KR920007891B1 - 알콜-가솔린 혼합물의 조성을 측정하는 방법 및 장치 - Google Patents

알콜-가솔린 혼합물의 조성을 측정하는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

알콜-가솔린 혼합물의 조성을 측정하는 방법 및 장치
제1도는 내연기관의 작동을 자동조절하는 본 발명에 다른 장치의 개략도.
제2도는 연료혼합물의 조성을 측정하기 위한 센서의 일실시예를 나타내는 도면.
제3도는 센서에 접속되는 전기회로도.
제4도는 본 발명의 장치에 사용될 수 있는 발광 다이오우드의 발광 곡선을 나타내는 도면.
제5도는 다른 조성을 갖는 연료 혼합물들에 대한 투광율을 파장의 함수로서 나타낸 도면.
제6도는 제3도에 도시한 바와같은 측정 수단에 관한 검정선의 일예를 나타내는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 저장기 4 : 게이지
9, 10, 11 : 센서 18 : 도선
20 : 전자기 밸브 22 : 센서 본체
23, 28, 29 : 구멍 30, 35 : 광트랜지스터
37 : 여과기 39 : 차동증폭기
본 발명은 다양한 알콜성분을 갖는 연료 혼합물들이 공급되는 엔진의 자동조절에 사용되기 위해, 알콜-가솔린 혼합물의 조성을 결정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
앞으로 상업상 유용될 여러 형태의 연료들을 사용하기 위해, 다중연료를 사용하는 유연기관(flexible engines)은 다른 연료들 또는 다른 연료들의 혼합물에 사용되고 연공비와 점화를 자동 조절하기 위한 통합 시스템을 가져야 한다.
본 발명의 목적은 이러한 상이한 요구조건들을 만족시킴에 있다.
즉, 상기 문제점들을 해결하기 위해 본 발명은 알콜-가솔린 혼합물의 조성을 측정하는 방법을 제공하는 것인데, 이 방법에서는 광비임이 혼합물을 관통하도록 방사되고, 혼합물에 의해 흡수되는 광비임의 정도는 근적외선에 상응하는 파장범위에서 선택된 하나 이상의 파장에 의해 결정되며, 이러한 흡수도는 혼합물의 알콜함량에 관계된다.
근적외선에 의해 0.7 내지 1.7미크론(700 내지 1700나노미터)의 파장에 일치하는 광스펙트럼에 대역을 얻을 수 있다.
프랑스공화국 특허 제2,487, 010호와 1981년 3월에 공개된 ＂Polytechnisch Tijdschrift Werktuigbouw＂의 ＂Probleemloze toepassing van alcoholbenzine mengsels in auto's＂라는 제하의 논문에는 연료내의 알콜백분율을 측정하기 위한 장치가 지개되어 있다. 이 장치는 유리기둥 내에서의 광투과를 이용하는 것이지만 근적외선에서 연료에 의해 흡수되는 빛을 구하지는 못하였다. 일반적으로 선행기술에서는 근적외선에서 알콜-가솔린 혼합물에 의한 빛흡수를 사용하여 이러한 혼합물의 조성을 측정하지 못하였다.
상기와 같은 선행기술로서 미합중국 특허 제4,369,736호, 제3,996,785호, 제4,031,864호와 제4,321,465호, 및 영국특허 제1,554,309호를 들 수 있다.
본 발명은 알콜-가솔린 혼합물이 공급되는 연소기관의 작동변수를 자동조절하기 위한 방법을 제공하며, 이 방법에서 기관에 공급되는 혼합물을 관통하여 광비임이 방사되고 상기 혼합물에 의해 상기 광비임이 흡수되는 정도는 근적외선에 일치하는 파장범위에서 선택된 파장대내에서 결정되며 기관의 작동변수들의 조정은 상기와 같이 측정된 흡수도의 함수로서 제공된다.
본 발명의 제1실시예에서, 흡수도는 900 내지 1000나노미터(1나노미터=10-~)사이의 파장에 대해 측정된다.
두번째 실시예에서, 흡수도는 1450 내지 1600나노미터 사이의 파장에 대해 측정된다.
상기 첫번째 광비임이 혼합물에 의해 흡수되는 정도(흡수도)는 첫번째 비임과 동일한 발광원을 갖는 두번째 비임이 순수알콜 또는 공지된 조성을 갖는 알콜-가솔린 혼합물과 같은 기준유체에 의해 흡수되는 정도와 비교된다.
또한, 본 발명은 알콜-가솔린 혼합물이 공급되는 엔진과 같은 연소유니트의 연공비, 점화진각, 비연소개스의 재순환율과 같은 하나 이상의 작동변수를 자동조절하기 위해 사용될 수 있는 장치를 제공하며 이 장치는 엔진에 공급되는 혼합물이 관통하여 유동하게 되는 셀(cell)을 관통하여 광비임을 방출하게 되는 광원 및 근적외선에 일치하는 파장 범위에서 선택된 하나 이상의 파장에 대해 셀을 관통하여 유동하는 혼합물에 의해 상기 비임이 흡수되는 정도를 측정하기 위한 수단을 갖는 센서로 구성되고, 상기 측정수단은 측정된 흡수도에 따라 신호를 반송한다.
특히, 본 발명은 상기한 바와같은 장치에 관한 것으로서 상기 장치에서 상기 측정 수단은 측정수단에 의해 반송된 상기 신호의 함수로서 엔진의 하나이상의 작동변수를 조절하기 위한 수단에 연결된다.
특정 실시예에서 상기 장치는, 상기 센서가 연료 저장기를 엔진에 연결하는 공급파이프내에서 연료펌프에 일련하여 배설되고, 저장기가 저장기내 연료체적의 증가를 알리는 신호를 생성하기 위해 채택되는 연료게이지로 구성되며, 저강기로 향하는 복귀파이프로의 바이패스(bypass)도관이 공급파이프내에 배설되면서 동바이패스를 제어하기 위한 수단에 연결되고 상기 제어수단은 게이지에 의해 저장기내의 연료의 체적이 증가하였다는 제어신호를 수납하자마자 주어진 시간동안 작동하기 위해 사용된다는 것으로 특정화된다.
이하 도면을 참조로하여 본 발명을 상술한다.
본 발명의 일실시예를 개략적으로 나타내는 제1도를 참조하면, 엔진(M)은 파이프(2)를 통하여 저장기(1)로부터 연료가 공급되며 상기 파이프(2)에는 가솔린 펌프(P)와 연료의 알콜함량을 측정하기 위한 장치(3)이 위치된다. 저장기(1)내의 연료의 높이는 게이지(4)에 의해 측정된다. 공기는 가열기(7)을 관통하여 통과하는 파이프(6)에 의해 여과기(5)를 관통하여 공급되고 상기 파이프(6)에는 공기 공급량을 조절하기 위한 전자기 밸브(8)이 위치된다. 공기 공급량은 센서(9)에 의해 측정된다. 엔진에 의해 회전되는 플라이휘일(12)와 함께 작동하는 다른 센서(10 및 11)은 엔진의 회전속도, 및 각각의 엔진사이클에서 각 실린더내의 상사점은 관통항 피스톤의 통과를 감지한다.
연소센서(13)은 핀킹(pinking)현상이 발생되는 비정상 연소사이클을 감지한다.
배기가스내에 위치되는 탐침(14)는 이들 배기개스가 이론적인(stoichiometric )연료 공기 혼합물의 연소에 의해 생성된 것인지를 결정한다.
상기 다양한 센서들(C)로부터의 지시값들은 마이크로프로세서 형태의 데이타 자동처리수단(Calc)으로 전달되고 상기 데이타 자동처리 수단은 조절신호들을 전자기밸브(8) 및 엔진의 점화회로(16)을 제어하기 위한 수단(15)로 반송한다.
데이타 자동처리수단은 예컨대, 미합중국 특허 제4,120,272호에 기재된 방법에 따라 특히 센서(10,11 및 13)으로부터 수납된 신호들의 함수로서 핀킹현상의 발생을 방지하는 최적값으로 점화진각을 자동조절하기 위해 사용된다.
연료중의 알콜백분율을 측정하는 센서(3)은 도선(18)을 통하여 프로세서로 측정신호를 전송한다.
상기측정은 연속 또는 불연속으로 이루어질 수 있다.
불연속으로 측정될 경우, 최종 측정기가 프로세서에 저장되며 신규측정은 저장기(1)이 각각 재충전된 후에 실시된다.
이것을 위해, 저장기(1)내의 연료높이가 각각 증가될 경우 프로세서에 접속된 제어수단에 신호를 전송하기 위해 게이지(4)가 사용될 수 있다.
그리고나서, 프로세서는 도선(19)를 통하여 펌프(P)의 출력부에서 공급파이프 (2)내에 위치되는 삼방향(three-way)전자기밸브(20)을 작동시키며 이 전자기밸브는 저장기(1)에 연결된 바이패스(21)을 개방하여 연료가 프로세서에 의해 마련된 주어진 시간(예컨대 1 내지 2분)동안 파이프(2) 및 복귀파이프(21)을 통하여 저장기까지 폐쇄 유동회로 내를 유동하도록 한다.
상기와 같은 작동에 의해 저장기(1) 및 파이프내의 연료 조성의 균일화가 가능하게 되고, 상기 주어진 시간의 종기에 프로세서는 전자기 밸브(20)에 신호를 전송하여 저장기로의 복귀 파이프(21)의 바이패스가 폐쇄되어 엔진에 연료를 공급하도록 한다.
센서(3)에 의해 측정되어 도선(18)을 통하여 전달된 알콜함량의 측정값은 프로세서에 의해 기록되며 동 프로세서는 저장기(1)이 연료를 충진되고 나면 사전에 저장된 값을 교체시키게 된다.
또한, 센서(3)을 파이프(21) 내에 배설하는 것도 가능하게 된다.
제2도에는 연료혼합물의 조성을 측정하기 위한 센서(3)의 일실시예를 도시하고 동센서(3)의 본체(22)는 경합금 블록으로 성형된다. 상기 블록은 구멍(23)으로 천공되며 상기 구멍(23)은 적외선(평균파장 940나노미터)범위의 광비임(25)를 방출하는 General Instrument사의 LEDME 7124형의 발광다이오우드로 형성될 수 있는 광원(24)를 하우징한다. 동 비임은 블록(22)내의 두개의 다른구멍(28 및 29)의 교차점에 위치하는 지지체(27)에 의해 수반되는, 평행한 면들을 갖는, 준반사식(semi-reflecting)격리판(26)에 의해 두개로 분활된다. 상기 두개의 구멍들의 축들은 수직을 이루며 구멍(28)의 축은 구멍(23)의 축과 일치한다.
비임(25)의 일부는 측정 셀(31)을 관통하여 광트랜지스터(30)과 같은 제1광도계를 향하여 반사된다. 방출된 방사선을 약한 정도로만 흡수하는 재료로 재조된 윈도우(32)를 갖는 측정 셀(31)은 엔진의 연료 공급 회로의 파이프(2)에 각각 연결된 입력관 및 출력관(33 및 24)로 구성되어 엔진에 공급되는 알콜-가솔린 혼합물이 관통하여 통과되도록 한다. 여과기(37)은 센서의 입력관내에 위치된다(제3도 참조).
비임(25)의 잔여부는 반사되지 않고 격리판(26)을 관통 통과하여 윈도우(38)을 갖는 셀(36)을 관통하여 광트랜지스터(35)와 같은 제2광도계에 도달되며 상기 셀(36)은 바람직하게는 상기 측정 셀과 유사하지만 공지된 조성을 갖는 예컨대 순수 메탄올(CH3OH)과 같은 기준액체를 포함한다.
본 발명의 분야를 이탈하지 않는 한도내에서, 상기 기준 셀은 상기 측정 셀이 공지된 조성을 갖는 알코올 및 가솔린 혼합물로 충진될 경우에 상기 측정 셀이 가질수 있는 흡수특성과 동일한 공지된 흡수특성을 갖는 간단한 여과기로 대체될 수도 있다.
측정 셀(31)을 관통 유동하는 액체 및 기준 셀(36)내에 포함하는 액체에 의한 방사선의 흡수도에 따른 조성은 차동 증폭기(39)에 의해 제공되고 상기 차동 증폭기 (39)의 두개의 입력부는 광트랜지스터(30 및 35) (제3도 참조)에 각각 연결된다.
차동증폭기(39)에 의해 전송된 특정 신호(S)는 도선(18)을 통하여 프로세서로 송달된다.
제3도에는 전압원(예컨대 10볼트) (+V)를 도시하며 발광 다이오우드(24)에 의해 생성되는 광속(light flux)의 자동조절이 어떻게 이루어지는가를 개략적으로 도시한다. 상기 자동 조절을 위해, 폴로우어형(follower type)증폭기(A1)은 기준 광트랜지스터(35)의 발광기에 연결된다. 차동 증폭기(39)의 두개의 입력부들중의 하나에 인가되는 상기 플로우어의 출력신호는 연산증폭기(A)로 구성되는 서보 시스템(servo system)의 제1입력부로 전송되고 상기 연산증폭기의 제2입력단자는 기준 전압원(VR)에 연결된다. 연산 증폭기(A)의 출력단자는 폴로우어(A)를 통하여 트랜지스터의 베이스에 연결되며 상기 트랜지스터의 발광기는 발광 다이오우드(24)에 연결된다.
상기 조절 시스템은 이하의 방식으로 작동한다 : (다이오우드(24)의 노화 또는 기준 셀(36)의 윈도우내의 먼지 때문에)기준 셀(36)과 접속된 광트랜지스터(35)에 의해 반송되는 전압이 감소되면 상기 연산증폭기(A)는 상기 전압 및 기준전압(VR)사이의 차이에따라 발광 다이오우드(24)의 공급 전압을 증가시켜 상기 다이오우드에 의해 방출되는 광속을 요구되는 수준으로 재설정하게 된다.
제4도를 참조하면, 센서(3)의 발광 다이오우드로서 사용될 수 있는 광다이오우드(광다이오우드 I.R. ME 7124)의 방출 커브를 도시한다. 상기 도면에서, 나노미터 단위의 파장(λ)는 가로축에 도시하고 관계되는 방출도(ER)은 세로축에 도시한다.
다른 연료 혼합물 구성물에 대한 광투과율을 나노미터 단위의 파장(λ)의 함수로써 나타낸다.
차동 증폭기(39)에 의해 반송되는 측정 신호(S)는 상기 입력 신호들의 차이에 비례한다. 상기 증폭기는 두개의 셀들(31 및 36)이 기준 액체(CH3OH)를 함유할때 제로로 되며 측정 셀(31)이 순수 가솔린을 기준 셀(36)이 순수메탄올을 함유할때 최대로 된다.
제6도에는 제3도에 도시한 바와같은 센서에 대한 검정곡선을 도시한다.
상기 검정곡선을 프로세서(Calc)에 전달되는 측정신호(S)의 값을 메탄올(CH3OH)백분율의 함수로서 제공한다.
예컨대, 메탄올-가솔린 혼합물들로 형성된 연료에 대해, 주유소에서 충전되기 전에 저장기 내에 포함된 밀도(D1)의 혼합물(1)의 체적을 V1이라하고 펌프에 의해 반송되는 혼합물(2)의 체적을 V2라하며 (A/F)1및 (A/F)2는 혼합물(1) 및 (2)의 이론적인 비율이라 할때, 저장기내에서 얻어지는 최종화합물(3)의 값 V3, D3및 (A/F)3은 이하의 식과 같은 관계를 갖는다 :
Figure kpo00001
Figure kpo00002
데이타 자동처리수단(Calc)은 매충전후에 재충전을 유효화하게 되는 초기값(A /F)1, V1및 D1과 (A/F)2, V2및 D2에 따른 상기식(1), (2) 및 (3)에 따라 최종 혼합물(3)의 값 (A/F)3, V3및 D3를 결정한다.
본 발명의 분야를 이탈하지 않는 한도내에서, 광비임 분리수단은 격리판과 다른 것이 사용될 수 있고 이 경우 상기 수단은 입사광 비임을 두개 이상의 비임들로 분리시키기 위해 사용된다. 예컨대, 상기 수단은 Y형태의 광섬유이거나 진동 거울을 사용하여 입사비임을 주기적으로 굴절시키는 것이거나 동일 종류의 다른 장치로 될 수 있다. 마찬가지로 동일 특성을 갖는 두개의 다른 광원들이 사용될 수 있는데 상기 두개의 광원들중의 하나는 측정 셀을 향하여 방사선을 방출하고 다른 하나는 기준 셀을 향하여 방사선을 방출하게 된다.
본 발명은 알콜-가솔린 혼합물 이외의 혼합물에 적용될 수 있으며 특히, 하나이상의 산소화 생성물 및 가솔린을 포함하는 혼합물에 적용될 수 있다.

Claims (11)

  1. 알콜-가솔린 혼합물이 공급되게 되는 연소기관의 작동변수를 자동 조절하기 위한 방법에 있어서, 엔진에 공급되는 혼합물을 관통하여 광비임을 방출시키고 상기 혼합물에 의해 광비임이 흡수되는 정도는 700 내지 1700나노미터에 일치하는 파장범위에서 선택되는 파장대에서 측정되며 엔진의 작동변수의 조절은 상기와 같이 측정된 흡수도의 함수로써 제어되게 되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 흡수도가 900 내지 1000나노미터 사이의 파장에 대해 측정되게 되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 흡수도가 1450 내지 1600나노미터 사이의 파장에 대해 측정되게 되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 알콜-가솔린 혼합물과 같은 가솔린을 포함하는 혼합물이 공급되는 엔진과 같은 연소유니트의 공연비, 점화진각 또는 미연소개스의 재순환율과 같은 하나이상의 작동변수를 자동 조절하기 위해 사용되는 장치에 있어서, 상기 연소 유니트에 공급되는 혼합물이 유동하게 되는 셀을 관통하여 제1광비임을 방출시키는 광원, 및 700 내지 1700나노미터의 파장 범위에서 선택되는 파장에 대해 셀을 관통하여 유동하는 상기 혼합물에 의해 상기 비임이 흡수되는 정도를 측정하기 위한 수단으로 구성되는 센서가 제공되며, 상기 측정수단은 측정된 흡수도의 함수로서 신호를 전송하게 되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 측정수단이 상기 측정수단에 의해 전송된 상기 신호의 함수로서 엔진의 하나 이상의 작동변수를 조절하기 위한 수단에 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 센서가 연료 저장기를 엔진에 연결하는 공급파이프내에서 연료펌프와 일련하여 배설되고 상기 저장기는 저장기내 연료의 증가를 알리는 신호를 생성하기 위해 사용되는 연료 게이지로 구성되며, 저장기로의 복귀 파이프를 향한 바이패스 밸브는 상기 공급 파이프내에서 배설되어 상기 바이패스를 제어하기위한 수단에 연결되고 상기 제어수단은 저장기내의 연료 체적의 증가를 알리는 상기 게이지에 의해 송달된 제어신호를 수납하자마자 주어진 시간동안 작동하기 위해 사용되게 되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 연소유니트에 공급되는 혼합물이 관통하여 유동하게 되는 측정 셀을 통해 광비임이 통과한 후에 상기 광원에 의해 방출된 동 광비임의 일부를 수납하는 제1광도계 및 상기 광 비임이 제2기준 셀을 통과한 후 상기 광원에 의해서 방출된 광 비임이 일부를 수납하는 제2광도계로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 기준 셀이 측정 셀과 동일하게 되고 기준 액체를 포함하게 되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 기준 유체가 알콜인 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제7항에 있어서, 광원에 의해서 방출된 광 비임을 분리시키기 위한 판이 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제7항에 있어서, 입사 광 비임을 두개 이상의 다른 비임들로 분리시키기 위한 수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
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