KR20140119073A - 차량용 연료에 첨가제를 추가하는 디바이스의 오작동을 진단하기 위한 방법 및 상기 방법을 구현하기 위한 시스템 - Google Patents

차량용 연료에 첨가제를 추가하는 디바이스의 오작동을 진단하기 위한 방법 및 상기 방법을 구현하기 위한 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내연 기관을 포함하는 차량용 연료 내에 첨가제를 추가하는 디바이스의 오작동을 진단하기 위한 방법에 관한 것이며, 상기 방법은, 연료 내의 첨가제의 양의 변동을 판정하기 위해 연료를 분석하는 단계; 이전 단계 동안에 측정된 첨가제의 양의 변동을 상기 양에서의 이론적 변동과 비교하는 단계; 측정된 변동과 이론적 변동 사이의 차이가 설정 값을 초과할 때 정보를 전송하는 단계를 포함한다. 본 발명은 또한 연료 내에 첨가물을 추가하고 내연 기관을 포함하는 차량을 진단하기 위한 시스템으로서 상기 방법을 구현하도록 의도된다.

Description

차량용 연료에 첨가제를 추가하는 디바이스의 오작동을 진단하기 위한 방법 및 상기 방법을 구현하기 위한 시스템{METHOD FOR DIAGNOSING THE MALFUNCTIONING OF A DEVICE FOR ADDING AN ADDITIVE INTO A FUEL FOR A VEHICLE, AND SYSTEM FOR IMPLEMENTING SAID METHOD}
본 발명은 내연 기관을 갖춘 차량을 위한 연료에 첨가제를 첨가하기 위한 디바이스의 오작동을 진단하기 위한 방법 및 이 방법의 구현을 위한 시스템에 관한 것이다.
커먼 레일 시스템(common rail system) 및 초고압 연료 주입부를 갖는 디젤 엔진들 또는 직접 주입 가솔린 엔진들과 같은 새로운 엔진 기술들은 매우 효과적이지만, 연료의 품질에 매우 민감하다.
따라서, 연료의 품질을 개선하는 첨가제들, 특히 엔진에서 연료 분배를 개선하기 위한 첨가제들, 엔진의 동작 성능을 개선하기 위한 첨가제들, 및 엔진의 동작 안정성을 개선하기 위한 첨가제들을 포함하는 연료를 사용함에 있어서 이점이 있다. 첨가제들은, 예를 들어 세정제들, 윤활제들 또는 또한 부식 억제제들이다.
그러나, 이용 가능한 상업적 연료들의 품질은 충분한 첨가제들을 포함하는 연료를 엔진에 공급하는 것을 항상 가능하게 하는 것은 아니다. 또한, 연료들은 세계적으로 다소 까다로운 표준들을 충족하며 그에 따라 가변 품질을 갖는다. 따라서, 엔진의 최적의 동작을 위해, 연료에 존재하는 첨가제의 농도를 조절하는 것이 유리하다.
또한, 차량들, 특히 디젤 차량들에 대한 새로운 배기 가스 규제 표준들을 충족시키기 위해, 차량들은 미립자 필터(particle filter: PF) 종류의 오염 억제(pollution-control) 수단을 점차 구비해가고 있다. 이러한 것은 유로 5 표준이 시행된 이래로 이미 유럽의 실정이다. 대부분의 예들에서, 그을음(soot)을 주기적으로 소각하고 그에 따라 PF를 재생하는 것을 돕기 위해 촉매가 이용된다. 엔진에 공급하는 연료에 의해 생기는 PF를 재생하기 위한 첨가제 또는 또한 연료 내장형 촉매(Fuel Borne Catalyst: FBC)의 사용은 많은 기준들을 충족시키는 것으로 입증되었는데, 이는 그러한 사용이 촉매된 그을음 필터(Catalysed Soot Filter: CSF)라고 알려져 있는 경쟁 기술보다 더 빠르게 그리고 더 낮은 온도에서 PF를 재생할 수 있기 때문이다.
따라서, PF의 재생을 돕기 위한 첨가제, 및/또는 연료의 품질 및/또는 엔진의 동작 및/또는 엔진의 내구성을 개선하는 연료 첨가제들을 연료 내에 도입할 수 있는 디바이스를 차량에 장착하는 것이 유리하다.
그러한 첨가제들, 특히 미립자 필터들의 재생을 돕기 위한 FBC 촉매 첨가제들을 연료에 도입할 수 있게 하는 시스템들이 존재한다는 것이 알려져 있다. 이들 시스템들은, 일반적으로, 1 내지 3 리터의 최소 부피를 갖고 첨가제 공급부를 포함하며 연료 탱크에 가까운 영역들에 설치될 필요가 있는 대형 탱크에 기반한다.
그 후, 첨가제의 계량(metering)은, 일반적으로, 추가적인 전자적 중앙 처리 유닛(ECU)에 의해 제어되는 고정밀 계량 펌프들을 사용하여 수행된다. 이 계량 디바이스는, 연료에서의 첨가제 함량이 PF의 양호한 재생을 허용할 정도로 충분히 높지만, PF 내에 트랩 상태로 남아 있는 PF 재생으로부터의 무기 잔여물들로 인해 PF의 조기 파울링(premature fouling)을 야기할 정도로 높은 것은 아니라는 것을 보장하기 위해 매우 정확하게 관리된다.
통상, 연료의 추가에 이어 탱크에서 연료 레벨이 증가할 때, 컴퓨터는 연료에서의 첨가제 농도를 항상 일정하게 유지하기 위해 탱크 내에 얼마나 많은 첨가제를 주입할 것인지를 펌프에 통지한다.
이들 디바이스들(펌프/탱크)의 그룹화는 디바이스의 오작동을 간단한 방식으로 검출하기 위해 이용 가능한 어떠한 수단도 갖지 않는다. 용어 "오작동"은, 예를 들어 첨가가 이 파라미터의 제어 하에 있을 때 연료의 추가에 이어, 그것의 요구되는 바람직한 값과는 대조적으로, 디바이스가 첨가제를 전달하지 않는다는 사실을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 용어 "오작동"은 또한 첨가되는 양이 주입될 이론적 양과는 현저히 다르다는 사실을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 용어 "오작동"은 또한 첨가되는 양이 시간의 경과에 따라 이론적 양으로부터 (과도하게 또는 부족하게) 벗어날 수 있다는 사실을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
오작동들은, 생산 설비(펌프, ECU 등)에서의 결점 또는 또한 디바이스의 조립체의 불량한 접속 또는 분기와 같은 다수의 기원들을 가질 수 있다. 이들 경우들에 있어서, 오작동은 첨가를 위한 제1 요청들에서부터 나타난다. 그것은 또한, 예를 들어 파이프라인의 파울링 또는 폐색, 첨가제에서의 변화 또는 부품의 마모에 이어지는, 시간의 경과에 따른 추이(drift)가 될 수 있다. 이 경우에 있어서, 이론적 양에 대해 주입되는 양에서의 차이는 일반적으로 시간의 경과에 따라, 급작스럽게 또는 점차적으로 변화한다. 디바이스의 오작동의 공급원가 될 수 있는 많은 다른 가능한 원인들이 존재한다.
오작동 사건에서, 현재 정위치에 있는 디바이스들은 일반적으로 첨가 시스템의 고장을 직접적으로 식별하지 않는다. 차량의 ECU는, 예를 들어 FBC의 경우에 있어서, 고장의 진짜 원인, 즉 불량한 첨가 또는 첨가의 부재를 식별하지 않은 채, 오염 억제 시스템의 고장, 특히 PF의 불량한 재생을 검출할 것이다.
또한, 검출은 결함이 있는 첨가 후의 다소 긴 기간 후에 발생할 수도 있다: 통상적으로, PF의 재생에 대해 주어진 예에서, 오작동은 PF의 재생 이후에, 그에 따라 통상적으로는 500 내지 700 km를 초과한 후, 즉 첨가 후 수 시간 이후에, 실제로는 심지어 PF의 재생을 위한 수 회의 요청들 이후에 식별될 것이다.
이 예에서, 이 첨가 결함은 PF의 파괴와 같은 심각한 결과들을 가질 수도 있고, 순응 상태로 되돌리는데 많은 비용을 초래할 수 있다.
반면, FBC 첨가제의 과잉은 PF의 재생들 동안에 검출되지 않을 것인데, 이는 PF가 어려움들 없이 재생될 것이기 때문이다. 결함은, FBC로부터 기인하는 재(ash)의 과잉에 의해 PF가 조기에 저지될 때, 차량이 수천 킬로미터 중 수십 킬로미터를 이동한 후에만 명백해질 것이다.
그것은 다른 연료 첨가제들의 경우에서 동일하다: 이 경우에 있어서, 검출은 심지어 더 많은 문제가 되는데, 이는 많은 다른 파라미터들이 엔진의 동작에 영향을 미칠 수도 있기 때문이다. 그럼에도 불구하고, 예를 들어 고압 펌프들 또는 고압 주입기들에 대한 손상에 관한 결과들은 이들 구성소자들이 대체되어야 하는 경우에 매우 현저하고 많은 비용이 드는 상태로 유지된다.
따라서, 차량의 첨가 시스템에서의 결점을 신속하게 검출할 수 있어야 한다: 용어 "신속하게"는 한 시간 내에, 실제로는 수분 내에, 첨가할 순서 및/또는 첨가 종료에 따라 고장을 판정할 수 있다는 사실을 의미하는 것으로 이해된다.
따라서, 오작동이 비주입에 대응하거나 또는 주입된 양과 이론적으로 주입되는 양 사이의 차이에 대응하는지를 판정하는 것이 또한 유리하다. 이것은, 고장 진단용 중앙 시스템(자기 진단 장치: On Board Diagnostic 또는 OBD)에 즉각적으로 고장을 통지하고, 주입 시스템이 수반되는 것을 식별하는 것에 의해 고장의 원인을 진단하는 것을 돕고, 예를 들어 차량의 이용의 감소된 모드(예를 들어, 전력의 제한)만을 허용하는 것에 의해 차량 또는 특정 구성소자들을 보호하기 위해 취해질 가능한 신속한 행위들을 정의하는 것을 가능하게 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 이들 요구들을 충족시키는 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명의 제1 목적은 연료의 첨가 시의 오작동을 진단하기 위한 방법 및 디바이스를 제공하는 것이다. 본 발명의 제2 목적은 동작시키기 간단한 디바이스를 제공하는 것이다.
이 목적으로, 본 발명은 내연 기관을 구비한 차량을 위한 연료에 적어도 하나의 첨가제를 첨가하기 위해 디바이스의 오작동을 진단하기 위한 방법에 관한 것이며, 이 방법은 다음 단계들을 포함하는 것을 특징으로 한다:
- (a) 연료에서의 첨가제의 함량 변동을 측정하기 위한 연료 분석 단계;
- (b) 선행 단계 동안에 측정된 첨가제의 함량 변동과, 이 함량에서의 이론적 변동 사이의 비교 단계;
- (c) 측정된 변동과, 상기 첨가제의 이 함량에서의 이론적 변동 사이의 차이가 고정 값을 초과할 때 데이터를 전송하는 단계.
본 발명은 또한 내연 기관을 구비한 차량용 연료 첨가 및 진단 시스템으로서, 전술된 방법의 구현을 위한 시스템에 관한 것이며, 이러한 시스템은 다음을 포함하는 것을 특징으로 한다:
- 차량의 엔진의 연료 순환 회로에 적어도 하나의 첨가제를 분배하기 위한 디바이스;
- 연료에서의 첨가제의 함량 변동을 측정하기 위한 연료 분석용 디바이스;
- 상기 분석 디바이스에 의해 획득되는 연료의 분석 결과의 함수로서 데이터를 전송하는 수단.
본 발명의 다른 특성들, 세부사항들 및 이점들은 다음의 첨부한 도면을 참조하여 다음의 설명을 읽으면 보다 더 완전히 명백해질 것이다:
- 도 1은 본 발명에 따라 내연 기관용 연료 순환 회로에서 첨가제의 분배를 위한 디바이스의 도식적 표현이다;
- 도 2는 도 1의 것과 동일한 것으로, 첨가제 분배 디바이스가 연료 탱크 내에 배치되어 있는 도식적 표현이다;
- 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 첨가제 분배기를 나타내는 단면도이다;
- 도 4 내지 도 11은 연료 필터에 첨가제 분배기를 포함하여 이루어진 본 발명의 다른 실시예들을 나타내는 단면도들이다.
본 발명의 방법은 첨가제의 함량 변동을 측정할 목적을 위해 연료가 분석되는 제1 단계를 포함한다.
이후에 알 수 있는 바와 같이, 분석은 연료에서의 첨가제 함량의 직접적인 측정에 기초하는 것이 아니라, 간접적인 측정, 즉 이러한 함량과 상관되는 연료의 특성 또는 파라미터, 예를 들어 연료의 흡광도의 측정에 기반할 수 있다.
본 발명의 특정 실시예에 따르면, 연료에서의 첨가제의 함량 변동의 측정은 첨가 이후의 연료의 분석에 의해 획득되는 값으로부터 첨가 이전의 연료의 분석에 의해 획득된 값을 감산하는 것에 의해 수행될 수 있다.
제2 단계에서, 선행 단계에서 수행되는 측정의 결과들은 이론적 값과 비교되어, 측정된 값과 이론적 값 사이의 가능한 차이를 입증하도록 한다. 이러한 차이가 검출되는 경우 그리고 이 차이가 이전에 고정된 값보다 큰 경우, 본 발명의 방법은 다음으로 데이터를 전송하는 단계를 포함한다.
이 고정 값은 이 값보다 크면 오작동이 있는 것으로 간주되는 값이고 당업자에 의해 판정될 수 있다: 값은 특히 사용된 첨가제의 종류, 선택된 검출 디바이스의 감도, 차량 및/또는 엔진의 종류, 엔진 기술의 종류, 차량에 의해 이용된 연료의 종류, 특히 차량이 이용된 지리적 영역에서 시행 중인 표준, 오염 억제 기술, 특히 PF의 종류 등에 의존한다.
이 값에 대응하는 차이가 측정될 때, 데이터, 예를 들어 경고 신호가 차량의 하나 이상의 구성소자들, 특히:
- 특히 주입되는 양을 자체적으로 재조절할 수 있을 때, 첨가제의 주입을 위한 디바이스,
- 차량의 ECU 시스템,
- 차량의 고장 진단용 중앙 시스템에 전송될 수 있다.
방법은 정의된 빈도 및/또는 사건에 응답하여 적용될 수 있다. 바람직한 실시예에 따르면, 이 방법은 첨가 이전에 연료의 분석을 수행하도록 주의되는 첨가제의 각각의 첨가 후에 적용된다.
다른 바람직한 실시예에 따르면, 이 방법은 차량으로의 연료의 각각의 첨가 후에 적용된다.
방법은 또한 연속으로 수행될 수 있다.
존재, 첨가제의 양, 및/또는 연료에서의 이러한 양의 변동을 검출할 수 있는 임의의 분석 기법이 이용될 수 있을 것이다. 이 기법의 선택은 첨가제 및 연료에 의존할 것이다.
본 발명의 방법은 특히 연료로서 가솔린 또는 디젤을 사용하는 엔진들을 구비한 차량들에 적용된다는 것에 유의해야 한다.
또한, 차량들은 현장 설비와 같은 오프-로드 차량들 또는 자동차들과 같은 온-로드 차량들일 수 있다.
본 발명의 방법은, 보다 구체적으로는 첨가제가 FBC 종류의 미립자 필터들의 재성성을 위한 첨가제인 경우에 이용될 수 있다.
본 발명의 방법의 구현을 위한 시스템이 이제 설명될 것이다.
전술된 바와 같이, 이 시스템은 차량의 엔진의 연료 순환 회로에서 첨가제의 분배를 위한 디바이스, 연료에서의 첨가제의 함량을 측정하기 위한 연료 분석 디바이스, 및 상기 분석 디바이스에 의해 획득되는 연료의 분석 결과들의 함수로서 데이터를 전송하기 위한 수단을 포함한다.
분석 디바이스는, 일단 첨가된 연료가 특히 연료 탱크, 게이지/펌프 모듈, 연료 필터 또는 필터들, 엔진에 공급하기 위한 회로 및/또는 탱크로 회수하기 위한 회로에서 순환하는 회로의 임의의 지점에 배치될 수 있다. 이 디바이스는, 특히 연료로의 첨가제의 주입 부위에 가깝게 위치될 수 있다.
특정 실시예에 따르면, 연료의 분석을 위한 디바이스는 분광 디바이스이다.
보다 구체적으로, 디바이스는 연료에서의 첨가제의 양의 검출 및 측정이 적외선 기술: 근적외선(통상적으로, 780 내지 1400 nm), 중적외선(통상적으로, 1400 내지 3000 nm), 실제로 심지어 원적외선(통상적으로, 3000 내지 1 000 000 nm), 가시광(통상적으로, 780 내지 380 nm), 근자외선(380 내지 200 nm), 또는 또한 극자외선(200 내지 100 nm)을 이용하는 분광학 방법에 기반하는 디바이스이다. 바람직하게는, 190과 2500 nm 사이의 파장 범위에 있는 근적외선(또는 NIR), 가시광 또는 근자외선 분광학이 이용될 것이다. 이것은, 이러한 종류들의 분광학이 연료들의 분석에 매우 적합하고 그러한 분광학이 연료의 조성에서의 변화에 고도로 민감한 분석 방법들에 채용될 수 있기 때문이다.
이러한 종류의 디바이스들은 일반적으로 다음을 포함한다:
- 선택된 파장 범위를 포괄하는 광선을 생성하도록 구성된 발광 디바이스;
- 발광 디바이스로부터 초래되는 광선이 분석될 연료와 상호 작용하도록 구성된 프로브;
- 분석될 연료와 상호 작용한 후의 광선을 수용하도록 그리고 상이한 파장 범위들에 대해 수용되는 광량의 함수로서 측정치들을 제공하도록 구성된 스펙트럼 분석 디바이스.
바람직한 실시예에 따르면, 분석 디바이스는 특정 파장에 걸쳐서 동작하도록 설계되며, 파장은, 첨가제의 종류 및 연료의 종류(특히, 가솔린 또는 디젤)의 관점에서 선택되고 첨가된 연료와 첨가되지 않은 연료 사이의 신호에 최대 차이가 발달할 수 있게 한다.
이러한 디바이스들은, 예를 들어 WO 2009/047605, WO 2009/047607 또는 WO 2009/047608에 서술되어 있다.
이러한 기술들은, 다음의 종류의 이동부가 없는(no-moving-part) 분광계의 사용을 가능하게 한다: 분산 회절 격자(dispersive grating), 푸리에(Fourier) 변환, 발광 다이오드들 등. 이것들은 또한 소형화될 수 있고, 방출 및 검출 시스템들은 광섬유를 통해 서로 접속될 수 있다. 따라서, 이들 기술들은 엔진 또는 차량에 용이하게 포함될 수 있다. 그들은 또한 강건하고 저렴하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료의 첨가 및 진단을 위한 시스템은 특정 첨가제의 분배를 위한 디바이스를 포함한다.
이 실시예에 따르면, 첨가제 분배 디바이스는 다음을 포함한다:
- 첨가제를 포함하는 탱크,
- 연료 순환 회로와 소통하고, 첨가제를 포함하는 탱크가 내부에 삽입된 챔버(상기 챔버와 상기 탱크 사이의 적어도 하나의 이동 가능한 누설방지(leaktight) 벽은, 한편으로는 누설방지 분리를 제공하고, 다른 한편으로는 탱크 내의 첨가제와 챔버 내의 연료 사이에 동일한 압력을 유지시킨다),
- 탱크 및 연료 순환 회로에 접속되고 연료 순환 회로에서 첨가제를 분배하게 할 수 있는 첨가제를 주입하기 위한 수단으로서, 탱크 및 연료 순환 회로를 접속시키는 분배 채널을 포함하는 수단.
본 발명에 따른 첨가제 분배 디바이스의 한 가지 특성에 따르면, 첨가제 탱크는 가요성 백(flexible bag)의 형태로 제공되고, 상기 가요성 백은 이동 가능한 누설방지 벽을 구성한다.
본 발명에 따른 첨가제 분배 디바이스의 다른 특성에 따르면, 이동 가능한 누설방지 벽은 막으로 구성된다.
본 발명에 따른 첨가제 분배 디바이스의 또 다른 특성에 따르면, 이동 가능한 누설방지 벽은 피스톤으로 구성된다.
본 발명에 따른 첨가제 분배 디바이스의 또 다른 특성에 따르면, 디바이스는 연료 주입 오리피스, 연료 배출 오리피스, 첨가제 분배 오리피스, 및 연료 주입 오리피스 또는 연료 배출 오리피스와 첨가제 분배 오리피스 사이에 압력차를 생성하기 위한 수단을 포함한다.
본 발명에 따른 첨가제 분배 디바이스의 또 다른 특성에 따르면, 압력차를 생성하기 위한 수단은 다이어프램 또는 벤투리관의 형태로 제공된다.
본 발명에 따른 첨가제 분배 디바이스의 또 다른 특성에 따르면, 압력차를 생성하기 위한 수단은 필터링 요소의 형태로 제공된다.
본 발명에 따른 첨가제 분배 디바이스의 또 다른 특성에 따르면, 디바이스는 첨가제의 분배를 위한 채널 및 첨가제의 분배를 위한 채널의 전체 또는 부분 실링을 위한 수단을 포함한다.
본 발명에 따른 첨가제 분배 디바이스의 또 다른 특성에 따르면, 첨가제의 분배를 위한 채널을 실링하기 위한 수단은 전기기계적 수단이다.
본 발명에 따른 첨가제 분배 디바이스의 또 다른 특성에 따르면, 첨가제 분배 디바이스는 적어도 하나의 필터링 요소를 포함하는 연료의 여과를 위한 디바이스를 포함한다.
본 발명에 따른 첨가제 분배 디바이스의 또 다른 특성에 따르면, 필터링 요소는 형상이 환형이고, 첨가제 탱크는 상기 필터링 요소 내부에 동심으로 배치된다.
본 발명에 따른 첨가제 분배 디바이스의 또 다른 특성에 따르면, 필터링 요소는 형상이 환형이고, 첨가제 탱크는 상기 필터링 요소 외부에 동심으로 배치된다.
본 발명에 따른 첨가제 분배 디바이스의 또 다른 특성에 따르면, 필터링 요소 및 첨가제 탱크가 축방향으로 중첩된다.
본 발명에 따른 첨가제 분배 디바이스의 또 다른 특성에 따르면, 연료 탱크와 필터링 요소 사이에 위치하며 여과되지 않은 연료가 순환하는 상류 측, 및 필터링 요소와 내연 기관 사이에 배치되며 여과된 연료가 순환하는 하류 측을 제한하는 필터링 요소를 연료가 가로지르고, 첨가제는 상류 측으로부터 확산된다.
본 발명에 따른 첨가제 분배 디바이스의 또 다른 특성에 따르면, 연료 탱크와 필터링 요소 사이에 위치하며 여과되지 않은 연료가 순환하는 상류 측, 및 필터링 요소와 내연 기관 사이에 배치되며 여과된 연료가 순환하는 하류 측을 제한하는 필터링 요소를 연료가 가로지르고, 첨가제는 하류 측으로부터 확산된다.
본 발명의 또 다른 특성에 따르면, 첨가제는 내연 기관의 연료 회수선(return line) 내로, 주입 시스템의 하류로, 그리고 연료 탱크를 향해 확산된다.
본 발명의 또 다른 특성에 따르면, 이동 가능한 벽은 첨가제 탱크와 상류 측 사이에 배치된다.
본 발명의 또 다른 특성에 따르면, 이동 가능한 벽은 첨가제 탱크와 하류 측 사이에 배치된다.
본 발명은 또한 액체 첨가제의 분배를 위한 디바이스가, 분배 채널에 의해 첨가제를 연료 순환 회로 내에 확산시킬 수 있게 하는 액체 첨가제 탱크, 연료 순환 회로와 소통하는 첨가제 챔버, 및 상기 첨가제 챔버와 첨가제 탱크 사이에서, 한편으로는 누설방지 분리를 제공하고 다른 한편으로는 첨가제 탱크 내의 첨가제와 첨가제 챔버 및 적어도 하나의 필터링 요소 내의 연료 사이에 동일한 압력을 유지시키는 적어도 하나의 이동 가능한 누설방지 벽을 포함하며, 분배 디바이스가, 한편으로는 연료 순환 회로에 영구적으로 맞춰지도록 의도되고 연료 순환 회로 내로의 첨가제의 분배를 위한 채널을 포함하는 확산 헤드를 포함하고, 다른 한편으로는 필터링 요소, 첨가제 탱크 및 이동 가능한 누설방지 벽을 포함하되 탈착 가능한 방식으로 확산 헤드에 맞춰지는 카트리지를 포함하는 것을 특징으로 하는 첨가 및 진단 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 분배 디바이스의 한 가지 이점은, 새로운 엔진들의 설계 동안 그리고 기존 엔진들에서 첨가제 확산기를 포함하는 것이 가능하다는 사실에 있다.
본 발명의 다른 이점은 정의된 양의 첨가제를 정확하게 확산시킬 수 있다는 가능성에 있다.
본 발명의 다른 이점은 다수의 종류들의 첨가제를, 그들의 조성 및/또는 그들의 물리화학적 속성들이 무엇이든, 확산시킬 수 있다는 가능성에 있다.
본 발명의 다른 이점은 첨가제 분배 디바이스가 소형(compactness)이라는 점에 있다.
연료 첨가 및 진단 시스템 그리고 특히 전술된 바람직한 실시예에 대응하는 것이 이제 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1은 내연 기관용 연료 순환 회로(1)를 도식적으로 나타낸다. 통상적으로, 연료 순환 회로(1)는 연료 탱크(2)와 고압 천공된 분배 파이프(4)(커먼 레일이라고도 알려져 있음) 사이에 배치되며, 탱크와 고압 천공된 분배 파이프 사이에서 연료 순환을 제공한다. 공급 회로는 연료를 여과하도록 의도된 필터(9) 및 고압 펌프(7)를 포함한다. 고압 펌프(7) 및 고압 천공된 분배 파이프(4)는 연료의 주입을 위한 시스템을 구성한다. "공급선"이라고 알려져 있는 제1 파이프(5)는 탱크(2)로부터 고압 천공된 분배 파이프(4)를 향하는 연료 순환을 제공하고, "회수선"이라고 알려져 있는 제2 파이프(6)는 주입 시스템으로부터 탱크(2)로의 연료 순환을 제공한다. 따라서, 연료는 탱크(2) 내로 펌핑되고, 그 다음에 필터(9)에서 여과되고, 압력 하에서 펌프(7)를 통해 고압 천공된 분배 파이프(4) 내로 전송되며, 그 후에 일부분은 엔진의 주입기(3)들을 향하고, 다른 부분은 회수선(6)에 의해 탱크(2)에 회수된다. 연료의 일부분은 또한 고압 펌프(7)로부터 회수선(6)을 향해 전송될 수 있다. 연료 순환 회로(1)는 또한 본 발명에 따라 액체 첨가제의 분배를 위한 디바이스(8)를 포함하며, 그 동작은 뒤이어서 설명될 것이다. 제한사항을 암시하는 것이 아닌 예시로서, 첨가제의 분배를 위한 디바이스(8)는 공급선(5) 상에 나타내어졌지만, 뒤이어 설명될 것인 바와 같이, 첨가제의 분배를 위한 상기 디바이스(8)는 또한 연료 회수선(6) 상에 배치될 수 있다.
대안적인의 형태에서, 도 2에 나타내어진 바와 같이, 첨가제의 분배를 위한 디바이스(8)는 또한 연료 탱크(2)에 배치될 수 있다.
이 실시예에서, 연료 순환 회로(1)는 연료 탱크(2) 내부와 엔진 사이에 연료의 순환을 제공하며, 선택적으로 탱크(2)를 향한 연료의 회수를 제공한다. 따라서, 분배 디바이스(8)를 지원하는 연료 순환 회로(1)의 일부분은 연료 탱크(2) 내부로 연장된다.
도 3은 첨가제 분배 디바이스의 제1 실시예를 단면도로 나타낸다. 이 구현예에서, 첨가제의 분배를 위한 디바이스(8)는 헤드(10), 및 액체 첨가제 탱크(12)가 배치되는 첨가제 챔버(22)를 형성하는 교체 가능한 카트리지(11)를 포함한다. 헤드(10)는 연료 주입 오리피스(13), 연료를 위한 배출 오리피스(14), 연료 주입 오리피스와 연료 배출 오리피스 사이에 위치된 벤투리관(21), 교체 가능한 카트리지(11) 내부의 첨가제 챔버(22)와 연료 주입 오리피스 사이에 연료의 통로를 제공하는 파이프(18), 및 탱크(12)로부터 벤투리관(21) 내로의 첨가제의 확산을 위한 오리피스(17)를 향하는 액체 첨가제의 통로를 제공하는 첨가제 분배 채널(16)을 포함한다. 이 구현예에서, 첨가제 분배 채널(16)은 감소된 단면의 제1 부분(16a) 및 제2 부분(16b)을 나타낸다. 핑거(21) 및 코일(23)로 구성된 작동기(15)는 첨가제 분배 채널의 부분들(16a, 16b) 사이의 통로를 실링하는 것을 가능하게 한다. 이 구현예에서 (그리고 또한 도 4 내지 도 8에서), 첨가제 탱크(12)는 첨가제 챔버(22)에 존재하는 연료와 탱크(12) 내부의 첨가제 사이에 이동 가능한 누설방지 벽을 구성하는 가요성 백(32)의 형태로 제공된다.
본 발명은 다음 방식으로 동작한다:
첨가제의 분배를 위한 디바이스(8)는 연료 공급선 또는 연료 회수선에 접속된다. 따라서, 연료는 연료를 위한 주입 및 배출 오리피스들(13, 14) 사이에서 계속해서 순환한다.
압력차를 생성하기 위한 공지된 수단을 구성하는 벤투리관(21)은 첨가제 분배 오리피스(17)와 연료 주입 오리피스(13) 사이에 낮은 압력을 생성한다.
파이프(18)를 통해 연료 주입 오리피스(13)와 소통하는 첨가제 챔버(22)는 연료 주입 오리피스(13)에서 순환하는 연료와 동일한 압력에서 연료로 충진되고; 첨가제 탱크의 이동 가능한 누설방지 벽을 구성하는 가요성 백(32)은 첨가제 탱크(12) 내의 첨가제와 챔버(22) 내의 연료 사이에서 동일한 압력을 유지시킨다.
따라서, 첨가제 탱크(12) 내의 압력은 첨가제 확산 오리피스(17)에서 우세한 압력보다 크며, 이러한 압력은 첨가제가 탱크(12)로부터 첨가제 확산 오리피스(17)를 향해 이동하게 하고 그 후에 벤투리관(21)에서 순환하는 연료 내에 그리고 그에 따라 연료 순환 회로 내에 확산하게 한다. 작동기(15)는 첨가제의 순환을 완전히 또는 부분적으로 방지하는 것을 가능하게 한다.
이 구현예에서, 작동기(15)는 첨가제의 분배를 위한 채널의 완전한 또는 부분적인 실링을 위한 전기기계적 수단을 나타낸다. 그러나, 이러한 수단의 사용은 선택적이며, 본 발명은, 명백히, 첨가제 분배 채널을 실링하지 않고서도 또는 첨가제 분배 채널을 실링하기 위한 다른 수단, 예를 들어 열 밸브, "우산" 밸브, 비회수 밸브, 또는 유압식으로 제어되는 밸브를 사용하여 구현될 수 있다.
도 4 내지 도 11은 적어도 하나의 필터링 요소를 포함하는 본 발명에 따른 첨가제 분배 디바이스를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 제1의 대안적인 실시예를 나타낸다. 이 대안적인 실시예에서, 헤드(10)는 도 3에 나타내어진 것과 동일하고, 첨가제 탱크(12)는 또한 가요성 백(32)에 의해 형성된다. 카트리지(11)는 카트리지의 벽들과 상호 작용하여, 한편으로는 액체 첨가제 탱크(12)가 배치되어 있는 첨가제 챔버(22) 그리고 다른 한편으로는 필터링 요소(25)가 배치되어 있는 여과 챔버(24)를 제한하는 누설방지 벽(30)을 포함한다. 따라서, 첨가제 탱크(12) 및 필터링 요소(25)는 나란히 배치되지만 누설방지 벽(30)에 의해 분리된다. 필터링 요소(25)는 환형 형상이며, 연료는 이를 가로지른다. 필터링 요소(25)는 여과 챔버(24)에서, 한편으로는 연료 탱크(2)(이 도면에는 도시되어 있지 않음)와 필터링 요소(25) 사이에 위치하며 여과되지 않은 연료가 순환하는 여과되지 않은 연료의 영역 또는 "상류 측(28)" 및 필터링 요소(25)와 내연 기관(이 도면에는 도시되어 있지 않음) 사이에 배치되며 여과된 연료가 순환하는 여과된 연료의 영역 또는 "하류 측(29)"을 제한한다. 이러한 실시예는 유리하게도 연료의 여과 및 액체 첨가제의 분배의 기능들을 독립적으로 제공하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 연료 필터는 공급선(5)에 접속되는 반면, 첨가제 분배는 공급선(5) 및 회수선(6) 양측 모두에서 수행될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제2의 대안적인 실시예를 나타낸다. 이 대안적인 실시예에서, 첨가제 탱크(12) 및 필터링 요소(25)는 나란히 배치되고 벽(30)에 의해 분리되지만, 소통 채널(18)은 액체 첨가제 탱크(12)가 배치되어 있는 첨가제 챔버(22)와 여과 요소의 하류 측(29) 사이에서 연료가 직접적으로 순환하는 것을 가능하게 한다. 헤드(10)의 연료 주입 오리피스(13)는 여과 요소의 하류 측(29)에 직접적으로 접속된다. 첨가제 주입 오리피스(17)는 연료 공급선에서 필터링 요소의 하류 측(29)과 내연 기관(미도시) 사이에 배치된다. 따라서, 이동 가능한 벽(32)은 첨가제 탱크(12)와 필터링 요소의 하류 측(29) 사이에 배치되고, 첨가제는 여과 요소의 하류 측(29) 상에서 확산된다.
도 6은 본 발명의 다른 대안적인 실시예를 나타낸다. 이 대안적인 실시예에서, 첨가제 탱크(12) 및 필터링 요소(25)는 카트리지(11)에서 축의 방향으로 중첩되고; 소통 채널은 액체 첨가제 탱크(12)가 배치되어 있는 첨가제 챔버(22)와 여과 요소의 상류 측 사이에서 연료가 순환하는 것을 가능하게 한다. 첨가제 탱크(12)는 도관(31)에 의해 첨가제 분배 채널(16)에 접속되며, 도관의 상측 단부는 첨가제 분배 채널(16)의 제1 부분(16a)의 하측 단부와 상호 작용한다. 도관(31)은 여기서 환형 필터링 요소(25)와 동축이고, 중심에서 누설방지 방식으로 그 환형 필터링 요소를 관통한다. 이 구현예에서, 도관(31)은 첨가제 탱크(12)와 일체형이다. 첨가제 주입 오리피스(17)는 연료 공급선에서 필터링 요소의 상류 측(28)과 연료 탱크(2) 사이에 배치된다(미도시). 따라서, 이동 가능한 벽(32)은 첨가제 탱크(12)와 필터링 요소의 상류 측(28) 사이에 배치되고, 첨가제는 필터링 요소의 상류 측(28) 상에서 확산된다.
도 7은 본 발명의 또 다른 대안적인 실시예를 나타낸다. 이 대안적인 실시예에서, 필터링 요소(25)는 환형 형상이고, 첨가제 탱크(12)는 상기 필터링 요소(25) 내부에 동심으로 배치된다. 이 예에서, 연료는 외부로부터 필터링 요소(25)의 내부를 향해 반경 방향으로 순환하며, 첨가제 확산 오리피스(17)는 연료 공급선에서 필터링 요소의 하류 측(29)과 내연 기관 사이에 배치된다(미도시). 따라서, 이동 가능한 벽(32)은 첨가제 탱크(12)와 필터링 요소의 하류 측(29) 사이에 배치되고, 첨가제는 여과 요소의 하류 측(29) 상에서 확산된다.
도 8은 본 발명의 다른 대안적인 실시예를 나타낸다. 이 대안적인 실시예에서, 첨가제 탱크(12) 및 필터링 요소(25)는 축방향으로 중첩되고 벽에 의해 분리되지만, 소통 채널(18)은 액체 첨가제 탱크(12)가 배치되어 있는 첨가제 챔버(22)와 필터링 요소(25)의 상류 측(28) 사이에서 연료가 순환하는 것을 가능하게 한다. 첨가제 주입 오리피스(17)는 연료 공급선에서 필터링 요소의 하류 측(29)과 내연 기관 사이에 배치된다(미도시). 따라서, 이동 가능한 벽(32)은 첨가제 탱크(12)와 필터링 요소(25)의 상류 측(28) 사이에 배치되고, 첨가제는 필터링 요소의 하류 측(29) 상에서 확산된다. 이 실시예에서, 압력차를 생성하기 위한 수단은 필터링 요소(25)에 의해 형성된다.
도 9는 이동 가능한 누설방지 벽이 막(33)에 의해 형성된, 도 8에 의해 나타내어진 디바이스의 대안적인 형태이다.
도 10은 이동 가능한 누설방지 벽이 피스톤(34)에 의해 형성된, 도 8에 의해 나타내어진 디바이스의 대안적인 형태이다.
이들 실시예들은 예시로서 언급되었으며, 제한하는 환경들 하에 있는 것은 아니다. 본 발명은 다른 대안적인 형태들 하에서 수행될 수 있을 것이다. 예를 들어, 압력차를 생성하기 위한 수단은 다이어프램의 형태로 제공될 수 있거나 첨가제 탱크는 필터링 요소의 외부에 동심으로 배치될 수 있을 것이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 대안적인 실시예를 나타낸다. 이 대안적인 실시예에서, 첨가제는 내연 기관의 연료 회수선(6) 내로, 주입 시스템의 하류로, 그리고 연료 탱크(2)(이 도면에서는 미도시)를 향해 확산된다. 이와 같이 예시된 액체 첨가제의 분배를 위한 디바이스는, 한편으로는 연료 순환 회로에 영구적으로 맞춰지도록 의도되고 연료 회로 내로의 첨가제의 분배를 위한 채널(16)을 포함하는 확산 헤드(10), 그리고 다른 한편으로는 필터링 요소(25), 첨가제 탱크(12), 및 이동 가능한 누설방지 벽(32)을 포함하되 탈착 가능한 방식으로 확산 헤드(10)에 맞춰지는 카트리지(11)를 포함한다. 이 구현예에서, 첨가제 탱크(12)로부터 분배 채널(16)로 향하는 첨가제가 순환할 수 있게 하는 도관(31)은 헤드(10)와 일체형이며, 카트리지(11)가 헤드(10)와 일체형이 될 때 가요성 백(32)을 관통하기 위한 사면 단부를 포함한다.
도면들에 의해 나타내어진 구현예들은 표시의 방식으로서 주어지며, 어떠한 방식으로든 제한하는 것이 아니다. 당업자라면, 본 발명이 또한 본 명세서에서 나타내어지지 않는 실시예들 뿐만 아니라 전술된 여러 실시예들의 조합 또는 하나의 도면의 하나 이상의 특성들을 다른 도면의 특성들에 의해 교체하는 것으로부터 초래되는 실시예들과 관련된다는 것을 이해할 것이다.
본 발명에 따른 분배 디바이스에 의해 사용될 수 있는 상이한 첨가제들은 이 지점으로부터 보다 구체적으로 설명될 것이며, 이러한 첨가제들은 본 발명에 관한 기술적 분야에서 주지되어 있다.
이들 첨가제들은 2개의 카테고리들로 분류될 수 있다: 한편으로는, 미립자 필터들의 재생을 돕는 촉매 기능을 갖는 것들, 그리고 다른 한편으로, 촉매 기능 외의 다른 기능을 갖는 것들, 이를테면 엔진에서 연료 분배를 개선하기 위한 첨가제들, 엔진의 동작 성능을 개선하기 위한 첨가제들 또는 엔진의 동작 안정성을 개선하기 위한 첨가제들.
사용된 첨가제들은 일반적으로 액체 형태로 제공되며, 액체 또는 액체들의 혼합물로, 액상 콜로이드 현탁액으로, 또는 첨가제가 흐를 수 있게 하는 점도의 겔 형태로 구성될 수 있다.
그러나, 필요한 양의 첨가제를 연료 내로 방출하기 위해 점진적으로 용해하거나 또는 분해(deagglomerate)할 고체 첨가제들을 사용하는 것이 또한 가능하다.
재생을 돕기 위한 첨가제들
이들 첨가제들은 일반적으로 20 내지 45℃ 사이의 동작 온도 범위에 있는 액체들인 것이 이상적이지만, 그들은 또한 다른 물리적 형태, 이를테면 겔 또는 고체일 수 있다.
이들 첨가제들은 그을음의 연소를 촉진시키는 데 효과적인 임의의 종류의 촉매, 특히 백금, 스트론튬, 나트륨, 망간, 세륨, 철 및/또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
연료에 필요한 첨가제의 양은 일반적으로는 적어도 약 1 ppm 그리고 최대 약 100 ppm이며, 이 양은 연료의 중량에 대한 금속 첨가제 요소의 중량으로 표현된다.
이들 첨가제들은 연료에서 용해 가능하거나 또는 분산 가능한 유기 금속염 또는 유기 금속염들의 혼합물의 형태로 제공될 수 있다. 이들 염들은 그들이 적어도 금속 부분, 및 일반적으로 산 기원의 복합 유기 부분을 포함하고, 조합이 용매 내에서 현탁액인 것을 특징으로 한다.
FBC 첨가제들은 또한 연료에서 용해 가능하거나 또는 분산 가능한 유기금속 착물 또는 유기금속 착물들의 혼합물의 형태로 제공될 수 있다. 이들 착물들은 적어도 하나의 금속 부분 및 적어도 2개의 복합 유기 부분들을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이러한 제품은, 예를 들어 GB 2 254 610에 서술되어 있다.
마찬가지로, FBC 첨가제들은 또한 나노입자들의 콜로이드 분산액 또는 현탁액의 형태, 예를 들어 비정질 또는 결정질 금속 산화물 또는 수산화물의 형태로 제공될 수 있다.
표현 "콜로이드 분산액"은, 본 설명에서, 액상 현탁액으로, 첨가제에 기반한, 콜로이드 치수의 미세 고체 미립자들로 구성된 임의의 시스템을 나타내며, 상기 입자들이 예를 들어 질산염, 아세트산염, 시트르산염, 암모늄 또는 염화물과 같은 결합되거나 흡수된 이온들의 잔여량을 선택적으로 포함하는 것을 추가로 가능하게 한다. 용어 "콜로이드 치수"는 약 1 nm 내지 약 500 nm 사이의 치수를 의미하는 것으로 이해된다. 이들 미립자들은 보다 구체적으로 최대 100 nm의 평균 크기 및 보다 더 구체적으로는 최대 20 nm의 평균 크기를 나타낼 수 있다.
콜로이드 분산액 형태의 FBC 첨가제들의 경우에 있어서, 미립자들은 주기율표의 IIA, IVA, VIIA, VIII, IB, IIB, IIIB 및 IVB 족들로부터 선택된 금속 및/또는 희토류 금속에 기초할 수 있다.
용어 "희토류 금속"은 이트륨으로 구성된 원소족 및 포함적으로 57번 내지 71번 사이의 원자 번호를 갖는 주기율 표의 원소들을 의미하는 것으로 이해된다.
언급된 원소들의 주기율표는 Bulletin de la Societe Chimique de France, No. 1(1966년 1월)의 증보판에 공개된 것이다.
콜로이드 분산액 형태로 사용될 수 있는 이들 첨가제들의 경우, 희토류 금속은 보다 구체적으로 세륨, 란타늄, 이트륨, 네오디뮴, 가돌리늄 및 프라세오디뮴으로부터 선택될 수 있다. 세륨은 매우 특별히 선택될 수 있다. 금속은 지르코늄, 철, 구리, 갈륨, 팔라듐 및 망간으로부터 선택될 수 있다. 철은 매우 특별히 선택될 수 있다. 철은 비정질 또는 결정형 화합물의 형태일 수 있다.
또한 보다 구체적으로, 세륨 및 철의 조합에 기반한 콜로이드 분산액들이 언급될 수도 있다.
콜로이드 분산액들은 보다 구체적으로 다음을 포함할 수 있다:
- 유기상,
- 유기상의 현탁액인 전술된 종류의 첨가제의 미립자들(특히 IIA, IVA, VIIA, VIII, IB, IIB, IIIB 및 IVB 족으로부터 선택된 금속 및/또는 희토류 금속),
- 적어도 하나의 양친매성 제제.
이들 콜로이드 분산액들은 특히 철 또는 철 화합물에 기반한 첨가제를 포함한다.
콜로이드 분산액들은, 특히 다음 특허 출원들에 서술되어 있는 상이한 실시예들에 따라 제공될 수 있다: EP 671 205, WO 97/19022, WO 01/10545, WO 03/053560, WO 2008/116550.
다른 첨가제들
FBC들과는 상이하고 촉매 기능 외의 기능을 갖는 다른 종류들의 공지된 첨가제들이 또한 순환 회로 내에 주입될 수 있다. 이들 첨가제들은 엔진에서 연료 분배를 개선하고/하거나 엔진의 동작 성능을 개선하고/하거나 또한 엔진의 동작 안정성을 개선할 수 있게 한다.
엔진에서 연료 분배를 개선하기 위한 첨가제들은, 예를 들어 유기실리콘류와 같은 발포억제제, 및 저 분자량을 갖는 알콜류 또는 글리콜류와 같은 제상제들(defrosting additives)을 포함한다.
다른 첨가제들은 추운 조건들 하에서 엔진 동작을 개선하는 것들이다. 연료가 탁해지거나 고체로 경화되는 온도를 낮추는 중합체성 첨가제들, 유동을 촉진하는 첨가제들, 이를테면 유체들에서의 난류(turbulence)를 낮추고 유속을 20% 내지 40%만큼 증가시킬 수 있는 고 분자량을 갖는 중합체들이 언급될 수도 있다.
부식 방지제들이 또한 이용될 수 있다.
엔진들의 동작 성능을 개선하기 위한 첨가제들, 이를테면 세탄가(cetane number) 향상제들, 옥탄가 향상제들, 발연 억제제들(smoke inhibitors), 마찰에 의한 손실들을 감소시키는 첨가제들(마찰 개질제(Friction Modifier: FM) 첨가제들로 공지되어 있음), 또는 "극압(extreme pressure)"제들이 또한 사용될 수 있다.
주입기들에서의 임의의 증착을 제한하도록 의도된 세정제들(detergent additives)이 또한 사용될 수 있다. 이것은, 연료가 연료 회로, 특히 고압 연료 주입기들 및 보다 구체적으로는 주입기들의 구멍들에 증착물들을 형성할 수 있기 때문이다. 증착물의 형성 범위는 엔진의 디자인, 특히 주입기들의 특성들, 연료의 조성, 및 엔진에 윤활유를 바르는 데 사용되는 오일의 조성에 따라 변한다. 또한, 이들 세정제들은 연료에서, 예를 들어 연료의 분배를 위한 시스템의 오염으로부터 기인할 수 있거나 또는 지방산 에스테르류의 합성을 위한 공정으로부터 기인하는 미량의 화합물들일 수 있는 금속 화합물들, 이를테면 Zn 또는 Cu의 존재의 부정적인 영향을 감소시키는 데에도 효과적이다.
과도한 증착물들은, 예를 들어 주입기로부터 초래되는 연료 분출의 공기역학(aerodynamics)을 변경할 수 있으며, 그 결과로 공기/연료 혼합을 지연시킬 수 있다. 몇몇 경우들에 있어서, 이것은 과도한 연료 소비, 엔진의 동력 손실 및 오염원들의 방출 증가를 초래한다.
세정제들은 이미 형성된 증착물들을 용해하고 새로운 증착물들의 형성을 방지하기 위해 증착물 전구체들의 형성을 감소시키는 뚜렷한 특징을 나타낸다. 세정제의 예는, 예를 들어 WO 2010/150040에 서술되어 있다.
윤활 동력을 개선하기 위한 첨가제들은 또한 고압 펌프들, 특히 주입기들의 마모 또는 융착(seizing)을 방지하는 데에 사용될 수 있으며, 연료들의 윤활 동력 자체는 보통이다. 그들은 표면에 보호막을 형성하기 위해 금속 표면들에 의해 유인되는 극성기(polar group)를 포함한다.
엔진들의 동작 안정성을 개선하기 위한 첨가제들이 예상될 수 있다. 이것은, 연료들의 불안정성이 주입기들의 파울링에 참여하는 검(gum)들의 형성, 연료 필터의 폐색, 그리고 펌프들 및 주입 시스템의 파울링을 초래하기 때문이다.
다음의 첨가제들이 또한 사용될 수 있다:
- 산화방지제 종류의 첨가제들;
- 안정화제들;
- 특정 금속들의 촉매 효과들을 중성화하는 것에 목표를 둔 금속 탈활성제들;
- 형성된 미립자들을 분산시키고 매우 큰 미립자들의 응집을 방지하는 데 목표를 둔 분산제들.
특정 실시예에 따르면, 첨가제는 세정제 및 윤활제 그리고 선택적으로 부식 억제제의 조합이다.
PF를 구비한 차량의 경우에 있어서, FBC 종류의 첨가제와, 특허 출원 WO 2010/150040에 서술되어 있는 세정제 종류의 적어도 하나의 연료 성능 첨가제를 조합하는 것이 유리할 것이다.
PF를 구비한 차량의 경우에 있어서, 특히 연료가 가변적이고/이거나 평범한 품질인 지리적 영역에서 차량이 판매될 때, FBC 종류의 첨가제와 여러 연료 성능 첨가제들을 조합하는 것이 유리할 것이다.
PF를 구비하지 않은 차량의 경우에 있어서, 하나 이상의 세정제들을 윤활제 및 부식 억제제와 조합한 것과 같은 상이한 종류들의 첨가제들의 조합들이 예상될 수 있다.
이제 예들이 제공될 것이다.
예 1
이 예는, 디젤 엔진에서 FBC 종류의 첨가제의 존재를 검출하기 위해 고정된 파수(wavenumber)(500 nm)에서 시각적 분광학을 이용하는 디바이스의 채용을 설명한다. 이 예에서 사용되는 FBC 첨가제는 특허 출원 WO 2010/150040의 예 3의 분산 C와 같은 철계 미립자들의 콜로이드 현탁액으로 구성된다. 이 촉매 콜로이드 현탁액은, 통상, 2 l의 실린더 용량을 갖는 유로 5 엔진을 구비한 차량들과 같은 특정 차량들의 PF들을 재생하기 위해 연료에서 7 ppm(ppm weight)의 철(금속)의 철 농도를 갖는 연료를 첨가하는 것을 가능하게 하는 농도 범위에서 사용된다.
이 예에서, 4개의 상이한 연료들이 검사되었다:
- 유럽 표준 EN590에 대응하는 상업적 디젤 연료;
- 90%의 EN590 디젤 연료 및 표준 EN14214에 대응하는 지방산 메틸 에스테르(FAME)에 기반한 10%의 바이오디젤을 포함하는 디젤 바이오연료 B10;
- 70%의 EN590 디젤 연료 및 표준 EN14214에 대응하는 지방산 메틸 에스테르(FAME)에 기반한 30%의 바이오디젤을 포함하는 디젤 바이오연료 B30;
- 정유회사 Total로부터의 NATO RF63 연료에 대응하는 등유 분획 연료.
이들 연료들은, 연료에서 5, 6 또는 10 ppmw에 대응하는 FBC 함량을 초래하도록 정확한 양의 FBC 첨가제와 함께 첨가되었다.
첨가 전후의 각각의 연료는 500 nm의 파장에서 분광계에 의해 분석되고, 연료에 의한 흡광이 기록된다. 이들 흡광도들이 아래의 표 1에 제공된다.
첨가제가 없는 연료들은 0.042 내지 0.141 사이에서 변할 수 있는 흡광도들 A1을 갖는다는 것이 밝혀진다. 각각의 경우들에 있어서, 매우 적은 양으로도, FBC 첨가제의 추가는 흡광도의 증가(A2, A3 또는 A4)를 초래하며, 그 증가분은 추가되는 FBC의 양이 커짐에 따라 비례하여 더욱 커진다. 이것은, 500 nm에서 연료의 흡광도의 첨가 전후 비교가, 실제로, 첨가가 있었는지(증가했는지) 또는 없었는지(증가하지 않았는지)를 검출하는 것을 가능하게 한다는 것을 보여준다.
표는, 또한, 고정된 첨가제 함량의 경우, 첨가된 연료와 첨가되지 않은 연료 사이의 흡광도 차이가 연료가 무엇이든지 간에 동일하다는 것을 보여준다: 통상적으로 5 ppm의 철에 대해 0.015 내지 0.016, 10 ppm의 철에 대해 0.031 내지 0.035이고, 6 ppm의 철은 중간의 상대적 흡광도(0.023)를 나타낸다. 차이는 연료 내의 첨가제 함량에 비례한다. 따라서, 흡광도에서의 차이의 값에 의해 첨가의 과잉(또는 결핍)을 검출하는 것이 명백히 가능하다. 이것은, 이 디바이스가 시스템의 추이를 검출하는 것을 가능하게 한다는 것을 보여준다.
상업적 디젤 EN590 디젤 B10 디젤 B30 NATO RF63 연료
A1 = 흡광도
비첨가 연료		 0.141 0.071 0.066 0.042
A2 = 흡광도
5 ppm 철을 포함하는 연료		 0.156 0.087 - 0.057
A3 = 흡광도
6 ppm 철을 포함하는 연료		 - - 0.089 -
A4 = 흡광도
10 ppm 철을 포함하는 연료		 0.176 0.104 - 0.073
A2-A1 = 5 ppm 철로 인한 흡광도 0.015 0.016 - 0.015
A3-A1 = 6 ppm 철로 인한 흡광도 - - 0.023 -
A4-A1 = 10 ppm 철로 인한 흡광도 0.035 0.033 - 0.031
예 2
이 예는, 예 1의 것과 동일한 액체 첨가제의 분배를 위한, 도 3에서 설명된 바와 같은 디바이스와 조합하여 고정된 파수(500 nm)에서 가시적 분광학을 이용하는 디바이스의 채용을 예시하며, 분광계는 연료 탱크에서 측정을 수행하고, 분배 디바이스는 첨가제를 연료 회로의 회수선 내로 주입한다.
주입 디바이스는 6 mm의 연료선(13)의 주입 단면을 나타내며, 160 l/h의 연료의 순환 유속의 경우, 연료의 압력에 대해 첨가제가 16 mbar의 압력차를 겪게 하는 5.06 mm 직경을 갖는 벤투리관(21)을 포함한다. 첨가제는 21 mm의 길이 및 0.6 mm의 직경을 갖는 첨가제 분배 채널(16b)에 의해 연료 내에 분배된다.
주입 디바이스는 탱크로의 각각의 연료 추가 후에, 연료에서 4 ppm의 철의 불변 농도를 달성하도록 첨가제의 임의의 양을 주입하기 위해 조절된다.
연료(표준 EN590에 대응하는 상업적 디젤)의 분석이, 첨가제의 각각의 주입 시작 전에 그리고 첨가제의 각각의 주입 종료 후에, 차량에 설치된 가시적 분광계에 의해 수행된다.
차량에서의 오작동을 시뮬레이션하기 위해, 첨가제의 주입을 위한 디바이스가 차량의 연료 탱크의 제4 충진 전에 연료 회로로부터 분리되었다.
A1: 흡광도
연료의 추가 후 그리고 첨가제의 주입 전의 연료		 A2: 흡광도 연료의 추가에 이은 첨가제 주입 후의 연료 A2-A1:
첨가제의 제1 주입 0.143 0.149 0.007
첨가제의 제2 주입 0.142 0.148 0.008
첨가제의 제3 주입 0.143 0.150 0.009
첨가제의 제4 주입 0.143 0.142 -0.001
처음 3회의 주입 동안, 흡광도 신호는 첨가제의 추가 동안에 증가한다(A2 > A1)는 것이 밝혀진다(표 2). 첨가제의 추가에 따른 흡광도 차이는 처음 3회의 추가들(A2-A1)에 걸쳐서 매우 유사하다.
반면, 첨가제의 주입을 위한 디바이스가 제4 주입 동안에 우회되었을 때, 이론적 첨가 후의 연료의 흡광도가 증가하지 않았다는 것이 밝혀지는데, 이는, 흡광도의 차이 A2-A1이 거의 0이 되어서, 첨가제 주입 시스템의 오작동을 검출하는 시스템의 능력을 입증한다.

Claims (31)

  1. 내연 기관을 갖춘 차량을 위한 연료에 적어도 하나의 첨가제를 첨가하기 위한 디바이스의 오작동을 진단하기 위한 방법이며,
    - (a) 연료에서의 첨가제의 함량 변동을 측정하기 위한 연료의 분석 단계;
    - (b) 선행 단계 동안에 측정된 첨가제의 함량 변동과 이 함량에서의 이론적 변동 사이의 비교 단계;
    - (c) 상기 측정된 변동과, 상기 첨가제의 이 함량에서의 이론적 변동 사이의 차이가 고정 값을 초과할 때 데이터를 전송하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 디바이스의 오작동을 진단하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 단계(c)는
    - 첨가 디바이스;
    - 차량의 전자적 중앙 처리 유닛; 및
    - 차량의 고장을 진단하기 위한 중앙 시스템
    중 적어도 하나의 구성소자에 데이터를 전송함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 첨가제는 미립자 필터의 재생을 돕기 위한 첨가제, 엔진에서 연료의 분배를 개선하기 위한 첨가제, 엔진의 동작 성능을 개선하기 위한 첨가제, 및 엔진의 동작 안정성을 개선하기 위한 첨가제로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 연료에서의 첨가제의 함량 변동의 측정은, 첨가 후의 연료의 분석에 의해 획득되는 값으로부터 첨가 전의 연료의 분석에 의해 획득되는 값을 감산함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 내연 기관을 갖춘 차량을 위한 연료 첨가 및 진단 시스템이며,
    - 차량의 엔진의 연료 순환 회로에 적어도 하나의 첨가제를 분배하기 위한 디바이스;
    - 연료에서의 첨가제의 함량을 측정하기 위한 연료의 분석을 위한 디바이스;
    - 상기 분석 디바이스에 의해 획득되는 연료의 분석 결과의 함수로서 데이터를 전송하는 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 첨가 및 진단 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 연료의 분석을 위한 디바이스는 분광계 디바이스인 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 첨가제 분배 디바이스는,
    - 첨가제를 포함하는 탱크(12),
    - 연료 순환 회로(1)와 소통하고, 상기 첨가제를 포함하는 탱크(12)가 내부에 삽입된 챔버(22)로서, 상기 챔버(22)와 상기 탱크(12) 사이의 적어도 하나의 이동 가능한 누설방지(leaktight) 벽(32, 33, 34)은, 한편으로는 누설방지 분리를 제공하고 다른 한편으로는 상기 탱크(12) 내의 첨가제와 상기 챔버(22) 내의 연료 사이에 동일한 압력을 유지시키는 것인 챔버(22),
    - 탱크(12) 및 연료 순환 회로(1)에 접속되고 연료 순환 회로(1)에 첨가제를 분배하는 것을 가능하게 하는, 첨가제를 주입하기 위한 수단으로서, 탱크(22) 및 연료 순환 회로(1)를 접속시키는 분배 채널(16, 16a, 16b)을 포함하는 수단
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 첨가제 탱크(12)는 가요성 백(32)의 형태로 제공되고, 상기 가요성 백(32)은 이동 가능한 누설방지 벽을 구성하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 이동 가능한 누설방지 벽은 막(33)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제7항에 있어서, 이동 가능한 누설방지 벽은 피스톤(34)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  11. 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 첨가제 분배 디바이스는 연료 주입 오리피스(13), 연료 배출 오리피스(14), 첨가제 분배 오리피스(17), 및 연료 주입 오리피스(13) 또는 연료 배출 오리피스(14)와 첨가제 분배 오리피스(17) 사이에 압력차를 생성하기 위한 수단(21, 25)을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 압력차를 생성하기 위한 수단은 다이어프램 또는 벤투리관(21)의 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  13. 제11항에 있어서, 압력차를 생성하기 위한 수단은 필터링 요소(25)의 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  14. 제7항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 첨가제의 분배를 위한 채널(16, 16a, 16b)의 전체 또는 부분 실링을 위한 수단(15)을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  15. 제14항에 있어서, 첨가제의 분배를 위한 채널을 실링하기 위한 수단(15)은 전기기계적 수단인 것을 특징으로 하는 시스템.
  16. 제7항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 첨가제 분배 디바이스는 적어도 하나의 필터링 요소(25)를 포함하는, 연료의 여과를 위한 디바이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  17. 제16항에 있어서, 필터링 요소(25)는 환형 형상이고, 첨가제 탱크(12)는 상기 필터링 요소(25) 내부에 동심으로 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  18. 제16항에 있어서, 필터링 요소(25)는 환형 형상이고, 첨가제 탱크(12)는 필터링 요소(25) 외부에 동심으로 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  19. 제16항에 있어서, 필터링 요소(25) 및 첨가제 탱크(12)는 축의 방향으로 중첩되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  20. 제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 연료 탱크(2)와 필터링 요소(25) 사이에 위치하며 여과되지 않은 연료가 순환하는 상류 측(28), 및 필터링 요소(25)와 내연 기관 사이에 배치되며 여과된 연료가 순환하는 하류 측(29)을 제한하는 필터링 요소(25)를 연료가 가로지르는 것, 그리고 첨가제는 상류 측(28)으로부터 확산되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  21. 제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 연료 탱크(2)와 필터링 요소(25) 사이에 위치하며 여과되지 않은 연료가 순환하는 상류 측(28), 및 필터링 요소(25)와 내연 기관 사이에 배치되며 여과된 연료가 순환하는 하류 측(29)을 제한하는 필터링 요소(25)를 연료가 가로지르는 것, 그리고 첨가제가 하류 측(29)으로부터 확산되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  22. 제5항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 첨가제 분배 디바이스는 첨가제가 내연 기관의 연료 회수선(6) 내로, 주입 시스템의 하류로, 그리고 연료 탱크(2)를 향해 확산되도록 위치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  23. 제16항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 이동 가능한 벽(32, 33, 34)은 첨가제 탱크(12)와 상류 측(28) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  24. 제16항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 이동 가능한 벽(32, 33, 34)은 첨가제 탱크(12)와 하류 측(29) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  25. 제16항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 첨가제 분배 디바이스는, 한편으로는 연료 순환 회로(1)에 영구적으로 맞춰지도록 의도되며 연료 순환 회로(1) 내로 첨가제를 분배하기 위한 채널(17)을 포함하는 확산 헤드(10)를 포함하며, 다른 한편으로는 필터링 요소(25), 첨가제 탱크(12) 및 이동 가능한 누설방지 벽(32)을 포함하되 탈착 가능한 방식으로 상기 확산 헤드(10)에 맞춰지는 카트리지(11)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  26. 제5항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 첨가제는 주기율표의 IIA, IVA, VIIA, VIII, IB, IIB, IIIB 및 IVB 족으로부터 선택된 금속 및/또는 희토류 금속에 기반한 미립자 필터의 재생을 위한 첨가제인 것을 특징으로 하는 시스템.
  27. 제26항에 있어서, 첨가제는 콜로이드 분산액의 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  28. 제27항에 있어서, 첨가제는 콜로이드 분산액의 형태로 제공되고, 콜로이드 분산액의 미립자는 세륨 및/또는 철에 기반하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  29. 제27항 또는 제28항에 있어서, 첨가제는 유기상 및 적어도 하나의 양친매성 제제를 포함하는 미립자의 콜로이드 분산액과 세정제의 조합인 것을 특징으로 하는 시스템.
  30. 제5항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 첨가제는 엔진에서 연료의 분배를 개선하고/하거나 엔진의 동작 성능을 개선하고/하거나 엔진의 동작 안정성을 개선하는 것을 가능하게 하는 첨가제인 것을 특징으로 하는 시스템.
  31. 제5항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 첨가제는 세정제와 윤활제의 조합인 것을 특징으로 하는 시스템.
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