KR900008969B1 - 이종 기체의 상대 질량 유량 제어 시스템 - Google Patents

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이. 밀러 케니드
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에어 센서즈 인코포레이티드
데일 라스무센
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Abstract

내용 없음.

Description

이종 기체의 상대 질량 유량 제어 시스템
제1도는 본 발명의 질량 유량 제어 시스템의 개략적인 다이어그램.
제2도는 본 발명에 사용된 형식의 유동 도관과 유동 도관에 부착된 열선 풍속계의 등축도.
제3도는 제2도의 3-3선을 실제적으로 취한 단면도.
제4도는 본 발명에서 사용된 보조 밸브의 등축도.
제5도는 제4도의 5-5선을 실제적으로 취한 단면도.
제6도는 제5도의 6-6선을 실제적으로 취한 제4도와 제5도의 보조 밸브에 사용된 버터플라이의 부분 단면도.
제7도는 본 발명의 제어 시스템에서 사용된 드로틀 몸체의 부분 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
14 : 가솔린 필터 16 : 전기 연료 펌프
18 : 압력 조절기 22 : 분사기
27 : 버터프라이 밸브 33 : 공기 도관
36 : 공기 필터 38 : 에어매스 센서
42 : 가스매스 센서 44 : 보조 밸브
50 : 압력 센서 54 : 압력 조절기
본 발명은 이종 기체의 상대 질량 유량 제어 시스템에 관한 것이다.
많은 상황에서 소정의 유량을 유지시키기 위해 이종의 기체를 제어할 필요가 있다. 이러한 필요성은 기체연료로 동작되는 내연기관, 보일러와 다른 산업의 적용에서 발생한다. 공기와 이산화탄소의 정확한 혼합이 요구되는 온실의 환기와 같은 다른 상황에서도 이종 기체의 제어가 필요하다. 천연가스로 동작되는 자동차 엔진과 같은 내연기관에서는 기체 연료와 공기의 화학량론적 비가 요구된다. 더우기, 압력과 온도 변화에 대한 에러가 따르지 않는 어떤 방법에 의해 소정의 비를 제공하기 위하여 유량의 정확한 제어의 성취가 요구된다.
천연가스로 동작하는 자동차용 내연기관에서 동작하는 엔진의 속도에서 연소 목적으로 엔진으로 공기의 흡입이 성취된다. 마찬가지로, 보일러의 동작점은 연소 공기원으로써 사용된 송풍기에 의해 결정된다. 엔진이나 보일러에 공기 유량의 적용은 엔진의 어떤 특별한 동작 조건에 상대적으로 고정되어 있으나 동작 조건의 변화에 따라 크게 변화되며 이는 최적의 성능을 얻기 위하여 기체 연료의 유량을 조절할 필요가 있다.
소정의 비로 유지시키도록 이종 가스의 질량 유량을 적절히 조절하는 제어 시스템이 증대하게 요구됨이 인지될 것이다. 내연기관, 보일러와 같은 기관에서 기체 연료의 유량은 연소 공기의 유량에 반드시 대응되어야 한다. 제어 시스템은 비교적 정확하고 신뢰성이 있어야 하고 엔진이나 보일러의 최적의 성능을 허용하여야 하지만 제작 비용이 싸야 한다.
자동차의 내연기관을 위한 제어 시스템이 엔진의 동작중에 교체 동력원으로써 천연가스와 액체 가솔린간에 교체하여 사용될 때 제어 시스템은 천연가스의 압력이 소정 수준 이하로 떨어질 때 천연가스로부터 액체가스로 동작되도록 신속한 전환을 위한 수단을 구비하여야만 한다. 과거에는, 자동차가 가솔린으로부터 천연가스로 전환할 때 두가지 원료원은 문제점을 가지고 교체 동작되도록 구성되어 있었다. 플로우트실내의 가솔린의 공급량은 엔진이 가솔린과 천연가스의 양자로 동작되지 않도록 천연가스로 교체되기 전에 모두 소비되어야만 한다. 이를테면, 천연가스의 압력이 불충분하여 천연가스로부터 가솔린 동작으로 전환될 때 천연가스의 유동이 종료됨이 필요하고 가솔린이 플로우트실을 다시 채울때까지 기다려야 한다. 이것은 플로우트실안으로 가솔린을 펌핑하기 위하여 기어의 활강이나 스타터 모터의 회전에 의해 종종 달성된다. 전기 연료 펌프가 사용될 때 플로우트실의 충전은 자동적으로 일어날 것이다. 그러나 엔진이 가솔린으로 동작을 개시할 때 가솔린의 공급 전에 어떤 지체가 있다.
본 발명은 이들 요구를 충족시켜주고 다른 관련된 유리한 점들을 더 많이 제공해준다. 본 발명은 이종 가스의 상대 질량 유량을 제어하기 위한 제어 시스템에 귀결된다. 제어 시스템은 제1가스의 유동을 위한 제1도관을 포함하고 제1가스매스 센서는 제1도관에서의 제1가스의 질량 유량을 감지하도록 설치된다. 제1가스 유동은 질량 유량범위에 걸쳐 변환되고 제1가스매스 센서는 제1가스의 질량 유량을 표시할 때 제1유량 신호를 발생한다. 또한, 제어 시스템은 제2가스의 유동을 위한 제2도관을 포함하고 제2가스매스 센서는 제2도관에서의 제2가스의 질량 유량을 감지하도록 설치된다.
제2가스 유동은 질량 유량 범위에 걸쳐 조절할 수 있고 제2가스매스 센서는 제2가스의 질량 유량을 표시할 제2유량 신호를 발생한다. 제어 시스템은 제1유량과 제2유량 신호를 비교하기 위한 전자 제어기를 가지고 있고 만약 제1유량 신호와 제2유량 신호가 소정의 비로부터 변화한다면 제어 신호를 발생한다. 밸브는 소정의 비를 유지하도록 제어 신호에 대응하여 제2가스 유량을 조절 가능하게 제어된다. 이와같이, 제2가스의 유량은 제1가스와 제2가스의 질량 유량이 유지되도록 제1가스의 유량의 변화에 대응하여 제어된다.
본 발명의 양호한 실시예에서의 제1도관과 제2도관은 제1가스와 제2가스의 소정의 질량 유량에 각각에 해당되도록 상대적인 크기의 내부 유동 단면적을 가지고 있다. 제1가스매스 센서와 제2가스매스 센서는 감지된 질량 유량의 관계에 따라 응답하는 실제적으로 동일한 비선형 출력을 가진다. 이와같이, 제1가스매스 센서와 제2가스매스 센서의 응답 출력은 제1도관과 제2도관의 단면적의 선택에 의해 일반적으로 비례할 것이다. 제1가스매스 센서와 제2가스매스 센서의 응답 출력이 비선형일지라도 제1유량 신호와 제2유량 신호는 에러의 발생 없이 유량의 넓은 범위에 걸쳐 동작하는 동안에 비교할 수 있도록 남아 있을 것이다. 본 발명은 또한 이종 가스의 상대 질량 유량을 제어하기 위한 방법을 포함한다.
본 발명의 한 실시예에서 제어 시스템은 교체 동력원으로써 액체 가솔린과 기체 연료간에 교체할 수 있는 자동차의 내연기관을 위한 것이다. 제1도관은 엔진에 공기의 흡입을 인도하고 제2도관의 공기와 혼합하기 위하여 엔진에 기체 연료를 인도한다. 기체 연료는 가압 탱크로부터 공급되고 가스매스 센서는 가압 탱크의 기체 연료의 압력을 감지한다. 차단 밸브는 가압 탱크의 압력이 소정의 압력 이하로 떨어짐에 대응하여 제2도관의 기체 연료의유동을 종료하기 위한 가스매스 센서에 응답한다.
또한 엔진안으로 가솔린의 유동을 제어하기 위한 수단이 제공되어 있다. 제어 수단은 압력 센서에 응답하고 가압 탱크의 압력이 소정 압력 이하로 떨어짐에 응답하여 엔진안으로 가솔린의 유입을 즉시 허용한다. 이와같이, 낮은 기체 연료 압력이 실현될 때 제어 시스템은 지체없이, 가솔린 동작으로 전환되고 한편 가솔린과 기체 연료의 혼합이 엔진에 공급되는 일을 피하게 된다. 본 발명의 다른 특징과 이점이 첨부된 도면과 관련하여 하기의 상세한 설명으로 명백해질 것이다.
예증의 목적을 위해 도면에 도시되어 있는 바와 같이, 이종 기체의 상대 질량 유량을 제어하기 위한 본 발명을 실시하는 제어 시스템(10)이 도시되어 있다. 공기와 이산화탄소의 정확한 혼합이 요구되는 온실의 환기와 내연기관과 보일러의 기체 연료의 운전에서 이종 기체의 상대 질량 유량을 제어할 필요가 있는 곳에서 본 발명이 사용될 수 있다. 본 발명은 운전중에 교체 동력원으로서 교체할 수 있는 천연가스와 같은 액체 가스와 기체 연료간에 사용하기 위한 차량용 내연기관에 사용됨을 설명한다.
제1도는 질량 유량 제어 시스템(10)이 차량용 기관으로 작동됨이 대략적으로 도시되어 있다. 차량은 액체 가솔린을 위한 보통의 가솔린 탱크(12)를 포함하고 가솔린은 가솔린 필터(14)를 통하여 전기 연료 펌프(16)를 통과한다. 종래의 압력 조절기(18)는 압력 조절기로부터 하나나 그 이상의 분사기(22)에 연료관(20)에 의해 뿜어내는 가솔린의 압력을 제어한다.
분사기는 드로틀 몸체(24)안에 가솔린을 분사하도록 부착되는데 여기에서 분사기는 원래 장치의 캬뷰레이터의 위치에서 기관의 흡입 다지관(25)에 부착될 수 있다. 드로틀 몸체는 드로틀 몸체안으로 연료를 분사하는 분사기의 아래점에 위치한 보통의 버터플라이 밸브를 포함한다. 회송 연료관(26)은 압력 조절기(18)와 가솔린 탱크(12) 사이에서 초과 연료를 가솔린 탱크에 되돌려 보내기 위해 구비되어 있다. 본 발명의 양호한 실시예에서의 압력 조절기는 2.8kg/㎠(40psi)의 가솔린 압력을 유지한다.
드로틀 몸체(24) 상면에 부착된 드로틀 몸체 카버(30)는 나비 너트와 보울트 장치(32)에 의해 드로틀 몸체에 착탈 가능하게 부착되어 있다. 공기 도관(34)은 드로틀 몸체 카바(30)에 공기가 순환하도록 연결되며 연소 목적을 위해 동작중의 기관에 의해 요구되는 공기의 양에 맞추어진다. 공기도관은 그 단부가 장착된 공기 필터(36)를 가지며 공기도관은 주위의 공기에 열려 있고 공기 필터(36)는 도관을 통하여 공기 필터를 통과하는 공기의 유동으로부터 어떤 입자 물질을 여과한다. 에어매스 센서는 공기도관(34)의 질량 유량을 감지하기 위하여 설치되고, 공기도관(34)의 질량 유량을 표시하기 위한 질량 유량 신호를 발생시키기 위하여 설치된다.
매우 유사한 방법으로 천연가스 도관(40)은 기관이 액체 가솔린보다 천연가스로 동작될 때 연소를 위한 준비로써 공기와 혼합하기 위하여 드로틀 몸체 카버(30)에 천연가스를 연결해준다.
천연가스를 기관의 각 실린더에 동일한 비율이 되게 하기 위해 완전히 혼합하는 것이 중요하다. 혼합은 공기와 천연가스가 다른 밀도를 가지고 있고 공기와 천연가스의 혼합은 본래적으로 어려움을 가지고 있어 문제가 된다. 제7도에 도시되어 있는 바와 같이, 공기와 천연가스의 혼합은 드로틀 몸체에서 유동하는 공기와 천연가스가 같이 두개의 드로크(28A, 28B)를 통하여 분할됨에 의해 첫번째로 드로틀 몸체(24)에서 성취된다. 천연가스 도관(40)은 드로틀과 벤튜리점과 드로틀의 버터플라이 밸브(27A, 27B)보다 위에서 각각 드로틀 몸체의 드로트(28A, 28B)에 설치된 분배링(43a, 43b)으로 사용되는 두개의 드로틀 몸체의 드로틀 주변에 관하여 고르게 배분된 가스로부터 드로틀 몸체의 중앙 캐비티(41)에 연결된다.
분배링은 1/4의 원추곡선 회전면 형상을 가지며 원주 분재 챔버(45A, 45B)를 형성하고 중앙 챔버(41)로부터 분배링의 모서리와 드로틀 몸체 벽에 대응하는 모서리 사이의 공간에 의해 한정되는 원주 슬롯(47A, 47B)은 각각의 드로틀 몸체의 드로틀(28A, 28B)에 천연가스가 흐른다. 원주 슬롯(47A, 47B)에 관하여 원주 방향으로 연장되고 드로틀 주변에 고르게 천연가스를 분배하고 트로틀에서 막 모양의 하방 유동을 형성한다. 벤튜리점에서 분배링의 위치에 따라 각각의 분배 챔버(45A, 45B)의 압력은 드로틀을 통하여 흐르는 공기에 비례하여 드로틀내의 진공도에 의존된다. 이와같이, 드로틀을 통하여 흐르는 공기의 매우 고른 비율의 형태로 제공된다. 막 모양의 유동이 버터플라이 밸브(27A, 27B)를 가진 드로틀에 도착될 때 천연가스와 공기가 완전히 혼합되어야 하기 때문에 그곳에서 고난류와 직면하게 되는데 다른 밀도의 공기와 천연가스의 혼합을 달성하기 위해 상기 직면한 곤란을 피하여야 한다.
설명된 혼합 시스템은 각각의 드로틀에서 분배링과 벤튜리 슬롯의 구비에 의해 하나 및 네개의 드로틀 몸체 사이에 요구되는 다른 크기의 기관에 부착될 수 있다. 상기에 설명된 바와 같이, 드로틀 몸체(24)는 드로틀 몸체의 상부에 위치된 드로틀 몸체 카버(30)를 가지고 있고 공기도관(34)은 드로틀 몸체 카버와 연결되어 있다.
제7도에 도시되어 있는 바와 같이, 원주 통로(49)를 통하여 그 상부로부터 공기가 드로틀 몸체에 들어가며 원주 통로는 분배링(43A, 43B)의 중앙 구멍에 공기가 연통된다. 액체 가솔린으로 동작시키기 위해, 제7도에 도시된 드로틀 몸체는 두개의 분사기(22A, 22B)가 구비되어 있고 액체 가솔린은 연료관(20)에 연결된 가솔린 다지관(29)에 의해 공급된다. 분사기는 천연가스 분배링(43A, 43B)의 중앙 구멍에 하방으로 연장되어 있고 버터플라이 밸브(27A, 27B)의 상부의 드로틀 몸체의 드로트(28A, 28B)안에 직접 가솔린을 분사한다.
천연가스 매스 센서(42)는 천연가스 도관(40)의 천연가스 질량 유량을 감지하도록 설치되고 천연가스 도관의 질량 유량을 지시하기 위해 가스 유량 신호를 발생한다. 하기에 더욱 상세히 설명될 것과 같이, 공기 유량 신호와 천연가스 유량 신호는 보조 밸브(44)의 동작을 제어하도록 사용되며 천연가스 도관(40)에 천연가스의 유량을 제어한다.
천연가스는 종래의 방법으로 가압된 저장 탱크(46)로부터 보조 밸브(44)에 공급된다. 저장 탱크를 위한 수동 차단 밸브가 구비되어 있다. 관은 만약에 관내의 압력이 천연가스로 기관이 동작되도록 표시한 불충분한 압력이 소정 수준 이하로 떨어진다면 드로틀 몸체(24)에 흐르는 천연가스를 차단하기 위해 솔레노이드 차단 밸브(52)와 연결되어 동작하는 압력 센서(50)에 천연가스를 연통시킨다. 압력 센서와 솔레노이드 차단 밸브 사이의 천연가스가 흐르는 위치에 위치한 압력 조절기(54)는 관내의 압력을 조절한다. 천연가스는 다이어프램 압력 조절기(56)를 통하여 보조 차단 밸브로부터 관내에 흐르며 그후 보조 밸브(44)로 흡입된다. 상기에 설명된 바와 같이, 솔레노이드 밸브에서 배출된 천연가스는 천연가스 도관(40)에 공급된다.
제어판(58)에는 토글 스위치(60)가 구비되어 있어서 교체할 수 있는 연료로써 천연가스와 액체 가솔린의 동작 위치 사이를 조작자가 수동으로 선택할 수 있게 된다. 지시 램프(62)는 차량이 천연가스로 동작될 때를 표시하고, 지시 램프(64)는 기관이 액체 가솔린으로 동작될 때를 표시한다.
본 발명의 제어 시스템(10)은 다른 전자 제어기(66)를 포함하는데 제1도에 사각형의 가상선에 의해 지시되어 있다. 전자 제어기는 압력 센서(50)로부터 신호를 받고 그 신호에 대응하여 솔레노이드 밸브(52)에 제어 신호를 보낸다. 전자 제어기는 또한 제어판(58)에도 연결되어 있어서 제어판의 동작 모드의 선택에 따라 동작된다. 하기에 기술될 것과 같이, 전자 제어기는 보조 밸브(44)의 동작을 제어한다.
제어 시스템(10)이 연소 목적을 위하여 가스들을 제어하도록 본 발명이 사용될 때 공기와 천연가스와 같은 기체 연료의 화학량론적 비가 구비되도록 요구된다. 가스들의 정확한 유량을 달성하기 위하여, 어떤 방법에 의해 질량 유량을 측정하도록 요구되며 이는 압력과 온도의 변화에 관련된 에러를 받지 않아야 한다. 본 발명에서는 제2도와 제3도에 도시된 형식의 열선 풍속계(67)를 사용하여 질량 유량의 측정이 성취된다.
본원에서 참고로 설명된 이 형식의 열선 풍속계는 미합중국 특허 제4,523,461호에 설명되어 있다. 측정은 질량 유량의 감지에 의해 보통의(작은) 압력과 온도 변화에는 예민하지 못하다.
열선 풍속계(67)는 한쌍의 전기 도체 기둥(70) 사이에 연장된 곧은 감열 저항선(68)를 포함한다. 전기 도체 기둥과 기둥 사이의 단부는 저항선이 연장되어 있으며 도관안에 위치되어 있어서 공기나 천연가스의 통과가 감지된다. 예증의 목적을 위하여, 도관은 제2도와 제3도에서 공기도관(34)으로써 설명될 것이다. 그러나, 하기에 설명될 것과 같이 공기도관 장치는 크기를 제외하고는 가스도관(40)과 동일하다.
전기 도체 기둥에 대향된 단부는 도관벽의 구멍(71)에 연장되고 지지부재(72)에 의해 단단히 지지되어 있다. 회로기판(74)은 열선 풍속계의 전자 회로와 적어도 한 부분이 연결되어 있고 전기 도체 기둥과 전기적으로 연결되어 있다. 회로기판은 지지부재에 부착되어 있고, 회로기판과 지지부재는 도관의 외부에 부착되어 있다.
거품 방울이 눌린 모양의 블럭(76)은 공기도관의 구멍(71)위에 위치되며 회로기판(74)과 지지부재(72)사이에 위치되고 공기도관(34)은 전기 도체 기둥 주변의 구멍을 통하여 공기가 도관에 들어가거나 자극으로부터 어떤 공기를 막기 위한 것이다. 블럭은 구멍을 밀봉하도록 압축된다. 그러나, 전기 도체 기둥을 수용하도록 구멍이 구비되어 있다. 가상선으로 나타낸 커버(78)는 회로기판상에 부착된 전자회로를 덮도록 구비되어 있다. 열선 풍속계(67)로부터의 상류에는 열선 풍속계의 저항선(68)에 흐르는 도관내의 층류 유동의 제공을 돕는 벌집 모양이며 길게 연장된 세프(80)가 도관내에 설치된다.
종래의 방법에서, 저항선(68)은 열선 풍속계의 브릿지 회로에서 하나의 지류이고 전기 신호나 저항선을 통하여 측정된 전압을 열선 풍속계 브릿지로부터 출력 전기 신호로 발생시키며 이는 특별히 예견할 수 있으나 비선형 열선 풍속계의동작중에 도돤을 통하여 흐르는 천연가스나 공기의 질량 유량에 관계한다. 출력 신호는 천연가스나 공기의 분자 중량에 따라 감지된다.
에어매스 센서(38)의 출력 신호와 천연가스 매스 센서(42)의 브릿지 출력 신호는 증폭을 받은 후 제어기(66)에 공급된다. 에어매스 센서의 출력 신호는 연소 공기원에 의해 내연기관이 동작하는 속도에서나 다른 형식의 연소에 사용될 때 내연기관의 특별한 공기 흡입에 의해 확립된 공기의 질량 유량에 따라 의존된다. 보일러에서는 공기 송풍기가 공기의 질량 유량을 결정할 것이다. 물론, 기관의 속도나 송풍기 크기의 변화에 따라 공기의 질량 유량도 변한다. 내연기관의 경우에 있어서, 기관에 의해 흡입되는 공기의 양은 아이들 동작과 고출력 동작간에 매우 다른다.
이러한 관점에서 보면, 최적의 성능이 달성되도록 공기에 기체 연료의 화학량론적 비가 달성되도록 천연가스와 같은 가스 연료의 유동을 조절할 필요가 있다. 더우기, 이 화학량률은 기관의 전 동작 범위에 걸쳐 실제적으로 일정하게 유지되어야만 하며 그래서 요구되는 기체 연료의 기체 질량 유량의 변화에 감지된 공기 질량 유량에 따라 변화한다.
이것은 제어기(66)에 의해 달성된다. 제1도에 도시되어 있는 바와 같이 가스매스 센서(42)의 출력 신호는 신호 콘디셔너(85)에 연결된다. 신호 콘디셔너(85)의 출력은 반전 증폭기(86)의 입력단에 연결된다.
반전 증폭기(86)의 출력은 저항(88)을 통하여 가변 저항기(82)에 연결된다. 같은 방법으로, 에어매스 센서(38)의 출력은 또한 신호 콘디셔너(84)와 저항(92)을 통하여 가변 저항기(82)에 연결된다. 가변 저항기(82)의 와이어 아암은 연산 증폭기(90)의 비반전 입력단에 연결된다. 가변 저항(82)는 주기적 미동조 혼합 조정을 허용하며 이것은 정상적으로 유지되는 동안에 수동으로 할 수 있다. 연산 증폭기(90)의 반전 단자는 저항(94)을 통하여 접지에 연결된다.
에어매스 센서(38)의 출력 신호와 가스매스 센서(42)에 반전 출력 신호는 연산 증폭기(90)의 비반전 단자에 집적되고, 그 집적은 반전 단자의 신호와 비교된다.
연산 증폭기(90)의 출력은 보조 밸브(44)에 연결되고 전기적으로 작동되는 보조 밸브를 제어하기 위한 신호가 발생되며 이에 의해 천연가스 도관(40)의 천연가스 유량은 공기와 천연가스의 희망하는 화학량론적 비를 유지시켜준다.
상기에 설명한 바와 같이, 보조 밸브에 의해 허용된 천연가스의 유량이나 용량은 기관의 작동 속도에 의한 공기의 질량 유량에 의존한다. 자동차 엔진에서의공기의 질량 유량은 전형적으로 아이들 동작 상태에서는 18.16kg/시간(40#/hr)이고 고속 동작상태에서는 771.8kg/시간(1700#/hr)의 사이에서 변화한다. 제어기(66)는 공기 유량의 이들 변화에 대응하여 천연가스의 유량을 제어하기 위한 수단을 제공한다. 천연가스는 공기보다 밀도가 매우 적고 화학량론적 동작을 위해 공기 대 천연가스의 비율을 17대 1로 유지시킴이 바람직하다. 환언하면, 기관이 77.18kg/시간(170#/hr)의 공기가 요구될 때 4.5kg/시간(10#/hr)의 천연가스가 필요하고, 기관이 771.8kg/시간(1700#/hr)의공기가 요구될 때 45.4kg/시간(100#/hr)의 천연가스가 필요할때가 바람직하다. 요구된 특별한 혼합 비율은 요구된 작동력을 제공하도록 공기와 천연가스의 혼합물의 생산에 있어서 그 비율이 양호하다.
또한, 에어매스 센서(38)과 가스매스 센서(42)는 동일한 열선 풍속계의 사용이 바람직하다. 상기에 설명된 바와 같이 불행히도 연선 풍속계로부터의 출력 신호는 측정된 질량 유량에 관련하여 비선형 출력을 발생한다. 이와같이, 두개의 매스 센서는 약 17대 1에 의한 질량 유량의 변화때문에 그들의 상응하는 출력 곡선에 따라 다른점에서 동작할 것이다. 또한, 공기의 출력 신호에서의 변화를 직접적으로 사용한다면 가스 질량 유량의 비례적 변화를 산출하지 않을 것이다. 이것은 에어매스 센서의 출력 신호와 가스매스 센서의 출력 신호를 제어기(66)에 의해 비교할 때 문제가 된다. 예를 들면, 공기 질량 유량과 가스 질량 유량의 비례적 변화는 그들의 비선형 응답 특성에 따라 에어매스 센서와 가스매스 센서의 출력 신호에 따른 비례적인 변화가 일어나지 않을 소정의 유량을 유지함이 필요하다. 하나의 해결책으로서는 두 센서의 출력 신호를 선형화 하는 것이다.
본 발명의 본 실시예에서의 전자 제어기(66)는 두개의 열선 풍속계의 출력 신호를 선형화 하기위한 수단을 제공하여서 두 신호가 정확히 비교되고 두 기체가 정확한 비율로 유지되게 한다.
보조 밸브(44)의 하나의 실시예가 본 발명에 사용 가능하도록 제4도 및 제5도에 도시되어 있다. 보조 밸브(44)는 내부 통로(100)를 가진 몸체(98)를 가진다. 내부 통로(100)에는 회전축(104)에 탑재된 버터플라이 밸브(102)가 설치되어 있다. 회전축(104)은 몸체(98)를 관통하여 연장되고 밸브 몸체의 상부에 탑재된 종래 설계의 영구자석 선형 보조 모터(106)에 연결되어 있다. 연산 증폭기(90)는 밸브축(104)이 회전하도록 보조 모터(106)를 구동시키고 내부 통로(100)를 통하여 천연가스의 유동을 증가시키거나 감소시키도록 몸체내의 버터플라이 밸브(102)의 위치를 변화시킨다. 리턴 스프링(108)의 한 단부는 보통 모터 케이스에 고정되고 다른 단부는 보조 모터가 정지될 때 버터플라이 밸브를 폐쇄 위치로 복귀시키고 밸브축이 편위되도록 회전시키기 위해 밸브축에 부착되어 있다.
비록 예증의 목적을 위해 본 발명의 특별한 실시예가 설명되어 있을지라도 본 발명의 정신과 영역을 벗어나지 않는 범위에서 여러가지 수정을 할 수 있음을 인지할 것이다. 따라서 본 발명은 첨부된 특허청구범위에 제한되지 않는다.

Claims (12)

  1. 이종 기체의 상대 질량 유량을 제어하기 위한 제어 시스템에 있어서, 질량 유량의범위에 걸쳐 변화하는 제1가스의 유동을 위한 제1도관과, 상기 제1도관안의 상기 제1가스의 질량 유량을 감지하도록 설치되고, 상기 제1가스의 질량 유량을 지시해줄 제1유량 신호를 발생하기 위한 제1가스매스 센서와, 질량 유량의 범위에 걸쳐 조절할 수 있는 제2가스 유동을 위한 제2가스도관과, 상기 제2도관안의 상기 제2가스의 질량 유량 을 감지하도록 설치되고, 상기 제2가스의 질량 유량을 지시해줄 제2유량 신호를 발생하기 위한 제2가스매스 센서와, 상기 제1유량 신호와 제2유량 신호와 제2유량 신호를 비교하여 만약에 상기 제1유량 신호와 제2유량 신호가 소정의 비와 다르다면 제어 신호를 발생하는 전자 제어기와, 상기 소정의 비가 유디되도록 상기 제어 신호에 상기 제2가스의 유량을 조절 가능하게 제어하며 이에 의해 요구된 비로 상기 제1가스와 제2가스의 질량 유량이 유지되도록 상기 제1가스 유동의 변화에 따라 상기 제2가스의 유량을 제어하는 밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1도관과 제2도관은 상기 제1가스와 제2가스 질량 유량의 상기 소정비의 각각에 대하여 대략적으로 대응하는 크기의 내부 유동 단면적을 가지며, 제1가스매스 센서와 제2가스매스 센서는 감지되는 질량 유량에 관하여 실제적으로 동일한 비선형응답 출력을 가지며 이에 의해 상기 제1가스매스 센서와 제2가스매스 센서의 응답 출력은 상기 제1도관과 제2도관의 단면적의 선택에 따라 일반적으로 비례할 것이며, 상기 제1가스매스 센서와 제2가스매스 센서의 응답 출력이 비선형일지라도 상기 제1유량 신호와 제2유량 신호는 받아들일 수 없는 에러의 발생없이 유량의 넓은 범위에 걸쳐 동작하는 동안에 비교할 수 있도록 남아 있을 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1도관과 제2도관은 상기 제1가스와 제2가스의 질량 유량이 상기 소정비일 때 상기 제1가스매스 센서와 제2가스매스 센서에 대해 대략적으로 동일한 응답 출력이 제공될 수 있는 치수로 된 내부 유동 단면적을 가지며, 상기 제1가스매스 센서와 제2가스매스 센서는 감지되는 질량 유량에 관하여 실제적으로 동일한 비선형 응답 출력을 가지며 이에 의해 상기 제1가스매스 센서와 제2가스매스 센서의 응답 출력이 비선형일지라도 상기 제1유량 신호와 제2유량 신호는 받아들일 수 없는 에러의 발생없이 유량의 넓은 범위에 걸쳐 동작하는 동안에 비교할 수 있도록 남아 있을 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  4. 이종 기체의 상대 질량 유량을 제어하기 위한 제어 시스템에 있어서, 질량 유량의 범위에 걸쳐 변화되는 제1가스의 유동을 위한 제1도관과, 상기 제1도관안의 상기 제1가스의 질량 유량을 감지하도록 설치되고 상기 제1가스의 질량 유량을 지시해줄 제1유량 신호를 발생하는 제1열선 풍속계와, 질량 유량의 범위에 걸쳐 조절할 수 있는 제2가스의 유동을 위한 제2도관과, 상기 제2도관내의 상기 제2가스의 질량 유량을 감지하도록 설치되고 상기 제2가스의 질량 유량을 지시해줄 제2유량 신호를 발생하는 제2열선 풍속계와, 상기 제1유량 신호와 제2유량 신호를 비교하고 만약에 상기 제1유량 신호와 제2유량 신호가 소정의 비와 다르다면 제어 신호를 발생하는 전자 제어기와, 상기 소정의 비가 유지되도록 상기 제어 신호에 상기 제2가스의 유량을 조절 가능하게 제어하며 이에 의해 요구된 비로 상기 제1가스와 제2가스의 질량 유량이 유지되도록 상기 제1가스 유동 변화에 따라 상기 제2가스의 유량을 제어하는 밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1도관에 제2도관은 상기 제1가스와 제2가스 질량 유량의 상기 소정비의 각각에 대하여 대략적으로 대응하는 크기의 내부 유동 단면적을 가지며, 상기 제1열선 풍속계와 제2열선 풍속계는 감지되는 질량 유량에 관하여 실제적으로 동일한 비선형 응답 출력을 가지며 이에 의해 상기 제열선 풍속계와 제2열선 풍속계의 응답 출력은 상기 제1도관과 제2도관의 단면적의 선택에 따라 일반적으로 비례할 것이며, 상기 제1열선 풍속계와, 제2열선 풍속계의 응답 출력이 비선형일지라도 상기 제1유량 신호와 제2유량 신호는 받아들일 수 없는 에러의 발생없이 유량의 넓은 범위에 걸쳐 동작하는 동안에 비교 할 수 있도록 남아 있는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  6. 제4항에 있어서, 상기 제1도관과 제2도관은 상기 제1가스와 제2가스 질량 유량이 상기 소정비일 때 상기 제1열선 풍속계와 제2열선 풍속계에 대략적으로 동일한 응답 출력이 제공될 수 있는 크기의 내부 유동 단면적을 가지며, 상기 제1열선 풍속계와 제2열선 풍속계는 감지되는 질량 유량에 관하여 실제적으로 동일한 비선형 응답 출력을 가지며 이에 의해 상기 제1열선 풍속계와 제2열선 풍속계의 응답 출력이 비선형일지라도 상기 제1유량 신호와 제2유량 신호는 받아들일 수 없는 에러의 발생없이 유량의 넓은 범위에 걸쳐 동작하는 동안에 비교할 수 있도록 남아 있는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  7. 내연기관 구동식 차량에서 동작중에 교체 동력원으로써 액체 가솔린과 기체 연료를 교체할 수 있는 제어 시스템에 있어서, 엔진이 동작하는 동안에 질량 유량의 범위에 걸쳐 공기 유동을 가변시키기 위해 엔진의 흡입구로 이동되는 제1도관과 상기, 제1도관안의 상기 공기의 질량 유량를 감지하도록 설치되며 상기 공기의 질량 유량을 나타내는 제1유량 신호를 발생하는 에어매스 센서와, 상기 기체 연료의 가압원과, 상기 기체 연료의 유동이 질량 유량의 범위에 걸쳐 가변될 수 있어 상기 공기와 혼합하기 위하여 상기 가압원으로부터 엔진의 흡입구로 인도되는 제2도관과, 상기 제2도관안의 상기 기체 연료의 질량 유량를 감지하도록 설치되며 상기 기체 연료의 질량 유량을 나타내는 제2유량 신호를 발생하는 기체 연료 가스매스 센서와, 상기 제1유량 신호와 제2유량 신호를 비교하고 만약 상기 제1유량 신호와 제2유량 신호가 상기 공기와 기체 연료의 실제적인 화학량론적 비를 제공하도록 선택된 소정의 비와 다를 때 제어 신호를 발생하는 전자 제어기와, 상기 소정비가 유지되도록 상기 제어 신호에 상기 기체 연로의 유량을 가능하게 제어하며 이에 의해 요구된 비로 상기 공기와 기체 연료의 질량 유량이 유지되도록 상기 공기 유동 변화에 따라 상기 기체 연포의 유량을 제어하는 벨브와, 상기 가압 탱크내의 상기 기체 연료의 압력을 감지하기 위한 센서와, 상기 가압 탱크내의 압력이 소정의 압력 이하로 떨어짐에 대하여 상기 제2도관내의 상기 기체 연료의 유동을 종료하기 위한 상기 센서에응답하는 차단 밸브와, 지연이 없고 엔진이 가솔린과 기체 연료의 혼합 공급을 피하며 엔진에 가솔린의 유동을 상기 센서에 의하여 제어하기 위한 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 엔진은 가솔린용 전기 연료 펌프와 연료실을 사용할 필요없이 상기 연료 펌프로부터 연료를 수령하는 적어도 하나의 가솔린 분사기를 포함하며, 엔진에 가솔린의 유동을 제어하기 위한 상기 제어 수단은 상기 센서에 대응하여 전기 연료 펌프의 스위치를 켜서 가압 가솔린을 분사기에 제공하는 스위치 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  9. 제7항에 있어서, 드로틀 몸체는 엔진의 흡입구에 연결되고 상기 공기와 상기 기체 연료를 혼합하기 위하여 상기 제1도관과 제2도관에 연결되어 있는 드로틀 몸체를 구비하고, 상기 드로틀 몸체는 상기 공기의 유동이 통하는 벤튜리 드로틀과 벤튜리점에서 상기 벤튜리 드로틀에 관하여 원주방향으로 연장하는 분배링을 구비하고, 상기 분배링은 공기 유동에 대하여 상기 벤튜리 드로틀을 통하여 흐르는 공기 운동에 비례하는 상기 분배링의 구멍내의 압력으로 상기 제2도관과 연통되는 원주구멍을 한정하며, 상기 분배링은 상기 벤튜리 드로틀의 주위에 상기 기체 연료의 커어튼 유동을 제공하기 위한 원주방향으로 연장된 슬롯을 가지며, 상기 드로틀 몸체는 또한 상기 드로틀 몸체 드로틀에서 상기 기체 연료의 커어튼 유동과 상기 드로틀 몸체 드로틀를 통하여 흐르는 상기 공기를 혼합하도록 난류를 만들기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 시스템.
  10. 제7항에 있어서, 상기 제1도관과 제2도관은 상기 제1가스와 제2가스의 질량 유량의 상기 소정의비에 각각 대략적으로 대응되는 내부 유동 단면적이 제공되며, 상기 제1저항 진공계와 제2저항 진공계는 감지된 질량 유량에 대한 실제적으로 동일한 비선형 응답 출력이 제공되는 것을 특징으로 하는 이종 기체의 상대 질량 유량을 제어하기 위한 방법.
  11. 공기와 기체 연료를 혼합하기 위한 엔진 드로틀 몸체에 있어서, 드로틀의 한 단부에 공기가 공급되도록 하고 트로틀의 다른 단부는 엔진에 요구되는 공기의 유동을 위해 드로틀을 통해 엔진의 흡입구에 연결 가능한 벤튜리 드로틀을 형성하는 드로틀 몸체 하우징과, 기체 연료의 공급에 연통되는 원주구멍을 규정하고 상기 드로틀의 원주에 기체 연료의 커어든 유동을 제공하도록 하는 크기의 원주방향으로 연장된 슬롯을 가지며 드로틀의 벤튜리점에서 상기 드로틀에 관하여 원주방향으로 연장된 분배링과 공기의 유동이 상기 드로틀을 통하여 상기 기체 연료의 커어튼 유동과 혼합되도록 상기 드로틀내에서 난류를 제공하기 위한 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 엔진 드로틀 몸체.
  12. 이종 기체의 상대 질량 유량을 제어하기 위한 방법에 있어서, 질량 유량의 범위에 걸쳐 가변 가능한 제1가스 유동을 위한 제1도관이 설치되고, 상기 도관내의 상기 제1가스의 유량을 감지하도록 설치된 제1저항 진공계가 설치되고, 상기 제1저항 진공계를 가지는 상기 제1도관내의 상기 제1가스 질량의 감지와 상기 제1가스의 질량 유량의 을 표시하는 제1유량 신호를 발생하고, 질량 유량범위 걸쳐 조절할 수 있는 제2가스 유동을 위한 제2도관이 설치되고, 제2도관내의 상기 제2가스의 질량 유량을 감지하도록 설치된 제2저항 진공계가 설치되고, 상기 제2저항 진공계를 가지는 상기 제2도관내의 상기 제2가스 질량의 감지와 상기 제2가스의 질량 유량을 표시하는 제2저항 진공계가 설치되고, 상기 제1가스와 제2가스의 질량 유량을 위한 소정의 비를 선택하고, 상기 1유량 신호와 제2유량 신호를 비교하고 상기 소정의 비로부터 질량 유량에서 나타내는 변화가 만약에 제1유량 신호와 제2유량 신호와 다르다면 제어 신호를 발생하고, 상기 제2가스의 유량을 제어하기 위한 조절 가능 밸브가 설치되고, 상기 밸브는 질량 유량의 가스 소정의 비로 유지시키기 위해 상기 제어 신호에 대하여 제어되고 이에 의해 상기 제2가스의 유량은 요구된 비로 제1가스와 제2가스의 질량 유량을 유지시키기 위한 상기 제1가스의 유량 변화에 대응하여 제어되는 것을 특징으로 하는 이종 기체의 상대 질량 유량을 제어하기 위한 방법.
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