KR20230047428A - 물 분사를 가진 스플릿 사이클 내연기관 - Google Patents

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롭 모건
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돌핀 엔투 리미티드
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Abstract

스플릿 사이클 내연기관은 연소 실린더, 및 연소를 위해 연소 실린더에 압축된 작동 유체를 제공하기 위해 공기를 수용하고 공기를 압축하도록 배열된 압축 실린더를 포함한다. 압축 실린더는 물 저장조에 결합된다. 엔진은, 엔진 및/또는 엔진과 관련된 유체와 관련된 적어도 하나의 파라미터의 표시를 수신하고, 적어도 하나의 표시에 기초하여 압축 실린더로 전달되는 물의 전달 질량을 제어하여서, 압축 행정의 끝에서 압축된 작동 유체에서의 물의 총 질량이 임계 물 농도 레벨보다 낮은 압축된 작동 유체에서의 물 농도 레벨을 초래하도록 배열된 컨트롤러를 추가로 포함한다.

Description

물 분사를 가진 스플릿 사이클 내연기관
본 개시내용은 스플릿 사이클 내연기관 및 그 작동 방법에 관한 것이다.
스플릿 사이클 내연기관에서, 공기를 포함하는 작동 유체는 제1 압축 실린더에서 압축되어 제2 연소 실린더에 제공되며, 여기서 연료가 분사되고, 연료와 고압 유체의 혼합물은 구동을 위해 연소된다. 열역학적 이점은 이러한 방식으로 압축 및 팽창/연소 과정을 분리하는 것에 의해 유도될 수 있다. WO 2010/067080은 스플릿 사이클 엔진 및 관련 열역학적 이점을 설명한다.
가스 터빈 또는 내연기관과 같은 화력 사이클(thermal power cycle)의 제1 단계는 작동 유체의 압축을 수반한다. 가스 터빈의 경우에, 일반적으로 20 내지 25 bar, 디젤 사이클 내연기관에 대해 100 bar까지의 압축을 수반한다. 결과적인 압축 작업은 사실상 사이클에서의 기생 부하이며, 유용한 순수 사이클 작업을 계산하기 위해 사이클의 팽창 스테이지 동안 복구된 작업으로부터 감산되어야 한다. 압축 과정은 단열에 가깝고, 연소 과정을 통해 열의 추가 전에 상당한 충전 가열(charge heating)을 초래한다.
본 발명의 양태는 독립항에서 제시된 바와 같고, 선택적인 특징은 종속항에서 제시된 바와 같다. 본 발명의 양태들은 서로 협력하여 제공될 수 있고, 하나의 양태의 특징은 다른 양태에 적용될 수 있다.
본 개시내용은 물과 같은 냉각제가 압축 행정에 의해 유발되는 온도 상승을 제한하기 위해 압축 행정 동안 압축 실린더 내로 제어된 방식으로 전달되는 스플릿 사이클 엔진에 관한 것이다. 압축 실린더로 전달되는 물의 질량(및 선택적으로 온도, 기간 및 타이밍)은, 물이 현열과 잠열 모두를 통해 온도 상승을 흡수하고, 작동 유체가 여전히 연소 실린더에서 연소를 지속할 수 있도록 선택될 수 있는 임계 농도 레벨보다 낮은 물 농도 레벨을 전달되는 물의 총 질량이 초래하도록 제어된다.
물이 본 개시내용의 많은 예들 전체에 걸쳐 냉각제인 것으로 기술되지만, 액화 이산화탄소(예를 들어, 냉동 과정을 통해 및/또는 압력 하에서 액화된) 또는 액체 암모니아와 같은 다른 유체가 물 대신에 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 물이 사용되는 경우, 물은 통상적인 수돗물일 수 있거나 또는 증류수 및/또는 탈이온수일 수 있음을 이해할 것이다.
본 발명의 경우에, 발명자들은 압축 작업이 상당히 감소되어, 압축 동안 열이 제거되면 주어진 질량의 작동 유체에 대해 사이클로부터의 동력 출력을 잠재적으로 증가시킬 수 있고, 이러한 열이 압축 행정 동안 압축 실린더에 물을 전달하는 것에 의해 제거될 수 있다는 것을 발견했다. 또한, 발명자들은 대부분의 물이 기체상으로 증발하도록 전달되는 물의 질량을 제어하고, 물이 현열 및 잠열 모두를 통해 열을 흡수할 수 있는 방식으로 물을 전달하는 것에 의해(예를 들어 전달되는 압력에 대해 물의 비등점보다 낮지만 비등점에 가까운 온도에서 물을 전달하는 것에 의해), 압축 작업이 상당히 감소될 수 있고(예를 들어, 현열을 통한 흡수만을 의존하는 것 이상). 압축된 작동 유체가 사전에 압축된 작동 유체로부터 냉각제(물)를 제거함이 없이 여전히 연소를 지속할 수 있다는 것을 놀랍게도 발견하였다.
따라서, 본 개시내용의 제1 양태에서, 연소 피스톤을 수용하는 연소 실린더 및 압축 피스톤을 수용하고, 공기를 수용하고 연소를 위해 압축된 작동 유체를 연소 실린더에 제공하기 위해 공기를 압축하도록 배열된 압축 실린더를 포함하고, 압축 실린더가 물 저장조에 결합되는 스플릿 사이클 내연기관이 제공된다. 스플릿 사이클 내연기관은 또한 엔진 및/또는 상기 엔진과 관련된 유체와 관련된 적어도 하나의 파라미터의 표시를 수신하고, 물의 적어도 일부, 일부 예에서 대부분(일부 예에서 실질적으로 전부)이 압축 행정 동안 기체상으로 증발하도록 압축 행정에 의해 유발된 온도 상승을 압축 행정 동안 물이 현열 및 잠열을 통해 흡수하고, 압축 행정에 의해 유발된 온도 상승이 물에 의한 열의 흡수에 의해 제한되도록 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여 저장조로부터 압축 실린더로 전달되는 물의 전달 질량(delivery of the mass of water)을 제어하도록 배열되는 컨트롤러를 포함한다. 컨트롤러는 물의 전달 질량을 제어하도록 구성되어서, 압축 행정의 끝에서 압축된 작동 유체에서의 물의 총 질량은 임계 물 농도 레벨보다 낮은 압축된 작동 유체에서의 물 농도의 레벨을 초래한다.
압축 행정의 끝에서 압축된 작동 유체에서의 물의 총 질량은 액체 및 기체 형태 모두의 물을 모두 포함한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러나, 다른 예에서, 컨트롤러는 압축 행정의 끝에서 압축된 작동 유체에서의 액체 물의 질량이 임계(액체) 물 농도 레벨보다 낮도록 물의 전달 질량을 제어할 수 있다. 임계 물 농도 레벨은 연소 실린더에서 연소를 지속할 수 있는 압축된 작동 유체에서의 물의 최대 농도에 기초하여 결정될 수 있다.
적어도 하나의 파라미터의 표시는 연소 실린더 및/또는 연소 실린더와 관련된 유체의 온도, 예를 들어 연소 실린더로부터 방출되는 배기 가스의 온도의 표시를 포함할 수 있다.
압축 실린더는 배출 포트를 포함할 수 있고, 연소 실린더는 압축된 유체를 수용하기 위해 복열 장치를 통해 압축 실린더의 배출 포트에 결합된 유입 포트를 포함하며, 복열 장치는 연소 실린더로 전달되는 압축된 유체의 온도를 상승시키도록 배열되며, 적어도 하나의 파라미터의 표시는 복열 장치에 있는 유체의 (i) 온도, (ⅱ) 압력, 및 (ⅲ) 산소 농도 중 적어도 하나를 포함한다. 복열 장치는 작업 온도를 상승시키고 및/또는 이를 보다 능동적으로 제어하도록(예를 들어, 작동 온도를 상승 및/또는 하강시키는 것 모두를 통해) 작동 가능할 수 있다. 적어도 하나의 파라미터의 표시가 온도를 포함하면, 이것은 복열 장치 입구(즉, 압축 실린더로부터 압축된 작동 유체를 수용하는 입구)의 온도일 수 있다. 컨트롤러는 또한 복열 장치에서 압축된 작동 유체의 온도를 제어하기 위해 복열 장치로의 물의 전달을 제어하도록 구성될 수 있으며, 이러한 것은 직접적으로(예를 들어, 복열 장치로의 직접 전달을 통해) 및/또는 복열 장치에 의해 더 많은 물이 수용되도록 압축 실린더에 과량의 물을 전달하는 것에 의한 것일 수 있다.
적어도 하나의 파라미터의 표시는 추가적으로 또는 대안적으로 엔진의 원하는 동력 출력을 포함할 수 있다. 이것은 예를 들어 가스 페달의 함몰 및/또는 연료 수요에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 연소 실린더에 있는 압축된 작동 유체로 전달될 연료의 양에 기초하여(예를 들어, 이에 비례하여) 전달될 물의 질량을 제어할 수 있다.
적어도 하나의 파라미터의 표시는 추가적으로 또는 대안적으로 엔진 또는 엔진 내의 유체와 관련된 산소 농도를 포함할 수 있다.
일부 예에서, 적어도 하나의 파라미터의 표시는 (i) 압축 실린더로 전달되는 물의 온도, (ⅱ) 압축 실린더로 전달되는 공기의 온도, (ⅲ) 압축 실린더로 전달되는 공기의 습도, 및 (ⅳ) 주변 공기 압력 중 적어도 하나를 포함한다. 예를 들어, 주변 공기 압력이 보다 낮으면, 공기는 더 건조할 수 있으며, 그래서 컨트롤러는 상대적으로 더 많은 물이 작동 유체에 의해 흡수될 수 있고 연소가 여전히 하류 연소 실린더에서 유지될 수 있다고 결정할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 압축 실린더에 유입되는 공기의 물 운반 가능성(water carrying potential)을 결정하고, 물 운반 가능성에 기초하여 전달될 물의 질량을 결정하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 컨트롤러는 예를 들어 공기를 능동적으로 가열 및/또는 냉각하기 위해 가열 및/또는 냉각 수단을 제어하는 것에 의해 선택된 범위 내에 있도록 공기의 습도를 능동적으로 제어하기 위해 구성될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 습도가 선택된 임계 습도(임계 습도는 주변 공기 압력에 기초할 수 있음)보다 높으면 공기를 건조시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 공기는 습도를 선택된 임계 습도 이하로 낮추기 위해 냉각될 수 있다. 이것의 장점은 더 차가운 공기가 밀도가 더 높아 작동 유체의 충전을 향상시킬 수 있다는 것이다.
일부 예에서, 컨트롤러는 연소 실린더에 있는 압축된 작동 유체에서의 물의 질량이 최대 연소 물 농도 레벨보다 낮은 물 농도의 레벨을 가지는 물의 전달을 제어하도록 구성되며, 최대 연소 물 농도 레벨은, 연소를 지속할 수 있고 그 이상에서는 연소 발생을 방지할 수 있는 압축된 작동 유체에서의 물의 최대 농도이다.
컨트롤러는 압축 실린더로 전달되는 물의 온도를 제어하기 위해 가열 수단을 작동시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 물이 전달되는 압력에 대해 물의 비등점보다 낮게(및/또는 선택된 범위 내) 있도록 전달된 물의 온도를 제어하기 위해 구성될 수 있다. 가열 수단은 예를 들어 열교환기를 포함할 수 있고, 차량의 라디에이터/HVAC(난방 환기 및 공조) 시스템에 결합될 수 있다. 일부 예에서, 가열 수단은 2개의 가열 수단을 포함할 수 있으며, 하나는 물 탱크 또는 저장조를 첫 번째 선택된 온도로 가열하기 위한 것이고, 다른 하나는 압축 실린더로 전달하기 위해 두 번째 더 높은 온도까지 물을 가열하기 위한 것이다.
일부 예에서, 컨트롤러는 전달된 물이 압축 실린더로 전달되는 순간부터 비등하는데 걸리는 시간을 결정하도록 구성된다. 이러한 예에서, 컨트롤러는 전달된 물이 비등하는데 걸린 결정된 시간이 선택된 물 비등 시간 범위 내에 있도록 전달된 물의 온도를 제어하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러는 예를 들어 압력, 습도 및 온도와 같은 파라미터 사이의 알려진 관계를 나열할 수 있는 룩업 테이블(LUT)을 참조하여 전달된 물이 비등하는데 걸리는 시간을 결정할 수 있다.
컨트롤러는 (i) 전달된 물의 결정된 질량, 및 (ⅱ) 엔진 또는 엔진 내의 유체와 관련된 파라미터의 표시 중 적어도 하나에 기초하여 압축 실린더로 전달된 물의 압력을 제어하도록 구성될 수 있다. 압력을 제어하기 위해 사용되는 파라미터의 표시는 전달될 물의 질량을 결정하기 위해 사용되는 동일한 파라미터일 수 있거나, 또는 압력을 제어하기 위해 사용되는 파라미터의 표시는 다른 파라미터일 수 있음을 이해할 것이다.
일부 예에서, 컨트롤러는 압축 실린더로 전달되는 물의 액적 크기의 범위를 제어하도록 구성된다. 액적 크기의 범위는 예를 들어 액적 크기가 압축 실린더를 통해 투사되는 정도를 변경하고, 이에 의해 압축 실린더의 체적 전체에 걸쳐 물과 공기의 향상된 혼합을 달성하도록 제어될 수 있다. 액적 크기의 범위는 결정된 질량, 압력 및/또는 전달 기간의 함수로서 제어될 수 있다. 예를 들어, 액적 크기의 범위는 전달 기간의 함수로서 역으로 변할 수 있어서, 더 짧은 전달에 대해, 액적은 액적이 평균적으로 더 작을 수 있는 더 긴 전달 기간보다 평균적으로 더 크다.
컨트롤러는 (i) 전달된 물의 결정된 질량, 및 (ⅱ) 엔진 또는 엔진 내의 유체와 관련된 파라미터의 표시 중 적어도 하나에 기초하여 압축 실린더로의 물 전달 기간을 제어하도록 구성될 수 있다. 압력을 제어하기 위해 사용되는 파라미터의 표시는 질량을 결정하기 위해 사용되는 동일한 파라미터일 수 있거나, 또는 압력을 제어하기 위해 사용되는 파라미터의 표시는 다른 파라미터일 수 있음을 이해할 것이다.
컨트롤러는 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여 압축 사이클 동안 압축 피스톤의 크랭크 각도에 대한 물 전달의 타이밍을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 전달되는 물의 온도 및/또는 공기 온도에 기초하여 물 전달의 타이밍을 제어하도록 구성될 수 있다(예를 들어, 물 및/또는 들어오는 공기가 더 차갑다면, 물은 BDC에 더 가깝게 분사되며, 물 및/또는 들어오는 공기가 더 따뜻하면, 물은 TDC에 더 가깝게 분사된다). 예를 들어, 엔진이 정지 후 바로 시동되면, 가열 수단(존재하는 경우)은 초기에 선택된 온도까지 물을 가열하는데 효과적이지 않을 수 있으며, 그래서 컨트롤러는 이에 따라 물 전달의 타이밍을 변경할 수 있다.
압축 실린더는 공기를 실린더로 흡인하기 위한 입구와, 압축된 작동 유체를 압축 실린더 밖으로 배출하기 위한 출구를 포함할 수 있으며, 압축 실린더는 물을 압축 실린더로 전달하기 위해 입구와 출구 사이에 위치된 인젝터를 포함한다. 인젝터는 압축 피스톤의 작업 표면 반대편의 압축 실린더의 면에 위치될 수 있다. 일부 예에서, 압축 실린더는 한 쌍의 인젝터를 포함한다.
연소 실린더는 연료 저장조에 결합될 수 있고, 컨트롤러는 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여 연소 실린더로의 연료의 전달을 제어하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러는 압축 실린더로 전달되는 물의 질량에 기초하여 연료의 전달을 제어하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 컨트롤러는 전달된 연료 대 전달된 물의 비율이 선택된 범위 내에 있도록 연료 및 물의 전달을 제어하도록 구성된다. 일부 예에서, 컨트롤러는 전달된 연료 대 전달된 물의 비율이 실질적으로 일정하도록 연료 및 물의 전달을 제어하도록 구성된다.
일부 예에서, 컨트롤러는 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여 압축 실린더로 전달되는 물의 질량을 제어하도록 구성되어서:
적어도 하나의 파라미터의 표시가 파라미터에 대한 목표 값보다 작을 때, 컨트롤러는 압축 실린더로 어떠한 물도 전달되지 않도록 구성되고;
적어도 하나의 파라미터의 표시가 파라미터에 대한 목표 값보다 크거나 같을 때, 컨트롤러는 물이 압축 행정 동안 기체상으로 증발하도록 압축 행정에 의해 유발된 온도 상승을 압축 행정 동안 물이 현열 및 잠열을 통해 흡수하고, 압축 행정에 의해 유발된 온도 상승이 물에 의한 열의 흡수에 의해 제한되도록 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여 저장조로부터 압축 실린더로 전달되는 물의 전달 질량을 제어한다.
본 개시내용의 다른 양태에서, 연소 피스톤을 수용하는 연소 실린더 및 압축 피스톤을 수용하고, 압축된 작동 유체를 연소 실린더에 제공하도록 배열된 압축 실린더를 포함하고, 압축 실린더가 물 저장조에 결합되는 스플릿 사이클 내연기관이 제공된다. 스플릿 사이클 내연기관은 또한 연소 실린더 및/또는 연소 실린더와 관련된 유체와 관련된 적어도 하나의 파라미터의 표시를 수신하고, 표시된 파라미터에 기초하여 압축 실린더로 전달되는 물의 질량을 제어하도록 배열된 컨트롤러를 포함하여서:
표시된 파라미터가 파라미터에 대한 목표 값보다 작을 때, 컨트롤러는 압축 실린더로 어떠한 물도 공급하지 않도록 구성되며;
표시된 파라미터가 파라미터에 대한 목표 값보다 크거나 같을 때, 컨트롤러는 물이 압축 행정 동안 기체상으로 증발하도록 압축 행정에 의해 유발된 온도 상승을 압축 행정 동안 물이 현열 및 잠열을 통해 흡수하고, 압축 행정에 의해 유발된 온도 상승이 물에 의한 열의 흡수에 의해 제한되도록 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여 저장조로부터 압축 실린더로 전달되는 물의 전달 질량을 제어한다.
유리하게, 이러한 배열은 엔진이 차가울 때 예를 들어 방금 시동할 때 작동 유체를 불필요하게 냉각시키는데 물이 낭비되지 않고, 충전 밀도를 개선하도록 냉각제로서 작용하는 물의 사용을 보증하기 위해 엔진이 충분히 따뜻한 온도에서 작동할 때만 물이 사용된다는 것을 의미할 수 있다.
적어도 하나의 파라미터의 표시는 연소 실린더 및/또는 연소 실린더와 관련된 유체와 관련된 온도의 표시를 포함할 수 있고, 파라미터에 대한 목표 값은 목표 온도이다.
압축 실린더는 공기를 실린더로 흡인하기 위한 입구와, 압축된 작동 유체를 압축 실린더 밖으로 배출하기 위한 출구를 포함할 수 있으며, 압축 실린더는 물을 압축 실린더로 전달하기 위해 입구와 출구 사이에 위치된 인젝터를 포함한다. 인젝터는 압축 피스톤의 작업 표면 반대편의 압축 실린더의 면에 위치될 수 있다. 일부 예에서, 압축 실린더는 한 쌍의 인젝터를 포함한다.
연소 실린더는 연료 저장조에 결합될 수 있고, 컨트롤러는 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여 연소 실린더로의 연료의 전달을 제어하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러는 압축 실린더로 전달되는 물의 질량에 기초하여 연료의 전달을 제어하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 컨트롤러는 전달된 연료 대 전달된 물의 비율이 선택된 범위 내에 있도록 연료 및 물의 전달을 제어하도록 구성된다. 일부 예에서, 컨트롤러는 전달된 연료 대 전달된 물의 비율이 실질적으로 일정하도록 연료 및 물의 전달을 제어하도록 구성된다.
본 발명의 다른 양태에서 스플릿 사이클 내연기관을 작동시키는 방법이 제공된다. 내연기관은 연소 피스톤을 수용하는 연소 실린더 및 압축 피스톤을 수용하고, 공기를 수용하고 연소를 위해 압축된 작동 유체를 상기 연소 실린더에 제공하기 위해 공기를 압축하도록 배열된 압축 실린더를 포함하고, 압축 실린더는 물 저장조에 결합된다. 방법은 엔진 및/또는 엔진과 관련된 유체와 관련된 적어도 하나의 파라미터의 표시를 수신하고, 물의 대부분이 압축 행정 동안 기체상으로 증발하도록 압축 행정에 의해 유발된 온도 상승을 압축 행정 동안 물이 현열 및 잠열을 통해 흡수하고, 압축 행정에 의해 유발된 온도 상승이 물에 의한 열의 흡수에 의해 제한되도록 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여 저장조로부터 압축 실린더로 전달되는 물의 전달 질량을 제어하는 단계를 포함한다. 물의 전달 질량은 압축 행정의 끝에서 압축된 작동 유체에서의 물의 질량이 임계 물 농도 레벨보다 낮은 압축된 작동 유체에서의 물 농도의 레벨을 초래하도록 제어된다.
압축 행정의 끝에서 압축된 작동 유체에서의 물의 총 질량은 액체 및 기체 형태 모두의 물을 모두 포함한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러나, 다른 예에서, 방법은 압축 행정의 끝에서 압축된 작동 유체에서의 액체 물의 질량이 임계(액체) 물 농도 레벨보다 낮도록 물의 전달 질량을 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 임계 물 농도 레벨은 연소 실린더에서 연소를 지속할 수 있는 압축된 작동 유체에서의 물의 최대 농도에 기초하여 결정될 수 있다.
적어도 하나의 파라미터의 표시는 연소 실린더 및/또는 연소 실린더와 관련된 유체와 관련된 온도, 예를 들어 연소 실린더로부터 방출되는 배기 가스의 온도의 표시를 포함할 수 있다.
압축 실린더는 배출 포트를 포함할 수 있고, 연소 실린더는 압축된 유체를 수용하기 위해 복열 장치를 통해 압축 실린더의 배출 포트에 결합된 유입 포트를 포함하며, 복열 장치는 연소 실린더로 전달되는 압축된 유체의 온도를 상승시키도록 배열되며, 적어도 하나의 파라미터의 표시는 복열 장치에 있는 유체의 (i) 온도, (ⅱ) 압력, 및 (ⅲ) 산소 농도 중 적어도 하나를 포함한다. 복열 장치는 작업 온도를 상승시키고 및/또는 이를 보다 능동적으로 제어하도록 작동할 수 있다(예를 들어, 작동 온도를 상승 및/또는 하강시키는 것 모두를 통해). 적어도 하나의 파라미터의 표시가 온도를 포함하면, 이것은 복열 장치 입구(즉, 압축 실린더로부터 압축된 작동 유체를 수용하는 입구)의 온도일 수 있다. 방법은 복열 장치에서 압축된 작동 유체의 온도를 제어하기 위해 복열 장치로의 물의 전달을 제어하는 단계를 포함할 수 있으며, 이러한 것은 직접적으로(예를 들어, 복열 장치로의 직접 전달을 통해) 및/또는 복열 장치에 의해 더 많은 물이 수용되도록 압축 실린더에 과량의 물을 전달하는 것에 의한 것일 수 있다.
적어도 하나의 파라미터의 표시는 추가적으로 또는 대안적으로 엔진의 원하는 동력 출력을 포함할 수 있다. 이것은 예를 들어 가스 페달의 함몰 및/또는 연료 수요에 기초하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 방법은 연소 실린더에 있는 압축된 작동 유체로 전달될 연료의 양에 기초하여(예를 들어, 이에 비례하여) 전달될 물의 질량을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 파라미터의 표시는 추가적으로 또는 대안적으로 엔진 또는 엔진 내의 유체와 관련된 산소 농도를 포함할 수 있다.
일부 예에서, 적어도 하나의 파라미터의 표시는 (i) 압축 실린더로 전달되는 물의 온도, (ⅱ) 압축 실린더로 전달되는 공기의 온도, (ⅲ) 압축 실린더로 전달되는 공기의 습도, 및 (ⅳ) 주변 공기 압력 중 적어도 하나를 포함한다. 예를 들어, 주변 공기 압력이 보다 낮으면, 공기는 더 건조할 수 있으며, 그래서 상대적으로 더 많은 물이 작동 유체에 의해 흡수될 수 있고 연소가 여전히 하류 연소 실린더에서 유지될 수 있다고 결정할 수 있다. 예를 들어, 압축 실린더에 유입되는 공기의 물 운반 가능성이 결정될 수 있고, 따라서 전달될 물의 질량은 결정된 물 운반 가능성에 기초하여 결정될 수 있다.
일부 예에서, 방법은 연소 실린더에 있는 압축된 작동 유체에서의 물의 질량이 최대 연소 물 농도 레벨보다 낮은 물 농도의 레벨을 가지는 물의 전달을 제어하는 단계를 포함하며, 최대 연소 물 농도 레벨은, 연소를 지속할 수 있고 그 이상에서는 연소 발생을 방지할 수 있는 압축된 작동 유체에서의 물의 최대 농도이다.
일부 예에서, 방법은 압축 실린더로 전달되는 물의 온도를 제어하기 위해 가열 수단을 작동시키는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전달된 물의 온도는 물이 전달되는 압력에 대해 물의 비등점보다 낮게(및/또는 선택된 범위 내) 있도록 제어될 수 있다. 가열 수단은 예를 들어 열교환기를 포함할 수 있고, 차량의 라디에이터/HVAC(난방 환기 및 공조) 시스템에 결합될 수 있다. 일부 예에서, 가열 수단은 2개의 가열 수단을 포함할 수 있으며, 하나는 물 탱크 또는 저장조를 첫 번째 선택된 온도로 가열하기 위한 것이고, 다른 하나는 압축 실린더로 전달하기 위해 두 번째 더 높은 온도까지 물을 가열하기 위한 것이다.
일부 예에서, 방법은 전달된 물이 압축 실린더로 전달되는 순간부터 비등하는데 걸리는 시간을 결정하는 단계를 포함한다. 이러한 예에서, 방법은 전달된 물이 비등하는데 걸린 결정된 시간이 선택된 물 비등 시간 범위 내에 있도록 전달된 물의 온도를 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 예를 들어 압력, 습도 및 온도와 같은 파라미터 사이의 알려진 관계를 나열할 수 있는 룩업 테이블(LUT)을 참조하여 전달된 물이 비등하는데 걸리는 시간을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
방법은 (i) 전달된 물의 결정된 질량, 및 (ⅱ) 엔진 또는 엔진 내의 유체와 관련된 파라미터의 표시 중 적어도 하나에 기초하여 압축 실린더로 전달된 물의 압력을 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 압력을 제어하기 위해 사용되는 파라미터의 표시는 전달될 물의 질량을 결정하기 위해 사용되는 동일한 파라미터일 수 있거나, 또는 압력을 제어하기 위해 사용되는 파라미터의 표시는 다른 파라미터일 수 있음을 이해할 것이다.
일부 예에서, 방법은 압축 실린더로 전달되는 물의 액적 크기의 범위를 제어하는 단계를 포함한다. 액적 크기의 범위는 예를 들어 액적 크기가 압축 실린더를 통해 투사되는 정도를 변경하도록 제어될 수 있다. 액적 크기의 범위는 결정된 질량, 압력 및/또는 전달 기간의 함수로서 제어될 수 있다. 예를 들어, 액적 크기의 범위는 전달 기간의 함수로서 역으로 변할 수 있어서, 더 짧은 전달에 대해, 액적은 액적이 평균적으로 더 작을 수 있는 더 긴 전달 기간보다 평균적으로 더 크다.추가적으로 또는 대안적으로, 첨가제가 냉각제의 표면 장력에 영향을 미치도록 냉각제에 첨가되고, 이에 의해 액적 크기의 범위를 변경할 수 있고, 및/또는 전기장은 냉각제의 표면 장력에 영향을 미치도록 냉각제에 인가되고, 이에 의해 액적 크기의 범위를 변경할 수 있다.
방법은 (i) 전달된 물의 결정된 질량, 및 (ⅱ) 엔진 또는 엔진 내의 유체와 관련된 파라미터의 표시 중 적어도 하나에 기초하여 압축 실린더로의 물 전달 기간을 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 압력을 제어하기 위해 사용되는 파라미터의 표시는 질량을 결정하기 위해 사용되는 동일한 파라미터일 수 있거나, 또는 압력을 제어하기 위해 사용되는 파라미터의 표시는 다른 파라미터일 수 있음을 이해할 것이다.
방법은 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여 압축 사이클 동안 압축 피스톤의 크랭크 각도에 대한 물 전달의 타이밍을 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 방법은 전달되는 물의 온도 및/또는 공기 온도에 기초하여 물 전달의 타이밍을 제어하는 단계를 포함할 수 있다(예를 들어, 물 및/또는 들어오는 공기가 더 차갑다면, 물은 BDC에 더 가깝게 분사되며, 물 및/또는 들어오는 공기가 더 따뜻하면, 물은 TDC에 더 가깝게 분사된다). 예를 들어, 엔진이 정지 후 바로 시동되면, 가열 수단(존재하는 경우)은 초기에 선택된 온도까지 물을 가열하는데 효과적이지 않을 수 있으며, 그래서 컨트롤러는 이에 따라 물 전달의 타이밍을 변경할 수 있다.
압축 실린더는 공기를 실린더로 흡인하기 위한 입구와, 압축된 작동 유체를 압축 실린더 밖으로 배출하기 위한 출구를 포함할 수 있으며, 압축 실린더는 물을 압축 실린더로 전달하기 위해 입구와 출구 사이에 위치된 인젝터를 포함한다. 인젝터는 압축 피스톤의 작업 표면 반대편의 압축 실린더의 면에 위치될 수 있다. 일부 예에서, 압축 실린더는 한 쌍의 인젝터를 포함한다.
연소 실린더는 연료 저장조에 결합될 수 있고, 방법은 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여 연소 실린더로의 연료의 전달을 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 압축 실린더로 전달되는 물의 질량에 기초하여 연료의 전달을 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 연료 및 물의 전달은 전달된 연료 대 전달된 물의 비율이 선택된 범위 내에 있도록 제어된다. 일부 예에서, 연료 및 물의 전달은 전달된 연료 대 전달된 물의 비율이 실질적으로 일정하도록 제어될 수 있다.
본 개시내용의 또 다른 양태에서, 스플릿 사이클 내연기관을 작동시키는 방법이 제공되며, 스플릿 사이클 내연기관은,
연소피스톤을 수용하는 연소실린더;
압축 피스톤을 수용하고 연소 실린더에 압축된 유체를 제공하도록 배열되며, 물 저장조에 결합되는 압축 실린더를 포함하며,
방법은,
연소 실린더 및/또는 연소 실린더와 관련된 유체와 관련된 적어도 하나의 파라미터의 표시를 수신하고, 표시된 파라미터에 기초하여 압축 실린더로 전달되는 물의 질량을 제어하여서,
표시된 파라미터가 파라미터에 대한 목표 값보다 작을 때, 압축 실린더로 어떠한 물도 전달되지 않고;
표시된 파라미터가 파라미터에 대한 목표 값보다 크거나 같을 때, 물이 압축 행정 동안 기체상으로 증발하도록 압축 행정에 의해 유발된 온도 상승을 압축 행정 동안 물이 현열 및 잠열을 통해 흡수하고, 압축 행정에 의해 유발된 온도 상승이 물에 의한 열의 흡수에 의해 제한되도록 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여 저장조로부터 압축 실린더로 전달되는 물의 전달 질량이 제어되는 단계를 포함한다.
유리하게, 이러한 배열은 엔진이 차가울 때 예를 들어 방금 시동할 때 작동 유체를 불필요하게 냉각시키는데 물이 낭비되지 않고, 충전 밀도를 개선하도록 냉각제로서 작용하는 물의 사용을 보증하기 위해 엔진이 충분히 따뜻한 온도에서 작동할 때만 물이 사용된다는 것을 의미할 수 있다.
적어도 하나의 파라미터의 표시는 연소 실린더 및/또는 연소 실린더와 관련된 유체와 관련된 온도의 표시를 포함할 수 있고, 파라미터에 대한 목표 값은 목표 온도이다.
압축 실린더는 공기를 실린더로 흡인하기 위한 입구와, 압축된 작동 유체를 압축 실린더 밖으로 배출하기 위한 출구를 포함할 수 있으며, 압축 실린더는 물을 압축 실린더로 전달하기 위해 입구와 출구 사이에 위치된 인젝터를 포함한다. 인젝터는 압축 피스톤의 작업 표면 반대편의 압축 실린더의 면에 위치될 수 있다. 일부 예에서, 압축 실린더는 한 쌍의 인젝터를 포함한다.
연소 실린더는 연료 저장조에 결합될 수 있고, 방법은 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여 연소 실린더로의 연료의 전달을 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 압축 실린더로 전달되는 물의 질량에 기초하여 연료의 전달을 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 방법은 전달된 연료 대 전달된 물의 비율이 선택된 범위 내에 있도록 연료 및 물의 전달을 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 방법은 전달된 연료 대 전달된 물의 비율이 실질적으로 일정하도록 연료 및 물의 전달을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시내용의 또 다른 양태에서, 전술한 임의의 양태의 방법을 수행하기 위해 프로세서를 프로그래밍하도록 구성된 컴퓨터 프로그램 명령을 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체가 제공된다.
본 개시내용의 실시예는 이제 첨부된 도면을 참조하여 단지 예로서 설명될 것이다:
도 1은 예시적인 스플릿 사이클 내연기관 장치의 개략도를 도시하며;
도 2는 다른 예시적인 스플릿 사이클 내연기관 장치의 개략도를 도시하며;
도 3은 다른 예시적인 스플릿 사이클 내연기관 장치의 개략도를 도시하며;
도 4는 다른 예시적인 스플릿 사이클 내연기관 장치의 개략도를 도시하며;
도 5는 도 1 내지 도 4 및 도 6 중 어느 하나에 도시된 장치와 같은 스플릿 사이클 내연기관 장치를 작동시키는 방법에 대한 흐름도를 도시하며;
도 6은 또 다른 예시적인 스플릿 사이클 내연기관 장치의 일부의 단면을 도시한다.
도 1은 압축 행정 동안 물이 현열과 잠열 모두를 통해 열을 흡수하고 압축 행정의 끝에서 압축된 작동 유체에서의 물의 질량이 임계 물 농도 레벨보다 낮은 압축된 작동 유체에서의 물 농도 레벨을 초래하도록, 압축 실린더(10)로 전달되는 물의 질량을 제어하도록 배열된 스플릿 사이클 내연기관(100)의 제1 예를 도시한다.
엔진(100)은 연소 실린더 및/또는 연소 실린더와 관련된 유체와 관련된 온도의 표시와 같은 파라미터의 표시를 컨트롤러(60)에 제공하도록 배열되며, 컨트롤러(60)는 이 표시에 기초하여 압축 실린더(10)로 전달될 물의 질량을 결정한다. 컨트롤러(60)는 압축된 작동 유체에서의 물의 농도가 선택된 범위 내에 있도록 저장조(102)로부터의 물의 전달을 제어하는 피드백 루프에 기초하여 작동할 수 있다. 이러한 것은 예를 들어 NOx 화합물의 생성이 억제될 수 있도록 연소 실린더(20)에서의 연소의 온도가 제어되는 것을 가능하게 할 수 있다.
도시된 바와 같이, 도 1은 압축 실린더(10) 및 연소 실린더(20)를 포함하는 스플릿 사이클 내연기관(100) 장치를 도시한다. 압축 실린더(10)는 커넥팅 로드(52)를 통해 크랭크 샤프트(70)의 일부 상의 각각의 크랭크에 결합되는 압축 피스톤(12)을 수용한다. 연소 실린더(20)는 커넥팅 로드(54)를 통해 크랭크 샤프트(70)의 일부 상의 각각의 크랭크에 결합되는 연소 피스톤(22)을 수용한다. 압축 실린더(10)는 도시된 예에서 복열 장치(118)인 교차 통로를 통해 연소 실린더(20)에 결합되지만, 복열 장치의 존재는 선택적이라는 것이 이해될 것이다. 압축 실린더(10)는 엔진(100) 외부로부터 (선택적으로 압축 공기 공급을 수용하기 위한 터보차저(112)를 통해) 공기를 수용하기 위한 유입 포트(8), 및 복열 장치(118)에 결합된 배출 포트(9)를 포함한다. 선택적 터보차저(112)가 있는 예에서, 터보차저(112)는 연소 실린더(20)로부터의 배기 가스를 사용하여 터보차저(112)를 구동하기 위해 터빈을 구동하도록 배출 경로(136)(아래에 더 상세히 설명됨)에 결합될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 배출 포트(9)는 압축된 공기가 압축 실린더(10)로 다시 흐를 수 없도록 비복귀 밸브를 포함한다. 그러므로, 복열 장치(118)는 압축 실린더(10)로부터 압축된 작동 유체를 수용하기 위한 제1 (고압) 유입 포트(118a), 압축된 작동 유체를 연소 실린더(20)로 전달하기 위한 제1 (고압) 배출 포트(118b), 연소 실린더(20)로부터의 배기 가스를 수용하기 위한 제2 (저압) 유입 포트(118c), 및 대기로 배기 가스를 방출하기 위한 제2 (저압) 배출 포트(118d)를 포함한다.
연소 실린더(20)는 복열 장치(118)의 제1 (고압) 배출 포트(118b)에 결합되는 유입 포트(18), 및 연소 실린더(20)로부터 복열 장치(118)를 통해 배기 가스로의 배기 가스를 보내기 위해 복열 장치(118)의 제2 (저압) 유입 포트(118c)에 결합되는 배출 포트(19)를 포함한다. 이들 커플링은 복열 장치(118)를 통해 압축 실린더(10)와 연소 실린더(20) 사이의 공기를 위한 공기 유동 경로를 제공한다.
엔진(100)은 또한 도시된 예에서 액체 물을 전달하도록 구성된 물 냉각 시스템인 냉각 시스템을 포함한다. 냉각 시스템은 액체 유동 경로를 한정하는 냉각제 인젝터(14)를 통해 압축 실린더(10)에 결합된 액체 냉각제 저장조(102)를 포함하는 것으로서 도시된다(일부 예에서, 한 쌍의 냉각제 인젝터와 같은 복수의 냉각제 인젝터(14)가 있을 수 있음을 이해할 것이다). 도 1에 도시된 예에서, 냉각제 인젝터(14)는 압축 실린더(10)로 물을 전달하기 위해 입구(8)와 출구(9) 사이에 위치되고, 도 1에 도시된 예에서, 냉각제 인젝터(14)는 압축 피스톤(12)의 작업 표면 반대편의 압축 실린더(10)의 면에 위치된다. 압축 실린더(10)가 복수의 냉각제 인젝터(14)를 포함하면, 이것들은 역시 압축 피스톤(12)의 작업 표면 반대편의 압축 실린더(10)의 면에서 입구(8)와 출구(9) 사이에 위치될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 3에 도시된 예와 관련하여 설명되는 바와 같이, 냉각 시스템은 냉각제를 복열 장치(118)로 분사하기 위한 인젝터를 선택적으로 포함할 수 있을지라도, 이는 도 1에 도시되어 있지 않다.
엔진(100)은 또한 유체 유동 경로가 연료 저장조(132)와 연소 실린더(20) 사이에 한정되도록 연료 인젝터(82)를 통해 연소 실린더(20)에 결합된 연료 저장조(132)를 포함한다.
엔진(100)은 컨트롤러(60), 및 컨트롤러(60)에 결합된 적어도 하나의 센서(122)를 포함한다. 예에서, 적어도 하나의 센서(122)는 온도 센서, 압력 센서, 산소 농도 센서, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 도시된 예에서, 컨트롤러(60)는 또한 냉각제 인젝터(14), 연료 인젝터(82) 및/또는 저장조(80)에 결합된다. 도 1에 도시된 예에서, 컨트롤러(60)는 또한 압축 실린더(10) 및/또는 연소 실린더(20)로/로부터 작동 유체의 전달 및 배출을 제어하기 위해 압축 실린더(10)의 유입 포트(8) 및 압축 실린더(10)의 배출 포트(9)(뿐만 아니라 인젝터(14)), 연소 실린더(20)의 유입 포트(18) 및 연소 실린더(20)의 배출 포트(19)에 결합된다.
도시된 센서(122)는 단지 예시일 뿐이며 상이한 개수의 센서가 있을 수 있거나 또는 상이한 위치에 배치될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 도 1에 도시된 예에서, 센서(122)는 복열 장치(118)의 고압 유입 포트(118a)에 위치되고, 작동 유체가 압축 실린더 출구(9)로부터 복열 장치(118)로 이동함에 따라서 작동 유체의 파라미터를 결정하도록 구성된다. 센서(122)는 물리적인 와이어를 통해 컨트롤러(60)에 결합될 수 있거나 무선으로 연결될 수 있다. 그러나, 엔진(100)이 추가적인 또는 대안적인 센서를 포함할 수 있다는 것도 이해될 것이다. 예를 들어, 복열 장치(118)의 다른 포트(118b, 118c, 118d)는 센서를 가질 수 있고, 및/또는 유체가 복열 장치(118)를 통해 흐름에 따라서 유체의 파라미터를 모니터링하도록 구성된 센서가 있을 수 있다. 일부 예에서, 유입 포트(8)는 온도 센서를 포함할 수 있고, 및/또는 압축 실린더(10) 내에 압축 센서(11)가 있을 수 있다. 예를 들어, 추가적으로 또는 대안적으로, 공기 유입 포트(8)에 근접하여 또는 냉각제 인젝터(14)에 근접하여 장착된 센서, 및/또는 연소 실린더(20)의 배출 포트(19) 하류의 배기 센서가 있을 수 있다. 일부 예에서, 액체 냉각제 저장조(102)는 또한 예를 들어 저장조(102)에 수용된 액체의 질량 및/또는 온도와 같은 양을 측정하기 위한 센서를 포함할 수 있다.
엔진(100)은 공기가 압축 실린더(10)의 유입 포트(8)를 통해 압축 실린더(10)로 흡인되도록 배열된다. 공기는 압축 실린더(10)에 들어가기 전에 터보차저를 통해 압축되고 및/또는 인터쿨러를 통해 냉각될 수 있다. 압축 피스톤(12)은 압축된 작동 유체를 생성하기 위해 이러한 공기를 압축하도록 배열되고, 압축 위상 동안, 물과 같은 액체 냉각제는 압축 실린더(10)에 추가될 수 있다. 압축 실린더 배출 포트(9)와 연소 실린더 유입 포트(18) 사이의 경로(120)를 따라서, 압축된 작동 유체는 복열 장치(118)를 통과한다. 복열 장치(118)는 제1 (고압) 유입 포트(118a)를 통해 실린더의 배출 포트(9)로부터 압축된 작동 유체를 수용하고, 제1 (고압) 배출 포트(118b)로부터 연소 실린더 유입 포트(18)를 통해 연소 실린더(20)로 전달하도록 배열된다. 복열 장치(118)는 배출 경로(136)를 따라서 배기 출구(도시되지 않음)로 전달되는, 연소 실린더 배출 포트(19)로부터의 배기 가스에 의해 가열되도록 작동 가능하고, 이와 같이 복열 장치(118)는 연소 실린더(20)로 전달되는 압축된 유체의 온도를 상승시키도록 배열될 수 있다. 그러나, 일부 예에서, 복열 장치(118)는 추가적으로 또는 대안적으로 연소 실린더(20)로 전달되는 압축된 유체의 온도를 낮추도록 배열될 수 있고, 그래서 복열 장치(118)는 일부 예에서 예를 들어 선택된 범위 내에서 압축된 유체의 온도를 유지하기 위해 및/또는 압축된 유체의 온도를 선택된 임계 온도보다 낮게 유지하기 위해 연소 실린더(20)로 전달되는 압축된 유체의 온도를 제어하도록 구성될 수 있음을 이해할 것이다. 이러한 것은 연소 실린더(20)에서 NOx 형성을 감소시키고 및/또는 복열 장치(118)에 대한 재료 손상이 발생하는 것을 방지하는 것을 도울 수 있다.
엔진(100)은 연료 저장조(132)로부터의 연료를 연료 인젝터(82)를 통해 연소 실린더(20)에서의 작동 유체에 추가하고, 크랭크 샤프트(70)의 회전을 통해 유용한 작업을 추출하기 위해 연료와 작동 유체의 혼합물을 연소시키도록(예를 들어, 도시되지 않은 점화원의 작동을 통해) 배열된다.
센서(122)는 엔진(100) 및/또는 엔진과 관련된 유체와 관련된 적어도 하나의 파라미터의 표시를 제공하는 적어도 하나의 신호를 컨트롤러(60)에 전송하도록 구성된다. 일부 예에서, 적어도 하나의 파라미터의 표시는 복열 장치(118)에 있는 유체의 (i) 온도, (ⅱ) 압력, 및 (ⅲ) 산소 농도 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
컨트롤러(60)는 엔진(100) 및/또는 엔진과 관련된 유체와 관련된 적어도 하나의 파라미터의 표시를 수신하도록 배열되고, 물의 적어도 일부, 일반적으로 대부분(선택적으로 전부)이 압축 행정 동안 기체상으로 증발하도록 압축 행정에 의해 유발된 온도 상승을 압축 행정 동안 물이 현열 및 잠열을 통해 흡수하고, 압축 행정에 의해 유발된 온도 상승이 물에 의한 열의 흡수에 의해 제한되도록 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여 저장조(102)로부터 압축 실린더(10)로 전달되는 물의 전달 질량을 제어한다. 또한, 컨트롤러(60)는 물의 전달 질량을 제어하도록 구성되어서, 압축 행정의 끝에서 압축된 작동 유체에서의 물의 질량은 임계 물 농도 레벨보다 낮은 압축된 작동 유체에서의 물 농도의 레벨을 초래한다. 임계 물 농도 레벨은 연소 실린더(20)에서 연소를 지속할 수 있는 압축된 작동 유체에서의 물의 최대 농도에 기초하여 결정될 수 있다.
물이 현열 및 잠열 모두를 통해 압축 행정에 의해 유발된 온도 상승을 흡수하는 것을 보장하기 위해, 컨트롤러(60)는 물이 전달되는 압력에 대해 물의 비등점보다 낮도록 전달된 물의 온도를 제어하기 위해 구성될 수 있다. 이러한 것은 잠열을 통해 열을 흡수하고 비등하기 전에 (현열을 통해) 물의 온도가 통과할 수 있는 "방(room)" 또는 선택된 온도 범위가 있다는 것을 의미한다. 도 2를 참조하여 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 일부 예에서, 엔진(100)은 물을 압축 실린더(10)로 전달하기 전에 물을 가열하기 위한 수단을 추가로 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 예에서, 센서(122)는 압축 실린더 및/또는 압축 실린더와 관련된 유체와 관련된 온도의 표시를 제공하도록 구성되며, 도 1에 도시된 예에서, 이 온도는 복열 장치(118)의 제1 (고압) 유입 포트(118a) 내로 유동하는 작동 유체의 온도이다. 이 센서(122)는 압축된 작동 유체의 온도를 감지하고 감지된 온도 데이터를 컨트롤러(60)에 다시 보고하도록 동작 가능하다. 컨트롤러(60)는 이러한 온도 데이터를 수신하고, 수신된 온도 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여 냉각제 인젝터(14)를 통해 압축 실린더(10)로 전달되는 물의 전달 질량을 제어하도록 배열된다.
연료 저장조(132) 및/또는 연료 인젝터(82)는 컨트롤러(60)가 연소 실린더(20)로의 연료의 전달을 제어하기 위해 작동 가능하도록 컨트롤러(60)에 결합된다. 일부 예에서, 컨트롤러(60)는 분사될 연료의 양을 결정하도록 구성된다. 이러한 것은 압축 실린더(10)로 전달되는 물의 질량 및/또는 엔진(100)의 적어도 하나의 파라미터의 수신된 표시에 기초할 수 있으며, 예를 들어 이러한 것은 압축 실린더(10)로 전달되는 물의 질량을 결정하기 위해 사용되는 동일한 파라미터일 수 있거나, 또는 다른 파라미터일 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(60)는 (예를 들어 배출 경로(136)에 결합된) 배기 센서로부터 수신된 신호를 통해 적어도 하나의 파라미터의 표시를 획득하도록 구성될 수 있다. 일부 예에서, 파라미터의 조합이 사용될 수 있다. 일부 예에서, 컨트롤러(60)는 예를 들어 전달된 연료 대 전달된 물의 비율이 선택된 범위 내에 있도록 압축 실린더(10)로 전달된 물의 질량에 기초하여 연료의 전달을 제어하도록 구성된다(예를 들어, 선택된 범위는 연료 대 물의 비율이 실질적으로 일정하도록 할 수 있다).
도 1에 도시된 예에서, 컨트롤러(60)는 또한 압축 실린더(10)의 유입 포트(8) 및 압축 실린더의 배출 포트(9)(뿐만 아니라 인젝터(14))에 결합되며, 압축 실린더(10)로의 공기의 유입, 압축 실린더(10)로의 물의 전달, 복열 장치(118)로의 압축된 작동 유체의 배출의 타이밍을 제어하도록 작동 가능하다. 컨트롤러(60)는 압축 실린더(10), 복열 장치(118) 및/또는 연소 실린더(20) 및/또는 이러한 것들과 관련된 유체와 관련된 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여 압축 실린더(10)로의 공기의 유입, 압축 실린더(10)로의 물의 전달, 및 복열 장치(118)로의 압축된 작동 유체의 배출의 타이밍을 제어하도록 작동 가능할 수 있다. 적어도 하나의 파라미터의 이러한 표시는 압축 실린더(10)로 전달될 물의 질량을 결정하는 데 사용되는 동일한 파라미터 및/또는 다른 파라미터일 수 있다. 일부 예에서, 파라미터의 조합이 사용될 수 있다.
도 1에 도시된 예에서, 컨트롤러(60)는 또한 연소 실린더(20)로/로부터 작동 유체의 전달 및 배출을 제어하도록 연소 실린더(20)의 유입 포트(18) 및 배출 포트(19)에 결합된다. 컨트롤러(60)는 압축 실린더(10), 복열 장치(118) 및/또는 연소 실린더(20), 및/또는 이것들과 관련된 유체와 관련된 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여 연소 실린더(20)로의 작동 유체의 유입, 연소 실린더(20)로의 연료의 전달 및 작동 유체의 배출의 타이밍을 제어하도록 작동 가능할 수 있다. 컨트롤러(60)는 압축 실린더(10), 복열 장치(118) 및/또는 연소 실린더(20), 및/또는 이것들과 관련된 유체와 관련된 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여 연소 실린더(20)로의 압축된 작동 유체의 유입, 연소 실린더(20)로의 연료의 전달 및 배출 경로(136)로의 배기 가스의 배출의 타이밍을 제어하도록 작동 가능할 수 있다. 적어도 하나의 파라미터의 이러한 표시는 압축 실린더(10)로 전달될 물의 질량을 결정하는데 사용되는 동일한 파라미터 및/또는 다른 파라미터일 수 있다. 일부 예에서 파라미터의 조합이 사용될 수 있다.
작동시에, 컨트롤러(60)는 엔진(100) 및/또는 엔진과 관련된 유체와 관련된 적어도 하나의 파라미터의 표시를 수신한다. 표시는 도 1에 도시된 센서(122)와 같은 적어도 하나의 센서로부터 수신된 신호로서 수신된다.
엔진(100) 및/또는 엔진과 관련된 유체와 관련된 적어도 하나의 파라미터의 이러한 수신된 표시에 기초하여, 컨트롤러(60)는 압축 실린더(10)로 전달할 물의 질량을 결정한다. 컨트롤러(60)는 압축 행정의 끝에서 압축된 작동 유체에서의 물의 질량이 임계 물 농도 레벨보다 낮은 압축된 작동 유체에서의 물 농도의 레벨을 초래하도록 이러한 결정을 내린다. 이러한 것은 압축 실린더(10)로부터 배출된 압축된 작동 유체가 연소 실린더(20)로 공급될 때 여전히 연소를 지속할 수 있도록 하기 위함일 수 있다.
그러므로, 컨트롤러(60)는 물의 대부분이 압축 행정 동안 기체상으로 증발하도록 압축 행정에 의해 유발된 온도 상승을 압축 행정 동안 물이 현열 및 잠열을 통해 흡수하고, 압축 행정에 의해 유발된 온도 상승이 물에 의한 열의 흡수에 의해 제한되도록 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여 저장조(102)로부터 압축 실린더(10)로 전달되는 물의 전달 질량을 제어한다. 물의 전달 질량은 압축 행정의 끝에서 압축된 작동 유체에서의 물의 질량이 임계 물 농도 레벨보다 낮은 압축된 작동 유체에서의 물 농도 레벨을 초래하도록 컨트롤러(60)에 의해 제어된다.
압축 행정의 끝에서, 액체 물과 수증기의 혼합물(주로 수증기)을 포함하는 압축된 작동 유체는 압축 실린더 배출 포트(9)를 통해 복열 장치(118)의 제1 (고압) 유입 포트(118a)로 배출된다(그러나, 일부 예에서, 압축된 작동 유체는 수증기만 포함할 수 있고 일부 예에서 물을 전혀 포함하지 않을 수 있다는 것을 이해할 것이다). 압축된 작동 유체는 가열되어서(일부 예에서, 압축된 작동 유체가 선택된 임계 온도보다 따뜻한 경우와 같이 냉각될 수 있을지라도), 그 온도가 상승하고, 그런 다음 복열 장치(118)의 제1 (고압) 배출 포트(118b)를 통해 배출된다. 가열된 압축 작동 유체는 경로(120)를 통하고 연소 실린더 유입 포트(18)를 경유하여 연소 실린더(20)로 공급된다. 가열된 압축 작동 유체는 연소되고 유용한 작업이 추출된다.
연소가 연소 실린더(20)에서 발생한 후, 배기 가스는 연소 실린더 배출 포트(19)를 통해 연소 실린더(20)를 떠나, 복열 장치(118)와 열 연통하는 배출 경로(136)를 따라서 이동하여, 압축 실린더 배출 포트(9)와 연소 실린더 유입 포트(18) 사이의 경로(120)를 따라 이동하는 압축된 유체를 가열한다.
전술한 바와 같이, 일부 예에서, 엔진(100)은 물을 압축 실린더(10)로 전달하기 전에 물을 가열하기 위한 수단을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 예에서, 컨트롤러(60)는 압축 실린더(10)로 전달되는 물의 온도를 제어하기 위해 가열 수단을 작동시키도록 구성될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 2에 도시된 예시적인 엔진(200)은 많은 면에서 도 1에 도시된 예시적인 엔진(100)과 유사하다. 그러나, 도 2에 도시된 예는 선택적인 저장조 히터(103) 및 선택적인 예열기(104)를 추가로 도시한다. 도 2에 도시된 예에서, 저장조 히터(103)는 냉각제 저장조(102)에 결합되어 냉각제 저장조(102) 내의 액체(이 예에서는 물)를 가열한다. 예열기(104)는 액체 냉각제가 냉각제 인젝터(104)로 흐름에 따라서 액체 냉각제를 가열하기 위해, 냉각제 인젝터(14)에 바로 인접하여, 저장조(102)와 냉각제 인젝터(14) 사이의 액체 냉각제의 유동 경로에 결합된다. 저장조 히터(103) 및 예열기(104) 모두가 도 2에 도시되어 있을지라도, 히터(130, 104) 중 하나 또는 둘 모두 존재하지 않을 수 있다는 것을 이해할 것이다.
저장조 히터(103)는 예를 들어 물이 따뜻하지만(예를 들어 30℃ 이상) 뜨겁지 않도록 첫 번째 선택된 임계 온도까지 물을 가열하도록 작동될 수 있다. 히터는 또한 엔진을 장시간 동안 사용하지 않을 때 추운 환경에서 물이 얼지 않도록 하는 역할도 할 수 있다. 저장조 히터(103)는 예를 들어 물 저장조(102)에 위치된 열교환기일 수 있고, 엔진(200), 예를 들어 차량용 난방 시스템, 복열 장치(118), 인터쿨러 등으로부터의 폐열원에 결합될 수 있다.
예열기(104)는 선택된 임계 온도 또는 선택된 온도 범위까지 물을 추가로 가열하도록 작동 가능할 수 있어서, 물은 분사되는 압력에서 물의 비등점에 가깝지만 그보다 낮은 온도에서 압축 실린더(10)로 전달된다.
도 2에 도시된 예에서, 컨트롤러(60)는 전달되는 압력에 대한 물의 비등점 보다 낮은 선택된 물 임계 온도까지 물을 가열하기 위해 두 가열 수단(103, 104)을 작동시키도록 구성된다. 컨트롤러(60)는 물이 전달되는 압력에 대해 물의 비등점의 선택된 범위 내에 있도록 물을 가열하는 것에 의해 이러한 것을 수행할 수 있다.
일부 예에서, 컨트롤러(60)는 전달된 물이 압축 실린더(10)로 전달되는 순간부터 비등하는데 걸리는 시간을 결정하고, 전달된 물이 비등하는데 걸린 결정된 시간이 선택된 물 비등 시간 내에 있도록 전달된 물의 온도를 제어하기 위해 구성된다. 컨트롤러(60)는 엔진 및/또는 엔진과 관련된 유체와 관련될 수 있는 다수의 파라미터에 기초하여, 또는 심지어 액체 냉각제의 압력, 주변 온도, 주변 압력, 주변 습도와 같은 주변 파라미터에 기초하여 이러한 것을 수행할 수 있다. 컨트롤러(60)는 하나 또는 복수의 파라미터에 기초하여, 예를 들어 이들 파라미터 사이의 공지된 관계의 룩업 테이블(LUT)을 참조하는 것에 의해 액체 냉각제를 가열하기 위해 적절한 온도를 결정하도록 구성될 수 있다.
도 2에 도시된 예는 또한 터보차저(112)와 압축 실린더(10)의 유입 포트(8) 사이에 결합된 선택적 인터쿨러(105)를 도시한다. 인터쿨러(105)는 터보차저(112)로부터 압축 실린더(10)로 공급되는 압축된 충전 공기를 냉각하도록 작동될 수 있다. 일부 예에서, 인터쿨러(105)는 압축 실린더(10)로 전달되는 물을 가열하기 위해 저장조 히터(103) 및/또는 예열기(104)에 추가로 결합될 수 있다.
일부 예에서, 컨트롤러(60)는 복열 장치(118)에 있는 압축된 작동 유체의 온도를 제어하기 위해 복열 장치(118)로의 물의 전달을 제어하도록 구성된다. 컨트롤러(60)는 압축 실린더(10)에 과량의 물을 추가하는 것에 의해, 또는 도 3의 예에서, 또한 복열 장치 냉각제 인젝터(15)를 통해 복열 장치로 물을 전달하는 것에 의해 이러한 것을 수행할 수 있다. 도 3에 도시된 예에서, 복열 장치(118)는 냉각제 인젝터(14)와 병렬로 냉각제 저장조(102)에 결합되는 복열 장치 냉각제 인젝터(15)룰 포함한다. 냉각제 인젝터(15)는 또한 컨트롤러(60)가 복열 장치 냉각제 인젝터(15)의 작동을 제어하기 위해 작동 가능하도록 컨트롤러(60)에 결합된다.
도 3에 도시된 예에서, 컨트롤러(60)는 연소 실린더(20)에 있는 압축된 작동 유체가 최대 연소 물 농도 레벨보다 낮은 물 농도의 레벨을 가지도록 압축 실린더(10) 및 복열 장치(118) 둘 모두로의 물의 전달 질량을 제어하도록 구성되며, 최대 연소 물 농도 레벨은 연소를 지속할 수 있고 연소가 발생하는 것을 방지할 수 있는 압축된 작동 유체에서의 최대 물 농도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 전술한 예는 압축 실린더(10)에서 하나의 냉각제 인젝터(14)만을 포함하지만, 다른 예에서, 복수의 냉각제 인젝터(14)가 있을 수 있다는 것을 이해할 것이다. 도 4에 도시된 예에서, 압축 실린더(10)는 한 쌍의 냉각제 인젝터; 즉 제1 냉각제 인젝터(14) 및 제2 냉각제 인젝터(15)를 포함한다. 도시된 예에서, 한 쌍의 냉각제 인젝터(14, 15)는 냉각제 저장조(102)에 병렬로 결합되고, 또한 컨트롤러(60)가 두 냉각제 인젝터(14, 15)를 제어하기 위해 작동 가능하도록 컨트롤러(60)에 모두 결합된다. 컨트롤러(60)는 제1 및 제2 냉각제 인젝터(14, 15)를 서로 독립적으로 제어하도록 작동 가능할 수 있다.
전술한 바와 같이, 일부 예에서, 엔진(100)은 엔진(100) 및/또는 엔진과 관련된 유체의 상이한 파라미터를 감지하기 위한 복수의 센서를 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 예에서, 엔진(100)은 연소 실린더(20)의 배출 포트(19)와 복열 장치(118)의 제2 (저압) 유입 포트(118c) 사이의 유동 경로(136) 상에 제2 센서, 이 경우에는 배기 센서(123)를 포함한다. 도 4에 도시된 예에서, 배기 센서(123)는 복열 장치(118)에 들어가는 배기 가스의 온도의 표시를 제공하기 위해 복열 장치(118)의 제2 (저압) 입구(118c)에 근접한다. 이러한 것은 연소 실린더(20)에서 연소의 피크 온도를 결정하는 것을 돕고(컨트롤러(60)는 배기 센서(123)에 의해 제공되는 온도의 표시로부터 이러한 것을 결정하도록 구성될 수 있으며), 컨트롤러(60)는 선택된 임계 온도 아래에서 온도를 유지하기 위해 (예를 들어, 압축 실린더(10) 및/또는 복열 장치(118)를 통해 작동 유체에 더 많은 물을 전달하는 것에 의해) 완화 조치를 취할 수 있다. 이러한 것은 NOx 형성을 감소시키고, 및/또는 복열 장치(118)에 대한 재료 손상을 방지하는 것을 도울 수 있다.
따라서, 도 4의 예에서, 적어도 하나의 파라미터의 표시는 이 예에서 연소 실린더(20)로부터 방출된 배기 가스의 온도를 포함하는, 연소 실린더(20) 및/또는 연소 실린더와 관련된 유체와 관련된 온도의 표시를 포함할 수 있다.
일부 예(도 1 내지 도 4에 도시되지 않음)에서, 연소 실린더(20)의 배출 포트(19)는 추가적으로 또는 대안적으로 복열 장치(118)를 우회하는 우회 유동 경로에 결합될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(60)는 복열 장치가 선택된 임계 온도에 도달하면(예를 들어, 복열 장치(118)에 대한 재료 손상이 발생하지 않도록 복열 장치(118)의 기능을 보존하기 위해 및/또는 복열 장치(118)를 통해 압축 실린더(10)로부터 연소 실린더(20)로 전달되는 작동 유체의 온도를 제어하는 것을 돕기 위해) 우회 유동 경로를 통해 배기 가스를 환기시키도록 구성될 수 있다.
일부 예에서, 적어도 하나의 파라미터의 표시는 엔진(100)의 원하는 동력 출력을 포함한다. 예를 들어, 원하는 동력 출력은 원하는 토크 요구에 기초하여 결정될 수 있고, 이것은 차례로 가스/가속기 페달의 함몰에 기초하여 결정될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 원하는 동력 출력은 연소를 위해 연소 실린더(20)에 있는 압축된 작동 유체로 분사될 연료의 양에 기초하여 결정될 수 있다.
일부 예에서, 압축 실린더(10) 및/또는 복열 장치(118)로 전달될 물의 질량은 연소 실린더(20)에서 하류 연소 과정을 위해 사용될 연료의 질량에 기초(예를 들어, 이에 비례)할 수 있다.
일부 예에서, 적어도 하나의 파라미터의 표시는 엔진(100) 또는 엔진 내의 유체와 관련된 산소 농도를 포함한다.
일부 예에서, 적어도 하나의 파라미터의 표시는 (i) 압축 실린더(10)로 전달되는 물의 온도, (ⅱ) 압축 실린더(10)로 전달되는 공기의 온도, (ⅲ) 압축 실린더(10)로 전달되는 공기의 습도, 및 (ⅳ) 주변 공기 압력 중 적어도 하나를 포함한다. 예를 들어, 주변 공기가 낮은 압력에 있으면, 공기가 낮은 습도를 가지고, 그러므로 더 많은 물을 수용할 수 있다고 추론될 수 있다. 그러므로, 컨트롤러(60)는 주변 공기 압력, 주변 공기의 습도, 주변 공기의 온도 및/또는 압축 실린더(10)로 전달되는 물의 온도의 함수로서 물의 전달을 제어하도록 구성될 수 있다.
물론 많은 예에서, 컨트롤러(60)는 파라미터 중 어느 하나 또는 파라미터의 조합의 표시에 기초하여 전달될 물의 질량을 제어하도록 구성될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
일부 예에서, 컨트롤러(60)는 (i) 전달된 물의 결정된 질량, 및 (ⅱ) 엔진(100) 또는 엔진 내의 유체와 관련된 파라미터의 표시 중 적어도 하나에 기초하여 압축 실린더로 전달된 물의 압력을 제어하도록 구성된다. 압력을 제어하기 위해 사용되는 파라미터의 표시는 물의 질량을 결정하기 위해 사용되는 동일한 파라미터이거나 또는 다른 파라미터일 수 있음을 이해할 것이다.
일부 예에서, 컨트롤러(60)는 압축 실린더(10)로 전달되는 물의 액적 크기의 범위를 제어하도록 구성된다. 컨트롤러(60)는 전달될 물의 결정된 질량, 압력 및/또는 분사 기간의 함수로서 액적 크기의 범위를 제어하도록 구성될 수 있다.
일부 예에서, 첨가제, 예를 들어 음이온성(예를 들어 라우릴 황산나트륨), 양이온성(예를 들어 도데실 트리메틸 암모늄 클로라이드) 또는 비이온성(예를 들어 폴리에틸렌 글리콜) 첨가제가 냉각제의 표면 장력에 영향을 미치기 위해 냉각제에 첨가되고, 이에 의해 액적 크기의 범위를 변경할 수 있다. 첨가제는 냉각제 저장조(102)에 추가될 수 있고 및/또는 별도의 첨가제 저장조가 있을 수 있으며, 컨트롤러는 냉각제 인젝터를 통해 냉각제와 함께 첨가제의 전달을 제어하도록 구성될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 전기장은 냉각제의 표면 장력에 영향을 미치기 위해 냉각제에 인가되고, 이에 의해 액적 크기의 범위를 변경할 수 있다. 전기장은 압축 실린더(10)로의 전달 지점에 바로 인접하여 냉각제에 인가될 수 있으며, 예를 들어 전기장은 냉각제 인젝터(14)에 인접하여 인가될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 일부 예에서, 소량의 연료가 냉각제에 추가되어 에멀젼을 생성할 수 있다. 냉각제에 첨가되는 연료의 양은 에멀젼의 표면 장력이 선택된 범위 내에 있도록 제어될 수 있다.
일부 예에서, 컨트롤러(60)는 (i) 전달될 물의 결정된 질량, 및 (ⅱ) 엔진(100) 또는 엔진 내의 유체와 관련된 파라미터의 표시 중 적어도 하나에 기초하여 압축 실린더(10)로의 물 전달 기간을 제어하도록 구성된다. 압력을 제어하기 위해 사용되는 파라미터의 표시는 전달될 물의 질량을 결정하기 위해 사용되는 동일한 파라미터이거나 다른 파라미터일 수 있다는 것을 이해할 것이다.
일부 예에서, 컨트롤러(60)는 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여 압축 사이클 동안 압축 피스톤(12)의 크랭크 각도에 대한 물 전달의 타이밍을 제어하도록 구성된다. 예를 들어, 컨트롤러(60)는 전달될 물의 온도, 복열 장치(118) 온도 및/또는 주변 공기 온도에 기초하여 물 전달의 타이밍(즉, 피스톤의 크랭크 각도 통상적으로 60°이전)을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 물, 복열 장치(118) 및/또는 들어오는 공기가 더 차갑다면(예를 들어, 선택된 임계 온도 아래), 물은 하사점(BDC)에 더 가깝게 분사되고, 물, 복열 장치(118) 및/또는 들어오는 공기가 더 따뜻하면(예를 들어, 선택한 임계 온도 위), 물은 상사점(TDC)에 더 가깝게 분사된다.
위에서 언급한 센서 또는 센서들은 여러 곳에 위치될 수 있다. 특히, 하나 이상의 센서가 도 1에 도시된 바와 같이 연소 실린더의 유입 포트(124) 근처, 복열 장치(118)에 또는 압축 실린더 배출 포트(116) 근처에 배치될 수 있다.
도 5는 전술한 도 1 내지 도 4 및 후술하는 도 6 중 임의의 도면의 스플릿 사이클 내연기관과 같은 스플릿 사이클 내연기관을 제어하는 예시적인 방법의 흐름도를 도시한다. 방법은 연소 실린더 및/또는 연소 실린더와 관련된 유체와 관련된 적어도 하나의 파라미터의 표시를 수신하는 단계(501)를 포함한다. 적어도 하나의 파라미터의 표시가 파라미터에 대한 목표 값보다 작은지 아닌지의 여부에 대한 결정(503)이 내려진다. 표시된 파라미터가 파라미터에 대한 목표 값보다 작을 때, 어떠한 물도 압축 실린더로 전달되지 않는다(505). 표시된 파라미터가 파라미터에 대한 목표 값보다 크거나 같을 때, 물이 압축 행정 동안 기체상으로 증발하도록 압축 행정에 의해 유발된 온도 상승을 압축 행정 동안 물이 현열 및 잠열을 통해 흡수하고, 압축 행정에 의해 유발된 온도 상승이 물에 의한 열의 흡수에 의해 제한되도록, 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여 저장조로부터 압축 실린더로 전달되는 물의 전달 질량이 제어된다(507).
일부 예에서, 상기 방법은 도 1 내지 도 4를 참조하여 전술한 컨트롤러(60)와 같은 제어 로직에 의해 구현될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
적어도 하나의 파라미터의 표시는 연소 실린더 및/또는 연소 실린더와 관련된 유체와 관련된 온도의 표시를 포함할 수 있고, 파라미터에 대한 목표 값은 목표 온도이다.
도 6은 또 다른 예시적인 스플릿 사이클 내연기관 장치의 일부 단면을 도시한다. 도 6에 도시된 부분은 도 1 내지 4에 도시된 스플릿 사이클 내연기관과 공통적인 많은 특징을 공유하며, 유사한 도면 부호는 동일하거나 유사한 특징 또는 기능을 나타낸다. 또한, 도 6에 도시된 엔진은 제어될 수 있고, 도 1 내지 도 5를 참조하여 전술한 엔진의 기능을 가질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 도 6에 도시된 부분은 커넥팅 로드(652)에 결합된 압축 피스톤(612)을 수용하는 압축 실린더(610)를 도시한다. 압축 실린더(610)의 중앙 상단에는 냉각제 인젝터(614)가 있고, 그 뒤에는 압축 피스톤(612)에 의한 압축을 위해 공기를 압축 실린더(610)로 유입시키기 위한 2개의 유입 밸브(608)가 있다. 도 6에 도시되지 않았을지라도, 유입 밸브(608)를 미러링하는 압축 실린더(610)로부터 압축된 작동 유체를 방출하기 위한 2개의 배출 밸브(609)가 또한 있다는 것을 이해할 것이다. 압축된 작동 유체의 압력이 최대 임계 압력을 초과하는 경우에, 압축 실린더(610)로부터 압력을 해제하기 위한 선택적인 압력 해제 밸브(670)가 또한 도 6에 도시되어 있다.
전술한 바와 같이, 일부 예에서, 액적 크기의 분포는 예를 들어 도 1 내지 도 4를 참조하여 전술한 컨트롤러(60)에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 물이 챔버의 주변에 도달하는 것을 보장하기 위해 종래의 경우보다 더 큰 액적이 바람직할 수 있다. 이러한 것은 일반적으로 혼합을 촉진하기 위해 작은 액적이 바람직한 다른 분무 유도 혼합 현상에 대해 약간 직관적이지 않다. 이러한 경우에, 공기를 통해 냉각 매체를 전달하는 것이 더 중요하며, 그러므로 예를 들어 내연기관 연료 분사에서 전형적인 것보다 더 큰 액적이 필요하다. 즉, 액적이 너무 크면, 액적의 낮은 표면적 대 체적 비율이 물과 가스 사이의 열 전달을 방해하여, 속도를 높이면 분사된 물이 챔버 주변에 도달하는 것을 보장하는 것에 의하여 작업 절약을 다시 증가시킨다.
챔버 전체에 걸쳐 냉각수를 분배하는 중요성은 효과적인 냉각을 제공하기 위해 챔버의 모든 부분에 물을 공급하기 위해 중요하다.
일반적으로, 이론에 얽매이지 않고, 압축 행정에서 초기에 분사되는 크고 빠른 액적이 압축 실린더(10)의 상단 중앙의 분사 지점으로부터 압축 실린더(10)의 외부 가장자리까지 물을 공급하는데 효과적일 것이라고 가정한다. 작은 액적은 점성 항력을 겪을 가능성이 있고, 적시에 압축 실린더(10)의 외부 가장자리에 도달하지 않을 것이다. 그러나, 일부 고운동량 액적은 압축 실린더(10) 벽에 또한 충돌한다. 이러한 것은 물의 고임 및 가스로의 비효율적인 열 전달을 초래하므로 바람직하지 않다. 따라서 액적 모멘텀, 분무 분포 및 분사 시기 사이에는 복잡한 트레이드오프가 있다.
일반적으로 도면을 참조하면, 개략적인 기능 블록도가 본 명세서에 기술된 시스템 및 장치의 기능을 나타내기 위해 사용된다는 것을 알 수 있을 것이다. 그러나, 기능은 이러한 방식으로 분할될 필요가 없고, 아래에서 설명되고 청구된 것 이외의 하드웨어의 어떠한 특정 구조도 암시하는 것으로 간주되어서는 안 된다. 도면에 도시된 하나 이상의 요소의 기능은 더 세분화될 수 있고 및/또는 본 개시내용의 장치 전체에 걸쳐 분산될 수 있다. 일부 실시예에서, 도면에 도시된 하나 이상의 요소의 기능은 단일 기능 유닛으로 통합될 수 있다.
일부 예에서, 하나 이상의 메모리 소자는 본 명세서에 설명된 동작을 구현하도록 사용되는 데이터 및/또는 프로그램 명령을 저장할 수 있다. 본 개시내용의 실시예는 본 명세서에 기술 및/또는 청구된 방법 중 임의의 하나 이상을 수행하도록 프로세서를 프로그래밍하고 및/또는 본 명세서에 기술되고 및/또는 청구된 데이터 처리 장치를 제공하도록 동작 가능한 프로그램 명령을 포함하는 유형의 비일시적 저장 매체를 제공한다. .
본 명세서에 설명된 활동 및 장치는 프로세서에 의해 실행되는 소프트웨어 및/또는 컴퓨터 프로그램 명령과 같은 프로그램 가능 논리 또는 논리 게이트의 어셈블리와 같은 고정 논리로 구현될 수 있다. 다른 종류의 프로그래밍 가능 로직은 프로그래밍 가능 프로세서, 프로그래밍 가능 디지털 논리(예를 들어, 필드 프로그래밍 가능 게이트 어레이(FPGA), 소거 가능 프로그래밍 가능한 읽기 전용 메모리(EPROM), 전기적으로 소거 가능 프로그램 가능한 읽기 전용 메모리(EEPROM)), 주문형 집적 회로(ASIC) 또는 기타 모든 종류의 디지털 논리, 소프트웨어, 코드, 전자 명령, 플래시 메모리, 광학 디스크, CD-ROM, DVD ROM, 자기 또는 광학 카드, 전자 명령을 저장하는데 적합한 기타 유형의 기계 판독 가능 매체, 또는 이들의 임의의 적절한 조합을 포함한다.
위의 논의로부터, 도면에 도시된 실시예는 단지 예시일 뿐이며 본 명세서에 기술되고 청구범위에 기재된 바와 같이 일반화, 제거 또는 대체될 수 있는 특징을 포함한다는 것을 이해할 것이다. 본 발명의 맥락에서, 본 명세서에 기술된 장치 및 방법의 다른 예 및 변형은 당업자에게 자명할 것이다.

Claims (30)

  1. 스플릿 사이클 내연기관으로서,
    연소 피스톤을 수용하는 연소 실린더;
    압축 피스톤을 수용하고, 공기를 수용하고 연소를 위해 압축된 작동 유체를 상기 연소 실린더에 제공하기 위해 공기를 압축하도록 배열되며, 물 저장조에 결합되는 압축 실린더;
    상기 엔진 및/또는 상기 엔진과 관련된 유체와 관련된 적어도 하나의 파라미터의 표시를 수신하고, 물의 대부분이 압축 행정 동안 기체상으로 증발하도록 압축 행정에 의해 유발된 온도 상승을 압축 행정 동안 물이 현열 및 잠열을 통해 흡수하고, 압축 행정에 의해 유발된 온도 상승이 물에 의한 열의 흡수에 의해 제한되도록 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여 상기 저장조로부터 상기 압축 실린더로 전달되는 물의 전달 질량을 제어하도록 배열되는 컨트롤러를 포함하고:
    상기 컨트롤러는 물의 전달 질량을 제어하도록 구성되어서, 압축 행정의 끝에서 상기 압축된 작동 유체에서의 물의 질량은 임계 물 농도 레벨보다 낮은 상기 압축된 작동 유체에서의 물 농도의 레벨을 초래하는, 스플릿 사이클 내연기관.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 파라미터의 표시는 상기 연소 실린더 및/또는 상기 연소 실린더와 관련된 유체의 온도의 표시를 포함하는, 스플릿 사이클 내연기관.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 파라미터의 표시는 상기 연소 실린더로부터 방출되는 배기 가스의 온도의 표시를 포함하는, 스플릿 사이클 내연기관.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압축 실린더는 배출 포트를 포함하고, 상기 연소 실린더는 압축된 유체를 수용하기 위해 복열 장치를 통해 상기 압축 실린더의 배출 포트에 결합된 유입 포트를 포함하며, 상기 복열 장치는 상기 연소 실린더로 전달되는 압축된 유체의 온도를 상승시키도록 배열되며, 상기 적어도 하나의 파라미터의 표시는 상기 복열 장치에 있는 유체의 (i) 온도, (ⅱ) 압력, 및 (ⅲ) 산소 농도 중 적어도 하나를 포함하는, 스플릿 사이클 내연기관.
  5. 제4항에 있어서, 상기 컨트롤러는 또한 상기 복열 장치에서 상기 압축된 작동 유체의 온도를 제어하기 위해 상기 복열 장치로의 물의 전달을 제어하도록 구성되는, 스플릿 사이클 내연기관.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 파라미터의 표시는 상기 엔진의 원하는 동력 출력을 포함하는, 스플릿 사이클 내연기관.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 파라미터의 표시는 상기 엔진 또는 상기 엔진 내의 유체와 관련된 산소 농도를 포함하는, 스플릿 사이클 내연기관.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 파라미터의 표시는 (i) 상기 압축 실린더로 전달되는 물의 온도, (ⅱ) 상기 압축 실린더로 전달되는 공기의 온도, (ⅲ) 상기 압축 실린더로 전달되는 공기의 습도, 및 (ⅳ) 주변 공기 압력 중 적어도 하나를 포함하는, 스플릿 사이클 내연기관.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 임계 물 농도 레벨은 상기 연소 실린더에서 연소를 지속할 수 있는 상기 압축된 작동 유체에서의 물의 최대 농도에 기초하여 결정되는, 스플릿 사이클 내연기관.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 연소 실린더에 있는 압축된 작동 유체에서의 물의 질량이 최대 연소 물 농도 레벨보다 낮은 물 농도의 레벨을 가지는 물의 전달을 제어하도록 구성되며, 상기 최대 연소 물 농도 레벨은, 연소를 지속할 수 있고 그 이상에서는 연소 발생을 방지할 수 있는 상기 압축된 작동 유체에서의 물의 최대 농도인, 스플릿 사이클 내연기관.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 압축 실린더로 전달되는 물의 온도를 제어하기 위해 가열 수단을 작동시키도록 구성되는, 스플릿 사이클 내연기관.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨트롤러는 물이 전달되는 압력에 대해 물의 비등점보다 낮게 있도록 전달된 물의 온도를 제어하기 위해 구성되는, 스플릿 사이클 내연기관.
  13. 제11항에 종속되는 제12항에 있어서, 상기 컨트롤러는 물이 전달되는 압력에 대해 물의 비등점보다 낮은 선택된 물 임계 온도까지 물을 가열하기 위해 가열 수단을 작동시키도록 구성되는, 스플릿 사이클 내연기관.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨트롤러는 전달된 물이 상기 압축 실린더로 전달되는 순간부터 비등하는데 걸리는 시간을 결정하도록 구성되며;
    상기 컨트롤러는 상기 전달된 물이 비등하는데 걸린 결정된 시간이 선택된 물 비등 시간 범위 내에 있도록 상기 전달된 물의 온도를 제어하기 위해 구성되는, 스플릿 사이클 내연기관.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨트롤러는 (i) 상기 전달된 물의 결정된 질량, 및 (ⅱ) 상기 엔진 또는 엔진 내의 유체와 관련된 파라미터의 표시 중 적어도 하나에 기초하여 상기 압축 실린더로 전달된 물의 압력을 제어하도록 구성되는, 스플릿 사이클 내연기관.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 압축 실린더로 전달되는 물의 액적 크기의 범위를 제어하도록 구성되는, 스플릿 사이클 내연기관.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨트롤러는 (i) 상기 전달된 물의 결정된 질량, 및 (ⅱ) 상기 엔진 또는 상기 엔진 내의 유체와 관련된 파라미터의 표시 중 적어도 하나에 기초하여 상기 압축 실린더로의 물 전달 기간을 제어하도록 구성되는, 스플릿 사이클 내연기관.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여 압축 사이클 동안 상기 압축 피스톤의 크랭크 각도에 대한 물 전달의 타이밍을 제어하도록 구성되는, 스플릿 사이클 내연기관.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여 상기 압축 실린더로 전달되는 물의 질량을 제어하도록 구성되어서:
    상기 적어도 하나의 파라미터의 표시가 상기 파라미터에 대한 목표 값보다 작을 때, 상기 컨트롤러는 상기 압축 실린더로 어떠한 물도 전달되지 않도록 구성되고;
    상기 적어도 하나의 파라미터의 표시가 상기 파라미터에 대한 목표 값보다 크거나 같을 때, 상기 컨트롤러는 물이 압축 행정 동안 기체상으로 증발하도록 압축 행정에 의해 유발된 온도 상승을 압축 행정 동안 물이 현열 및 잠열을 통해 흡수하고, 압축 행정에 의해 유발된 온도 상승이 물에 의한 열의 흡수에 의해 제한되도록 상기 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여 상기 저장조로부터 상기 압축 실린더로 전달되는 물의 전달 질량을 제어하도록 구성되는, 스플릿 사이클 내연기관.
  20. 스플릿 사이클 내연기관으로서,
    연소 피스톤을 수용하는 연소 실린더;
    압축 피스톤을 수용하고, 압축된 작동 유체를 상기 연소 실린더에 제공하도록 배열되고, 물 저장조에 결합되는 압축 실린더; 및
    상기 연소 실린더 및/또는 상기 연소 실린더와 관련된 유체와 관련된 적어도 하나의 파라미터의 표시를 수신하고, 상기 표시된 파라미터에 기초하여 상기 압축 실린더로 전달되는 물의 질량을 제어하도록 배열된 컨트롤러를 포함하여서,
    상기 표시된 파라미터가 상기 파라미터에 대한 목표 값보다 작을 때, 상기 컨트롤러는 상기 압축 실린더로 어떠한 물도 공급되지 않도록 구성되며;
    상기 표시된 파라미터가 상기 파라미터에 대한 목표 값보다 크거나 같을 때, 상기 컨트롤러는 물이 압축 행정 동안 기체상으로 증발하도록 압축 행정에 의해 유발된 온도 상승을 압축 행정 동안 물이 현열 및 잠열을 통해 흡수하고, 압축 행정에 의해 유발된 온도 상승이 물에 의한 열의 흡수에 의해 제한되도록 상기 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여 상기 저장조로부터 상기 압축 실린더로 전달되는 물의 전달 질량을 제어하는, 스플릿 사이클 내연기관.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 적어도 하나의 파라미터의 표시는 상기 연소 실린더 및/또는 상기 연소 실린더와 관련된 유체와 관련된 온도의 표시를 포함하고, 상기 파라미터에 대한 목표 값은 목표 온도인, 스플릿 사이클 내연기관.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압축 실린더는 공기를 실린더로 흡인하기 위한 입구와, 상기 압축된 작동 유체를 상기 압축 실린더 밖으로 배출하기 위한 출구를 포함하며, 상기 압축 실린더는 물을 상기 압축 실린더로 전달하기 위해 상기 입구와 상기 출구 사이에 위치된 인젝터를 포함하는, 스플릿 사이클 내연기관.
  23. 제22항에 있어서, 상기 인젝터는 상기 압축 피스톤의 작업 표면 반대편의 상기 압축 실린더의 면에 위치되는, 스플릿 사이클 내연기관.
  24. 제22항 또는 제23항에 있어서, 상기 압축 실린더는 한 쌍의 인젝터를 포함하는, 스플릿 사이클 내연기관.
  25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연소 실린더는 상기 연료 저장조에 결합되고, 상기 컨트롤러는 상기 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여 상기 연소 실린더로의 연료의 전달을 제어하도록 구성되는, 스플릿 사이클 내연기관.
  26. 제21항에 있어서, 상기 컨트롤러는 상기 압축 실린더로 전달되는 물의 질량에 기초하여 연료의 전달을 제어하도록 구성되는, 스플릿 사이클 내연기관.
  27. 제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 컨트롤러는 전달된 연료 대 전달된 물의 비율이 선택된 범위 내에 있도록 연료 및 물의 전달을 제어하도록 구성되는, 스플릿 사이클 내연기관.
  28. 연소 피스톤을 수용하는 연소 실린더; 및
    압축 피스톤을 수용하고, 공기를 수용하고 연소를 위해 압축된 작동 유체를 상기 연소 실린더에 제공하기 위해 공기를 압축하도록 배열되고 물 저장조에 결합되는 압축 실린더를 포함하는 스플릿 사이클 내연 기관을 작동시키는 방법으로서,
    엔진 및/또는 상기 엔진과 관련된 유체와 관련된 적어도 하나의 파라미터의 표시를 수신하고, 물의 대부분이 압축 행정 동안 기체상으로 증발하도록 압축 행정에 의해 유발된 온도 상승을 압축 행정 동안 물이 현열 및 잠열을 통해 흡수하고, 압축 행정에 의해 유발된 온도 상승이 물에 의한 열의 흡수에 의해 제한되도록, 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여 상기 저장조로부터 상기 압축 실린더로 전달되는 물의 전달 질량을 제어하는 단계를 포함하며,
    상기 물의 전달 질량은 압축 행정의 끝에서 상기 압축된 작동 유체에서의 물의 질량이 임계 물 농도 레벨보다 낮은 상기 압축된 작동 유체에서의 물 농도의 레벨을 초래하도록 제어되는, 방법.
  29. 연소 피스톤을 수용하는 연소 실린더; 및
    압축 피스톤을 수용하고, 공기를 수용하고 연소를 위해 압축된 작동 유체를 상기 연소 실린더에 제공하기 위해 공기를 압축하도록 배열되고 물 저장조에 결합되는 압축 실린더를 포함하는 스플릿 사이클 내연 기관을 작동시키는 방법으로서,
    상기 연소 실린더 및/또는 상기 연소 실린더와 관련된 유체와 관련된 적어도 하나의 파라미터의 표시를 수신하고, 상기 표시된 파라미터에 기초하여 상기 압축 실린더로 전달되는 물의 질량을 제어하여서,
    상기 표시된 파라미터가 상기 파라미터에 대한 목표 값보다 작을 때, 상기 압축 실린더로 어떠한 물도 전달되지 않고;
    상기 표시된 파라미터가 상기 파라미터에 대한 목표 값보다 크거나 같을 때, 물이 압축 행정 동안 기체상으로 증발하도록 압축 행정에 의해 유발된 온도 상승을 압축 행정 동안 물이 현열 및 잠열을 통해 흡수하고, 압축 행정에 의해 유발된 온도 상승이 물에 의한 열의 흡수에 의해 제한되도록, 상기 적어도 하나의 파라미터의 표시에 기초하여 상기 저장조로부터 상기 압축 실린더로 전달되는 물의 전달 질량이 제어되는 단계를 포함하는, 방법.
  30. 제28항 내지 제29항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위해 프로세서를 프로그래밍하도록 구성된 컴퓨터 프로그램 명령을 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체.
KR1020237007128A 2020-08-07 2021-07-28 물 분사를 가진 스플릿 사이클 내연기관 KR20230047428A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3708976A (en) * 1970-05-25 1973-01-09 M Berlyn Generation of hot vapor
MY165298A (en) * 2003-06-20 2018-03-21 Scuderi Group Llc Split-cycle four-stroke engine
JP2008138535A (ja) * 2006-11-30 2008-06-19 Honda Motor Co Ltd 内燃機関の運転方法と、燃料供給システム
CA2679423A1 (en) * 2007-02-27 2008-09-04 The Scuderi Group, Llc Split-cycle engine with water injection
DE102007042236A1 (de) 2007-09-06 2009-03-12 Thomas Porep - Bernd Mamerow GbR (vertretungsberechtiger Gesellschafter: Thomas Porep, 23775 Großenbrode) Verfahren zum Schutz vor Motorschäden von mit Emulsionskraftstoffen betriebenen Motoren
GB0822720D0 (en) 2008-12-12 2009-01-21 Ricardo Uk Ltd Split cycle reciprocating piston engine
GB201518833D0 (en) * 2015-10-23 2015-12-09 Univ Newcastle Free piston engine power plant
GB2560872B (en) * 2016-12-23 2020-03-18 Ricardo Uk Ltd Split cycle engine
GB2560949B (en) * 2017-03-29 2020-03-18 Ricardo Uk Ltd Split cycle internal combustion engine
GB2563928B (en) 2017-06-30 2019-11-13 Ricardo Uk Ltd Injector
GB2565217B (en) 2017-07-27 2020-03-25 Ricardo Uk Ltd Split cycle engine with inlet air speed control
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