KR20180003555A - 내연 기관의 물 분사 장치 및 방법 - Google Patents

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잉마르 부락
페터 솅크
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 물을 저장하기 위한 물 탱크(5), 상기 물 탱크(5)에 연결되며 물을 분사하기 위한 적어도 하나의 물 분사기(6), 자외선을 방출하도록 설계된 적어도 하나의 UV 램프(12), 및 물의 오염 제거를 위해 UV 램프(12)를 스위치 온하고 오염 제거된 물을 분사하도록 설계된 제어 유닛(10)을 포함하는 내연 기관(2)의 물 분사 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 본 발명에 따른 장치를 포함하는 내연 기관에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 물 분사 방법에 관한 것이다.

Description

내연 기관의 물 분사 장치 및 방법
본 발명은 내연 기관의 물 분사 장치 및 이러한 내연 기관에 관한 것이다. 본 발명의 다른 양상은 본 발명에 따른 물 분사 장치를 이용한 물 분사 방법에 관한 것이다.
이산화탄소 배출량 감소에 대한 요구가 커짐에 따라, 내연 기관의 연비가 점차 최적화된다. 그러나 노킹 경향 및 높은 배기 가스 온도에 의해 작동이 제한되기 때문에, 공지된 내연 기관은 고부하 작동 점에서 연비의 측면에서 최적으로 작동될 수 없다. 노킹 경향을 줄이기 위한 그리고 배기 가스 온도를 낮추기 위한 가능한 방법은 물의 분사이다. 이 경우, 물 분사를 가능하게 하기 위해 일반적으로 별도의 물 분사 시스템이 제공된다. 예컨대, WO 2014/080266 A1은 배기 가스 재순환을 이용하는 내연 기관용 물 분사 시스템을 개시하며, 이 시스템에서 물은 배기 가스 재순환 시스템의 질량 흐름 내로 분사된다.
공지된 물 분사 시스템의 문제점은 사용되는 물의 오염에 의해 야기될 수 있는, 오염에 의한 물 분사 시스템의 기능 저하 가능성이다. 이러한 오염은 조류 및 진균의 형성 그리고 시아노박테리아(cyanobacteria), 초산균(acetobacter) 또는 다른 미생물의 성장을 촉진한다. 오염 또는 생물 오염은 특히 물 탱크에서 더 오래 지속하는 배지에 발생한다. 오염을 피하기 위해 또는 기존 오염을 제거하기 위해, 공지된 물 분사 시스템에 화학 제품 또는 코팅에 사용된다. 그러나 이는 컴포넌트들의 오작동에서 고장까지 일으키고, 물 분사 시스템 내에 배치된 필터의 막힘을 초래할 수 있다.
본 발명의 과제는 오염 또는 생물학적 오염이 물에 자외선 조사에 의해 감소하거나 또는 제거될 수 있는 물 분사 장치를 제공하는 것이다.
청구항 제 1 항의 특징들을 갖는 내연 기관의 본 발명에 따른 물 분사 장치는 오염 또는 생물학적 오염이 물에 자외선 조사에 의해 감소하거나 또는 제거될 수 있다는 장점을 갖는다. 이는 본 발명에 따라, 물을 저장하기 위한 물 탱크, 상기 물 탱크에 연결되며 물을 분사하기 위한 적어도 하나의 물 분사기, 제어 유닛, 및 자외선을 방출하도록 설계된, 적어도 하나의 UV 램프를 포함하는 물 분사 장치에 의해 달성된다. 본 발명에 따르면, 제어 유닛은 물의 오염을 제거하기 위해 UV 램프를 스위치 온시키고 오염 제거된 물을 분사하도록 설계된다. 자외선을 이용한 오염 제거는 높은 살균력을 제공한다. 또한, 이 오염 제거 방법은 생태학적으로 안전하고, 효율적이며, 신뢰할 수 있고, 사용하기 쉽기 때문에, 높은 경제성을 갖는다. 또한, 오염 제거 방법의 유효성은 바람직하게는 방사선량에 의해 제어될 수 있기 때문에, 이 방법은 각각의 요구들에 따라 조정될 수 있다. 본 발명에 따른 물 분사 장치의 새로운 제조와 더불어, 본 발명에 따른 UV 램프로 기존의 물 분사 시스템을 간단히 개장하는 것도 가능하다.
종속 청구항들은 본 발명의 바람직한 실시 예들을 나타낸다.
특히 바람직하게, UV 램프는 물 탱크 내에 배치된다. 이는 물 분사 장치의 컴팩트한 구성을 허용한다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, UV 램프는 물 탱크의 최대 수위 위에 배치된다. 따라서, 물의 신속한 조사가 달성된다. 또한, UV 램프의 복잡한 밀봉이 생략될 수 있다. 최대 수위는 분사를 위해 이용 가능한 물 탱크의 최대 수위를 말한다.
본 발명의 다른 바람직한 실시 예에 따르면, UV 램프는 물 탱크의 최대 수위 아래 배치될 수 있다. 이로 인해, 물 탱크의 크기가 더 줄어들 수 있다.
본 발명의 범위에서, UV 램프는 부분적으로 물 탱크의 최대 수위 위에 그리고 부분적으로 물 탱크의 최대 수위 아래에 배치될 수 있다. 이러한 배치에 의해, 최대 수위 위에 그리고 아래에 UV 램프의 배치에 따른 상기한 바람직한 효과들의 조합이 달성된다.
바람직하게, UV 램프는 물 탱크 내에 조정 가능하게 배치될 수 있다. 따라서, UV 램프는 용도 또는 물 탱크 설계에 따라 물 탱크 내의 정확한 위치로 이동될 수 있기 때문에, 최적의 물 오염 제거가 이루어진다. 물 탱크 내의 UV 램프의 조정은 오염 제거 공정의 초기에 또는 오염 제거 공정 중에 수행될 수 있다.
또한, 물 탱크의 충전 레벨을 검출하기 위한 충전 레벨 센서가 제공되는 것이 바람직하다. 따라서, UV 램프는 물 탱크의 검출된 충전 레벨을 기초로 소정 시간 동안 스위치 온될 수 있다. 또한, 물 탱크의 검출된 충전 레벨은 물 탱크 내의 UV 램프의 조정을 위해 사용될 수 있다.
바람직하게, 상기 장치는 물을 송출하기 위한 송출 요소를 더 포함하고, 상기 송출 요소는 제 1 라인에 의해 물 탱크에 연결되고 제 2 라인에 의해 물 분사기에 연결되며, 상기 UV 램프는 제 1 라인 또는 제 2 라인에 배치된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시 예에 따르면, 제어 유닛은 공기 조화 시스템의 응축수 및/또는 보충 수를 충전 라인을 통해 물 탱크 내로 공급하도록 설계되며, UV 램프는 물 탱크 전방에서 충전 라인 상에 배치된다. 물 탱크 외부에서 충전 라인 상에 UV 램프를 배치하는 것은 물 분사 시스템 내에, 특히 제한된 공간에, UV 램프를 배치할 때 융통성을 제공한다.
또한, 물 분사 장치는 충전 라인 내에, 특히 UV 램프의 하류에 제공되는 제 1 필터 요소를 포함하는 것이 바람직하다.
바람직하게, 본 발명에 따른 장치는, 제 1 라인 내에, 특히 물 탱크 내에 놓인 라인 섹션 내에 제공된 제 2 필터 요소를 포함한다. 자외선에 의해, 제 2 필터 요소가 살균될 수 있다.
UV 램프와 제 1 및/또는 제 2 필터 요소의 조합에 의해, 분사될 물이 오염 물 및 미생물을 함유하지 않는 것이 보장된다.
본 발명의 다른 양상은 본 발명에 따른 물 분사 장치를 포함하는 내연 기관에 관한 것이다.
특히 바람직하게, 본 발명에 따른 내연 기관은 오토(Otto) 원리에 따라 가솔린으로 작동된다. 이러한 내연 기관은 가솔린 또는 가솔린-공기 혼합물의 연소가 점화 플러그의 형태로 불꽃 점화에 의해 이루어지는 내연 기관을 의미한다. 이러한 내연 기관에서 점화 시점이 불꽃 점화에 의해 정확히 미리 정해지고, 물 분사에 의해 연소가 개선되기 때문에, 물의 오염을 제거하기 위해 자외선을 사용함으로써 내연 기관의 페일 세이프(fail safe) 기능이 달성된다.
특히, 본 발명에 따른 장치는 가솔린 직접 분사 방식 및 터보 과급 방식 내연 기관에 사용된다.
또한, 본 발명은 내연 기관 내로 물 분사 방법에 관한 것이며, 상기 물은 자외선을 방출하는 UV 램프에 의해 오염 제거되어, 물 분사 장치에 의해 분사된다. 이는 본 발명에 따른 물 분사 장치와 관련하여 설명된 장점과 연관된다.
바람직하게, UV 램프는 주기적으로 또는 영구적으로 스위치 온된다.
특히 UV 램프가 물 분사 장치의 물 탱크 내에 배치되면, 물의 주기적 또는 영구적인 조사에 의해, 미생물 및/또는 오염물 없이 물 분사기 내로 물이 제공된다.
바람직하게, UV 램프는 공기 조화 시스템으로부터 나온 응축수 및/또는 보충 수가 물 탱크 내로 공급될 때 스위치 온된다. 따라서, 물은 의도대로 오염 제거될 수 있다. 결과적으로, UV 램프를 작동시키기 위한 에너지 비용이 감소될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예가 상세히 설명된다. 도면들에서 동일하거나 또는 기능적으로 동일한 부분은 각각 동일한 도면 부호로 표시된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 물 분사 장치를 구비한 내연 기관의 개략도.
도 2는 제 1 실시 예에 따른 장치의 개략도.
도 3은 제 2 실시 예에 따른 장치의 개략도.
도 4는 제 3 실시 예에 따른 장치의 개략도.
제 1 실시 예에 따른 내연 기관(2)의 물 분사 장치(1)가 이하에서 도 1 및 도 2를 참조하여 상세히 설명된다. 특히, 내연 기관(2)은 오토(Otto) 원리에 따라 그리고 가솔린 직접 분사 방식으로 작동된다.
도 1은 다수의 실린더를 포함하는 내연 기관(2)을 개략적으로 도시한다. 내연 기관(2)은 실린더당 하나의 연소실(20)을 포함하고, 이 연소실(20)에서 피스톤(21)은 왕복 이동할 수 있다. 또한, 내연 기관(2)은 바람직하게는 실린더당 하나의 유입 채널(22)을 포함하고, 상기 유입 채널(22)을 통해 공기가 연소실(20)에 공급된다. 배기 가스는 배기 가스 채널(23)을 통해 배출된다. 이를 위해, 유입 채널(22)에는 유입 밸브(25)가 배치되고, 배기 가스 채널(23)에는 배출 밸브(26)가 배치된다. 도면 부호 24는 연료 분사 밸브를 나타낸다.
또한, 유입 채널(22) 상에는 물 분사기(6)가 배치되고, 상기 물 분사기(6)는 제어 유닛(10)을 통해 물을 내연 기관(2)의 유입 채널(22) 내로 분사한다. 이 실시 예에서, 물 분사기(6)는 실린더마다 제공된다. 대안으로서, 더 나은 처리를 위해 또는 연소 사이클당 분사되는 물의 최대량을 증가시키기 위해, 유입 밸브당 하나의 물 분사기가 배치될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 물 분사 장치(1)를 도시한다. 물 분사 장치(1)는 펌프(3)로서 설계된 송출 요소(3), 및 펌프(3)를 구동하기 위한 전기 구동 장치(4)를 포함한다. 또한, 제 1 라인(7)에 의해 펌프(3)에 연결된 물 탱크(5)가 제공된다. 제 2 라인(8)은 펌프(3)를 분배기(9) 또는 레일에 연결하고, 상기 분배기 또는 레일에는 다수의 물 분사기(6)가 연결된다.
물을 분사하기 위해, 물 탱크(5)로부터 나온 물은 펌프(3)를 통해 물 분사기(6) 내로 공급된다. 이를 위해, 공기 조화 시스템(19)의 응축물이 바람직하게 사용되며, 이를 위해 본 발명에 따른 물 분사 장치(1)는 충전 라인(11)을 포함한다.
상기 응축물에 대한 대안으로서 또는 추가로, 탈 이온수가 리필 탱크(도시되지 않음)로부터 물 탱크(5) 내로 송출될 수 있다. 제 1 필터 요소(16)는 충전 라인(11) 내에 배치되며, 제 2 필터 요소(17)는 제 1 라인(7) 내에 배치된다.
분배기(9) 내의 소정 시스템 압력을 조절하기 위해, 다이어프램 형태의 압력 조절기(15)가 리턴 라인(13)에 배치되고, 상기 리턴 라인(13)은 제 2 라인(8)을 물 탱크(5)에 연결한다. 대안으로서, 압력 조절기(15)는 체크 밸브로서 설계될 수 있다. 압력 조절을 위해, 압력 센서(14)가 제 2 라인(8) 내에 제공된다.
물 탱크(5)는 도 2에서 최대 수위(S)의 물을 가진 상태로 도시되어 있다. 물 탱크(5) 내에는 본 발명에 따라 UV 램프(12)가 배치된다. UV 램프(12)는 자외선을 방출하도록 설계되고, 물 탱크(5) 내의 물의 오염을 제거하기 위해 제어 유닛(10)을 통해 스위치 온된다. 이 실시 예에서, UV 램프(12)는 소정 간격으로 주기적으로 스위치 온된다. 대안으로서, UV 램프(12)는 물 탱크(5)에서 오염이 발생하지 않도록 영구적으로 작동될 수 있다.
또한, UV 램프(12)는 물 탱크(5) 내에 조정 가능하게 배치된다. 따라서, UV 램프(12)는 용도에 따라, 최적의 물 오염 제거가 이루어지도록, 포지셔닝될 수 있다.
또한, 충전 레벨 센서(18)가 장치(1) 내에 제공된다. 충전 레벨 센서(18)는 물 탱크(5)의 수위를 검출하는 작용을 한다. 검출된 수위는 UV 램프(12)를 제어하는 작용을 할 수 있다. 예컨대 UV 램프(12)의 스위치 온의 시점 및/또는 지속 시간은 검출된 수위에 따라 결정된다. 또한, UV 램프(12)는 검출된 수위에 기초하여, UV 램프(12)가 물 탱크(5) 내의 현재 수위보다 항상 낮도록, 조정될 수 있다.
UV 램프(12)에 의해, 물 분사 장치(1)의 물이 환경적으로 안전하고 간단한 방식으로 살균되는 것이 가능해진다. 따라서, 필터 요소들(16, 17)의 막힘이 방지될 수 있고, 이로 인해 필요한 양의 물이 분사될 수 있게 된다. 그에 따라, 내연 기관(2)의 페일 세이프 기능(fail-safe function)이 보장된다.
도 3은 장치(1)의 일부 컴포넌트들이 생략된 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 물 분사 장치(1)의 개략도를 도시한다. 제 2 실시 예는 UV 램프(12)가 물 탱크(5) 내에서 최대 수위(S) 이상으로 배치된다는 점에서 기본적으로 도 1 및 도 2의 제 1 실시 예와 다르다. 이러한 배치는 물 탱크(5) 내의 물의 신속하고 균일한 조사의 장점을 제공한다. UV 램프(12)가 물속에 가라앉지 않기 때문에, UV 램프(12)의 복잡한 밀봉으로 인한 추가 비용이 방지될 수 있다.
또한, 제 2 필터 요소(17)는 최대 수위(S) 아래에 배치된다. 따라서, 제 2 필터 요소(17)는 UV 램프(12)에 의해 오염 제거될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 물 분사 장치(1)를 도시한다. 이 경우, UV 램프(12)는 충전 라인(11) 상에 배치된다. 충전 라인(11)은 공기 조화 시스템(19), 특히 공기 조화 시스템(19)의 증발기를 물 탱크(5)에 연결한다. 또한, 바람직하게 UV 램프(12)는 제 1 필터 요소(16)의 전방에서 물 탱크(5) 내로의 물의 공급 방향으로 배치된다.
UV 램프(12)는, 공기 조화 시스템(19)으로부터 응축물이 물 탱크(5) 내로 공급될 때 스위치 온된다. 따라서 목표로 하는 물의 오염물 제거가 이루어지므로, 작동 비용의 절감이 가능하다.
상기 실시 예에 따른 물 분사 장치(1)는 단 하나의 UV 램프(12)를 포함하지만, 본 발명의 범위에서, 물 탱크(5) 내에 그리고 라인들(7, 8, 11, 13) 내에 배치될 수 있는 다수의 UV 램프를 사용하는 것도 가능하다. 이로써 분사될 물의 오염이 항상 제거될 수 있다. 따라서 내연 기관(2)의 페일 세이프 기능이 달성된다.
1 : 물 분사 장치
2 : 내연 기관
5 : 물 탱크
6 : 물 분사기
7, 8, 11, 13 : 라인
9 : 분배기
10 : 제어 유닛
12 : UV 램프
14 : 압력 센서
15 : 압력 조절기
16, 17 : 필터 요소
18 : 충전 레벨 센서
19 : 공기 조화 시스템
S : 최대 수위

Claims (14)

  1. - 물을 저장하기 위한 물 탱크(5);
    - 상기 물 탱크(5)에 연결되어 물을 분사하기 위한 적어도 하나의 물 분사기(6);
    - 자외선을 방출하도록 설계된 적어도 하나의 UV 램프(12); 및
    - 물의 오염 제거를 위해 상기 UV 램프(12)를 스위치 온하고 오염 제거된 물을 분사하도록 설계된 제어 유닛(10)을 포함하는, 내연 기관(2)의 물 분사 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 UV 램프(12)는 상기 물 탱크(5) 내에 배치되는, 내연 기관(2)의 물 분사 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 UV 램프(12)는 상기 물 탱크(5)의 최대 수위(S) 위에 및/또는 아래에 배치되는, 내연 기관(2)의 물 분사 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 UV 램프(12)는 상기 물 탱크(5) 내에 조정 가능하게 배치되는, 내연 기관(2)의 물 분사 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물 탱크(5)의 충전 레벨을 검출하는 충전 레벨 센서(18)를 더 포함하는, 내연 기관(2)의 물 분사 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 물을 송출하기 위한 송출 요소(3)를 더 포함하고, 상기 송출 요소(3)는 제 1 라인(7)에 의해 상기 물 탱크(5)에 연결되며 제 2 라인(8)에 의해 상기 물 분사기(6)에 연결되고, 상기 UV 램프(12)는 상기 제 1 라인(7) 내에 또는 상기 제 2 라인(8) 내에 배치되는, 내연 기관(2)의 물 분사 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 유닛(10)은 공기 조화 시스템(19)의 응축수 및/또는 보충 수를 충전 라인(11)을 통해 상기 물 탱크(5) 내로 공급하도록 설계되고, 상기 UV 램프(12)는 상기 물 탱크(5) 전방에서 상기 충전 라인(11) 상에 배치되는, 내연 기관(2)의 물 분사 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 충전 라인(11) 내에, 특히 상기 UV 램프(12)의 하류에 제공되는 제 1 필터 요소(16)를 더 포함하는, 내연 기관(2)의 물 분사 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 라인(7) 내에, 특히 상기 물 탱크(5) 내에 놓인 라인 섹션 내에 제공되는 제 2 필터 요소(16)를 더 포함하는, 내연 기관(2)의 물 분사 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 물 분사 장치(1)를 포함하는 내연 기관.
  11. 제 10 항에 있어서, 오토(Otto) 원리에 따라 가솔린으로 작동되도록 설계된 내연 기관.
  12. 내연 기관(2) 내로의 물 분사 방법으로서, 물은 자외선을 방출하는 UV 램프(12)에 의해 오염 제거되어, 물 분사 장치(1)에 의해 분사되는, 물 분사 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 UV 램프(12)는 주기적으로 또는 영구적으로 스위치 온되는, 물 분사 방법.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서, 공기 조화 시스템(19)으로부터 나온 응축수 및/또는 보충 수가 물 탱크(5) 내로 공급되면, 상기 UV 램프(12)가 스위치 온되는, 물 분사 방법.
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