KR20200020968A - 내부 냉각 고압축 희박-연소 내연 기관 - Google Patents

내부 냉각 고압축 희박-연소 내연 기관 Download PDF

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Abstract

액체수 분사, 종래 엔진보다 더 높은 압축비, 및 종래 엔진보다 희박한 공기 연료의 혼합물을 가진, 내부적으로 냉각된 내연 피스톤 엔진과 피스톤 엔진의 작동 방법이 제공된다. 이러한 엔진의 유효 압축비는 13:1보다 크다. 엔진들은 가솔린 또는 천연가스를 사용할 수 있으며 스파크 점화를 이용하며, 또는 엔진들은 디젤-형 연료를 사용하고 압축 점화를 이용한다. 액체수 분사는 내부 냉각, 라디에이터로의 열 거부의 감소 또는 제거를 제공하며, 엔진 노킹을 감소시키며, NOx 방출을 감소시킨다. 액체수 분사, 고 압축비 및 희박한 공기 연료 혼합물을 가진 내부 냉각을 사용하는 엔진 작동 방법은, 더욱 완전하고 효율적인 연소를 제공하며 그에 따라 종래의 엔진에 비해 더욱 양호한 열 효율을 허용한다.

Description

내부 냉각 고압축 희박-연소 내연 기관{INTERNALLY COOLED HIGH COMPRESSION LEAN-BURNING INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
관련 출원의 교차 참조
본 출원은 2011년 4월 11일자로 출원된 미합중국 가특허출원 제61/474,240호의 35 USC§119(e)에 의한 우선권을 주장하며, 그 개시 내용 전체는 본 명세서에 원용되어 포함된다.
본 명세서는 자동차, 철도, 선박, 항공기, 또는 전기동력 발생을 위한 엔진을 포함하는 내연기관 분야에 관한 것이다.
본 발명은 종래 엔진보다 휠씬 더 효율적으로 작동하는 내연기관에 관한 것이다. 본 명세서에 개시된 원리는 가솔린(페트롤), 에탄올 또는 천연가스에서 통상적으로 작동하는 스파크-점화(SI) 엔진, 또는 통상적으로 디젤 엔진인 압축-점화 엔진에 사용될 수 있다.
엔진 설명서는 엔진 효율에 영향을 미치는 여러 인자들을 설명하고 있다. 이들 인자는 열역학 제2 법칙에 기초한 이론적 한계, 즉, 카르노 사이클의 효율을 결정하는 온도차(구배), 및 오토(Otto) 사이클의 효율에서 가장 긴밀한 변수인 압축비로 구분될 수 있다. 마찰과 같은 기계적 인자와 연료 특성과 같은 화학적 인자들을 포함하는 다른 인자들이 중요하다. 연료 특성들은 연료의 화학적 조성, 화학량론, 액체 연료의 증발, 및 연소 온도, 점화 에너지 및 점화 지연, 화염전파 속도, 및 연소 완전성을 포함하는 다른 인자들에 의존한다.
내연 기관들은 그 거동이 열역학 법칙에 의해 이상적인 한계에서 설명될 수 있는 열 기관들이다. 소정의 열 구동 과정의 일과 열 에너지는 열역학 제1 법칙에 의해 다음과 같이 설명될 수 있다:
Figure pat00001
여기서, Q in은 엔진에 입력된 열 에너지이며, 기계적 에너지 또는 일이 W out 이다. 이상적인 한계에서도 사이클 열 기관은 순 열 입력을 일 출력으로 전환할 수 없으며, 그러므로 입력 열 에너지의 일부는 폐열로서 주위로 소비되어야 한다. 사이클 열 기관의 열 효율은 다음과 같이 표현된다:
Figure pat00002
여기서
Figure pat00003
는 무차원의 효율 인자이다. 이것은 내연기관과 같은 열 에너지를 이용하는 장치의 성능 기준이다.
소정의 열 기관의 이론상 최대 효율은 카르노 이론에 의해 주어지며, 이것에 의하면 어느 열 기관의 이론상의 최대 효율은 이상적인 열역학적인 가역 엔진에서의 고온 및 저온 온도 저장조들 사이의 차이에 의존한다. 카르노 엔진에서의 이러한 최대 효율은 다음과 같이 표현된다:
Figure pat00004
여기서, Tc는 저온 저장조의 절대 온도이며, T H 는 고온 저장조의 절대 온도이다. 그러므로, 카르노 엔진의 효율은 고온 및 저온 저장조들 사이의 온도 구배의 인자이다.
오토 사이클은 내연 스파크-점화 기관의 엔진 효율을 압축비에 연관시키는 또 다른 이상적인 열역학 사이클이다. 오토 사이클의 구조는 두 개의 단열 및 동적 과정들을 사용한다. 완전 가스 법칙의 거동을 가지는 오토 사이클의 효율은 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure pat00005
여기서, r 는 부피 압축비이며, γ= Cp/Cv로서, 정적 비열(CV)에 대한 정압 비열(CP)의 비열비이다. 디젤 엔진용 유사 공식은 디젤(압축 점화) 엔진의 효율에 대한 압축비(및 연소 팽창비)에 관련된다. 비열비는 또한 "등엔트로피 팽창인자(isentropic expansion factor)"라고 알려져 있다. 공기-연료 혼합물의 비열비(γ)는 연료 증기의 열 성능과 온도에 따라 변하나, 일반적으로 1.4의 공기 값에 근접한다. 이러한 표준 값을 사용할 때, 사이클은 "표준 사이클"로서 불린다. 비열비(γ)가 항상 1보다 크므로, 오토 사이클에서의 열 효율은 직접 압축비에 연관된다. 그러므로, 고 압축비의 엔진은 모든 다른 인자들이 같으면 저압축비의 엔진보다 더욱 효율적이다.
엔진에서의 온도 제어는 또한 엔진 효율에 영향을 미치는 중요 인자이다. 카르노 사이클은 실린더의 피스톤의 상부 상사점(TDC)에서의 점화 후에 온도가 높을수록(즉, 엔진에서의 최고 온도), 온도차는 더 커지며, 효율은 더욱 높아진다. 그러나, 실세계의 비효율성은 연료와 공기의 완전 혼합의 결여, 연소율, 및 효과적인 점화를 위하여 필요한 공기/연료비를 포함한다. 이러한 상태 하의 연소는 기계적 일로 전환되지 않는 과열을 생성한다. 이러한 과열은 라디에이터를 사용하거나 배기를 통해 거절되어야 한다. 생성된 높은 연소 온도 또한 바람직하지 않은 NOx 방출을 생성한다.
현대 엔진의 온도 제어는 보통 엔진을 둘러싸는 냉각 재킷에 의해 달성되며, 과잉 열을 거부하여 주위로 배출하는 열 교환기로의 열 전달은 작동 온도 한계 내에 엔진을 유지한다. 그러한 방식으로 종래의 라디에이터를 사용하는 것은 여기서 외부 냉각으로 불린다. 대부분의 현대 내연기관들은 엔진을 관통하여 순환하고 열 교환기를 관통하여 유동하는 물이나 다른 액체 냉매를 사용하는 액체(또는 물)에 의해 냉각(외부적으로 냉각)된다. 대신에, 일부 엔진들은, 통상적으로 라디에이터가 없으므로 "공기-냉각"되는 것을 특징으로 한다. 대신에, 대부분의 공냉 엔진들은 엔진으로부터 열을 멀리 대류시키고 방열하도록 엔진 블록 또는 실린더와 일체인 부가적인 핀들을 가진다.
가장 효율적인 액랭식 또는 공랭식 종래 엔진에서조차, 냉각 시스템을 통해 열을 배출할 필요성은 엔진 효율을 크게 감소시킨다. 엔진 열의 대략 40%가 라디에이터 또는 냉각 핀들에서 소비되며, 이는 손실된 에너지이며, 그 일부는 여전히 이론상 기계적 에너지로서 이용가능하다. 이와 같이, 이러한 열 손실을 감소시키고, 과잉 열을 유용한 기계적인 에너지로 전환시키는 것은 엔진 설계에서 중요한 현안 문제이다. 종래 자동차는 단지 가솔린 에너지를 기계적인 에너지로 전환시킴에 있어서 약 20% 효율을 갖는다. 연료의 에너지의 잔여 80% 정도는 냉각 시스템과 열교환기(라디에이터)를 통해 그리고 배기열로서 주위로 손실된다. 이와 같이, 라디에이터를 통한 열 손실 (또는 달리 주위로 소비된)이 상당히 감소될 수 있으면, 엔진 효율이 상당히 향상될 것이다.
가솔린이나 천연가스와 같은 연료를 사용하는 엔진에서의 압축비는 엔진 노킹을 제어할 필요에 의해 제한되며, 노킹은 스파크 플러그의 발열로부터 소정의 점화 이전에 연료의 예비(자동)-점화에 의해 유발된다. 예비-점화 동안, 압축 동안의 실린더에서 발생한 높은 온도에 기인하는 제어되지 않은 방식으로의 압축 스트로크 동안 연료는 점화한다. 그러한 예비-점화는 에너지를 낭비하고 제어되지 않으면 엔진 손상을 초래한다. 엔진 노킹을 피하기 위하여, 종래의 스파크 점화 엔진은 일반적으로 약 10:1의 유효 압축비로 제한되며, 더욱 고가의 옥탄 연료에 의하면 최대 12:1이 가능하다.
엔진 성능에 영향을 미치는 부가적인 인자는 공기(산소)연료 비율이다. 화학양론의 공기는 탄소 몰당 일 몰의 산소 분자와 연료 중의 수의 몰당 0.5몰의 산소 분자를 제공한다. 진실한 화학양론상의 산소에 대한 공기의 양은 연료의 정확한 화학 조성에 의존하나, 가솔린 및 가솔린 엔진에 대해 대략 14.7:1의 중량/중량(w/w)이다(즉, 14.7그램의 공기에 대해 연료 1그램). 엔진들은 통상적으로 저온 시동 및 고 부하 작동 동안 농도가 짙게 작동하나, 짙은 농도의 운전의 경우, 비연소 연료가 존재할 것이며 이로써 폐기 에너지 및 부가적인 공기 오염을 초래할 것이다. 엔진은 정상적으로 화학양론상의 혼합물 주위에서 가장 효율적으로 작동하나, 화학양론상의 산소보다 큰 희박한 조건 하에서 효율적인 엔진 작동의 이론적인 근거가 있다.
본 발명의 한 가지 태양에 따르면, 압축 및 동력 스트로크 동안 실린더 내부의 온도를 제어하기 위하여 희박한 공연비들과 액체수(liquid water) 분사를 사용하여 종래 엔진에 비교해서, 향상된 압축비에서 스파크 또는 압축점화 엔진을 작동시키는 방법 및 시스템이 제공된다. 압축비가 높으면 오토 또는 압축점화(디젤) 이상 엔진 사이클에 따라 더 높은 열 효율이 가능하며, 또한 희박한 연료 혼합물의 신뢰성 있는 점화를 가능하게 한다. 액체수 분사에 의해 압력 감소에 의해 압축 동안의 일을 감소시키며 노킹을 제어하고 온도 제어를 제공한다. 액체수 분사는 또한 외부 냉각의 필요성을 감소시키며 라디에이터로의 열 손실을 감소시키며 효율을 더욱 향상시킨다. 액체수 분사와 매우 희박한 공기/연료 혼합물을 이용하는 것을 포함하는 다른 열 관리 특징의 결합에 의해, 종래의 엔진보다 라디에이터(즉, 더 작은 라디에이터가 사용될 수 있으며)의 필요성을 완전히 제거하거나 또는 실질적으로 감소시킬 수 있으며, 주위로의 더 적은 열 손실을 가진다. 따라서 본 명세서에 설명된 엔진들은 종래 엔진에 비교해서 휠씬 더 높은 열 효율 및 더 적은 방출을 발생한다.
일 실시예에 따르면, 내부에 적어도 하나의 실린더와 왕복 피스톤, 적어도 하나의 실린더 내로 공기를 제공하는 적어도 하나의 공기흡입밸브, 적어도 하나의 배기밸브, 및 적어도 하나의 실린더 내로 연료를 제공하는 연료 분사기를 가진 연료 관리 시스템을 구비하며, 탄화수소 연료와 함께 사용하기 위한 내연기관으로서, 피스톤의 압축 스트로크 동안 상사점(TDC) 전의 약 180°부터 약 30°의 어느 시점에서 실린더에 액체수를 분사(직접 분사에 의해)하기 위한 액체수 공급원에 결합된 물 분사기를 포함하며, 분사된 액체수의 양은 실린더의 주변 공기의 수증기의 포화점에서 존재하는 물의 양보다 더 많은 내연기관이 제공된다. 대신에, 엔진에는 물 또는 연료 분사기들 또는 양측에 유체 연통하는 공기 흡입 매니폴드가 제공되므로, 물 또는 연료 또는 양자가 실린더 내에 직접 보다 흡기 매니폴드 내로 포트 분사된다. 이 포트 분사의 실시예에서, 물 분사기는 흡기 밸브가 여전히 개방된 때 TDC 전의 300°에서 180°에서 통상적으로 사이클에서 다소 더 이른 시간에 액체수를 분사하도록 제어될 것이다. 엔진은 화학양론보다 더 큰 적어도 하나의 실린더에 제공된 공연비를 가진다.
엔진은 13:1보다 더 큰 유효 압축비를 가진다. 일 실시예에서, 엔진은 15:1보다 더 큰 유효 압축비를 가진다. 일 실시예에서, 압축비는 20:1, 또는 그 이상으로 더 높을 수 있다. 예컨대, 통상적으로 가솔린(페트롤) 에탄올 또는 천연가스에서 작동하는 스파크-점화 엔진에서, 압축비는 약 13:1 내지 약 25:1 범위이며, 또 다른 실시예에서 약 13:1 내지 약 20:1이다. 다른 실시예들에서, 압축비는 약 16:1 또는 약 17:1 또는 약 18:1 또는 약 19:1 또는 약 20:1 또는 약 21:1 또는 약 22:1 또는 약 23:1 또는 약 24:1 또는 약 25:1이다. 디젤 연료 엔진에서, 일 실시예에서, 압축비는, 예컨대, 여기 위에서 설명된 범위들과 값들의 모두를 포함하는 약 12:1 또는 약 13:1에서 더 작을 수 있으며, 그러나, 또한, 다른 실시예들에서, 압축비는 더 높으며, 예컨대, 압축비는 약 35:1 또는 그 이상으로, 예컨대, 약 25:1, 또는 약 26:1 또는 약 27:1 또는 약 28:1 또는 약 29:1 또는 약 30:1 또는 약 31:1 또는 약 32:1 또는 약 33:1 또는 약 34:1 또는 약 35:1일 수 있다.
일 실시예에서, 액체수가 실린더에 직접 분사될 때, 분사는 피스톤의 압축 스트로크 동안 TDC의 약 180°에서 약 30°에서 발생하도록 조정된다. 본 발명의 내연기관은, 일 실시예에서, 실린더 내로의 직접 분사를 위한 물 분사기를 포함하며, 다른 실시예에서, 실린더 내로의 직접과, 포트를 통한 다른 하나의 두 개의 물 분사기들을 포함한다. 직접 물 분사는 피스톤의 압축 스트로크 동안 TDC 전의 약 180°에서 약 30°의 사이클 동안의 어디에서나 발생할 수 있다. 또한, 물 분사는 압축 스트로크의 사이클에서 사이클까지 피스톤의 압축 스트로크에서 같거나 다른 위치에서 실행될 수 있다. 예컨대, 하나의 스트로크에서, TDC 전의 약 60°위치일 수 있으며, 또 다른 사이클에서, TDC 전의 약 90°에 있을 수 있으며, 이하 설명되는 바와 같이 타이밍과 양이 제어된다. 일 실시예에서, 물이 실린더 내에 직접 분사될 때, 물 분사는 예컨대, TDC 전의 약 90°에서 약 60°까지의 범위일 수 있다.
액체수가 포트 분사될 때, 위의 설명은 또한 적용될 수 있다. 포트 분사되는 실시예에서, 그러나, 액체수는 예컨대, TDC 전의 약 300°에서 약 180°에서와 같은, TDC 전의 30°에서 180°의 외측의 값에서 포트 분사될 수 있다.
추가적인 실시예에서, 엔진 사이클에서 분사되는 액체수의 양은 엔진 흡기부에서 25℃ 분위기(ambient) 온도에서 수증기에 의해 포화된 공기에 의해 운반된 수증기의 양의 1.05 내지 10배 범위이다.
이의 대안으로서의 또 다른 실시예에서, 엔진 사이클에서 분사되는 액체수의 양은 엔진 사이클에서 분사되는 연료 양의 약 20% 내지 약 800% w/w이다. 일 실 시예에서, 압축비가 더 높을수록 이러한 % 차이가 크도록 제어가 실행된다. 실행된 제어는 특정 값으로 압축 단부 온도를 유지한다. 실린더 내부 온도가 측정되지 않으므로, 제어는 주위 압력, 온도, 습도 및 엔진 부하에 대한 실린더 내의 압력과 엔진 RPM(분당 회전수)에 의해 실시된다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 내부에 적어도 하나의 실린더와 왕복 피스톤, 적어도 하나의 실린더 내로 공기를 제공하는 적어도 하나의 공기흡입밸브, 적어도 하나의 배기밸브, 및 적어도 하나의 실린더 내로 연료를 제공하는 연료 분사기를 가진 연료 관리 시스템을 구비하며, 탄화수소 연료와 함께 사용하기 위한 내연기관의 작동 방법이 제공된다. 이 방법은, 압축 스트로크 동안 상기 피스톤의 TDC 전에 약 180°부터 약 30°의 어느 시점에서 실린더 내로, 분사된 액체수의 양이 액체수 공급원에 결합된 물 분사기로부터 실린더의 주변 공기의 수증기의 포화점에서 존재하는 물의 양보다 더 많도록 액체수를 분사하는 것을 포함하며; 상기 적어도 하나의 실린더에 제공된 공기와 연료의 비율(또는 공연비)은 화학양론적 비율 보다 더 크며; 엔진은 약 13:1보다 더 큰 유효 압축비를 가진다.
이 실시예에 추가해서, 이 방법은 엔진 흡기부에서의 25℃ 분위기 온도에서 수증기에 의해 포화된 공기에 의해 운반되는 수증기 양의 약 1.05 내지 10배의 엔진 사이클의 액체수의 양을 분사하는 단계를 포함한다.
이 실시예에 추가해서, 본 발명의 방법은 엔진 사이클의 연료 양의 약 20%에서 약 800% w/w의 엔진 사이클에서의 액체수의 양을 분사하는 단계를 포함한다.
일 실시예에서 본 명세서에 설명된 바와 같이, 액체수는 실린더 내에 TDC 전의 180°에서 30°의 어느 시점에서 분사된다. 또 다른 실시예에서, 물은 TDC 전의 약 45°에서 약 120°까지의, 또 다른 실시예에서, TDC 전의 약 60°에서 약 90 °까지의 어느 시점에서 분사된다. TDC 전의 180°에서 30°까지의 범위 또는 어느 일정한 값, 예컨대, TDC 전의 180°, 179°, 178°, 177°, 176°, 175°, 174°, 173°, 172°, 171°, 170°, 169°, 168°, 167°, 166°, 165°, 164°, 163°, 162°, 161°, 160°, 159°, 158°, 157°, 156°, 155°, 154°, 153°, 152°, 151°, 150°, 149°, 148°, 147°, 146°, 145°, 144°, 143°, 142°, 141°, 140°, 139°, 138°, 137°, 136°, 135°, 134°, 133°, 132°, 131°, 130°, 129°, 128°, 127°, 126°, 125°, 124°, 123°, 122°, 121°, 120°, 119°, 118°, 117°, 116°, 115°, 114°, 113°, 112°, 111°, 110°, 109°, 108°, 107°, 106°, 105°, 104°, 103°, 102°, 101°, 100°, 99°, 98°, 97°, 96°, 95°, 94°, 93°, 92°, 91°, 90°, 89°, 88°, 87°, 86°, 85°, 84°, 83°, 82°, 81°, 80°, 79°, 78°, 77°, 76°, 75°, 74°, 73°, 72°, 71°, 70°, 69°, 68°, 67°, 66°, 65°, 64°, 63°, 62°, 61°, 60°, 59°, 58°, 57°, 56°, 55°, 54°, 53°, 52°, 51°, 50°, 49°, 48°, 47°, 46°, 45°, 44°, 43°, 42°, 41°, 40°, 39°, 38°, 37°, 36°, 35°, 34°, 33°, 32°, 31°, 30°가 고려될 수 있음이 이해된다.
물이 포토 분사되면, 분사는 TDC 전의 약 300°에서 약 180°에서 발생한다. TDC 전의 약 180°에서 약 300°까지의 범위, 또는 일정한 어느 값, 예컨대, TDC 전의 300o, 299o, 298o, 297o, 296o, 295o, 294o, 293o, 292o, 291o, 290o, 289o, 288o, 287o, 286o, 285o, 284o, 283o, 282o, 281o, 280o, 279o, 278o, 277o, 276o, 275o, 274o, 273o, 272o, 271o, 270o, 269o, 268o, 267o, 266o, 265o, 264o, 263o, 262o, 261o, 260o, 259o, 258o, 257o, 256o, 255o, 254o, 253o, 252o, 251o, 250o, 249o. 248o, 247o, 246o, 245o, 244o, 243o, 242o, 241o, 240o, 239o, 238o, 237o, 236o, 235o, 234o, 233o, 232o, 231o, 230o, 229o, 228o, 227o, 226o, 225o, 224o, 223o, 222o, 221o, 220o, 219o, 218o, 217o, 216o, 215o, 214o, 213o, 212o, 211o, 210o, 209o, 208o, 207o, 206o, 205o, 204o, 203o, 202o, 201o, 200o, 199o, 198o, 197o, 196o, 195o, 194o, 193o, 192o, 191o, 190o, 189o, 188o, 187o, 186o, 185o, 184o, 183o, 182o, 181o, 또는 180o 가 고려되는 것이 이해된다.
위에 정의된 바와 같이, 일 실시예에서, 분사된 액체수의 양은 엔진 흡기부에서 25℃의 분위기 온도에서 수증기로 포화된 공기에 의해 운반되는 수증기 양의 약 1.05 내지 약 10배 범위이다. 이와 같이, 예컨대, 여러 실시예들에서, 분사되는 물의 양은 위에 설명된 범위의 어느 값일 수 있으며, 또는 엔진 흡기부에서 분위기 온도에서 수증기로 포화된 공기에 의해 운반되는 수증기 양의 약 1.05배에서 약 10배까지, 예컨대, 엔진 흡기부에서 25도의 분위기 온도에서 수증기로 포화된 공기에 의해 운반되는 수증기 양의 1.25, 1.50, 1.75, 2.00, 2.25, 2.50, 2.75, 3.00, 3.25, 3.50, 3.75, 4.00, 4.25, 4.50, 4.75, 5.00, 5.25, 5.50, 5.75, 6.00, 6.25, 6.50, 6.75, 7.00, 7.25, 7.50, 7.75, 8.00, 8.25, 8.50, 8.75, 9.00, 9.25, 9.50, 9.75, 또는 10.00. 배 범위일 수 있다.
대체 실시예에서, 분사되는 물의 양은 연료의 약 20%에서 약 800% w/w 까지의 범위이다. 연료의 약 20% 에서 약 800°w/w까지의 임의의 범위 또는 값, 예컨대, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 100%, 105%, 110%, 115%, 120%, 125%, 130%, 135%, 140%, 145%, 150%, 155%, 160%, 165%, 170%, 175%, 180%, 185%, 190%, 195%, 200%, 205%, 210%, 215%, 220%, 225%, 230%, 235%, 240%, 245%, 250%, 255%, 260%, 265%, 270%, 275%, 280%, 285%, 290%, 295%, 300%, 305%, 310%, 315%, 320%, 325%, 330%, 335%, 340%, 345%, 350%, 355%, 360%, 365%, 370%, 375%, 380%, 385%, 390%, 395%, 400%, 405%, 410%, 415%, 420%, 425%, 430%, 435%, 440%, 445%, 450%, 455%, 460%, 465%, 470%, 475%, 480%, 485%, 490%, 495%, 500%, 505%, 510%, 515%, 520%, 525%, 530%, 535%, 540%, 545%, 550%, 555%, 560%, 565%, 570%, 575%, 580%, 585%, 590%, 595%, 600%, 605%, 610%, 615%, 620%, 625%, 630%, 635%, 640%, 645%, 650%, 655%, 660%, 665%, 670%, 675%, 680%, 685%, 690%, 695%, 700%, 705%, 710%, 715%, 720%, 725%, 730%, 735%, 740%, 745%, 750%, 755%, 760%, 765%, 770%, 775%, 780%, 785%, 790%, 795%, 또는 800%가 이용될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 분사된 물의 양은 엔진 실린더에서 분사된 연료의 양의 약 40%에서 약 400%(w/w)까지의 범위이다.
또 다른 실시예에서, 분사된 물의 양은 엔진 실린더에서 분사된 연료의 양의 약 50% 에서 약 300%(w/w)까지의 범위이다.
또 다른 실시예에서, 양이 엔진 실린더에 분사되는 연료 양의 약 60% 내지 약 200%(w/w)까지의 범위이다.
내연기관에서 소비된 열의 손실은 분사된 물 분사 양이 종래 연소기관보다 더 큰 물 분사를 이용함으로써 최소화된다.
첨부 도면들과 결합하여 이하의 상세한 설명을 참조하면, 발명의 목적, 특징, 및 장점은 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명백해질 것이다.
도 1a는 일 실시예에서의 예로서의 실린더의 액체수 분사기의 액체수 분무 패턴과 구조의 부분 단면도를 도시한 것이고, 도 1b는 도 1a의 A-A 선을 따라 절취한 실린더 헤드 또는 챔버의 저면도이다.
도 2는 본 명세서에 설명된 바와 같은 열 관리 특성과 액체수 분사를 제공하기 위한 내연기관 구성의 대체 조합(alternative combinations)을 도시하는 매트릭스(500)를 도시한 것이다.
도 3은 본 명세서에 설명된 바와 같은 액체수 분사 특징을 갖는 제1 실시예의 내연 기관(50)의 예시적인 구성을 도시한 것이다.
도 4는 본 명세서에 설명된 바와 같은 액체수 분사 특징을 갖는 제2 의 대체 실시예의 내연 기관(150)의 예시적인 구성을 도시한 것이다.
도 5는 본 명세서에 설명된 바와 같은 액체수 분사 특징을 갖는 제3의 대체 실시예의 내연 기관(250)의 예시적인 구성을 도시한 것이다.
도 6은 본 명세서에 설명된 바와 같은 액체수 분사 특징을 갖는 제4의 대체 실시예의 내연 기관(350)의 예시적인 구성을 도시한 것이다.
도 7은 본 명세서에 설명된 바와 같은 액체수 분사 특징을 갖는 제5의 대체 실시예의 내연 기관(450)의 예시적인 구성을 도시한 것이다.
도 8은 일 실시예의 본 명세서에 설명된 여러 대체적인 내연 기관들에서 구현된 센서제어 시스템(100)을 도시한 것이다.
도 9는 일 실시예에서 본 명세서에 설명된 여러 대체적인 내연 기관들에서 사이클마다 분사되는 물의 양을 결정하기 위한 엔진 제어부에 의해 구현되는 방법을 도시한 것이다.
도 10은 물 분사와 과급된 공기분사압력이 있는 상태에서, 여러 엔진 부하들에서 엔진 효율의 선도(plot)를 도시한 것이다.
도 11은 물 분사가 있는 상태에서 또는 물 분사가 없는 상태에서, 여러 엔진 부하와 과급 공기 분사에서 엔진 효율을 도시한 것이다.
이 명세서에 개시되는 발명은, 연소가 진행함에 따라, 연소 공정의 온도를 조정하기 위하여 액체수의 실린더 직접 분사 및/또는 포트 분사 특징을 채용하는 적어도 하나의 실린더를 가진 2-스트로크 또는 4-스트로크, 또는 그 이상의 스트로크(행정)을 제공한다. 이와 같이 엔진은 가솔린(페트롤), 알코올 또는 그의 결합 또는 천연 가스를 연료로서 가지고 작동하는 스파크 점화, 플라즈마 점화, 파일럿 점화, 레이저 점화, 자유 라디컬 점화 또는 스파크 보조 압축 점화를 제공하는 스파크 플러그, 글로(glow) 플러그, 플라즈마 점화기, 또는 레이저 점화기를 포함할 수 있다. 대체적으로, 엔진은 스파크, 플라즈마 또는 레이저의 부가적인 보조를 가지거나 없이 디젤(케로센:kerosene) 가동 엔진과 같은 압축 점화를 채용할 수 있다.
도 2는 직접 액체수 분사 특징과 본 명세서에 설명된 다른 열관리 기술을 포함하는 내연기관의 여러 실시예들의 매트릭스(500)를 도시한다. 예컨대, 각각의 16개의 조합(502)들은, 연소 엔진(505), 예컨대, 스파크 점화 엔진(또는 이의 대안으로 x 표시를 하지 않은 압축형 엔진을 나타내기도 한다); 터보차저 요소(508)의 존재(터보차저 장치의 사용을 나타냄); 실린더(512)로의 액체수의 직접 분사 또는 흡입 포트(522)에서의 액체수의 분사(예컨대, 흡입에 의해)의 실행; 실린더(515)의 직접 연료 분사 또는 흡입 포트(525)에서의 연료 분사의 실행을 지시하는 표시(예컨대, "x")를 가진 여러 엔진구조를 도시한다. 컬럼(510)은 본 명세서에 설명된 예시적인 실시예들을 도시한다. 예컨대, 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 도 3은 50으로 지시된 제1 실시예의 엔진 조합을 도시하며, 도 4는 150으로 지시된 대체 실시예의 엔진 조합을 도시하며, 도 5는 250으로 지시된 대체 실시예의 엔진 조합을 도시하며, 도 6은 도면 부호 350으로 지시된 대체 실시예의 엔진 조합을 도시하며, 및 도 7은 450으로 지시된 대체 실시예의 엔진 조합을 도시한다. 여러 도면들에서 유사한 도면 부호들은 같은 요소들을 지시한다.
도 3 내지 도 7은 도 2에 설명된 실시예들의 일부를 도시한다. 그러나, 본 발명의 개시 범위 내에서 직접 물 분사 및 직접 연료 분사가 단독으로 또는 포트를 통한 워터 또는 포트를 통한 연료 분사기와 같이 스파크-점화 엔지 또는 디젤 엔진에서 포함된 엔진들이 고려된다. "직접 분사(direct injection)"라는 용어에 의해서 분사되는 연료 또는 물이 실린더 내로 직접 분사되는 것을 의미한다. 직접 연료 분사의 경우, 연료는 공기와 사전에 혼합되지 않고 분사된다. "포트 분사(port injection)"라는 용어에 의해, 사전 혼합이 실린더에 유입하는 공기/증기/물의 혼합 전에 발생하는 흡기 매니폴드로 연료 또는 물이 분사되는 것을 의미한다. 일부 실시예들에서, 스파크-점화, 또는 디젤의 엔진은 과급되거나 과잉 공급된다. 또한, 엔진이 물 분사 및 연료 분사를 위한 적어도 하나의 수단을 가지는 한, 직접 물 분사 또는 직접 연료 분사 또는 양자 및/또는 대체적인 포트 물 또는 포트 연료 분사, 또는 양자, 또는 그의 일정한 결합을 포함하는 엔진이 고려된다.
도 3을 참조하면, 제1 실시예의 내연기관(50)은 실린더(12)에서 연소하기 위한 제어된 온도와 압력 조건 하에 연료를 공급하기 위하여 실린더 헤드 부분(20)에 장착된 연료분사기 장치(56)에 유체 도관 등의 운송 수단을 통해 연료를 공급하는 연료 펌프(53)에 연료를 제공하는 연료 저장조(57)를 포함하는 연료분사 시스템(55)을 포함한다. 연료 분사기(56)는 공기와 사전 혼합되지 않고 실린더에 직접 연료를 분사한다. 연료분사 시스템은 연료 분사 타이밍을 제어하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 시간 제어된 컴퓨터 제어 하에서, 연료는 실린더에 장입될 수 있다.
도 3에서, 제1 실시예의 내연 기관(50)은 실린더(12) 내로 제어된 타이밍의 압력 (예컨대, 가변 또는 일정 압력) 하에 직접 액체수 분사를 제공하기 위하여 실린더 헤드 부분(20)에 장착된 액체수 분사기 장치(46)에 유체 도관 또는 유체수송장치를 통해 액체수를 공급하는 워터 펌프(63)에 액체수를 제공하는 액체수 저장조(67)를 포함하는 연료분사 시스템(65)을 포함한다. 도 3에 구현된 분사기(46)는 실린더에 직접 물을 분사한다. 이하 설명된 제어 시스템은 매 압축 사이클에서 하나 이상의 타이밍 순간들에서 실린더(12)에 액체수를 분사하는 것을 제어할 수 있다. 도 3 도시와 같이, 점화 코일(37)은 일 실시예에서 실린더 헤드 부분(20)에 장착된 연료 분사기 장치(56)와 액체물 분사기(46) 사이에 위치된 실린더헤드 부분의 중심 근처에 장착된 스파크 플러그(47)의 점화를 제어한다.
도 3의 실시예에서, 실린더 헤드 부분(20) 내의 연료와 연소하기 위하여 흡기 매니폴드(25)로부터 공기를 제공하기 위하여 각 사이클에서 적절히 가동되는 엔진 흡기밸브(21)가 실린더 헤드 부분(20)에 연통한다. 이와 마찬가지로, 연소(탄소 이산화물, 공기 또는 다른 일정한 방출물)로부터의 배가스 산물이 실린더를 통해 배기 매니폴드(35)로 배출될 수 있도록 각 사이클에서 적절히 가동되는 배기 밸브(31)가 실린더 헤드 부분(20)에 연통하며, 여기서 일 실시예에서 배가스 산물은 포획되어 엔진을 위한 추가적인 작용, 예컨대 공기 가열을 수행한다.
도 3에 도시된 또 다른 실시예에서, 연소를 위한 과급된 압축 공기 혼합물을 형성하기 위하여 입력 주위 공기(11)를 수용하고 연소 산물로부터의 배기 매니폴드 부분(36)의 고온 배기가스(91)를 수용하기 위한 공기 입력, 예컨대, 매니폴드 흡입부(24)에 터보차저 보조-시스템(75)이 제공된다. 대체 실시예에서, 슈퍼차저가 대신에 사용될 수 있다. 어느 경우에나, 실린더 또는 흡기 매니폴드 내로 압송되는 공기의 양을 조정하기 위하여 터보차저 또는 슈퍼차저가 제어가능하다.
도 3의 엔진(50)의 실시예에 도시된 바와 같이, 실린더에서 공기 또는 연료 또는 액체수를 추가로 가열하기 위하여 사용될 수 있는 내연기관의 가열 부산물을 재포획하는 구조 및 방법론이 제공된다. 예컨대, 터보차저(75)의 출력에서의 터보-압축된 공기 혼합물(19)은, 연소에 의해 발생된 폐열의 상당한 부분을 다시 포획하고 이를 유용한 에너지를 전환하기 위한 열교환 장치(71)를 포함하는 열교환 보조-시스템(70)을 통한 열 조정, 예컨대, 열 제거 처리된다. 일 측면에서, 가열된 배기가스(91)는 분사될 액체수를 예열하고 및/또는 분사될 공기/연료를 예열하기 위하여 사용하도록 터보차저 요소(75) 및 열 교환기(71)로 진입하기 위하여 매니폴드 연장부(36)를 거쳐 배기 매니폴드 (35)로부터 재순환된다. 도 3 도시와 같이, 재순환된 배출 공기(91)로부터의 열 에너지는 밸브(74)의 제어 아래, 예컨대, 도관(73)을 통해 열 교환기(71)에 제어가능하게 첨가되어, 연소를 위하여 실린더 헤드 부분(20)에 제공된 흡기 공기(29)의 온도를 조정한다. 추가적인 가열 기스의 배기는 열 교환기(71), 예컨대, 도관(72)을 통해 제거된다. 배기 가스(91)로부터 제어가능하게 제거된 열은 물 저장조(67)의 액체수를 예열하기 위하여 사용될 수 있다.
또한, 도 3의 엔진(50)의 실시예에서, 물 회수 유닛(66), 즉, 예컨대 종래의 수단, 예를 들어 응축기 또는 모세 작용 등을 통해 배기 흐름으로부터 물이 응축되는 미세공 멤브레인을 이용하여 주위 온도로 배기 가스를 냉각시킴으로써 배기가스로부터 물을 추출하는 유닛이 있다. 이와 같이, 일 실시예에서, 유체 도관 또는 커플링(68)을 통해 물이 물 저장조(67)로 유입할 수 있는 배기 가스(91)로부터의 일정한 수증기 부산물로부터 물을 포획하도록 응축기가 제공된다. 본 명세서에 설명된 물 회수장치(66)의 사용은 또한 엔진용 물 저장 필요성을 감소시키도록 작용한다. 이는, 예컨대, 차량에 적재시 필요한 물의 양이 배기 스트림의 물을 포획하고 재생하기 위한 실질적인 부재수단일 수 있었던 자동차에의 적용에 특히 중요할 수 있다.
각각의 분사기(46, 56)들을 통해 실린더 헤드 부분(20)에 직접 물의 분사와 직접 적인 연료 분사를 실행하는 대체 실시예의 비-과급 엔진(150)을 도시하는 도 4에 추가적인 실시예가 도시된다. 도 4 도시 실시예에서, 주위 공기(11)는 흡입부(24)를 통해 열교환장치(71)로 유입되고 고온 배기가스(91)는 밸브 장치(94)의 제어 하에 열 교환장치(71)로 순환된다. 고온 배기가스로부터의 열이 연소용 실린더로 유입되는 공기(29)를 예열하기 위하여 사용된다. 냉각된 가스(92)는 엔진 출력을 위한 배기 매니폴드 부분(36)을 거쳐 출력 배기 매니폴드(35)에 복귀 재순환된다. 본 명세서에 설명된 바와 같은 물 회수 유닛(66)은 유체 도관 또는 커플링(68)을 통해 물 저장조(67)로 물이 유입될 수 있는 배기 가스(91)에 존재하는 일정한 수증기로부터 액체수를 포획하기 위하여 제공된다.
또 다른 실시예에서, 도 5는 실린더(12)와 연관된 흡기 매니폴드(25)에 형성된 통해 각각의 포트(38, 39)들을 각각의 분사기(46, 56)를 거쳐 포트를 통한 액체수의 분사 및 포트를 통한 연료 분사를 실행하는 과급 또는 초과급 엔진(250)을 도시한다. 즉, 각각의 액체수 공급시스템(65)은 제어된 타이밍과 (가변 또는 일정한) 압력 조건(아래) 물을 제어 시스템 작동 하에 흡기밸브(21)에 인접한 흡기 매니폴드(25)의 포트에서 포트 액체물 분사기(46)로 제공한다. 이와 마찬가지로, 연료공급 시스템(55)은 시간 제어된 제어 및 압력 조건들 아래 연료를 흡기 매니폴드(25)의 흡기 밸브 근처의 포트에서 연료를 연료 분사기(56)로 제공한다. 그렇지 않으면, 도 5의 실시예는 도 3 도시의 엔진(50)에 유사하다. 예컨대, 도 5의 엔진(250)이 또한 실린더에서 공기 또는 연료 또는 액체수를 추가 가열하기 위하여 사용될 수 있는 가열된 가스상 연소 산물을 재포획하기 위하여 제공된다. 예컨대, 터보차저(75)의 출력에서 터보-압축된 공기 혼합물(19)은 연소에 의해 발생된 폐열의 상당한 부분을 포획하고 공기/연료 및 물의 예열을 제어하기 위하여 유용한 에너지로 그를 전환하기 위한 열교환 장치(71)를 포함하는 열교환 보조-시스템(70)을 거쳐 열 조정, 예컨대, 열 제거가 실행된다. 일 측면에서, 가열된 배기 가스(91)는 분사될 액체수의 예열에 사용하고 및/또는 분사될 공기/연료를 예열하기 위하여 사용하기 위하여 열 교환기(71)에 유입되고 터보차저 요소(75)로 유입되기 위하여 매니폴드 부분(36)을 거쳐 배기 매니폴드(35)로부터 재순환된다. 도 5 도시와 같이, 재순환 배기 공기(91)로부터의 열 에너지는 밸브(74)의 제어 하에, 예컨대, 도관(73)을 거쳐 열 교환기(71)로 제어가능하게 부가되어 연소용 실린더 헤드 부분(20)에 제공된 흡입 공기(29)의 온도를 조정한다. 추가적인 가열된 배기 가스는 열교환기(71), 예컨대, 도관(72)을 거쳐 제거된다. 배기 가스(91)들로부터 제어가능하게 제거된 열은 물 저장조(67)의 액체수를 예열하기 위하여 사용될 수 있다. 또한, 도 5의 엔진(250)의 실시예에서, 물 회수 유닛(66)은 배기 가스(91)로부터의 일정한 수증기 부산물로부터의 물을 포획하도록 제공되고 이 물은 유체 도관 또는 커플링(68)을 거쳐 물 저장조(67)로 입력될 것이다.
실린더(12)에 연관된 흡기 매니폴드(25)에 형성된 각각의 포트(38, 39)들 내로 각각의 분사기(46, 56)들을 거쳐 포트 액체수 분사 및 초포트 연료 분사를 실행하는 엔진(350)을 도시하는 도 6에 추가의 실시예가 도시된다. 다른 한편, 도 6의 실시예는 도 4 도시의 엔진(150)에 유사하며, 주위 공기(11)는 흡입부(24)를 거쳐 열 교환기(71)에 유입되고 고온 배기가스(91)는 밸브 장치(94)의 제어 하에 열 교환기(71)로 복귀 순환된다. 고온 배기가스로부터의 열은 연소용 실린더에 유입되는 공기(29)를 예열하기 위하여 사용된다. 냉각된 가스(92)는 엔진 출력을 위한 배기 매니폴드 부분(36)을 거쳐 출력 배기 매니폴드(35)에 복귀 재순환된다. 본 명세서에 설명된 바와 같은 물 회수유닛(66)은 배기가스(91)에 존재하는 수증기로부터 액체 물을 포획하기 위한 것으로 이 물은 유체 도관 또는 커플링(68)을 통해 물 저장조(67)로 유입될 수 있다.
도 7의 엔진(450)에서, 이중의 액체수와 연료의 분사기(59)는 연소를 위해 실린더 헤드부분에 연료와 액체 물을 모두 직접 분사하기 위하여 실행된다. 즉, 별도의 각각의 액체수와 연료 분사기들을 공급하는 대신에, 액체수 분사시스템(65)과 연료 분사시스템(55)이 결합된 액체수와 연료 분사기(59)들을 공급한다. 그렇지 않으면, 도 7의 실시예는 도 3 도시의 엔진(50)에 유사하다. 예컨대, 도 7의 엔진(450)은 또한 실린더에서 공기 또는 연료 또는 액체수를 추가 가열하기 위하여 사용될 수 있는 연소의 가열돈 가스상 부산물을 재포획하기 위하여 제공된다. 예컨대, 터보차저(75)의 출력에서의 터보-압축된 공기 혼합물(19)이 연소에 의해 발생된 폐열의 상당한 부분을 포획하고 공기/연료 및 물의 예열을 제어하기 위하여 유용한 에너지로 전환하기 위한 열교환 장치(71)를 포함하는 열 교환 보조-시스템(70)을 거쳐 열 조정, 예컨대, 열 제거가 실행된다. 일 측면에서, 가열된 배기가스(91)는 분사될 액체수의 예열에 사용하기 위하여, 및/또는 분사될 공기/연료의 예열에 사용하기 위하여, 터보차저 요소(75)로의 유입, 및 열 교환기(71)로 유입하기 위하여 매니폴드 부분(36)을 거쳐 배기 매니폴드(35)로부터 재순환된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 재순환 배기가스(91)로부터의 열 에너지는 밸브(74) 제어 하에, 예컨대, 도관(73)을 통해 제어가능하게 열 교환기(71)에 첨가되어 연소를 위한 실린더 헤드 부분(20)에 제공된 흡입 공기(29)의 온도를 조정한다. 추가의 가열된 배기 가스는 열 교환기(71), 예컨대, 도관(72)을 거쳐 제거된다. 배기가스(91)로부터 제어가능하게 제거된 열은 물 저장조(67)의 액체 물을 예열하기 위하여 사용될 수 있다. 또한, 도 7의 엔진(450)의 실시예에서, 본 명세서에 설명된 바와 같은 물 회수 유닛(66) 등은 배기가스(91)로부터의 일정한 수증기 산물로부터의 물을 포획하도록 제공되고 이 물은 유체 도관 또는 커플링(68)을 통해 물 저장조(67)로 유입될 수 있다.
도 2의 매트릭스(500)를 참조하면, 도 3 내지 도 7에 도시된 내연 기관들의 추가적인 실시예들이 실린더 헤드 부분(20)과 흡기 매니폴드(25)의 포트(38) 양측에서 압축 스트로크 동안 하나 이상의 타이밍 상태들에서 공기 온도를 효과적으로 감소시키고 밀도를 증가시키며 따라서 공기 질량 흐름 속도 및 동력을 증가시키기 위하여 액체수 분사를 고려한다.
도 1a 및 도 1b는 각각의 도면 3, 4, 및 7의 예컨대, 엔진(50, 150, 450)들에 사용된 TDC 근처의 도시된 왕복 피스톤을 가진 실린더에서의 직접 액체수 분사 작동(10)을 도시한다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 실린더(12)에서 TDC에 또는 근처에 왕복 피스톤(15)을 가진 실린더(12)가 도시된다. 실린더 헤드 부분(20)과 연통하는 흡기 밸브(21)는 각 사이클에서 실린더 헤드 부분(20)에서의 연소를 위하여 흡기 매니폴드(25)로부터의 공기를 제공하도록 적절히 가동된다. 이와 마찬가지로, 배기 밸브(21)가 실린더 헤드 부분(20)에 연통하고 각 사이클에서 연소(탄소 이산화물, 공기 또는 다른 방출물)로부터의 배기가스 산물이 배기 매니폴드(35)로 실린더로부터 배출될 수 있도록 적절히 가동되며, 여기서 배기가스 산물은 배기가스로서 차량에서 배출되며 또는 엔진을 위하여 추가적인 작용을 수행하기 위하여, 예컨대, 공기, 연료, 및 액체수를 가열하도록 포획된다. 도 1a에 추가로 도시된 것은 직접 물 분사기(46)에서 배출되는 물 흐름(45)의 실시예들이며, 실린더의 내면에 충격을 가하는 스트림들을 도시하며, 이는 엔진 헤드의 부품들, 밸브들, 실린더 벽들, 또는 피스톤 면을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 물 분사기로부터 배출되는 물은 다른 특정 방향들로 향해질 수 있으며 또는 실린더의 표면 또는 실린더 헤드에 최소 충격을 가하는 미세하게 분무화된 스프레이일 수 있다.
도 3 내지 도 7의 특정 실시예들에 도시되고 도 2의 매트릭스(500)의 엔진은 종래 엔진보다 더 높은 압축비에서 작동한다. 일 실시예에서, 엔진의 유효 압축비("effective" compression ratio)는 13:1보다 더 크며, 압축을 향상시키기 위한 터보 과급, 등의 유사 기술을 사용하지 않고 40:1과 같이 매우 높을 수 있다. 이와 같이, 예컨대, 본 명세서에 설명된 엔진들의 유효 압축비는 약 1 atm 이하의 흡입 압력에 기초해서 과급 작용과 같은 부가적인 압축의 사용 없이 결정될 수 있다.
도 3 내지 도 7의 특정 실시예들에 도시된 도 2의 매트릭스(500)의 엔진은 점화 전에 액체수 분사를 사용한다. 분사된 액체수는 압축 스트로크 동안 장입 공기를 냉각시키며, 압축 작용을 감소시키고 주위로 소실될 열을 흡수한다. 압축 동안 첨가된 액체수와 희박한 연료 혼합물의 효과에 의해, 엔진 작동이 노킹 없이 종래의 압축 비보다 휠씬 더 높은 압축비에서 작동할 수 있다.
또한, 도 3 내지 도 7의 특정 실시예들에 도시된 도 2의 매트릭스(500)의 엔진에서, 연료, 공기, 또는 액체수의 하나 이상은 분사 전에, 예컨대, 배기를 가진 열 교환기를 사용하는 것에 의해 제어가능하게 가열될 수 있다. 액체수는 가열될 수 있으며, 이는 액체수의 증기 평형, 액체수에 의해 수행된 냉각도, 및 증기 형성의 신속성에 영향을 미친다. 일 실시예에서, 액체수는 25℃ 에서 가열될 수 있거나 또는 분사 전에 약 80℃ 온도로 가열될 수 있다. 대신에, 액체수는 분사된 물의 온도가 약 40℃ 보다 더 크거나, 또는 약 50℃ 보다 더 높도록, 또는 약60℃ 보다 더 높은 온도, 또는 약 80℃ 또는 그 보다 더 높은 온도로 가열된다. 분사된 액체수의 압력에 따라, 대응하는 포화 온도보다 다소 작은 온도 내에서 더 높은 온도로 가열될 수 있다. 예컨대, 10, 30, 또는 50 바의 압력에 대해, 분사된 액체수 온도는 각각 약 150℃, 200℃, 또는 250℃ 일 수 있다.
이들 특징들의 합에 의해 도 3 내지 도 7의 엔진(50, 150, 250, 350, 450)들에서 종래 엔진보다 휠씬 더 높은 열동력 효율에서 작동한다. 따라서, 본 발명의 엔진의 특성이 종래의 엔진보다 휠씬 더 양호한 과잉의 열을 관리하고, 주위로의 불필요한 열 손실을 최소화하므로 라디에이터는 종래에서 더 필요한 것보다 휠씬 더 작거나 또는 전혀 필요하지 않다. 이러한 인자들의 결합으로, 일정한 변위 및 RPM에 대해 구체적인 동력과 연료 경제에서 변형적인 변화가 발생한다.
또한, 도 3 내지 도 7의 특정 실시예들에 도시된 도 2의 매트릭스(500)의 엔진에서, 각각의 연료 분사기(56)들은 화학량론보다 더 큰 공연비에서 연료를 제공하도록 제어되며, 압축 동안 TDC 전에 약 180 내지 약 30에서 변하는 일정 시간에서 실린더 내에 하나 이상의 순간들에서 물 분사기는 액체수를 분사하며, 분사된 액체수의 양은 실린더의 주위 공기의 수증기 포화점에서의 물의 양보다 더 크며; 엔진은 13:1보다 더 큰 유효 압축비를 가진다.
일 실시예에서, 사이클 마다 분사될 물의 양은 흡입 압력, 온도, 상대 습도, 및 압축단 압력, 부하 및 rpm과 같은 현재 엔진 작동 파라미터들에 관련되어 제어된다. 도 8과 관련해서 이하 설명되는 마이크로컨트롤러는, 룩업 테이블에 저장된 필요 데이터/기능들을 가질 수 있으며 감지된 입력 파라미터들에 관련되는 물의 양을 산출할 수 있다. 예컨대, 액체수의 양(포화가스 질량)은 이상가스 법칙과 사이클당 분사용 유용한 공기포화증기표에 의해 대략 산출될 수 있다. 예컨대, 본 명세서에 설명된 제어 시스템에서, 현재 실린더 압축 사이클에 대해 분사될 액체의 양은 주위 온도, 예컨대, 흡기 매니폴드에서 감지된 온도 또는 실린더에서의 흡기 밸브에서의 흡입공기 온도의 현재 값, 및/또는 요약된 습도/기후 데이터로부터 결정될 수 있으며, 그로부터 감지된 온도에서의 수증기의 포화점이 결정될 수 있다. 제어 시스템은 온도에서 감지된 흡입 공기에서 공기를 완전히 포화시키기에 필요한 최소 양보다 더 클 부가적인 물의 양(부피 또는 중량으로)을 첨가한다.
물 분사(Water Injection)
각각의 엔진 실시예들에서의 더 큰 압축을 허용하는 하나의 인자는 압축 스트로크 동안 엔진 실린더(들)에 액체수를 부가함으로써 압축 사이클 동안의 내부 냉각이다. 엔진 실린더 내로의 액체수의 분사는 여러 중요한 기능을 수행한다. 액체수는 압축 동안 생성된 열을 흡수함으로써 압축 동안 내부적으로 실린더 내부를 냉각한다. 이러한 내부 냉각은 압축에 필요한 일을 감소시키는 효과를 가지며, 또한 엔진 노킹 없이 더 큰 압축비를 허용하는 효과를 가진다.
압축 사이클 동안 엔진 실린더 내로 분사될 액체수의 양은 주위 공기의 포화된 수증기 성능의 함수이거나, 또는 중량 베이스의 연료의 함수이다. 일 실시예에서, 사이클 당 분사될 액체수의 양은 20도에서 공기를 포화시키기에 필요한 양보다 더 크다. 이의 대안적 예로서, 사이클당 분사되는 액체수의 양은 엔진 흡입부에서 주위 공기에 함유된 수증기 양의 약1.05 내지 10배일 수 있다. 대안적 예로서, 액체수의 양은 압축 스트로크 마다 분사될 연료의 양의 약 20%w/w 내지 약 800%w/w에서 변할 수 있다. 분사될 액체수의 양은 내부 냉각을 최적화하고, 압축 동안 필요한 일을 최소화하며, 엔진 노킹을 최소화하도록 측정되며, 점화 시기에 가스와 혼합된 액체수 물방울을 제공하거나 방지하도록 측정될 수 있다. 액체수의 분사 제어는 도 8 및 도 9를 참조하여 이하 설명되는 물 분사 시스템을 제어하는 컴퓨터 제어시스템에 결합된 엔진의 압력 및 온도 센서들에 기초할 수 있다.
직접 액체물 분사기(46)는 연속으로, 간헐적으로 액적 스트림으로서 또는 펄스 스트림으로서 실린더 내로 액체수를 분사할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 액체수는 "입자가 굵은(coarse)" 스프레이 또는 분무화된 흐름으로서 분사될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 액체수는 실린더 헤드와 피스톤 상부의 내면을 냉각하기 위하여 인도된 스트림으로서 분사될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 액체수는 흡기 매니폴드 내로의 분무화된 스프레이로서 포트 분사된다. 이들 실시예들의 일정한 조합이 사용될 수 있으며 액체수의 다른 분사 실시예들은 또한 가능하며 이 사상의 범위 내에 있다. 일 측면에서, 액체 물방울의 크기는 물방울 크기의 감소에 따라 계면 영역이 증가하므로 열 전달 속도를 결정할 것이다. 물방울의 크기는 액체수의 설정(및 타이밍과 계량과 같은 다른 인자들)에 의해 제어되며 압축 온도 상승(감지된 전체 압력)에 의해 표시된 열 흡수(증발)의 필요 속도에 따라 제어될 것이다. 일 실시예에서, 열 흡수의 필요 속도가 작을수록, 분사된 물 스프레이는 더 거질 수 있다(덜 분무화). 일 실시예에서, 평균 액체 물방울의 크기는 직경이 약 0.5 ㎛ 내지 약 25㎛ 범위의 "미세한" 크기의 구-형상이며 "거친" 크기의 평균 액체 물방울의 크기는 약 25 ㎛ 내지 100㎛ 범위일 수 있다.
여러 엔진 실시예들에서, 액체수의 적어도 일 부분은 바닥 하사점(BDC)(즉, TDC의 약 180도 전)과 TDC의 약 30도 전 사이의 압축 스트로크의 제1 부분 동안 실린더 내로(공기 흡기 또는 실린더에 직접 물 분사에 의해) 분사된다. 압축 스트로크 동안 액체수가 존재하면, 액체수가 압축 동안 고온 공기로부터의 잠열을 흡수하여 그 온도를 감소시키므로 압축 스트로크에 필요한 일을 감소시킬 것이다. 표준 압력에서 물의 증발 엔탈피(△vap)는 약 40.7kJ/몰이며, 이는 약 2250J/g과 균등하다. 이는 액체수를 증기로 전환하기 위하여 필요한 에너지이다. 액체수의 증발 엔탈피는 압력에 의존하며 22,242kPa(약 222바)에서의 374.4도의 임계점에서 제로로 감소한다. 10, 30, 50, 또는 100 바의 압력들에 대해, 증발 엔탈피는 각각 약 2015, 1796, 1640, 또는 1317J/g이며, 이는 여전히 상당하다. 압력이 온도에 관련되므로, 압력은 질량의 약간의 증가와 가스 상수R에도 불구하고 비례적으로 감소될 것이다. 압축 동안의 압력의 감소는 따라서 압축을 달성하기 위하여 필요한 일을 감소시킬 것이다. 압축에 필요한 일은 단지 압력에 의존하며, 일정한 부피가 고정되므로(δW= P x dV), 여기서 W는 일이며, P는 압력, 그리고 dV는 부피차이다.
압축 스트로크 동안 첨가된 액체수의 또 다른 효과는 외부 재킷의 냉각 필요성을 감소 또는 제거하는 것이다. 외부 냉각의 필요성은 매우 높은 가스 온도와 실린더 내면, 특히 실린더 헤드, 및 피스톤 단면으로의 불가피한 열 전달에 기인하여 발생한다. 분사된 액체수는 실린더에서 물방울로 변할 수 있으며 이는 압축 동안 실린더의 가스를 냉각한다.
선택적인 예로서, 액체수 분사는 실린더의 가스를 직접 냉각하기보다 엔진(실린더 헤드와 피스톤 헤드)의 내면에 분무하여 냉각하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 연료는 지배적으로 반경 방향으로 물은 축방향으로 지배적으로 분사될 것이므로 이들은 실질적으로 간섭하지 않을 수 있다. 이러한 개념의 실시예가 실린더 헤드(20) 위에 중심으로 장착된 액체수 분사기(46) 를 도시하는 도 1a에 도시된다. 분사기는 실린더 헤드의 액체수의 물방울 스트림(들)(예컨대, 연속 스트림, 단속적인 또는 분자화된 스프레이)을 인도하기 위하여 프로그램된 로직 또는 마이크로프로세서의 제어하에 가동된다. 도 1a에는 물의 대표적인 스트림들이 점선으로 도시된다. 흡기 밸브(21)와 배기 밸브(31)를 가진 엔진의 실린더를 도시하는 도 1b에 더 도시된 바와 같이, 그러한 액체 물 분사기(46)는 중심으로부터 오프셋으로 장착될 수 있다. 도 1b에는 또한 스파크 플러그(47)와 연료 분사기(56)가 도시된다. 도 1a의 실시예에서, 분사기는 실린더 헤드 부분(20) 내에서 또는 피스톤 헤드에서 압축 동안 여러 번 물을 분사하기 위하여 하나 이상의 방향을 향하여 개별적으로 시간 제어되는 하나 이상의 개별적인 액체수 물방울 스트림(45)들의 패턴을 포함하는 일정한 용적의 액체수 스프레이를 제공하도록 가동될 수 있다.
작동 시에, 분사된 액체수의 일부는 점화 순간에 실린더에 다른 가스와 혼합된 액체 물방울로서 증발되지 않고 잔류될 수 있다. 이 액체수는 점화 후에 스트림으로 변한다. 이와 같이, 점화 전에 더 높은 밀도와 상당히 더 큰 팽창을 가진 물방울이 제공되므로 더욱 효율이 높아진다. 이 실시예는 액체수가 증가로 전환될 때(표준 압력에서 100℃ ) 약 1600배 부피가 팽창한다. 또한, 연소 동안의 액체수의 증발은 연소 동안의 다른 가스들과 비교해서 물의 증기로의 더 큰 부피 팽창으로부터 더 치밀한 매체와 향상된 팽창 압력을 제공할 것이다. 이 실시예는 또한 물의 높은 증발 잠열(증발 엔탈피)에 기인하여 배기가스를 더욱 냉각시킬 수 있다. 이 경우, 작동 한계 내에 엔진 온도를 유지하기 위하여 열이 적은 것은 거절되는 것이 필요하다.
대체 실시예에서, 포트 또는 실린더에 직접 유입되는 여부에 따라, 압축 스트로크 동안 첨가되는 액체수의 양은 연소가 개시될 때 액체수의 존재를 최소화하도록 측정된다. 이로써, 점화 개시시에 존재하는 액체수는 연소 가스로부터의 열을 흡수할 것이며, 압축 동안 일이 필요한 바와 동일한 이유로서 동력 스트로크의 온도와 압력을 감소시킬 것이며, 압력과 온도는 액체수가 증발함에 따라 증발 잠열로부터 감소된다.
또 다른 실시예에서, 포트 또는 실린더에 직접 유입되거나, 액체수의 측정된 양은 TDC 전의 약 180°내지 약 30° 범위에서 일정 시간에 실린더 내로 분사될 수 있다. 도 1a 도시의 실시예에서, 액체는 실린더 내에 장입되는 연료와 물이 잘 혼합되는 것을 피하기 위하여 의도적으로 피스톤 단면과 실린더 헤드 및 흡기 및 배기 밸브 헤드들로 지향된다. 장입 연료와 잘 혼합되지 않는(연료/공기 혼합물) 스프레이 패턴(45)의 여러 거친 액체수 스트림을 도시하는 도 1a에 이 실시예가 도시된다. 이 실시예에 의하면, 연소 동안 존재하는 액체수는 동력 스트로크 동안 압력과 온도를 감소시킬 것이다. 이 실시예는 엔진을 냉각시키기 위하여 전략적으로 분사된 액체수를 이용하는 문제를 해소하며, 반면에 동시에 액체수가 연소 과정을 냉각시키고 엔진의 파워 출력을 감소시킬 가능성을 최소화한다. 압축 동안 고온 공기로부터 열을 흡수하기 위하여 액체수를 첨가하면, 액체수가 실린더 내에 분사되어 실린더의 가스들과 완전히 혼합되는 것이 최적일 것이다. 압축 스트로크의 후반부와 동력 스트로크의 전반부 동안, TDC 근처에서, 실린더 부피와 실린더 벽 면적은 밸브를 포함한 실린더 헤드와, 피스톤 단면의 결합 면적에 비해 매우 작다. 실린더 헤드 또는 피스톤 표면을 향해지는 압축 스트로크의 후반부 동안 액체수를 분사하고, 고온 가스와 액체수의 혼합을 피함으로써, 엔진의 상당한 냉각이 점화 후의 연소 과정을 냉각시키지 않고 달성될 수 있다. 이 방법에 의하면, 냉각제 또는 라디에이터로 진행할 거의 모든 열을 내부적으로 흡수할 수 있다. 또한, 실린더 헤드는 내연 기관의 매우 고온 부분임이 알려져 있다. 본 실시예에서 내부적으로 액체수에 의해 흡수된 열은 분사된 물, 연료 및 필요하면 흡기된 공기를 가열하기 위하여 배기에서 회수되는 완충으로서 저장되는 것으로 간주될 수 있다.
추가적인 실시예에서, 엔진은 액체수의 동결점을 저하시키기 위하여 엔진의 물에 보통 첨가되는 예컨대 메탄올, 에탄올, 이소프로판올과 같은 다른 첨가제 또는 알코올과 액체수의 혼합물을 사용한다. 그러한 알코올 첨가제를 사용하면, 저온 기후에서 예컨대 자동차의 경우와 같은 중요한 경우에 액체가 저온 날씨에 결빙하는 것을 방지할 수 있다. 액체수-알코올 혼합물 비율은 중량으로 약 0%에서 약 50% 범위로 변할 수 있다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 물-알코올 혼합 비율과 같이, 약 0%에서 변하는 것은 일정 양의 알코올(또는 유사 첨가제)이 존재하는 것을 의미한다.
희박 연료 혼합물(LEAN FUEL MIXTURE)
본 명세서에 설명된 바와 같은 엔진들의 여러 실시예들과 희박한(lean) 공기/연료 혼합물의 사용이 조합된다. 즉, 연료는 흡입 공기 흐름으로 분사되거나 또는 연료 분사기에 의해 실린더에 직접 분사된다. 연료의 양은 공기/연료 혼합물을 희박하게 유지하도록 조정된다. 이는 공기 중에 과잉인 산소가 엔진에 사용되는 것을 의미한다. 화학양론상의 공기 대 가솔린 비율은 대략 14.7:1(w/w)이다. 분사 연료에 대해 공기 대 화학양론 공기의 실제 양의 비율은 λ(즉, 상대적인 공연비)로서 표시되고, 여기서 λ=1은 화학양론적으로서 정의된다. 여기 설명되는 바와 같이, λ>1이면 희박한 비율이며, λ<1이면 높은(산소 결핍) 비율이다.
한계 시약은 연료보다 공기이므로 연소 효율은 희박한 혼합물일수록 증가할 수 있다. 높은 농도의 혼합물에서는 배기가스에 비연소 연료가 존재하며, 이는 폐 에너지이다. 연소 온도는 또한 희박한 혼합물일수록 더 낮아지며, 열 손실이 작아진다. 물론, 최적의 공기와 연료의 비율은 점화 순간에서의 연료, 온도, 및 압력에 의존한다. 본 명세서에 설명된 엔진의 주요 특성은, 순간 엔진은 종래 엔진보다 더 높은 압축비에서 작동할 수 있으므로 종래의 스파크 점화 엔진보다 이러한 λ은 더욱 크게 증가될 수 있다.
일 측면에서, 본 명세서에 설명된 바와 같은 TDC에 대한 타이밍과 양으로의 액체수의 분사에 의해 종래 엔진보다 더욱 균일한 연료와 공기의 혼합이 달성된다. 다른 측면에서, 과잉 산소(공기)와 함께, 높은 압축에 의하면, 점화 전의 더 높은 온도와 압력을 허용하며 더 높은 연소 율과 영역 및 더 높은 효율을 달성한다. 이와 같이, 희박한 혼합물은 자동점화 온도를 증가시킴으로써 엔진 노킹을 감소시키는 것으로 기대된다. 통상적으로, 가솔린 엔진들은 λ> 1.5에서는 신뢰성 있게 작동하지 않을 것이나, 본 명세서에 설명된 엔진들은 λ> 1.5에서 약 λ= 1.5에서 효율적으로 작동하는 것으로 기대된다. 일 실시예에서, 본 명세서에 설명된 엔진들은 약 1.2보다 큰 λ에서 작동하며; 다른 실시예에서, λ는 약 1.5보다 더 크다. 또 다른 실시예에서, λ는 약 2.0보다 더 크다. 또 다른 실시예에서, λ는 약 4.0보다 더 크다. 또 다른 실시예에서, λ는 약 6.0보다 더 크다. 일 실시예에서, 공기와 연료의 비율은 약 λ≥ 1.2 내지 λ≤ 8.0이며; 또는 약 λ≥ 2.5이며 약 λ≤ 5.5이며; 또는 약 λ≥ 3.5 내지 λ≤ 5.0이다.
흡입 공기 또는 연료 또는 공기/연료 혼합물은 실린더에의 분사 또는 흡입 전에 개별적으로 또는 같이 가열될 수 있다. 공기 또는 연료 또는 공기와 연료 혼합물의 가열은 배기로부터 엔진으로 유용한 에너지를 복귀 전달할 수 있다. 또한, 공기/연료 혼합물의 가열은 실린더에서 공기와 연료의 더욱 효율적인 혼합을 제공하며, 임계 상태에서 또는 그 이하에서 가열된 액체 연료는 더욱 효율적으로 증발하고 공기와 더욱 잘 혼합할 것으로 기대된다. 초임계 액체 연료는 증기에 널리 분산하여 매우 용이하게 공기와 혼합된다. 그러한 실시예에서, 액체 연료는 임계점 이상으로 온도와 압력을 적용될 수 있으며, 분리된 액체와 가스 상은 존재하지 않는다. 연소 및/또는 압축 스트로크 엔진과 같이 사용하기 위한 가스와 액체의 특성들 사이의 특성들을 가지는 초임계 유체들은 제한적인 것은 아니지만 메탄, 에탄, 프로판, 에틸렌, 프로필렌, 메탄올, 에탄올, 및 아세톤을 포함한다. 공기 또는 연료(또는 양측)는 따라서 약 30℃에서 약 150℃에서 선택된 온도로 가열될 수 있다. 추가적인 실시예에서, 공연비에서의 연료/공기 혼합물은 약 30℃ 에서 약 80℃ 범위 값으로 또는 약 40℃에서 약 80℃ 범위, 또는 약 50℃에서 약 80℃ 범위, 또는 약 80℃ 또는 그 이상의 값으로 물의 분사 전에 가열될 수 있다.
엔진 온도 제어
공기 또는 연료가 가열되는 실시예에서, 배기로부터 열을 포획하는 열 교환기(71) 등의 장치로부터 열이 공급되고 배기 열의 일부를 공기 또는 연료에 전달한다. 이는 그렇지 않으면 폐기되고 주위로 상실될 열을 유용한 일로 전달하는 측면이다. 흡입 공기는 또한 저온 시동 상태에서 예열될 수 있다.
압축 스트로크 동안 첨가된 액체수에 의해 실행된 냉각 양을 제어하기 위하여, 엔진은 여러 위치들에서 하나 이상의 온도와 압력 센서들을 사용할 수 있다. 엔진 시스템의 작동을 제어하고 감시하기 위한 컴퓨터 제어시스템(100)을 도시하는 도 8에 도시된 바와 같이, 온도센서 장치(110)들은 예컨대, 흡입 매니폴드/실린더 헤드에 위치될 수 있으며, 제2 온도센서 장치(111)는 배기 매니폴드에 위치될 수 있으며, 압력센서 장치(112)는 실린더/흡입 매니폴드/배기 매니폴드, 또는 일정한 그들의 결합에 위치될 수 있다. 온도와 압력 센서들은 여기 또한 설명된 바와 같이 다른 위치들에 위치될 수 있다. 제한되는 것이 아닌 연소 챔버 플라즈마 감시, 또는 크랭크 각도 가속 감시를 포함하는 실린더 압력을 측정하는 다른 수단이 사용될 수 있다. 도 8 도시와 같이, 실린더 헤드 센서를 포함하는 하나 이상의 온도센서들과 압력 센서들 또는 센서들이 공기/연료 혼합물, 공기 또는 연료의 가열(사용되면), 첨가된 액체수의 양을 엔진 온도와 필요한 엔진 출력/rpm에 의존하여 변경할 수 있는 컴퓨터 채용 적절한 소프트웨어 및 엔진 제어에 결합된다. 예컨대, 바로 시동되고 저온으로 작동하는 엔진은 다소 높은 농도의 혼합물과 다소 적은 물을 워밍업까지 가질 수 있다. 충분히 더워지면, 공기/연료 혼합물(및 선택적으로 온도)과 첨가된 물은 동력 출력 및 엔진 효율을 조정하기 위하여 조절될 수 있다.
필요한 냉각 양은 엔진의 여러 부품들의 최대 동작 온도에 기초하며, 그 중에서 일부 부품은 용해하거나 변형하며 또는 윤활이 파괴될 수 있다. 엔진 온도제어에 대한 종래의 솔루션은 엔진을 통과하여 순환하고 엔진으로부터 과잉 열을 라디에이터를 통해 주위로 운반하는 유체(엔진 냉매)를 가진 열 교환기(라디에이터)이다. 실제, 종래 엔진에서 통상적으로 폐기되는 열량은 적어도 40%이다. 카르노(Carnot) 이론으로부터, 이러한 폐열의 일부는 기계적 에너지로 전환하기에 이론적으로 유용하다.
이와 같이, 일 실시예에서, 라디에이터가 필요하지 않은 정도로 엔진을 냉각시키기 위하여 엔진은 부가적으로 압축 스트로크 동안 부가된 충분한 액체수를 사용한다. 추가적인 실시예에서, 본 명세서에 설명된 연소 엔진은 실린더에 분사되는 액체수에 기인하여 환경으로부터 거절되는 것이 필요한 폐열을 감소 또는 제거하기 위한 방법을 제공한다. 온도와 압력 센서들에 의해 제공된 데이터에 따라 액체수의 양이 측정될 것이다. 일 실시예에서, 엔진 내로 분사된 액체수는 엔진 내에서의 순환에 의해 예열될 수 있으며, 이로써 주위로의 열 손실을 감소시킨다. 이전에 설명된 바와 같이, 액체수는 약 80℃ 또는 그 이상으로 더 높은 압력 환경에서 가열될 수 있다. 더 낮은 내부 온도를 보조할 것으로 기대되는 추가적인 특징들은 희박한 연료 혼합물(>1.5)이며, 또한높은 유효 압축비이다. "내부온도(internal temperature)"라는 용어는 엔진에서 통상적으로 가장 고온인 부분인 실린더 헤드에서의 온도를 의미한다. 높은 유효 압축비들은 종래의 더 낮은 압축비의 엔진에 비해서 동력 스트로크 동안 더 큰 실린더의 부피 팽창기인하여 냉각 효과를 발생할 것으로 기대된다.
엔진이 외부 냉각을 위하여 라디에이터(예컨대, 열 교환기)와 액체 냉매를 사용하면, 엔진의 다른 냉각 특성과 액체수 분사량은 종래 엔진에 비교해서 필요한 냉각(냉매에 거절된 열)의 적어도 20%정도 감소될 것으로 예측된다. 다른 실시예들에서, 냉매에 의해 거절된 열량은 액체수의 분사가 없는 엔진에 비해서 액체수 분사에 의해 적어도 40% 정도 감소된다. 다른 실시예들에서, 냉매에 의해 거절된 열량은 액체수 분사 없는 엔진에 비해서 액체수 분사에 의해 적어도 60% 감소된다. 다른 실시예들에서, 냉매에 의해 거절된 열량은 액체수의 분가가 없는 엔진에 비해서 액체수 분사에 의해 적어도 80% 감소된다. 다른 실시예에서, 냉매는 더 높은 비등점에 의해 사용되며, 예컨대, 더 높은 양의 글리콜을 이용하거나 또는 더 높은 압력에서 냉각 루프를 작동시켜 사이클이 더 높은 온도에서 가동할 수 있도록 한다.
일 실시예에서, 엔진은 외부 냉각 수단을 더 필요로 하지 않을 수 있다. 다른 실시예에서, 엔진은 열 교환기가 전혀 없는 공기-냉각일 수 있다. 공기 냉각양은 속도 조절 또는 전기 구동팬의 단속에 의해 또는 플랩의 제어 작동과 같은 다른 수단에 의해 제어될 수 있다. 예컨대, 플랩(flap)은 플랩과 팬을 이용하여 능동적으로 또는 노출된 표면적과 공기 입구와 배기의 개방에 의해 제어된 흐름을 제어함으로써 수동으로 공기 흐름을 제어할 수 있다. 엔진을 냉각시키고 폐열의 일부를 회수하는 다른 방법은 엔진 둘레에 흡입 공기를 순환시키는 것에 의한다.
대체 실시예에서, 엔진은 종래 엔젠보다 더 높은 온도에서 작동하도록 구성될 수 있다. 종래 엔진들은 통상적으로 약 91℃(195℉) 내부온도에서 가동하도록 설정되나, 본 명세서에 설명된 매트릭스 엔진(500)은 윤활 사양을 적절히 변경하여 100℃ 내지 170℃의 내부 온도에서 가동하도록 설정될 수 있다. 일 실시예에서, 엔진은 약 85℃ 내지 약 175℃(즉, 냉각 시스템이 채용될 때 냉매나 라디에이터 물이 경험할 엔진 벽의 외부 온도)의 내부온도에서 가동하도록 설정될 수 있다. 본 명세서에 설명된 부가적인 열관리 특징들과 결합하여, 엔진은 외부 냉각수단이 필요하지 않으나, 임의적으로 배기 라디에이터를 포함할 수 있다. 예컨대, 엔진은 약 85℃ 내지 약 100℃, 또는 약 85℃ 내지 약 120℃ 범위, 또는 약 85℃에서 약 140℃ 범위, 또는 약 85℃에서 약 150℃ 범위의 외부 온도에서 작동하며 엔진은 외부 냉각수단이 필요하지 않을 것이다.
대체 실시예에서, 엔진은 분사된 물로부터의 냉각만을 가지고 선택적으로 공기와 연료를 가열하기 위하여 배기에 포획된 열을 가지고 주위 열 손실을 최소화하기 위하여 차단될 수 있다. 본 실시예에서, 엔진은 정상 엔진보다 더 높은 내부 온도에서 가동하도록 구성될 것이다. 일 실시예에서, 연소 챔버 또는 실린더, 또는 연소 챔버를 내장하는 엔진 하우징의 일부, 또는 전체 엔진이, 선택적으로 이 기술 분야의 보통의 기술자에게 알려진 열 절연기(90)에 의해 열 차단된다.
대체 실시예에서, 엔진은 배기 또는 엔진 헤드 또는 양측으로부터의 열을 액체수, 연료 및 공기의 예열에 전달하는 열 교환기(70)에 의해 배기 또는 엔진 헤드의 열을 회수한다. 엔진이 라디에이터와 같은 다른 외부 냉각장치를 가지지 않으면, 또는 엔진이 주위 열 손실을 최소화하도록 차단되면, 연료와 액체수의 예열은 그렇지 않으면 유용한 기계적 에너지로의 배기를 통해 주위로 상실될 열의 전달 수단일 수 있다.
압축 스트로크 동안 액체수 분사와 희박한 연료 혼합물을 포함하는 실린더의 온도를 제어하는 냉각수단의 결과로서, 종래 엔진보다 더 큰 압축비가 가능하다. 본 발명의 엔진은 13:1보다 더 큰 유효 압축비를 가지나, 보다 바람직하게는 15:1보다 더 큰, 또는 20:1보다 더 큰, 또는 25:1보다 더 큰, 또는 30:1보다 더 큰, 그리고 40:1과 같이 매우 높은 유효 압축비를 가질 것이다. 엔진에 의해 달성가능한 더 높은 압축비는 장치 및 방법에 의해 유용한 더 높은 압축비들에 기인하여 종래 엔진보다 부분적으로 더욱 효율적일 것이다. 오토 사이클(또는 압축점화 엔진의 경우 디젤 사이클)에 따르면, 더 높은 압축비는 이론적으로 더 큰 열 효율을 발생할 것이다.
엔진에 의해 사용되는 연료는 천연 가스, 메탄, 에탄, n-프로판, 또는 이소프로판 등과 같은 저 알칸, 또는 저 알킬 알데히드 또는 저 알킬 케톤일 수 있으며, 저 알킬은, 1-6 탄소 원자들(예컨대, 아세톤), 또는 그 혼합물을 함유한다. 이와는 달리, 연료는 알코올, 예컨대, 에탄올과 선택적으로 혼합된 가솔린(페트롤)일 수 있다. 다른 C4-C15 알칸 또는 그 혼합물, 또는 디젤(케로센) 연료와 같은 다른 탄화수소가 엔진의 연료로서 사용될 수 있다. 가솔린과 저 알칸 연료는 정상적으로 스파크 점화를 필요로 할 것이다. 디젤 연료들은 압축 점화되고 엔진들은 디젤-형 연료, 예컨대, 디젤, 바이오디젤, 케로센, JP-8, JP-A 및 다른 케로센 형의 연료에 기초한 연료 혼합물을 사용할 수 있다. 연료 유형과 점화 방법들은 설명된 실시예들과 합치한다. 일 실시예에서, 연료는 천연가스와 디젤-형 연료의 혼합물일 수 있으며, 디젤-형 연료는 압축에 의해 점화를 발생하나 대부분의 장입은 천연가스로부터 온다.
엔진의 점화는 스파크 플러그, 압축 점화 또는 플라즈마 방출 또는 레이저와 같은 또 다른 수단 또는 결합으로부터의 점화이다. 스파크 점화의 경우, 타이밍은 연료, 공연비, 및 분사되는 액체수의 양과 그 조합들에 의존하여 변경될 수 있다. 전체 연료 장입이 순간적으로 점화하지 않으므로 점화는 TDC 전에 개시하도록 조정된다. 점화 위에 형성된 화염의 전방은 실린더를 관통하여 이동하므로, 일단 점화가 개시되면 연소 과정은 시간이 소요된다. 이러한 이유로서, 그러나, 개시된 점화는 연소로부터의 최대 압력이 TDC 바로 후에 발생하도록 시간이 조정된다(예컨대, 컴퓨터 시스템 제어 하에). 스파크 점화 엔진에서, "스파크 진행(spark advance)" (스파크의 타이밍)은 효율을 최대화하도록 점화 타이밍을 최적화하도록 조정된다. 본 명세서에 설명된 희박 연료 혼합물과 고 압축비에 의해 작동하는 엔진은, 연료의 더욱 양호하고 더욱 균일한 혼합과 더 작은 연소실에 기인하여, 더 적은 스파크 진행을 필요로 할 수 있으므로, 연소로부터의 최대 압력은 종래의 낮은 압축비 엔진보다 더욱 신속하게 달성될 것이다.
스파크 점화가 없는 압축 점화 엔진은, 본 발명의 엔진에서의 물 냉각에 기인하여 통상적으로 실린더 내로 분사되는 연료의 타이밍의 조정을 필요로 한다. 이와 같이, 더 낮은 내부 온도를 초래하는 압축비가 높을수록 그리고 물 분사가 더 클수록, 본 명세서에 설명된 컴퓨터 제어 시스템은 적절히 조정된 점화와 완전한 연소를 달성하기 위하여 압축 스트로크에서 더욱 일찍 압축 점화 엔진에 디젤-형 연료를 분사하도록 작동된다.
도 8은 도 2 내지 도 7의 엔진들에 사용될 수 있는 센서제어 시스템(100)을 도시한다. 센서제어 시스템(100)은 연관된 메모리저장장치에 저장된 제어 프로그램에 의해 작동하는 엔진 제어 유닛 또는 ECU(예컨대, 마이크로프로세서 또는 프로그래머블 로직 컨트롤러 또는 마이크로컨트롤러)와 같은 컨트롤러 장치(105)에 의해 역동적으로 엔진 작동을 제어한다. 엔진 제어에서, 제한적이 아닌, 흡기에서의 공기 질량을 측정하기 위한 MAF 또는 (질량 공기 흐름: mass airflow) 센서; 예컨대, 실린더 헤드 및/또는 공기 흡입부에서 또는 그 안에서의 IAT(흡입 공기 온도: intake air temperature) 센서; 예컨대, 배기 매니폴드에서의 EGT(배기 가스 온도: exhaust gas temperature) 센서; 흡기/배기 매니폴드에서 또는 그 안에서의 MAP(매니폴드 절대압력: manifold absolute pressure) 센서, 또는 그들의 일정한 조합을 포함하는 센서장치들이 사용된다. 센서 장치들은 컨트롤러 장치(105)와 통신하고 결합되며, 이 장치는 엔진 부하, 또는 외부 공기 온도와 압력과 같은 다른 관련 데이터에 부가해서 여러 엔진 온도와 압력 측정에 반응하여 프로그램 가능하게 엔진 파라미터들을 제어하고 조정하기 위하여 제어 신호들을 송출하는 마이크로프로세서를 갖춘 컴퓨터일 수 있다.
예컨대, 작동 엔진 파라미터들은, 프로그램된 마이크로프로세서 또는 프로그래머블 로직 컨트롤러 소자(105)가 엔진 RPM, 및 하나 이상의 엔진 작동 상태에 의해 표시된 바와 같은 동력 설정(부하)(113)에 반응하는, 엔진의 동력/속도 출력 조건들(예컨대, 엔진 부하)과 온도 냉각 타겟에 따라 역동적으로 조정될 수 있다. 예컨대, 엔진작동 상태를 지시하는 메시지 또는 정보는, 다음 사이클에서의 엔진 작동 파라미터들, 예컨대, 공기 흡입밸브의 제어 및/또는 연료 분사기 제어를 제공하는 파라미터들과 액체물 분사기/가변 펌프 제어를 제어하기 위한 파라미터들을 결정하기 위하여, 제한되지 않으나 실린더의 제1 온도(T1) 값; 배기 매니폴드에서의 실린더의 제2 온도(T2), 및 피스톤 실린더 압력(P)을 포함하는 프로그램 가능한 로직 컨트롤러 소자(105)에 입력되는 실시간 값들과 통신하며, 센서 장치들에 의해 연속으로 감지된다.
본 명세서에 설명된 바와 같이, 분사된 액체수의 양은 실린더에서 주위 공기 중의 수증기의 포화점에서 존재하는 물의 양보다 더 크다. 이 양은 보통의 기술자에 의해 결정가능하다. 열역학 표준 교과서는 습기(Humid Air)에 대한 장/절(chapter/section)을 포함한다. 포화 증기 질량은 대략 이상가스 법칙과 포화 증기표를 이용하여 대략 산출될 수 있다.
수증기의 양은 분압과 부분 온도의 제한에 의해 한정된다. 이슬점 온도와 상대 습도는 워터 사이클에서의 수증기 과정의 가이드라인으로 작용한다. 응축과 증발 사이의 균형은 증기 분압이라는 양을 발생한다.
공기 중의 수증기의 최대 분압(포화 압력)은 공기와 수증기 혼합물의 온도에 따라 변한다. 이러한 양에 대해 다양한 실험식들이 존재하며; 가장 많이 사용되는 공식은 아래와 같은 고프-그래치(Goff-Gratch) 식이다.
Figure pat00006
여기서, 습식 공기의 온도인 T는 켈빈 유닛으로 주어지며, 물의 분압인 "p"는 밀리바(헥토파스칼) 유닛으로 주어진다. 이와 같이, 여러 온도에서, 공기가 충분히 포화된 때의 물의 분압은 이 식을 이용하여 결정될 수 있다. 분사된 양은 이 식에 의해 산출된 양인 "p"보다 더 크다. 예컨대, 101.33kPa 및 20도에서 공기는 약 6.8% 화학양론 연료 질량에 비교해서 약 1.5% 증기 질량의 최대를 가질 수 있다. 25도에서 최대는 약 2%이다. 일 실시예에서, 예컨대, 분사된 물의 양은 약 25도의 주위 온도에서 수증기에 의해 포화된 공기에 의해 운반되는 수증기의 양의 약 1.05에서 약 10배 범위이다. 이와 같이, 위에서 주어진 바와 같은 식으로부터 산출된 "p"값이 무엇이든 간에, 본 실시예에서 분사된 수증기의 양은 그 값의 약 1.05 내지 약 10배이다. 이어서 이 양은 몰수를 결정하는 것에 의해 첨가된 액체수의 양으로 전환될 수 있으며 증기 중의 이 양은 이상가스 법칙의 공식, PV = nRT로부터 구해지며, 여기서 P는 첨가될 물의 분압이며, V는 실린더의 부피이며, T는 켈빈 온도이며, R은 이상가스 상수이며 n은 몰수이다. 산출된 물의 몰 수에 기초하여, 물의 그램에 대해 분사될 물의 양을 산출할 수 있으며, 이는 물은 18g/몰의 몰 중량을 가지기 때문이다. 물은 약 1gm/mL의 밀도를 가지므로, 이어서 첨가될 액체 물의 양을 mL로 산출할 수 있다.
위에 설명된 바와 같이, 엔진에 분사될 최적의 물의 양은 예컨대, 하나 이상의 등가표를 통해 ECU(엔진 제어부)에 의해 산출된다. 등가표들은 다른 작동 조건들 아래에서 엔진에 분사될 물의 양에 대한 정보를 포함한다. 그러한 등가표의 하나는 "물 분사량 대 공기 흡입 온도(IAT) 곱셈기"이며, 이는 "점화 타이밍 지연 대 IAT 곱셈기" 등가표와 아주 유사하다. 폭발을 억제하기 위하여 흡입공기 온도를 증가시켜 스파크 타이밍을 지연시키는, 이 표에 의해 전자적으로 제어되는 엔진에서, 이 경우를 제외하고, 물 분사 양은 엔진의 rpm, 온도, 압력, 연료, 등과 같은 여러 파라미터들을 고려한 고온 흡기 장입의 증가된 장입 냉각 필요성을 고려하기 위하여, IAT들을 증가시키면서 증가하는 작은 양의 수에 의해 곱해진다. 노킹이 발생할 경향에 대한 충격을 가지는 다른 인자는 성질의 증가를 바라보는 ECU에서의 그에 대한 표를 가질 것이며, 스파크 타이밍을 지연시키고, 연료 공급을 증가시키고, 물의 양을 증가/감소시킴으로써 대응한다. 주요한 물 분사 등가표는 물, 연료의 양, 및 엔진 부하와 상호 연관된다.
물 분사 등가표는 여러 속도와 부하들에서 분사 스윕(sweep)(일정한 속도와 부하에서 엔진을 유지하고 물 분사 양을 0 내지 100%로 변경)을 가동시킴으로써 실험적으로 발생되므로 최적의 물의 양은 대부분의 작동 조건들 아래에서 정해진다. 데이터는 시험 결과들 사이에서 산출되어 실제 시험 지점들 사이의 지점들에 대한 전체 매트릭스를 발생하므로, 엔진이 여러 부하와 속도들에서 가동될 때, ECU는 최적으로 엔진을 가동 유지하기 위하여 분사가 요구되는 물의 양을 정확하게 안다.
보다 구체적으로, 엔진 사이클 마다의 각 피스톤에 대해 분사될 물의 최적의 양을 결정하기 위한 방법(200)이 도 9에 설명된다. 도 9의 단계 210에서, 예컨대, 엔진 RPM, 부하를 포함하는 현재 엔진 작동 조건을 결정하는 컨트롤러가 도시된다. 이어서, 단계 215에서, 공기 흐름 질량(엔진으로 유입하는 공기 질량)이, 예컨대, MAF로부터, 또는 공기흐름을 결정하기 위하여 매니폴드 압력(MAP)과 엔진 RPM을 상호-연관시키는 등가표(도시 없음)로부터 결정할 수 있다. 이와는 달리, 공기흐름 질량은 엔진 속도와 흡기 공기온도에 MAF를 연관시키는 표로부터 결정할 수 있다. 소정의 A/F(공기/연료) 비율이 주어지면, 이러한 결정된 공기흐름 질량값으로부터 연료 양이 단계 220에서 산출된다.
이어서, 단계 225로 진행하여, 등가 일람표를 통해 정해진 연료 질량에 기초해서 분사할 기본 물 분사량이 결정된다. 본 명세서에 설명된 바와 같이, 위에 설명된 바와 같이, 분사된 기본 물의 양은, 실린더에서 주위 공기 중의 수증기의 포화점에서 존재하는 물의 양보다 분사된 물의 양이다. 물 분사 양을 산출하기 위한 예로서의 방법은 위에 본 명세서에 설명된다.
도 9에서 단계 230으로 진행하여, 현재 흡입공기 온도값의 센서 판독이 주어지면, 컨트롤러에 의해 물 장입 곱셈기 조정을 결정하기 위하여 컨트롤러에 의하여 등가표(도시 없음) 일람이 수행된다. 현재 흡입공기 온도 값의 센서 판독이 주어지면, 곱셈기 값은 실험적으로 결정되고 기본 분사량의 실시간 조정을 위한 등가표에 제공된다(예컨대, 액체수를 부가하거나 제거하기 위한). 이와 마찬가지로, 단계 235에서, 현재 매니폴드 절대 압력값 센서 판독이 주어지면, 컨트롤러에 의해 물 장입 곱셈기 조정을 결정하기 위하여 등가표(도시 없음) 일람이 수행된다. 현재 매니폴드 절대 압력값 센서 판독이 주어지면, 곱셈기 값들이 실험적으로 결정되고 기본 분사 양(예컨대, 액체수의 양을 부가 또는 제거)의 실시간 조정을 위한 등가표에 제공된다. 부가 등가표 일람은 사이클 당의 기반으로 물 분사량을 조정하기 위하여 다른 감지된 파라미터들, 예컨대, 배가스 온도 센서 값들을 기초로 수행될 수 있음이 이해된다.
도 9에서 단계 240으로 진행해서, 단계 225에서 얻어진 기본 물 분사량 값에 곱셈기 조정을 각각 적용함으로써 최종 조정된 물 분사량이 계산된다. 이어서, 단계 245에서, 컨트롤러는 트리거(타이밍)와 개방될 물 분사기 장치용 정지시간을 결정하기 위하여 추가의 물 등가차트(도시 없음)를 검토하므로, 분사용 액체수의 최종 조정 양(포트 또는 실린더)이 사이클의 잔여 부분에 대해 제공된다.
즉, 도 8을 다시 참조하면, 일 실시예에서, 하나 이상의 등가표(120)에 저장된 정해진 정보(121)를 이용하면, 로직 컨트롤러 요소(105)는 분사될 액체수의 양과 같은 엔진 출력조건을 수행하기 위하여 제어 파라미터(125)들을 계산할 것이다. 이들 변형들은 본 명세서에 설명된 실시예에 따라 액체수 분사 타이밍과 액체수 분사량(부피)(TDC전)을 제어하기 위한 통신 메시지(140)와 연료 분사기의 가동 제어(예컨대, 정지 시간)를 위한 컨트롤러의 통신 메시지(140)에 의해 실행된다. 현재 감지된 상태 값들이 주어지면, 엔진의 매 사이클에 기초에서, 그리고 현재 온도와 압력 판독에 반응하여, 그리고 주위 온도와 같은 환경 상태와 같은 다른 변수들에 반응해서, 컨트롤러(105)는 공기와 연료 분사 량과 타이밍을 수정하기 위한 제어 메시지(140), 및 본 명세서에 설명된 바와 같은 최대 효율, 압축 및 냉각을 위한 압축 스트로크 동안 실린더에서 스파크 점화 (진행)의 타이밍에 대해 액체수의 분사량을 제어하는 제어 메시지(130)(포트 또는 실린더 직접-분사이거나)를 송신함으로써 시스템의 작동을 조정할 것이다.
엔진의 임의의 특정 작동 사이클에서, 엔진 작동의 감시 및 제어는, 적절한 크랭크 샤프트 각도(들)에서 점화 및 물 분사가 확실히 발생하도록 이전 사이클(소수의 선행 사이클들의 평균 시간을 포함) 동안의 작동에 기초해서 적합한 방식으로 조정될 수 있음이 이해되어야 한다.
다른 이점들 중에서, 내연기관의 연소 챔버에서의 액체수는 내부 온도를 저하시키며, 이는 노킹없이 엔진이 더 높은 압축비로 작동할 수 있도록 하며, 이로써 압축비가 더 높고 더욱 효율적인 엔진에서 저 옥탄 연료가 사용될 수 있게 한다. 낮은 내부 온도는 또한 NOx 방출을 회피하거나 및/또는 저하시킬 수 있으며, 이는 증가된 내부 온도와 같이 증가한다. 더욱이, 본 명세서에 설명된 엔진은 종래 엔진에 의해 발생된 것에 대해 감소된 양의 일산화탄소 양을 나타낸다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 각 실린더의 NOx 사점(TDC)은 실린더 내의 크랭크 샤프트로부터 가장 멀리 있는 점에서의 피스톤의 정위에 대응한다. 각도로 측정될 때, 압축 스트로크의 상사점(TDC)에 위치된 피스톤에 대한 크랭크 각도(실린더 내에서 피스톤이 이동함에 따른 피스톤에 대한 엔진 크랭크 샤프트의 위치에 관련)는 제로 크랭크 샤프트 각도이다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 각 실린더의 바닥 하사점(BDC)은 크랭크 샤프트에 가장 근접한 피스톤의 정위에 대응한다. 압축 스트로크의 바닥 하사점(BDC)에 있는 피스톤에 대해 측정된 크랭크 각도는 180 크랭크 샤프트 각도에 있다.
별다른 지시가 없는 한, 본 명세서에서 사용된 온도는 oC 로 표시된다.
본 명세서에 설명된 바와 같이, " 주위(ambient)"라는 용어는 에너지 저장시스템 외부의 온도와 압력 상태로서, 예컨대 약 25 oC 이며 1기압으로 정의된다.
본 명세서에서 사용된 바와 같은, "탄화수소 연료(hydrocarbon fuel)"라는 용어는 상당한 탄화수소를 포함한 연료(중량%로 80%보다 많은 탄화수소)를 칭하나, 알코올, 예컨대, 에탄올과 같은 다른 첨가제들을 부가적으로 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같은, 복수는 단일 포함하며, 역으로, 단일은 복수를 포함한다.
이하에서는 비제한적인 실시예들을 예시한다.
실시예 1
도 10은 물 분사와 과급된 공기 분사압력과 함께 여러 엔진 부하에서의 작동엔진 효율의 선도(plot)를 도시한 것이다. 작동 효율은 본 명세서에 설명된 바와 강이 공기/연료 및 분사된 물 입력을 기초로 계산되었다. 시험 엔진은 직경 x 스트로크의 86 mm x 75 mm, 435cc 변위, 및 19:1의 엔진 압축비를 가지는 5KW 발전기에 결합되는, 변형된 얀마(Yanmar) L100 단일 실린더 디젤 엔진이었다. 엔진은 내부 냉각을 용이하게 연구하기 위하여 공기 흐름을 차단하는 제거가능한 판들에 의해 변형되었다. 부가적인 홀들이 물 분사기(예컨대, 80psi에서 물을 분사하도록 형성된 상업적으로 이용가능한 연료 분사기)와, 압력 및 온도 기구들을 위하여 여러 위치들에서 천공되었다. 공기는 지시된 압력, 예컨대, 5PSI(제곱인치당 파운드), 10PSI 및 15PSI에서 슈퍼차저에 의해 분사되었다. 물 분사는 TDC 전 300°에서 80psi에서 3분간 포트 분사되었다. 엔진 속도는 대략 3600RPM이었다.
도시된 전기 출력은 여러 작동 파라미터에서 엔진 효율의 직접 측정값이다. 효율은 분사된 연료의 열에너지 함량(연소열)에 의한 측정된 전기 출력을 나누어서 산출되었다. 연료는 ULSD 초저유황 디젤이었다. 특히, 도 10은 여러 엔진 부하들과 3개의 다른 과급 공기분사압력에서의 엔진의 전기 효율을 도시한다. 표 1은 연료에 대한 물의 퍼센트 비율(중량 %)과, λ(공연비)와 같이 도 10에 도시된 배경 데이터를 도시한다. 15PSI의 과급 공기 압력과 5037와트의 엔진 부하에서의 표 1과 도 10의 가장 효율적인 데이터 지점은 55.3의 전기적인 효율을 나타냈다. 물/연료 비율은 1.5였으며, 이 비율은 150% w/w 임을 의미하였다. 가장 효율적인 데이터 지점에서 이 시험에 대한 λ는 4.46이었다.
[표 1] 도 10에 도시된 물 분사 및 과급을 가진 시험 엔진용 데이터
Figure pat00007
내부 냉각을 가진 10 PSI와 15 PSI 공기 압력에서 효율이 지속적으로 4 KW 엔진 부하로 증가하는 것을 도 10은 도시한다. 15 PSI에서, 출력은 더욱 최대 55% 효율까지 증가한다.
실시예 2
도 11 및 표 2는, 물 분사 내부 냉각의 경우와 물 분사 없는 공기 냉각의 경우를 비교하면서, 여러 엔진 부하와 10PSI의 과급 공기 분사압력에서 엔진의 전기 효율을 도시한 것이다. 물 분사는 TDC 전의 300도에서 80psi에서 3분간 실행되었다. 엔진 속도는 6000RPM이었다. 표 2의 데이터는 10psi 공기 분사에서 물분사 내부 냉각을 사용하면 극적으로 효율을 증가시킴을 보여준다. 4KW 엔진 부하에서, 효율이 32 내지 46%로 증가한다. 표 2는 물/연료비, 그리고 ё (공연비)와 같이 도 11에 도시된 배경 데이터를 도시한다.
[표 2] 물 분사가 없거나 있는 상태에서 일정한 공기 압력과 여러 부하를 가진 시험엔진용 데이터(도 11)
Figure pat00008
본 명세서에 설명된 엔진들이 본 발명의 사상이나 그의 본질적 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 형태로 구현될 수 있으므로, 상기 설명된 실시예들은 달리 특정되지 않는 한, 전기 상세한 설명의 어느 하나에 의해 제한되지 않으며, 첨부의 특허청구범위에 의해 정의된 바와 같은 사상과 범위 내에서 널리 해석되어야 하는 것 또한 이해되어야 한다. 그러므로, 특허청구범위의 한계들과 경계 내에 속하는 모든 변화와 수정들은 첨부된 특허청구범위에 의해 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 탄화수소 연료와 함께 사용하기 위한 내연기관으로,
    내연기관은, 적어도 하나의 실린더와 실린더 내부에 있는 왕복 피스톤, 적어도 하나의 공기 흡입밸브, 적어도 하나의 배기밸브, 그리고 적어도 하나의 연료 분사기를 갖는 연료 관리 시스템을 구비하며,
    상기 내연기관은,
    실린더 내로 액체수(liquid water)를 분사하기 위한, 물 공급원에 결합되는 물 분사기;
    내연기관 작동을 제어하도록 구성되는 프로그램된 제어 장치로, 상기 프로그램된 제어 장치는 상기 내연기관 내 실시간 온도 값을 하나 이상 수신하고, 대응적으로(responsively) 분사되는 물의 양과 적어도 하나의 실린더 내로 제공되는 공연비를 조절하며, 상기 프로그램된 제어 장치는 압축 스트로크 동안 상기 피스톤의 상사점(TDC) 전 180°부터 30°의 시점에 실린더 내로 어떤 양의 액체수를 분사하기 위해 상기 액체수 분사기의 가동(actuation)을 제어하고, 상기 액체수 분사기는 내연기관 내로 분사되는 연료의 양의 20%w/w 내지 800%w/w 범위의 양의 물을 분사하는, 프로그램된 제어 장치;를 포함하며,
    상기 실린더에 제공된 공기 대 연료의 비율은 화학양론적 비율보다 더 크고, 내연기관은 13:1보다 더 큰 유효 압축비를 갖는 것을 특징으로 하는, 내연기관.
  2. 탄화수소 연료와 함께 사용하기 위한 내연기관의 작동 방법으로,
    내연기관은, 적어도 하나의 실린더와 실린더 내부에 있는 왕복 피스톤, 적어도 하나의 공기 흡입밸브를 갖는 흡입 매니폴드, 배기 매니폴드와 유체 연통하는 적어도 하나의 배기밸브, 그리고 적어도 하나의 연료 분사기를 갖는 연료 관리 시스템을 구비하며,
    상기 내연기관은,
    압축 스트로크 동안 상기 피스톤의 TDC 전 300°부터 180°의 어느 시점에, 흡입 매니폴드의 포트(port) 내로 사전 결정된 양의 액체수를 분사하기 위한, 물 공급원에 결합된 물 분사기;
    내연기관의 작동을 제어하도록 구성되는, 프로그램된 제어 장치로, 상기 프로그램된 제어 장치는 상기 내연기관 내 실시간 온도 값을 하나 이상 수신하고, 대응적으로 흡입 매니폴드의 포트 내로 분사되는 물의 양과, 상기 적어도 하나의 실린더에 제공되는 공연비를 조절하며, 상기 프로그램된 제어 장치는 압축 스트로크 동안 상기 피스톤의 TDC 전 300°부터 180°의 시점에 실린더 내로 어떤 양의 액체수를 분사하기 위해 상기 액체수 분사기의 가동을 제어하고, 상기 액체수 분사기는 내연기관 내로 분사되는 연료의 양의 20%w/w 내지 800%w/w 범위의 양의 물을 분사하는, 프로그램된 제어 장치;를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 실린더에 제공되는 공기 대 연료의 비율은 화학양론적 비율보다 더 크고, 내연기관은 13:1보다 더 큰 유효 압축비를 갖는 것을 특징으로 하는, 내연기관.
  3. 제1항에 있어서,
    연료가 실린더 내로 직접적으로 분사되거나, 적어도 하나의 곱기 흡입밸브와 유체 연통하는 흡입 매니폴드 내로 포트 분사되는 것을 특징으로 하는, 내연기관.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    분사되는 액체수의 양이 내연기관 내로 분사되는 연료의 양의 40%w/w 내지 400%w/w인 것을 특징으로 하는, 내연기관.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    엔진 사이클 중에 분사되는 액체수의 양은 엔진 실린더에 분사되는 연료의 양의 50%w/w 내지 300%w/w인 것을 특징으로 하는, 내연기관.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    엔진 사이클 중에 분사되는 액체수의 양은 엔진 실린더에 분사되는 연료의 양의 60%w/w 내지 200%w/w인 것을 특징으로 하는, 내연기관.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 실린더 내에서의 연소를 위한 점화를 제공하는 스파크 플러그, 글로(glow) 플러그, 플라즈마 점화기, 또는 레이저 점화기를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 내연기관.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    압축 점화 엔진인 것을 특징으로 하는, 내연기관.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    15:1보다 큰 유효 압축비를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 내연기관.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    내연기관은 실린더 내 온도 센서, 배기 매니폴드 내 온도 센서, 유입(inlet) 매니폴드 내 온도 센서, 실린더 내 압력 센서, 또는 이들의 임의의 조합을 추가적으로 포함하고, 상기 센서 또는 센서들은, 감지된 온도 및 압력 센서 값을 수신하여 분사되는 물의 양을 조절하고 상기 적어도 하나의 실린더에 제공되는 공연비를 조절하는 제어 장치에 결합되는 것을 특징으로 하는, 내연기관.
  11. 제1항에 있어서,
    액체수는 연속 스트림, 간헐적인 분사, 또는 분무화된 스프레이로서 실린더 내로 직접 분사되며, 상기 분무화된 스프레이는 미세하게 분무화되거나 입자가 굵게 분무화되는 것을 특징으로 하는, 내연기관.
  12. 제2항에 있어서,
    액체수는 흡입 매니폴드 내로의 분무화된 스프레이로서 흡입 매니폴드 내에 포트 분사되는 것을 특징으로 하는, 내연기관.
  13. 제1항에 있어서,
    물, 연료 및 흡입 공기의 예열을 제공하기 위해 배기 매니폴드나 실린더, 또는 배기 매니폴드와 실린더 모두로부터 열을 전달하는 열 교환기를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 내연기관.
  14. 제10항에 있어서,
    감지된 온도 및 압력 값, 그리고 내연기관의 파워 출력 요건에 응답하여 연료/공기 혼합물이 조정되는 것을 특징으로 하는, 내연기관.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    흡입 매니폴드 또는 실린더 내로 압송되는 공기의 양을 조절 가능하게 조정하는 터보차저 또는 슈퍼차저를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 내연기관.
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    화학양론적 비율보다 더 큰 공연비는 λ 값으로 표현되고, 상기 λ는 1.2 이상인 것을 특징으로 하는, 내연기관.
  17. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    내연기관은 배기가스로부터 물을 추출하는 수단을 갖는 물 회수 유닛을 추가적으로 포함하고, 회수된 물은 내연기관에서의 사용을 위해 재활용(recycle)되는 것을 특징으로 하는, 내연기관.
  18. 탄화수소 연료와 함께 사용하기 위한 내연기관으로,
    내연기관은, 적어도 하나의 실린더와 실린더 내부에 있는 왕복 피스톤, 적어도 하나의 공기 흡입밸브를 갖는 흡입 매니폴드, 배기 매니폴드와 유체 연통하는 적어도 하나의 배기밸브, 그리고 적어도 하나의 연료 분사기를 갖는 연료 관리 시스템을 구비하며,
    상기 내연기관은,
    압축 스트로크 동안 상기 피스톤의 TDC 전 약 180°부터 약 30°의 어느 시점에, 실린더 내로 사전 결정된 양의 액체수를 분사하기 위한, 물 공급원에 결합된 물 분사기로, 분사되는 물의 양은 내연기관 내로 분사되는 연료의 양의 20%w/w 내지 800%w/w인, 물 분사기;
    물, 연료 및 흡입 공기의 예열을 제공하기 위해, 배기 매니폴드나 실린더, 또는 배기 매니폴드와 실린더 모두로부터 열을 전달하는 열 교환기;를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 실린더에 제공되는 공기 대 연료의 비율은 화학양론적 비율보다 더 크고, 내연기관은 약 13:1보다 더 큰 유효 압축비를 갖는 것을 특징으로 하는, 내연기관.
  19. 탄화수소 연료와 함께 사용하기 위한 내연기관으로,
    내연기관은, 적어도 하나의 실린더와 실린더 내부에 있는 왕복 피스톤, 적어도 하나의 공기 흡입밸브를 갖는 흡입 매니폴드, 배기 매니폴드와 유체 연통하는 적어도 하나의 배기밸브, 그리고 적어도 하나의 연료 분사기를 갖는 연료 관리 시스템을 구비하며,
    상기 내연기관은,
    압축 스트로크 동안 상기 피스톤의 TDC 전 약 180°부터 약 30°의 어느 시점에, 실린더 내로 사전 결정된 양의 액체수를 분사하기 위한, 물 공급원에 결합된 물 분사기로, 분사되는 물의 양은 내연기관 내로 분사되는 연료의 양의 20%w/w 내지 800%w/w인, 물 분사기;
    흡입 매니폴드 또는 실린더 내로 압송되는 공기의 양을 조절 가능하게 조정하는 터보차저 또는 슈퍼차저;를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 실린더에 제공되는 공기 대 연료의 비율은 화학양론적 비율보다 더 크고, 내연기관은 약 13:1보다 더 큰 유효 압축비를 갖는 것을 특징으로 하는, 내연기관.
  20. 탄화수소 연료와 함께 사용하기 위한 내연기관으로,
    내연기관은, 적어도 하나의 실린더와 실린더 내부에 있는 왕복 피스톤, 적어도 하나의 공기 흡입밸브를 갖는 흡입 매니폴드, 배기 매니폴드와 유체 연통하는 적어도 하나의 배기밸브, 그리고 적어도 하나의 연료 분사기를 갖는 연료 관리 시스템을 구비하며,
    상기 내연기관은,
    압축 스트로크 동안 상기 피스톤의 TDC 전 약 180°부터 약 30°의 어느 시점에, 실린더 내로 사전 결정된 양의 액체수를 분사하기 위한, 물 공급원에 결합된 물 분사기로, 분사되는 물의 양은 내연기관 내로 분사되는 연료의 양의 20%w/w 내지 800%w/w인, 물 분사기;
    흡입 매니폴드 또는 실린더 내로 압송되는 공기의 양을 조절 가능하게 조정하는 터보차저 또는 슈퍼차저;
    실린더 내 온도 센서, 배기 매니폴드 내 온도 센서, 유입 매니폴드 내 온도 센서, 실린더 내 압력 센서, 또는 임들의 임의의 조합;을 포함하고,
    상기 센서 또는 센서들은, 감지된 온도 및 압력 센서 값을 수신하여 분사되는 물의 양을 조절하고 상기 적어도 하나의 실린더에 제공되는 공연비를 조절하는 제어 장치에 결합되며;
    상기 적어도 하나의 실린더에 제공되는 공기 대 연료의 비율은 화학양론적 비율보다 더 크고, 내연기관은 약 13:1보다 더 큰 유효 압축비를 갖는 것을 특징으로 하는, 내연기관.
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KR1020137029894A KR101973116B1 (ko) 2011-04-11 2012-04-11 내부 냉각 고압축 희박-연소 내연 기관
KR1020197011402A KR102079754B1 (ko) 2011-04-11 2012-04-11 내부 냉각 고압축 희박-연소 내연 기관

Country Status (7)

Country Link
US (6) US8935996B2 (ko)
EP (2) EP2697490B1 (ko)
JP (3) JP2014517185A (ko)
KR (3) KR102261770B1 (ko)
CN (2) CN106884709B (ko)
CA (1) CA2870268C (ko)
WO (1) WO2012142135A1 (ko)

Families Citing this family (74)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8205331B2 (en) * 2008-01-24 2012-06-26 Braly George W Full time lean running aircraft piston engine
WO2011002750A1 (en) 2009-06-30 2011-01-06 Cummins Power Generation Ip, Inc. Apparatus, systems, and methods to address evaporative cooling and wet compression for engine thermal management
US8613269B2 (en) * 2010-09-11 2013-12-24 Pavel Shehter Internal combustion engine with direct air injection
US8464529B2 (en) * 2011-03-02 2013-06-18 Ford Global Technologies, Llc Reduction in turbocharger lag at high altitudes
JP2013044245A (ja) * 2011-08-22 2013-03-04 Denso Corp 燃焼システムの制御装置
DE102012207904A1 (de) * 2012-05-11 2013-11-14 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Wassereinspritzung zur Unterdrückung von Vorentflammungen
US20140182298A1 (en) * 2012-12-28 2014-07-03 Exxonmobil Upstream Research Company Stoichiometric combustion control for gas turbine system with exhaust gas recirculation
EP2923063A4 (en) * 2012-11-20 2016-08-17 Nostrum Energy Pte Ltd INTERNAL COOLED EXHAUST GAS RECYCLING SYSTEM FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND METHOD THEREFOR
EP2946087A4 (en) * 2013-01-17 2016-11-30 Nirmal Mulye INTERNAL-COOLED INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND METHOD THEREFOR
WO2014152403A2 (en) * 2013-03-15 2014-09-25 Mcalister Technologies, Llc Methods for joule-thompson cooling and heating of combustion chamber events and associated systems and apparatus
US9909514B2 (en) * 2013-05-07 2018-03-06 Ford Global Technologies, Llc Direct injection of diluents or secondary fuels in gaseous fuel engines
WO2015048187A1 (en) * 2013-09-25 2015-04-02 Yehuda Shmueli Internal combustion engine using a water-based mixture as fuel and method for operating the same
JP5713088B1 (ja) * 2013-11-08 2015-05-07 トヨタ自動車株式会社 筒内噴射式内燃機関の水供給制御装置
JP5704220B1 (ja) 2013-11-15 2015-04-22 トヨタ自動車株式会社 筒内噴射式内燃機関の凝縮水供給制御装置
DE102014220343A1 (de) * 2014-10-08 2016-04-14 Ford Global Technologies, Llc Zylinderkopf für einen Dieselmotor mit Direkteinspritzung
US9810672B2 (en) * 2014-12-04 2017-11-07 Caterpillar Inc. Method of operating an engine
US9441561B2 (en) * 2014-12-11 2016-09-13 Caterpillar Inc. System and method for increasing tolerance to fuel variation
DE102015202218A1 (de) * 2015-02-09 2016-08-11 Robert Bosch Gmbh Einspritzvorrichtung für eine Brennkraftmaschine
JP6172198B2 (ja) * 2015-04-07 2017-08-02 トヨタ自動車株式会社 エンジンの制御装置
CH710999A2 (de) 2015-04-27 2016-10-31 Von Düring Man Ag Verfahren zur Nutzung der inneren Energie eines Aquiferfluids in einer Geothermieanlage.
EP3091286B1 (en) * 2015-05-04 2021-01-13 Ansaldo Energia IP UK Limited Method and apparatus for operating a combustion device
JP6369410B2 (ja) 2015-07-22 2018-08-08 マツダ株式会社 エンジンの制御装置
JP6350426B2 (ja) * 2015-07-22 2018-07-04 マツダ株式会社 予混合圧縮着火式エンジンの制御装置
CN107735555A (zh) * 2015-07-24 2018-02-23 陈俊廷 以水作为辅助动力的内燃机引擎
JP2017089554A (ja) * 2015-11-12 2017-05-25 マツダ株式会社 エンジンの制御装置
US20170218790A1 (en) * 2016-02-01 2017-08-03 General Electric Company Systems and Methods of Predicting Physical Parameters for a Combustion Fuel System
DE102016003126A1 (de) 2016-03-15 2016-11-03 Daimler Ag Verbrennungskraftmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einen Kraftwagen
DE102016205667A1 (de) * 2016-04-06 2017-10-12 Robert Bosch Gmbh Einspritzanordnung zur Einspritzung von Wasser und Kraftstoff
JP2017207011A (ja) * 2016-05-19 2017-11-24 日立オートモティブシステムズ株式会社 内燃機関制御装置
US9976502B2 (en) * 2016-08-02 2018-05-22 Ford Global Technologies, Llc Methods and system for injecting water at different groups of cylinders of an engine
US9874163B1 (en) * 2016-08-02 2018-01-23 Ford Global Technologies, Llc Methods and system for adjusting engine operation based on evaporated and condensed portions of water injected at an engine
CN106224088B (zh) * 2016-08-23 2019-03-08 石家庄新华能源环保科技股份有限公司 一种利用高压氢混合燃料驱动汽车的方法和动力系统
US10570875B2 (en) * 2016-09-29 2020-02-25 Ford Global Technologies, Llc Efficiency enhancement to a laser ignition system
JP6278089B1 (ja) * 2016-10-07 2018-02-14 マツダ株式会社 予混合圧縮着火式エンジンシステム
DE102016219752A1 (de) * 2016-10-11 2018-04-12 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung einer Kühlfluidpumpe
US10247140B2 (en) * 2016-12-19 2019-04-02 Ford Global Technologies, Llc Methods and system for adjusting engine water injection
US10704508B2 (en) * 2017-03-24 2020-07-07 Gryphon Diesel Engines, LLC Internal combustion engines, systems, devices, and methods for propulsion and power applications
WO2018183059A1 (en) 2017-03-31 2018-10-04 Cummins Inc. Engine intake air system including cac bypass and separate bypass heater, and high-efficiency spark-ignited direct injection liquid propane engine architectures including same
US10273906B2 (en) * 2017-04-06 2019-04-30 Ford Global Technologies, Llc Method and system for engine exhaust catalyst operations
US10119490B1 (en) 2017-05-03 2018-11-06 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for central fuel injection
US10167806B2 (en) 2017-05-03 2019-01-01 Ford Global Technologies, Llc Methods and system for central fuel injection
US10975807B2 (en) 2017-05-04 2021-04-13 Clark Equipment Company Source of water for water injection system
CN110753788A (zh) * 2017-07-05 2020-02-04 全耐塑料高级创新研究公司 用于将水溶液注射到内燃机的燃烧室中的车辆系统和方法
US10865700B2 (en) 2017-07-10 2020-12-15 Bombardier Recreational Products Inc. Air intake and exhaust systems for a snowmobile engine
RU2018126202A (ru) * 2017-07-18 2020-01-16 Ниило Вильям Александер Копонен Двигатель с форсированным сжатием
GB2565050B (en) * 2017-07-27 2020-06-17 Dolphin N2 Ltd Split cycle engine with peak combustion temperature control
CN108049989A (zh) * 2017-09-07 2018-05-18 同济大学 一种缸外喷水的汽油机
CN107905919A (zh) * 2017-09-07 2018-04-13 同济大学 一种缸外喷水的天然气发动机
CN108533422A (zh) * 2018-01-23 2018-09-14 中国第汽车股份有限公司 一种醇类发动机掺水喷射系统及掺水喷射方法
JP6907973B2 (ja) * 2018-03-12 2021-07-21 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
WO2019229702A2 (en) 2018-05-31 2019-12-05 Bombardier Recreational Products Inc. Exhaust system for an engine
DE102018211206A1 (de) * 2018-07-06 2020-01-09 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Verfahren und Vorrichtung zum Steuern des Einspritzens eines nicht brennbaren Fluids
CN109630292A (zh) * 2018-11-10 2019-04-16 天津大学 一种用于商用车的燃料电池耦合发动机喷水的方法
JP2020169630A (ja) * 2019-04-05 2020-10-15 国立大学法人東京工業大学 火花点火エンジン及び火花点火エンジンの制御方法
WO2020232287A1 (en) 2019-05-15 2020-11-19 Clearflame Engines, Inc. Cold-start for high-octane fuels in a diesel engine architecture
JP7338273B2 (ja) * 2019-07-03 2023-09-05 三菱自動車工業株式会社 エンジンの制御装置
WO2021011528A1 (en) 2019-07-15 2021-01-21 The Research Foundation For The State University Of New York Method for control of advanced combustion through split direct injection of high heat of vaporization fuel or water fuel mixtures
CN110541776B (zh) * 2019-08-19 2021-01-19 杭州电子科技大学 一种天然气掺水燃烧发动机的掺水控制方法
EP4025778A4 (en) * 2019-09-05 2022-11-09 Mulligan, Karl Peter SYSTEMS AND METHODS FOR A PISTON ENGINE INCLUDING A RECIRCULATION SYSTEM USING SUPERCRITICAL CARBON DIOXIDE
KR102201716B1 (ko) 2019-10-22 2021-01-12 순천대학교 산학협력단 내연기관의 연비 및 배출가스 저감 시스템
TWI725643B (zh) * 2019-12-02 2021-04-21 翁維嵩 機械裝置及其運作方法
WO2021130783A1 (en) * 2019-12-26 2021-07-01 Fazelzad Nima System for increasing humidity of engine's inlet air
MX2022010464A (es) 2020-02-26 2022-12-13 Clearflame Engines Inc Motor agnostico de encendido por compresion de combustible.
US11608771B2 (en) * 2020-03-16 2023-03-21 Mayamaan Research, Llc Homogeneous charge compression ignition (HCCI-type) combustion system for an engine and powertrain using wet-alcohol as a fuel and including hot assist ignition
EP4179191A1 (en) 2020-07-09 2023-05-17 Clearflame Engines, Inc. Systems and metods of cylinder deactivation in high-temperature mixing-controlled engines
CN116324137A (zh) * 2020-08-05 2023-06-23 Brp罗泰克斯有限两合公司 用于对车辆中的活塞温度进行管理的系统和方法
WO2022087629A1 (en) * 2020-10-22 2022-04-28 Southwest Research Institute Techniques for engine cooling using supercritical fluids and a combustion engine system implementing the same
EP4116566B1 (en) * 2021-07-06 2024-04-10 Volvo Truck Corporation A method for controlling hydrogen combustion in a hydrogen internal combustion engine
JP2023059049A (ja) * 2021-10-14 2023-04-26 トヨタ自動車株式会社 内燃機関
CN114651119A (zh) * 2022-01-25 2022-06-21 谢国华 一种内燃机的气体温度降低方法和装置
CN114635815B (zh) * 2022-04-01 2023-04-28 招商局重工(深圳)有限公司 一种甲醇燃料供给系统及其控制方法
US11933240B2 (en) 2022-05-02 2024-03-19 Caterpillar Inc. NOx mitigation strategy in methanol internal combustion engine
CN115306571A (zh) * 2022-07-06 2022-11-08 潍柴动力股份有限公司 燃气发动机氮氧化物排放的控制方法及控制系统
DE102022121521A1 (de) 2022-08-25 2023-02-16 FEV Europe GmbH Verfahren zum betreiben eines wasserstoff-verbrennungsmotors

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010002737A1 (en) * 2008-06-26 2010-01-07 Cambrian Energy Development Llc Apparatus and method for operating an engine with non-fuel fluid injection

Family Cites Families (79)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US197989A (en) 1877-12-11 Improvement in feed-water heaters
US3180324A (en) 1963-05-03 1965-04-27 Omer J Stone Engine
US3651641A (en) * 1969-03-18 1972-03-28 Ginter Corp Engine system and thermogenerator therefor
DE2458665A1 (de) * 1973-12-14 1975-09-04 Yamaha Motor Co Ltd Brennkraftmaschine
FR2356815A1 (fr) * 1976-07-02 1978-01-27 Semt Dispositif permettant d'injecter de l'eau dans les cylindres d'un moteur a combustion interne, notamment pour reduire le taux de pollution de ce dernier
US4143518A (en) 1976-10-19 1979-03-13 Kellogg Smith Ogden Internal combustion and steam engine
US4133628A (en) * 1977-02-24 1979-01-09 Morrison Charles F Vapor injector for fuel combustion system
PH19563A (en) 1980-10-14 1986-05-21 Schlueter William Bryan System and method for superheated-water injection system (swis)
US4552106A (en) 1982-12-03 1985-11-12 John P. Ohl Internal combustion engine
SE442043B (sv) 1983-09-09 1985-11-25 Volvo Ab Turboladdad forbrenningsmotor med vatteninsprutning
US4805571A (en) * 1985-05-15 1989-02-21 Humphrey Cycle Engine Partners, L.P. Internal combustion engine
IT1185258B (it) 1985-07-16 1987-11-04 Sgs Microelettronica Spa Elemento di pilotaggio per carichi induttivi
US4783963A (en) 1986-02-28 1988-11-15 Thomas Luther B Internal combustion steam engine
DE3618700A1 (de) * 1986-06-04 1987-12-10 Murabito Luigi Verfahren und anordnung zum verbrennen eines fluessigen oder gasfoermigen brennstoffes in einem verbrennungsraum einer brennkraftmaschine
JPH076458B2 (ja) 1988-06-17 1995-01-30 三岬商機有限会社 内燃機関における高温水噴射装置
CA2032794A1 (en) 1990-12-20 1992-06-21 Edgar L. Olsen Internal combustion steam engine
US5617719A (en) * 1992-10-27 1997-04-08 Ginter; J. Lyell Vapor-air steam engine
US6289666B1 (en) * 1992-10-27 2001-09-18 Ginter Vast Corporation High efficiency low pollution hybrid Brayton cycle combustor
US6564556B2 (en) * 1992-10-27 2003-05-20 J. Lyell Ginter High efficiency low pollution hybrid brayton cycle combustor
JP3372352B2 (ja) 1994-06-16 2003-02-04 三菱重工業株式会社 ガス燃料エンジン
PL179811B1 (pl) * 1994-09-12 2000-10-31 Entherm Silnik z wtryskiem wody do cylindra PL PL PL PL PL
JPH08105342A (ja) * 1994-10-07 1996-04-23 Unisia Jecs Corp 内燃機関の空燃比制御装置
JPH08135515A (ja) * 1994-11-08 1996-05-28 Osaka Gas Co Ltd エンジン
US5713222A (en) 1995-05-01 1998-02-03 General Electric Company Automatic washing machine water inlet
EP0862685A4 (en) * 1995-11-01 2000-04-26 Barry Frank Hughes COMBINED INTERNAL COMBUSTION AND STEAM ENGINE
CN1233313B (zh) * 1996-08-23 2013-01-02 卡明斯发动机公司 带最佳燃烧控制的预混合可燃混合气压燃发动机
US6082311A (en) 1996-09-09 2000-07-04 Lars Collin Consult Ab Drive arrangement and method of reducing the amount of nox in the exhaust gases from an internal combustion engine
US5832880A (en) * 1997-07-28 1998-11-10 Southwest Research Institute Apparatus and method for controlling homogeneous charge compression ignition combustion in diesel engines
JP3861479B2 (ja) * 1998-01-21 2006-12-20 三菱ふそうトラック・バス株式会社 燃料・水噴射エンジンの水噴射量制御装置
JP2000008898A (ja) * 1998-06-19 2000-01-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ディーゼルエンジンの予混合強制点火燃焼方法
US6170441B1 (en) * 1998-06-26 2001-01-09 Quantum Energy Technologies Engine system employing an unsymmetrical cycle
JP2000204990A (ja) * 1999-01-13 2000-07-25 Nissan Motor Co Ltd ガソリン自己着火内燃機関
US6571749B2 (en) 1999-12-17 2003-06-03 Satnarine Singh Computer controlled six-stroke cycle internal combustion engine and its method of operation
US6311651B1 (en) 1999-12-17 2001-11-06 Satnarine Singh Computer controlled six stroke internal combustion engine and its method of operation
US7549412B2 (en) * 1999-12-17 2009-06-23 Satnarine Singh System and method for recovering wasted energy from an internal combustion engine
US7021272B2 (en) 1999-12-17 2006-04-04 Satnarine Singh Computer controlled multi-stroke cycle power generating assembly and method of operation
GB0007917D0 (en) 2000-03-31 2000-05-17 Npower An engine
US6289853B1 (en) 2000-05-09 2001-09-18 Brunswick Corporation Water injection system for an internal combustion engine of a marine propulsion system
DE60227925D1 (de) * 2001-04-06 2008-09-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Betrieb einer brennkraftmaschine mit kritischem wasser
JP3902018B2 (ja) * 2001-04-06 2007-04-04 三菱重工業株式会社 往復動内燃機関の運転方法とそのシステム
KR100482060B1 (ko) 2002-01-29 2005-04-13 현대자동차주식회사 엔진의 수분사 장치
FI116157B (fi) 2002-03-20 2005-09-30 Waertsilae Finland Oy Menetelmä ahdetun mäntämoottorin typpioksidipäästöjen (NOx) vähentämiseksi ja mäntämoottorijärjestely
DE10315149A1 (de) * 2003-04-03 2004-10-14 Daimlerchrysler Ag Brennkraftmaschine mit Selbstzündung
US7318858B2 (en) 2002-07-12 2008-01-15 Parsa Investment, L.P. Gas separator for providing an oxygen-enriched stream
US6895945B2 (en) 2002-07-12 2005-05-24 Parsa Investments, L.P. System and method for conditioning of intake air for an internal combustion engine
GB0220685D0 (en) 2002-09-05 2002-10-16 Innogy Plc A cylinder for an internal combustion engine
ES2430164T3 (es) * 2002-09-09 2013-11-19 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Dispositivo de control para un motor de combustión interna
US6698387B1 (en) 2002-09-11 2004-03-02 Mcfarland Steve Method of hydrating the intake air of an internal combustion engine
US7523603B2 (en) * 2003-01-22 2009-04-28 Vast Power Portfolio, Llc Trifluid reactor
JP2005147046A (ja) * 2003-11-18 2005-06-09 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd ディーゼル機関のＮＯｘ低減方法
SE526379C2 (sv) 2004-01-22 2005-09-06 Cargine Engineering Ab Metod och system för styrning av en anordning för kompression
JP4033160B2 (ja) * 2004-03-30 2008-01-16 トヨタ自動車株式会社 予混合圧縮自着火運転が可能な内燃機関の制御装置
US7210467B2 (en) 2004-06-22 2007-05-01 Gas Technology Institute Advanced high efficiency, ultra-low emission, thermochemically recuperated reciprocating internal combustion engine
WO2006017321A2 (en) * 2004-07-13 2006-02-16 Tyma, Inc. Fuel supply system for a vehicle including a vaporization device for converting fuel and water into hydrogen
JP3864180B2 (ja) 2004-11-15 2006-12-27 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 超音波試験方法及びこれに用いる超音波試験装置
US7225787B2 (en) 2004-11-18 2007-06-05 Massachusetts Institute Of Technology Optimized fuel management system for direct injection ethanol enhancement of gasoline engines
US7314033B2 (en) 2004-11-18 2008-01-01 Massachusetts Institute Of Technology Fuel management system for variable ethanol octane enhancement of gasoline engines
US8082735B2 (en) 2005-04-06 2011-12-27 Massachusetts Institute Of Technology Optimized fuel management system for direct injection ethanol enhancement of gasoline engines
CN100478555C (zh) * 2005-01-13 2009-04-15 丰田自动车株式会社 用于内燃机的起动控制设备
US20070022977A1 (en) 2005-07-27 2007-02-01 Crower H B Method and apparatus for operating an internal combustion engine
US7730872B2 (en) 2005-11-30 2010-06-08 Ford Global Technologies, Llc Engine with water and/or ethanol direct injection plus gas port fuel injectors
WO2008050192A2 (en) 2006-03-08 2008-05-02 Ethanol Boosting Systems, Llc Single nozzle injection of gasoline and anti-knock fuel
US7726265B2 (en) 2006-03-10 2010-06-01 Ethanol Boosting Systems, Llc Fuel tank system for direct ethanol injection octane boosted gasoline engine
US7533651B2 (en) * 2006-03-17 2009-05-19 Ford Global Technologies, Llc System and method for reducing knock and preignition in an internal combustion engine
US7739985B2 (en) 2006-03-23 2010-06-22 Lonox Engine Company, Inc. Internal combustion water injection engine
US7793638B2 (en) 2006-04-20 2010-09-14 Sturman Digital Systems, Llc Low emission high performance engines, multiple cylinder engines and operating methods
WO2007142927A2 (en) * 2006-05-30 2007-12-13 James Robert Orlosky Combustion-steam engine
US7367306B1 (en) 2006-11-30 2008-05-06 Holden Randall W Internal combustion engine and method of operating
US7574983B2 (en) * 2006-12-01 2009-08-18 Gm Global Technology Operations, Inc. Method and apparatus for extending high load operation in a homogeneous charge compression ignition engine
JP2008196325A (ja) * 2007-02-08 2008-08-28 Yanmar Co Ltd ディーゼルエンジン用始動補助装置
US8479690B2 (en) * 2007-03-16 2013-07-09 Maro Performance Group, Llc Advanced internal combustion engine
DE102007047026A1 (de) * 2007-10-01 2009-04-02 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Ottomotors
US7954472B1 (en) 2007-10-24 2011-06-07 Sturman Digital Systems, Llc High performance, low emission engines, multiple cylinder engines and operating methods
US7958864B2 (en) 2008-01-18 2011-06-14 Sturman Digital Systems, Llc Compression ignition engines and methods
US8851025B2 (en) 2008-09-26 2014-10-07 Ronald D. Voisin Powering an internal combustion engine
IT1394033B1 (it) * 2009-05-15 2012-05-25 Ponti Motors S R L Metodo per l'alimentazione di un motore a scoppio
US7958872B1 (en) * 2009-12-22 2011-06-14 Michael Moses Schechter Airless engine with gas and water recycling
DE102013008926A1 (de) 2013-05-24 2014-11-27 Schlenk Metallic Pigments Gmbh Verwendung von modifizierten Effektpigmenten in strahlenhärtbaren Beschichtungszusammensetzungen
DE102015119098B4 (de) 2015-11-06 2019-03-21 Pierburg Gmbh Regelanordnung für eine mechanisch regelbare Kühlmittelpumpe einer Verbrennungskraftmaschine

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010002737A1 (en) * 2008-06-26 2010-01-07 Cambrian Energy Development Llc Apparatus and method for operating an engine with non-fuel fluid injection

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