 특징으로 하는, 분배 장치.
  21. 제20 항에 있어서,
    상기 콜로이드 분산액의 입자가 철 및/또는 세륨의 염기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 분배 장치.
  22. 제19 항 내지 제21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 첨가제가, 유기상 및 1종 이상의 양쪽성 제제를 포함하는 콜로이드 입자 분산액과 세제의 조합인 것을 특징으로 하는, 분배 장치.
  23. 제1 항 내지 제18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 첨가제가, 상기 엔진에서의 연료의 분배를 개선하며, 및/또는 상기 엔진의 구동 성능을 개선하며, 및/또는 상기 엔진의 구동 안정성을 개선할 수 있는 첨가제인 것을 특징으로 하는, 분배 장치.
  24. 제23 항에 있어서,
    상기 첨가제가 세제 첨가제와 윤활 첨가제의 조합인 것을 특징으로 하는, 분배 장치.
  25. 자동차로서,
    - 차량의 내연 기관용 연료 순환 회로(2),
    - 액체 첨가제를 수용하는 탱크(26),
    - 연료 순환 회로(2), 및 상기 첨가제를 수용하는 탱크(26)가 설치되는 내부와 연결되는, 인클로저(enclosure)(24)로서, 상기 인클로저와 상기 탱크 간에 하나 이상의 이동식의 밀봉벽(50)이, 한편으로는 밀봉된 격리를 제공하고, 다른 한편으로는 상기 인클로저(24) 내 연료와 상기 탱크(26) 내 첨가제 간에 동일한 압력을 유지하는, 인클로저(24),
    - 상기 탱크(26) 및 상기 연료 순환 회로(2)에 연결되어 있으며, 상기 연료 순환 회로(2)에 상기 첨가제를 분배할 수 있게 하는 첨가제 주입 장치로서, 상기 첨가제 주입 장치는 상기 탱크(26)와 상기 연료 순환 회로를 연결하는 분배 채널(36)을 포함하는, 첨가제 주입 장치를 포함하며,
    상기 첨가제가 제1 항 내지 제24 항 중 어느 한 항에 따른 분배 장치를 사용하여 주입되는 것을 특징으로 하는, 자동차.
  26. 제1 항 내지 제24 항 중 어느 한 항에 따른 분배 장치의 사용 방법으로서,
    차량의 엔진이 더 이상 구동되지 않거나, 또는 차량이 정지할 때, 상기 첨가제의 분배가 중지되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  27. 제1 항 내지 제24 항 중 어느 한 항, 및 제2 항에 따른 분배 장치의 사용 방법으로서,
    상기 차단 장치가 작동 개시(powered on)될 때, 상기 첨가제의 분배가 활성화되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  28. 제1 항 내지 제24 항 중 어느 한 항, 및 제6 항에 따른 분배 장치의 사용 방법으로서,
    상기 분배 채널(36)의 일 단부에 위치하는 첨가제 분배 개구(38)와, 상기 순환 회로(2)의 상류에 위치하는 연료 투입 개구(28) 사이의 압력차가 2 mbar보다 큰 경우에, 상기 첨가제의 분배가 활성화되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  29. 제1 항 내지 제24 항 중 어느 한 항, 및 제3 항에 따른 분배 장치의 사용 방법으로서,
    상기 순환 회로(2)에서 순환하는 연료 및/또는 첨가제의 온도가 구동중인 엔진(running engine)을 나타내는 역치값을 넘을 때, 예를 들어, 15℃보다 높은 경우, 상기 첨가제의 분배가 활성화되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  30. 제1 항 내지 제24 항 중 어느 한 항, 및 제3 항 또는 제4 항에 따른 분배 장치의 사용 방법으로서,
    외부 온도 및/또는 첨가제의 온도 및/또는 상기 연료 순환 회로(2) 내 연료의 온도가 최소 역치 온도보다 낮거나 또는 최대 역치 온도보다 높을 때, 상기 첨가제의 분배가 중지되며,
    상기 최소 역치 온도 및 상기 최대 역치 온도가 첨가제에 따라 정해지며,
    상기 최소 역치 온도는, 상기 첨가제의 점도가 역치값에 도달할 때의 값에 상응할 수 있으며,
    상기 최대 역치 온도는, 상기 첨가제의 기화값에 상응할 수 있는 것을 특징으로 하는, 방법.
  31. 제1 항 내지 제24 항 중 어느 한 항, 및 제2 항에 따른 분배 장치의 사용 방법으로서,
    상기 주입이 불연속적이며,
    상기 차단 장치의 빈도 및/또는 개방 시간이 상기 제어 장치에 의해 수집되는 정보에 의존하며,
    상기 첨가제의 분배는, 연료 내 첨가제의 농도가 일정하게 유지되도록, 또는 필요할 때만 상기 연료 순환 회로(2)에 첨가제를 주입하도록 수행되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  32. 제31 항에 있어서,
    상기 첨가제의 분배 빈도 및/또는 분배 기간이 상기 차량의 사용 시간, 및/또는 상기 차량에 의해 주행되는 km 수, 및/또는 상기 차량의 연료 소모에 의존하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  33. 제31 항, 및 제3 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 첨가제 분배의 빈도 및/또는 기간이, 상기 연료 및/또는 상기 첨가제의 온도, 및/또는 상기 분배 채널(36)의 일 단부에 위치하는 첨가제 분배 개구(38)와 상기 순환 회로(2)의 상류에 위치하는 연료 투입 개구(28) 사이의 압력에 의존하는 것을 특징으로 하는, 방법.
  34. 제1 항 내지 제24 항 중 어느 한 항에 따른 분배 장치의 사용 방법으로서,
    연료가 상기 연료 탱크(4)에 첨가될 때마다 상기 첨가제가 주입되며,
    상기 첨가제의 부피는 고정되거나 또는 가변일 수 있으며,
    가변성의 부피는 첨가되는 연료의 양을 토대로 결정되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  35. 제1 항 내지 제24 항 중 어느 한 항에 따른 분배 장치의 사용 방법으로서,
    상기 연료의 연소로 인한 오염물질의 배출을 분석한 결과, 배출되는 가스 및/또는 입자가 이론학적 예상치와 상이할 때, 상기 첨가제가 주입되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  36. 제1 항 내지 제24 항 중 어느 한 항에 따른 분배 장치의 사용 방법으로서,
    상기 입자 필터를 재생하기 전에, 상기 첨가제가 주입되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  37. 제1 항 내지 제24 항 중 어느 한 항에 따른 분배 장치의 사용 방법으로서,
    이전의 재생의 품질이 양호하지 않았을 때, 상기 입자 필터의 재생 전에, 추가량의 첨가제가 주입되는 것을 특징으로 하는, 방법.
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