KR20220078635A - 가스 초음파 변환기 시스템 및 디젤 커먼-레일 엔진 작동 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 디젤 커먼-레일 엔진에서 액화 석유 가스의 사용을 가능하게 하는 시스템, 특히 디젤 연료 대신, 디젤 가스 듀얼 연료 또는 가스 단독으로 디젤 엔진에 연료를 공급하는 시스템에 관한 것이다. 디젤 커먼-레일 엔진을 작동시키기 위한 가스 초음파 변환기 시스템은: 전자 제어 유닛; 물 탱크; 가스 공급 차단 밸브가 있는 가스 탱크; 가스 레벨 센서; 가스 탱크와 작동 가능하게 연결된 가스 펌프; 상기 물 탱크와 작동 가능하게 연결된 워터 펌프; 수증기 및 가스 혼합물을 생성하도록 구성된 초음파 변환기 및 워터 레벨 센서를 가진 혼합기를 포함하며; 상기 혼합기는 2개의 구획부, 즉 상부 구획부 및 하부 구획부를 포함하고, 상부 구획부 및 하부 구획부의 분리 수단은 하부 구획부로부터의 수증기가 역류 방지 밸브를 통해 상부 구획부를 통과하게 하고 그리고 액체 물이 상부 구획부로 흘러 들어가는 것을 방지하게 구성된 역류 방지 밸브를 포함하며; 상기 혼합기의 상부 구획부는 엔진 흡기 매니폴드와 작동 가능하게 연결된 출구를 포함하고; 여기서 가스 펌프의 출구는 혼합기의 상부 구획부와 작동 가능하게 연결되고, 워터 펌프의 출구는 혼합기의 하부 구획부와 작동 가능하게 연결되며, 초음파 변환기는 역류 방지 밸브 아래에 배치된다. 시스템 요소와 차량 요소 간의 제어된 상호 작용으로 인해 가스-수증기 혼합물이 생성된다. 듀얼 연료를 사용하는 실시예의 경우, 물 가스 혼합물은 엔진 커먼-레일, 엔진 온도 센서, 공기 유량계 센서, 가속 페달 블록으로부터 시스템의 전자 제어 장치가 수신한 정보를 기반으로 계산된다.
Description
본 발명은 디젤 커먼-레일(common-rail) 엔진에서 가스, 예를 들면 액화 석유 가스(LPG), 천연 가스(예: CNG 및 LNG) 및 각각의 바이오 등가물(Bio-LPG, Bio-CNG, Bio-LNG)과 같은 가스, 특히 알칸(alkane) 가스 또는 이들의 혼합물의 사용을 가능하게 하는 시스템에 관한 것으로, 특히 디젤 연료 대신에 디젤-가스 듀얼(dual) 연료 또는 단독 가스(예: LPG, CNG, LNG, 바이오-LPG, 바이오-CNG, 바이오-LNG)로 디젤 엔진에 연료를 공급하는 것에 관한 것이다.
운송에 대한 환경적 영향이 증가함에 따라, 지속 가능한 연료 및 연료 시스템에 대한 수요도 증가하고 있다. 알칸 가스, 특히 액화석유가스(LPG)와 천연가스는 생산 엔진(production engine)에 대한 청정한 대체 연료로서 알려져 있다.
디젤 연료와 LPG, CNG 또는 LNG를 모두 사용하는 엔진을 가스-디젤 듀얼 연료 엔진이라고 지칭한다. 이러한 엔진에서 가스 연료는 일반적으로 1차 연료로 사용되며, 디젤은 2차 연료로 사용된다. 가스 듀얼 연료 엔진은 고출력에서 우수한 열효율을 발휘하지만, 충전 사용률이 낮기 때문에 부분 부하 상태에서는 성능이 저하된다. 이 문제는 여러 연구자들에 의해 해결되고 있다. 일부 연구자들은 성능을 향상시키기 위해, 파일럿 연료의 양, 분사 시기, 기체 연료의 조성, 및 흡기 충전 조건과 같은 요소를 변경할 것을 제안했다.
보다 창의적인 접근 방식 중 하나로서 내연 기관에 물을 추가하는 것이 있다(Lestz SJ 등이 제안, 연소실에 물을 도입하여 디젤 엔진에 대한 냉각 실현. SAE Trans 1975: 606-19). 이 연구는 일반적으로 재킷 냉각으로 제거되는 폐열을 제거하기 위해 연료 1파운드 당 5.5파운드 의 물 분사가 필요함을 보여주었다.
Lanzafame의 연구(Lanzafame R. 단일 실린더 CFR 엔진에서의 물 분사 효과. SAE 1999)는 흡기관으로의 물 분사가 폭발을 피하고, 압축 작업을 줄이며, 불꽃 점화 엔진에서 NOx 생성을 제어하는 방법이 될 수 있음을 보여주었다.
실린더 내 물 분사 엔진(in-cylinder water injection engine)(US 5937799)은, 직접적인 실린더 내 물 분사 및 선택적인 산소가 풍부한 공기 공급을 이용하는 것으로 알려져 있다. 이 발명자에 의하면, 실린더 내 저온 물 분사는 압축 온도를 낮추고, 이것은 사전 점화(preignition)를 회피하면서 압축비를 높일 수 있게 한다. 또한 저온의 물 분사 공기/연료는 전체 엔진 효율을 향상시킨다. 공지된 엔진은: 적어도 하나의 연소실, 상기 연소실에 고정된 적어도 하나의 실린더 헤드, 및 상기 연소실 내에 배치된 적어도 하나의 피스톤을 갖는 내연 기관; 실린더 헤드를 통해 연소실과 유체 소통하는 공기/연료 흡기 매니폴드; 연소실과 유체 소통하는 적어도 하나의 물 분사기(injector); 물 도관에 의해 물 분사기와 연결된 정압 워터 소스(constant pressure water source); 엔진의 각 압축 사이클 동안 엔진의 압축 사이클에 응답하여, 물 분사기를 개방하여 물이 물 분사기로 흐르게 하는 물 도관의 밸브; 농축 공기 도관에 의해 공기/연료 흡기 매니폴드에 연결된 농축 산소 공급원; 및 농축 산소 공급원으로 통과하는 공기를 압축하는, 배기 도관 및 농축 산소 공급원에 작동 가능하게 연결된 터보차저 압축기를 포함한다.
증기 팽창 행정을 갖는 내연기관(US6986252)이 알려져 있으며, 상기 내연기관은 적어도 하나의 실린더, 실린더에 배치된 왕복 피스톤, 실린더와 피스톤으로 구분되는 연소실, 및 컴퓨터 기반 제어 시스템으로 제어되는 입구 및 출구 밸브를 갖춘 것이다. 상기 내연기관은 연소실에 물 또는 수증기를 분사하는 요소를 포함하며, 상기 제어 시스템은, 주로 팽창 연소 가스에 기초한 동력 행정이 주로 팽창 수증기에 기초한 동력 행정으로 대체 되도록, 입구 및 출구 밸브와 물 또는 수증기를 분사하는 요소를 제어하게 배치된 것이다.
알려진 내연기관의 물 분사 장치 및 물 분사 장치의 작동 방법이 공지되어 있다(US10378435). 상기 물 분사 장치는: 물을 저장하도록 구성된 물 탱크; 물을 이송하도록 구성되고, 물 탱크에 연결된 이송 요소; 물을 분사하도록 구성된 적어도 하나의 물 분사기 - 상기 적어도 하나의 물 분사기는 상기 이송 요소에 연결됨 -; 이송 요소와 적어도 하나의 물 분사기 사이의 라인 영역에 배치된 압력 센서; 및 압력 센서의 압력 데이터에 기초하여, 적어도 하나의 물 분사기가 폐쇄되고 이송 요소가 오프로 절환될 때 라인 영역에서의 증기 형성을 결정하도록 구성된 제어 유닛을 포함하는 것이다.
본 발명은 디젤 및 가스, 예를 들어 알칸 가스 또는 그 혼합물(예: LPG, CNG, LNG, bio-LPG, bio-CNG, bio-LNG)의 듀얼-연료 또는 가스 전용 연료 엔진에 대한 기존 디젤 엔진에 있어서의 변환 문제를 해결하는 개선안을 제공하는 것이다.
디젤 커먼-레일 엔진을 작동하기 위한 가스 초음파 변환기 시스템은, 전자 제어 유닛; 물 탱크; 가스 공급 차단 밸브가 있는 가스 탱크; 가스 레벨 센서; 가스 탱크와 작동 가능하게 연결된 가스 펌프; 상기 물 탱크와 작동 가능하게 연결된 워터 펌프; 수증기 및 가스 혼합물을 생성하도록 구성된 워터 레벨 센서 및 초음파 변환기를 구비하는 혼합기를 포함하며; 상기 혼합기는 상부 구획부와 하부 구획부로 이루어진 2개의 구획부를 포함하고, 상부 구획부 및 하부 구획부의 분리 수단은 하부 구획부로부터의 수증기가 역류 방지 밸브를 통해 상부 구획부를 통과하고 그리고 상부 구획부로 액체 물이 흘러 들어가는 것을 방지하게 구성된 역류 방지 밸브를 포함하고; 혼합기의 상부 구획부는 엔진 흡기 매니폴드와 작동 가능하게 연결된 출구를 포함하고; 가스 펌프의 출구는 혼합기의 상부 구획부와 작동 가능하게 연결되고, 워터 펌프의 출구는 혼합기의 하부 구획부와 작동 가능하게 연결되며, 초음파 변환기는 혼합기의 하부 구획부에, 즉 역류 방지 밸브 아래에 적어도 부분적으로 배치된다.
시스템 요소와 차량 요소 간의 제어된 상호 작용으로 인해, 기체와 수증기의 혼합물이 생성된다. 듀얼 연료를 사용하는 실시예의 경우, 물과 가스의 혼합물은, 엔진 커먼-레일(레일로부터의 압력(bar))로부터, 엔진 온도 센서(온도)로부터, 공기 유량계 센서(공기 유량 - m3/s)로부터, 가속 페달 블록(페달 위치)으로부터, 람다 센서(공기-연료 등가비)로부터 시스템의 전자 제어 유닛에 의해 수신된 정보를 기반으로 계산된다. 가스 전용 실시예의 경우, 혼합물은 엔진 커먼-레일(레일로부터의 압력(bar))로부터, 엔진 온도 센서(온도)로부터, 공기 유량계 센서(공기 유량 - m3/s)로부터, 가속 페달 블록(페달 위치)으로부터, 크랭크축(엔진 - rpm)으로부터 시스템의 전자 제어 유닛에 의해 수신된 정보를 기반으로 하여 계산된다.
도 1은 제안된 가스 초음파 변환기 시스템의 개략도이다.
도 2는 디젤 커먼-레일 엔진을 갖고, 디젤 및 가스 듀얼-연료 엔진으로 작동하는 차량에 설치된 제안된 가스 초음파 변환기 시스템의 요소를 나타내는 블록도이다.
도 3은 디젤 커먼-레일 엔진을 갖고, 가스 연료 엔진으로 작동하는 차량에 설치된 제안된 가스 초음파 변환기 시스템의 요소를 나타내는 다른 실시예의 블록도이다.
도 4는 시스템이 대기 모드(A) 및 작동 모드(B)에 들어가도록 하는 커먼-레일 신호의 예를 나타낸 그래프이다.
도 5는 가스 초음파 변환기 시스템을 사용하여 디젤 커먼-레일 엔진을 작동시키기 위한 방법의 흐름도이다.
도 2는 디젤 커먼-레일 엔진을 갖고, 디젤 및 가스 듀얼-연료 엔진으로 작동하는 차량에 설치된 제안된 가스 초음파 변환기 시스템의 요소를 나타내는 블록도이다.
도 3은 디젤 커먼-레일 엔진을 갖고, 가스 연료 엔진으로 작동하는 차량에 설치된 제안된 가스 초음파 변환기 시스템의 요소를 나타내는 다른 실시예의 블록도이다.
도 4는 시스템이 대기 모드(A) 및 작동 모드(B)에 들어가도록 하는 커먼-레일 신호의 예를 나타낸 그래프이다.
도 5는 가스 초음파 변환기 시스템을 사용하여 디젤 커먼-레일 엔진을 작동시키기 위한 방법의 흐름도이다.
발명의 상세한 설명
일 실시예에 따르면 디젤-커먼 레일 엔진을 작동시키기 위한 제안된 가스 초음파 변환기 시스템(도 1 및 도 2)은: 전자 제어 유닛(101); 작동 가능하게 연결된, 가스 탱크(207), 가스 차단 밸브(213), 가스 압력 조절기(212), 가스 펌프(102), 가스 레벨 센서(208)를 구비하는 가스 공급 서브시스템; 작동 가능하게 연결된, 물 탱크(209), 워터 펌프(103), 워터 레벨 센서(105)를 구비하는 물 공급 서브시스템; 을 포함한다. 디젤 커먼-레일 엔진을 작동시키기 위한 가스 초음파 변환기 시스템은: 수증기 및 가스 혼합물을 생성하도록 구성된 워터 레벨 센서(105) 및 초음파 변환기(106)를 추가적으로 포함한다. 가스 펌프(102)의 출구는 혼합기(104)의 상부 구획부(104')와 작동 가능하게 연결되고, 워터 펌프(103)의 출구는 혼합기(104)의 하부 구획부(104")와 작동 가능하게 연결된다.
따라서, 혼합기(104)(도 1)는 2개의 구획부, 즉 상부 구획부(104') 및 하부 구획부(104")를 포함하며, 상부 구획부(104') 및 하부 구획부(104")의 분리 수단은, 하부 구획부(104")로부터의 수증기가 역류 방지 밸브(109)를 통해 상부 구획부(104')를 통과하고 그리고 액체 물이 상부 구획부(104')로 흐르는 것을 방지하게 설계된 역류 방지 밸브(109)를 구비하고; 여기서 혼합기(104)의 상부 구획부(104')는 자동차 엔진 흡기 매니폴드(205)와 작동 가능하게 연결된 출구(108)를 포함한다. 초음파 변환기(106)는 혼합기(104)의 하부 구획부(104")에 적어도 부분적으로 위치된다. 흡기 매니폴드(205)에서는, 가스(예: LPG, CNG, LNG, Bio-LPG, Bio-CNG, Bio-LNG 등) 및 수증기 혼합물이 공기와 함께 엔진 연소실로 이송되며, 여기서 가스 및 수증기 혼합물은 공기 및 디젤 연료 스프레이와 함께 점화된다.
시스템은 혼합기(104)의 출구(108)와 엔진 흡기 매니폴드(205) 사이에 작동 가능하게 연결된 공기 유량계 센서(204)를 더 포함하며, 공기 유량계 센서(204)는 전자 제어 유닛(101)과 부가적으로 전기적 연결이 되어 있어서, 가스 혼합물 유량을 측정하여, 전자 제어 유닛(101)(도 2)에 각각의 신호를 전송하도록 구성된다. 또한, 시스템은 엔진 배기 시스템과 작동 가능하게 연결된 람다 센서(214)를 포함하며; 람다 센서(214)는 부가적으로 전자 제어 유닛(101)과 전기적으로 연결되고, 분석되는 기체 또는 액체의 산소 비율을 측정하여, 전자 제어 유닛(101)에 각각의 신호를 전송하도록 구성된다(도 2).
전자 제어 장치(101)는 레일(201)과 전기적으로 연결되며, 레일(201)로부터 커먼-레일 압력 신호를 수신하고 판독하도록 설계된다. 또한 레일(201) 신호는 제안된 시스템의 작동을 제어하는 데 사용될 수 있다(즉, 작동 모드 및 대기 모드 진입). 전자 제어 유닛(101)은 또한 그 작동을 제어할 수 있도록 LPG 펌프(102)와 전기적으로 연결된다. 전자 제어 유닛(101)은 또한 가속 페달 블록(202)과 전기적으로 연결되어, 가속 페달 블록(202)으로부터 신호를 수신하고 판독할 수 있다. 전자 제어 유닛(101)은 추가로 엔진 온도 센서(203)와 전기적으로 연결되어, 엔진 온도 센서(203)로부터 전송된 온도 신호를 수신하고 판독한다. 전자 제어 유닛(101)은 또한 자동차 스로틀 밸브(206)와 전기적으로 연결되어 밸브의 개폐를 제어할 수 있다. 기체(예를 들어, 알칸 기체 또는 알칸 기체의 혼합물) 및 수증기 혼합물은 공기 흡기 매니폴드(205)로 분배되고, 여기서 공기 흐름은 스로틀 밸브(206)에 의해 조절된다.
전자 제어 유닛(101)은 또한 워터 레벨 센서(105)와 전기적으로 연결되어, 워터 레벨 센서(105)로부터 전송된 신호를 수신하고 판독할 수 있다. 물 공급 서브시스템은 임의적 조건에서 변환기(106)의 작동에 필요한 수위(water level)를 유지하도록 설계되었다.
전자 제어 유닛(101)은 또한 변환기(106)와 전기적으로 연결되어, 출력 신호를 변환기(106)에 전송할 수 있게 설계되며; 전자 제어 유닛(101)은 또한 가스 레벨 센서(208)로부터 신호를 수신하고 판독할 수 있도록 가스 레벨 센서(208)와 전기적으로 연결되며; 전자 제어 유닛(101)은 또한 차단 밸브(213)의 개폐를 제어하기 위해 출력 신호를 보낼 수 있도록 가스 공급 차단 밸브(213)와 전기적으로 연결된다.
전자 제어 유닛(101)은 사전 설정된 매개변수, 및 가속 페달 블록(202), 레일(201), 워터 레벨 센서(105), 변환기(106), 가스 레벨 센서(208) 및 공기 유량계 센서(204)로부터 수신된 정보(입력 신호)에 따라, 혼합기(104)의 가스 및 수증기 혼합 조성을 계산하게 구성된다.
또 다른 실시예에 따르면, 전자 제어 유닛(101)은 또한 내장된 자동차 중앙 전자 제어 유닛(210)과 전기적으로 연결된다. 레일(201)이 신호(예를 들어, 0.55V)를 전자 제어 유닛(101)(예를 들어 내장된 자동차 중앙 전자 제어 유닛(210)으로부터의 5V 신호와 함께 사용됨)으로 전송하면, 시스템은 대기 모드에 들어가고, 한편예를 들어 레일(201)로부터 0.9V가 수신되면(레일(201)의 약 230bar 압력 +/- 10%), 모터가 작동하고, 제안된 시스템은 2초 지연 후에 기동한다(도 4). 레일(201)로부터의 신호가 예를 들어 0.9V 아래에 있으면, 전자 제어 유닛(101)은 제안된 시스템을 대기 모드로 진입한다. 상기 실시예에 따르면, 레일(201) 신호(예를 들어, 0.55V) 및 내장된 자동차 중앙 전자 제어 유닛(210) 신호(예를 들어, 5V)는 시스템의 오작동을 방지하기 위해 함께 사용되어 대기 모드로 들어간다. 신호 중 하나가 없으면, 제안된 시스템은 대기 모드를 개시하지 않는다. 숙련자에게는 상기 표시된 전압 레벨이 단지 표시일 뿐이며, 분명히 다른 값을 가질 수 있을 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 시스템은 키트를 포함하며, 상기 키트는: 전자 제어 시스템(101); 워터 레벨 센서(105) 및 초음파 변환기(106)를 가진 혼합기(104); 디젤 커먼-레일 엔진을 갖는 자동차에 설치되도록 구성된 워터 펌프(103) 및 가스 펌프(102)를 구비한다. 초음파 변환기(106)는 수증기 및 가스(예를 들어, 알칸 가스) 혼합물을 생성하도록 구성되며; 혼합기(104)는 2개의 구획부, 즉 상부 구획부(104') 및 하부 구획부(104")를 포함하고, 상부 구획부(104') 및 하부 구획부(104")의 분리 수단은, 하부 구획부(104")로부터 나온 수증기가 역류 방지 밸브(109)를 통해 상부 구획부(104')로 통과하게 하고 그리고 액체 물이 상부 구획부(104')로 흐르는 것을 방지하게 구성된 역류 방지 밸브(109)를 포함하며; 여기서 혼합기(104)의 상부 구획부(104')는 엔진 흡기 매니폴드(205)와 작동 가능하게 연결되도록 구성된 출구(108)를 포함하고; 알칸 가스 펌프(102)의 출구는 혼합기(104)의 상부 구획부(104')와 작동 가능하게 연결되도록 구성되고, 워터 펌프(103)의 출구는 혼합기(104)의 하부 구획부(104")와 작동 가능하게 연결되도록 구성되며, 초음파 변환기(106)는 혼합기(104)의 하부 구획부(104")에 적어도 부분적으로 위치되어 있다.
이 실시예에 따르면 물 탱크(209)는 자동차에 이미 존재하는 앞유리 유체 탱크이고 그리고 워터 레벨 센서(105)는 자동차의 앞유리 유체 탱크에 이미 존재하는 앞유리 유체 레벨 센서이다. 시스템은 자동차 배터리로 구동되도록 구성할 수 있다. 따라서, 가스 펌프(102)는 차량에 이미 존재하는 가스 탱크(207)에 작동 가능하게 연결되도록 구성된다. 워터 펌프(103)는 차량에 이미 존재하는 물 탱크(209)에 작동 가능하게 연결되도록 구성된다. 전자 제어 유닛(101)은 차량 요소, 즉 레일(201), 엔진 온도 센서(206), 가속 페달 블록(202), 가스 레벨 센서(208), 알칸 가스 공급 차단 밸브(213) 및 가스 압력 조절기(212), 공기 유량계 센서(204), 스로틀 밸브(206), 차량 배터리(211) 등의 차량 요소에 전기적으로 연결되게 구성된다.
모듈은 다음과 같이 작동한다. 워터 펌프(103)는 혼합기(104)를 채우고, 워터 레벨 센서(105)는 하부 구획부(104")에 미리 설정된 일정 레벨을 유지하고, 초음파 변환기(106)는 온(on)으로 전환되어 혼합기(104)의 상부 구획부(104') 쪽으로 물을 분무하기 시작한다. 혼합기(104)의 역류 방지 밸브(109)는 액체 상태의 물이 혼합기(104)의 상부 부분으로 흐르는 것을 방지한다. 자동차 가속 페달 블록(202)에서 신호를 수신한 후, 전자 제어 유닛(101)은 가스 펌프(102)로 신호를 보내며, 가스 펌프는 혼합기(104)의 상부 구획부(104')에 접선 방향으로 가스를 도입한다. 혼합된 가스 및 분무된 물(수증기)은 혼합기(104)에서 출구(108)를 통해 전자 제어 유닛(101)에 의해 제어되는 스로틀 밸브(206)를 통해서, 엔진 흡기 매니폴드(205)로 나온다. 워터 펌프(103) 앞에 위치한 체크 밸브(110)는, 물이 물 탱크(209)로 되돌아가지 않고, 가스 펌프(102)가 작동 할 때 가스가 빠져나가게 한다.
다른 실시예에 따르면, 디젤 커먼-레일 엔진은 가스(예를 들어, LPG, CNG, LNG, 바이오-LPG, 바이오-CNG, 바이오-LNG) 연료 엔진으로서만 작동하도록 변환될 수 있다. 이 실시예에 따르면, 시스템(도 2)은 점화 플러그(301) 및 엔진의 예열 플러그를 대체하는 점화 코일(302)을 추가하여 포함한다. 전자 제어 유닛(101)은 점화 플러그(301) 및 점화 코일(302)과 전기적으로 연결되어, 출력 신호를 점화 플러그(301) 및 점화 코일(302)에 보낼 수 있다. 전자 제어 유닛(101)은 또한 엔진의 캠축(303) 및 엔진의 크랭크축(304)과 전기적으로 연결되어, 캠축(303)과 크랭크축(304)으로부터의 신호를 수신하고 판독할 수 있다. 엔진의 예열 플러그를 점화 플러그(301)와 점화 코일(302)로 대체하면, 점화 챔버가 오토 사이클(Otto cycle) 엔진으로 변환되고, 디젤 연료 대신 공기와 가스 및 수증기 혼합물만을 사용하여 스파크에 의해 폭발이 개시된다. 본 실시예에 따르면, 점화 플러그(301)에 의한 정확한 점화 모멘트는 캠축(303) 및 크랭크축(304)으로부터의 신호를 사용하여 전자 제어 유닛(101)에 의해 계산되며, 여기서 점화 프로세스는 오토 사이클과 동일하다.
제안된 가스 초음파 변환기 시스템을 사용하여 디젤 커먼-레일 엔진을 작동하는 방법은 다음의 단계를 포함한다:
(i) 전자 제어 유닛(101)을 사용하여 커먼 레일(201)의 압력 신호를 수집하는 단계;
(ⅱ) 전자 제어 유닛(101)을 사용하여 가속 페달 블록(202)으로부터 가속 페달 신호를 수집하는 단계;
(ⅲ) 전자 제어 유닛(101)을 사용하여 공기 유량계 센서(204)로부터 공기 흐름 신호(air flow signal)를 수집하고, 람다 센서(214)로부터 람다 신호를 수집하는 단계;
(ⅳ) 이전 단계에서 수집된 커먼-레일 압력 신호, 가속 페달 신호, 공기 흐름 신호 및 람다 신호에 기초한 전자 제어 유닛(101)을 사용하여, 수증기 및 가스 혼합물을 계산하는 단계;
(v) 전자 제어 유닛(101)을 사용하여, 가스 펌프(102) 및 워터 펌프(103)에 신호를 전송하여 미리 설정된 물의 양과 계산된 가스의 양을 혼합기(104)에 분사하는 단계;
(ⅵ) 전자 제어 유닛(101)을 사용하여 초음파 변환기(106)에 신호를 보내 수증기와 가스 혼합물을 생성하는 단계;
(ⅶ) 생성된 수증기 및 가스 혼합물을 혼합기(104)의 출구(108)를 통해 엔진 흡기 매니폴드(205)로 이송하는 단계.
일 실시예에 따르면, 단계(ⅳ)에서 수증기(WV) 및 기체(G) 혼합물의 계산은 다음의 공식을 사용하여 수행될 수 있다: WV+G, 여기서 G = ((A+B)/2 - C)*D, 여기서 A는 커먼-레일 압력 신호, B는 가속 페달 신호, C는 공기 흐름 신호, D는 람다 센서 신호, 및 G는 유효 가스(예: 알칸 가스) 체적 이고, 여기서 수증기 체적은 미리 설정된 상수 값이다. 커먼-레일 압력 신호, 가속 페달 신호 및 람다 센서 신호는 Volt 단위의 신호 값을 사용하여 계산된다. 수증기 및 가스 혼합물을 계산하는 다른 방법, 공식 및 원리가 가능하다는 점에 유의 한다.
또 다른 실시예(도 5)에 따르면, 상기 방법은 단계(i) 전에 다음의 단계를 더 포함한다:
(a) 전자 제어 유닛(101)을 사용하여 엔진 온도 센서(203)로부터 엔진 온도 신호를 수집하고, 신호가 설정 값에 대응하면 단계(b)로 진행하고, 그렇지 않으면 단계(a)로 되돌아가는 단계;
(b) 전자 제어 유닛(101)을 사용하여 커먼 레일(201) 신호를 수집하고, 신호가 설정 값에 대응하면 단계(c)로 진행하고, 그렇지 않으면 단계(b)로 되돌아가는 단계;
(c) 전자 제어 유닛(101)을 사용하여 엔진 전자 제어 유닛(210) 신호를 수집하고, 신호가 설정 값에 대응하면 단계(d)로 진행하고, 그렇지 않으면 단계(b)로 되돌아가는 단계;
(d) 시스템이 대기 모드에 있는 경우, 전자 제어 유닛(101)을 사용하여 워터 레버 센서(105) 신호를 수집하고, 신호가 설정 값에 대응하면 단계(e)로 진행하고, 그렇지 않으면 단계(d)로 되돌아가는 단계;
(e) 전자 제어 유닛(101)이 엔진 커먼-레일(201) 신호를 수집하고, 신호가 설정 값에 대응하면 단계(f)로 진행하고, 그렇지 않으면 단계(d)로 되돌아가는 단계;
(f) 시스템이 작동 모드에 있는 경우, 전자 제어 유닛(101)을 사용하여 가스 차단 밸브(213)에 신호를 보내 밸브(213)를 개방하고; 위에서 설명한 대로 단계(i)로 더 진행하는 단계.
동일한 실시예에 따르면, 생성된 수증기 및 가스 혼합물을 혼합기(104)의 출구(108)를 통해 엔진 흡기 매니폴드(205)로 이송하는 단계(ⅶ) 후에 다음의 단계를 더 포함하는 방법은: (z) 전자 제어 유닛(101)을 사용하여 커먼 레일(201) 신호를 수집하고; 신호가 설정 값 1에 대응하면, 가속 페달 블록(202)에서 가속 페달 신호를 수집하는 단계(ⅱ)로 돌아가고; 신호가 설정 값 2에 대응하면, 엔진 전자 제어 유닛(210) 신호를 수집하는 단계(c)로 돌아가고; 신호가 설정 값 1 및 2에 대응하지 않으면, 프로세스를 종료한다.
또 다른 실시예(도 5)에 따르면, 상기 방법은 단계(i) 전에 다음의 단계를 더 포함한다:
(a) 전자 제어 유닛(101)을 사용하여 엔진 온도 센서(203)로부터 엔진 온도 신호를 수집하고, 신호가 설정 값에 대응하면, 단계(b)로 진행하고, 그렇지 않으면 단계(a)로 돌아가는 단계;
(b) 전자 제어 유닛(101)을 사용하여 커먼 레일(201) 신호를 수집하고, 신호가 설정 값에 대응하면, 단계(c)로 진행하고, 그렇지 않으면 단계(b)로 돌아가는 단계;
(c) 전자 제어 유닛(101)을 사용하여 엔진 전자 제어 유닛(210) 신호를 수집하고, 신호가 설정 값에 대응하면, 단계(d)로 진행하고, 그렇지 않으면 단계(b)로 돌아가는 단계;
(d) 시스템이 대기 모드에 있는 경우; 전자 제어 유닛(101)을 사용하여 물 레버 센서(105) 신호를 수집하고, 신호가 설정 값에 대응하면, 단계(e)로 진행하고, 그렇지 않으면 단계(d)로 돌아가는 단계;
(e) 전자 제어 유닛(101)을 사용하여 엔진 커먼-레일(201) 신호를 수집하고, 신호가 설정 값에 대응하면, 단계(f)로 진행하고, 그렇지 않으면 단계(d)로 돌아가는 단계;
(f) 시스템이 작동 모드에 있는 경우; 전자 제어 유닛(101)을 사용하여 가스 차단 밸브(213)에 신호를 보내 밸브(213)를 개방하고; 위에서 설명한 대로 단계(i)로 더 진행하는 단계.
동일한 실시예에 따르면, 생성된 수증기 및 가스 혼합물을 혼합기(104)의 출구(108)를 통해 엔진 흡기 매니폴드(205)로 이송하는 단계(ⅶ) 후에 다음의 단계를 더 포함하는 방법은: (z) 전자 제어 유닛(101)을 사용하여 커먼-레일(201)의 신호를 수집하고; 신호가 설정 값 1에 대응하면, 가속 페달 블록(202)에서 가속 페달 신호를 수집하는 단계(ⅱ)로 돌아가고; 신호가 설정 값 2에 대응하면, 엔진 전자 제어 유닛(210)의 신호를 수집하는 단계(c)로 돌아가고; 신호가 설정 값 1 및 2에 대응하지 않으면, 프로세스를 종료한다. 생성된 수증기 및 가스 혼합물에 대한 점화 챔버에서의 정확한 점화 모멘트를 위해, 전자 제어 유닛(101)은 캠축(303) 및 크랭크축(304)으로부터의 신호를 수집한다. 수집된 신호에 기초하여, 전자 제어 유닛(101)은 신호를 점화 플러그(301)로 보낸다. 캠축(303) 및 크랭크축(304)으로부터의 신호의 처리는 종래 기술의 오토 사이클로 공지된 방식에 따라 이루어진다.
Claims (10)
- 디젤 커먼-레일 엔진을 작동시키기 위한 가스 초음파 변환기 시스템으로서, 상기 시스템은: 전자 제어 유닛(101); 물 탱크(209); 가스 공급 차단 밸브(213)가 있는 가스 탱크(207); 가스 레벨 센서(208); 가스 탱크(207)와 작동 가능하게 연결된 가스 펌프(102); 물 탱크(209)와 작동 가능하게 연결된 워터 펌프(103); 수증기 및 가스 혼합물을 생성하도록 구성된 초음파 변환기(106) 및 워터 레벨 센서(105)를 구비하는 혼합기(104)를 포함하며; 상기 혼합기(104)는 2개의 구획부, 즉 상부 구획부(104') 및 하부 구획부(104")를 포함하고, 상부 구획부(104') 및 하부 구획부(104")의 분리 수단은, 하부 구획부(104")로부터의 수증기가 역류 방지 밸브(109)를 통해 상부 구획부(104')로 통과하게 하고 그리고 액체 물이 상부 구획부(104')로 흐르는 것을 방지하게 구성된 역류 방지 밸브(109)를 포함하며; 혼합기(104)의 상부 구획부(104')는 엔진 흡기 매니폴드(205)와 작동 가능하게 연결된 출구(108)를 포함하고; 가스 펌프(102)의 출구는 혼합기(104)의 상부 구획부(104')와 작동 가능하게 연결되고, 워터 펌프(103)의 출구는 혼합기(104)의 하부 구획부(104")와 작동 가능하게 연결되며, 여기서 초음파 변환기(106)는 적어도 부분적으로 혼합기(104)의 하부 구획부(104")에 배치된, 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 시스템은 부가로 혼합기(104)의 출구(108)와 엔진 흡기 매니폴드(205) 사이에 작동 가능하게 연결된 공기 유량계 센서(204)를 포함하고, 상기 공기 유량계 센서(204)는 부가로 전자 제어 유닛(101)과 전기적으로 연결되고 그리고 가스 혼합물 흐름을 측정하여 각각의 신호를 전자 제어 유닛(101)에 전송하도록 구성되고; 상기 시스템은 엔진 배기 시스템과 작동 가능하게 연결된 람다 센서(214)를 더 포함하고, 상기 람다 센서(214)는 부가로 전자 제어 유닛(101)과 전기적으로 연결되고 그리고 분석되는 기체 또는 액체 내의 산소 비율을 측정하여 각각의 신호를 전자 제어 유닛(101)에 전송하게 구성된, 시스템.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전자 제어 유닛(101)은 레일(201)과 전기적으로 연결되고, 레일(201)로부터 커먼-레일 압력 신호를 수신하고 판독하도록 설계되고; 상기 전자 제어 유닛(101)은 부가로 가속 페달 블록(202)으로부터 신호를 수신하고 판독할 수 있도록 가속 페달 블록(202)과 전기적으로 연결되고; 상기 전자 제어 유닛(101)은 부가로 엔진 온도 센서(203)로부터 온도 신호를 수신하고 판독할 수 있도록 엔진 온도 센서(203)와 전기적으로 연결되고; 상기 전자 제어 유닛(101)은 부가로 개폐를 제어할 수 있도록 자동차 스로틀 밸브(206)와 전기적으로 연결되고; 상기 전자 제어 유닛(101)은 부가로 워터 레벨 센서(105)로부터 신호를 수신하고 판독할 수 있도록 워터 레벨 센서(105)와 전기적으로 연결되고; 상기 전자 제어 유닛(101)은 부가로 변환기(106)에 출력 신호를 보낼 수 있도록 변환기(106)와 전기적으로 연결되고; 상기 전자 제어 유닛(101)은 부가로 가스 레벨 센서(208)로부터 신호를 수신하고 판독할 수 있도록 가스 레벨 센서(208)와 전기적으로 연결되며; 상기 전자 제어 유닛(101)은 차단 밸브(213)의 개폐를 제어할 수 있도록 가스 공급 차단 밸브(213)와 전기적으로 연결되고; 상기 전자 제어 유닛(101)은 람다 센서(214)로부터 신호를 수신하고 판독할 수 있도록 람다 센서(214)와 전기적으로 연결되고, 상기 전자 제어 유닛(101)은 미리 설정된 매개변수 및 가속 페달 블록(202), 레일(201), 워터 레벨 센서(105), 변환기(106), 가스 레벨 센서(208), 공기 유량계 센서(204) 및 람다 센서(214)로부터 수신된 입력 신호에 따라, 혼합기(104)에 대한 가스 및 수증기 혼합 조성물을 계산하도록 구성된, 시스템.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 제어 유닛(101)은 부가로 내장된 자동차 중앙 전자 제어 유닛(210)과 전기적으로 연결되는, 시스템.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 물 탱크(209)는 자동차에 이미 존재하는 앞유리 유체 탱크이고, 워터 레벨 센서(105)는 자동차의 앞유리 유체 탱크에 이미 존재하는 앞유리 유체 레벨 센서인, 시스템.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템은 자동차 배터리(211)에 의해 전력을 공급받도록 구성된, 시스템.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시스템은 부가로 상기 엔진의 예열 플러그를 대체하는 점화 플러그(301) 및 점화 코일(302)을 포함하고, 상기 전자 제어 유닛(101)은 상기 점화 플러그(301)와 점화 코일(302)로 출력 신호를 보낼 수 있도록 점화 플러그(301) 및 점화 코일(302)과 전기적으로 연결되고; 여기서 전자 제어 유닛(101)은 부가로 엔진의 캠축(303) 및 엔진의 크랭크축(304)과 전기적으로 연결되어 캠축(303) 및 크랭크축(304)으로부터 신호를 수신하고 판독할 수 있는, 시스템.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 디젤 커먼-레일 엔진을 작동하기 위한 가스 변환기 시스템을 설치하기 위한 키트로서, 상기 키트는: 전자 제어 시스템(101); 워터 레벨 센서(105) 및 초음파 변환기(106)를 구비하는 혼합기(104); 워터 펌프(103) 및 가스 펌프(102)를 포함하며; 상기 초음파 변환기(106)는 수증기 및 알칸 가스 혼합물을 생성하도록 구성되고; 혼합기(104)는 2개의 구획부, 즉 상부 구획부(104') 및 하부 구획부(104")를 구비하고, 상부 구획부(104') 및 하부 구획부(104")의 분리 수단은 역류 방지 밸브(109)를 포함하여, 하부 구획부(104")로부터의 수증기가 역류 방지 밸브(109)를 통해 상부 구획부(104')로 통과하고 그리고 액체 물이 상부 구획부(104')로 흐르는 것을 방지하도록 구성되고; 혼합기(104)의 상부 구획부(104')는 엔진 흡기 매니폴드(205)와 작동 가능하게 연결되도록 구성된 출구(108)를 포함하고; 알칸 가스 펌프(102)의 출구는 혼합기(104)의 상부 구획부(104')와 작동 가능하게 연결되게 구성되고, 워터 펌프(103)의 출구는 혼합기(104)의 하부 구획부(104")와 작동 가능하게 연결되도록 구성되며, 여기서 초음파 변환기(106)는 혼합기(104)의 하부 구획부(104")에 적어도 부분적으로 배치된, 키트.
- 제8항에 있어서, 상기 키트는 부가로 점화 플러그(301) 및 점화 코일(302)을 포함하는, 키트.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 가스 초음파 변환기 시스템을 사용하여, 디젤 커먼-레일 엔진을 작동시키는 방법으로, 상기 방법은: (i) 전자 제어 유닛(101)을 사용하여 커먼-레일(201)의 압력 신호를 수집하는 단계; (ⅱ) 전자 제어 유닛(101)을 사용하여 가속 페달 블록(202)으로부터 가속 페달 신호를 수집하는 단계; (ⅲ) 전자 제어 유닛(101)을 사용하여 공기 유량계 센서(204)로부터 공기 유량 신호를 수집하고 람다 센서(214)로부터 람다 신호를 수집하는 단계; (ⅳ) 이전 단계에서 수집된, 커먼 레일 압력 신호, 가속 페달 신호, 공기 유량 신호 및 람다 신호를 기반으로 전자 제어 유닛(101)을 사용하여, 수증기 및 가스 혼합물을 계산하는 단계; (v) 전자 제어 유닛(101)을 사용하여 가스 펌프(102)와 워터 펌프(103)에 신호를 보내서 미리 설정된 물의 양과 계산된 가스의 양을 혼합기(104)에 분사하는 단계; (ⅵ) 전자 제어 유닛(101)을 사용하여 수증기와 가스 혼합물을 생성하기 위해 초음파 변환기(106)에 신호를 보내는 단계; (ⅶ) 생성된 수증기 및 가스 혼합물을 혼합기(104)의 출구(108)를 통해 엔진 흡기 매니폴드(205)로 이송하는 단계를 포함하는, 방법.
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