KR20180063178A - 내연 엔진의 스케일 제거를 위한 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 작동 엔진의 연료-공기 혼합물의 유입을 위한 유입구 위에 청소 유체를 주입하도록 배열된 주입 수단을 포함하는, 내연 엔진의 스케일을 제거하기 위한 시스템에 관한 것이고, 그러한 시스템은, 주입된 청소 유체의 매개변수에 따라 엔진의 EGR 밸브의 개방 또는 폐쇄를 제어하도록 배열된 제어 수단을 또한 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 내연 엔진의, 예를 들어 모터 차량의 엔진의 유지보수에 적용될 수 있다.
Description
본 발명은 내연 엔진의 스케일을 제거하기 위한 시스템에 관한 것으로서, 그러한 시스템은 청소 유체를 작동되는 엔진의 연료-공기 혼합물의 유입을 위한 유입구 위에 주입하도록 배열된 주입 수단을 포함한다. 본 발명은 경차, 소형 및 대형 상업용 차량, 대형 트럭과 같은 모터 차량의 유지보수에서 특히 유리하고, 더 일반적으로 내연 열 엔진을 구비한 임의 시스템의 유지보수에서 유리하다.
특히 디젤 유형의 내연 엔진에서, 특히 오염 질소 산화물 화합물로 이루어진 NOx의 생성을 감소시키기 위한 알려진 방식에서, 연소 온도를 낮추고 작동 중인 엔진 내측에서 이용 가능한 산소의 양을 감소시킬 필요가 있다. 이를 위해서, 70년대에 개발된 기술은 불활성 배기 가스의 일부를 엔진의 연료-공기 혼합물의 유입을 위한 유입구를 향해서 재지향시키는 것으로 구성된다. 가변 유량 EGR(배기 가스 재순환) 밸브가 배기부와 유입 유입구 사이에서 재순환 회로 상에 배치되고; 밸브 개방 비율은, 측정된 배기 가스의 온도, 엔진이 요구하는 동력, 등과 같은 엔진 매개변수에 따라, 엔진이 EGR 밸브를 구비하는 시스템(차량 또는 기타)의 컴퓨터에 의해서 제어된다. 질소 산화물의 생성은 특히 연소 중의 온도 및 산소의 존재에 따라 달라지고, 배기 가스의 도입은 2개의 매개변수(온도 및 산소의 비율)에 작용한다.
비록 EGR 밸브의 이용이, 최소 비용으로, NOx의 생성을 감소시킬 수 있게 하나, 이는 다른 단점을 갖는다. 특히, NOx의 생성을 제한하는 것으로 생각되는 연소 온도의 감소는 또한 연소 중에 검댕 생성의 증가를 유발하며, 이는 유입 회로, 배기 가스 배출 회로 및 배기 가스 재순환 회로의 막힘이라는 특별한 결과를 가지며; 이는 엔진 성능을 낮추고 엔진에 의해서 발생되는 오염을 증가시킨다.
엔진 및 그 회로를 청소하기 위한 알려진 기술은, 엔진이 작동되는 동안, 수소 및 산소를 포함하는 유체를 유입 회로 내로 주입하는 것으로 구성된다. 수소의 매우 높은 가연성 품질은, 엔진의 실린더 내의 연소를 개선할 수 있게 한다. 수소 및 산소를, 용매로서 작용하는, 과임계 상태의 물로 재조합하는 것은 엔진의 민감한 부품, 특히 인젝터의 헤드 및 체크 밸브, 터보 및 터보들, EGR 밸브, 유입 및 배기 밸브, 피스톤, 피스톤 링, 실린더, 유입 회로 및 매니폴드, 및 특정 조건에서의 미립자 필터 및 촉매 변환기 상에 위치된 스케일을 희석하고 배출할 수 있게 한다.
그러나, 실제로, 청소 유체를 주입하는 알려진 기술은, 특히 작동되는 엔진의 유입 회로 및 매니폴드, 유입 밸브 및 EGR 밸브의 청소에서 제한된 효율을 갖는다는 것이 발견되었다.
본 발명은 내연 엔진의 스케일을 제거하기 위한 알려진 시스템을 개선하는 것을 목적으로 하고, 그러한 유형의 시스템은 청소 유체를 작동되는 엔진의 연료-공기 혼합물의 유입을 위한 유입구 위에 주입하도록 배열된 주입 수단을 포함한다.
이러한 효과를 위해서, 본 발명에 따른 스케일 제거 시스템은, 주입된 청소 유체의 매개변수에 따라 엔진의 EGR 밸브의 개방 또는 폐쇄를 제어하도록 배열된 제어 수단을 또한 포함하는 것을 특징으로 한다.
실제 스케일 제거 시스템을 통해서 EGR 밸브의 개방 및 폐쇄를 제어하는 것은, 설계자에 의해서 부여된 바와 같은 EGR 밸브의 개방/폐쇄 듀티 사이클로부터 자유를 획득함으로써, 청소 유체가 상단부-엔진 부품에서, 유입 회로에서 그리고 가스 재순환 회로에서 보다 양호하게 순환되게 할 수 있다. 그에 따라, 실제 EGR 밸브, 공기 유입 회로, 유입 밸브 및 터보를 신뢰 가능하고, 더 단순하고 더 완전한 방식으로 청소할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 스케일 제거 시스템에서, 청소 유체는 미리 규정된 비율의 수소/산소 혼합물일 수 있고, 예를 들어 과임계 상태의 물일 수 있다.
실시예에 따라, 본 발명에 따른 스케일 제거 시스템은 또한, 주입 수단의 상류에서, 물의 전기 분해에 의해서 기체 산소 및 수소를 생성하기 위한 장치를 포함한다. 그에 따라 스케일 제거 시스템은 완전히 자율적이고 그에 따라 청소하고자 하는 엔진에 가능한 한 근접하여 이동될 수 있다.
청소 유체의 주입의 지속시간 또는 비율에 따라서 달라지는 미리 규정된 지속시간 동안 EGR 밸브의 개방 및 폐쇄를 제어하도록, 제어 수단이 바람직하게 배열된다. 주입의 지속시간 및/또는 비율에 따라 EGR 밸브의 개방/폐쇄를 조정하는 것은, 실시되는 청소 프로세스의 품질 및 속력이 최적화되게 할 수 있다.
실시예에 따라, 제1의 미리 규정된 기간 동안 EGR 밸브를 개방하는 제1 위상과 그에 이어지는 제2의 미리 규정된 기간 동안 EGR 밸브를 폐쇄하는 제2 위상을 포함하는 사이클에 따라 EGR 밸브를 제어하도록 제어 수단이 배열될 수 있고, 사이클은 청소 유체의 주입 지속시간에 따라 반복된다. EGR 밸브가 폐쇄될 때, 청소는 주로 엔진의 하류 회로에서, 특히 배기 회로에서 이루어진다. EGR 밸브의 개방은 엔진의 상류 회로가, 다시 말해서 유입 회로 및 배기 가스 재순환 회로, 특히 엔진의 EGR 밸브와 유입을 위한 유입구 사이에 위치된 재순환 회로의 부분이 완전히 청소될 수 있게 한다.
다른 실시예에 따라서, 청소 유체의 주입의 지속시간에 따라 달라지는 사이클 주파수로 반복되는 사이클에 따라 EGR 밸브를 제어하도록 제어 수단이 배열될 수 있고, 사이클은 제1의 미리 규정된 기간 동안 EGR 밸브를 개방하는 제1 위상, 제2의 미리 규정된 기간 동안 EGR 밸브를 폐쇄하는 제2 위상, 및 미리 규정된 제3 기간 동안, 사이클의 반복 주파수보다 적어도 10배 더 큰 주파수로 EGR 밸브가 교번적으로 개방되고 폐쇄되는 제3 위상을 포함한다. EGR 밸브가 교번적으로 개방/폐쇄 제어되는 제3 위상은 EGR 밸브의 밸브를 "두드릴(tap)" 수 있게 하고, 그에 의해서, 실제 EGR 밸브의 밸브 상에 존재하는 탄소 침착물의 층의 희석을 돕는, 미세-충격 및 진동을 생성한다.
테스트에 의하면, 약 1 내지 10분의 그리고 바람직하게 약 5분의 제1, 제2 및 제3의 미리 규정된 기간에서, 사이클의 제3 기간 동안, 0.5초마다의 EGR 밸브의 상태 변화로; 다시 말해서 3 내지 30분의, 바람직하게 약 15분의 청소 사이클, 완전한 청소를 위한 1 내지 2시간 동안 반복된 사이클로, 양호한 엔진 청소를 획득할 수 있었다.
본 발명에 따른 엔진 스케일 제거 시스템의 실시예에 관한 설명에 비추어 볼 때, 본 발명은 보다 잘 이해될 것이고, 본 발명의 다른 특성 및 장점이 명백해질 것이다. 이러한 예는 비제한적인 것으로 주어진다. 그러한 설명은, 도 1이 본 발명에 따른 스케일 제거 시스템의 개요인, 첨부 도면을 참조하여 읽어야 할 것이다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 스케일 제거 시스템은 내연 엔진의 스케일을 제거하기 위한 시스템이고, 그러한 유형의 스케일 제거 시스템은 청소 유체를 작동되는 엔진의 연료-공기 혼합물의 유입을 위한 유입구 위에 주입하도록 배열된 주입 수단을 포함한다. 본 발명에 따른 스케일 제거 시스템은, 주입된 청소 유체의 매개변수에 따라 엔진의 EGR 밸브의 개방 또는 폐쇄를 제어하도록 배열된 제어 수단을 또한 포함하는 것을 특징으로 한다.
도시되지 않은 실시예에 따라, 스케일 제거 시스템은 외부 청소 유체 저장용기에 연결될 수 있다.
도면에 도시된 실시예에 따라, 본 발명에 따른 스케일 제거 시스템(10)은 완전 자율적이고, 실제 시스템에 의해서 생성된 수소 및 산소의 혼합물인 청소 유체를 작동 엔진 내로 주입하도록 배열된다.
이러한 효과를 위해서, 스케일 제거 시스템(10)은, 구조물(11) 내에서, 물 저장용기 및 물의 전기 분해에 의해서 수소 및 산소를 생성하기 위한 달리 알려진 수단을 포함한다. 구조물의 측면 상에는, 저장용기 내의 물의 준위를 볼 수 있게 하는 창(12)이 제공된다. 구조물의 상단부 상에서, 개구부(13)는 물 저장용기를 충진하기 위한 플러그를 구비한다. 구조물의 상단부 상에서는, 사용자가 후술되는 스케일 제거 시스템의 상이한 매개변수들을 조정할 수 있게 하는 제어 패널(15)이 또한 제공된다. 제어 패널 상에서, 설비를 차량에, 더 정확하게 EGR 밸브의 개방 및/또는 폐쇄를 제어하기 위해서 엔진의 EGR 밸브에 직접적으로 연결하는 케이블의 연결을 위해서, 연결부(14)가 통합된다.
도시된 스케일 제거 시스템은, 청소 유체의 주입의 지속시간에 따라 달라지는 사이클 주파수로 반복되는 사이클에 따라 EGR 밸브를 제어하는 것에 의해서 청소를 실시하도록 배열되고, 사이클은 제1의 미리 규정된 기간 동안 EGR 밸브를 개방하는 제1 위상, 제2의 미리 규정된 기간 동안 EGR 밸브를 폐쇄하는 제2 위상, 및 미리 규정된 제3 기간 동안 발생되는, 사이클의 반복 주파수보다 적어도 10배 더 큰 주파수로 EGR 밸브가 교번적으로 개방되고 폐쇄되는 제3 위상을 포함한다.
자동 기능 모드에서, 스케일 제거 시스템은, 30분 내지 4시간 동안 반복되는 사이클에 따라 청소되는 차량의 EGR 밸브를 제어하도록 프로그래밍되고, 그러한 사이클은:
약 5분의 제1의 미리 규정된 기간 동안 EGR 밸브를 개방하는 제1 위상,
약 5분의 제2의 미리 규정된 기간 동안 EGR 밸브를 폐쇄하는 제2 위상, 및
EGR 밸브가 약 0.5초의 기간 동안 교번적으로 개방되고 폐쇄되는 제3 위상으로서, 이러한 교번 기능이 또한 약 5분의 제3의 미리 규정된 기간 동안 지속되는, 제3 위상을 포함한다.
실시예에 따라, 제1 기간, 제2 기간 및 제3 기간이 실질적으로 동일한 지속시간을 갖는다.
대안적으로, 사용자는, 제어 패널로부터, 각각의 위상의 지속시간, 예를 들어 0 내지 120분을 선택할 수 있다. 엔진의 실린더 용량, (엔진, 자동차, 트럭, 등) 및 그 막힘 정도에 따라, 사용자는 또한, 여전히 제어 패널로부터, 청소 프로그램의 전체 지속시간을 선택할 수 있고 및/또는 청소 유체의 유량을 증가 또는 감소시킬 수 있고 및/또는 청소 유체의 기체 수소/산소 혼합물의 비율을 변경할 수 있다.
스케일 제거 시스템의 안전 및 인체 공학을 위해서 많은 부가적인 요소, 특히 이하의 요소가 예상된다.
수소를 생성하는 수단의 안전은, 저장용기 내의 물 준위 센서, 과압의 경우에 수소의 생성을 중단하기 위한 수단, 및 경고 수단(음성 경보)의 존재에 의해서 보장된다. 또한, 유체 배출구가 엔진으로부터 분리될 때, 스케일 제거 시스템이 밀봉된다.
설비를 청소 대상 엔진에 가능한 한 근접하도록 이동시키는 것을 돕기 위해서, 설비가 바퀴 상에 장착되고, 핸들 파지부(16)가 인간 높이에 제공된다.
음성 경보는 청소 프로그램의 종료 5분 전에 프로그래밍되고, 프로그램의 종료시에 제2 경보가 뒤따른다.
도면에 도시된 실시예에 따라, 본 발명에 따른 스케일 제거 시스템의 모든 요소는 수동적 취급과 양립 가능한(compatible) 치수 및 중량을 가지는 구조물(10) 내에 통합된다. 그러한 스케일 제거 시스템은 작은 또는 중간의 실린더 용량을 가지는 엔진, 예를 들어 개인용 경차, 소형 상용 차량, 모터바이크 등의 엔진의 청소에 매우 적합하다.
도시되지 않았으나 구현되는 변형예에 따라, 본 발명에 따른 스케일 제거 시스템의 모든 요소는 소형 상용 차량의 가용 부피 내에, 또는 트럭의 트레일러 상에 통합된다. 그에 따라, 스케일 제거 시스템은 인간의 노력이 없이 이동될 수 있다. 또한, 수소를 생성하기 위한 장치는 보다 큰 청소 유체의 유량을 생성하도록 그 치수가 결정될 수 있고, 주입 수단은 더 높은 온도 및/또는 압력에서 청소 유체를 주입하도록 그 치수가 결정될 수 있다. 그에 따라, 그러한 스케일 제거 시스템은 더 큰 실린더 용량의 엔진을 처리하는데 있어서 보다 적합하다.
본 발명에 따른 스케일 제거 시스템은 또한 모터 차량 분야 이외의 많은 적용예를 위해서 이용될 수 있고; 그에 따라 임의 유형의 엔진: 보트의, 군용 차량의 엔진, 산업 설비 내의 엔진, 가열 설비 엔진, 등을 청소하기 위해서 이용될 수 있다.
Claims (10)
- 작동 엔진의 연료-공기 혼합물의 유입을 위한 유입구 위에 청소 유체를 주입하도록 배열된 주입 수단을 포함하는, 내연 엔진의 스케일을 제거하기 위한 시스템으로서, 주입된 청소 유체의 매개변수에 따라 엔진의 EGR 밸브의 개방 또는 폐쇄를 제어하도록 배열된 제어 수단을 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 스케일 제거 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 청소 유체는 수소/산소 혼합물이고, 상기 주입 수단은 또한 상기 수소/산소 혼합물을 미리 규정된 비율에 따라 생성하도록 배열되는, 스케일 제거 시스템. - 제2항에 있어서,
상기 주입 수단의 상류에서, 물의 전기 분해에 의해서 기체 수소 및 산소를 생성하기 위한 장치를 또한 포함하는, 스케일 제거 시스템. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 청소 유체는 초임계 상태의 물인, 스케일 제거 시스템. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제어 수단은, 상기 청소 유체의 주입의 지속시간 또는 비율에 따라서 달라지는 미리 규정된 지속시간 동안 상기 EGR 밸브의 개방을 제어하도록 배열되는, 스케일 제거 시스템. - 제5항에 있어서,
상기 제어 수단은, 제1의 미리 규정된 기간 동안 상기 EGR 밸브를 개방하는 제1 위상과 그에 이어지는 제2의 미리 규정된 기간 동안 상기 EGR 밸브를 폐쇄하는 제2 위상을 포함하는 사이클에 따라 상기 EGR 밸브를 제어하도록 배열되고, 사이클은 상기 청소 유체의 주입 지속시간에 따라 반복되는, 설비. - 제5항에 있어서,
상기 제어 수단은, 상기 청소 유체의 주입의 지속시간에 따라 달라지는 사이클 주파수로 반복되는 사이클에 따라 상기 EGR 밸브를 제어하도록 배열되고, 사이클은 제1의 미리 규정된 기간 동안 상기 EGR 밸브를 개방하는 제1 위상, 제2의 미리 규정된 기간 동안 상기 EGR 밸브를 폐쇄하는 제2 위상, 및 미리 규정된 제3 기간 동안 발생되는, 상기 사이클의 반복 주파수보다 적어도 10배 더 큰 주파수로 상기 EGR 밸브가 교번적으로 개방되고 폐쇄되는 제3 위상을 포함하는, 스케일 제거 시스템. - 제7항에 있어서,
상기 제1 기간, 상기 제2 기간 및 상기 제3 기간은 실질적으로 동일한 지속시간인, 스케일 제거 시스템. - 제8항에 있어서,
상기 제1, 제2 및 제3의 미리 규정된 기간은 약 1 내지 10분이고, 바람직하게는 약 5분인, 스케일 제거 시스템. - 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1, 제2 및/또는 제3 기간은, 설비의 사용자에 의해서, 0 내지 120분 사이에서 조정될 수 있는, 스케일 제거 시스템.
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