KR20240045339A - 엔진의 고온 표면연소 서포팅 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 압축 점화 엔진의 연소 서포팅 기술 분야에 관한 것으로, 메탄올을 직접 압축 점화할 수 없어 엔진에 의한 메탄올 직접 사용에 영향을 받는 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 엔진의 고온 표면연소 서포팅 시스템을 제공한다. 엔진의 고온 표면연소 서포팅 시스템은 엔진의 연료 점화를 위해 사용되는 고온 표면점화기; 및 고온 표면점화기의 온도 제어를 수행하고, 엔진의 ECU와 통신할 수 있고, ECU의 제어신호 및 기 설정된 온도값을 수신하여 수신된 제어신호 및 기 설정된 온도값에 따라 고온 표면점화기의 온/오프 제어를 위해 사용되는 제어기를 포함한다. 압축 점화 엔진에서 액화 천연 가스(Liquefied Natural Gas, LNG)와 같이 기화 잠열이 높거나 점화 온도가 높은 연료를 사용하는 것은 본 발명이 해당 문제에 대응하며, 본 발명이 적용 가능하다.
Description
본 발명은, 압축 점화 엔진의 연소 서포팅(combustion-supporting)에 관한 기술 분야에 관한 것으로, 특히, 엔진의 고온 표면연소 서포팅 시스템에 관한 것이다.
엔진은, 다른 형태의 에너지를 기계적인 에너지로 변환하는 기계이다. 엔진은 다양한 산업 분야에서 사용된다. 이 중, 내연기관은 기계의 내부에서 연료를 연소하고, 배출된 열에너지를 동력으로 직접 변환시키는 열 엔진(heat engine)이다. 현재, 석유 자원은 공급이 부족한 반면, 메탄올은 석탄 화학 산업으로서 비용이 저렴하다. 또한, 메탄올은 연소 시 매연 또는 질소산화물을 발생시키지 않고, 기존 차량의 연료보다 배출량이 적기 때문에, 엔진의 대체 에너지원으로 매우 적합하다.
그러나, 메탄올 물질은, 높은 기화 잠열(high latent heat of vaporization)과 높은 발화 온도(high ignition temperature) 등의 특성을 갖는다. 그리고, 메탄올이 압축 점화 엔진의 연소 챔버(combustion chamber)에 직접 분사되면, 연료가 점화되지 않는다. 메탄올-디젤 이중 연료의 기술 솔루션은, 메탄올 사용 비율이 낮아 연료비 절감과 배출가스 개선에 한계가 있고, 시스템이 복잡한 문제점이 있고, 하드웨어 업그레이드(hardware upgrade) 비용이 높아 시장의 호응을 얻지 못하고 있다.
본 발명은 엔진의 고온 표면연소 서포팅 시스템을 제공하기 위한 것으로, 메탄올을 직접 압축 점화할 수 없어 엔진에서 메탄올의 직접 사용에 영향을 미치는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것이다.
본 발명은 다음과 같은 기본 솔루션을 제공한다. 엔진의 고온 표면연소 서포팅(combustion-supporting) 시스템은, 엔진의 연료를 점화하는 데 사용되는 고온 표면점화기 및 고온 표면점화기의 온도 제어를 수행하는 데 사용되고, 엔진의 ECU(Electronic Control Unit)와 통신하고, ECU의 제어신호 및 기 설정된 온도값을 수신하고, 제어신호 및 기 설정된 온도값에 기초하여 고온 표면점화기의 온/오프 제어를 수행하는 제어기를 포함한다.
메탄올을 압축 점화 엔진의 연료로 사용하는 과정에서, 메탄올 연료의 높은 자연 발화 온도(autoignition temperature)로 인해 압축 점화 엔진 사용 시 압축 점화 연소(compression ignition combustion)가 어려워 점화가 되지 않아 사용하기 어려운 문제가 있다. 따라서, 정상적인 점화 및 사용이 불가능하다는 문제가 발생한다. 또한, 메탄올을 엔진에 주입할 때, 메탄올이 빠르게 점화되지 않으면, 연소되지 않은 메탄올이 실린더 내벽을 따라 흘러내리고 실린더의 내벽 표면의 윤활유 막(lubricating oil firm)을 파괴한다. 따라서, 연소되지 않은 메탄올은, 실린더의 내벽 표면 마모를 증가시키고, 엔진 윤활 시스템의 윤활유와 에멀젼(emulsion)을 형성하여 엔진의 여러 부품에 대한 윤활 효과(lubrication effect)를 감소시킨다. 따라서, 엔진의 다양한 부품의 마모를 가속화하고, 결국 엔진의 수명을 단축시킨다.
따라서, 본 발명은 고온 표면연소 서포팅 시스템을 이용하여 메탄올의 연소 서포팅을 수행한다. 고온 표면연소 서포팅 시스템은, 메탄올을 원활하게 점화할 수 있도록 하여 메탄올을 직접 사용하더라도 엔진을 정상적으로 사용할 수 있고, 작업 조건 및 환경 변화에 영향을 받지 않도록 한다. 또한, 메탄올의 원활한 점화는, 연소되지 않은 메탄올이 엔진에 유입되어 엔진 수명이 단축되는 문제를 방지하고, 엔진의 수명을 연장할 수 있다.
제1 실시예: 고온 표면연소 서포팅 시스템은, 온도 측정 열전대(temperature measurement thermocouple)를 더 포함한다. 온도 측정 열전대는, 고온 표면점화기의 점화 온도값(ignition temperature value)을 측정한다. 제어기는, 점화 온도값을 수신하여 기 설정된 온도값과 비교한다. 점화 온도값이 기 설정된 온도값보다 낮다고 판단된 경우, 제어기는 고온 표면점화기를 제어하여 점화 온도를 증가시킨다. 점화 온도값이 기 설정된 온도값보다 높다고 판단된 경우, 제어기는 고온 표면점화기를 제어하여 점화 온도를 감소시킨다. 이로 인한 효과: 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 제어기 및 온도 측정 열전대를 사용하면 고온 표면점화기의 온도 제어 효과를 얻을 수 있어 엔진의 정상적인 시동을 더욱 보장할 수 있다.
제2 실시예: 제1 실시예에 따른 고온 표면연소 서포팅 시스템에 있어서, 온도 측정 열전대는 고온 표면점화기에 배치된다. 이로 인한 효과: 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 온도 측정 열전대에 고온 표면점화기가 배치되는 구성은, 고온 표면점화기의 온도 측정 정확도를 높이고, 고온 표면점화기의 정확한 온도 제어를 보장한다.
제3 실시예: 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 고온 표면연소 서포팅 시스템에 있어서, 고온 표면점화기는 세라믹 점화기이다. 이로 인한 효과: 본 발명의 제3 실시예에 따르면, 세라믹은 내식성(corrosion resistant), 긴 수명(long service life)을 갖고, 쉽게 산화(oxidation)되지 않는다. 이로 인해, 고온 표면점화기는, 특수한 시나리오에서 높은 요구사항을 충족하는 데 적합하다.
제4 실시예: 제 2 실시예에 따른 고온 표면연소 서포팅 시스템에 있어서, 비교를 통해 점화 온도값이 기 설정된 온도값보다 낮다고 판단된 경우, 제어기는 고온 표면점화기의 회로를 제어하여 전압을 증가시킨다. 비교를 통해 점화 온도값이 기 설정된 온도값보다 높다고 판단된 경우, 제어기는 고온 표면점화기의 회로를 제어하여 전압을 감소시킨다. 이로 인한 효과: 제 4 실시예에 따르면, 고온 표면점화기의 회로의 전압을 증가 및 감소시켜 고온 표면점화기의 점화 온도를 증가 및 감소시킴으로써, 간단한 동작이 가능하다.
제5 실시예: 제4 실시예에 따른 고온 표면연소 서포팅 시스템에 있어서, 고온 표면점화기의 회로에 전압 컨트롤러를 포함한다. 전압 컨트롤러는, 고온 표면점화기의 전압을 증감하는 제어를 실시한다. 이로 인한 효과: 제 5 실시예에 따르면, 고온 표면점화기 회로에 배치된 전압 컨트롤러를 사용하여 고온 표면점화기의 전압을 증감하고, 결과적으로 구조가 간단해진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엔진의 고온 표면연소 서포팅 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
다음은 구체적인 실시예에 따라 더 자세한 내용을 개시한다.
설명에 따른 도면의 참조 부호는 다음과 같이 구성된다: 고온 표면연소 서포팅 시스템(hot surface combustion-supporting system, 10), 오일 서플라이 시스템(oil supply system, 1), ECU(Electronic Control System, 2), 제어기(controller, 3), 고온 표면점화기(hot surface igniter, 4), 피스톤(piston, 5), 엔진(engine, 6) 및 연료 분사 시스템(fuel injection system, 7).
실시예는 기본적으로 도 1에 개시된다: 엔진의 고온 표면연소 서포팅 시스템(10)은, 엔진(6)의 연료를 점화하기 위해 사용되는 고온 표면점화기(4)를 포함한다. 본 실시예에 따른 고온 표면점화기(4)는, 세라믹 점화기(ceramic igniter)이다.
온도 측정 열전대는, 고온 표면점화기(4)에 배치된다. 온도 측정 열전대는 고온 표면점화기(40)의 점화 온도 값을 측정하는 데 사용된다.
제어기(3)는 엔진(6)의 ECU(2)와 통신한다. 제어기(3)는, ECU(2)의 제어신호 및 기 설정된 온도값을 수신하고, 고온 표면점화기(4)의 온/오프 제어를 위해 사용된다. 제어기(3)는 점화 온도값을 추가로 수신하여 기 설정된 온도값(pre-set temperature)과 비교한다. 점화 온도값이 기 설정된 온도값보다 낮다고 판단된 경우, 제어기(3)는 고온 표면점화기(4)를 제어하여 점화 온도를 높인다. 점화 온도값이 기 설정된 온도값보다 높다고 판단된 경우, 제어기(3)는 고온 표면점화기(4)를 제어하여 점화 온도를 낮춘다.
구체적으로, 고온 표면점화기(4)의 회로는, 고온 표면점화기(4)의 전압을 증감시키기 위한 전압 제어기(voltage controller, 3)를 구비한다. 비교를 통해 점화 온도값이 기 설정된 온도값보다 낮다고 판단된 경우, 제어기(3)는 전압 제어기(3)를 제어하여 전압을 증가시킨다. 비교를 통해 점화 온도값이 기 설정된 온도값보다 높다고 판단된 경우, 제어기(3)는 전압 제어기(3)를 제어하여 전압을 감소시킨다.
구체적인 구현 과정은 다음과 같다: 본 발명의 실시예에 따른 고온 표면연소 서포팅 시스템(10)이 사용되기 이전에, 고온 표면점화기(4)의 가열 단부는, 직접 분사 엔진(direct injection engine, 6)의 실린더에 연장되고, 피스톤(5)의 상부에 위치한다. 엔진(6)의 오일 서플라이 시스템(1)이 연료를 공급하면, 오일 분사 시스템(7)에 의해 연료가 실린더에 분사되고, 실린더에 연료가 분사되는 동안, 엔진(6)의 ECU(2)는 제어기(3)에 온(on) 신호를 송신한다. 제어기(3)는 고온 표면점화기(4)를 시작하게 하고, 고온 표면점화기(4)의 가열 단부의 온도가 상승하여, 연료에 고온 표면연소 서포팅 점화를 수행한다. 여기서, 본 실시예에 따른 연료는 메탄올(methanol)이다.
설명된 내용은, 본 발명의 실시예에 불과하다. 또한, 솔루션의 특정 구조 및 특성과 같은 상식적인 지식은 통상의 기술자에게 잘 알려져 있으므로, 본 발명을 개시함에 있어서 자세히 설명하지 않는다. 통상의 기술자는, 발명과 관련된 기술 분야에서 출원일 또는 우선원일 이전에 존재하는 모든 통상의 기술 지식을 알고 있으며, 그 이전에 모든 일상적인 실험 수단을 적용할 수 있는 능력을 갖추고 있다. 본 출원에 제공된 동기(motivation)를 가지고, 그리고 이를 자신의 능력과 결합함으로써, 통상의 기술자는 본 솔루션을 개선하고 구현할 수 있으며, 일부 전형적으로 잘 알려진 구조 또는 잘 알려진 방법이 통상의 기술자에게 본 출원의 구현에 장애가 되어서는 안된다. 통상의 기술자는 본 발명의 구조를 벗어나지 않고도 다양한 수정(modifications) 및 개량(improvements)도 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 보아야 하며, 이러한 수정 및 개량은 본 발명의 실시 효과 및 특허에의 적합성에는 영향을 미치지 않음에 유의해야 한다. 본 출원의 보호 범위는 청구항의 내용에 따르며, 구체적인 실시예와 같은 명세서의 공개는, 특정 실시예 등을 이용하여 청구항의 내용을 해석하는 데 사용될 수 있다.
Claims (6)
- 엔진의 고온 표면연소 서포팅(combustion-supporting) 시스템에 있어서,
엔진의 연료를 점화하는 데 사용되는 고온 표면점화기; 및
상기 고온 표면점화기의 온도 제어를 수행하는 데 사용되고, 상기 엔진의 ECU(Electronic Control Unit)와 통신하고, 상기 ECU의 제어신호 및 기 설정된 온도값을 수신하고, 상기 제어신호 및 상기 기 설정된 온도값에 기초하여 상기 고온 표면점화기의 온/오프 제어를 수행하는 제어기
를 포함하는 엔진의 고온 표면연소 서포팅 시스템. - 제1 항에 있어서,
상기 고온 표면점화기의 점화 온도값을 측정하는 온도 측정 열전대(temperature measurement thermocouple)를 더 포함하되,
상기 제어기는, 상기 점화 온도값을 수신하여 상기 기 설정된 온도값과 비교하고, 비교된 결과가 상기 점화 온도값이 상기 기 설정된 온도값보다 낮다고 판단된 경우, 상기 고온 표면점화기를 제어하여 상기 점화 온도를 높이고, 비교된 결과가 상기 점화 온도값이 상기 기 설정된 온도값보다 높다고 판단된 경우, 상기 고온 표면점화기를 제어하여 상기 점화 온도를 낮추는 엔진의 고온 표면연소 서포팅 시스템 - 제2 항에 있어서,
상기 온도 측정 열전대는,
상기 고온 표면점화기에 배치되는 엔진의 고온 표면연소 서포팅 시스템. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 고온 표면점화기는,
세라믹 점화기(ceramic igniter)인, 엔진의 고온 표면연소 서포팅 시스템. - 제2 항에 있어서,
상기 제어기는,
상기 점화 온도값이 상기 기 설정된 온도값보다 낮다고 판단된 경우, 상기 고온 표면점화기의 회로를 제어하여 전압을 증가시키고, 상기 점화 온도값이 상기 기 설정된 온도값보다 높다고 판단된 경우, 상기 고온 표면점화기의 회로를 제어하여 전압을 감소시키는 엔진의 고온 표면연소 서포팅 시스템. - 제5 항에 있어서,
상기 고온 표면점화기의 회로는,
상기 고온 표면점화기의 전압의 증가 및 감소를 제어하는 전압 컨트롤러를 포함하는 엔진의 고온 표면연소 서포팅 시스템.
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