KR20170102303A - 내연 엔진, 연소 시스템, 및 관련된 방법 및 제어 방법 및 시스템 - Google Patents

내연 엔진, 연소 시스템, 및 관련된 방법 및 제어 방법 및 시스템 Download PDF

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Abstract

여기서 개시된 실시예들은 내연 엔진들, 이런 내연 엔진들을 포함하는 연소 시스템들, 및 연소 엔진의 작동을 제어하는 제어방법에 관련되어 있다. 내연 엔진은 연료, 공기, 연료-공기 혼합물 또는 이들의 조합을 하나 또는 그 이상의 실린더들로 분사하기 위한 하나 또는 그 이상의 메커니즘들을 포함할 수 있으며, 제어방법은 이런 메커니즘들을 작동시키거나 그 작동을 이끌 수 있다.

Description

내연 엔진, 연소 시스템, 및 관련된 방법 및 제어 방법 및 시스템
본원은 그 개시가 전체로서 여기에 통합되어 있는 2014년 12월 29일 출원된 미국 가출원 제62/097,495호와 2014년 12월 29일 출원된 미국 가출원 제62/097,506호의 우선권을 주장한다.
본 개시는 기체 연료, 액체 연료, 고체 연료 및 이들의 조합으로 작동될 수 있는 내연 엔진에 관련되어 있다.
일반적으로, 내연 엔진은 임의의 구성과 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 내연 엔진은 직렬(in-line) 배치, 플랫(flat, 복서[boxer]라고도 알려져 있는) 배치, 그리고 V 배치와 같은 다양한 피스톤 레이아웃을 구비할 수 있다. 또한, 내연 엔진은 로터리 구성을 가질 수도 있다. 내연 엔진의 구성 및/또는 작동을 개선하는 것은 개선되거나 더욱 효율적인 작동, 향상된 편리한 생활, 감소된 작동 비용 등을 이끌어낼 수 있다.
따라서, 내연 엔진의 사용자 및 제조자들은 그 향상을 추구하기를 지속하고 있다.
여기서 설명된 실시예들은 적어도 하나의 연소 챔버, 출력축 및 연료의 연소 과정에서 생성된 에너지를 출력축에서의 기계적인 출력으로 전환(예컨대, 연소 챔버 내에서 압력 증가를 출력축의 회전으로 전환)하기 위한 에너지 전환 메커니즘을 포함하는 내연 엔진으로 지향된다. 일실시예에서, 연료와 산화제가 연소 챔버 내로 분사되며 연소 반응이 그 안에서 압력 증가를 만들어낸다; 엔진은 연소 챔버 내에서 증가된 압력을 출력축의 회전과 같은 기계적인 에너지로 전환하도록 구성된 하나 또는 그 이상의 에너지 전환 메커니즘을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 실시예는 출력축과 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들을 구비한 연소 엔진을 포함한다. 또한, 이런 연소 엔진은 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들의 대응하는 하나하나에 각각 배치된 하나 또는 그 이상의 전환 메커니즘을 포함한다. 하나 또는 그 이상의 전환 메커니즘들은 연소 챔버에서 압력 증가를 출력축의 회전으로 전환하도록 구성되어 있다. 이런 연소 엔진은 또한 연료 공급원으로 작동 가능하게 연결되고 연료를 연소 챔버로 직접 분사하도록 구성된 하나 또는 그 이상의 연료 분사기를 포함한다. 이에 더하여, 이런 연소 엔진은 산화제 공급원으로 작동 가능하게 연결되고 산화제를 연소 챔버로 분사하도록 구성된 하나 또는 그 이상의 산화제 분사기를 포함한다.
본 개시는 또한 하나 또는 그 이상의 추가적인 또는 대안적인 실시예들에 따른 연소 엔진에도 개입되어 있다. 이런 연소 엔진은 그 안에 하나 또는 그 이상의 실린더들을 포함하는 엔진 블록을 포함한다. 이런 연소 엔진은 또한 엔진 블록에 회전가능하게 고정된 크랭크축과 하나 또는 그 이상의 실린더들 내에 이동 가능하게 배치되고 크랭크축에 작동 가능하게 연결된 하나 또는 그 이상의 피스톤들을 포함한다. 게다가, 이런 연소 엔진은 하나 또는 그 이상의 실린더들 중 대응하는 하나하나로 방해받지 않고 개방된 하나 또는 그 이상의 연료 분사 포트들과, 하나 또는 그 이상의 실린더들 중 대응하는 하나하나로 방해받지 않고 개방된 하나 또는 그 이상의 산화제 분사 포트들을 포함한다. 이런 연소 엔진은 나아가서 하나 또는 그 이상의 산화제 분사 포트들 중 대응하는 하나하나에 배치되고 대응하는 하나 또는 그 이상의 실린더들로 산화제를 분사하도록 구성된 하나 또는 그 이상의 산화제 분사기를 더 포함한다.
적어도 하나의 실시예는 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들과 연소 챔버 내에서 연료의 연소에 응답하여 회전할 수 있는 출력축을 포함하는 내연 엔진을 작동시키기 위한 컨트롤러에 개입되어 있다. 이 컨트롤러는 프로세서와, 이 프로세서에 결합되고 컴퓨터 실행 가능한 지침들을 포함하고 있는 메모리를 포함한다. 또한, 프로세서에 의한 컴퓨터 실행 가능한 지침의 실행은 컨트롤러로 하여금 내연 엔진의 작동 파라미터에 관련된 하나 또는 그 이상의 작동 입력들을 수신하고 하나 또는 그 이상의 센서들로부터의 하나 또는 그 이상의 입력들을 수신하는 동작을 수행하도록 한다. 이에 더하여, 프로세서에 의한 컴퓨터 실행 가능한 지침들의 실행은 컨트롤러로 하여금 내연 엔진의 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들로 분사될 공기의 양을 결정하고 내연 엔진의 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들로 직접 공기를 분사하는 하나 또는 그 이상의 공기 분사기들을 작동시키는 동작을 수행하도록 한다.
실시예들은 또한 내연 엔진과 컨트롤러를 포함하는 컴퓨터 제어 내연 엔진 시스템을 포함한다. 내연 엔진은 출력축, 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들 및 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들에서의 압력 증가를 출력축의 회전으로 전환하도록 구성된 에너지 전환 메커니즘을 포함한다. 내연 엔진은 또한 출력축으로부터 기계적으로 결합 해제되어 있으며 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들 중 대응하는 하나하나에 작동 가능하게 연결되고 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들로 공기를 방해받지 않고 분사하도록 구성된 하나 또는 그 이상의 공기 분사기들도 포함한다. 컨트롤러는 하나 또는 그 이상의 공기 분사기들에 작동 가능하게 결합되어 있다. 또한, 컨트롤러는 내연 엔진의 작동 파라미터와 관련된 하나 또는 그 이상의 작동 입력들을 수신하고 하나 또는 그 이상의 센서들로부터의 하나 또는 그 이상의 입력들을 수신하도록 구성된다. 컨트롤러는 또한 내연 엔진의 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들로 분사될 공기의 양을 결정하고, 하나 또는 그 이상의 공기 분사기들이 내연 엔진의 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들로 공기를 직접 분사하도록 작동시키도록 구성된다.
하나 또는 그 이상의 실시예들은 내연 엔진의 작동 방법을 포함한다. 이 방법은 내연 엔진의 작동 파라미터에 관련된 하나 또는 그 이상의 작동 입력들을 수용하는 단계와 하나 또는 그 이상의 센서들로부터의 하나 또는 그 이상의 입력들을 수신하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 내연 엔진의 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들로 분사할 공기의 양을 결정하는 단계와, 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들에 작동 가능하게 연결된 하나 또는 그 이상의 공기 분사기들을 작동시킴으로써 내연 기관의 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들로 선택된 및/또는 미리 결정된 양의 공기를 분사하는 단계도 포함한다. 이 방법은 나아가서 내연 엔진의 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들로 선택된 및/또는 미리 결정된 양의 연료를 분사하는 단계와 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들 내에서 연료를 연소시키고 이로써 내연 엔진의 출력축을 회전시키는 단계를 더 포함한다.
개시된 실시예들 중 임의의 것으로부터의 특징들은 제한 없이 서로 조합되어 사용될 수 있다. 이에 더하여, 본 개시의 다른 특성들 및 장점들이 이어지는 상세한 설명 및 첨부된 도면들을 고려함으로써 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자들에게 명확해질 것이다.
도면들이 몇가지 실시예들을 설명하는데, 여기서 동일한 참조 번호들은 동일하거나 유사한 구성요소 또는 특성들을 도면들에 나타낸 다른 관점 또는 다른 실시예에서 언급하고 있다.
도 1은 일실시예에 따른 내연 엔진의 전방 사시도이다.
도 2는 도 1의 내연 엔진의 측면도이다.
도 3은 도 1의 내연 엔진의 후방 사시도이다.
도 4는 도 1의 내연 엔진의 길이방향 부분 단면도이다.
도 5는 도 1의 내연 엔진의 횡단방향 부분 단면도이다.
도 6은 일실시예에 따른 연료 시스템의 개략 블록 다이어그램이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 연료 시스템의 개략 블록 다이어그램이다.
도 8은 일실시예에 따른 공기 시스템의 개략 블록 다이어그램이다.
도 9는 일실시예에 따른 내연 엔진의 작동 제어 방법의 순서도이다.
도 10은 다른 실시예에 따른 내연 엔진의 작동 제어 방법의 순서도이다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 내연 엔진의 작동 제어 방법의 순서도이다.
도 12는 일실시예에 따른 컨트롤러의 블록 다이어그램이다.
여기서 설명되는 실시예들은 적어도 하나의 연소 챔버, 출력축 및 연료의 연소 과정에서 생성된 에너지를 출력축에서의 기계적인 출력으로 전환하는 (즉, 연소 챔버 내의 압력 증가를 출력축의 회전으로 전환하는) 에너지 전환 메커니즘을 포함하는 내연 엔진으로 이끌어진다. 일실시예에서, 연료와 산화제는 연료 챔버 내로 분사되며 연소 반응이 그 안에서 압력 증가를 만들어낸다; 엔진은 연소 챔버 내의 증가된 압력을 출력축의 회전과 같은 기계적 에너지로 전환하도록 구성된 하나 또는 그 이상의 에너지 전환 메커니즘을 포함할 수 있다.
일반적으로, 연소 챔버 및/또는 에너지 전환 메커니즘은 한 실시예와 다음 실시예에서 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 내연 엔진은 하나 또는 그 이상의 실린더들과, 그 연소 챔버를 규정하거나 형성하는 상응하는 피스톤들을 포함할 수 있다. 에너지 전환 메커니즘은 연료와 공기 혼합물의 연소에 응답하여 실린더들 내에서 움직일 수 있는 피스톤들을 포함할 수 있다. 피스톤들은 그 직선형/왕복운동형 움직임이 크랭크축의 회전으로 전환될 수 있도록 출력축 상에(예컨대 크랭크축 상에) 회전가능하게 장착될 수 있다. 이를 대체하여 또는 이에 더하여, 엔진은 연소 챔버 내의 연소 및/또는 압력 증가에 응답하여 직선적으로 움직여질 수 있고 및/또는 왕복운동할 수 있는 직선형 출력 메커니즘을 포함할 수 있다.
이를 대체하여 또는 이에 더하여, 내연 엔진은 로터리 엔진(예컨대 방켈 엔진 등)일 수 있으며, 연소 과정에서 생성된 에너지를 출력축의 회전으로 전환할 수 있는 비-왕복운동형(non-reciprocating) 메커니즘(들)로서 적어도 부분적으로 형성되거나 규정되는 연소 챔버를 포함할 수 있다. 예를 들어, 엔진의 연소 챔버가 로터와 하우징에 의해 그리고 로터와 하우징 사이에서 형성되거나 규정될 수 있다(예컨대 방켈 엔진의 경우). 따라서, 예컨대 에너지 전환 메커니즘이 연료의 연소 과정 및/또는 연료의 연소 후에 하우징 내에서 생성된 압력 증가에 응답하여 출력축을 회전시킬 수 있는 로터를 포함할 수 있다.
몇몇 예에서, 하나 또는 그 이상의 피스톤들을 포함하는 왕복운동형 내연 엔진의 4행정 사이클에서, 공기와 연료가 피스톤을 밀어내리면서 실린더의 상측 단부로 진입할 수 있고 피스톤들의 상승 스트로크 과정에서 피스톤들이 상승하면서 압축될 수 있다. 이 혼합물은 실린더 내에서 점화되고 연소되는데, 이는 피스톤으로 하여금 그들의 다음번 하강 스트로크를 이행하도록 강제한다. 마지막 상승 스트로크는 연소로부터 귀결된 가스들을 배출하며 이후에 다음번 흡입 스트로크가 수행된다. 일반적으로, 공기는 피스톤의 하강 스트로크 과정에서 개방될 수 있는 하나 또는 그 이상의 흡입 밸브들을 통해 엔진의 연소 챔버로 진입한다. 또한, 연료가 실린더 내로 전달되며 흡입 밸브가 닫힌 후에 위에 설명한 사이클이 수행된다.
통상적인 엔진에서, 각각의 실린더는 흡입 밸브에 의해 제어되는 적어도 하나의 연료-공기 흡입 포트와, 역시 배기 밸브에 의해 제어될 수 있는 배기 가스를 위한 적어도 하나의 배기 포트를 구비할 수 있다. 몇몇 통상적인 엔진들은 둘 또는 그 이상의 흡입 밸브들 및/또는 둘 또는 그 이상의 배기 밸브들을 구비할 수 있다. 일반적으로, 흡입 밸브들 및/또는 배기 밸브들은 엔진의 사이클 과정에서 정확한 시점에 개방되고 폐쇄될 수 있는데, 여기에 복잡한 타이밍 연결부(예컨대 벨트, 체인 등)와 흡입 밸브들 및/또는 배기 밸브들을 구동할 수 있는 캠들이 개입될 수 있다. 예를 들어 타이밍 벨트가 엔진의 크랭크축을, 크랭크축의 회전 및 대응하는 실린더들 내에서의 피스톤들의 위치에 기초하여(즉, 피스톤 위치들을 흡입 밸브 및 배기 밸브 개방 및 폐쇄에 맞춤) 흡입 밸브들 및/또는 배기 밸브들을 개방하고 폐쇄할 수 있는 캠축에 연결할 수 있다. 몇몇 통상적인 엔진들은 전기적으로 제어되고 및/또는 작동되는 흡입 밸브들 및/또는 배기 밸브들을 포함할 수 있다.
몇몇 예에서, 통상적인 엔진은 연료 분사기가 실린더 내로 연료를 직접 공급하는 가솔린 직접 분사(Gasoline Direct Injection, GDI) 시스템을 구비할 수 있다. GDI 시스템을 가진 통상적인 엔진들은 공기 흡입을 위해 개방돌 수 있는 흡입 밸브들(예컨대, 포핏 밸브(poppet valve) 또는 스템 밸브(stem valve))과 가스 배출을 위해 개방될 수 있는 배기 밸브들을 포함할 수 있다. 따라서, 이런 엔진들은 엔진의 사이클 과정에서 흡입 밸브들 및 배기 밸브들의 개방과 폐쇄의 타이밍을 맞추기 위해 타이밍 메커니즘과 캠축을 구비할 수 있다.
일반적으로, 위에서 언급된 바와 같이, 여기서 설명된 하나 또는 그 이상의 실시예들에 따른 내연 엔진은 하나 또는 그 이상의 챔버들을 포함한다(예컨대, 내연 엔진은 연소 챔버들을 포함할 수 있고 임의의 적절한 방식으로 배열될 수 있으며 임의의 적절한 크기를 가질 수 있는 하나 또는 그 이상의 실린더들을 구비할 수 있다). 일실시예에서, 연소 시스템은 연료, 공기, 연료-공기 혼합물 또는 이들의 조합을 내연 기관의 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들로(예컨대 실린더들, 방켈 엔진 등과 같은 로터리 엔진의 연소 챔버(들)로) 분사하기 위한 하나 또는 그 이상의 메커니즘들을 포함한다. 이에 더하여, 몇몇 예들에서, 분사된 연료, 공기, 연료-공기 혼합물 또는 이들의 조합의 양이 내연 엔진의 작동 과정에서 정확하게 측정 및/또는 제어됨은 물론 조절될 수 있다. 여기서 일반적으로 "공기"에 대해 언급되지만, 임의의 적절한 산화제가 연료와 함께 혼합되거나 및/또는 실린더들로 분사될 수 있다는 것을 알아야 한다(예컨대, 산소(O2)).
또한, 몇몇 실시예들에서, 내연 엔진에서 움직이는 부분들을 감소시키는 것(통상적인 연소 엔진과 비교하여)은 작동 과정에서 기계적인 손실(예컨대, 다양한 부품들의 마찰로부터 귀결되는 손실)을 감소시키고, 내연 엔진의 중량을 줄이며, 및/또는 다르게는 그 효율을 향상시킬 수 있다. 이를 대체하여 또는 이에 더하여, 적어도 한 실시예에서, 내연 엔진은 조립하거나 및/또는 작동 과정에서 관리하기에 더 간단하거나 저비용일 수 있다.
일실시예에서, 내연 엔진은 연소 챔버(들)로(예컨대 실린더들로) 연료를 직접 분사하는 하나 또는 그 이상의 연료 분사기들을 포함한다. 이에 더하여, 몇몇 실시예들에서, 내연 엔진은 연소 챔버(들)로(예컨대 내연 엔진의 실린더들로) 공기를 직접 분사할 수 있는 하나 또는 그 이상의 공기 분사기들을 포함한다. 예를 들어, 통상적인 엔진에 비하여, 여기서 설명되는 내연 엔진은 연소 챔버(들)로의 공기 유동을 개방 및/또는 폐쇄하기 위한 어떠한 흡입 밸브들도 구비하지 않을 수 있다.
하나 또는 그 이상의 실시예에 따르면, 공기 분사기들은 연소 챔버의 상태와는 독립적으로 작동될 수 있다(예컨대, 피스톤 위치 및/또는 크랭크축의 회전과 독립적으로). 예를 들어, 연소 사이클의 일부분들에서, 내연 엔진은 연소 챔버 내의 연료 및/또는 공기를 압축할 수 있다(예컨대, 피스톤의 상승 스트로크 과정에서). 바꾸어 말해, 공기, 연료, 연료-공기 혼합물은 연소 사이클 과정 중 임의의 시점에서 연소 챔버로 분사될 수 있다(예컨대, 피스톤이 실린더 내에서 임의의 적절한 위치에 위치할 때).
일실시예에서, 내연 엔진은 연소 챔버로부터 연소 가스를 배기하기 위한 하나 또는 그 이상의 배기 포트들을 포함한다. 몇몇 작동 조건 하에서, 배기 포트들은 출력축의 회전과는 독립적으로 작동할 수 있다(예컨대, 크랭크축의 회전 및/또는 실린더(들) 내에서 피스톤 위치의 왕복운동과 독립적으로). 예를 들어, 하나, 몇몇 또는 각각의 실린더가 전용의 배기 포트를 포함할 수 있으며 배기 밸브(예컨대, 전기-기계적 밸브)가 배기 포트(들)를 통해 상응하는 실린더(들)로부터 배기 가스의 유동을 제어할 수 있다.
적어도 한 실시예에서, 내연 엔진의 하나, 몇몇 또는 각각의 실린더들은 연료 분사 포트, 공기 분사 포트 및 배기 포트를 포한하는데, 이들 각각은 각각의 실린더들과 유체 연통되어 있다. 더욱 특정적으로, 연료는 연료 분사 포트를 통해 실린더로 분사될 수 있고, 공기는 공기 분사 포트를 통해 실린더로 분사될 수 있으며, 배기 가스는 배기 포트를 통해 실린더를 빠져나갈 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 상응하는 포트들에서 연료 분사, 공기 분사 및 가스 배기를 제어하는 밸브들은 서로 독립적으로 작동할 수 있다. 이에 더하여, 연소 챔버로 분사되는 공기 및/또는 연료의 양은 그 분사에 앞서 결정되거나 및/또는 사전 설정될 수 있다.
예를 들어, 공기 분사 포트들에서 하나 또는 그 이상의 밸브들 또는 분사기들은, 선택된(예컨대, 계산된) 및/또는 미리 결정된 양의 공기를 실린더로 분사하기 위해 선택된(예컨대, 계산된) 및/또는 미리 정해진 양의 시간 동안 개방될 수 있다(예컨대, 밸브들은 전기적으로 또는 전자기적으로 작동될 수 있거나 유압적으로 작동될 수 있는 등). 몇몇 실시예들에서, 내연 엔진의 하나, 몇몇 또는 모든 실린더들은 다중 연료 분사 포트들, 다중 공기 분사 포트들, 다중 배기 포트들 또는 이들의 조합을 구비할 수 있다.
몇몇 실시예들에 대해 위에서 언급된 바와 같이, 내연 엔진은 연소 사이클 과정에서 상응하는 실린더들 내에서 왕복운동하는 왕복운동형 피스톤들을 포함한다. 일반적으로, 실린더들 내에서 피스톤들의 왕복운동 움직임은 크랭크축의 회전을 만들어낼 수 있다. 따라서, 크랭크축의 분당 회전수(RPM)는 엔진의 실린더들의 하나, 몇몇 또는 전부에서의 피스톤들의 왕복운동 횟수 또는 사이클의 횟수와 비례할 수 있다. 통상적인 엔진에서, 스프링 작동식 밸브들의 개방 및/또는 폐쇄는 한 실린더 내에서 피스톤의 사이클들의 빈도를 제한할 수 있다(예컨대, 밸브 개방들의 빈도가 증가하면서 밸브들을 폐쇄하는 스프링들이 적절한 시간 내에 밸브를 폐쇄하지 못하거나 및/또는 밸브들이 제자리를 잡지 못할 수 있다); 이것은 결국 통상적인 엔진에 대해 RPM의 작동 범위를 제한할 수 있다. 그러나 이와 대조적으로, 여기서 설명되는 내연 엔진은 임의의 적절한 RPM 범위로 작동할 수 있다. 예를 들어, 내연 엔진에서 실린더들로의 직접 공기 분사(및 밸브들과 스프링들의 부재)는 더 높은 RPM에서 엔진의 작동을 용이하게 할 수 있다(통상적인 엔진과 비교하여(예컨대, 유사한 수의 실린더 및/또는 행정체적을 가진)).
도 1은 일실시예에 따른 내연 엔진(10)의 전방 사시도이다. 도시된 실시예에서, 엔진(10)은 직선으로 배열된 6개의 직렬 실린더들을 구비한 블록(12)을 포함하는데, 이들은 적어도 부분적으로 엔진(10)의 연소 챔버들을 규정한다. 그러나 위에서 논의한 바와 같이 엔진이 임의의 수의 실린더들 및 임의의 수의 적절한 실린더 배열(예컨대, V, 로터리, 복서 등)을 가질 수 있다는 점을 알아야 한다.
위에서 설명된 바와 같이, 엔진(10)은 일반적으로 연소 챔버, 그 안에서 연료를 연소하기 위한 메커니즘, 및 연소 과정에서 만들어진 에너지를 기계적 에너지(예컨대, 출력축의 회전)로 전환하기 위한 메커니즘을 포함한다. 예를 들어, 엔진(10)의 연소 챔버들이 실린더들 및 상응하는 피스톤들에 의해 규정되기는 하지만, 엔진은 임의의 수의 적절히 구성된 연소 챔버들을 구비할 수 있다는 점 역시 이해되어야 한다. 몇몇 실시예들에서, 엔진은 단일한 실린더로부터 구동되는 및/또는 단일한 실린더 내에서 작동하는 다중적인 피스톤들(예컨대, 둘, 셋 등)을 구비할 수 있는데, 이들은 종합적으로 연소 챔버를 규정할 수 있다. 이에 더하여, 위에서 언급된 바와 같이, 하나 또는 그 이상의 실시예들에서, 엔진은 비-왕복운동형 및/또는 피스톤 없는 엔진일 수 있으며, 연소 과정에서 생성된 압력을 회전 움직임으로 직접 전환할 수 있다(예컨대, 웨이브 디스크 엔진, 방켈 엔진 등).
위에서 언급된 바와 같이, 엔진은 출력축을 포함할 수 있다. 예를 들어, 엔진(10)은 블록(12)에 회전 가능하게 배치되거나 및/또는 블록(12)에 고정될 수 있는 크랭크축(13)을 포함한다. 이에 더하여, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 몇몇 실시예들에서 피스톤들은 상응하는 실린더들 안에서 왕복운동하여 크랭크축(13)의 회전을 만들어낸다. 몇몇 예들에서, 피스톤들은 크랭크축(13)에 회전 가능하게 연결되어 있고, 그 왕복운동은 크랭크축(13)의 상응하는 회전을 만들어낸다. 일반적으로, 크랭크축(13)은 임의의 수의 적절한 장치들 또는 시스템들에 연결될 수 있으며 거기로 회전 출력을 제공할 수 있다.
일실시예에서, 실린더들 내에서 피스톤들의 왕복운동 움직임은 실린더 내에서 연료와 산화제(예컨대, 공기)의 연소로부터 생성된다. 예를 들어, 실린더들은 연소 과정에서 적어도 부분적으로 실링되고 연소로부터 생성된 압력은 상응하는 피스톤들에 힘을 가하며, 따라서 그들의 선형이고 왕복운동형인 움직임을 만들어낸다(위에서 언급된 바와 같이). 예를 들어, 엔진(10)은 블록(12)에 연결되거나 블록(12)에 통합된 실린더 헤드(14)를 포함하고, 실린더 헤드(14)와 블록(12)은 집합적으로 실린더들 내에서 연료와 공기의 연소 과정에서 실질적으로 압력 기밀 환경을 형성할 수 있는 방식으로 실린더들을 실링하거나 폐쇄한다.
몇몇 예들에서, 블록(12)과 실린더 헤드(14) 사이의 실링을 용이하게 하기 위해, 헤드 개스킷(head gasket)이 그 사이에 배치될 수 있다. 그러나 엔진은 임의의 수의 적절한 구성들을 구비할 수 있으며, 몇몇 예에서는 헤드 개스킷을 필요로 하지 않을 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 예를 들어, 블록(12)과 실린더 헤드(14)가 통합적으로 형성될 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 공기, 연료, 연료-공기 혼합물 또는 이들의 조합이 하나 또는 그 이상의 실린더들로 직접적으로 분사될 수 있다. 예를 들어, 엔진(10)은 상응하는 실린더들에 작동 가능하게 연결된 연료 라인들(24)을 포함하여 연료가 연료 라인을 통해 실린더들 내로 직접적으로 분사될 수 있다. 하나, 몇몇 또는 모든 실린더들이 거기에 작동 가능하게 연결된 임의의 적절한 수의 연료 라인들을 포함할 수 있다는 점을 이해하여야 한다.
일실시예에서, 엔진(10)은 연료 센서(28)(예컨대, 옥탄 센서)를 포함한다. 적어도 한 실시예에서, 연료 센서(28)는 연료의 타입을 감지하기 위해 연료 라인들(24)에 작동 가능하게 연결되어 있다. 따라서, 예컨대 엔진은 임의의 적절한 연료를 받아들일 수 있다(예컨대, 센서(28)에 의해 감지되거나 및/또는 식별될 수 있는 임의의 연료). 예컨대, 연료 센서(28)는 가솔린(휘발유), 에탄올, 디젤, 액화 천연 가스(LNG), 액화 석유 가스(LPG), 수소 등을 구별할 수 있다. 하나, 몇몇 또는 모든 연료 라인들(24)이 독립된 연료 센서(28)를 포함할 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 일실시예에서, 연료 센서(28)는 가솔린 및/또는 유사한 타입의 연료 내의 에탄올의 양을 감지하도록 구성될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 엔진(10)은 연료 라인들(24)로부터 상응하는 실린더들로의 연료의 유동 또는 분사를 조절하기 위한 제어 메커니즘을 포함한다. 예를 들어, 엔진은 밸브들, 연료 분사기들 등을 포함할 수 있는데, 이들은 연료 라인(24)과 실린더 사이에 배치될 수 있다(예컨대, 연료 라인들(24)은 실린더들로의 연료의 공급 및/또는 분사를 조절할 수 있는 상응하는 연료 분사기들로 연결될 수 있다).
몇몇 실시예들에서, 엔진(10)은 상응하는 실린더들로 작동 가능하게 연결된 공기 라인들(26)을 포함한다. 하나, 몇몇 또는 모든 실린더들이 거기에 작동 가능하게 연결된 하나 또는 그 이상의 공기 라인들을 포함할 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 공기 라인들(26)은 엔진(10)의 실린더들로 하나 또는 그 이상의 산화제들을 공급할 수 있다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 엔진은 공기 라인들(26)로부터 실린더들로 산화제들의 유동 또는 공급을 제어하기 위한 하나 또는 그 이상의 메커니즘들을 포함할 수 있다(예컨대, 밸브들, 공기 분사기들 등). 일반적으로, 공기와 같은 임의의 수의 적절한 산화제들이 실린더(들)로 직접 분사될 수 있다. 예를 들어, 연료 분사기들과 유사하게, 밸브 또는 공기 분사기가 공기 라인들(26) 및 실린더 사이에 배치될 수 있으며 실린더로의 공기의 공급 또는 분사를 조절할 수 있다(예컨대, 공기 라인들(26)은 상응하는 공기 분사기들에 작동 가능하게 연결될 수 있는데, 이들이 공기 라인들(26)로부터 실린더(들)로 공기 유동을 조절할 수 있다).
일실시예에서, 공기 라인들(26)은 공기 흡입 매니폴드(16)로 연결되며 거기서 공기를 받아들일 수 있다. 하나, 몇몇 또는 모든 공기 라인들이 공기 흡입 매니폴드(16)에 연결될 수 있고 거기서 공기를 받아들일 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 이를 대체하여, 하나 또는 그 이상의 공기 라인들이 임의의 수의 적절한 산화제 공급원들로 연결될 수 있다(예컨대, 압축기, 공기 저장 탱크 또는 어큐뮬레이터에 직접 연결될 수 있다). 어느 경우이든, 공기 라인들(26)은 엔진(10)의 실린더들로 공기를 공급할 수 있다.
아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 흡입 매니폴드(16)는 거기에 연결된 다양한 공기 라인들(26)로 공기를 분배할 수 있다(예컨대, 흡입 매니폴드(16) 안의 공기는 압축될 수 있다). 바꾸어 말해, 적어도 한 실시예에서, 공기 라인들(26)은 압축 공기 공급원에 연결될 수 있다. 그러나 공기 라인들(26)에 대한 특정한 압축 공기 공급원은 실시예에 따라 달라질 수 있다(예컨대, 압축 공기 공급원은 압축 공기 탱크를 포함할 수 있다).
일반적으로, 흡입 매니폴드(16)는 공기를 수용하고 공기 라인들(26)로 공기를 분배하도록 구성된 구분 공간(enclosure)을 형성한다. 몇몇 실시예들에서, 흡입 매니폴드(16)는 폐쇄된 단부를 가진 전반적으로 튜브형, 실린더형 형상을 가진다. 그러나 흡입 매니폴드는 임의의 수의 적절한 형상(예컨대, 직사각형 단면 형상 등) 및/또는 크기를 가질 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 어느 경우이든, 공기는 흡입 매니폴드(16) 내로 공급될 수 있으며 나아가서 그에 의해 거기에 연결된 공기 라인들(26)로 분배될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 압축기(18)가 공기(예컨대, 압축된 공기)를 공급하기 위해 흡입 매니폴드(16)에 작동 가능하게 연결되어 있는데, 이 공기는 나아가서 공기 라인들(26)을 통해 실린더들로 분배될 수 있다. 일반적으로, 압축기(18)는 엔진(10)의 작동과 독립적으로 작동할 수 있는(예컨대, 압축기(18)는 전기적으로 동력 공급될 수 있다) 임의의 적절한 압축기일 수 있다. 이에 더하여 또는 이를 대체하여, 압축기(18)는 크랭크축(13)의 회전에 의해 또는 그 회전으로부터 적어도 부분적으로 구동되거나 작동될 수 있다. 어느 경우이든, 압축기(18)는 공기를 압축할 수 있으며 그 압축된 공기를 흡입 매니폴드(16)로 공급할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 엔진은 공기 라인들(26), 흡입 매니폴드(16), 공기 분사기들(아래에서 더 상세히 설명되는) 또는 앞선 것들의 조합으로 공급될 수 있는 공기를 압축하도록 구성된 및/또는 공기를 압축하기 위해 전용으로 된 하나 또는 그 이상의 실린더들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 엔진은 외부 환경과 유체 연통되고 공기 라인들(26), 흡입 매니폴드(16), 공기 분사기들(아래에서 더 상세히 설명되는) 또는 앞선 것들의 조합과 유체 연통된 하나 또는 그 이상의 실린더들을 포함할 수 있다. 상응하는 하나 또는 그 이상의 피스톤들은 그 안의 공기를 흡입하고 압축하기 위해 실린더들 안에서 움직이거나 왕복운동할 수 있다. 예를 들어, 실린더의 내부 공간은 적절한 압력이 도달될 때까지 실질적으로 실링될 수 있고, 결과적으로 하나 또는 그 이상의 밸브들이 개방되어 압축된 공기가 공기 라인들(26), 흡입 매니폴드(16), 공기 분사기들(아래에서 더 상세히 설명되는) 또는 앞선 것들의 조합 안으로 및/또는 그들을 향해 유동하도록 할 수 있다. 일실시예에서, 피스톤들은 엔진의 파워 피스톤들(예컨대, 아래 설명되는 바와 같이 크랭크축을 회전시키는 피스톤들)과 유사한 방식으로 크랭크축에 연결될 수 있다. 바꾸어 말해, 몇몇 실시예들에서, 압축기는 엔진과 통합될 수 있다.
하나 또는 그 이상의 예들에서, 엔진은 하나 또는 그 이상의 필터들을 포함할 수 있는데, 이들은 실린더들로 공급된 공기의 질을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, HEPA 필터, 물 분리 필터 등이 압축기(18)와 엔진의 실린더들 사이(예컨대, 압축기(18)와 흡입 매니폴드(16) 사이)에 배치될 수 있다. 이런 필터(들)은 매니폴드(16) 및/또는 엔진의 실린더들로 진입하는 공기로부터 입자 및/또는 액체를 제거할 수 있다.
적어도 한 실시예에 따른 엔진은 실린더로의 분사 이전에 공기의 온도를 결정하거나 측정할 수 있는 온도 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 엔진(10)은 흡입 매니폴드(16)에서 공기 온도를 감지할 수 있는 온도 센서(17)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 엔진(10)은 압력 센서(19) (예컨대, 매니폴드 절대 압력 센서(manifold absolute pressure sensor, MAP))를 포함한다. 예를 들어, 컨트롤러(5)는 적어도 부분적으로는 압력 센서(19) 및/또는 온도 센서(17)로부터 읽어들인 값에 기초하여, 선택된(예컨대, 계산된) 및/또는 미리 결정된 양의 공기를 실린더로 분사하는 방식으로 공기 분사기들(아래에서 설명되는)을 작동시킬 수 있다. 그러나 하나 또는 그 이상의 센서 기능들이 단일한 센서 내에 포함될 수 있거나 및/또는 하나 또는 그 이상의 센서들이 단일한 구분 공간 내에 포함될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 이에 더하여, 몇몇 실시예들에서, 엔진은 하나 또는 그 이상의 서로 다른 센서들을 포함할 수 있거나 아무 센서도 포함하지 않을 수 있다(예컨대, 수동으로 및/또는 전기-기계적으로 작동되는 것과 같이).
일반적으로, 위에서 언급된 바와 같이, 엔진의 연소 챔버 내에서 연료의 연소 이후에, 생성된 가스는 연소 챔버로부터 배출된다(예컨대, 추가적인 연료 및 공기가 챔버로 진입하도록 하기 위해). 예를 들어, 실린더 내에서 피스톤 움직임은 하나 또는 그 이상의 연결부들을 통해 실린더로부터 배기 매니폴드(20)로 배기 가스를 배출할 수 있다. 따라서, 예를 들어 엔진(10)은 배기 연결부들을 포함한다. 보다 특정적으로, 일실시예에서, 엔진(10)은 실린더들로부터의 배기 가스가 배기 매니폴드(20)로 진입할 수 있도록 실린더들에 작동 가능하게 연결된 배기 매니폴드(20)를 포함한다.
아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 하나 또는 그 이상의 실시예들에 따른 엔진은 실린더들로부터 배기 매니폴드로의 배기 가스의 유동을 제어할 수 있는 하나 또는 그 이상의 배기 밸브들을 포함할 수 있다. 이에 더하여, 일반적으로, 배기 매니폴드는 흡입 매니폴드와 유사할 수 있다. 예를 들어, 배기 매니폴드(20)는 튜브형 형상 및 뚜껑 덮인 단부들을 구비하는데, 이는 가스 실린더와 유사할 수 있다. 그러나 배기 매니폴드가 임의의 적절한 형상 및/또는 크기를 가질 수 있다는 점이 이해되어야 한다.
도 2 및 도 3은 각각 일실시예에 따른 엔진(10)의 측면도 및 배면 사시도를 나타내고 있다. 도시된 실시예에서, 배기 라인들(50)은 배기 매니폴드(20)를 엔진의 실린더들로 연결한다. 그러나 몇몇 예에서, 배기 가스는 하나, 몇몇 또는 모든 실린더들로부터 임의의 수의 적절한 방법으로(예컨대, 배기 라인들 및/또는 배기 매니폴드로 진입하지 않고) 빠져나갈 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 하나 또는 그 이상의 실시예들에서, 엔진은 여기서 설명된 배기에 더하여 및/또는 여기서 설명된 배기를 대신하여 임의의 수의 적절한 배기 시스템들을 구비할 수 있다.
도시된 실시예에서, 엔진(10)은 실린더들로부터의 배기 가스의 유출을 제어하기 위해 상응하는 배기 라인들(50)로 작동 가능하게 연결된 배기 밸브들(52)을 포함한다. 예를 들어, 배기 밸브들(52)은 상응하는 배기 라인들(52) 상에 배치될 수 있으며 그들을 통한 가스 유동을 가능하게 하거나 제한할 수 있다. 이에 더하여 또는 이를 대체하여, 하나, 몇몇 또는 모든 배기 밸브들이 배기 라인들(50)과 실린더들 사이에 배치되어 있을 수 있다(예컨대, 배기 밸브들은 실린더(들) 내부, 실린더(들)의 바로 바깥, 또는 그게 아니라면 배기 라인들(50)과 실린더들 및/또는 실린더 헤드(14) 사이에 배치되어 있을 수 있다).
일반적으로, 배기 가스들의 유출을 제어하기 위해, 배기 밸브들(52)은 완전한 개방 위치(예컨대, 배기 라인들(50)을 통해 최소한으로 제한적이거나 무제한적인 유출)와 완전한 폐쇄 위치(예컨대, 배기 라인들(50)을 통한 실질적으로 또는 완전히 제한된 유출) 사이에서 작동될 수 있다. 이에 더하여, 배기 밸브들(52)은 완전한 개방 위치와 완전한 폐쇄 위치 사이에서 임의의 수의 부분적으로 제한된 위치에서 실린더들로부터의 유출을 제한하도록 작동될 수 있다. 어느 경우이든, 하나, 몇몇 또는 각각의 실린더들로부터 배기 매니폴드(20)로의 배기 가스 유동은 전기적으로 또는 전기-기계, 유압, 공압 등의 방식으로 구동되어 배기 가스가 실린더들로부터 바깥으로(예컨대, 배기 매니폴드(20)로) 유동하게 할 수 있는 상응하는 배기 밸브(52)에 의해 제어될 수 있다. 일례에서, 배기 밸브들(52)은 컨트롤러(5)로부터 구동될 수 있다. 따라서, 배기 밸브들(52)의 개방 및/또는 폐쇄의 타이밍은 전자적으로 제어될 수 있으며 임의의 수의 적절한 파라미터들 또는 입력들에 기초할 수 있다.
배기 밸브들(52)이 폐쇄될 때, 상응하는 실린더들은 실질적으로 실링되어 연료의 연소가 그 안에서 압력을 생성할 수 있고 피스톤에 힘을 가하여 움직이게 할 수 있으며, 따라서 크랭크축을 회전시키고 엔진(10)의 기계적인 출력을 만들어낼 수 있다. 배기 밸브들(52)은 연소 과정 및/또는 연소 이후에 배기 가스가 실린더를 빠져나가도록 하기 위해 선택적으로 개방될 수 있다. 이에 더하여, 몇몇 실시예들에서, 실린더(들)로부터 배기 가스의 제거를 보조하기 위해 음압 또는 부분적인 진공이 배기 매니폴드(50)에 생성될 수 있다. 어느 경우이든, 배기 밸브들(52)은 연소 과정에서 하나, 몇몇 도는 모든 상응하는 실린더에서 실링된 환경을 만들어내고, 연소 과정 및/또는 연소 이후에 배기 가스가 실린더를 빠져나가는 것을 허용하도록 작동될 수 있다(예컨대, 컨트롤러(5)가 배기 밸브들(52)을 작동시킬 수 있다).
하나 또는 그 이상의 실시예들에 따른 엔진은 배기 가스 내의 산소의 존재 및/또는 양을 감지하기 위해 하나 또는 그 이상의 센서들(예컨대, 산소 센서들)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 엔진(10)은 배기 라인들(50)에 부착된 배기 센서 또는 산소 센서(54)를 포함하여, 센서(54)가 배기 라인들(50)을 통과해 배기 매니폴드(20)로 지나가는 배기 가스 내에서 산소의 양을 감지 및/또는 측정할 수 있다. 일반적으로, 엔진은 배기 가스의 구성(예컨대, 배기 가스가 실린더로부터 배기 매니폴드로 지나가면서), 배기 가스의 온도 등을 감지 및/또는 측정할 수 있는 임의의 수의 적절한 센서들을 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 일례에서, 엔진(10)은 배기 가스의 구성을 감지 및/또는 측정할 수 있는 하나 또는 그 이상의 소위 "가스 5종 센서"를 포함할 수 있다(예컨대, 이산화탄소(CO2), 일산화 탄소(CO), 질소 산화물(NOx) 등을 감지 또는 식별하도록 구성된 센서들).
도시된 실시예에서, 연료 라인들(24)은 분배 레일(22)에 연결되어 있다. 예를 들어, 분배 레일(22)은 연료 공급 저장소(예컨대, 연료 탱크)에 작동 가능하게 또는 유체적으로 연결되어 있다. 이와 같이, 연료는 연료 공급 저장소로부터 분배 레일(22)로, 그리고 결과적으로 연료 라인들(24)로 분배(예컨대, 펌핑)될 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 연료 라인들(24)로부터, 연료는 엔진(10)의 실린더들 내로 직접 분사될 수 있다(예컨대, 연료 라인들(24) 내의 연료는 가압될 수 있으며, 연료 분사기(30)가 실린더들로의 연료의 분사를 제어할 수 있다).
위에서 설명된 바와 같이, 도시된 실시예에서, 엔진(10)은 엔진(10)의 실린더들로 적절한 양의 공기를 분사하도록 구성되고 크기가 정해질 수 있는 공기 라인들(26)을 포함한다. 이에 더하여, 공기 라인들은 흡입 매니폴드에 연결될 수 있다(예컨대, 엔진(10)의 공기 라인들(26)이 흡입 매니폴드(16)에 연결된다). 일실시예에서, 흡입 매니폴드(16)는 배기 매니폴드(20)의 반대편에 배치될 수 있다. 흡입 매니폴드와 배기 매니폴드가 엔진에 대한 관계에서뿐만 아니라 서로에 대한 관계에서도 임의의 위치 및/또는 방향으로 배치될 수 있다는 점이 이해되어야 한다.
일반적으로, 하나 또는 그 이상의 실시예들에 따른 엔진은 하나, 몇몇 또는 모든 실린더들의 잘못된 연소 및/또는 폭발을 식별 또는 감지하기 위한 하나 또는 그 이상의 센서들을 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 엔진(10)은 상응하는 실린더들 내에서 연료의 폭발을 감지하기 위해 실린더들과 연계된 노킹 센서들(56)을 포함한다. 예를 들어, 컨트롤러(5)는 노킹 센서들(56)로부터 수신된 신호에 적어도 부분적으로 기초하여 분사된 연료의 양, 연료 분사의 타이밍, 분사된 공기의 양, 공기 분사의 타이밍, 실린더 내의 스파크의 타이밍, 또는 이들의 조합을 조정할 수 있다. 이에 더하여, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 컨트롤러(5)는 센서들로부터 수신된 신호 또는 정보에 적어도 부분적으로 기초하여 연료 압력, 연료 분사기, 공기 압력, 배기 압력, 공기 분사기, 스파크 플러그 등을 제어할 수 있다.
도 4는 일실시예에 따른 엔진(10)의 길이방향 부분 단면도이고(즉, 엔진(10)의 길이를 따라 다중 실린더들을 통과하는 단면), 도 5는 엔진(10)의 횡단방향 단면도이다(즉, 단일한 실린더를 통과하는, 그리고 엔진(10)의 폭을 따르는). 도 4 및 도 5에 나타내고 위에서 설명된 바와 같이, 엔진(10)은 실린더들(15)과, 상응하는 피스톤들(21)을 포함하는데, 피스톤들은 실린더들(1) 안에서 왕복운동할 수 있으며, 따라서 크랭크축을 회전시키고 엔진(10)의 기계적 동력 출력을 생성한다.
위에서 언급된 바와 같이, 왕복운동 엔진의 연소 챔버들은 실린더들과 상응하는 피스톤들로 형성될 수 있다. 예를 들어, 엔진(10)은 실린더들(15)과 상응하는 피스톤들(21)에 의해 형성되거나 규정된 연소 챔버들(23)을 포함한다. 연소 챔버의 실제 체적은 연료의 점화 및/또는 연소 과정에서 그 안의 피스톤의 위치에 따라(예컨대, 피스톤이 실린더 내에서 하사점과 상사점 사이에서 왕복운동되면서) 달라질 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 이에 더하여, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 연소 챔버 내의 연소 체적은 실린더 내로 분사된 공기의 양에 따라 달라질 수 있다. 바꾸어 말해, 연소 체적은 가스가 대기압일 때 연소 챔버 내의 가스(예컨대, 공기)의 체적일 수 있다.
일반적으로, 연료는 실린더들(15) 내로 직접 분사될 수 있다. 예를 들어, 연료는 엔진의 상응하는 실린더들로 개방될 수 있는 상응하는 연료 포트들을 통해 실린더들로 직접 분사될 수 있다. 도시된 실시예에서, 엔진(10)은 실린더들로(예컨대, 실린더 헤드(14)로부터) 직접 개방된 연료 포트들(36)을 포함한다. 보다 특정적으로, 연료 라인들(24)은 연료 분사 포트들(38)에 배치 및/또는 고정된 상응하는 연료 분사기들(30)에 연결된다. 일실시예에서, 연료 분사기들(30)은 연료 라인들(24)로부터 상응하는 실린더들(15)로의 연료 유동 또는 분사를 허용하거나 제한하도록 작동될 수 있다. 엔진은 실린더들로 연료를 분사하기 위한 임의의 수의 적절한 메커니즘들을 포함할 수 있다는 것이 또한 이해되어야 한다.
실린더로 연료를 직접 분사하는 것에 더하여 또는 이를 대신하여, 몇몇 예에서, 공기가 엔진의 실린더들로 직접 분사될 수 있다. 도시된 실시예에서, 엔진(10)은 상응하는 실린더들로 개방된(예컨대, 실린더 헤드(14)로부터) 공기 분사 포트들(40)을 포함한다. 예를 들어, 공기 라인들(26)은 공기 분사 포트들(40)을 통해 상응하는 실린더들(15)로 공기를 직접 분사할 수 있는 하나 또는 그 이상의 상응하는 공기 분사기들(34)로 연결되어 있다. 몇몇 실시예들에서, 공기 분사기들(34)은 상응하는 공기 분사 포트들(40)에 배치 및/또는 고정되어 있고, 공기 라인들(26)로부터 거기로 공기를 분사하도록 구성될 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 컨트롤러는 공기 분사기들(34)의 작동(예컨대, 분사의 타이밍, 분사의 지속 및/또는 양 등)을 제어할 수 있다.
일반적으로, 공기 및/또는 연료는 임의의 수의 적절한 각도 및/또는 위치에서 실린더 내로 분사될 수 있다. 예를 들어, 적어도 일부의 공기는 실린더 내부에서 연료와 공기의 혼합을 촉진할 수 있는 소용돌이 효과(swirl effect)를 형성하도록 분사될 수 있다. 일실시예에서, 공기 및/또는 연료는 실린더 헤드의 위치 또는 포트들로부터 분사될 수 있다(예컨대, 공기는 피스톤의 움직임에 대해 전반적으로 평행한 방향을 따라 분사될 수 있는데, 여기서 피스톤은 실린더 내부에서 소용돌이 효과를 만들어내는 방식으로 공기를 지향시킬 수 있는 하나 또는 그 이상의 포켓 또는 리세스를 포함할 수 있다). 이를 대체하여 또는 이에 더하여, 적어도 일부의 공기 및/또는 연료는 피스톤(21)의 움직임에 대해 전반적으로 직교하는 방향을 따라 분사될 수 있다. 예를 들어, 공기는 연료 분사의 위치와 실질적으로 반대되는 위치에서 분사될 수 있다. 이에 더하여, 실린더 내부에서 공기와 연료의 혼합을 촉진하도록, 공기 분사기들(34) 및/또는 연료 분사기들(30)은 따라서 공기와 연료를 다중적인 각도 및/또는 분사 각도로 분사할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
공기 분사기들(34)은 상응하는 실린더들로의 공기 분사를 조절 및/또는 제어할 수 있는 임의의 적절한 밸브 및/또는 게이징 메커니즘(gaging mechanism)을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 공기 분사기들(34)은 연료 분사기들과 유사하거나 동일할 수 있다(예컨대, GDI 분사기들). 예를 들어, 연료 분사기들은 전기적으로 또는 전자적으로 제어될 수 있고(예컨대, 컨트롤러(5)에 의해) 연료 공급원에 작동 가능하게 연결될 수 있는(예컨대, 분배 레일(22)과 같은 분배 요소들을 통해) FSI 연료 분사기(예컨대, Bosch사가 제조하는), 디젤 직접 분사기 등과 같은 상업적으로 활용할 수 있는 GDI 연료 분사기 또는 FSI 연료 분사기와 유사하거나 동일할 수 있다.
어느 경우이든, 공기 분사기들(34)은 공기 라인들(26)로부터 엔진(10)의 상응하는 실린더들(15)로 미리 정해진 및/또는 제어된 양의 공기를 허용하도록 제어되도록 구성될 수 있다. 또한, 실린더들로의 공기 분사는 일반적으로 방해받지 않을 수 있다. 예를 들어, 위에서 언급한 바와 같이, 분사 포트들(40)은 실린더들(15)로의 공기 유동에 끼어들거나 공기 유동을 방해할 수 있는 어떤 장애물도 없이 실린더들로 직접 개방된다. 이를 대체하여, 몇몇 실시예들에서, 엔진은 실린더들(15)에서 공기를 가이드 및/또는 분배할 수 있는 하나 또는 그 이상의 장애물들 또는 전향 메커니즘(redirection mechanism)(예컨대, 배플(baffle))을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 컨트롤러는 상응하는 실린더들(15)로 분사되는 공기의 양(예컨대, 선택된 압력에서의 공기의 체적 또는 공기의 질량)을 조절 또는 제어하고 미리 결정된 연소 체적을 만들어낼 수 있다. 따라서, 몇몇 작동 상황에서, 컨트롤러는 공기 분사기(34)가 실린더의 체적(예컨대, 피스톤(21)이 하사점에 있을 때 실린더의 체적)과 동일한 체적을 가질 수 있는 양의 공기를 분사하도록 작동시킬 수 있다. 몇몇 예에서, 컨트롤러(5)는 공기 분사기들(34)이 실린더(15)의 체적보다 큰 체적(예컨대, 대기 압력에서)을 가질 수 있는 양의 공기를 분사하도록 작동시킬 수 있다(예컨대, 이로써 실린더(15)의 작동 체적을 증가시킨다).
또한, 몇몇 예에서, 컨트롤러(5)는 공기 분사기들(34)이 실린더(15)의 체적보다 작을 수 있는 양의 공기를 분사하도록 작동시킬 수 있다(예컨대, 이로써 실린더(15)의 작동 체적을 감소시키며 및/또는 실린더(15)에서 대기압보다 낮은 압력을 만들어낸다). 실린더(15) 내의 압력을 대기압 이하로 감소시키는 것(예컨대, 실린더(15)를 작동 사이클의 몇몇 부분에서 부분적인 진공으로 작동시킴)은 실린더(15) 내로 분사될 수 있는 연료의 기화를 향상시키거나 보조할 수 있으며, 따라서 연소를 개선시킨다는 것이 또한 이해되어야 한다.
몇몇 실시예들에서, 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 연료 및/또는 공기 분사 포트들(38, 40) 및/또는 상응하는 연료 및 공기 분사기들(30, 34)은 피스톤들(21)의 움직임에 대해 대략 평행하게 배향되어 있다. 이에 더하여 또는 이를 대체하여, 연료 및/또는 공기 분사 포트들 및/또는 상응하는 연료 및 공기 분사기들은 피스톤들(21)의 움직임에 대해 평행하지 않은 배향을 가질 수 있다. 이에 더하여, 몇몇 예에서, 연료 및/또는 공기 분사 포트들 및/또는 상응하는 연료 및 공기 분사기들은 실린더의 하나 또는 그 이상의 측벽들에 배치될 수 있다.
하나 또는 그 이상의 실시예들에서, 엔진의 하나, 몇몇 또는 각각의 실린더들은 다중적인 연료 및/또는 공기 분사 포트들을 구비할 수 있다. 어느 경우이든, 연료 및/또는 공기 분사 포트들은 실린더의 중심축 또는 실린더 내의 피스톤의 움직임에 대해 임의의 적절한 배향을 취할 수 있다. 이와 같이, 연료 및/또는 공기는 실린더 내에서 그 적절한 분포(예컨대, 분포를 최적화함)가 이루어질 수 있는 방식으로 실린더로 분사될 수 있다. 몇몇 예에서, 연료 및/또는 공기 분사기들은 실린더 내에서 연료와 공기의 적절한 분포 및/또는 혼합을 만들어내기 위해 순차적으로 또는 비동기식으로 작동될 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 공기 및/또는 연료는 일반적으로 방해받지 않고(예컨대, 밸브나 다른 요소 또는 엔진의 부품들로부터 실질적으로 방해받지 않을 수 있는 상응하는 연료 및 공기 분사 포트들(38, 40)을 통해) 실린더들로 분사될 수 있다. 따라서, 실린더로 분사되는 공기 및/또는 연료의 양이 정확하게 또는 더 잘 제어될 수 있다(예컨대, 밸브를 포함하는 통상적인 엔진들과 비교하여). 이에 더하여 또는 이를 대체하여, 연료 및/또는 공기의 분사 속도가 실린더 내에서 그들의 적절한 혼합을 만들어내기 위해 제어될 수 있다. 예를 들어, 연료 및/또는 공기는 임의의 수의 적절한 분사(들)의 순서 또는 단계로, 및/또는 임의의 수의 적절한 각도(실린더에 대한 및/또는 서로에 대한)로 실린더(들) 내로 분사될 수 있다.
또한, 몇몇 실시예들에서 연료 및 공기가 독립적인 또는 개별적인 분사 포트를 통해 실린더 내로 분사될 수 있고 실린더 내에서 혼합될 수 있는 한편, 본 개시는 거기에 제한되지 않는다. 예를 들어, 공기 및 연료는 동일한 포트로부터 하나, 몇몇 또는 모든 실린더들로 진입할 수 있다(예컨대, 각 실린더가 공기와 연료 모두를 분사하기 위한 단일한 포트를 포함할 수 있다). 일실시예에서, 공기 및 연료는 실린더로 진입하기 전에 적어도 부분적으로 사전 혼합될 수 있다(예컨대, 공기 및 연료가 분사 포트 근처에서 적어도 부분적으로 사전 혼합될 수 있다).
일실시예에서, 엔진(10)은 상응하는 실린더들(15)에서 연료-공기 혼합물을 점화하기 위해 하나 또는 그 이상의 스파크 플러그들(46)을 포함한다. 예를 들어, 나사산이 형성된 개구들이 실린더(15)로(예컨대, 실린더 헤드(14)로부터) 개방될 수 있고, 실린더(15)에 대해 상응하는 스파크 플러그들(46)를 고정할 수 있다. 어느 경우이든, 몇몇 실시예들에서, 스파크 플러그들(46)은 상응하는 실린더들(15)에서 연료-공기 혼합물을 점화하기 위해 작동될 수 있다(예컨대, 컨트롤러가 선택된, 미리 결정된, 및/또는 조정 가능한 타이밍에 기초하여 스파크 플러그들으로의 전력을 제어 및/또는 공급할 수 있다).
하나 또는 그 이상의 실시예들에서, 엔진(10)의 하나, 몇몇 또는 모든 실린더들(15)은 스파크 플러그(46) 없이 작동할 수 있거나 및/또는 하나, 몇몇 또는 모든 스파크 플러그들(46)을 작동시키지 않고 작동할 수 있다. 예를 들어, 디젤은 엔진의 하나, 몇몇 또는 모든 실린더들(15)로 분사될 수 있고 스파크 점화 없이 점화되고 연소될 수 있다. 이에 더하여, 일실시예에서, 하나 또는 몇몇의 실린더들(15)은 가솔린을 받아들일 수 있는데, 이는 상응하는 스파크 플러그들(46)로부터의 스파크에 의해 점화될 수 있는 한편, 하나 또는 몇몇의 실린더들(15)은 디젤을 받아들일 수 있는데, 이는 그 압축 과정에서 연소될 수 있다(예컨대, 상응하는 스파크 플러그들(46)을 작동시키지 않고).
몇몇 예에서, 스파크 플러그들(46)은 실린더 헤드(14)에서 적어도 부분적으로 리세스될 수 있다. 예를 들어, 실린더 헤드(14)가 리세스(42)를 포함할 수 있는데, 이는 상응하는 나사산이 형성된 개구들에 연결되거나 그 개구들로부터 연장될 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 스파크 플러그들(46)은, 스파크 플러그들의 스파크 생성 부분들이 상응하는 실린더들(15) 내로 연장되도록 나사산이 형성된 개구들로 나사결합될 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 실린더들(15)로부터의 배기 가스는 배기 매니폴드(20)로 빠져나갈 수 있다. 도시된 실시예에서, 엔진(10)은 하나, 몇몇 또는 각각의 실린더(15)와 유체 연통된 배기 포트들(48)을 포함한다. 몇몇 예에서, 배기 포트들(48)은 상응하는 배기 라인들과 유체 연통되어 있는데, 이들은 매니폴드(20)에 연결될 수 있다. 따라서, 연료의 연소 과정에서 만들어진 배기 가스는 배기 포트들(48)을 통해 배기 라인들(50)로, 나아가서 배기 매니폴드(20)로 실린더들(15)을 빠져나갈 수 있다. 어느 경우이든, 배기 가스는 상응하는 배기 포트들(48)을 통해 실린더들(15)을 빠져나갈 수 있다.
몇몇 예에서, 엔진(10)은 배기 포트들(48)에서의 유동 및/또는 배기 포트들을 통한 유동을 선택적으로 개방 및/또는 폐쇄할 수 있다(예컨대, 하나, 몇몇 또는 모든 배기 밸브들(52)이 컨트롤러에 의해 전기적으로 또는 전자적으로 제어될 수 있다). 보다 특정적으로, 몇몇 실시예들에서, 배기 밸브들(52)을 폐쇄하는 것은 상응하는 실린더들(15)에서 적어도 부분적으로 실링된 또는 기밀된 환경을 제공한다(예컨대, 연료의 연소 과정에서). 반대로, 예컨대 배기 밸브들(52)을 개방하는 것은 상응하는 실린더들(15) 내의 배기 가스가 빠져나가거나 및/또는 그로부터 퇴거되도록 한다.
엔진 및/또는 그 부품들 또는 요소들의 작동이 또한 개략적으로 제시될 수 있다. 예를 들어, 엔진은 도 6에 나타낸 블록 다이어그램으로 개략적으로 제시된 연료 시스템(90a)을 포함하거나 그 연료 시스템에 연결될 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 엔진은 임의의 수의 실린더들을 포함할 수 있는데, 그 수는 실시예에 따라 달라질 수 있다. 설명의 편의를 위해, 도 6의 블록 다이어그램은 4기통 엔진에 포함되거나 4기통 엔진에 연결된 연료 시스템(90a)을 나타내고 있다.
일실시예에서, 연료 시스템(90a) 내의 연료는 펌프(60a)에 의해 연료 탱크(58a)로부터 펌핑된다. 몇몇 실시예들에서, 연료가 임의의 수의 적절한 장치들 또는 구성들에 의해 연료 탱크로부터 진행될 수 있다는 것이 이해되어야 한다(예컨대, 연료는 연료 탱크로부터 중력 공급될 수 있다). 이에 더하여 또는 이를 대체하여, 도시된 실시예에서, 연료 시스템(90a)은 연료 라인들에서 연료의 압력을 측정하기 위해(예컨대, 연료가 연료 펌프(60a)를 빠져나온 직후에) 압력 센서(62a)(예컨대 연료와 유체 연통된)를 포함한다.
일실시예에서, 연료 펌프(60a)는 분배 레일(22a)과 유체 연통되어 있고 분배 레일로 연료를 펌핑할 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 분배 레일(22a)은 연료 라인들(24a)에 연결되어 있고 거기로 연료를 분배할 수 있다. 연료 라인들(24a)은 연료를 상응하는 실린더들을 향해 및/또는 상응하는 실린더들로 분배할 수 있다. 일실시예에서, 연료 시스템(90a)은 연료 압력 레귤레이터(64a)를 포함하는데, 이는 연료 라인들(24a) 및/또는 분배 레일(22a)에서 압력을 조절할 수 있다. 예를 들어, 연료 압력 레귤레이터(64a)는 연료 레일(22a) 및/또는 연료 라인들(24a)에서 대략 일정한 압력을 유지하는 것을 용이하게 할 수 있다.
몇몇 예에서, 연료 압력 레귤레이터(64a)는 적절한 및/또는 선택된 및/또는 미리 결정된 압력을 만들어내기 위해 라인들 및/또는 분배 레일(22a)에서 연료 압력을 해제하거나 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 연료 압력 레귤레이터(64a)는 일부 연료가 분배 레일(22a)을 빠져나가도록 허용함으로써 분배 레일(22a) 내의 압력을 감소시킬 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 분배 레일(22a)을 빠져나가는 연료는 연료 탱크(58a)로 유동하거나 연료 탱크로 되돌아 펌핑될 수 있다(예컨대, 복귀 라인(66a)을 따라).
적어도 한 실시예에서, 연료 시스템(90a)은 엔진의 실린더들에 앞서는 연료 라인들(24a)에 대응하는 하나 또는 그 이상의 연료 센서들(28a)을 포함한다. 예를 들어, 연료 센서들(28a)은 연료 라인들(24a) 안의 연료 타입을 감지할 수 있다. 또한, 위에서 언급된 바와 같이, 연료는 연료 분사기들(30a)에 의해 또는 연료 분사기들을 통해 실린더들로 분사될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 선택된 및/또는 미리 정해진 양의 연료가 엔진의 각각의 실린더들로 진입하도록 연료 분사기들(30a)이 개방되어 유지되는 지속 시간을 결정할 수 있다. 컨트롤러는 또한 임의의 연료 분사기들(30a)을 임의의 시점에, 그리고 임의의 지속 시간 동안 작동시킬 수 있다는 것이 이해되어야 한다(예컨대, 각각의 실린더에 대해 특화된 연료 분사를 만들어내기 위해). 이에 더하여, 컨트롤러는 하나, 몇몇 또는 모든 연료 센서들(28a)로부터의 신호 또는 읽어들인 값에 적어도 부분적으로 기초하여 연료 분사기들(30a)을 작동시킬 수 있다.
몇몇 실시예들에서 연료 압력 레귤레이터가 분배 레일(22) 이후에(예컨대, 연료 유동의 하류에) 순차로 배치될 수 있는 한편, 본 개시는 여기에 제한되지 않는다. 도 7은 하나 또는 그 이상의 실시예들에 따른 연료 시스템(90b)의 개략적인 블록 다이어그램이다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 적어도 한 예에서, 연료 압력 레귤레이터(64b)는 분배 레일(22b)과 압축된 가스 탱크(58b) 사이에 배치된다(예컨대, 압축된 가스상 연료가 압축된 가스 탱크(58b)내에 배치될 수 있다). 일실시예에서, 압축된 가스 탱크(58b) 내의 연료는 연료 펌프에 의해(액체상이라면) 또는 압축기에 의해(가스상이라면) 가압될 수 있고, 압축된 가스 탱크(58b) 내에 대략 일정한 및/또는 선택된 및/또는 미리 정해진 압력으로 유지될 수 있다. 또한, 몇몇 실시예들에서, 연료 시스템(90b)은 연료(예컨대, 분배 레일, 연료 라인들 등의 안에 있는)를 대략 일정한 압력으로 유지하기 위해 하나 또는 그 이상의 메커니즘들을 포함할 수 있다.
연료 압력 레귤레이터(64b)는 컨트롤러에 의해 압축된 가스 탱크(58b)로부터 분배 레일(22b)로 연료 유동을 만들어내거나 생성하도록 작동될 수 있다(예컨대, 압력 센서(62b)로부터의 신호들 또는 정보에 적어도 부분적으로 기초하여 컨트롤러에 의해 조절되면서). 예를 들어, 연료 압력 레귤레이터(64b)는 분배 레일(22b) 및/또는 연료 라인들(24b) 내의 연료가 대략 일정한 압력에 있는 방식으로 작동될 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 엔진은 공기 분사 시스템을 포함하거나 공기 분사 시스템에 연결될 수 있다. 도 8은 일실시예에 따른 공기 분사 시스템(95)의 개략적인 블록 다이어그램을 나타내고 있다. 도시된 실시예에서, 공기 분사 시스템(95)은 압축기(18c)를 포함하는데, 이는 공기를 빨아들여(예컨대 대기압에서) 가압된 공기를 출력할 수 있다(예컨대, 대기압보다 높은 압력으로). 몇몇 실시예들에서, 공기 분사 시스템(95)은 공기 압축기(18c)의 출력 공기 압력을 검출할 수 있는 제1 공기 압력 센서(68)를 포함한다. 따라서, 컨트롤러는 공기 압력 센서로부터의 읽어들인 값 또는 신호들에 적어도 부분적으로 기초하여 압축기(18c)의 작동을 조절할 수 있다.
몇몇 예에서, 공기 분사 시스템(95)은 공기 압축기(18c)와 흡입 매니폴드(16c) 사이의 압력을 조절할 수 있는 공기 압력 레귤레이터(70)를 포함한다. 예를 들어, 공기 압력 레귤레이터(70)는 선택된 및/도는 미리 정해진 압력으로 설정될 수 있거나 엔진의 작동 중에 동적으로 및/또는 자동적으로 조정될 수 있다(예컨대, 컨트롤러에 의해). 적어도 한 실시예에서, 공기 분사 시스템(95)은 제2 공기 압력 센서(72)를 포함하는데, 이는 흡입 매니폴드(16c) 내의 공기 압력을 확인할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 엔진(10)의 상응하는 실린더들로 공기를 공급하는 흡입 매니폴드(16c)와 공기 라인들(26c)에서 선택된, 미리 정해진, 및/또는 적절한 압력을 만들어내도록, 제2 공기 압력 센서(72)로부터의 읽어들인 값 또는 정보에 적어도 부분적으로 기초하여 공기 압력 레귤레이터(70)를 조정할 수 있다. 일실시예에서, 흡입 매니폴드(16c) 및/또는 공기 라인들(26c)의 공기는 대략 일정한 압력으로 유지될 수 있다.
하나 또는 그 이상의 실시예들에서, 엔진의 실린더들로의 공기 분사는 공기 분사기들(34c)에 의해 제어 및/또는 조절될 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 공기 분사기들(34c)은 엔진의 사이클 과정에서 공기 라인들(26c)로부터 상응하는 실린더들로 분사되는 공기의 양을 임의의 하나 또는 그 이상의 시점에서 제어할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 적절한 또는 선택된 및/또는 미리 정해진 양의 공기가 공기 라인들(26c)로부터 상응하는 공기 분사기들(34c)을 통해 엔진(10c)의 실린더들로 분사되도록 하는 임의의 적절한 시점 및 임의의 적절한 지속 시간 동안 하나, 몇몇 또는 모든 공기 분사기들(34c)을 구동시킬 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 엔진은 동력공급을 위해 압축된 공기를 이용하면서 일정 시간 동안 공회전할 수 있다. 바꾸어 말해, 압축된 공기는 크랭크축의 회전을 만들어내는 순서로 피스톤들을 하방으로 강제하는 방식으로 공기 분사기들(34c)을 순차적으로 작동시킴으로써 실린더들로 분사될 수 있다. 한 예에서, 압축된 공기는 엔진을 시동시키거나 엔진 시동을 보조하기 위해 사용될 수 있다(예컨대, 스타터가 작동불능이거나 스타터로의 배터리 전력이 이용 불가인 경우). 예를 들어, 압축된 공기는 가압된 공기를 수용할 수 있는 탱크(예컨대, 비축 탱크)로부터 공급될 수 있다. 이에 더하여, 몇몇 예에서, 엔진의 작동 중에, 탱크로 공기가 지속적으로 추가되거나 및/또는 탱크로부터 순환될 수 있다(예컨대, 압축된 공기를 만들어낼 수 있는 엔진의 작동으로부터 및/또는 공기 압축기로부터).
위에서 언급된 바와 같이, 엔진(10c)은 배기 시스템을 포함하거나 배기 시스템에 연결될 수 있다. 예를 들어, 실린더들로부터의 배기는 상응하는 배기 라인(50c)으로 진입할 수 있고 배기 매니폴드(20c)로 유동할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 배기 매니폴드(20c)는 배기 시스템의 하나 또는 그 이상의 추가적인 부품 또는 요소(예컨대 촉매전환기, 머플러 등)로 연결될 수 있다.
일실시예에서, 하나, 몇몇 또는 모든 공기 분사기들, 연료 분사기들, 배기 밸브들 또는 이들의 조합은 출력축으로부터(예컨대, 크랭크축으로부터) 기계적으로 결합해제되거나 연결해제될 수 있고 및/또는 컨트롤러에 의해 작동될 수 있다(작동을 위한 지침의 제공에 의한 것과 같이 직접적이거나 간접적인 것을 포함하여). 일반적으로, 컨트롤러는 프로그램 가능할 수 있는 임의의 적절한 범용의 또는 특정 용도의 컴퓨팅 장치일 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 하나 또는 그 이상의 프로세서, 프로세서(들)에 작동 가능하게 결합된 메모리(예컨대, 저장 메모리, RAM 등) 및 명령 또는 신호를 수신하거나 송신하기 위한 입력/출력(I/O) 인터페이스를 포함할 수 있다. 어느 경우이든, 컨트롤러는 엔진의 하나 또는 그 이상의 요소들 또는 부품들의 작동을 위해 구성될 수 있다(예컨대, 여기서 설명된 센서들로부터의 정보 또는 신호들에 적어도 부분적으로 기초하여).
일실시예에서, 컨트롤러는 연료 분사기들, 공기 분사기들, 배기 밸브들, 또는 이들의 조합을 임의의 수의 적절한 파라미터들 및/또는 입력들에 기초하여 조절할 수 있다. 일실시예에서, 엔진 또는 연소 시스템은 스로틀 위치 센서를 포함하거나 및/또는 스로틀 위치 센서에 연결될 수 있는데, 이는 스로틀 인디케이터(예컨대, 가스 페달)의 위치의 변화를 검출할 수 있다. 이에 더하여, 크랭크축 위치 센서는 크랭크축의 위치를 검출할 수 있고, 컨트롤러에 크랭크축 위치에 관한 정보를 제공할 수 있다(예컨대, 크랭크축의 위치에 기초하여 컨트롤러는 엔진의 하나, 몇몇 또는 모든 실린더들 내에서 피스톤들의 상대적인 위치들을 결정할 수 있다). 어느 경우이든, 임의의 수의 적절한 파라미터들 및/또는 입력들에 기초하여, 컨트롤러는 엔진 또는 그 임의의 부분의 작동을 조정할 수 있다(예컨대, 하나 또는 몇몇 실린더들로의 연료 및/또는 공기의 공급은 하나 또는 몇몇 다른 실린더들과 다를 수 있으며 및/또는 임의의 하나 또는 몇몇 실린더들은 임의의 시점에서 작동 중단될 수 있다).
하나 또는 그 이상의 실시예들에 따르면, 연료 및 공기 분사기들의 구동과 이들이 구동되거나 개방된 채로 유지되는 시간은 연료 및/또는 공기를 단계적으로 각 실린더로 공급하는 방식으로 제어될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 연료 및/또는 공기의 제1 투입은 피스톤이 그 상승 스트로크를 완료한 후에(예컨대, 상사점), 그리고 피스톤이 하강 스트로크 과정에서 아래로 움직임에 따라 피스톤의 제1 위치에서 제공될 수 있다; 피스톤이 하강 스트로크 과정에서 더 아래로 움직임에 따라, 피스톤이 하강 스트로크의 끝(예컨대, 하사점)에 도달하기 전에 하나 또는 그 이상의 추가적인 연료 및/또는 공기의 투입이 피스톤의 하나 또는 그 이상의 추가적인 위치에서 실린더로 제공될 수 있다. 이에 더하여, 피스톤이 상사점 또는 하사점에 도달하기에 앞서 연료 및/또는 공기의 추가적인 또는 대체적인 투입들이 실린더로 공급될 수 있다(예컨대, 다양한 구성 및 스테이지 세팅이 엔진으로 하여금 서로 다른 연료들의 연소 특성에 맞춰 조정되도록 구성될 수 있다).
몇몇 예에서, 엔진은 짧은 지속 시간으로 동력의 신속한 증가를 이루도록 작동될 수 있다(예컨대, 2행정 사이클로 엔진을 작동시킴으로써). 예를 들어, 연료 및 공기는 피스톤이 하강 스트로크를 행할 때마다(4행정 사이클의 한 번 건너 한 번마다의 스트로크 대신) 분사될 수 있다. 이에 더하여, 임의의 하나 또는 그 이상의 실린더들이 엔진으로부터 동력 출력의 신속한 증가를 생성하기 위해 2행정 사이클로 작동될 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 일반적으로, 내연 엔진은 적어도 하나의 연소 챔버와 연소 챔버(들) 내에서 연료의 연소에 응답하여 회전하는 출력축을 포함한다. 예를 들어, 내연 엔진은 연소 챔버(들) 내에서 연료의 연소 과정에서 생성된 에너지를 출력축에서의 기계적인 출력으로 전환하기 위한(예컨대, 연소 챔버 내의 압력 증가를 출력축의 회전으로 전환하는) 에너지 전환 메커니즘을 포함할 수 있다. 일실시예에서, 연료 및 산화제가 연소 챔버 내로 분사되며 연소 반응이 그 안에서 압력 증가를 만들어낸다; 에너지 전환 메커니즘이 연소 챔버 내의 증가된 압력을 출력축의 회전과 같은(예컨대, 실린더들 내에서 움직일 수 있고 출력축에 연결된 피스톤들; 하우징 및 출력축에 연결된 회전 가능한 로터 등) 기계적인 에너지로 전환하도록 구성된다.
어느 경우이든, 하나 또는 그 이상의 실시예들에서, 컨트롤러 또는 컨트롤 시스템은 연소 챔버로 연료 및/또는 공기의 분사를 제어하거나 및/또는 연소 챔버로부터 배기를 제어하는 것으로 내연 엔진의 작동을 제어할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 각각 엔진의 연소 챔버들(예컨대, 실린더들)로 연료와 산화제를 분사할 수 있는 하나 또는 그 이상의 연료 분사기들 및/또는 하나 또는 그 이상의 공기 분사기들, 그리고 배기가 상응하는 연소 챔버들을 빠져나가는 것을 방지하거나 허용할 수 있는 배기 밸브들을 포함할 수 있는 엔진을 제어할 수 있다. 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 적어도 한 실시예에서, 연료 분사기들, 공기 분사기들, 배기 밸브들 또는 이들의 조합은 출력축으로부터 기계적으로 결합해제되거나 분리되며 컨트롤러에 의해 작동될 수 있다. 또한, 일반적으로, 실린더들로 분사된 연료 및/또는 공기의 양은 물론 이런 분사의 타이밍을 제어하는 것은 엔진에 대한 임의의 수의 적절한 작동 상황을 만들어낼 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 컨트롤러는 엔진의 하나 또는 그 이상의 요소들 또는 부품들에 작동 가능하게 결합되거나 및/또는 그들의 작동을 제어하거나 구동할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러를 포함하는 제어 시스템은 컨트롤러에 다양한 입력들을 제공할 수 있는 임의의 적절한 센서들을 포함할 수 있다. 몇몇 예에서, 제어 시스템은 컨트롤러가 입력을 수신할 수 있도록(예컨대, 사용자에 의해 제공될 수 있는 및/또는 엔진의 작동 파라미터에 관련될 수 있는 입력) 컨트롤러에 결합된 하나 또는 그 이상의 입력 인터페이스 장치들(예컨대 사용자 인터페이스를 포함하는 장치)을 포함한다. 따라서, 컨트롤러는 하나 또는 그 이상의 입력들을 수신할 수 있으며, 엔진의 요소들 또는 부품들(및/또는 엔진에 연결된 요소들 또는 부품들)을 (직접적으로 또는 간접적으로) 작동시킬 수 있고, 이로써 엔진의 작동을 변경할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 동력 출력, 출력축의 분당 회전수(RPM), 출력축의 회전 방향, 연소 효율, 연소 체적, 이들의 조합 등을 바꾸거나 및/또는 최적화하기 위해 엔진의 작동을 변경하거나 조정할 수 있다.
하나 또는 그 이상의 실시예들에서, 제어 시스템은 하나 또는 그 이상의 작동 입력들(예컨대, 엔진의 사용자로부터의 입력들)에 기초하여 엔진의 실린더들에 분사될 연료 및/또는 공기의 양을 결정 또는 계산할 수 있다. 예를 들어, 작동 입력들은 동력 출력 요구량, 출력축의 RPM, 연소 체적 등에 관계된 입력들을 포함할 수 있고, 제어 시스템은 작동 입력(들)에 상응하는 엔진의 작동을 성취하거나 만들어내기 위해 엔진의 요소들 및/또는 부품들에 대한 파라미터들을 결정할 수 있다. 예를 들어, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 컨트롤러는 실린더들로 분사될 연료 및/또는 공기의 양, 실린더들 내에서 공기-연료 혼합물의 점화 타이밍, 배기 밸브들의 개방 타이밍 및 개방 지속 시간 등을 결정할 수 있다.
일반적으로, 내연 엔진은 가솔린(휘발유), 에탄올, 디젤, 액화 천연 가스(LNG), 액화 석유 가스(LPG), 수소 등과 같은 임의의 적절한 타입의 연료를 연소시킬 수 있다. 이에 더하여, 산소와 같은 임의의 적절한 산화제가 연료의 연소를 용이하게 하고 및/또는 촉진시킬 수 있다.
위에서 논의된 바와 같이, 연소 엔진(10)(예컨대, 도 1에 나타낸 바와 같은)은 컴퓨터 제어될 수 있으며 일실시예에 따르면 컨트롤러(5)에 작동 가능하게 결합될 수 있다. 다시 한번, 엔진은 위에서 논의된 바와 같이 임의의 수의 실린더들 및 임의의 수의 적절한 실린더 배치(예컨대, V, 로터리, 복서 등)를 가질 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
위에서 설명된 바와 같이, 연료 및/또는 공기는 엔진(10)의 실린더들로 직접적으로 분사될 수 있다. 예를 들어, 엔진(10)은 엔진(10)의 상응하는 실린더들과 연계된 연료 분사기들(30)과 공기 분사기들(도 4)을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 컨트롤러(5)는 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 연료 분사기(30) 및/또는 공기 분사기들(26)을 작동시킨다(작동 지침을 제공하는 것에 의한 것과 같이 직접적으로 또는 간접적으로 작동시키는 것을 포함하여).
위에서 설명된 바와 같이, 공기 분사기들(26)은 임의의 수의 공기원 또는 공기 공급원, 또는 임의의 수의 적절한 산화제들에 연결될 수 있다. 하나 또는 그 이상의 실시예들에서, 공기 분사기들(26)은 공기 흡입 매니폴드(16)에 연결된다. 예를 들어, 공기 흡입 매니폴드(16)는 공기(예컨대, 압축된 공기)를 수용하고 및/또는 그 공기를 공기 분사기들(26)로 (예컨대, 공기 분사기들(26)과 흡입 매니폴드(16) 사이의 하나 또는 그 이상의 상응하는 공기 라인들을 통해) 분배한다. 몇몇 실시예들에서, 공기 흡입 매니폴드(16)는 압축기(18)와 유체 연통될 수 있는데, 이는 압축된 공기를 공기 흡입 매니폴드로 공급할 수 있다. 유사하게 연료 분사기들(30)은 연료 공급원(예컨대, 연료 펌프가 연료 분사기들(30)로 또는 연료 분사기들을 향해 연료를 공급할 수 있다)으로 연결될 수 있다.
하나 또는 그 이상의 실시예들에서, 컨트롤러(5)는 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 연료 분사기(30) 및/또는 공기 분사기들(26)을 (작동을 위한 지침을 제공하는 것에 의한 것과 같이 직접적으로 또는 간접적으로) 작동시킨다. 예를 들어, 연소 엔진(10)의 배기 밸브들(52)은 컨트롤러(5)에 작동 가능하게 결합될 수 있고, 개방 위치들에서 배기가 연소 과정 및/또는 연소 이후에 실린더를 빠져나갈 수 있고, 폐쇄 위치에서 배기 밸브들(52)이 상응 하는 실린더들로부터 배기가 빠져나가는 것을 적어도 부분적으로 막도록, 그에 의해 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 작동될 수 있다. 이에 더하여, 위에서 언급된 바와 같이, 컨트롤러(5)는 엔진(10)의 작동에 관한 정보 및/또는 엔진(10)의 작동을 위한 작동 파라미터들에 관한 정보를 제공할 수 있는 하나 또는 그 이상의 센서들에 연결될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 옥탄 센서 또는 연료 센서가 컨트롤러(5)에 연결되고 연료 분사기(30)(도 4)를 향해 또는 연료 분사기로 유동하는 연료와 접촉하여 배치된다. 따라서, 컨트롤러(5)는 엔진(10)의 실린더들을 향해 및/또는 실린더들로 유동하는 연료와 관련된 정보 또는 신호들을 수신할 수 있다.
컨트롤러(5)는 또한 엔진(10)의 실린더들로 공급되는 산화제에 관한 정보를 제공할 수 있는 하나 또는 그 이상의 센서들에도 연결될 수 있다. 예를 들어, 엔진(10)은 컨트롤러(5)에 연결되고 흡입 매니폴드(16) 내의 공기와 연통된 압력 센서 및/또는 온도 센서(17)를 포함할 수 있다. 유사하게, 컨트롤러(5)는 엔진(10)의 하나 또는 그 이상의 실린더들을 빠져나가는 배기에 대한 정보를 제공할 수 있는 하나 또는 그 이상의 센서들에 연결될 수 있다.
일실시예에서, 엔진(10)은 엔진(10)의 상응하는 실린더들을 빠져나가는 배기와 연통되어 있고 컨트롤러(5)에 연결된 배기 센서들(54)을 포함한다. 예를 들어, 배기 센서들(54)은 엔진(10)의 상응하는 실린더들을 빠져나가는 배기 가스들에 존재하는 산소의 양을 검출 또는 결정할 수 있다. 이에 더하여, 몇몇 예에서, 컨트롤러(5)는 들어오는 공기(예컨대, 흡입 매니폴드(16) 내의, 흡입 매니폴드(16)을 공기 분사기들(26)로 연결하는 공기 라인들 내의 공기)와 연통된 하나 또는 그 이상의 산소 센서들에 연결될 수 있다. 따라서, 컨트롤러는 엔진(10)의 연소 챔버들에서의 분사를 향해 또는 그 분사로 유동하는 공기 내에서 산소 함유량 또는 산소 농도에 관련된 입력 또는 신호들을 수신할 수 있다.
아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 컨트롤러는 출력축에 연결된 위치 센서들, 노킹 센서들, 스로틀 위치 센서들 등과 같은 임의의 수의 적절한 센서들에 연결되거나 그 센서들로부터 정보를 수신할 수 있다. 이에 더하여, 몇몇 예에서, 컨트롤러는 센서들로부터 및/또는 엔진에 관련되지 않을 수 있는 입력 장치들로부터 입력을 수신할 수 있다. 어느 경우이든, 컨트롤러는 컨트롤러에 연결된 센서들로부터 수신된 정보 또는 신호들에 적어도 부분적으로 기초하여 공기 분사기들, 연료 분사기들, 배기 밸브들 또는 이들의 조합을 작동시킬 수 있다.
도 9는 적어도 일실시예에 따라 내연 엔진의 연소 및/또는 작동을 제어할 수 있는 제어 시스템의 컨트롤러에 의해 수행될 수 있는 작동들 또는 활동의 순서도를 나타내고 있다. 일실시예에서, 컨트롤러는 엔진의 작동 파라미터에 관련된 하나 또는 그 이상의 작동 입력들을 수신하는 작동(100)을 수행 또는 실행한다. 예를 들어, 컨트롤러는 엔진에 의해 생성되는 동력 출력 및/또는 RPM에 관련된 입력 또는 정보(예컨대, 엔진의 크랭크축의 RPM을 증가시키라는 요구)를 수신할 수 있다. 일반적으로, 이 입력은 임의의 수의 적절한 방법들로 및/또는 임의의 수의 적절한 입력 인터페이스 및/또는 입력 인터페이스 장치들로부터 컨트롤러로 제공되거나 공급될 수 있다. 예를 들어, 운송수단에서, 입력 인터페이스 장치는 스로틀(예컨대, 스로틀 페달, 레버, 핸들 등)일 수 있다.
몇몇 예에서, 하나 또는 그 이상의 센서들(예컨대, 위치 센서들)이 스로틀로부터 입력을 수신하고 해석된 입력(예컨대, 스로틀의 변위)을 제어 시스템으로 송신할 수 있다. 따라서, 예컨대, 스로틀 페달의 변위(예컨대, 사용자로부터의 입력)가 사용자에 의해 만들어진 스로틀 페달의 변위의 양을 컨트롤러로 보여줄 수 있는 컨트롤러로 송신되거나 보내어지는 상응하는 입력으로 디지털화되거나 해석될 수 있다. 몇몇 예에서, 스로틀 페달의 변위(스로틀 페달에 결합된 센서로부터의 신호 또는 입력에 의해 나타내어진 바와 같이)는 RPM, 동력 출력 등과 같은 엔진의 하나 또는 그 이상의 작동 파라미터들과 함께 컨트롤러에 의해 처리 및/또는 연관될 수 있다.
또한, 스로틀 페달의 변위(들)이 디지털화될 수 있기 때문에, 변위들의 조합 또는 패턴(예컨대, 다중적인 짧은 변위들, 다중적인 긴 변위, 이들의 조합 등)이 컨트롤러에 의해 엔진의 특정한 작동 파라미터들과 연관지어질 수 있다. 예를 들어, 2개의 긴 변위들은 컨트롤러에 의해, 선택되거나 및/또는 미리 정해진 동력 출력 또는 엔진의 동력 출력 또는 RPM의 백분율 증가와 함께 연관지어질 수 있다. 어느 경우이든, 컨트롤러는 바람직한 또는 요구된 엔진의 동력 출력 및/또는 RPM과 관련된 하나 또는 그 이상의 입력들을 수신할 수 있다.
대안적인 또는 추가적인 실시예들에서, 컨트롤러는 요구된 연소 체적을 위한 입력을 수신할 수 있다. 예를 들어, 적절한 입력 인터페이스는 다이얼, 키붙이 인터페이스(keyed interface), 터치패드, 앞선 것들의 조합 등을 포함할 수 있다. 어느 경우이든, 입력 인터페이스는 엔진에 대한 바람직한 또는 요구되는 연소 체적의 입력을 용이하게 할 수 있는데, 이는 컨트롤러로 보내어지거나 송신될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 작동 파라미터(들)에 관한 입력은 엔진에 의해 생성되도록 요구되는 소리(예컨대, 주파수, 음조(tonality) 등)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 어떤 인터페이스는 소리 옵션들(예컨대, 다양한 엔진들 또는 엔진 모델들의 소리들)을 제공하거나 시현할 수 있고, 이런 옵션들의 선택(들)을 수신할 수 있다; 이 인터페이스는 이런 선택들을 엔진의 작동 파라미터에 관련된 입력으로서 컨트롤러로 송신할 수 있다.
이에 더하여, 하나 또는 그 이상의 실시예들에서, 입력(들)은 엔진의 하나 또는 그 이상의 작동 파라미터들에 간접적으로 연관될 수 있다. 예를 들어, 엔진은 엔진으로 구동되는 운송수단(engine-driven vehicle)에 포함될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 이 입력은 운송수단의 속도에 관련될 수 있는데, 이는 운송수단이 향하는 방향(예컨대, 상향 경사, 하향 경사 등), 운송수단의 거동, 기후 조건 등에 따라 달라질 수 있다. 이런 예에서, 입력 인터페이스 장치로부터의 입력(예컨대, 크루즈 컨트롤)은 크랭크축의 RPM과 같은 엔진의 작동 파라미터(들)에 연관될 수 있는 하나 또는 그 이상의 파라미터들 또는 입력들로 해석되거나 변환될 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 입력들(예컨대, 엔진의 작동 파라미터들에 직접적으로 관련될 수 있는 입력들)은 엔진에 대해 예상되는 동력 요구와 관련되거나 및/또는 이 동력 요구에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다. 예를 들어, 엔진으로 구동되는 운송수단의 엔진을 제어하기 위한 작동 입력(들)은 운송수단 및 그 화물의 무게, 예상되는 또는 계획된 경로(예컨대, 오르막, 내리막, 선회 등)에 관련되거나 및/또는 이에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다. 따라서, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 컨트롤러는 이런 입력을 엔진의 작동 파라미터(들)과 연관지을 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 작동 입력(들)은 엔진의 실린더들로 공급될 연료 및/또는 산화제의 특정한 유형을 식별하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 입력들은 연료 유형 및 산화제 조합들의 선택 또는 입력을 포함할 수 있는데, 이들은 컨트롤러에 결합될 수 있는 임의의 적절한 인터페이스를 통해 수신될 수 있다. 추가적으로 또는 대체적으로, 연료 및/또는 산화제 유형에 관련된 입력(들)은 하나 또는 그 이상의 센서들로부터 수신될 수 있다 몇몇 실시예들에서, 컨트롤러는 하나 또는 그 이상의 센서들로부터의 입력을 수신하는 작동(110)을 수행하거나 실행한다. 예를 들어, 컨트롤러는 연료 및/또는 산화제 센서들로부터 입력을 수신할 수 있다. 본 설명이 때때로 "실린더" 또는 "실린더들"이라고 언급하지만, 이런 언급은 간단함을 위한 것이며 엔진은 위에서 설명된 바와 같이 임의의 적절한 연소 챔버(들)를 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
적어도 한 실시예에서, 컨트롤러는 하나 또는 그 이상의 공기 압력 센서들로부터 입력을 수신할 수 있는데, 이들은 실린더들로 공기(또는 다른 산화제)를 집합적으로 공급할 수 있는 공기 흡입 매니폴드 및/또는 공기 라인들에서의 압력을 표시할 수 있다. 바꾸어 말해, 컨트롤러는 실린더들로 직접적으로(예컨대, 밸브들의 개입 없이) 가압되거나 분사될 수 있는 공기의 압력 또는 백분율 압축에 대한 정보를 수신할 수 있다. 몇몇 예에서, 컨트롤러는 또한 공기 라인들과 연통된 및/또는 공기 흡입 매니폴드와 연통된 추가적인 또는 대체적인 센서들로부터 입력을 수신할 수 있다; 이런 센서들은 공기 라인들 내의 산화제의 유형 및/또는 그 양(예컨대, 공기 중에 존재하는 산소의 백분율)을 식별할 수 있다. 이에 더하여, 몇몇 예에서, 컨트롤러는 하나 또는 그 이상의 배기 센서들로부터 입력을 수신할 수 있다. 예를 들어, 배기 센서들은 엔진의 실린더들을 빠져나가는 배기 가스들 내에서 산소 함유량에 관련된 입력을 제공할 수 있다.
일실시예에서, 컨트롤러는 실린더들로 공급되고 있는 연료의 유형을 식별할 수 있는 연료 센서들로부터 입력을 수신할 수 있다. 예를 들어, 연료 센서들은 연료와 연통되어 있을 수 있고 그 유형을 식별할 수 있다(예컨대, 가솔린, 디젤, 수소, 천연 가스, 프로판 등을 구별한다). 몇몇 예에서, 하나 또는 그 이상의 센서들이 역시 연료의 압력을 결정하거나 식별할 수 있다(예컨대, 연료 라인들, 연료 분사기 부근 등에서).
몇몇 실시예들에서, 컨트롤러는 엔진 온도, 공기 온도, 연료 온도 등에 관련된 입력 또는 신호를 수신할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 엔진의 하나 또는 그 이상의 부분들과 열적으로 연통된 하나 또는 그 이상의 센서들(예컨대, 써모커플들)로부터 엔진의 온도에 관련된 정보를 수신할 수 있다. 추가적인 또는 대체적인 실시예들에서, 컨트롤러는 엔진의 크랭크축의 회전 속도(RPM) 및/또는 위치에 대한 입력을 수신할 수 있다. 예를 들어, 하나 또는 그 이상의 인코더들 또는 유사한 센서들이 크랭크축에 연결될 수 있고 크랭크축의 위치뿐만 아니라 그 회전 속도까지 결정할 수 있다. 이에 더하여, 일례로서, 인코더들은 절대형 인코더(absolute encorder)들일 수 있으며 크랭크축의 위치에 관련된 위치 정보를 유지할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 인코더는 공급되는 전력 없이도 위치 정보를 유지할 수 있으며 크랭크축의 회전 없이도(예컨대, 엔진이 작동하기 전에) 그런 정보에 관련된 입력을 컨트롤러로 송신할 수 있다. 인코더는 컨트롤러가 1도 마다, 1/2도 마다, 1/4도 마다 등과 같이 크랭크축의 회전에 관련된 정보 또는 신호들을 수신하도록, 임의의 적절한 해상도(예컨대, 1도, 1/2도, 1/4도 등)를 가질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 이를 대체하여 또는 이에 더하여, 컨트롤러는 크랭크축의 회전의 매 1/4 회전(예컨대, 매 90도)에 관련된 정보 또는 신호들을 수신할 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 적어도 한 실시예에서, 엔진은 운송수단에 동력을 공급할 수 있다. 따라서, 몇몇 예에서, 컨트롤러는 하나 또는 그 이상의 센서들로부터 입력을 수신할 수 있는데, 이들은 그런 운송수단의 작동 상황들에 관련될 수 있다. 예를 들어, 이런 센서들(예컨대, 가속도계, 자이로스코프 등)은 상향 경사 또는 오르막 움직임, 하향 경사 또는 내리막 움직임, 선회, 피벗 등과 같은 운송수단의 움직임에 관련될 수 있는 입력을 컨트롤러에 송신할 수 있다.
일실시예에서, 센서들은 엔진에 의해 동력을 공급받는 운송수단을 위한 전지구적 위치확인 좌표계를 제공할 수 있는 전지구 측위 시스템(Global Positioning System, GPS)을 포함할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 컨트롤러는 GPS로부터 수신된 입력에 적어도 부분적으로 기초하여 운송수단의 움직임을 추정할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 전지구적 위치 좌표 및/또는 그 변화와 지도 상의 위치(들)을 연관시킬 수 있고 지도 상에서 운송수단의 위치와 지도와 관련한 그 운송수단의 움직임을 결정할 수 있다.
하나 또는 그 이상의 실시예들에서, 컨트롤러는 엔진의 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들로(예컨대, 엔진의 하나 또는 그 이상의 실린더들로) 분사할 공기의 양을 결정하는 작동(120)을 수행하거나 실행한다. 보다 특정적으로, 예컨대, 컨트롤러는 센서들로부터 수신된 정보 또는 읽어 들인 값들에 기초하여 및/또는 엔진의 작동 파라미터(들)에 관련된 수신된 입력(들)에 기초하여 연소 챔버(들)로 분사할 공기의 양을 결정할 수 있다. 몇몇 예에서, 컨트롤러는 실린더들로 분사할 공기의 양을 결정하기 위해 하나 또는 그 이상의 알고리즘들, 테이블들, 데이터 베이스들, 또는 이들의 조합을 참조하거나 참조 부호를 달 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 컨트롤러는 하나 또는 그 이상의 입력들을 엔진의 작동 파라미터(들)과 연관지을 수 있다. 특히, 컨트롤러는 하나 또는 그 이상의 사용자들, 센서들 등으로부터 수신된 입력들을 엔진의 작동 파라미터(들)과 연관지을 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 엔진 및/또는 그 현재 및 예상 움직임(예컨대, 오르막, 내리막 등)을 포함하는 운송수단의 위치를 결정하기 위해 GPS로부터의 입력을 처리할 수 있다; 운송수단의 위치 및 현재 및/또는 예상 움직임에 기초하여, 컨트롤러는 엔진의 하나 또는 그 이상의 작동 파라미터(들)을 결정할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 운송수단의 현재 및/또는 예상 움직임에 기초하여, 및/또는 연관되는 현재 및/또는 예상 하중 및/또는 동력 요구에 기초하여 엔진에 대한 연소 체적을 결정하거나 계산할 수 있다(예컨대, 운송수단의 경로 상의 예상되는 상향 경사에 기초하여 현재 RPM을 유지하기 위해 연소 체적의 증가를 결정할 수 있다). 몇몇 예에서, 컨트롤러는 하나 또는 그 이상의 추가적인 또는 대체적인 파라미터들(예컨대, 허용 배출과 관련된 지역 법규 또는 조례)에 기초하여 연소 체적을 결정할 수 있다. 예를 들어, 지역 법규 또는 조례에 기초하고 GPS로부터의 입력에 기초하여 컨트롤러는 연소 체적의 감소를 결정할 수 있다(예컨대, 연소 체적이 대기압 이하의 압력으로 있도록 실린더의 내부 체적보다 작도록).
몇몇 실시예들에서, 컨트롤러는 테이블, 챠트, 하나 또는 그 이상의 공식 또는 알고리즘 등을 참조하는데, 이들은 선택된 및/또는 미리 정해진 양의 연료 및 공기를 엔진의 크랭크축에서 만들어진 분당 회전수(RPM)와 연관지을 수 있다. 이런 테이블은 엔진에 따라, 실시예에 따라 달라질 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 그러나 어느 경우이든, 이런 테이블(들)에 적어도 부분적으로 기초하여 컨트롤러가 실린더들로 분사할 공기의 양을 결정할 수 있다.
예를 들어, 위에서 언급된 바와 같이, 컨트롤러는 엔진의 크랭크축의 RPM과 같은 엔진의 요구된 작동 파라미터에 관련된 입력을 수신할 수 있다. 이에 더하여 또는 이를 대체하여, 위에서 언급한 바와 같이, 컨트롤러는 임의의 수의 적절한 입력들을 수신할 수 있는데, 이들은 엔진의 작동 파라미터(들)로 변환되거나 및/또는 이 파라미터(들)과 연관지어질 수 있다. 일실시예에서, 그런 입력에 기초하여, 컨트롤러는 실린더들로 분사되는 공기의 양을 결정할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 요구된 RPM을 만들어내기 위한 연료의 양을 최소화하기 위해 공기의 최적의 양을 선택하거나 결정할 수 있고, 따라서 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 실린더(들) 내에서 희박 연소(lean combustion)를 만들어낸다.
통상적인 엔진들이 실린더로 진입하는 공기의 양을 정확하게 제어하지 못하기 때문에, 전형적인 통상적인 제어는 요구된 RPM을 얻어내기 위해 공기 흡입 메커니즘(예컨대, 스로틀, 터보 등)을 조정할 수 있다. 적어도 한 실시예에서, 실린더로 분사되는 공기의 양을 정확하게 제어하는 것(예컨대, 실린더로 선택된 및/또는 미리 정해진 양의 공기를 직접 분사함에 의해)은 그런 분사 또는 일련의 분사들에 기초하여 선택된 및/또는 미리 정해진 RPM을 만들어내는 것을 용이하게 할 수 있다. 바꾸어 말해, 컨트롤러는, RPM에 기초하여 이루어지는 실린더들로의 공기 공급의 통상적인 조정과 비교하여, 실린더들과 같은 연소 챔버(들)로 분사할 공기의 특정된 양을 결정하고 선택된, 미리 정해진, 및/또는 요구된 RPM 출력을 만들어낼 수 있다(예컨대, 통상적인 컨트롤러는 실린더로 진입하는 공기의 정확한 양에 관한 정보를 가질 수 없기 때문에).
유사하게, 위에서 언급된 바와 같이, 컨트롤러는 하나 또는 그 이상의 실린더들에 대해 요구된 체적과 관련된 하나 또는 그 이상의 입력들을 수신할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 실린더의 실제 연소 체적의 증가 요구(예컨대, 100% 증가, 200% 증가 등) 또는 감소 요구(예컨대, 20% 감소, 40% 감소, 50% 감소 등)를 수신할 수 있다. 이런 요구에 기초하여 컨트롤러는 실린더(들)로 분사할 공기의 양 또는 체적을 결정할 수 있다. 몇몇 예에서, 분사되도록 결정된 공기의 양은 실린더의 실제 체적보다 적을 수 있다는 것이 이해되어야 한다(예컨대, 대기압에서, 실린더로 분사될 공기의 체적은 실린더의 체적보다 작을 수 있다).
몇몇 예에서, 컨트롤러는 각각의 특정한 실린더에 분사할 공기의 양을 독립적으로 결정할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 하나 또는 그 이상의 실린더들로 공급되는 공기의 양을 줄이고, 이로써 연소 체적을 줄일 수 있다. 이를 대체하여 또는 이에 더하여, 컨트롤러는 증대된 연료 경제성을 위한 것과 같이 희박 연소를 만들어내기 위해 하나 또는 그 이상의 실린더들로의 공기 공급을 증가시키도록 결정할 수 있다(예컨대, 감소된 연료 공급에 기초하여). 몇몇 예에서, 희박 연소는 상대적으로 높은 연소 온도를 가질 수 있는데, 이는 엔진 온도를 증가시키는 것을 초래할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 컨트롤러는 하나 또는 그 이상의 실린더들에서 희박 연소를 선택적으로 만들도록 결정하고, 엔진의 과열 및/또는 그 요소나 부품의 손상을 방지할 수 있는 방식으로, 희박 연소를 생성하는 실린더들을 주기적으로 바꿀 수 있다(예컨대, 하나 또는 그 이상의 온도 센서들로부터의 온도 입력에 기초하여).
몇몇 예에서, 컨트롤러는 하나 또는 그 이상의 배기 센서들로부터의 입력에 기초하여 실린더들로 분사될 공기의 양을 조정할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 배기 가스 내의 산소의 양을 식별하는 입력을 수신할 수 있다. 이와 같이, 컨트롤러는 배기 내에 존재하는 산소의 양에 기초하여 이전에 정해진 공기의 양을 조정할 수 있다. 이에 더하여, 몇몇 실시예들에서, 컨트롤러는 하나 또는 그 이상의 센서(들)로부터의 입력들 및/또는 동일한 또는 유사한 작동 입력들과 같은 동일한 또는 유사한 입력들을 수신한 것에 응답하여 실린더들(2)로 분사될 공기의 양에 대한 장래의 결정을 위해 알고리즘(예컨대, 공식), 테이블 값들 등을 조정할 수 있다.
일실시예에서, 컨트롤러는 결정된 공기의 양에 적어도 부분적으로 기초하여 하나 또는 그 이상의 공기 분사기들을 작동시키는 작동(130)을 수행하거나 실행한다. 특히, 예를 들어, 컨트롤러는 공기 분사기들이 엔진의 실린더들로 직접 공기를 분사하도록(예컨대, 적어도 실질적으로 방해받지 않는 방식으로 공기를 분사함) 작동시킬 수 있다(작동을 위한 지침들을 제공하는 것에 의한 것과 같이 직접적으로 또는 간접적으로). 예를 들어, 컨트롤러는 선택된 및/또는 미리 정해진 기간 또는 양의 시간 동안 하나, 몇몇 또는 모든 실린더들에서 공기 분사기들을 개방시킬 수 있는데, 이는 선택된, 미리 정해진 및/또는 정확한 양의 공기가 실린더로 진입하도록 허용할 것이다. 위에서 언급된 바와 같이, 컨트롤러는 공기 분사기들에서 또는 그 근처에서 공기 압력과 관련될 수 있는 입력들을 수신할 수 있다. 이와 같이, 예를 들어, 컨트롤러는 선택된 및/또는 미리 정해진 양의 공기가 실린더로 진입하는 것을 허용하기 위해(예컨대, 공기 압력 센서로부터 수신된 입력에 적어도 부분적으로 기초하여) 공기 분사기(들)이 개방된 채로 유지하는 데에 요구되는 시간의 양을 결정할 수 있다.
어느 경우이든, 컨트롤러는 공기 분사기(들)이 실린더(들)로 미리 정해진 및/또는 정확한 공기의 양을 제공하도록 작동시킬 수 있고, 이로써 하나 또는 그 이상의 선택된 및/또는 미리 정해진 작동 파라미터들로(예컨대, 선택된 및/또는 미리 정해진 또는 요구된 RPM, 온도, 연료 효율 등으로) 엔진을 작동시킬 수 있다. 이에 더하여, 위에서 각 작동들이 특정한 순서로 설명되고 있으나, 이런 작동들은 임의의 수의 적절한 순서로 수행될 수 있으며, 이는 실시예에 따라 달라질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, 컨트롤러는 하나 또는 그 이상의 센서들로부터 입력을 먼저 수신할 수 있고(작동 110), 이어서 엔진의 작동 파라미터(들)과 관련된 하나 또는 그 이상의 작동 입력들을 수신할 수 있다(작동 100).
위에서 언급된 바와 같이, 컨트롤러는 임의의 수의 적절한 센서들 또는 입력원들로부터 정보 또는 신호들을 수신할 수 있고, 이런 정보 또는 신호들은 엔진의 임의의 수의 작동 상황들 또는 작동 파라미터들과 관련될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 엔진의 연소 챔버들에 존재하는 배기 가스에 관련된 정보 또는 신호들을 수신할 수 있다. 이에 더하여, 몇몇 예에서 컨트롤러는 배기 센서들로부터 수신된 정보 또는 신호들에 적어도 부분적으로 기초하여 공기 분사기들을 작동시킬 수 있다. 예를 들어, 도 10은 적어도 한 실시예에 따라 컨트롤러에 의해 수행될 수 있는 단계들 또는 작동들의 순서도를 나타내고 있다.
더욱 특정적으로, 일실시예에서, 컨트롤러는 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들로부터 배기 가스들에 관련된 신호를 수신하는 작동(100a)을 수행하거나 실행한다. 예를 들어, 컨트롤러는 배기 센서로부터 정보 또는 신호를 수신할 수 있는데, 이는 배기 가스들의 조성을 표시하거나 이 조성에 관련될 수 있다(예컨대, 이 신호는 배기가스에 존재하는 산소의 양과 관련될 수 있다). 추가적으로, 몇몇 실시예들에서, 컨트롤러는 엔진의 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들로 분사할 공기의 양을 결정하는 작동(120a)을 실행하거나 수행한다. 특히, 이런 결정은 배기 센서(들)로부터 수신된 신호들 또는 읽어들인 값들에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다.
예를 들어, 배기 가스 내에 존재하는 잔여 산소의 양에 기초하여, 컨트롤러는 분사된 산소가 연소 반응 과정에서 완전하게 또는 실질적으로 소비되도록, 연소 챔버(들) 내로 분사할 공기의 양을 결정할 수 있다. 따라서, 적어도 한 실시예는 컨트롤러에 의해 결정된 공기의 양에 적어도 부분적으로 기초하여 하나 또는 그 이상의 공기 분사기들을 작동시키는 작동(130a)을 포함한다. 위에서 언급된 바와 같이, 예를 들어, 컨트롤러는 선택된 및/또는 미리 정해진 양의 공기가 연소 챔버로 진입하도록, 선택된 및/또는 미리 정해진 양의 시간 동안 공기 분사기들을 개방함으로써 및/또는 개방한 채로 유지함으로써 공기 분사기들을 작동시킬 수 있다. 이에 더하여 또는 이를 대체하여, 컨트롤러는 연소 챔버들로 분사되도록 결정된 공기의 양을 포함하는 정보를 제공할 수 있다; 공기 분사기들은 이런 정보에 기초하여 엔진의 연소 챔버(들)로 선택된 및/또는 미리 정해진 양의 공기를 분사하도록 작동될 수 있다.
또한, 몇몇 실시예들에서, 컨트롤러는 엔진의 작동을 제어할 수 있는 추가적인 또는 대체적인 요소 또는 부품들을 위한 작동 파라미터들을 결정할 수 있고 및/또는 그들을 작동시킬 수 있다. 도 11은 적어도 한 실시예에 따라 컨트롤러에 의해 수행될 수 있는 단계들 또는 작동들의 순서도를 나타내고 있다. 여기서 별도로 설명되는 경우 이외에, 아래에서 설명된 작동들은 도 9 및 도 10과 관련하여 위에서 설명된 작동들과 유사하거나 동일할 수 있다. 도시된 예에서, 컨트롤러는 엔진의 작동 파라미터(들)에 관련된 하나 또는 그 이상의 작동 입력들을 수신하는 작동(200)과, 하나 또는 그 이상의 센서들로부터 입력을 수신하는 작동(210)을 수행하거나 실행하는데, 이들은 작동(100, 110)과 유사하거나 동일하다(도 9).
일실시예에서, 컨트롤러는 엔진의 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들(예컨대, 실린더들)로 분사할 공기 및/또는 연료의 양을 결정하는 동작(220)을 수행하거나 실행하는데, 이들은 작동 입력(들) 및/또는 센서(들)로부터의 입력(들)에 적어도 부분적으로 기초할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 위에서 설명된 것과 동일하거나 유사한 방식으로 실린더(들)로 분사할 공기의 양을 결정할 수 있다. 이에 더하여, 컨트롤러는 또한 실린더(들)로 분사할 연료의 양을 결정할 수 있으며 이로써 실린더(들)로 분사될 공기-연료 혼합물을 결정할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 공기 및 연료는 엔진의 연소 챔버(들) 바깥에서 혼합될 수 있으며, 함께 분사될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 예를 들어, 컨트롤러는 연소 챔버 바깥에서 함께 혼합될 수 있는 선택된 및/또는 미리 정해진 양의 공기 및/또는 연료를 나누어줄 수 있는 하나 또는 그 이상의 제어 요소들(예컨대, 밸브, 분사기 등)로 신호 또는 지침을 제공할 수 있다. 결과적으로, 사전 혼합된 공기-연료 혼합물이 엔진의 연소 챔버(들)로 공급(예컨대, 분사)될 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 컨트롤러는 연료통(예컨대, 가스 탱크), 연료 라인들, 연료 분사기 근처, 또는 이들의 조합에 있는 연료의 유형(예컨대, 연료의 조성)을 식별할 수 있는 센서(들)로부터 입력을 수신할 수 있다. 따라서, 컨트롤러는 실린더(들)로 분사될 수 있는 연료의 유형에 적어도 부분적으로 기초하여 실린더(들)로 분사될 연료의 양을 결정할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 가솔린이 실린더들로 분사될 수 있다(예컨대, 가솔린의 산화 반응은
Figure pct00001
→
Figure pct00002
로 표현된다).
이와 같이, 예를 들어, 공기 중에서 O2의 농도에 따라, 화학량론적인 공기-가솔린 혼합물은 14.7:1(공기 대 가솔린)의 비율로 연소하는 것이 고려될 수 있는데, 이 비율에서 가솔린은 연소 이후에 활용 가능한 어떤 초과적인 공기나 산소 없이 연소된다. 따라서, 희박 혼합물(lean mixture)은 더 많은 공기를 가질 수 있고(예컨대 14.7:1보다 큰 비율), 과잉 혼합물(rich mixture)은 더 많은 연료(예컨대, 14.7:1보다 작은 비율)를 가질 수 있다. 예를 들어, 최대 동력 출력은 대략 12.6:1의 공기-가솔린을 가질 수 있는 과잉 혼합물에서 만들어질 수 있는 한편, 최고의 연료 경제성은 15.4:1 또는 그 이상 정도의 공기-가솔린 비율일 수 있는 희박 공기 가솔린 혼합물에 있을 수 있다. 몇몇 작동 상황 하에서, 이 비율은 65:1 및/또는 그 이상과 같은 초희박(ultra lean)일 수 있다. 초희박 혼합물은 상대적으로 높은 온도(예컨대, 화학량론적 혼합물보다 높은)에서 연소될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 몇몇 실시예들에서, 컨트롤러는 엔진 및/또는 그 하나 또는 그 이상의 실린더들에 손상을 주거나 및/또는 고장내는 것을 방지하도록, 희박 혼합물 또는 초희박 혼합물로부터 귀결될 수 있는 상승된 온도에서 엔진 및/또는 그 하나 또는 그 이상의 실린더들을 작동시키는 지속 시간을 결정할 수 있다. 이에 더하여, 컨트롤러는 엔진이 겪은 하중에 대응하기 위한 및/또는 예상되는 하중에 대응하기 위한 적절한 혼합물을 만들어내기 위해 공기 및/또는 연료의 분사를 결정하거나 선택할 수 있다.
예를 들어, 희박 혼합물 및/또는 초희박 혼합물은 엔진에 의해 동력이 공급되는 승용차와 같은 운송수단이 낮은 하중을 겪을 때 만들어질 수 있다(예컨대, 일정하거나 감소되는 속도로, 내리막을 구동중인 승용차 등). 컨트롤러는 하중이 증가하거나 증가할 것으로 예상될 때(예컨대, 승용차가 오르막을 구동 중이거나 오르막을 구동할 것으로 예상될 때) 화학량론적인 및/또는 과잉 혼합물을 만들도록 결정할 수 있다.
몇몇 예에서, 컨트롤러는 공기-연료 희박 혼합물을 분사하도록 결정할 수 있다(예컨대, 연료 경제성을 향상시키기 위해). 이에 더하여, 예컨대, 실린더들과 피스톤들로 형성된 연소 챔버들을 포함하는 엔진에서, 컨트롤러는 임의의 실린더로 분사되는 공기-연료 혼합물들을 선택적으로 및/또는 지속적으로 변경시킬 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 다른 실린더(들)과 비교하여 하나 또는 몇몇 실린더들에서 보다 희박한 연소를 만들어낼 수 있다. 몇몇 예들에서, 컨트롤러는 하나 또는 몇몇의 실린더들에서 희박 연소를 만들어내고 하나 또는 그 이상의 다른 실린더들에서 화학량론적 연소 또는 과잉 연소를 만들어낼 수 있다.
적어도 몇몇 연료들(예컨대 가솔린)의 화학량론적 연소는 과잉 연소보다 높은 연소 온도를 만들어낼 수 있으며, 희박 연소는 화학량론적 연소보다 높은 연소 온도를 만들어낼 수 있다. 이에 더하여, 몇몇 작동 상황 하에서, 연장된 화학량론적 연소 및/또는 희박 연소는 하나 또는 그 이상의 엔진 부품들을 손상시키거나 고장낼 수 있고 및/또는 엔진의 사용 수명을 줄일 수 있다. 일실시예에서, 컨트롤러는 엔진에서 온도 변화를 모니터링하면서 하나 또는 그 이상의 실린더들에서 화학량론적 연소 및/또는 희박 연소를 유지할 수 있는 분사 사이클 및/또는 연소 사이클을 결정할 수 있고, 엔진에 해로울 수 있는 온도(들)을 완화하거나 제거하기 위해 그런 연소 챔버들(예컨대 실린더들)에서 연소 파라미터들을 변경할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 하나, 몇몇 또는 모든 실린더들에서 희박한 화학량론적 연소 및/또는 희막 연소를 종료하고 그 안에서 과잉 연소를 개시하도록 결정할 수 있다. 이에 더하여 또는 이를 대체하여, 컨트롤러는 하나 또는 복수의 실린더들에서 희박 연소와 과잉 연소 번갈아 만들어내도록 결정할 수 있다(예컨대, 몇몇 실린더들은 희박 연소 혼합물로 작동되는 한편, 다른 실린더들은 과잉 연소 혼합물로 작동할 수 있다).
또한, 위에서 언급된 바와 같이, 컨트롤러는 크랭크축의 배향 및/또는 (왕복운동 엔진의) 실린더들 내에서 피스톤들이 위치(들)에 대한 입력 또는 정보를 수신할 수 있다. 몇몇 작동 상황 하에서, 컨트롤러는 다양한 시점 및/또는 다중적인 피스톤의 위치에서 실린더(들)로 연료 및/또는 공기를 분사하도록 결정할 수 있다. 예를 들어, 특정한 양의 연료 및/또는 공기의 단일한 분사 대신에, 컨트롤러는 연료 및/또는 공기 분사기들이 연료 및/또는 공기의 다중적인 분사를 이행하도록 이끌 수 있다(예컨대, 이는 크랭크축에서 동일하거나 더 적거나 더 많은 양의 연료 및/또는 공기의 단일한 분사와 동일한 동력 출력을 생성할 수 있다). 몇몇 예에서, 연료 및/또는 공기의 다중 분사는 공기-연료 혼합, 연료의 연소 등을 향상시킬 수 있다. 유사하게, 컨트롤러는 연료 및/또는 공기 분사기들이 로터리 엔진의 연소 챔버로 (예컨대, 그 로터가 회전하면서) 연료 및 공기의 다중적인 분사(개별적으로)를 이행하도록 이끌 수 있다.
이에 더하여, 왕복운동 엔진에 대해, 컨트롤러는 피스톤의 하강 및/또는 상승 움직임 과정에서 연료 및/또는 공기 분사기들 연료 및/또는 공기를 각각 분사하도록 이끌 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 컨트롤러는 연료 및/또는 공기 분사기들이 피스톤의 하강 스트로크 과정에서 연료 및/또는 공기를 분사하도록 이끌 수 있다. 예를 들어, 동력 스트로크 과정에서 공기 및/또는 연료의 분사는 연료의 점화를 향상시키거나 및/또는 추가적인 동력을 제공할 수 있다. 하나 또는 그 이상의 추가적인 도는 대체적인 실시예들에서, 컨트롤러는 연료 및/또는 공기 분사기들이 배기 스트로크(예컨대 4행정 사이클에서) 과정에서 연료 및/또는 공기를 분사하도록 이끌 수 있는데, 이는 실린더 바깥으로 배기 가스들의 배출에 도움을 줄 수 있다.
몇몇 예에서, 컨트롤러는 엔진의 연소 챔버(들)에서 화학량론적인 및/또는 희박한 공기-연료 혼합물들을 만들어 내기 위해 공기 및 연료의 다중적인 분사를 만들도록 결정할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 출력축의 선택된 및/또는 미리 정해진 배향(예컨대 왕복운동 엔진의 크랭크축의 배향), 실린더 내에서 피스톤의 선택된 및/또는 미리 정해진 위치, 앞선 것들의 조합 등에 적어도 부분적으로 기초하여 분사 타이밍들을 결정할 수 있다. 이에 더하여, 컨트롤러는 화학량론적인 및/또는 희박한 혼합물들을 만들어낼 수 있는 하나 또는 그 이상의 그러한 공기 및 연료 분사들을 이행하고, 과잉 혼합물을 만들어낼 수 있는 하나 또는 그 이상의 공기 및 연료 분사를 이행하도록 결정할 수 있다(예컨대, 이는 화학량론적 및/또는 희박 연소 과정에서 엔진의 온도 상승을 감소시키거나 최소화할 수 있다).
몇몇 예에서, 컨트롤러는 임의의 짝수로 된 연소 사이클(예컨대, 2행정의, 4행정의, 6행정의 등)로 엔진의 하나 또는 그 이상의 실린더들을 작동하도록 결정할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 피스톤의 하강 스트로크마다, 매 두 번째 하강 스트로크마다, 매 세 번째 하강 스트로크마다 등과 같이 하나, 몇몇 또는 모든 실린더들로 공기 및 연료를 분사하도록 결정할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 컨트롤러에 의해 수신된 하나 또는 그 이상의 입력들에서 요청된 동력 요구를 충족시키기 위해 미리 정해진 양의 시간 동안 2행정 사이클 상에서 몇몇 또는 전부의 실린더들을 작동시키도록 결정할 수 있으며, 몇몇 상황에서는 그런 동력 요구를 충족시키고 나서 실린더들이 4행정 사이클로 작동되도록 할 수 있도록 결정할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 컨트롤러는 하나 또는 몇몇 연소 챔버들(에컨대, 하나 또는 몇몇 실린더들)을 끄거나 셧다운하도록 결정할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 동력 출력 요구를 충족시키면서 연료 효율을 향상시키기 위해 어느 실린더(들)이 꺼질 수 있는지 결정할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 하나 또는 그 이상의 실린더들로의 연료 및/또는 공기 분사를 끄도록 결정할 수 있다(예컨대, 그런 실린더들 내에서 연료의 연소를 중지시킴). 몇몇 작동 상황 하에서, 컨트롤러는 꺼진 실린더들의 배기 밸브들을 폐쇄하거나 및/또는 폐쇄된 것을 유지하도록 결정할 수도 있다.
몇몇 예에서, 스파크가 실린더(들) 내에서 공기-연료 혼합물의 연소가 이루어지는 데에 요구될 수 있다. 예를 들어, 공기-가솔린 혼합물은 실린더 내에서 스파크(예컨대, 스파크 플러그와 같은 연료 점화기로부터의)에 의해 점화될 수 있다. 이와 같이, 하나 도는 그 이상의 실시예들에서, 컨트롤러는 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들에서(예컨대, 실린더들에서) 스파크의 타이밍을 결정하는 작동(230)을 수행하거나 실행한다. 예를 들어, 왕복운동 엔진에 대해, 컨트롤러는 피스톤의 하강 스트로크 과정에서 다중적인 시점들 및/또는 위치들에서 연료 및 공기를 분사하도록 결정할 수 있다. 유사하게, 컨트롤러는 실린더 내에서 스파크를 제공하기 위한 하나 또는 그 이상의 시점들을 결정할 수 있는데, 이는 연료 및/또는 공기 분사의 하나 또는 그 이상의 시점들에 상응할 수 있다(예컨대, 연료 및 공기가 분사되는 것과 거의 동일한 시점(들)에서; 실린더로의 공기 및/또는 연료의 분사 이후의 선택된 및/또는 미리 정해진 양의 시간에서; 피스톤의 선택된 및/또는 미리 정해진 위치들 및/또는 인코더로부터의 입력에 기초할 수 있는 크랭크축의 배향에서; 등). 어느 경우이든, 컨트롤러는 공기-연료 혼합물을 연소시키기 위해 상응하는 실린더(들)에서 스파크를 제공하기 위한 적절한 시점들을 결정할 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 일반적으로, 피스톤들을 크랭크축에 회전 가능하게 연결할 수 있는 피스톤 커넥터 로드(piston connector rod)와, 상응하는 실린더들 내의 피스톤들의 왕복운동이 크랭크축의 회전을 만들어낼 수 있다. 이와 같이, 크랭크축에 대한 피스톤 커넥터 로드의 각도 위치에 따라, 피스톤 상의 하강력 또는 움직임이 크랭크축에 상응하는 토크 및/또는 회전을 시계방향 또는 반시계방향으로 만들어낼 수 있다. 예를 들어, 상사점(top dead center, TDC)에서, 커넥터 로드는 실린더의 중심축과 평행하고 크랭크축에 수직일 수 있다(예컨대, 피스톤 상의 하강력은 크랭크축에서 어떤 회전도 만들지 못할 수 있다). 유사하게, 피스톤이 TDC 이전(BTDC) 또는 TDC 이후인 위치에 있을 때, 커넥터 로드의 연결 지점은 크랭크축의 회전축에 대해 수직이 아닌 각도로 있을 수 있다(예컨대, 피스톤에 대한 하강력은 크랭크축의 상응하는 시계방향 또는 반시계방향 회전을 만들어낼 수 있다). 예를 들어, 피스톤이 BTDC인 경우, 피스톤에 가해지는 힘은 상응하는 상대적으로 반시계방향 힘 및/또는 크랭크축의 회전을 만들 수 있다; 피스톤이 TDC 이후인 경우(ATDC), 피스톤에 가해지는 힘은 상대적으로 시계방향 힘 및/또는 크랭크축의 회전을 만들 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 컨트롤러는 인코더로부터 입력을 수신할 수 있고, 이런 입력은 엔진의 크랭크축의 상대적인 배향을 식별할 수 있다. 이에 더하여, 몇몇 예에서, 크랭크축의 상대적인 반경방향 배향에 기초하여, 컨트롤러는 실린더들 내에서 피스톤(들)의 위치(예컨대, 각각의 피스톤들이 TDC에 대한 관계에서 배치되는)를 결정하거나 연관지을 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 컨트롤러는 그랭크축의 초기 회전 및/또는 피스톤들의 움직임 없이 엔진을 시동시킬 수 있다(예컨대, 스타터 없이). 예를 들어, 컨트롤러는 ATDC에 위치한 피스톤들을 가진 하나 또는 그 이상의 실린더들을 결정하거나 식별할 수 있고, 이런 실린더들로 공기 및/또는 연료를 분사하도록, 그리고 공기-연료 혼합물을 점화하기 위해 이런 (적당한) 실린더들로 스파크를 제공하도록 결정할 수 있다(예컨대, 컨트롤러는 공기-연료 혼합물을 공급하고 그 혼합물을 점화하여 엔진을 시동시키도록 하기 위해 실린더들을 결정하거나 식별할 수 있다).
또한, ATDC에 있는 피스톤들을 가진 실린더들에 대해, 컨트롤러는 공기 및/또는 연료의 분사 순서뿐만 아니라 공기-연료 혼합물을 점화하도록 스파크를 제공하기 위한 순서도 결정할 수 있다(예컨대, 엔진 시동을 요청하는 수신된 입력에 적어도 부분적으로 응답하여). 예를 들어, 컨트롤러는 피스톤이 크랭크축에 대해 선택된 및/또는 미리 정해진 위치 또는 각도에 있는(예컨대, 선택된 및/또는 미리 정해진 각도에 가장 가까운 및/또는 이런 선택된 및/또는 미리 정해진 각도 이후의) 피스톤을 가진 실린더로 연료 및/또는 공기의 분사를 개시하도록 결정할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 적어도 크랭크축에 대해 ATDC 10도에 있는 및/또는 10도에 가장 근접한 피스톤을 가진 실린더로 연료 및 공기의 분사를 시작하거나 및/또는 공기-연료 혼합물을 점화하기 위한 스파크를 제공하도록 결정할 수 있다. 컨트롤러는 이런 실린더들로 분사할 연료 및 공기의 양을 결정할 수도 있다.
몇몇 실시예들에서, 컨트롤러는 공기 및/또는 연료를 분사하기 위해서뿐만 아니라 크랭크축의 회전을 정지시키거나 및/또는 역전시키기 위해 공기-연료 혼합물을 점화하기 위해서 실린더들을 결정하거나 식별할 수 있다(예컨대, 크랭크축의 정지 및/또는 역전을 나타내는 수신된 입력에 적어도 부분적으로 응답하여). 위에서 언급된 바와 같이, 컨트롤러는 실린더들 내에서 피스톤들의 위치를 식별할 수 있는 입력을 수신할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 BTDC에 위치한(예컨대, 피스톤 상승 스트로크 상에서) 피스톤들을 가진 실린더들을 결정하거나 식별할 수 있고, 크랭크축의 회전을 정지시키기 위한 및/또는 그 회전을 역전시키기 위한 연소 압력을 생성하기에 적합한 공기 및/또는 연료의 양을 결정할 수 있다. 바꾸어 말해, 엔진의 작동 및/또는 하나 또는 그 이상의 수신된 입력들에 기초하여(예컨대, 크랭크축의 RPM, 축에 연결된 메커니즘으로부터의 외부 하중과 같은 크랭크축 상의 하중, 크랭크축의 회전을 정지 또는 역전하려는 수신된 요청의 시각에서 실린더들 내의 피스톤들의 위치(들) 등), 컨트롤러는 회전을 정지 및/또는 역전시키는 데에 요구되는 또는 적합한 토크의 양을 결정할 수 있다. 이에 더하여, 몇몇 예에서, 컨트롤러는 크랭크축의 회전을 정지 및/또는 역전시키기 위해 결정된 양의 토크를 만들어내기 위해 하나 또는 그 이상의 실린더들로 분사할 공기 및 연료의 양을 결정할 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 엔진은 임의의 수의 엔진 구동되는 운송수단들(예컨대, 자동차, 선박, 항공기 등)에 포함될 수 있다. 따라서 예를 들어, 이런 운송수단의 조작자는 운송수단의 움직임의 회전의 역전을 위해 인터페이스에서 입력 또는 요청을 제공할 수 있다. 그 결과 컨트롤러는 엔진의 크랭크축의 회전의 역전에 대한 요청을 가리키는 입력을 수신할 수 있고, 이런 역전을 만들어내기 위해 실린더(들)로 분사할 공기 및 연료의 양을 결정할 수 있을 뿐만 아니라 공기 및 연료의 이런 분사를 만들어내기 위해 특정된 또는 적절한 실린더들을 식별할 수도 있다.
적어도 한 실시예에서, 컨트롤러는 하나 또는 그 이상의 공기 분사기들 및/또는 연료 분사기들을 결정된 공기-연료 혼합물에 적어도 부분적으로 기초하여 작동시키는 작동(240)을 수행하거나 실행한다. 위에서 언급된 바와 같이, 연료 및/또는 공기는 선택된 및/또는 미리 정해진 실린더들로 직접 분사될 수 있다. 바꾸어 말해, 컨트롤러는 공기 및 연료를 분사하기 위해서뿐만 아니라 그 실린더들 내에서 공기-연료 혼합물을 점화하기 위해 하나 또는 그 이상의 실린더들을 결정하거나 식별할 수 있다; 컨트롤러는 분사할 공기 및/또는 연료의 양을 결정할 수 있다; 컨트롤러는 순서(예컨대, 실린더들 사이에서 공기 및/또는 연료 분사의 순서)를 결정할 수 있다; 컨트롤러는 앞선 것들의 조합을 결정할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 컨트롤러는 하나도 또는 그 이상의 연료 점화기들(예컨대, 스파크 플러그들)을 결정된 스파크 타이밍에 적어도 부분적으로 기초하여 작동시키는 작동(250)을 수행하거나 실행한다. 예를 들어, 왕복운동 엔진의 경우, 컨트롤러는 하나 또는 그 이상의 실린더들에서 스파크를 제공하는 타이밍을 결정할 수 있다(예컨대, 크랭크축의 배향 및/또는 피스톤들의 상응하는 위치들에 연관될 수 있거나 및/또는 이들을 식별할 수 있는 인코더로부터의 입력에 기초하여). 이에 더하여, 위에서 설명된 바와 같이, 인코더는 임의의 적절한 해상도(예컨대, 1/2도 또는 그 이하 등)를 가질 수 있다; 따라서, 적어도 한 실시예에서, 컨트롤러는 인코더로부터 입력의 수신과 결정된 연료 점화기의 작동 사이에서 추가된 또는 의도적인 지연 없이(예컨대, 컨트롤러로부터 연료 점화기로의 신호 전송 및/또는 컨트롤러의 컴퓨팅 작동에서 고유한 지연만 가지고) 연료 점화기들을 작동시킬 수 있다.
또한, 위에서 설명된 바와 같이, 컨트롤러는 피스톤의 하강 스트로크에서 다중적인 시점 및/또는 피스톤의 위치에서 공기 및/또는 연료를 분사하도록 결정할 수 있다. 이에 더하여, 컨트롤러는 이런 정해진 시점들 및 (피스톤들의) 위치들에서뿐만 아니라 정해진 양으로 실린더에 공기 및 연료를 분사하도록 연료 및 공기 분사기들을 작동시킬 수 있다. 적어도 한 실시예에서, 컨트롤러는 다중적으로 선택된 및/또는 미리 정해진 시점들 및/또는 실린더 내에서 피스톤의 위치들에서 연료 점화기들을 작동시킬 수 있는데, 이들은 컨트롤러에 의한 공기 및 연료 분사기들의 작동의 시점들과 관련되거나 이 시점들에 상응할 수 있다.
위에서 설명된 작동들(210~250)은 컨트롤러에 의해 임의의 적절한 순서로 수행될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 이에 더하여, 몇몇 실시예들에서, 하나 또는 그 이상의 작동들이 생략되거나 대체될 수 있다. 예를 들어, 엔진은 임의의 수의 적절한 연료들(예컨대, 디젤, 수소, 프로판 등)로 작동될 수 있고, 몇몇 작동 상황 하에서 컨트롤러는 스파크 없이(예컨대, 디젤 연료로 작동하는 엔진) 엔진을 작동시키거나 제어할 수 있다. 이와 같이, 몇몇 예에서, 작동(230) 및/또는 작동(250)이 생략될 수 있다.
일반적으로, 여기서 설명된 컨트롤러는 임의의 수의 적절한 컴퓨팅 장치(예컨대, 하드웨어 및/또는 프로그램되거나 조작될 수 있는 소프트웨어일 수 있는 엔진 제어 유닛(ECU))을 포함할 수 있다. 이에 더하여, 여기서 설명된 작동들 또는 단계들은 컴퓨팅 장치에 저장된(예컨대, 컴퓨팅 장치의 메모리 안에) 소프트웨어 지침들에 의해, 및/또는 이런 작동들 또는 단계들을 실행하도록 구성된 하드웨어에 의해 실행될 수 있다. 적절한 컴퓨팅 장치의 일례가 도 12에 설명되어 있다. 보다 특정적으로, 도 12는 일실시예에 따른 컴퓨팅 장치(300)의 블록 다이어그램이다; 이 컴퓨팅 장치(300)는 위에서 설명된 하나 또는 그 이상의 절차들 또는 작동들을 수행하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 컴퓨팅 장치(300)는 컴퓨터 프로그램(예컨대, 코딩된 소프트웨어 또는 하드웨어)을 포함할 수 있는데, 이는 위에서 설명된 작동들을 수행하기 위해 컴퓨팅 장치(300)의 다양한 부품들 및/또는 요소들에 지침을 지시하거나 제공할 수 있다. 일실시예에서, 컴퓨팅 장치는 프로세서(310), 메모리(320), 저장 장치(330), I/O 인터페이스(340), 통신 인터페이스(350), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 도 12가 예시적인 컴퓨팅 장치(300)를 나타내고 있지만, 도시된 부품들은 제한적인 것으로서 의도된 것이 아니다. 추가적인 또는 대체적인 부품들이 다른 실시예들에서 이용될 수 있다. 이에 더하여, 어떤 실시예들에서는, 컴퓨팅 장치(300)가 도 12에 나타낸 것들보다 적은 부품들을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 프로세서(들)(310)은 컴퓨터 프로그램을 만드는 것과 같은 지침들을 실행하기 위한 하드웨어를 포함한다. 제한하는 방법으로써가 아니라 일례로써, 지침들을 실행하기 위해 프로세서(들)(310)는 내부 레지스터, 내부 캐쉬, 메모리(320) 또는 저장 장치(330)로부터 지침들을 찾아내고(또는 불러내고), 그들을 디코딩하고 실행할 수 있다. 특정한 실시예들에서, 프로세서(들)(310)는 데이터를 위한 하나 또는 그 이상의 캐쉬, 지침들 또는 어드레스들을 포함할 수 있다. 제한하는 방법으로써가 아니라 일례로써, 프로세서(들)(310)는 하나 또는 그 이상의 지침 캐쉬, 하나 또는 그 이상의 데이터 캐쉬, 및 하나 또는 그 이상의 변환 색인 버퍼(translation lookaside buffers, TLBs)를 포함할 수 있다. 지침 캐쉬 내의 지침들은 메모리(320) 또는 저장 장치(330) 내의 지침들의 복사본들일 수 있다.
컴퓨팅 장치(300)는 프로세서(들)(310)에 결합된 메모리(320)를 포함할 수 있다. 메모리(320)는 프로세서(들)에 의한 실행을 위해 데이터, 메타 데이터, 프로그램 또는 이들의 조합을 저장하기 위해 사용될 수 있다. 메모리(320)는 랜덤 액세스 메모리("RAM"), 리드 온리 메모리("ROM"), 솔리드 스테이트 디스크("SSD"), 플래시(flash), 페이스 체인지 메모리("PCM"), 또는 다른 유형의 데이터 저장 장치와 같은 하나 또는 그 이상의 휘발성 및 비휘발성 메모리들을 포함할 수 있다. 메모리(320)는 내부 메모리 또는 분사된 메모리일 수 있다.
컴퓨팅 장치(300)는 데이터 및/또는 지침들을 저장하기 위한 저장소를 가질 수 있는 저장 장치(330)를 포함할 수 있다. 제한하는 방법으로써가 아닌 일례로써, 저장 장치(330)는 위에서 설명된 비일시적인 저장 매체를 포함할 수 있다. 저장 장치(330)는 하드 디스크 드라이브(HDD), 플로피 디스크 드라이브, 플래시 메모리, 광디스크, 자기-광 디스크, 자기 테이프, 또는 USB(universal Serial Bus) 드라이브 또는 이들 중 둘 또는 그 이상의 조합을 포함할 수 있다. 저장 장치(330)는 적절하다면 제거 가능한 또는 제거 불가능한(또는 고정식) 매체를 포함할 수 있다. 저장 장치(330)는 컴퓨팅 장치(300)의 내부에 도는 외부에 있을 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 저장 장치(330)는 비휘발성, 솔리드 스테이트 메모리(solid-state memory)이다. 이에 더하여 또는 이를 대체하여, 저장 장치(330)는 리드 온리 메모리(ROM)을 포함할 수 있다. 적절하다면, 이 ROM은 마스크 프로그램 ROM(mask programmed ROM), 프로그래머블 ROM(PROM), 이레이저블 PROM(EPROM), 일렉트리컬리 이레이저블 ROM(EEPROM), 또는 플래시 메모리 또는 이들 중 둘 또는 그 이상의 조합일 수 있다.
컴퓨팅 장치(300)는 또한 하나 또는 그 이상의 입력 또는 출력("I/O") 인터페이스(들)를 포함할 수 있는데, 이들은 사용자로 하여금 컴퓨팅 장치(300)로의 입력, 그로부터의 출력을 제공하고, 또는 컴퓨팅 장치로의 데이터 전송 또는 그로부터의 데이터 전송을 허용하기 위해 제공될 수 있다. 예를 들어, I/O 인터페이스(들)(340)는 위에서 설명된 하나 또는 그 이상의 센서들(예컨대, 압력 센서들, 온도 센서들, 연료 센서들 등) 및/또는 하나 또는 그 이상의 입력 장치(예컨대, 스로틀, 사용자 인터페이스, 마우스, 키패드 또는 키보드, 터치 스크린, 카메라, 광학 스캐너, 네트워크 인터페이스, 모뎀, 기타 알려진 I/O 장치들 또는 이들의 조합)에 결합될 수 있다. 터치 스크린은 스타일러스 또는 손가락으로 활성화될 수 있다.
I/O 인터페이스(들)(340)는 그래픽 엔진, 디스플레이(예컨대, 디스플레이 스크린), 하나 또는 그 이상의 출력 드라이버들(예컨대, 디스플레이 드라이버들), 하나 또는 그 이상의 오디오 스피커들, 및 하나 또는 그 이상의 오디오 드라이버들을 포함하지만 이에 한정되지는 않는 출력을 사용자에게 제공하기 위한 하나 또는 그 이상의 장치들을 포함하거나 및/또는 그들에 결합될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 인터페이스(들)(340)는 사용자에게 시현하기 위해 디스플레이로 그래픽 데이터를 제공하도록 구성될 수 있다. 그래픽 데이터는 하나 또는 그 이상의 그래픽 사용자 인터페이스들 및/또는 특정한 구현에 기여할 수 있는 임의의 다른 그래픽 컨텐츠를 대표하는 것일 수 있다.
컴퓨팅 장치(300)는 통신 인터페이스(350)를 더 포함할 수 있다. 통신 인터페이스는 하드웨어, 소프트웨어 또는 둘 다를 포함할 수 있다. 통신 인터페이스(350)는 컴퓨팅 장치와 하나 또는 그 이상의 다른 컴퓨팅 장치들(300) 또는 하나 또는 그 이상의 네트워크들 사이의 통신(예컨대, 패킷 기반 통신과 같은)을 위한 하나 또는 그 이상의 인터페이스들을 제공할 수 있다. 제한하는 방식으로써가 아닌 일례로써, 통신 인터페이스(350)는 이더넷 또는 기타 유선 기반 네트워크를 가진 네트워크 인터페이스 컨트롤러(NIC) 또는 WI-FI와 같은 무선 네트워크를 가진 통신용 무선 NIC(WNIC) 또는 무선 어댑터를 포함할 수 있다.
본 개시는 임의의 적절한 네트워크 및 임의의 적절한 통신 인터페이스(350)를 고려하고 있다. 제한하는 방식으로써가 아닌 일례로써, 컴퓨팅 장치(300)는 애드혹 네트워크(ad hoc network), 개인 통신망(personal area network), 근거리 통신망(LAN), 광역 통신망(WAN), 도시 지역 통신망(MAN), 또는 인터넷의 하나 또는 그 이상의 부분들 또는 이들 중 둘 또는 그 이상의 조합으로 통신할 수 있다. 하나 또는 그 이상의 이들 네트워크들 중 하나 또는 그 이상의 부분들은 유선이거나 무선일 수 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 시스템(300)은 무선 PAN(WPAN)(예컨대, 블루투스 WPN과 같은), WI-FI 네트워크, WI-MAX 네트워크, 셀룰러 전화 네트워크(예컨대, 이동통신용 글로벌 시스템(GSM) 네트워크와 같은), 또는 기타 적절한 무선 네트워크 또는 이들의 조합으로 통신할 수 있다. 컴퓨팅 장치(300)는 적절하다면 임의의 이들 네트워크들을 위한 임의의 적절한 통신 인터페이스(350)를 포함할 수 있다.
컴퓨팅 장치(300)는 버스(360)를 더 포함할 수 있다. 버스(360)는 컴퓨팅 장치(300)의 구성들을 서로 연결하는 하드웨어, 소프트웨어 또는 둘 다를 포함할 수 있다. 제한하는 방법으로써가 아닌 일례로써, 버스(360)는 AGP(Accelerated Graphics Port) 또는 기타 그래픽 버스, EISA(Enhanced Industry Standard Architecture) 버스, FSB(Front-side Bus), HYPERTRANSPORT(HT) 인터커넥트, ISA(Industry Standard Architecture) 버스, INFINIBAND 인터커넥트, LPC(low-pin-count) 버스, 메모리 버스, MCA(Micro Channel Architecture) 버스, PCI(Peripheral Component Interconnect) 버스, PCIe(PCI-Express) 버스, SATA(Serial Advanced Technology Attachment) 버스, VLB(Video Electronics Standards Association Local) 버스 또는 기타 적절한 버스 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에서, 적절한 엔진 제어 유닛(ECU)이 엔진의 요소들 및/또는 부품들을 제어하고 및/또는 여기서 설명된 작동들을 수행하기 위해 이용되거나 및/또는 프로그램될 수 있다. 예를 들어, AEM Electronics로부터 활용할 수 있는 EMS-4는 4실린더 엔진에 대해 여기서 설명된 작동들을 수행할 수 있는 실행가능한 소프트웨어 코드를 저장하거나 프로그램될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 컨트롤러 또는 컴퓨팅 장치는 적절한 ECU와 같은 특수 목적 컴퓨터일 수 있지만, 추가적인 또는 대체적인 실시예들에서, 컨트롤러 또는 컴퓨팅 장치는 범용 컴퓨터일 수 있다.
이상은 본 발명의 실시예들로 이끌어져 있으나 본 발명의 다른 또는 추가적인 실시예들이 그 기초적인 범위를 벗어나지 않고서 창안될 수 있으며 그 범위는 이어지는 청구범위에 의해 결정된다.

Claims (47)

  1. 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들;
    하나 또는 그 이상의 연소 챔버들 중 상응하는 하나들에 각각 위치된 하나 또는 그 이상의 전환 메커니즘으로서, 연소 챔버 내의 압력 증가를 출력축의 하나 또는 그 이상의 회전 또는 직선형 출력 메커니즘의 직선형 움직임으로 전환하도록 구성된 하나 또는 그 이상의 전환 메커니즘;
    연료의 공급원에 작동 가능하게 연결되고 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들로 연료를 직접 분사하도록 구성된 하나 또는 그 이상의 연료 분사기들; 및
    산화제 공급원에 작동 가능하게 연결되고 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들 중 상응하는 하나들로 산화제를 분사하도록 구성된 하나 또는 그 이상의 산화제 분사기들을 포함하는 연소 엔진.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 산화제 분사기들 및 압축된 산화제 공급원과 유체 연통된 하나 또는 그 이상의 공기 라인들을 더 포함하는 연소 엔진.
  3. 제2항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 공기 라인들은 상기 하나 또는 그 이상의 공기 라인들 사이에서 압축된 산화제를 분배하도록 구성되고 크기가 정해진 흡입 매니폴드에 연결된 연소 엔진.
  4. 제3항에 있어서, 상기 흡입 매니폴드에 작동 가능하게 연결된 압축기를 더 포함하되, 상기 압축기는 기체상 산화제를 압축하도록 구성된 연소 엔진.
  5. 제1항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 산화제 분사기들은 상기 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들 중 상응하는 하나들로 방해받지 않고 개방되는 하나 또는 그 이상의 공기 분사 포트들 중 상응하는 하나들에 배치된 연소 엔진.
  6. 제5항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 연료 분사기들은 상기 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들 중 상응하는 하나들로 방해받지 않고 개방된 연료 분사 포트들 중 상응하는 하나들에 배치된 연소 엔진.
  7. 제1항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들 중 상응하는 하나들로 개방된 하나 이상의 배기 포트들을 더 포함하는 연소 엔진.
  8. 제7항에 있어서, 배기 매니폴드와, 상기 배기 매니폴드 및 상기 하나 또는 그 이상의 배기 포트들 중 상응하는 하나들과 유체 연통된 하나 또는 그 이상의 배기 라인들을 더 포함하는 연소 엔진.
  9. 제8항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 배기 라인들 중 상응하는 하나들에 작동 가능하게 연결된 하나 또는 그 이상의 배기 밸브들을 더 포함하고, 상기 하나 또는 그 이상의 배기 밸브들은 상응하는 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들로부터의 배기 유동을 적어도 부분적으로 허용하거나 방지하도록 작동 가능한 연소 엔진.
  10. 제1항에 있어서, 상기 전환 메커니즘은 상기 출력축에 작동 가능하게 연결된 하나 또는 그 이상의 피스톤들을 포함하고, 상기 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들은 하나 또는 그 이상의 실린더들과 상기 하나 또는 그 이상의 실린더들 중 상응하는 하나들에 움직임 가능하게 배치된 상기 하나 또는 그 이상의 피스톤들에 의해 규정되는 연소 엔진.
  11. 하나 또는 그 이상의 실린더들을 그 안에 포함하는 엔진 블록;
    상기 엔진 블록에 회전 가능하게 고정된 크랭크축;
    상기 하나 또는 그 이상의 실린더들에 움직임 가능하게 배치되고 상기 크랭크축에 작동 가능하게 연결된 하나 또는 그 이상의 피스톤들;
    상기 하나 또는 그 이상의 실린더들 중 상응하는 하나들로 방해받지 않고 개방된 하나 또는 그 이상의 연료 분사 포트들;
    상기 하나 또는 그 이상의 실린더들 중 상응하는 하나들로 방해받지 않고 개방된 하나 또는 그 이상의 산화제 분사 포트들; 및
    상기 하나 또는 그 이상의 산화제 분사 포트들 중 상응하는 하나들에 배치되고 상기 상응하는 하나 또는 그 이상의 실린더들로 산화제를 분사하도록 구성된 하나 또는 그 이상의 산화제 분사기들을 포함하는 연소 엔진.
  12. 제11항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 산화제 분사기들은 압축된 산화제의 공급원과 유체 연통된 연소 엔진.
  13. 제11항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 산화제 분사기들은 상기 크랭크축의 하나 또는 그 이상의 회전 또는 상기 상응하는 하나 또는 그 이상의 실린더들 내에서의 상기 하나 또는 그 이상의 피스톤들의 움직임과 독립적으로 작동 가능한 연소 엔진.
  14. 제11항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들 중 상응하는 하나들로 개방된 하나 또는 그 이상의 배기 포트들을 더 포함하는 연소 엔진.
  15. 제14항에 있어서, 배기 매니폴드와, 상기 배기 매니폴드 및 상기 하나 또는 그 이상의 배기 포트들 중 상응하는 하나들과 유체 연통된 하나 또는 그 이상의 배기 라인들을 더 포함하는 연소 엔진.
  16. 제15항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 배기 라인들 중 상응하는 하나들에 작동 가능하게 연결된 하나 또는 그 이상의 배기 밸브들을 더 포함하고, 상기 하나 또는 그 이상의 배기 밸브들은 상기 크랭크축의 하나 또는 그 이상의 회전 또는 상기 하나 또는 그 이상의 피스톤들의 움직임과 독립적으로 작동 가능하고, 상기 하나 또는 그 이상의 배기 밸브들의 작동은 상기 상응하는 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들로부터의 배기 유동을 적어도 부분적으로 허용하거나 방지하는 연소 엔진.
  17. 제11항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 연료 분사 포트들 중 상응하는 하나들에 배치된 하나 또는 그 이상의 연료 분사기들을 더 포함하는 연소 엔진.
  18. 제17항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 연료 분사기들은 상기 하나 또는 그 이상의 연료 분사기들 사이에서 연료를 분배하도록 구성되고 크기가 정해진 분배 레일과 유체 연통된 연소 엔진.
  19. 제18항에 있어서, 상기 연료 레일 및 연료 탱크와 유체 연통되고, 상기 연료 레일에서 연료 압력을 제어하도록 구성된 연료 압력 레귤레이터를 더 포함하는 연소 엔진.
  20. 제17항에 있어서, 압축된 기체상 연료 공급원을 더 포함하고, 상기 하나 또는 그 이상의 연료 분사기들은 상기 압축된 기체상 연료 공급원과 유체 연통된 연소 엔진.
  21. 내연 엔진의 하나 또는 그 이상의 실린더들로 연료를 직접 분사하기 위한 연료 분사기들, 상기 내연 엔진의 하나 또는 그 이상의 실린더들로 산화제를 직접 분사하기 위한 산화제 분사기들, 및 상기 하나 또는 그 이상의 실린더들 중 상응하는 하나들로부터의 하나 또는 그 이상의 배기 포트들을 포함하고, 상기 하나 또는 그 이상의 배기 포트들 각각은 상기 하나 또는 그 이상의 실린더들 중 상응하는 실린더로부터의 배기 가스들의 유동을 제어하는 배기 밸브로 이어지는 내연 엔진.
  22. 제21항에 있어서, 상기 산화제는 공기인 내연 엔진.
  23. 하나 또는 그 이상의 실린더들의 외부로부터 하나 또는 그 이상의 실린더들 각각으로 이어지는 제1 포트들, 제2 포트들 및 제3 포트들과, 상기 하나 또는 그 이상의 실린더들의 각각의 실린더로 연료를 직접 분사하는 상기 제1 포트들 각각의 제1 분사기와, 상기 하나 또는 그 이상의 실린더들의 각각의 실린더로 공기를 직접 분사하는 상기 제2 포트들 각각의 제2 분사기가 존재하고, 상기 하나 또는 그 이상의 실린더들의 상기 제3 포트는 배기 포트이며 해당 실린더로부터 배기 가스들의 유동을 제어하는 배기 밸브와 연통된 내연 엔진.
  24. 제23항에 있어서, 상기 배기 밸브들은 전기-자기적으로 작동되는 엔진.
  25. 제23항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 실린더들 각각은 하나보다 많은 상기 제1 분사기와 하나보다 많은 상기 제2 분사기를 구비한 엔진.
  26. 제23항에 있어서, 분배 레일과 상기 분배 레일 내의 연료의 압력을 대략 일정하게 유지하기 위한 연료 공급 시스템을 포함하고, 상기 제1 분사기들은 상기 분배 레일에 연통된 엔진.
  27. 제23항에 있어서, 공기 흡입 매니폴드, 상기 공기 흡입 매니폴드에 가압된 공기를 공급하기 위한 압축기, 및 상기 공기 흡입 매니폴드에서 실질적으로 일정한 압력을 유지하기 위한 메커니즘을 포함하고, 제2 분사기들은 상기 공기 흡입 매니폴드와 연통된 엔진.
  28. 하나 또는 그 이상의 연로 챔버들과 상기 연소 챔버들 내에서 연료의 연소에 응답하여 회전할 수 있는 출력축을 포함하는 내연 엔진을 작동시키기 위한 컨트롤러로서, 상기 컨트롤러는:
    프로세서; 및
    상기 프로세서에 결합되고 상기 프로세서에 의해 실행될 때 상기 컨트롤러가 다음의 작동들을 수행하도록 하는 컴퓨터 실행 가능한 지침들을 포함하는 메모리를 포함하는 컨트롤러.
    - 상기 내연 엔진의 작동 파라미터에 관련된 하나 또는 그 이상의 작동 입력들을 수신하는 작동;
    - 하나 또는 그 이상의 센서들로부터 하나 또는 그 이상의 입력들을 수신하는 작동;
    - 상기 내연 엔진의 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들로 분사할 공기의 양을 결정하는 작동; 및
    - 상기 내연 엔진의 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들로 공기를 직접 분사하도록 하나 또는 그 이상의 공기 분사기들을 작동시키는 작동
  29. 제28항에 있어서, 상기 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들로 공기를 직접 분사하도록 하나 또는 그 이상의 공기 분사기들을 작동시키는 작동은 상기 하나 또는 그 이상의 공기 분사기들이 상기 내연 엔진의 상기 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들로 미리 정해진 양의 공기를 직접 분사하도록 작동시키는 작동을 포함하는 컨트롤러.
  30. 제28항에 있어서, 상기 컴퓨터 실행가능한 지침들은 컨트롤러가,
    상기 내연 엔진의 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들로 분사할 연료의 양을 결정하는 작동; 및
    하나 또는 그 이상의 연료 분사기들이 상기 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들로 연료를 직접 분사하도록 작동시키는 작동
    을 더 수행하도록 하는 컨트롤러.
  31. 제29항에 있어서, 상기 내연 엔진은 복수의 연소 챔버들을 규정하는 복수의 실린더들 및 피스톤들을 포함하고, 상기 내연 엔진의 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들로 분사할 공기의 양을 결정하는 작동은 복수의 실린더들 각각으로 분사할 공기의 양을 서로 독립적으로 결정하는 작동을 포함하는 컨트롤러.
  32. 제29항에 있어서, 하나 또는 그 이상의 공기 분사기들이 상기 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들로 공기를 직접 분사하도록 작동시키는 작동 및 하나 또는 그 이상의 연료 분사기들이 상기 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들로 연료를 직접 분사하도록 작동시키는 작동은 상기 내연 엔진의 출력축의 회전을 역전시키는 컨트롤러.
  33. 제29항에 있어서, 상기 컴퓨터 실행가능한 지침들은, 하나 또는 그 이상의 공기 분사기들이 상기 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들 중 적어도 하나로 공기를 직접 분사하도록 작동시키고, 하나 또는 그 이상의 연료 분사기들이 상기 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들 중 적어도 하나로 연료를 직접 분사하도록 작동시키며, 상기 연소 챔버들 중 적어도 하나에서 연료를 점화시킴으로써 상기 컨트롤러가 상기 내연 엔진의 상기 출력축의 회전을 개시시키는 작동을 더 수행하도록 하는 컨트롤러.
  34. 제28항에 있어서, 하나 또는 그 이상의 공기 분사기들이 상기 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들로 공기를 직접 분사하도록 작동시키는 작동은 상기 내연 엔진의 상기 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들에서 미리 정해진 연소 체적을 만들어내는 컨트롤러.
  35. 제28항에 있어서, 하나 또는 그 이상의 센서들로부터 하나 또는 그 이상의 입력들을 수신하는 작동은 하나 또는 그 이상의 연료 센서, 배기 센서, 출력축 위치 센서, GPS, 공기 압력 센서, 공기 온도 센서, 연료 압력 센서 또는 노킹 센서로부터 입력들을 수신하는 작동을 포함하는 컨트롤러.
  36. 제35항에 있어서, 하나 또는 그 이상의 공기 분사기들이 상기 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들로 공기를 직접 분사하도록 작동시키는 작동은 미리 정해진 기간의 시간 동안 상기 하나 또는 그 이상의 공기 분사기들 중 상응하는 하나들을 개방시키는 작동을 포함하는 컨트롤러.
  37. 제28항에 있어서, 상기 내연 엔진의 상기 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들로 분사할 공기의 양을 결정하는 작동은 하나 또는 그 이상의 센서들로부터 수신된 하나 또는 그 이상의 입력들에 적어도 부분적으로 기초하는 컨트롤러.
  38. 컴퓨터 제어 내연 엔진 시스템으로서,
    출력축;
    하나 또는 그 이상의 연소 챔버들;
    상기 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들 내의 압력 증가를 상기 출력축의 회전으로 전환하도록 구성된 에너지 전환 메커니즘; 및
    상기 하나 또는 그 이상의 챔버들 중 상응하는 하나들에 작동 가능하게 연결되고 상기 출력축으로부터 기계적으로 결합해제되어 있으며 상기 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들로 방해받지 않고 공기를 분사하도록 구성된 하나 또는 그 이상의 공기 분사기들을 포함하는 내연 엔진과,
    상기 하나 또는 그 이상의 공기 분사기들에 작동 가능하게 결합된 컨트롤러를 포함하며,
    상기 컨트롤러는:
    상기 내연 엔진의 작동 파라미터에 관련된 하나 또는 그 이상의 작동 입력들을 수신하고;
    하나 또는 그 이상의 센서들로부터 하나 또는 그 이상의 입력들을 수신하며;
    상기 내연 엔진의 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들로 분사할 공기의 양을 결정하고; 및
    하나 또는 그 이상의 공기 분사기들이 상기 내연 엔진의 상기 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들로 공기를 직접 분사하도록 작동시키도록 구성된 내연 엔진 시스템.
  39. 제38항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 하나 또는 그 이상의 공기 분사기들을 서로 독립적으로 작동시키도록 구성된 컴퓨터 제어 연소 엔진 시스템.
  40. 제38항에 있어서, 상기 컨트롤러는, 상기 하나 또는 그 이상의 공기 분사기들이 미리 정해진 양의 시간 동안 서로 독립적으로 개방되도록 유지함으로써 하나 또는 그 이상의 공기 분사기들이 상기 내연 엔진의 상기 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들로 공기를 직접 분사하도록 구성된 컴퓨터 제어 연소 엔진 시스템.
  41. 제38항에 있어서, 상기 내연 엔진은 상기 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들 중 상응하는 하나들로 작동 가능하게 연결된 하나 또는 그 이상의 연료 분사기들을 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 하나 또는 그 이상의 연료 분사기들이 상기 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들로 연료를 직접 분사하도록 서로 독립적으로 작동시키도록 구성된 컴퓨터 제어 연소 엔진 시스템.
  42. 제38항에 있어서, 상기 내연 엔진은 상기 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들 중 상응하는 하나들로 작동 가능하게 연결되고 사익 출력축으로부터 기계적으로 결합해제된 하나 또는 그 이상의 배기 밸브들을 포함하고, 상기 컨트롤러는 상기 하나 또는 그 이상의 배기 밸브들을 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 서로 독립적으로 작동시키도록 구성된 컴퓨터 제어 연소 엔진 시스템.
  43. 제38항에 있어서, 상기 내연 엔진에 작동 가능하게 연결되고 상기 내연 엔진의 작동에 관련된 하나 또는 그 이상의 상황들을 검출하도록 구성된 하나 또는 그 이상의 센서들을 더 포함하고, 상기 하나 또는 그 이상의 센서들은 분사될 공기의 온도, 분사될 공기의 압력, 분사될 연료의 압력 또는 배기 가스 내에 존재하는 산소의 양 중 검출된 하나 또는 그 이상과 관련된 신호들을 보내기 위해 상기 컨트롤러에 작동 가능하게 결합된 컴퓨터 제어 연소 엔진 시스템.
  44. 제43항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 하나 또는 그 이상의 공기 분사기들 중 적어도 하나 또는 하나 또는 그 이상의 배기 밸브들을 상기 하나 또는 그 이상의 센서들로부터 수신된 상기 신호들에 적어도 부분적으로 기초하여 작동시키도록 구성된 컴퓨터 제어 연소 엔진 시스템.
  45. 제44항에 있어서, 상기 내연 엔진은 하나 또는 그 이상의 실린더들, 상기 하나 또는 그 이상의 실린더들 중 상응하는 하나들에 배치되고 상기 실린더들 내에서 피스톤들의 움직임이 상기 출력축의 회전을 만들어내도록 상기 출력축에 작동 가능하게 연결된 하나 또는 그 이상의 피스톤들을 포함하고;
    상기 하나 또는 그 이상의 센서들 중 적어도 하나는 상기 출력축의 배향을 검출하도록 구성된 컴퓨터 제어 연소 엔진 시스템.
  46. 내연 엔진을 작동시키는 방법으로서,
    상기 내연 엔진의 작동 파라미터와 관련된 하나 또는 그 이상의 작동 입력들을 수신하는 단계;
    하나 또는 그 이상의 센서들로부터 하나 또는 그 이상의 입력들을 수신하는 단계;
    상기 내연 엔진의 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들로 분사할 공기의 양을 결정하는 단계;
    상기 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들에 작동 가능하게 연결된 하나 또는 그 이상의 공기 분사기들을 작동시킴으로써 상기 내연 엔진의 상기 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들로 미리 정해진 양의 공기를 분사하는 단계;
    상기 내연 엔진의 상기 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들로 미리 정해진 양의 공기를 분사하는 단계; 및
    상기 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들 내에서 상기 연료를 연소시키고 따라서 상기 내연 엔진의 출력축을 회전시키는 단계를 포함하는 내연 엔진 작동 방법.
  47. 제46항에 있어서, 상기 내연 엔진의 상기 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들로 미리 정해진 양의 공기를 분사하는 단계는 상기 하나 또는 그 이상의 공기 분사기들이 미리 정해진 양의 시간 동안 개방되도록 유지하는 단계와 상기 하나 또는 그 이상의 연소 챔버들로 공기가 방해받지 않고 유동하는 단계를 포함하는 내연 엔진 작동 방법.
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