KR20200024920A - 연소 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

개시된 실시예는 내연 엔진, 이러한 내연 엔진을 포함하는 연소 시스템 및 연소 엔진의 작동을 제어하기 위한 제어 방법에 관한 것이다. 내연 엔진은 하나 이상의 실린더로 직접 연료, 공기, 연료 공기 혼합물 또는 그 조합을 주입하기 위한 하나 이상의 메커니즘을 포함할 수 있으며, 제어 방법은 이러한 메커니즘의 작동을 작동시키거나 지시할 수 있다.

Description

연소 시스템 및 방법
본 개시는 기체 연료, 액체 연료, 고체 연료 또는 그 조합으로 작동할 수 있는 내연 엔진에 관한 것이다.
일반적으로, 내연 엔진은 다양한 구성과 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 내연 엔진은 인라인, (복서로도 알려진) 플랫 및 V 구성과 같은 다양한 피스톤 레이아웃을 가질 수 있다. 또한, 내연 엔진은 로터리 구성을 가질 수 있다. 내연 엔진의 구성 및/또는 작동을 개선하는 것은 개선된 또는 더 효율적인 작동, 개선된 사용 수명, 감소한 작동 비용 등을 낳을 수 있다.
따라서, 내연 엔진의 사용자와 제조사는 그 개선을 계속하여 연구하고 있다.
설명된 실시예는 적어도 하나의 연소 챔버, 출력 샤프트 및 연료의 연소 동안 발생한 에너지를 출력 샤프트의 출력으로 변환(예컨대, 연소 챔버의 압력 증가를 출력 샤프트의 회전으로 변환)하기 위한 에너지 변환 메커니즘을 포함하는 내연 엔진에 관한 것이다. 일 실시예에서, 연료와 산화제가 연소 챔버로 주입되며, 연소 반응은 압력 증가를 발생시키는데, 엔진은 연소 챔버의 증가한 압력을 출력 샤프트의 회전과 같은 기계적 에너지로 변환하도록 구성된 하나 이상의 에너지 변환 메커니즘을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 연소 시스템은 엔진 및 엔진에 작동 가능하게 연결된 컨트롤러를 포함한다. 엔진은 하나 이상의 주입 포트와 배출 포트를 각각 포함하는 하나 이상의 연소 챔버를 포함한다. 또한 엔진은 하나 이상의 주입 포트 중 해당 주입 포트와 각각 연통하는 하나 이상의 인젝터를 포함한다. 하나 이상의 인젝터 각각은 하나 이상의 연소 챔버 중 해당 연소 챔버 내에 압력 증가를 발생시키는 연소 반응을 위해 하나 이상의 연소 챔버 중 해당 연소 챔버로 특정한 양의 공기를 적어도 주입하도록 구성된다. 또한 엔진은 하나 이상의 연소 챔버 중 해당 연소 챔버 내에 각각 배치되며, 하나 이상의 연소 챔버 중 해당 연소 챔버의 압력 증가를 기계적 에너지로 변환하도록 각각 구성된 하나 이상의 에너지 변환 메커니즘을 포함한다. 또한 엔진은 하나 이상의 에너지 변환 메커니즘에 의해 발생한 기계적 에너지에 응답하여 움직이도록 구성된 출력 샤프트를 포함한다. 또한 엔진은 하나 이상의 연소 챔버 각각의 배출 포트와 연통하는 적어도 하나의 배출 밸브를 포함한다. 엔진은 스로틀 바디, 리테이너, 캠 로브, 캠 샤프트, 타이밍 벨트 또는 심(shim) 중 적어도 하나가 없다. 컨트롤러는 컨트롤러에 의해 수신된 하나 이상의 입력에 적어도 부분적으로 기반하여, 적어도 하나의 연소 챔버와 연통하는 하나 이상의 인젝터를 통해 하나 이상의 연소 챔버 중 적어도 하나의 연소 챔버로 주입하기 위한 공기의 양을 결정하도록 구성된다. 또한 컨트롤러는 적어도 하나의 연소 챔버와 연통하는 하나 이상의 인젝터를 구동하여 적어도 하나의 연소 챔버로 특정한 양의 공기를 주입하도록 구성된다.
다른 실시예에서, 연소 엔진의 연소를 제어하는 방법이 개시된다. 본 방법은 연소 엔진에 작동 가능하게 연결된 컨트롤러를 이용해, 연소 엔진의 작동 파라미터에 관련된 하나 이상의 입력을 수신하는 단계를 포함한다. 또한 본 단계는 컨트롤러를 이용해, 하나 이상의 입력에 적어도 부분적으로 기반하여, 연소 챔버의 적어도 하나의 주입 포트와 연관된 적어도 하나의 인젝터를 통해 연소 엔진 내 하나 이상의 연소 챔버의 적어도 일부로 주입하기 위한 공기의 양을 적어도 결정하되, 연소 엔진은 스로틀 바디, 리테이너, 캠 로브, 캠 샤프트, 타이밍 벨트 또는 심 중 적어도 하나가 없는 단계를 포함한다. 또한 본 단계는 컨트롤러를 이용해, 하나 이상의 연소 챔버의 적어도 일부의 적어도 하나의 인젝터를 구동하여 하나 이상의 연소 챔버의 적어도 일부에 대해 결정된 양의 공기를 적어도 주입하는 단계를 포함한다.
개시된 실시예 중 임의의 특징은 제한 없이, 다른 것과 조합되어 사용될 수 있다. 또한, 본 개시의 다른 특징과 장점은 첨부한 도면과 아래 상세한 설명의 사고를 통해 이 기술분야에서 통상의 기술자에게 명확해질 것이다.
도면은 몇몇 실시예를 도시하는데, 동일한 참조 번호는 도면에 나타난 서로 다른 시야나 실시예에서 동일하거나 유사한 요소나 구성을 나타낸다.
도 1은 일 실시예에 따른 내연 엔진의 전방 사시도이다.
도 2는 도 1의 내연 엔진의 측면도이다.
도 3은 도 1의 내연 엔진의 후방 사시도이다.
도 4는 도 1의 내연 엔진의 부분적인 종단면도이다.
도 5는 도 1의 내연 엔진의 부분적인 횡단면도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 연료 시스템의 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 7은 다른 실시예에 따른 연료 시스템의 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 8은 일 실시예에 따른 공기 시스템의 개략적인 블록 다이어그램이다.
도 9는 일 실시예에 따른 내연 엔진의 작동을 제어하는 방법의 플로 차트이다.
도 10은 다른 실시예에 따른 내연 엔진의 작동을 제어하는 방법의 플로 차트이다.
도 11은 또 다른 실시예에 따른 내연 엔진의 작동을 제어하는 방법의 플로 차트이다.
도 12는 일 실시예에 따른 내연 엔진의 실린더의 부분적인 단면도이다.
도 13은 일 실시예에 따른 컨트롤러의 블록 다이어그램이다.
설명된 실시예는 적어도 하나의 연소 챔버, 출력 샤프트 및 연료의 연소 동안 발생한 에너지를 출력 샤프트의 기계적 출력으로 변환(예컨대, 연소 챔버의 압력 증가를 출력 샤프트의 회전으로 변환)하기 위한 에너지 변환 메커니즘을 포함하는 내연 엔진에 관한 것이다. 일 실시예에서, 연료와 산화제는 연소 챔버로 주입되며, 연소 반응은 압력 증가를 발생시키는데, 엔진은 연소 챔버의 증가한 압력을 출력 샤프트의 회전과 같은 기계적 에너지로 변환하도록 구성된 하나 이상의 에너지 변환 메커니즘을 포함할 수 있다.
일반적으로, 연소 챔버 및/또는 에너지 변환 메커니즘은 실시예에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 내연 엔진은 연소 챔버를 정의하거나 형성할 수 있는 하나 이상의 실린더와 해당 피스톤을 포함할 수 있다. 에너지 변환 메커니즘은 연료와 공기 혼합물의 연소에 반응하여 실린더에서 이동 가능한 피스톤을 포함할 수 있다. 피스톤은 (예컨대, 2 또는 4 행정 사이클에서) 선형/왕복 운동이 크랭크샤프트의 회전으로 변환될 수 있도록, 출력 샤프트(예컨대, 크랭크샤프트)에 회전 가능하게 장착될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 엔진은 연소 챔버의 압력 증가 및/또는 연소에 반응하여 왕복 및/또는 선형으로 이동할 수 있는 선형 출력 메커니즘을 포함할 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 내연 엔진은 로터리 엔진(예컨대, 방켈 엔진 등)일 수 있으며, 연소 동안 발생한 에너지를 출력 샤프트의 회전으로 변환할 수 있는 비왕복 메커니즘(들)로 적어도 부분적으로 형성되거나 정의된 연소 챔버를 포함할 수 있다. 예를 들어, 엔진의 연소 챔버는 (예컨대, 방켈 엔진을 위한) 하우징과 로터 사이에 형성되거나 그에 의해 정의될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 에너지 변환 메커니즘은 연료의 연소 동안 및/또는 그 후에 하우징에서 발생하는 압력 증가에 반응하여 출력 샤프트를 회전시킬 수 있는 로터를 포함할 수 있다.
일부 예에서, 하나 이상의 피스톤을 포함하는 왕복 내연 엔진의 4 행정 사이클에서, 공기와 연료는 피스톤을 하강시킴으로써 실린더의 상단으로 들어갈 수 있으며, 상행 행정 동안 피스톤이 상승함에 따라 압축될 수 있다. 혼합물은 사이클에서 점화되어 연소되는데, 이는 그 다음 하행 행정이 개시되도록 피스톤에 힘을 가한다. 마지막 상행 행정은 연소로 인한 가스를 배출하며, 그 후에 다음 흡입 행정이 개시된다. 일반적으로, 공기는 피스톤의 하행 행정 동안 개방될 수 있는 하나 이상의 흡입 밸브를 통해 엔진의 연소 챔버로 들어간다. 나아가, 연료는 실린더로 전달되며, 흡입 밸브가 폐쇄된 이후에, 앞서 설명된 사이클이 개시된다.
종래 엔진에서, 각각의 실린더는 흡입 밸브에 의해 제어되는 적어도 하나의 연료 공기 흡입 포트 및 배출 밸브에 의해 제어될 수 있는 가스를 배출하기 위한 적어도 하나의 배출 포트를 가질 수 있다. 일부 종래 엔진은 둘 이상의 흡입 밸브 및/또는 둘 이상의 배출 밸브를 가질 수 있다. 일반적으로, 흡입 및/또는 배출 밸브는 엔진의 사이클 동안 정확한 시간에 개방되고 폐쇄될 수 있는데, 이는 복잡한 타이밍 연결부 (예컨대, 벨트, 체인 등) 및 흡입 및/또는 배출 밸브를 구동할 수 있는 캠을 포함할 수 있다. 예를 들어, 타이밍 벨트가 해당 실린더의 피스톤의 위치와 크랭크샤프트의 회전에 기반하여 흡입 및/또는 배출 밸브를 개방하고 폐쇄할 수 있는 캠 샤프트에 엔진의 크랭크샤프트를 연결할 수 있다(즉, 흡입 및 배출 밸브의 개방과 폐쇄에 피스톤 위치를 시간적으로 맞춘다). 일부 종래 엔진은 전기적으로 제어 및/또는 작동되는 흡입 및/또는 배출 밸브를 포함할 수 있다.
일부 예에서, 종래 엔진은 연료 인젝터가 실린더로 연료를 직접 공급할 수 있는 GDI(Gasoline Direct Injection) 시스템을 가질 수 있다. GDI 시스템을 갖는 종래 엔진은 공기 흡입을 위해 개방될 수 있는 흡입 밸브 (예컨대, 포핏 또는 스템 밸브) 및 가스 배출을 위해 개방될 수 있는 배출 밸브를 포함할 수 있다. 따라서, 이러한 엔진은 엔진의 사이클 동안 흡입 및 배출 밸브의 개방과 폐쇄를 시간적으로 맞추기 위한 타이밍 메커니즘과 캠 샤프트를 가질 수 있다.
일반적으로, 앞서 언급된 바와 같이, 설명된 하나 이상의 실시예에 따른 내연 엔진은 하나 이상의 연소 챔버를 포함한다(예컨대, 내연 엔진은 적절한 크기를 가질 수 있고 적절한 방식으로 배열될 수 있으며 연소 챔버를 포함할 수 있는 하나 이상의 실린더를 가질 수 있다). 일 실시예에서, 연소 시스템은 내연 엔진의 하나 이상의 연소 챔버(예컨대, 방켈 엔진과 같은 로터리 엔진의 연소 챔버(들), 실린더 등)로 연료, 공기, 연료 공기 혼합물 또는 그 조합을 주입하기 위한 하나 이상의 메커니즘을 포함한다. 추가적으로, 일부 예에서, 주입된 연료, 공기, 연료 공기 혼합물 또는 그 조합의 양은 내연 엔진의 작동 동안 정확하게 측정 및/또는 제어 및 조절될 수 있다. 전반적으로 "공기"라고 언급되어 있으나, 적절한 산화제가 연료와 혼합 및/또는 실린더로 주입될 수 있는 것으로 간주된다(예컨대, 산소(O2)).
더욱이, 일부 실시예에서, (종래 연소 엔진과 비교할 때) 내연 엔진에서 이동식 부품을 감소시키는 것은 작동 동안 기계적 손실(예컨대, 다양한 구성의 마찰로 인한 손실)을 감소, 내연 엔진의 무게를 감소 및/또는 그 효율을 개선시킬 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 내연 엔진은 스로틀 바디, 리테이너, 캠 로브, 캠 샤프트, 타이밍 벨트, 심(shim), 엔진의 실린더의 공기 흡입 밸브 또는 공기 흡입 포트 중 적어도 하나가 없다. 추가적으로 또는 대안적으로, 적어도 하나의 실시예에서, 내연 엔진은 작동 동안 관리 및/또는 제작이 더 단순하거나 덜 비쌀 수 있다.
일 실시예에서, 내연 엔진은 연소 챔버(들)(예컨대, 실린더)로 연료를 직접 주입하기 위한 하나 이상의 연료 인젝터를 포함한다. 더욱이, 일부 실시예에서, 내연 엔진은 연소 챔버(들)(예컨대, 내연 엔진의 실린더)로 공기를 직접 주입할 수 있는 하나 이상의 공기 인젝터를 포함한다. 예를 들어, 종래 엔진과 달리, 설명된 내연 엔진은 연소 챔버(들)로 공기 유동을 개방 및/또는 폐쇄하기 위한 흡입 밸브를 갖지 않을 수 있다. 따라서, 일부 실시예에서, 내연 엔진의 각각의 매 공기 포트는 공기 주입 포트와 같은 해당 공기 인젝터에 연결된다. 이러한 실시예에서, 연소 챔버의 피스톤의 흡입 행정을 통해 연소 챔버로 주변 공기를 흡입할 수 있도록 하기 위한 흡입 밸브가 없기 때문에, 실린더의 공기 주입 포트 이외 추가적인 공기 포트가 요구되지 않는다. 예를 들어 각각의 하나 이상의 인젝터는 적어도 엔진으로부터 흡입 행정에 의해 제공되는 공기의 도움 없이, 연소 반응을 위한 하나 이상의 연소 챔버 중 해당 연소 챔버로 특정한 양의 공기나 그밖에 산화제를 주입하도록 구성된다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 공기 인젝터는 연소 챔버의 상태와 독립적으로 (예컨대, 크랭크샤프트의 회전 및/또는 피스톤 위치와 독립적으로) 작동될 수 있다. 예를 들어, 연소 사이클의 일부 동안, 내연 엔진은 (예컨대, 피스톤의 상행 행정 동안) 연소 챔버의 연료 및/또는 공기를 압축할 수 있다. 다시 말해, 공기, 연료, 연료 공기 혼합물은 연소 사이클 동안 언제든 (예컨대, 피스톤이 실린더에서 적절한 위치에 배치될 때) 연소 챔버로 주입될 수 있다.
일 실시예에서, 내연 엔진은 연소 챔버로부터 연소된 가스를 배출하기 위한 하나 이상의 배출 포트를 포함한다. 일부 작동 조건하에서, 배출 포트는 출력 샤프트의 회전과 독립적으로 (예컨대, 실린더(들)의 피스톤 위치의 왕복 및/또는 크랭크샤프트의 회전과 독립적으로) 작동할 수 있다. 예를 들어, 실린더 중 하나, 일부 또는 각각은 전용 배출 포트를 포함하고, 배출 밸브(예컨대, 전기기계식 밸브)는 배출 포트(들)를 통해 해당 실린더(들)로부터 배출 가스의 유동을 제어할 수 있다.
적어도 하나의 실시예에서, 내연 엔진의 실린더 중 하나, 일부 또는 각각은 개개의 실린더와 각각 유체 연통하는 배출 포트, 공기 주입 포트 및 연료 주입 포트를 포함한다. 보다 구체적으로, 연료는 연료 주입 포트를 통해 실린더로 주입될 수 있고, 공기는 공기 주입 포트를 통해 실린더로 주입될 수 있으며, 배출 가스는 배출 포트를 통해 실린더를 빠져나갈 수 있다. 앞서 언급된 바와 같이, 해당 포트의 연료 주입, 공기 주입 및 공기 배출을 제어하는 밸브는 서로 독립적으로 작동할 수 있다. 나아가, 연소 챔버로 주입되는 공기 및/또는 연료의 양은 그 주입 이전에 결정 및/또는 미리 설정될 수 있다.
예를 들어, 하나 이상의 공기 주입 포트의 인젝터나 밸브는 실린더로 선택된 (예컨대, 계산된) 및/또는 미리 결정된 양의 공기를 주입하기 위해 선택된 (예컨대, 계산된) 및/또는 미리 결정된 시간 동안 개방될 수 있다(예컨대, 밸브는 전기식 또는 전자기식, 유압식 등으로 작동될 수 있다). 일부 실시예에서, 내연 엔진의 실린더 중 하나, 일부 또는 전부는 복수의 연료 주입 포트, 복수의 공기 주입 포트, 복수의 배출 포트 또는 그 조합을 가질 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이 일부 실시예에서, 내연 엔진은 연소 사이클 동안 해당 실린더에서 왕복하는 왕복 피스톤을 포함한다. 일반적으로, 실린더에서 피스톤의 왕복 운동은 크랭크샤프트의 회전을 발생시킬 수 있다. 따라서, 크랭크샤프트의 분당 회전수(RPM)는 엔진의 실린더 중 하나, 일부 또는 전부의 사이클 또는 피스톤의 왕복 수에 비례할 수 있다. 종래 엔진에서, 스프링 부하 밸브의 개방 및/또는 폐쇄는 실린더의 피스톤의 사이클의 주기를 제한할 수 있는데(예컨대, 밸브 개방의 주기가 증가함에 따라, 밸브를 폐쇄하는 스프링이 적절한 시간에 밸브를 폐쇄할 수 없게 될 수 있거나, 밸브가 착좌될 수 없게 될 수 있다), 이는 종래 엔진을 위한 RPM의 작동 범위를 제한할 수 있다. 다만, 이와 달리, 설명된 내연 엔진은 적절한 범위의 RPM으로 작동할 수 있는 것으로 간주된다. 예를 들어, 내연 엔진에서 실린더로 공기의 직접 주입(및 밸브와 스프링의 부재)은 ((예컨대, 유사한 개수의 실린더 및/또는 변위를 갖는)종래 엔진과 비교할 때) 더 높은 RPM으로 엔진의 작동을 가능하게 할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 내연 엔진(10)의 전방 사시도이다. 도시된 실시예에서, 엔진(10)은 직선으로 배열된 6열 실린더를 갖는 블록(12)을 포함하는데, 이는 엔진의 연소 챔버를 적어도 부분적으로 정의한다. 다만, 엔진은 임의의 개수의 실린더 및 앞서 언급된 바와 같은 (예컨대, V, 로터리, 복서 등) 적절한 실린더 배열을 가질 수 있는 것으로 간주된다.
앞서 언급된 바와 같이, 엔진(10)은 일반적으로 연소 챔버, 연료를 연소하기 위한 메커니즘 및 연소 동안 발생한 에너지를 기계적 에너지(예컨대, 출력 샤프트의 회전)로 변환하기 위한 메커니즘을 포함한다. 예를 들어, 엔진(10)의 연소 챔버는 실린더와 해당 피스톤에 의해 정의되는데, 엔진은 적절하게 구성된 연소 챔버를 가질 수 있는 것으로 간주된다. 일부 실시예에서, 엔진은 단일 실린더에서 작동하거나 그로부터 구동되는 복수(예컨대, 두 개, 세 개 등)의 피스톤을 가질 수 있는데, 이는 연소 챔버를 총괄적으로 정의할 수 있다. 더욱이, 앞서 언급된 바와 같이, 하나 이상의 실시예에서, 엔진은 비왕복 및/또는 피스톤 없는 엔진일 수 있으며, 연소 동안 발생한 압력을 회전 운동으로 직접 변환할 수 있다(예컨대, 웨이브 디스크 엔진, 방켈 엔진 등).
앞서 언급된 바와 같이, 엔진은 출력 샤프트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 엔진(10)은 블록(12)에 고정 및/또는 회전 가능하게 배치될 수 있는 크랭크샤프트(13)를 포함한다. 나아가, 아래 더 상세하게 설명될 바와 같이, 일부 실시예에서, 피스톤은 해당 실린더에서 왕복하여 크랭크샤프트(13)의 회전을 발생시킨다. 일부 실시예에서, 피스톤은 크랭크샤프트(13)에 회전 가능하게 연결되며, 그 왕복이 크랭크샤프트(13)의 해당 회전을 생성한다. 일반적으로, 크랭크샤프트(13)는 적절한 장치나 시스템에 연결될 수 있으며, 그에 회전 동력을 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 실린더의 피스톤의 왕복 운동은 실린더의 산화제(예컨대, 공기)와 연료의 연소로부터 발생한다. 예를 들어, 실린더는 연소 동안 적어도 부분적으로 밀폐되며, 연소로부터 발생한 압력은 해당 피스톤에 힘을 가함으로써, (앞서 언급된 바와 같이) 선형 및 왕복 운동을 발생시킨다. 예를 들어, 엔진(10)은 블록(12)에 연결되거나 그와 통합된 실린더 헤드(14)를 포함하고, 실린더 헤드(14)와 블록(12)은 총괄적으로 실린더의 연료와 공기의 연소 동안 실질적으로 기밀한 환경을 형성할 수 있도록 실린더를 밀폐하거나 폐쇄한다.
일부 실시예에서, 블록(12)과 실린더 헤드(14) 사이의 밀폐를 가능하게 하기 위해, 헤드 개스킷이 그 사이에 배치될 수 있다. 다만, 엔진은 적절한 구성을 가질 수 있으며, 일부 실시예에서, 헤드 개스킷을 요하지 않을 수 있는 것으로 간주된다. 예를 들어, 블록(12)과 실린더 헤드(14)가 일체로 형성될 수 있다.
앞서 설명된 바와 같이, 공기, 연료, 공기 연료 혼합물 및 그 조합은 하나 이상의 실린더로 직접 주입될 수 있다. 예를 들어, 엔진(10)은 연료가 연료 라인을 통해 실린더로 직접 주입될 수 있도록, 해당 실린더와 작동 가능하게 연결된 연료 라인(24)을 포함한다. 실린더 중 하나, 일부 또는 전부는 작동 가능하게 연결된 적절한 개수의 연료 라인을 포함할 수 있는 것으로 간주된다.
일 실시예에서, 엔진(10)은 연료 센서(28)(예컨대, 옥탄 센서)를 포함한다. 적어도 하나의 예에서, 연료 센서(28)는 연료 라인(24)에 작동 가능하게 연결되어 연료의 타입을 감지한다. 따라서, 예를 들어, 엔진은 적절한 연료(예컨대, 센서(28)에 의해 감지 및/또는 식별될 수 있는 연료)를 수용할 수 있다. 예를 들어, 연료 센서(28)는 가솔린(휘발유), 에탄올, 디젤, 액화 천연 가스(LNG), 액화 석유 가스(LPG), 수소 등을 구별할 수 있다. 연료 라인(24) 중 하나, 일부 또는 전부는 별개의 연료 센서(28)를 포함할 수 있는 것으로 간주된다. 일 실시예에서, 연료 센서(28)는 가솔린에서 및/또는 유사한 타입의 연료에서 에탄올의 양을 감지하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 아래 더 상세하게 설명될 바와 같이, 엔진(10)은 연료 라인(24)으로부터 해당 실린더로 연료의 주입 또는 유동을 조정하기 위한 컨트롤 메커니즘을 포함한다. 예를 들어, 엔진은 밸브, 연료 인젝터 등을 포함할 수 있는데, 이는 연료 라인(24)과 실린더 사이에 배치될 수 있다(예컨대, 연료 라인(24)은 이러한 실린더로 연료의 주입 및/또는 공급을 조정할 수 있는 해당 연료 인젝터에 연결될 수 있다).
일부 실시예에서, 엔진(10)은 해당 실린더에 작동 가능하게 연결된 공기 라인(26)을 포함한다. 실린더 중 하나, 일부 또는 전부는 작동 가능하게 연결된 하나 이상의 공기 라인을 포함할 수 있는 것으로 간주된다. 공기 라인(26)은 엔진(10)의 실린더로 하나 이상의 산화제를 공급할 수 있다. 아래 설명될 바와 같이, 엔진은 공기 라인(26)으로부터 실린더로 산화제의 공급이나 유동을 제어하기 위한 하나 이상의 메커니즘을 포함할 수 있다(예컨대, 밸브, 공기 인젝터 등). 일반적으로, 공기와 같은 적절한 산화제가 실린더(들)로 직접 주입될 수 있다. 예를 들어, 연료 인젝터와 유사하게, 밸브나 공기 인젝터가 공기 라인(26)과 실린더 사이에 배치될 수 있으며, 실린더로 공기의 주입이나 공급을 조정할 수 있다(예컨대, 공기 라인(26)은 공기 라인(26)으로부터 실린더(들)로 공기 유동을 조정할 수 있는 해당 공기 인젝터에 작동 가능하게 연결될 수 있다).
일 실시예에서, 공기 라인(26)은 공기 흡입 매니폴드(16)에 연결되며, 그로부터 공기를 수용할 수 있다. 공기 라인 중 하나, 일부 또는 전부는 공기 흡입 매니폴드(16)에 연결될 수 있으며, 그로부터 공기를 수용할 수 있는 것으로 간주된다. 대안적으로, 공기 라인 중 하나이상은 적절한 산화제 공급원에 연결(예컨대, 컴프레서, 저장 탱크 또는 어큐뮬레이터 등에 직접 연결)될 수 있다. 아무튼, 공기 라인(26)은 엔진(10)의 실린더로 공기를 공급할 수 있다.
아래 더 상세하게 설명될 바와 같이, 흡입 매니폴드(16)는 연결된 다양한 공기 라인(26)에 공기를 분배할 수 있다(예컨대, 흡입 매니폴드(16)의 공기는 압축될 수 있다). 다시 말해, 적어도 하나의 실시예에서, 공기 라인(26)은 압축 공기 공급원에 연결될 수 있다. 다만, 공기 라인(26)에 대한 압축 공기 공급원은 실시예에 따라 달라질 수 있는 것으로 간주된다(예컨대, 압축 공기의 공급원은 압축 공기 탱크를 포함할 수 있다).
일반적으로, 흡입 매니폴드(16)는 공기를 저장하여 공기 라인(26)으로 분배하도록 구성된 인클로저를 형성한다. 일부 실시예에서, 흡입 매니폴드(16)는 대체적으로 폐색된 단부를 갖는 튜브, 원통 형상을 갖는다. 다만, 흡입 매니폴드는 적절한 형상 및/또는 크기(예컨대, 직사각 단면 형상 등)를 가질 수 있는 것으로 간주된다. 아무튼, 공기는 흡입 매니폴드(16)로 공급될 수 있으며, 이로써 그에 연결된 공기 라인(26)으로 더 분배될 수 있다.
일부 실시예에서, 컴프레스(18)는 흡입 매니폴드(16)에 작동 가능하게 연결되어 공기(예컨대, 압축 공기)를 공급하는데, 이는 공기 라인(26)을 통해 실린더로 더 분배될 수 있다. 일반적으로, 컴프레서(18)는 엔진(10)의 작동과 독립적으로 작동할 수 있는 적절한 컴프레서일 수 있다(예컨대, 컴프레서(18)는 전기적으로 구동될 수 있다). 추가적으로 또는 대안적으로, 컴프레서(18)는 크랭크샤프트(13)의 회전에 의해 또는 그로부터 적어도 부분적으로 구동되거나 작동될 수 있다. 아무튼, 컴프레서(18)는 공기를 압축할 수 있으며, 흡입 매니폴더(16)로 압축 공기를 공급할 수 있다.
일부 실시예에서, 엔진은 공기 라인(26), 흡입 매니폴드(16), (아래 더 상세하게 설명될) 공기 인젝터 또는 그 조합으로 공급될 수 있는 공기를 압축하도록 구성 및/또는 할애된 하나 이상의 실린더를 포함할 수 있다. 예를 들어, 엔진은 외부 환경과 유체 연통하며, 공기 라인(26), 흡입 매니폴드(16), (아래 더 상세하게 설명될) 공기 인젝터 또는 그 조합과 유체 연통하는 하나 이상의 실린더를 포함할 수 있다. 하나 이상의 해당 피스톤은 실린더에서 이동하거나 왕복하여 공기를 흡입하고 압축할 수 있다. 예를 들어, 실린더의 내부 공간은 적절한 압력에 도달할 때까지 실질적으로 밀봉되며, 그 이후에, 하나 이상의 밸브가 개방되어 압축 공기가 공기 라인(26), 흡입 매니폴드(16), (아래 더 상세하게 설명될) 공기 인젝터 또는 그 조합으로 및/또는 이를 향해 유동하도록 허용할 수 있다. 일 실시예에서, 피스톤은 엔진의 구동 피스톤(예컨대, 아래 설명될 바와 같이, 크랭크샤프트를 회전시키는 피스톤)과 유사한 방식으로 크랭크샤프트에 연결될 수 있다. 다시 말해, 일부 실시예에서, 컴프레서는 엔진과 통합될 수 있다.
하나 이상의 예에서, 엔진은 실린더로 공급되는 공기의 질을 개선할 수 있는 하나 이상의 필터를 포함할 수 있다. 예를 들어, HEPA 필터, 수분 분리 필터 등이 컴프레서(18)와 엔진의 실린더 사이(예컨대, 컴프레서(18)와 흡입 매니폴드(16) 사이)에 배치될 수 있다. 이러한 필터(들)는 매니폴드(16) 및/또는 엔진의 실린더로 들어가는 공기로부터 입자 및/또는 액체를 제거할 수 있다.
적어도 하나의 실시예에 따른 엔진은 실린더로 주입 이전에 공기의 온도를 측정하거나 결정할 수 있는 온도 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 엔진(10)은 흡입 매니폴드(16)의 공기의 온도를 감지할 수 있는 온도 센서(17)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 엔진(10)은 압력 센서(19)(예컨대, 매니폴드 절대 압력 센서(MAP))를 포함한다. 예를 들어, 컨트롤러(5)는 압력 센서(19) 및/또는 온도 센서(17)로부터 측정값에 적어도 부분적으로 기반하여 실린더로 선택된 (예컨대, 계산된) 및/또는 미리 결정된 양의 공기를 주입하는 방식으로 (아래 설명될) 공기 인젝터를 작동시킬 수 있다. 다만, 하나 이상의 센서 기능이 단일 센서 내에 포함될 수 있는 것 및/또는 하나 이상의 센서가 단일 인클로저 내에 포함될 수 있는 것으로 간주된다. 더욱이, 일부 실시예에서, 엔진은 하나 이상의 서로 다른 센서를 포함하거나 (예컨대, 수동 및/또는 전기기계적으로 작동되도록) 센서를 포함하지 않을 수 있다.
일반적으로, 앞서 언급된 바와 같이, 엔진의 연소 챔버의 연료의 연소 이후에, 발생한 가스는 (추가적인 연료와 공기가 챔버로 들어가도록 허용하기 위해) 연소 챔버로부터 방출된다. 예를 들어, 실린더의 피스톤 운동은 실린더로부터 하나 이상의 연결부를 통해 배출 매니폴드(20)로 배출 가스를 방출할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 엔진(10)은 배출 연결부를 포함한다. 보다 구체적으로, 일 실시예에서, 엔진(10)은 실린더로부터 배출 가스가 배출 매니폴드(20)로 들어갈 수 있도록, 실린더에 작동 가능하게 연결된 배출 매니폴드(20)를 포함한다.
아래 더 상세하게 설명될 바와 같이, 하나 이상의 실시예에 따른 엔진은 실린더로부터 배출 매니폴드로 배출 가스의 유동을 제어할 수 있는 하나 이상의 배출 밸브를 포함할 수 있다. 더욱이, 전반적으로, 배출 매니폴드는 흡입 매니폴드와 유사할 수 있다. 예를 들어, 배출 매니폴드(20)는 튜브 형상 및 폐색된 단부를 갖는데, 이는 가스 실린더와 유사할 수 있다. 다만, 배출 매니폴드는 적절한 형상 및/또는 크기를 가질 수 있는 것으로 간주된다.
도 2와 도 3은 일 실시예에 따른 엔진(10)의 측면도와 후방 사시도를 도시한다. 도시된 실시예에서, 배출 라인(50)은 엔진(10)의 실린더에 배출 매니폴드(20)를 연결한다. 다만, 일부 예에서, 배출 가스는 적절한 방식으로 (예컨대, 배출 라인 및/또는 배출 매니폴드로 들어감 없이) 실린더 중 하나, 일부 또는 전부를 빠져나갈 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 엔진은 설명된 배출부 대신에 및/또는 이에 더하여 적절한 배출 시스템을 가질 수 있다.
도시된 실시예에서, 엔진(10)은 해당 배출 라인(50)에 작동 가능하게 연결되어 실린더로부터 배출 가스의 유출을 제어하는 배출 밸브(52)를 포함한다. 예를 들어, 배출 밸브(52)는 해당 배출 라인(52)에 배치될 수 있으며, 가스 유동을 허용하고 제한할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 배출 밸브 중 하나, 일부 또는 전부는 배출 라인(50)과 실린더 사이에 배치될 수 있다(예컨대, 배출 밸브는 실린더(들) 내부, 실린더(들) 외부 또는 배출 라인(50)과 실린더 및/또는 실린더 헤드(14) 사이에 배치될 수 있다).
일반적으로, 배출 가스의 유출을 제어하기 위해, 배출 밸브(52)가 완전 개방 위치(예컨대, 배출 라인(50)을 통해 최소로 제한적인 또는 제한되지 않은 유출)와 완전 폐쇄 위치 (예컨대, 배출 라인(50)을 통해 상당히 또는 완전히 제한된 유출) 사이에서 작동될 수 있다. 더욱이, 배출 밸브(52)는 완전 개방 및 완전 폐쇄 위치 사이의 다양한 부분적으로 제한된 위치에서 실린더로부터 유출을 제한하도록 작동될 수 있다. 아무튼, 실린더 중 하나, 일부 또는 각각으로부터 배출 매니폴드(20)로 배출 가스 유동은 전기식 또는 전자기계식, 유압식, 공압식 등으로 구동될 수 있는 해당 배출 밸브(52)에 의해 제어되어 배출 가스가 실린더 밖(예컨대, 배출 매니폴드(20))으로 유동하도록 허용할 수 있다. 일 예에서, 배출 밸브(52)는 컨트롤러(5)로부터 구동될 수 있다. 따라서, 배출 밸브(52)의 개방 및/또는 폐쇄의 타이밍이 전기적으로 제어될 수 있으며, 적절한 파라미터나 입력에 기반할 수 있다.
배출 밸브(52)가 폐쇄될 때, 해당 실린더는 연료의 연소가 압력을 발생시키고 피스톤에 힘을 가하여 이동시킴으로써 크랭크샤프트를 회전시키며 엔진(10)의 기계적 출력을 발생시킬 수 있도록, 실질적으로 밀폐될 수 있다. 배출 밸브(52)는 선택적으로 개방되어, 배출 가스가 연소 동안 및/또는 이후에 실린더를 빠져나가도록 허용할 수 있다. 더욱이, 일부 실시예에서, 음압이나 부분적인 진공이 배출 매니폴드(50)에 생성되어, 실린더(들)로부터 배출 가스의 제거를 도울 수 있다. 아무튼, 배출 밸브(52)는 연소 동안 해당 실린더 중 하나, 일부 또는 전부에 밀폐된 환경을 조성하도록 작동되어, 배출 가스가 연소 동안 및/또는 이후에 실린더를 빠져나가도록 허용할 수 있다(예컨대, 컨트롤러(5)가 배출 밸브(52)를 작동시킬 수 있다).
하나 이상의 실시예에 따른 엔진은 배출 가스에서 산소의 존재 및/또는 양을 감지하기 위한 하나 이상의 센서(예컨대, 산소 센서)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 엔진(10)은 센서(54)가 배출 라인(50)을 통해 배출 매니폴드(20)로 지나가는 배출 가스에서 산소의 양을 감지 및/또는 측정할 수 있도록, 배출 라인(50)에 부착된 배출 또는 산소 센서(54)를 포함한다. 일반적으로, 엔진은 (예컨대, 배출 가스가 실린더로부터 배출 매니폴드로 지나갈 때) 연소 가스의 성분, 배출 가스의 온도 등을 감지 및/또는 측정할 수 있는 적절한 센서를 포함할 수 있는 것으로 간주된다. 일 예에서, 엔진(10)은 배출 가스의 성분을 감지 및/또는 측정할 수 있는 하나 이상의 이른바 "5 가스 센서"(예컨대, 이산화탄소(CO2), 일산화탄소(CO), 질소산화물(NOx) 등을 감지하거나 식별하도록 구성된 센서)를 포함할 수 있다.
도시된 실시예에서, 연료 라인(24)은 분배 레일(22)에 연결된다. 예를 들어, 분배 레일(22)은 연료 공급 저장소(예컨대, 연료 탱크)에 작동 가능하게 또는 유체 연통하여 연결된다. 이에, 연료는 연료 공급 저장소로부터 분배 레일(22)로 그리고 그 후에 연료 라인(24)으로 분배(예컨대, 펌핑)될 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 연료 라인(24)으로부터, 연료는 엔진(10)의 실린더로 직접 주입될 수 있다(예컨대, 연료 라인(24)의 연료는 가압될 수 있으며, 연료 인젝터(30)는 실린더로 연료의 주입을 제어할 수 있다).
앞서 설명된 바와 같이, 도시된 실시예에서, 엔진(10)은 엔진(10)의 실린더로 적절한 양의 공기를 주입하기 위한 크기를 갖고 구성될 수 있는 공기 라인(26)을 포함한다. 더욱이, 공기 라인은 흡입 매니폴드에 연결될 수 있다(예컨대, 엔진(10)의 공기 라인(26)은 흡입 매니폴드(16)에 연결된다). 일 실시예에서, 흡입 매니폴드(16)는 배출 매니폴드(20)에 반대되게 배치될 수 있다. 흡입 매니폴드와 배출 매니폴드는 엔진에 대해서뿐만 아니라 서로에 대해 임의의 위치 및/또는 방향으로 배치될 수 있는 것으로 간주된다.
일반적으로, 하나 이상의 실시예에 따른 엔진은 부정확한 연소 및/또는 실린더 중 하나, 일부 또는 전부의 연료의 폭발을 식별하거나 감지하기 위한 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 도시된 실시예에서, 도 2와 3에 나타난 바와 같이, 엔진(10)은 실린더와 연관되어 해당 실린더의 연료의 폭발을 감지하는 노크 센서(56)를 포함한다. 예를 들어, 컨트롤러(5)는 노크 센서(56)로부터 수신된 신호에 적어도 부분적으로 기반하여 주입된 연료의 양, 연료 주입의 타이밍, 주입된 공기의 양, 공기 주입의 타이밍, 실린더의 스파크의 타이밍 또는 그 조합을 조절할 수 있다. 더욱이, 설명된 센서 중 하나, 일부 또는 전부는 컨트롤러(5)에 연결 및/또는 그에 의해 작동될 수 있는 것으로 간주된다. 더욱이, 아래 더 상세하게 설명될 바와 같이, 컨트롤러(5)는 센서로부터 수신된 신호나 정보에 적어도 부분적으로 기반하여 연료 압력, 연료 인젝터, 공기 압력, 배출 압력, 공기 인젝터, 스파크 플러그 등을 제어할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 엔진(10)의 부분적인 종단면도(즉 엔진(10)의 길이를 따라 복수의 실린더를 관통하여 지나가는 단면)이고, 도 5는 엔진(10)의 횡단면도(즉 엔진(10)의 폭을 따라 단일 실린더를 관통하여 지나가는 단면)이다. 도 4-5에 나타나고 앞서 설명된 바와 같이, 엔진(10)은 실린더(15) 및 실린더(15)에서 왕복함으로써 크랭크샤프트를 회전시키고 엔진(10)의 기계적 동력 출력을 발생시킬 수 있는 해당 피스톤(21)을 포함한다.
앞서 언급된 바와 같이, 왕복 엔진의 연소 챔버는 실린더와 해당 피스톤에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 엔진(10)은 실린더(15)와 해당 피스톤(21)에 의해 형성되거나 정의된 연소 챔버(23)를 포함한다. 연소 챔버의 실제 체적은 (피스톤이 실린더에서 하사점과 상사점 사이에서 왕복함에 따라) 점화 및/또는 연료의 연소 동안 피스톤의 위치에 따라 변할 수 있는 것으로 간주된다. 더욱이, 아래 더 상세하게 설명될 바와 같이, 연소 챔버 내 연소 체적은 실린더에 주입된 공기의 양에 의존할 수 있다. 다시 말해, 연소 체적은 가스가 대기압일 때 연소 챔버의 가스(예컨대, 공기)의 체적일 수 있다.
일반적으로, 연료는 실린더(15)로 직접 주입될 수 있다. 예를 들어, 연료는 엔진의 해당 실린더로 개방될 수 있는 해당 연료 포트를 통해 실린더로 직접 주입될 수 있다. 도시된 실시예에서, 엔진(10)은 (예컨대, 실린더 헤드(14)로부터) 실린더로 직접 개방된 연료 포트(36)를 포함한다. 보다 구체적으로, 연료 라인(24)은 연료 주입 포트(38)에 배치 및/또는 고정된 해당 연료 인젝터(30)에 연결된다. 일 실시예에서, 연료 인젝터(30)는 연료 라인(24)으로부터 해당 실린더(15)로 연료 유동 또는 주입을 허용하거나 제한하도록 작동될 수 있다. 엔진은 실린더로 연료를 주입하기 위한 적절한 메커니즘을 포함할 수 있는 것으로 간주된다.
실린더로 연료를 직접 주입하는 것에 더하여 또는 그 대신에, 일부 예에서, 공기는 엔진의 실린더로 직접 주입될 수 있다. 도시된 실시예에서, 엔진(10)은 (예컨대, 실린더 헤드(14)로부터) 해당 실린더(15)로 개방된 공기 주입 포트(40)를 포함한다. 예를 들어, 공기 라인(26)은 주입 포트(40)를 통해 해당 실린더(15)로 공기를 직접 주입할 수 있는 하나 이상의 해당 공기 인젝터(34)에 연결된다. 일부 예에서, 공기 인젝터(34)는 해당 공기 주입 포트(40)에 배치 및/또는 고정되며, 공기 라인(26)으로부터 공기를 주입하도록 구성될 수 있다. 앞서 언급된 바와 같이, 컨트롤러는 공기 인젝터(34)의 작동(예컨대, 주입의 타이밍, 주입의 시간 및/또는 양 등)을 제어할 수 있다.
일반적으로, 공기 및/또는 연료는 적절한 각도 및/또는 위치에서 실린더로 주입될 수 있다. 예를 들어, 공기 중 적어도 일부는 실린더 내부에서 연료와 공기를 혼합하는 것을 가능하게 할 수 있는 스월 효과를 형성하도록 주입될 수 있다. 일 실시예에서, 공기 및/또는 연료는 실린더 헤드의 한 지점이나 포트로부터 주입될 수 있다(예컨대, 공기는 실린더 내부에 스월 효과를 발생시키는 방식으로 공기를 보낼 수 있는 하나 이상의 포켓이나 리세스를 포함할 수 있는 피스톤(21)의 운동에 대해 대체적으로 평행한 방향을 따라 주입될 수 있다). 대안적으로 또는 추가적으로, 공기 및/또는 연료 중 적어도 일부는 피스톤(21)의 운동에 대해 대체적으로 직각인 방향을 따라 주입될 수 있다. 예를 들어, 공기는 연료 주입의 위치에 실질적으로 반대되는 위치에서 주입될 수 있다. 나아가, 공기 인젝터(34) 및/또는 연료 인젝터(30)는 실린더 내부에서 연료와 공기의 혼합을 가능하게 하도록, 복수의 각도 및/또는 스프레이 각도 또는 팬으로 공기와 연료를 상응하게 주입할 수 있다.
공기 인젝터(34)는 해당 실린더로 공기 주입을 조정 및/또는 제어할 수 있는 적절한 밸브 및/또는 계량 메커니즘을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 공기 인젝터(34)는 연료 인젝터(예컨대, GDI 인젝터)와 동일하거나 유사할 수 있다. 예를 들어, 연료 인젝터는 (예컨대, 컨트롤러(5)에 의해) 전기적 또는 전자적으로 제어될 수 있으며 (예컨대, 분배 레일(22)과 같은 분배 요소를 통해) 연료 공급부에 작동 가능하게 연결될 수 있는 (예컨대, Bosch에 의해 제조된) FSI 연료 인젝터, 디젤 다이렉트 인젝터 등과 같은 상용적으로 이용 가능한 GDI 또는 FSI 연료 인젝터와 동일하거나 유사할 수 있다.
아무튼, 공기 인젝터(34)는 공기 라인(26)으로부터 엔진(10)의 해당 실린더(15)로 미리 결정된 및/또는 제어된 양의 공기를 허용하도록 제어되게 구성될 수 있다. 더욱이, 실린더로 공기의 주입은 전체적으로 저지되지 않을 수 있다. 예를 들어, 앞서 언급된 바와 같이, 주입 포트(40)는 실린더(15)로 공기 유동을 저지하거나 간섭할 수 있는 장애물 없이, 실린더로 직접 개방된다. 대안적으로, 일부 실시예에서, 엔진은 실린더(15)에서 공기를 가이드 및/또는 분배할 수 있는 하나 이상의 장애물 또는 방향 변경 메커니즘(예컨대, 배플)을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 컨트롤러는 해당 실린더(15)로 주입된 공기의 양(예컨대, 공기의 선택된 압력이나 질량에서 공기의 체적)을 조정하거나 제어하여, 미리 결정된 연소 체적을 제공할 수 있다. 따라서, 일부 작동 조건하에서, 컨트롤러는 실린더의 체적(예컨대, 피스톤(21)이 하사점에 있을 때 실린더의 체적)과 동일한 체적을 가질 수 있는 양의 공기를 주입하도록 공기 인젝터(34)를 작동시킬 수 있다. 일부 예에서, 컨트롤러(5)는 실린더(15)의 체적보다 (예컨대, 대기압에서) 큰 체적을 가질 수 있는 양의 공기를 주입하도록 (예컨대, 이로써 실린더(15)의 작동 체적을 증가시키도록) 공기 인젝터(34)를 작동시킬 수 있다.
더욱이, 일부 예에서, 컨트롤러(5)는 실린더(15)의 체적보다 작을 수 있는 양의 공기를 주입하도록 (예컨대, 이로써 실린더(15)의 작동 체적을 감소시키도록 및/또는 실린더(15)에 대기압 미만의 압력을 제공하도록) 공기 인젝터(34)를 작동시킬 수 있다. 대기압 미만으로 실린더(15)의 압력을 감소시키는 것(예컨대, 작동 사이클 중 적어도 일부에서 부분적인 진공으로 실린더(15)를 작동시키는 것)은 실린더(15)로 주입될 수 있는 연료를 기화하는 것을 개선하거나 도움으로써, 연소를 개선할 수 있다.
일부 실시예에서, 도 4-5에 나타난 바와 같이, 연료 및/또는 공기 주입 포트(38, 40) 및/또는 해당 연료 및 공기 인젝터(30, 34)는 피스톤(21)의 운동에 거의 평행하게 배향된다. 추가적으로 또는 대안적으로, 연료 및/또는 공기 주입 포트 및/또는 해당 연료 및 공기 인젝터는 피스톤(21)의 운동에 대해 평행하지 않은 방향을 가질 수 있다. 나아가, 일부 예에서, 연료 및/또는 공기 주입 포트 및/또는 해당 연료 및 공기 인젝터는 실린더의 하나 이상의 측벽에 배치될 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 엔진의 실린더 중 하나, 일부 또는 각각은 복수의 연료 및/또는 공기 주입 포트를 가질 수 있다. 아무튼, 연료 및/또는 공기 주입 포트는 실린더의 중심축 또는 실린더의 피스톤의 운동에 대해 적절한 방향을 가질 수 있다. 이에, 연료 및/또는 공기는 실린더에 적절한 분배를 제공(예컨대, 분배를 최적화)할 수 있는 방식으로 실린더로 주입될 수 있다. 일부 예에서, 연료 및/또는 공기 인젝터는 연속적으로 또는 비동기로 작동되어, 실린더에서 연료와 공기의 적절한 분배 및/또는 혼합을 제공할 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 공기 및/또는 연료는 일반적으로 저지되지 않게 (예컨대, 밸브 또는 엔진(10)의 다른 요소나 구성에 의해 실질적으로 저지되지 않을 수 있는 해당 연료 및 공기 주입 포트(38, 40)를 통해) 실린더로 주입될 수 있다. 따라서, 실린더로 주입된 공기 및/또는 연료의 양은 (예컨대, 밸브를 포함하는 종래 엔진과 비교할 때) 더 우수하거나 정확하게 제어될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 연료 및/또는 공기의 주입 속도는 실린더에 적절한 혼합을 제공하도록 제어될 수 있다. 예를 들어, 연료 및/또는 공기는 적절한 주입(들)의 순서나 단계 및/또는 적절한 (실린더 및/또는 서로에 대한) 각도로 실린더(들)로 주입될 수 있다.
더욱이, 일부 실시예에서, 연료와 공기가 별개의 또는 개별적인 주입 포트를 통해 실린더로 주입되어 실린더에서 혼합될 수 있으나, 본 개시는 이로 제한되지 않는다. 예를 들어, 공기와 연료는 동일한 포트로부터 실린더 중 하나, 일부 또는 전부로 들어갈 수 있다(예컨대, 각각의 실린더는 공기와 연료를 주입하기 위한 단일 포트를 포함할 수 있다). 일 실시예에서, 공기와 연료는 실린더로 들어가기 이전에 적어도 부분적으로 미리 혼합될 수 있다(예컨대, 공기와 연료는 주입 포트 근처에서 적어도 부분적으로 미리 혼합될 수 있다).
일 실시예에서, 엔진(10)은 해당 실린더(15)의 연료 공기 혼합물을 점화하기 위한 하나 이상의 스파크 플러그(46)를 포함한다. 예를 들어, 나사산이 형성된 개구가 (예컨대, 실린더 헤드(14)로부터) 실린더(15)로 개방되어, 실린더(15)에 대해 해당 스파크 플러그(46)를 고정할 수 있다. 아무튼, 일부 예에서, 스파크 플러그(46)는 해당 실린더(15)의 연료 공기 혼합물을 점화하도록 작동될 수 있다(예컨대, 컨트롤러는 선택된, 미리 결정된 및/또는 조절 가능한 타이밍에 기반하여 스파크 플러그로 전력을 공급 및/또는 제어할 수 있다).
하나 이상의 실시예에서, 엔진(10)의 실린더(15) 중 하나, 일부 또는 전부는 스파크 플러그(46) 없이 및/또는 스파크 플러그(46) 중 하나, 일부 또는 전부를 작동시킴 없이 작동할 수 있다. 예를 들어, 디젤은 엔진의 실린더(15) 중 하나, 일부 또는 전부로 주입되어, 스파크 점화 없이 점화되어 연소될 수 있다. 더욱이, 일 실시예에서, 실린더(15) 중 하나 또는 일부는 해당 스파크 플러그(46)로부터 스파크에 의해 점화될 수 있는 가솔린을 수용할 수 있는 한편, 실린더(15) 중 하나 또는 일부는 (예컨대, 해당 스파크 플러그(46)를 작동시킴 없이) 압축 동안 연소될 수 있는 디젤을 수용할 수 있다.
일부 예에서, 스파크 플러그(46)는 실린더 헤드(14)에 적어도 부분적으로 수용될 수 있다. 예를 들어, 실린더 헤드(14)는 해당 나사산이 형성된 개구로에 연결되거나 그로부터 연장될 수 있는 리세스(42)를 포함할 수 있다. 앞서 언급된 바와 같이, 스파크 플러그(46)는 스파크 플러그의 스파크 발생부가 해당 실린더(15)로 연장되도록, 나사산이 형성된 개구에 결합될 수 있다.
앞서 설명된 바와 같이, 실린더(15)로부터 배출 가스는 배출 매니폴드(20)로 빠져나갈 수 있다. 도시된 실시예에서, 엔진(10)은 하나, 일부 또는 각각의 실린더(15)와 유체 연통하는 배출 포트(48)를 포함한다. 일부 예에서, 배출 포트(48)는 매니폴드(20)에 연결될 수 있는 해당 배출 라인(50)과 유체 연통한다. 따라서, 연료의 연소 동안 발생한 배출 가스는 배출 포트(48)를 통해 배출 라인(50)으로 그리고 나아가 배출 매니폴드(20)로 실린더(15)를 빠져나갈 수 있다. 아무튼, 배출 가스는 해당 배출 포트(48)를 통해 실린더(15)를 빠져나갈 수 있다.
일부 경우, 엔진(10)은 배출 포트(48)의 및/또는 그를 관통하는 유동을 선택적으로 개방 및/또는 폐쇄할 수 있는 배출 밸브(52)를 포함할 수 있다(예컨대, 배출 밸브(52) 중 하나, 일부 또는 전부는 컨트롤러에 의해 전기적 또는 전자적으로 제어될 수 있다). 보다 구체적으로, 일부 실시예에서, 배출 밸브(52)를 폐쇄하는 것은 (예컨대, 연료의 연소 동안) 해당 실린더(15)에 적어도 부분적으로 밀폐되거나 기밀한 환경을 조성한다. 반대로, 예를 들어, 배출 밸브(52)를 개방하는 것은 해당 실린더(15)의 배출 가스가 빠져나가도록 및/또는 흡입되도록 허용한다.
엔진 및/또는 그 구성이나 요소의 작동이 개략적으로 표현될 수 있다. 예를 들어, 엔진은 도 6에 나타난 블록 다이어그램으로 개략적으로 표현된 연료 시스템(90a)을 포함하거나 그에 연결될 수 있다. 앞서 언급된 바와 같이, 엔진은 다양한 실린더를 포함할 수 있는데, 이는 실시예에 따라 달라질 수 있다. 설명의 편의를 위해, 도 6의 블록 다이어그램은 4 실린더 엔진에 포함되거나 연결된 연료 시스템(90a)을 도시한다.
일 실시예에서, 연료 시스템(90a)의 연료는 펌프(60a)에 의해 연료 탱크(58a)로부터 펌핑된다. 일부 실시예에서, 연료는 적절한 장치나 구성을 이용해 연료 탱크로부터 진전될 수 있다(예컨대, 연료는 연료 탱크로부터 중력을 이용해 공급될 수 있다). 추가적으로 또는 대안적으로, 도시된 실시예에서, 연료 시스템(90a)은 (예컨대, 연료가 연료 펌프(60a)를 빠져나간 직후에) 연료 라인의 연료의 압력을 측정하기 위한 (예컨대, 연료와 유체 연통하는) 압력 센서(62a)를 포함한다.
일 실시예에서, 연료 펌프(60a)는 분배 레일(22a)과 유체 연통하여, 그로 연료를 펌핑할 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 분배 레일(22a)은 연료 라인(24a)으로 연결되어, 그로 연료를 분배할 수 있다. 연료 라인(24a)은 엔진의 해당 실린더를 향해 및/또는 그로 연료를 분배할 수 있다. 일 실시예에서, 연료 시스템(90a)은 연료 라인(24a) 및/또는 분배 레일(22a)의 압력을 조정할 수 있는 연료 압력 레귤레이터(64a)를 포함한다. 예를 들어, 연료 압력 레귤레이터(64a)는 연료 레일(22a) 및/또는 연료 라인(24a)에서 거의 일정한 압력을 유지하는 것을 가능하게 할 수 있다.
일부 예에서, 연료 압력 레귤레이터(64a)는 라인 및/또는 분배 레일(22a)의 연료 압력을 해제하거나 감소시켜, 적절한 및/또는 선택된 및/또는 미리 결정된 압력을 제공할 수 있다. 예를 들어, 연료 압력 레귤레이터(64a)는 일부 연료가 분배 레일(22a)을 빠져나가도록 허용함으로써 분배 레일(22a)의 압력을 감소시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 분배 레일(22a)을 빠져나간 연료는 (예컨대, 복귀 라인(66a)을 따라) 연료 탱크(58a)로 되돌아 유동하거나 펌핑될 수 있다.
적어도 하나의 실시예에서, 연료 시스템(90a)은 엔진의 실린더로 이어진 연료 라인(24a)에 대응되는 하나 이상의 연료 센서(28a)를 포함한다. 예를 들어, 연료 센서(28a)는 연료 라인(24a)의 연료 타입을 감지할 수 있다. 또한, 앞서 설명된 바와 같이, 연료는 연료 인젝터(30a)에 의해 또는 그를 통해 실린더로 주입될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 선택된 및/또는 미리 결정된 양의 연료가 엔진의 개개의 실린더로 들어가도록, 연료 인젝터(30a)가 개방되어 유지되는 지속 시간을 결정할 수 있다. 컨트롤러는 (예컨대, 각각의 실린더를 위한 연료의 맞춤형 주입을 제공하기 위해) 언제든 임의의 지속 시간 동안 연료 인젝터(30a)를 구동할 수 있는 것으로 간주된다. 더욱이, 컨트롤러는 연료 센서(28a) 중 하나, 일부 또는 전부로부터 신호나 측정값에 적어도 부분적으로 기반하여 연료 인젝터(30a)를 작동시킬 수 있다.
일부 실시예에서 연료 압력 레귤레이터가 분배 레일(22) 이후에 (예컨대, 연료 유동의 하류에) 순차적으로 배치될 수 있으나, 본 개시는 이로 제한되지 않는다. 도 7은 하나 이상의 실시예에 따른 연료 시스템(90b)의 개략적인 블록 다이어그램이다. 도 7에 나타난 바와 같이, 적어도 하나의 예에서, 연료 압력 레귤레이터(64b)는 분배 레일(22b)과 압축 가스 탱크(58b) 사이에 배치된다(예컨대, 압축 가스 연료는 압축 가스 탱크(58b)에 배치될 수 있다). 일 실시예에서, 압축 가스 탱크(58b)의 연료는 (액체 상태의 경우) 연료 펌프에 의해 또는 (가스 상태의 경우) 컴프레서에 의해 가압되어, 압축 가스 탱크(58b)에서 거의 일정한 및/또는 선택된 및/또는 미리 결정된 압력으로 유지될 수 있다. 나아가, 일부 실시예에서, 연료 시스템(90b)은 거의 일정한 압력으로 (예컨대, 분배 레일, 연료 라인 등에서) 연료를 유지하기 위한 하나 이상의 메커니즘을 포함할 수 있다.
연료 압력 레귤레이터(64b)는 컨트롤러에 의해 작동되어, (예컨대, 압력 센서(62b)로부터 신호나 정보에 적어도 부분적으로 기반하여 컨트롤러에 의해 조정됨으로써) 압축 가스 탱크(58b)로부터 분배 레일(22b)로 연료 유동을 제공하거나 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 연료 압력 레귤레이터(64b)는 분배 레일(22b) 및/또는 연료 라인(24b)의 연료가 거의 일정한 압력을 갖는 방식으로 작동될 수 있다. 연료 센서(28b)는 분배 레일(22b)과 연료 인젝터(30b) 사이에서 연료 라인(24b)에 작동 가능하게 연결될 수 있다.
앞서 설명된 바와 같이, 엔진은 공기 주입 시스템을 포함하거나 그에 연결될 수 있다. 도 8은 일 실시예에 따른 공기 주입 시스템(95)의 개략적인 블록 다이어그램을 도시한다. 도시된 실시예에서, 공기 주입 시스템(95)은 (예컨대, 대기압의) 공기를 흡입하여, (예컨대, 대기압보다 큰 압력의) 가압 공기를 출력할 수 있는 컴프레서(18c)를 포함한다. 일부 실시예에서, 공기 주입 시스템(95)은 공기 컴프레서(18c)의 출력 공기 압력을 감지할 수 있는 제1 공기 압력 센서(68)를 포함한다. 따라서, 컨트롤러는 공기 압력 센서로부터 측정값이나 신호에 적어도 부분적으로 기반하여 컴프레서(18c)의 작동을 조정할 수 있다.
일부 예에서, 공기 주입 시스템(95)은 공기 컴프레서(18c)와 흡입 매니폴드(16c) 사이의 압력을 조정할 수 있는 공기 압력 레귤레이터(70)를 포함한다. 예를 들어, 공기 압력 레귤레이터(70)는 선택된 및/또는 미리 결정된 압력으로 설정되거나, 엔진(10)의 작동 동안 (예컨대, 컨트롤러에 의해) 동적으로 및/또는 자동으로 조절될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 공기 주입 시스템(95)은 흡입 매니폴드(16c)의 공기 압력을 확인할 수 있는 제2 공기 압력 센서(72)를 포함한다. 예를 들어, 컨트롤러는 엔진(10)의 해당 실린더로 공기를 공급하는 공기 라인(26c) 및 흡입 매니폴드(16c)에 예컨대 선택된, 미리 결정된 및/또는 적절한 압력을 제공하도록, 제2 공기 압력 센서(72)로부터 측정값이나 정보에 적어도 부분적으로 기반하여 공기 압력 레귤레이터(70)를 조절할 수 있다. 일 실시예에서, 흡입 매니폴드(16c) 및/또는 공기 라인(26c)의 공기는 거의 일정한 압력으로 유지될 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 엔진의 실린더로 공기 주입은 인젝터(34c)에 의해 제어 및/또는 조정될 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 공기 인젝터(34c)는 엔진의 사이클 동안 하나 이상의 시간에 공기 라인(26c)으로부터 해당 실린더로 주입되는 공기의 양을 제어할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 적절한 시간에 적절한 지속 시간 동안 공기 인젝터(34c) 중 하나, 일부 또는 전부를 구동하여, 공기 라인(26c)으로부터 적절한 또는 선택된 및/또는 미리 결정된 양의 공기가 해당 공기 인젝터(34c)를 통해 유동하여 엔진(10)의 실린더로 주입되도록 허용할 수 있다.
일부 실시예에서, 엔진은 이를 구동하기 위해 압축 공기를 사용하는 시간 동안 정지될 수 있다. 다시 말해, 압축 공기는 크랭크샤프트의 회전을 발생시키는 순서에 아래쪽으로 피스톤을 강제하는 방식으로 공기 인젝터(34c)를 순차적으로 작동시킴으로써 실린더로 주입될 수 있다. 일 예에서, 압축 공기는 (예컨대, 스타터가 비활성화되거나 배터리 전력이 스타터에 대해 이용 불가능할 때) 엔진에 시동을 걸거나 시동을 거는 것을 돕기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 압축 공기는 가압 공기를 저장할 수 있는 탱크(예컨대, 저장 탱크)로부터 공급될 수 있다. 더욱이, 일부 예에서, 엔진의 작동 동안, 공기는 (예컨대, 압축 공기를 발생시킬 수 있는 엔진의 작동으로부터 및/또는 공기 컴프레서로부터) 탱크에 지속적으로 추가 및/또는 그로부터 순환될 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 엔진(10c)은 배출 시스템을 포함하거나 그에 연결될 수 있다. 예를 들어, 실린더로부터 배출은 해당 배출 라인(50c)으로 들어갈 수 있으며, 배출 매니폴드(20c)로 유동할 수 있다. 일부 실시예에서, 배출 매니폴트(20c)는 배출 시스템의 하나 이상의 추가적인 구성이나 요소(예컨대, 촉매 변환기, 머플러 등)에 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 배출 밸브(52c)는 엔진과 배출 라인(50c) 사이에 배치될 수 있다.
일 실시예에서, 공기 인젝터, 연료 인젝터, 배출 밸브 또는 그 조합 중 하나, 일부 또는 전부는 출력 샤프트(예컨대, 크랭크샤프트)로부터 기계적으로 분해되거나 분리 및/또는 컨트롤러에 의해 (직접적으로 또는 간접적으로, 예컨대 작동을 위한 명령을 제공함으로써) 작동될 수 있다. 일반적으로, 컨트롤러는 프로그래밍 가능할 수 있는 적절한 일반 목적 또는 특수 목적의 컴퓨팅 장치일 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 하나 이상의 프로세서, 프로세서에 작동 가능하게 결합된 메모리(예컨대, 저장 메모리, RAM 등), 명령이나 신호를 수신하고 전송하기 위한 입력/출력(I/O) 인터페이스를 포함할 수 있다. 아무튼, 컨트롤러는 (예컨대, 설명된 센서로부터 정보나 신호에 적어도 부분적으로 기반하여) 엔진의 하나 이상의 요소나 구성을 작동시키도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러는 적절한 파리미터 및/또는 입력에 기반하여 연료 인젝터, 공기 인젝터, 배출 밸브 또는 그 조합의 작동을 조정할 수 있다. 일 실시예에서, 엔진이나 연소 시스템은 스로틀 인디케이터(예컨대, 가스 페달)의 위치 변화를 감지할 수 있는 스로틀 위치 센서를 포함하거나 그에 연결될 수 있다. 더욱이, 크랭크샤프트 위치 센서는 크랭크샤프트의 위치를 감지할 수 있으며, 컨트롤러에 크랭크샤프트 위치에 대한 정보를 제공할 수 있다(예컨대, 크랭크샤프트 위치에 기반하여, 컨트롤러는 엔진의 실린더 중 하나, 일부 또는 전부의 피스톤의 개개의 위치를 결정할 수 있다). 아무튼, 적절한 파라미터 및/또는 입력에 기반하여, 컨트롤러는 엔진의 작동이나 그 일부를 조절할 수 있다(예컨대, 실린더 중 하나 또는 일부로 연료 및/또는 공기의 공급은 다른 실린더 중 하나 또는 일부와 다를 수 있거나, 실린더 중 하나 또는 일부는 언제든 비활성화될 수 있다).
하나 이상의 실시예에 따르면, 연료 및 공기 인젝터의 구동과 이들이 구동되거나 개방된 상태로 유지되는 시간은 각각의 실린더로 연료 및/또는 공기를 단계적으로 제공하는 방식으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 연료 및/또는 공기의 제1 충전은 피스톤이 상행 행정(예컨대, 상사점)을 완료한 이후에 하행 행정 동안 피스톤이 아래로 이동할 때, 피스톤의 제1 위치에서 제공될 수 있는데, 하행 행정 동안 피스톤이 아래로 더 이동할 때, 피스톤이 하행 행정의 종단(예컨대, 하사점)에 이르기 이전에, 연료 및/또는 공기의 하나 이상의 추가적인 충전이 피스톤의 하나 이상의 추가적인 위치에서 실린더로 제공될 수 있다. 나아가, 피스톤이 상사점이나 하사점에 이르기에 앞서 연료 및/또는 공기의 추가적인 또는 대안적인 충전이 실린더로 공급될 수 있다(예컨대, 엔진이 서로 다른 연료의 연소 특성에 대해 조절 가능하도록 다양한 구성과 단계 설정이 구성될 수 있다).
일부 예에서, 엔진은 (예컨대, 2 행정 사이클로 엔진을 작동시킴으로써) 짧은 기간 동안 동력의 신속한 증가를 제공하도록 작동될 수 있다. 예를 들어, 연료와 공기는 (4 행정 사이클의 매 교번하는 스트로크 대신에) 피스톤이 하행 행정을 개시하는 각각의 시간마다 주입될 수 있다. 더욱이, 하나 이상의 실런더는 2 행정 사이클로 작동되어 엔진으로부터 출력된 동력의 신속한 증가를 발생시킬 수 있다.
앞서 설명된 바와 같이, 일반적으로, 내연 엔진은 적어도 하나의 연소 챔버 및 연소 챔버(들)의 연료의 연소에 반응하여 회전 가능한 출력 샤프트를 포함한다. 예를 들어, 내연 엔진은 연소 챔버(들)의 연료의 연소 동안 발생한 에너지를 출력 샤프트의 기계적 출력으로 변환(예컨대, 연소 챔버의 압력 증가를 출력 샤프트의 회전으로 변환)하기 위한 에너지 변환 메커니즘을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 연료와 산화제는 연소 챔버로 주입되며, 연소 반응은 압력 증가를 발생시키는데, 에너지 변환 메커니즘은 연소 챔버의 증가한 압력을 출력 샤프트의 회전과 같은 기계적 에너지로 변환하도록 구성된다(예컨대, 피스톤은 실린더에서 이동 가능하며 출력 샤프트에 연결되고, 하우징과 회전 가능한 로터는 출력 샤프트에 연결된다).
아무튼, 하나 이상의 실시예에서, 컨트롤러나 컨트롤 시스템은 연소 챔버로 연료 및/또는 공기의 주입을 제어함으로써 및/또는 연소 챔버로부터 배출을 제어함으로써 내연 엔진의 작동을 제어할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 엔진의 연소 챔버(예컨대, 실린더)로 연료와 산화제를 각자 주입할 수 있는 하나 이상의 연료 인젝터 및/또는 하나 이상의 공기 인젝터 및 배출 가스가 해당 연소 챔버를 빠져 나가도록 허용하거나 방지할 수 있는 배출 밸브를 포함할 수 있는 엔진을 제어할 수 있다. 아래 더 상세하게 설명될 바와 같이, 적어도 하나의 실시예에서, 연료 인젝터, 공기 인젝터, 배출 밸브 또는 그 조합은 출력 샤프트로부터 기계적으로 분해되거나 분리되며, 컨트롤러에 의해 작동될 수 있다. 또한, 일반적으로, 실린더로 주입되는 연료 및/또는 공기의 양 및 이러한 주입의 타이밍을 제어하는 것은 엔진에 대한 적절한 작동 조건을 제공한다.
일부 실시예에서, 컨트롤러는 엔진의 하나 이상의 요소나 구성에 작동 가능하게 연결되거나, 그 작동을 제어하거나 구동할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러를 포함하는 컨트롤 시스템은 컨트롤러로 다양한 입력을 제공할 수 있는 적절한 센서를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 컨트롤 시스템은 컨트롤러가 입력(예컨대, 사용자에 의해 제공될 수 있거나, 엔진의 작동 파라미터에 관련될 수 있는 입력)을 수신할 수 있도록, 컨트롤러에 결합된 하나 이상의 입력 인터페이스 장치(예컨대, 사용자 인터페이스를 포함하는 장치)를 포함한다. 따라서, 컨트롤러는 하나 이상의 입력을 수신할 수 있으며, 엔진의 요소나 구성(및/또는 엔진에 연결된 요소나 구성)을 (직접적으로 또는 간접적으로) 작동시킴으로써, 엔진의 작동을 변경할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 엔진의 작동을 변경하거나 조절하여, 동력 출력, 출력 샤프트의 분당 회전수(RPM), 출력 샤프트의 회전 방향, 연소 효율, 연소 체적, 그 조합 등을 변경 및/또는 최적화할 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 컨트롤 시스템은 하나 이상의 작동 입력(예컨대, 엔진의 사용자로부터 입력)에 기반하여 엔진의 실린더로 주입될 연료 및/또는 공기의 양을 결정하거나 계산할 수 있다. 예를 들어, 작동 입력은 동력 출력 요건, 출력 샤프트의 RPM, 연소 체적 등에 관련된 입력을 포함할 수 있으며, 컨트롤 시스템은 엔진의 요소 및/또는 구성에 대한 파라미터를 결정하여, 작동 입력(들)과 상응하는 엔진의 작동을 이루거나 제공할 수 있다. 예를 들어, 아래 더 상세하게 설명될 바와 같이, 컨트롤러는 실린더로 주입할 연료 및/또는 공기의 양, 이러한 주입의 타이밍, 실린더의 공기 연료 혼합물의 점화의 타이밍, 배출 밸브의 개방의 타이밍과 시간 등을 결정할 수 있다.
일반적으로, 내연 엔진은 가솔린(휘발유), 에탄올, 경우, 액화 천연 가스(LNG), 액화 석유 가스(LPG), 수소 등과 같은 적절한 타입의 연료를 연소할 수 있다. 더욱이, 산소와 같은 적절한 산화제는 연료의 연소를 가능하게 하거나 촉진할 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, (예컨대, 도 1에 나타난 바와 같은) 연소 엔진(10)은 일 실시예에 따르면, 컴퓨터를 이용해 제어될 수 있으며, 컨트롤러(5)에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 또한, 엔진은 앞서 언급된 바와 같이, 다양한 실린더 및 적절한 실린더 구성(예컨대, V, 로터리, 복서 등)을 가질 수 있는 것으로 간주된다.
앞서 설명된 바와 같이, 연료 및/또는 공기는 엔진(10)의 실린더로 직접 주입될 수 있다. 예를 들어, 엔진(10)은 엔진(10)의 해당 실린더와 연관된 연료 인젝터(30)와 공기 인젝터(26)(도 4)를 포함한다. 일부 실시예에서, 컨트롤러(5)는 아래 더 상세하게 설명될 바와 같이, 연료 인젝터(30) 및/또는 공기 인젝터(26)를 작동시킨다(예컨대, 작동을 위한 명령을 제공함으로써, 직접적으로 또는 간접적으로 작동시키는 것 포함한다).
앞서 설명된 바와 같이, 공기 인젝터(26)는 공기나 적절한 산화제의 다양한 공급원이나 공급부에 연결될 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 공기 인젝터(26)는 공기 흡입 매니폴드(16)에 연결된다. 예를 들어, 공기 흡입 매니폴드(16)는 (예컨대, 공기 인젝터(26)와 흡입 매니폴드(16) 사이의 하나 이상의 해당 공기 라인을 통해) 공기 인젝터(26)로 공기(예컨대, 압축 공기)를 분배 및/또는 저장할 수 있다. 일부 실시예에서, 공기 흡입 매니폴드(16)는 공기 흡입 매니폴드로 압축 공기를 공급할 수 있는 컴프레서(18)와 유체 연통할 수 있다. 유사하게 연료 인젝터(30)는 연료 공급부에 연결될 수 있다(예컨대, 연료 펌프는 연료 인젝터(30)로 또는 그를 향해 연료를 공급할 수 있다).
하나 이상의 실시예에서, 컨트롤러(5)는 아래 더 상세하게 설명될 바와 같이, 연료 인젝터(30) 및/또는 공기 인젝터(26)를 (직접적으로 또는 간접적으로, 예컨대 작동을 위한 명령을 제공함으로써) 작동시킨다. 예를 들어, 연소 엔진(10)의 배출 밸브(52)는 컨트롤러(5)에 작동 가능하게 연결될 수 있으며, 개방 위치에서 배출 가스가 연소 동안 및/또는 그 후에 실린더를 빠져나가고, 폐쇄 위치에서 배출 가스가 해당 실린더를 빠져나가는 것을 배출 밸브(52)가 적어도 부분적으로 방지할 수 있도록, 개방 및 폐쇄 위치 사이에서 그에 의해 작동될 수 있다. 나아가, 앞서 언급된 바와 같이, 컨트롤러(5)는 엔진(10)의 작동 및/또는 엔진(10)의 작동을 위한 작동 파라미터에 대한 정보를 제공할 수 있는 하나 이상의 센서에 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 옥탄 또는 연료 센서가 컨트롤러(5)에 연결되어, 연료 인젝터(30)를 향해 또는 그로 유동하는 연료와 접촉되게 배치된다(도 4). 따라서, 컨트롤러(5)는 엔진(10)의 실린더를 향해 및/또는 그로 유동하는 연료에 관련된 정보나 신호를 수신할 수 있다.
컨트롤러(5)는 엔진(10)의 실린더로 공급되는 산화제에 대한 정보를 제공할 수 있는 하나 이상의 센서에 연결될 수도 있다. 예를 들어, 엔진(10)은 컨트롤러(5)에 연결되어 흡입 매니폴드(16)의 공기와 연통하는 압력 및/또는 온도 센서(17)를 포함할 수 있다. 유사하게, 컨트롤러(5)는 엔진(10)의 하나 이상의 실린더를 빠져나가는 배출 가스에 대한 정보를 제공할 수 있는 하나 이상의 센서에 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 엔진(10)은 엔진(10)의 해당 실린더를 빠져나가는 배출 가스와 연통하며 컨트롤러(5)에 연결된 배출 센서(54)를 포함한다. 예를 들어, 배출 센서(54)는 엔진(10)의 해당 실린더를 빠져나가는 배출 가스에 존재하는 산소의 양을 감지하거나 결정할 수 있다. 나아가, 일부 예에서, 컨트롤러(5)는 유입 공기(예컨대, 흡입 매니폴드(16), 공기 인젝터(26)에 흡입 매니폴드(16)를 연결하는 공기 라인의 공기)와 연통하는 하나 이상의 산소 센서에 연결될 수 있다. 따라서, 컨트롤러는 엔진(10)의 연소 챔버로 주입을 향해 또는 그로 유동하는 공기의 산소 함량이나 농도에 관련된 입력이나 신호를 수신할 수 있다.
아래 더 상세하게 설명될 바와 같이, 컨트롤러는 출력 샤프트에 연결된 위치 센서, 노크 센서, 스로틀 위치 센서 등과 같은 적절한 센서에 연결될 수 있거나, 그로부터 정보를 수신할 수 있다. 더욱이, 일부 예에서, 컨트롤러는 엔진과 연관되지 않을 수 있는 센서 및/또는 입력 장치로부터 입력을 수신할 수 있다. 아무튼, 컨트롤러는 컨트롤러에 연결된 센서로부터 수신된 정보나 신호에 적어도 부분적으로 기반하여 공기 인젝터, 연료 인젝터, 배출 밸브 또는 그 조합을 작동시킬 수 있다.
도 9는 적어도 하나의 실시예에 따른 내연 엔진의 연소 및/또는 작동을 제어할 수 있는 컨트롤 시스템의 컨트롤러에 의해 수행될 수 있는 작동이나 동작의 플로 차트를 도시한다. 일 실시예에서, 컨트롤러는 엔진의 작동 파라미터에 관련된 하나 이상의 작동 입력을 수신하는 동작(100)을 수행하거나 실행한다. 예를 들어, 컨트롤러는 엔진에 의해 제공될 RPM 및/또는 동력 출력에 관련된 입력이나 정보(예컨대, 엔진의 크랭크샤프트의 RPM을 증가시키기 위한 요청)를 수신할 수 있다. 일반적으로, 입력은 적절한 방식으로 및/또는 적절한 입력 인터페이스 및/또는 입력 인터페이스 장치로부터 컨트롤러에 제공되거나 공급될 수 있다. 예를 들어, 차량에서, 입력 인터페이스 장치는 스로틀(예컨대, 스로틀 페달, 레버, 핸들 등)일 수 있다.
일부 예에서, 하나 이상의 센서(예컨대, 위치 센서)는 스로틀로부터 입력을 수신하여, 컨트롤 시스템으로 변환된 입력(예컨대, 스로틀의 변위)을 전송할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 스로틀 페달의 변위(예컨대, 사용자로부터 입력)는 사용자에 의해 제공된 스로틀 페달의 변위의 양을 컨트롤러에 나타낼 수 있는 컨트롤러로 전송되거나 보내진 해당 입력으로 디지털화되거나 변환될 수 있다. 일부 예에서, (스로틀 페달에 결합된 센서로부터 신호나 입력에 의해 나타난 바와 같은) 스로틀 페달의 변위는 RPM, 동력 출력 등과 같은 엔진의 하나 이상의 작동 파라미터와 컨트롤러에 의해 연관 및/또는 처리될 수 있다.
또한, 스로틀 페달의 변위(들)이 디지털화될 수 있기 때문에, 변위의 조합이나 패턴(예컨대, 복수의 짧은 변위, 복수의 긴 변위, 그 조합 등)은 엔진의 특정 작동 파라미터와 컨트롤러에 의해 상호 관련될 수 있다. 예를 들어, 두 긴 변위는 엔진의 동력 출력이나 RPM의 증가율 또는 선택된 및/또는 미리 결정된 동력 출력과 컨트롤러에 의해 상호 관련될 수 있다. 아무튼, 컨트롤러는 원하는 또는 요청된 엔진의 RPM 및/또는 동력 출력에 관련된 하나 이상의 입력을 수신할 수 있다.
대안적인 또는 추가적인 실시예에서, 컨트롤러는 요청된 연소 체적을 위한 입력을 수신할 수 있다. 예를 들어, 적절한 입력 인터페이스는 다이얼, 키 인터페이스, 터치패드, 그 조합 등을 포함할 수 있다. 아무튼, 입력 인터페이스는 컨트롤러로 보내지거나 전송될 수 있는 엔진을 위한 원하는 또는 요청된 연소 체적의 입력을 가능하게 할 수 있다. 일부 실시예에서, 작동 파라미터(들)에 관련된 입력은 엔진에 의해 발생할 요청된 소리(예컨대, 주파수, 조성(tonality) 등)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 인터페이스는 소리 옵션(예컨대, 다양한 엔진이나 엔진 모델의 소리)을 제공하거나 디스플레이하며, 이러한 옵션의 선택(들)을 수신할 수 있는데, 인터페이스는 엔진의 작동 파라미터에 관련된 입력으로서 이러한 선택을 컨트롤러로 전송할 수 있다.
더욱이, 하나 이상의 실시예에서, 입력(들)은 엔진의 하나 이상의 작동 파라미터에 간접적으로 관련될 수 있다. 예를 들어, 엔진은 엔진 구동 차량에 포함될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 입력은 차량의 방향(예컨대, 오르막 경사, 내리막 경사 등), 차량의 조작, 날씨 조건 등에 의존할 수 있는 차량의 속도에 관련될 수 있다. 이러한 예에서, 입력 인터페이스 장치로부터 입력(예컨대, 크루즈 컨트롤)은 크랭크샤프트의 RPM과 같은 엔진의 작동 파라미터(들)에 관련될 수 있는 하나 이상의 파라미터나 입력으로 변환되거나 전환될 수 있다.
일부 실시예에서, 입력(예컨대, 엔진의 작동 파라미터에 간접적으로 관련될 수 있는 입력)은 엔진에 대한 예상되는 동력 요건에 적어도 부분적으로 기반 및/또는 그에 관련될 수 있다. 예를 들어, 엔진 구동 차량의 엔진을 제어하기 위한 작동 입력(들)은 차량의 무게와 그 화물, 예상된 또는 계획된 경로 (예컨대, 오르막, 내리막, 회전 등) 등에 적어도 부분적으로 기반 및/또는 그에 관련될 수 있다. 따라서, 아래 더 상세하게 설명될 바와 같이, 컨트롤러는 엔진의 작동 파라미터(들)과 이러한 입력을 상호 관련시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 작동 입력(들)은 엔진의 실린더로 공급될 특정한 타입의 연료 및/또는 산화제를 식별하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 입력은 컨트롤러에 결합될 수 있는 적절한 인터페이스를 통해 수신될 수 있는 연료 타입과 산화제 조합의 선택이나 입력을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 연료 및/또는 산화제 타입에 관련된 입력(들)은 하나 이상의 센서로부터 수신될 수 있다. 일부 실시예에서, 컨트롤러는 하나 이상의 센서로부터 입력을 수신하는 동작(110)을 수행하거나 실행한다. 예를 들어, 컨트롤러는 연료 및/또는 산화제 센서로부터 입력을 수신할 수 있다. 간혹 본 설명에서 "실린더"나 "실린더들"이 언급되지만, 이러한 용어는 단순화를 위한 것으로, 엔진은 앞서 설명된 바와 같이, 적절한 연소 챔버(들)을 포함할 수 있는 것으로 간주된다.
적어도 하나의 실시예에서, 컨트롤러는 실린더로 공기(또는 다른 산화제)를 총괄적으로 공급할 수 있는 흡입 매니폴드 및/또는 공기 라인의 압력을 나타낼 수 있는 하나 이상의 공기 압력 센서로부터 입력을 수신할 수 있다. 다시 말해, 컨트롤러는 (예컨대, 밸브의 간섭 없이) 실린더로 직접 주입되거나 강제될 수 있는 공기의 압력이나 압축률에 대한 정보를 수신할 수 있다. 일부 예에서, 컨트롤러는 공기 라인과 연통하는 및/또는 공기 흡입 매니폴드와 연통하는 추가적인 또는 대안적인 센서로부터 입력을 수신할 수도 있는데, 이러한 센서는 공기 라인의 산화제의 타입 및/또는 그 양(예컨대, 공기에 존재하는 산소의 백분율이나 농도)을 식별할 수 있다. 나아가, 일부 예에서, 컨트롤러는 하나 이상의 배출 센서로부터 입력을 수신할 수 있다. 예를 들어, 배출 센서는 엔진의 실린더를 빠져나가는 배출 가스의 산소 함량에 관련된 입력을 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러는 실린더로 공급되는 연료의 타입을 식별할 수 있는 연료 센서로부터 입력을 수신할 수 있다. 예를 들어, 연료 센서는 연료와 연통할 수 있으며, 그 타입을 식별(예컨대, 가솔린, 디젤, 수소, 천연 가스, 프로판 등을 구별)할 수 있다. 일부 예에서, 하나 이상의 센서는 (예컨대, 연료 라인 내, 연료 인젝터 주변 등의) 연료의 압력을 결정하거나 식별할 수도 있다.
일부 실시예에서, 컨트롤러는 엔진 온도, 공기 온도, 연료 온도 등에 관련된 입력이나 신호를 수신할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 엔진의 하나 이상의 부분과 열적으로 연통하는 하나 이상의 센서(예컨대, 열전대)로부터 엔진의 온도에 관련된 정보를 수신할 수 있다. 추가적인 또는 대안적인 실시예에서, 컨트롤러는 인젠의 크랭크샤프트의 위치 및/또는 회전 속도(RPM)에 대한 입력을 수신할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 인코더나 유사한 센서가 크랭크샤프트에 연결될 수 있으며, 크랭크샤프트의 회전 위치 및 회전 속도를 결정할 수 있다. 나아가, 예를 들어, 인코더는 절대 인코더일 수 있으며, 크랭크샤프트의 위치에 관련된 위치 정보를 보관할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 인코더는 공급되는 전력 없이 위치 정보를 보관할 수 있으며, (예컨대, 엔진이 작동하기 이전에) 크랭크샤프트의 회전 없이 이러한 정보에 관련된 입력을 컨트롤러로 전송할 수 있다. 인코더는 컨트롤러가 매 1도, 1/2도, 1/4도 등마다 크랭크샤프트의 회전에 관련된 정보나 신호를 수신하도록, 적절한 분해능(예컨대, 1도, 1/2도, 1/4도 등)을 가질 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 컨트롤러는 크랭크샤프트의 회전의 매 1/4회전(예컨대, 매 90도)마다 관련된 정보나 신호를 수신할 수 있다.
앞서 설명된 바와 같이, 적어도 하나의 예에서, 엔진은 차량을 구동할 수 있다. 따라서, 일부 예에서, 컨트롤러는 이러한 차량의 작동 조건에 관련될 수 있는 하나 이상의 센서로부터 입력을 수신할 수 있다. 예를 들어, 이러한 센서(예컨대, 가속도계, 자이로스코프 등)는 상향 경사 또는 오르막 이동, 하향 경사 또는 내리막 이동, 회전, 선회 등과 같은 차량의 이동에 관련될 수 있는 입력을 컨트롤러로 전송할 수 있다.
일 실시예에서, 센서는 엔진에 의해 구동되는 차량에 대한 위성 항법 좌표를 제공할 수 있는 위성 항법 시스템(GPS)을 포함할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 아래 더 상세하게 설명될 바와 같이, 컨트롤러는 GPS로부터 수신된 입력에 적어도 부분적으로 기반하여 차량의 이동을 추정할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 지도상의 위치(들)와 위성 항법 좌표 및/또는 그 변화를 상호 관련시킬 수 있으며, 지도상의 차량의 위치와 지도에 대한 이러한 차량의 이동을 결정할 수 있다.
하나 이상의 실시예에서, 컨트롤러는 엔진의 하나 이상의 연소 챔버(예컨대, 엔진의 하나 이상의 실린더)로 주입하기 위한 공기의 양을 결정하는 동작(120)을 수행하거나 실행한다. 보다 구체적으로, 예를 들어, 컨트롤러는 센서로부터 수신된 정보나 측정값에 기반하여 및/또는 엔진의 작동 파라미터(들)에 관련된 수신된 입력(들)에 기반하여 연소 챔버(들)로 주입하기 위한 공기의 양을 결정할 수 있다. 일부 예에서, 컨트롤러는 하나 이상의 알고리즘, 테이블, 데이터베이스 또는 그 조합을 참고하거나 참조하여, 실린더로 주입하기 위한 공기의 양을 결정할 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 컨트롤러는 엔진의 작동 파라미터(들)와 하나 이상의 입력을 상호 관련시킬 수 있다. 특히, 컨트롤러는 엔진의 작동 파라미터(들)와 하나 이상의 사용자, 센서 등으로부터 수신된 입력을 상호 관련시킬 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 GPS로부터 입력을 처리하여, 엔진을 포함하는 차량의 위치 및/또는 현재 및 예상되는 이동(예컨대, 오르막, 내리막 등)을 결정할 수 있는데, 차량의 위치 및 현재 및/또는 예상되는 이동에 기반하여, 컨트롤러가 엔진의 하나 이상의 작동 파라미터(들)을 결정할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 차량의 현재 및/또는 예상되는 이동에 기반하여 및/또는 상호 관련된 현재 및/또는 예상되는 하중 및/또는 동력 요건에 기반하여 엔진에 대한 연소 체적을 결정하거나 계산할 수 있다(예컨대, 컨트롤러는 차량의 경로의 예상되는 상향 경사에 기반하여 현재 RPM을 유지하기 위한 연소 체적의 증가를 결정할 수 있다). 일부 예에서, 컨트롤러는 하나 이상의 추가적인 또는 대안적인 파라미터(예컨대, 허용 배출에 관련된 지방 법규나 조례)에 기반하여 연소 체적을 결정할 수 있다. 예를 들어, 지방 법규나 조례 및 GPS로부터 입력에 기반하여, 컨트롤러는 연소 체적을 (예컨대, 예를 들어, 연소 체적이 대기압 미만의 압력을 갖도록, 실린더의 내부 체적보다 작게) 감소시키도록 결정할 수 있다.
일부 실시예에서, 컨트롤러는 엔진의 크랭크샤프트에 제공된 분당 회전수(RPM)와 선택된 및/또는 미리 결정된 연료와 공기의 양을 상호 관련시킬 수 있는 테이블, 차트, 하나 이상의 공식이나 알고리즘 등을 참조한다. 이러한 테이블은 실시예에 따라 그리고 엔진에 따라 달라질 수 있는 것으로 간주된다. 다만, 아무튼, 이러한 테이블(들)에 적어도 부분적으로 기반하여 컨트롤러는 실린더로 주입하기 위한 공기의 양을 결정할 수 있다.
예를 들어, 앞서 언급된 바와 같이, 컨트롤러는 엔진의 크랭크샤프트의 RPM과 같은 엔진의 요청된 작동 파라미터에 관련된 입력을 수신할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 앞서 언급된 바와 같이, 컨트롤러는 엔진의 작동 파라미터(들)과 상호 관련 및/또는 그로 변환될 수 있는 적절한 입력을 수신할 수 있다. 일 실시예에서, 이러한 입력에 기반하여, 컨트롤러는 실린더로 주입될 공기의 양을 결정할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 공기의 최적의 양을 (예컨대, 사용자 선호에 기반하여) 정하거나 결정하여, 요청된 RPM을 제공하기 위한 연료의 양을 최소화함으로써, 아래 더 상세하게 설명될 바와 같이, 실린더(들)의 희박 연소(lean combustion)를 제공할 수 있다.
종래 엔진은 실린더로 들어가는 공기의 양을 정밀하게 제어하지 못할 수 있기 때문에, 전형적인 종래 제어는 공기 흡입 메커니즘(예컨대, 스로틀, 터보 등)을 조절하여 요청된 RPM을 이룰 수 있는 것으로 간주된다. 적어도 하나의 실시예에서, (예컨대, 실린더로 공기의 선택된 및/또는 미리 결정된 양의 공기를 직접 주입함으로써) 실린더에 주입되는 공기의 양을 정밀하게 제어하는 것은 이러한 주입이나 일련의 주입에 기반하여 선택된 및/또는 미리 결정된 RPM을 제공하는 것을 가능하게 할 수 있다. 다시 말해, 컨트롤러는 (예컨대, 종래 컨트롤러는 실린더로 들어가는 공기의 정밀한 양에 대한 정보를 갖지 못할 수 있기 때문에) RPM에 기반하여 이루어진 실린더로 공기 공급을 위한 종래 조절과 비교할 때, 실린더와 같은 연소 챔버(들)로 주입하기 위한 공기의 특정한 양을 결정하여, 선택된, 미리 결정된 및/또는 요청된 RPM 출력을 제공할 수 있다.
마찬가지로, 앞서 언급된 바와 같이, 컨트롤러는 하나 이상의 실린더를 위한 요청된 체적에 관련된 하나 이상의 입력을 수신할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 실린더의 실제 연소 체적을 (예컨대, 100%, 200% 등으로) 증가시키거나 (예컨대, 20%, 40%, 50% 등으로) 감소시키기 위한 요청을 수신할 수 있다. 이러한 요청에 기반하여, 컨트롤러는 실린더(들)로 주입하기 위한 공기의 양이나 체적을 결정할 수 있다. 일부 예에서, 주입될 공기의 결정된 양은 실린더의 실제 체적보다 작을 수 있다(예컨대, 대기압에서, 실린더로 주입될 공기의 체적은 실린더의 체적보다 작을 수 있다).
일부 예에서, 컨트롤러는 독립적으로 각각의 특정한 실린더로 주입하기 위한 공기의 양을 결정할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 하나 이상의 실린더로 공급되는 공기의 양을 감소시킴으로써, 연소 체적을 감소시킬 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 컨트롤러는 (예컨대, 감소한 연료의 공급에 기반하여) 하나 이상의 실린더로 공기 공급을 증가시켜, 예컨대 증가한 연료 절약을 위한 희박 연소를 제공하도록 결정할 수 있다. 일부 예에서, 희박 연소는 더 높은 연소 온도를 가질 수 있는데, 이는 엔진 온도를 증가시키도록 유도하는 것으로 간주된다. 컨트롤러는 하나 이상의 실린더의 희박 연소를 선택적으로 제공하고, 엔진을 과열하는 것 및/또는 그 요소나 구성을 손상하는 것을 회피할 수 있는 방식으로, (예컨대, 하나 이상의 온도 센서로부터 입력된 온도에 기반하여) 희박 연소를 제공하는 실린더를 주기적으로 변경하도록 결정할 수 있다.
일부 예에서, 컨트롤러는 하나 이상의 배출 센서로부터 입력에 기반하여 실린더로 주입될 공기의 양을 조절할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 배출 가스의 산소의 양을 식별하는 입력을 수신할 수 있다. 이에, 컨트롤러는 배출 가스에 존재하는 산소의 양에 기반하여 앞서 결정된 공기의 양을 조절할 수 있다. 더욱이, 일부 실시예에서, 컨트롤러는 센서(들) 중 하나 이상으로부터 입력과 같은 동일하거나 유사한 입력 및/또는 동일하거나 유사한 작동 입력을 수신하는 것에 응답하여 실린더(들)로 주입될 공기의 양을 향후 결정하기 위해, 알고리즘(예컨대, 공식), 테이블값 등을 조절할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러는 공기의 결정된 양에 적어도 부분적으로 기반하여 하나 이상의 공기 주입을 작동시키는 동작(130)을 수행하거나 실행한다. 특히, 예를 들어, 컨트롤러는 엔진의 실린더로 직접 공기를 주입(예컨대, 적어도 실질적으로 저지되지 않는 방식으로 공기를 주입)하도록 공기 인젝터를 (직접적으로 또는 간접적으로, 예컨대 작동을 위한 명령을 제공함으로써) 작동시킬 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 선택된, 미리 결정된 및/또는 정밀한 양의 공기가 실린더로 들어가도록 허용하는 선택된 및/또는 미리 결정된 주기나 시간 동안 실린더 중 하나, 일부 또는 전부의 공기 인젝터를 개방할 수 있다. 앞서 언급된 바와 같이, 컨트롤러는 공기 인젝터의 또는 그 주변의 공기 압력에 관련될 수 있는 입력을 수신할 수 있다. 이에, 예를 들어, 컨트롤러는 (예컨대, 공기 압력 센서로부터 수신된 입력에 적어도 부분적으로 기반하여) 공기 인젝터(들)을 개방된 상태로 유지하여 선택된 및/또는 미리 결정된 양의 공기가 실린더로 들어가도록 허용하기 위해 요구되는 시간을 결정할 수 있다.
아무튼, 컨트롤러는 실린더(들)로 미리 결정된 및/또는 정밀한 양의 공기를 제공함으로써, 하나 이상의 선택된 및/또는 미리 결정된 작동 파라미터(예컨대, 선택된 및/또는 미리 결정된 또는 요청된 RPM, 온도, 연료 효율 등)로 엔진을 작동시키도록 공기 인젝터(들)를 작동시킬 수 있다. 더욱이, 위 동작이 특정한 순서로 설명되었으나, 이러한 동작은 적절한 순서로 수행될 수 있는데, 이는 실시예에 따라 달라질 수 있는 것으로 간주된다. 예를 들어, 컨트롤러는 우선 하나 이상의 센서로부터 입력을 수신하고(동작 110), 그 후에 엔진의 작동 파라미터(들)에 관련된 하나 이상의 작동 입력을 수신할 수 있다(동작 100).
앞서 언급된 바와 같이, 컨트롤러는 적절한 센서나 입력 공급원으로부터 정보나 신호를 수신할 수 있고, 이러한 정보나 신호는 엔진의 임의의 작동 조건이나 파라미터에 관련될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 엔진의 연소 챔버를 빠져나가는 배출 가스에 관련된 정보나 신호를 수신할 수 있다. 나아가, 일부 예에서, 컨트롤러는 배출 센서로부터 수신된 정보나 신호에 적어도 부분적으로 기반하여 공기 인젝터를 작동시킬 수 있다. 예를 들어, 도 10은 적어도 하나의 실시예에 따른 컨트롤러에 의해 수행될 수 있는 단계나 동작의 플로 차트를 도시한다.
보다 구체적으로, 일 실시예에서, 컨트롤러는 하나 이상의 연소 챔버로부터 배출 가스에 관련된 신호를 수신하는 동작(110a)을 수행하거나 실행한다. 예를 들어, 컨트롤러는 배출 가스의 성분을 나타내거나 그에 관련될 수 있는 배출 센서로부터 정보나 신호를 수신할 수 있다(예컨대, 신호는 배출 가스에 존재하는 산소의 양에 관련될 수 있다). 추가적으로, 일부 실시예에서, 컨트롤러는 엔진의 하나 이상의 연소 챔버로 주입하기 위한 공기의 양을 결정하는 동작(120a)을 수행하거나 실행한다. 특히, 이러한 결정은 배출 센서(들)로부터 수신된 신호나 측정값에 적어도 부분적으로 기반할 수 있다.
예를 들어, 배출 가스에 존재하는 잔여 산소의 양에 기반하여, 컨트롤러는 주입된 산소가 연소 반응 동안 완전히 또는 상당히 소모되도록, 연소 챔버(들)로 주입하기 위한 공기의 양을 결정할 수 있다. 따라서, 적어도 하나의 실시예는 컨트롤러에 의해 결정된 공기의 양에 적어도 부분적으로 기반하여 하나 이상의 공기 인젝터를 작동하는 동작(130a)을 포함한다. 앞서 언급된 바와 같이, 예를 들어, 컨트롤러는 선택된 및/또는 미리 결정된 양의 공기가 연소 챔버로 들어가도록, 선택된 및/또는 미리 결정된 시간 동안 공기 인젝터를 개방 및/또는 개방된 상태로 유지함으로써 공기 인젝터를 작동시킬 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 컨트롤러는 연소 챔버로 주입될 공기의 결정된 양을 포함하는 정보를 제공할 수 있는데, 공기 인젝터는 엔진의 연소 챔버(들)로 선택된 및/또는 미리 결정된 양의 공기를 주입하도록 이러한 정보에 기반하여 작동될 수 있다.
또한, 일부 실시예에서, 컨트롤러는 엔진의 작동을 제어할 수 있는 추가적인 또는 대안적인 요소나 구성을 작동시키거나 그에 대한 작동 파라미터를 결정할 수 있다. 도 11은 적어도 하나의 실시예에 따른 컨트롤러에 의해 수행될 수 있는 단계나 동작의 플로 차트를 도시한다. 달리 설명되지 않는 한, 아래 설명될 동작은 도 9-10과 관련하여 앞서 설명된 동작과 유사하거나 동일할 수 있다. 도시된 예에서, 컨트롤러는 엔진의 작동 파라미터(들)에 관련된 하나 이상의 작동 입력을 수신하는 동작(200) 및 하나 이상의 센서로부터 입력을 수신하는 동작(210)을 수행하거나 실행할 수 있는데, 이는 동작 100, 110(도 9)과 유사하거나 동일할 수 있다.
일 실시예에서, 컨트롤러는 엔진의 하나 이상의 연소 챔버(예컨대, 실린더)로 주입하기 위한 공기 및/또는 연료의 양을 결정하는 동작(220)을 수행하거나 실행하는데, 이는 센서(들)로부터 입력(들) 및/또는 작동 입력(들)에 적어도 부분적으로 기반할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 앞서 설명된 바와 동일하거나 유사한 방식으로 실린더(들)로 주입하기 위한 공기의 양을 결정할 수 있다. 나아가, 컨트롤러는 실린더(들)로 주입하기 위한 연료의 양을 결정함으로써, 실린더(들)로 주입될 공기 연료 혼합물을 결정할 수도 있다.
일부 실시예에서, 공기와 연료는 엔진의 연소 챔버(들)의 외부에서 혼합되어 함께 주입될 수 있는 것으로 간주된다. 따라서, 예를 들어, 컨트롤러는 연소 챔버의 외부에서 함께 혼합될 수 있는 선택된 및/또는 미리 결정된 양의 공기 및/또는 연료를 분배할 수 있는 하나 이상의 제어 요소(예컨대, 밸브, 인젝터 등)로 신호나 명령을 제공할 수 있다. 그 후에, 미리 혼합된 공기 연료 혼합물은 엔진의 연소 챔버(들)로 공급(예컨대, 주입)될 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 컨트롤러는 연료 전지(예컨대, 가스 탱크), 연료 라인, 연료 인젝터 주변 또는 그 조합에서 연료의 타입(예컨대, 연료의 성분)을 식별할 수 있는 센서로부터 입력을 수신할 수 있다. 따라서, 컨트롤러는 실린더(들)로 주입될 수 있는 연료의 타입에 적어도 부분적으로 기반하여 실린더(들)로 주입될 연료의 양을 결정할 수 있다. 일부 실시예에서, 가솔린이 실린더로 주입될 수 있다(예컨대, 가솔린의 산화 반응은 [25/2]O2 + C8H18 → [8]CO2 + [9]H2O로 표현될 수 있다).
이에, 예를 들어, 공기의 O2의 농도에 따라, 화학량론적 공기 가솔린 혼합물은 14.7:1 (공기-가솔린) 비율로 연소되는 것으로 간주될 수 있는데, 여기서 가솔린은 연소 이후에 이용 가능한 산소 또는 과잉 공기 없이 연소된다. 따라서, 희박 혼합물(lean mixture)은 (예컨대, 14.7:1보다 큰 비율로) 더 많은 공기를 가질 수 있고, 풍부 혼합물(rich mixture)은 (예컨대, 14.7:1보다 작은 비율로) 더 많은 연료를 가질 수 있다. 예를 들어, 최대 동력 출력은 약 12.6:1의 공기 가솔린을 가질 수 있는 풍부 혼합물에서 제공될 수 있는 반면, 최대 연료 절약은 약 15.4:1 또는 그 이상의 공기 가솔린 비율일 수 있는 희박 공기 가솔린 혼합물에서 제공될 수 있다. 일부 작동 조건하에서, 비율은 약 65:1 및/또는 그 이상과 같은 초희박(ultra lean)일 수 있다. 초희박 혼합물은 상대적으로 높은 (예컨대, 화학량론적 혼합물보다 높은) 온도로 연소될 수 있는 것으로 간주된다. 일부 실시예에서, 컨트롤러는 예컨대 엔진 및/또는 하나 이상의 실린더를 손상 및/또는 파손하는 것을 방지하도록, 희박 또는 초희박 혼합물의 연소로부터 야기될 수 있는 상승한 온도로 엔진 및/또는 하나 이상의 실린더를 작동시키기 위한 시간을 결정할 수 있다. 나아가, 컨트롤러는 엔진에 의해 경험되는 부하와 상응하기 위한 및/또는 예상되는 부하와 상응하기 위한 적절한 혼합물을 생성하도록 공기 및/또는 연료의 주입을 결정 및/또는 선택할 수 있다.
예를 들어, 희박 및/또는 초희박 혼합물은 자동차와 같은 엔진에 의해 구동되는 차량이 낮은 부하를 경험할 때 (예컨대, 일정하거나 감소한 속도로, 차량이 내리막을 주행할 때 등) 제공될 수 있다. 컨트롤러는 하중이 증가하거나 증가할 것으로 예상될 때 (예컨대, 자동차가 오르막을 주행하거나 오르막을 주행할 것으로 예상될 때) 화학량론적 및/또는 풍부 혼합물을 제공하도록 결정할 수 있다.
일부 예에서, 컨트롤러는 (예컨대, 연료 절약을 개선하기 위해) 희박 공기 연료 혼합물을 주입하도록 결정할 수 있다. 더욱이, 예를 들어, 실린더와 피스톤에 의해 형성된 연료 챔버를 포함하는 엔진에서, 컨트롤러는 실린더로 주입되는 공기 연료 혼합물을 선택적으로 및/또는 지속적으로 변경할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 다른 실린더(들)과 비교할 때, 하나 또는 일부 실린더에 더욱 희박 연소를 제공할 수 있다. 일부 예에서, 컨트롤러는 하나 또는 일부 실린더에 희박 연소를 제공하고, 하나 이상의 다른 실린더에 화학량론적 또는 풍부 연소를 제공할 수 있다.
적어도 일부 연료(예컨대, 가솔린)의 화학량론적 연소는 풍부 연소보다 높은 연소 온도를 제공할 수 있고, 희박 연소는 화학량론적 연소보다 높은 연소 온도를 제공할 수 있다. 더욱이, 일부 작동 조건하에서, 지속되는 화학량론적 및/또는 희박 연소는 하나 이상의 엔진 구성을 손상 또는 파손하거나 엔진의 사용 수명을 감소시킬 수 있다. 일 실시예에서, 컨트롤러는 엔진의 온도 변화를 감시하면서, 하나 이상의 실린더의 화학량론적 및/또는 희박 연소를 유지할 수 있는 주입 및/또는 연소 사이클을 결정할 수 있으며, 엔진에 해로울 수 있는 온도 증가(들)를 완화하거나 제거하도록 이러한 연소 챔버(예컨대, 실린더)의 연소 파라미터를 변경할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 실린더 중 하나, 일부 또는 전부에서 희박 화학량론적 및/또는 희박 연소를 종료하고, 풍부 연소를 개시하도록 결정할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 컨트롤러는 하나 또는 복수의 실린더에서 희박 및 풍부 연소 사이를 교번하도록 결정할 수 있다(예컨대, 일부 실린더는 희박 연소 혼합물로 작동하는 한편, 다른 실린더는 풍부 연소 혼합물로 작동할 수 있다).
나아가, 앞서 언급된 바와 같이, 컨트롤러는 (예컨대, 왕복 엔진의) 실린더의 피스톤의 위치(들) 및/또는 크랭크샤프트의 방향에 대한 입력이나 정보를 수신할 수 있다. 일부 조건하에서, 컨트롤러는 피스톤의 복수의 위치 및/또는 다양한 시간에서 실린더(들)로 연료 및/또는 공기를 주입하도록 결정할 수 있다. 예를 들어, 특정한 양의 연료 및/또는 공기의 단일 주입 대신에, 컨트롤러는 연료 및/또는 공기 인젝터가 (예컨대, 동일한, 더 적은 또는 더 많은 양의 연료 및/또는 공기의 단일 주입과 동일한 크랭크샤프트의 동력 출력을 발생시킬 수 있는) 연료 및/또는 공기의 다중 주입을 이루도록 지시할 수 있다. 일부 예에서, 연료 및/또는 공기의 다중 주입은 공기 연료 혼합, 연료의 연소 등을 개선할 수 있다. 유사하게, 컨트롤러는 연료 및/또는 공기 인젝터가 (예컨대, 로터가 회전할 때) 로터리 엔진의 연소 챔버로 (각자) 연료와 공기의 다중 주입을 이루도록 지시할 수 있다.
더욱이, 왕복 엔진의 경우, 컨트롤러는 연료 및/또는 공기 인젝터가 피스톤의 하행 및/또는 상행 운동 동안, 각자 연료 및/또는 공기를 주입하도록 지시할 수 있다. 일부 실시예에서, 컨트롤러는 연료 및/또는 공기 인젝터가 피스톤의 하행 행정 동안 (예컨대, 4 행정 사이클에서, 흡입 동안 및/또는 동력 행정 동안) 연료 및/또는 공기를 주입하도록 지시할 수 있다. 예를 들어, 동력 행정 동안 공기 및/또는 연료를 주입하는 것은 연료의 점화를 개선 및/또는 추가적인 동력을 제공할 수 있다. 하나 이상의 추가적인 또는 대안적인 실시예에서, 컨트롤러는 연료 및/또는 공기 인젝터가 (예컨대, 4행정 사이클에서) 배출 행정 동안 연료 및/또는 공기를 주입하도록 지시할 수 있는데, 이는 실린더 밖으로 배출 가스를 방출하는 것을 도울 수 있다.
일부 예에서, 컨트롤러는 공기와 연료의 다중 주입을 이루어, 엔진의 연소 챔버(들)에 화학량론적 및/또는 희박 공기 연료 혼합물을 제공하도록 결정할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 출력 샤프트의 선택된 및/또는 미리 결정된 방향(예컨대, 왕복 엔진의 크랭크샤프트의 방향), 실린더의 피스톤의 선택된 및/또는 미리 결정된 위치, 그 조합 등에 적어도 부분적으로 기반하여 주입 타이밍을 결정할 수 있다. 더욱이, 컨트롤러는 화학량론적 및/또는 희박 혼합물을 제공할 수 있는 하나 이상의 이러한 공기와 연료 주입을 이루고, (예컨대, 화학량론적 및/또는 희박 연소 동안 엔진의 온도 증가를 감소시키거나 최소화할 수 있는) 풍부 혼합물을 제공할 수 있는 하나 이상의 공기와 연료 주입을 이루도록 결정할 수 있다.
일부 예에서, 컨트롤러는 복수(예컨대, 2, 4, 6 등)의 연소 사이클로 엔진의 하나 이상의 실린더를 작동시키도록 결정할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 피스톤의 매 하행 행정마다, 두 번째 하행 행정마다, 세 번째 하행 행정마다 등에 하나, 일부 또는 모든 실린더로 공기와 연료를 주입하도록 결정할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 미리 결정된 시간 동안 2 행정 사이클의 일부 또는 모든 실린더를 작동시켜, 컨트롤러에 의해 수신된 하나 이상의 입력에서 요청된 동력 요건을 만족하도록 결정할 수 있으며, 일부 조건하에서, 이러한 동력 요건을 만족한 이후에 실린더가 4 행정 사이클로 작동될 수 있도록 결정할 수 있다.
일부 실시예에서, 컨트롤러는 연소 챔버 중 하나 또는 일부(예컨대, 실린더 중 하나 또는 일부)를 중지하거나 폐쇄하도록 결정할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 실린더(들)가 폐쇄되어 연료 효율을 개선하는 한편 동력 출력 요건을 만족할 수 있도록 결정할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 하나 이상의 실린더로 연료 및/또는 공기 주입을 중지하도록 (예컨대, 이러한 실린더의 연료를 연소하는 것을 중단하도록) 결정할 수 있다. 일부 작동 조건하에서, 컨트롤러는 중지된 실린더의 배출 밸브를 폐쇄 및/또는 폐쇄된 상태로 유지하도록 결정할 수도 있다.
일부 예에서, 실린더(들)에 공기 연료 혼합물의 연소를 제공하기 위해 스파크가 요구될 수 있다. 예를 들어, 공기 가솔린 혼합물은 (예컨대, 스파크 플러그와 같은 연료 점화기로부터) 스파크에 의해 실린더에서 점화될 수 있다. 이에, 하나 이상의 실시예에서, 컨트롤러는 하나 이상의 연소 챔버(예컨대, 실린더)의 스파크의 타이밍을 결정하는 동작(230)을 수행하거나 실행한다. 예를 들어, 왕복 엔진의 경우, 컨트롤러는 피스톤의 하행 행정 동안 복수의 시간 및/또는 위치에 연료와 공기를 주입하도록 결정할 수 있다. 유사하게, 컨트롤러는 실린더에 스파크를 제공하기 위한 하나 이상의 시간을 결정할 수 있는데, 이는 연료 및/또는 공기 주입의 하나 이상의 시간(예컨대, 인코더로부터 입력에 기반할 수 있는 선택된 및/또는 미리 결정된 크랭크샤프트의 방향 및/또는 피스톤의 위치, 실린더로 공기 및/또는 연료의 주입 이후에 선택된 및/또는 미리 결정된 시간, 연료와 공기가 주입되는 것과 거의 동일한 시간 등)과 상응할 수 있다. 아무튼, 컨트롤러는 공기 연료 혼합물을 연소하기 위한 해당 실린더에 스파크를 제공하기 위한 적절한 시간을 결정할 수 있다.
앞서 설명된 바와 같이, 일반적으로, 크랭크샤프트에 피스톤을 회전 가능하게 연결할 수 있는 피스톤 커넥터 로드와 해당 실린더의 피스톤의 왕복은 크랭크샤프트의 회전을 제공할 수 있다. 이에, 크랭크샤프트에 대한 피스톤 커넥터 로드의 각도상 위치에 따라, 피스톤에 대한 하행 힘이나 그 운동은 시계 방향이나 반시계 방향으로 크랭크샤프트의 토크 및/또는 회전을 제공할 수 있다. 예를 들어, 상사점(TDC)에서, 커넥터 로드는 실린더의 중심축에 평행이고 크랭크샤프트에 직각일 수 있다(예컨대, 피스톤에 대한 하행 힘은 크랭크샤프트의 회전을 제공하지 않을 수 있다). 유사하게, 피스톤이 상사점 전(BTDC)이나 상사점 후(ATDC)인 위치에 있을 때, 피스톤의 커넥터 로드의 연결점은 크랭크샤프트의 회전축에 대해 직각이 아닌 각도를 가질 수 있다(예컨대, 피스톤에 대한 하행 힘은 크랭크샤프트의 해당 시계 방향이나 반시계 방향 회전을 제공할 수 있다). 예를 들어, 피스톤이 BTDC일 때, 피스톤에 가해진 힘은 크랭크샤프트의 해당 상대 반시계 방향 힘 및/또는 회전을 제공할 수 있는데, 피스톤이 TDC 후(ATDC)일 때, 피스톤에 가해진 힘은 크랭크샤프트의 해당 상대 시계 방향 힘 및/또는 회전을 제공할 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 컨트롤러는 인코더로부터 입력을 수신할 수 있으며, 이러한 입력은 엔진의 크랭크샤프트의 상대 방향을 식별할 수 있다. 나아가, 일부 예에서, 크랭크샤프트의 상대 반경 방향 배향에 기반하여, 컨트롤러는 (예컨대, 각각의 피스톤이 TDC에 대해 배치될 경우) 실린더의 피스톤(들)의 위치를 결정하거나 상호 관련시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 컨트롤러는 초기 크랭크샤프트의 회전 및/또는 피스톤의 운동을 제공함 없이 (예컨대, 스타터 없이) 엔진에 시동을 걸 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 ATDC에 배치된 피스톤을 갖는 하나 이상의 실린더를 결정하거나 식별할 수 있으며, 이러한 실린더로 공기 및/또는 연료를 주입하여, (적절한 경우) 공기-연료 혼합물을 점화하기 위한 이러한 실린더로 스파크를 제공하도록 결정할 수 있다(예컨대, 컨트롤러는 공기 연료 혼합물을 제공하여 엔진에 시동을 걸기 위해 이러한 혼합물을 점화하기 위한 실린더를 결정하거나 식별할 수 있다).
나아가, ATDC의 피스톤을 갖는 실린더의 경우, 컨트롤러는 공기 및/또는 연료를 주입하고, (예컨대, 수신된 입력이 엔진 시동을 요청하는 것에 적어도 부분적으로 응답하여) 공기 연료 혼합물을 점화하기 위한 스파크를 제공하는 순서를 결정할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 (예컨대, 선택된 및/또는 미리 결정된 각도에 가깝게 및/또는 이러한 선택된 및/또는 미리 결정된 각도 이후에) 크랭크샤프트에 대해 선택된 및/또는 미리 결정된 위치나 각도의 피스톤을 갖는 실린더로 연료 및/또는 공기의 주입을 시작하도록 결정할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 연료와 공기의 주입을 시작하도록 결정할 수 있거나, 크랭크샤프트에 대해 ATDC 10도 및/또는 거의 10도의 피스톤을 갖는 실린더에 공기 연료 혼합물을 점화하기 위한 스파크를 제공할 수 있다. 컨트롤러는 이러한 실린더로 주입하기 위한 연료와 공기의 양을 결정할 수도 있다.
일부 실시예에서, 컨트롤러는 공기 및/또는 연료를 주입하고 공기 연료 혼합물을 점화하기 위한 실린더를 결정하거나 식별하여, (예컨대, 수신된 입력이 크랭크샤프트의 회전의 중단 및/또는 반전을 나타내는 것에 적어도 부분적으로 응답하여) 크랭크샤프트의 회전을 중단 및/또는 반전할 수 있다. 앞서 언급된 바와 같이, 컨트롤러는 실린더의 피스톤의 위치를 식별할 수 있는 입력을 수신할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 (예컨대, 피스톤 상행 행정 시) BTDC에 배치된 피스톤을 갖는 실린더를 결정하거나 식별할 수 있으며, 크랭크샤프트의 회전을 중단 및/또는 그 회전을 반전하기 위한 연소 압력을 제공하기에 적절한 공기 및/또는 연료의 양을 결정할 수 있다. 다시 말해, 엔진의 작동 및/또는 하나 이상의 수신된 입력(예컨대, 크랭크샤프트의 RPM, 샤프트에 연결된 메커니즘으로부터 외부 부하와 같은 크랭크샤프트의 부하, 크랭크샤프트의 회전을 중단하거나 반전하기 위한 요청이 수신된 시간에 실린더의 피스톤의 위치(들) 등)에 기반하여, 컨트롤러는 회전을 중단 및/또는 반전하기에 적절하거나 요구되는 토크를 결정할 수 있다. 더욱이, 일부 예에서, 컨트롤러는 하나 이상의 실린더로 주입하기 위한 공기와 연료의 양을 결정하여, 크랭크샤프트의 회전을 중단 및/또는 반전하기 위한 결정된 토크를 제공할 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 엔진은 임의의 엔진 구동 차량(예컨대, 자동차, 선박, 항공기 등)에 포함될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 이러한 차량의 운전자는 차량의 운동의 회전의 반전을 위한 인터페이스에 입력이나 요청을 제공할 수 있다. 컨트롤러는 그 후에 엔진의 크랭크샤프트의 회전의 반전을 위한 요청을 나타내는 입력을 수신할 수 있으며, 실린더(들)로 주입하기 위한 공기와 연료의 양을 결정하여, 이러한 반전을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 공기와 연료의 이러한 주입을 이루기 위한 특정한 또는 적절한 실린더를 식별할 수 있다.
적어도 하나의 실시예에서, 컨트롤러는 결정된 공기 연료 혼합물에 적어도 부분적으로 기반하여 하나 이상의 공기 주입 및/또는 연료 주입을 작동시키는 동작(240)을 수행하거나 실행한다. 앞서 언급된 바와 같이, 연료 및/또는 공기는 선택된 및/또는 미리 결정된 실린더로 직접 주입될 수 있다. 다시 말해, 컨트롤러는 공기와 연료를 주입하기 위한 하나 이상의 실린더를 결정하거나 식별하고, 이러한 실린더의 공기 연료 혼합물을 점화할 수 있는데, 컨트롤러는 주입하기 위한 공기 및/또는 연료의 양을 결정할 수 있으며, 컨트롤러는 순서(예컨대, 실린더들 가운데 공기 및/또는 연료를 주입하는 순서)를 결정할 수 있고, 컨트롤러는 전술한 것의 조합을 결정할 수 있다.
일부 실시예에서, 컨트롤러는 스파크의 결정된 타이밍(예컨대, 동작 230)에 적어도 부분적으로 기반하여 하나 이상의 연료 점화기(예컨대, 스파크 플러그)를 작동시키는 동작(250)을 수행하거나 실행한다. 예를 들어, 왕복 엔진의 경우, 컨트롤러는 (예컨대, 크랭크샤프트의 방향 및/또는 피스톤의 해당 위치에 연관될 수 있거나, 이를 식별할 수 있는 인코더로부터 입력에 기반하여) 실린더 중 하나 이상에 스파크를 제공하는 타이밍을 결정할 수 있다. 더욱이, 앞서 설명된 바와 같이, 인코더는 적절한 분해능(예컨대, 1/2도 또는 그 미만 등)을 가질 수 있는데, 따라서 적어도 하나의 실시예에서, 컨트롤러는 인코더로부터 입력을 수신하고 결정된 연료 점화기를 작동시키는 사이에 추가된 또는 의도적인 지연 없이 (예컨대, 컨트롤러로부터 연료 점화기로 신호 전송 및/또는 컨트롤러의 컴퓨팅 작동에 내재된 지연으로만) 연료 점화기를 작동시킬 수 있다.
또한, 앞서 설명된 바와 같이, 컨트롤러는 하행 행정 시 복수의 시간과 피스톤의 위치에서 공기 및/또는 연료를 주입하도록 결정할 수 있다. 더욱이, 컨트롤러는 연료 및 공기 인젝터를 작동시켜, 이러한 결정된 시간과 (피스톤의) 위치에서 결정된 양으로 실린더로 공기와 연료를 주입할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 컨트롤러는 복수의 선택된 및/또는 미리 결정된 시간 및/또는 실린더의 피스톤의 위치에서 연료 점화기를 작동시킬 수 있는데, 이는 컨트롤러의 공기 및 연료 인젝터의 작동의 시간에 관련되거나 대응될 수 있다.
앞서 설명된 동작 210-250은 적절한 순서로 컨트롤러에 의해 수행될 수 있는 것으로 간주된다. 더욱이, 일부 실시예에서, 동작 중 하나 이상이 생략 및/또는 치환될 수 있다. 예를 들어, 엔진은 적절한 연료(예컨대, 디젤, 수소, 프로판 등)로 작동할 수 있으며, 일부 작동 조건하에서, 컨트롤러는 스파크 없이 엔진(예컨대, 디젤 연료로 작동하는 엔진)을 작동시키거나 제어할 수 있다. 이에, 일부 예에서, 동작 230 및/또는 250이 생략될 수 있다.
일부 실시예에서, 실린더로 주입하기 위한 공기와 연료의 양을 결정하기 위해, 컨트롤러는 공기 대 연료 비율(AFR) 및 실린더에 대한 적절한 체적을 결정하도록 구성되거나 프로그래밍될 수 있다. 예를 들어, 설명된 바와 같이, 컨트롤러는 연소 체적을 결정하도록 구성되거나 프로그래밍될 수 있는데, 컨트롤러는 하나 이상의 공기 인젝터가 실린더로 공기(또는 그밖에 적절한 산화제)를 주입하도록 지시하여, 결정된 연소 체적을 제공할 수 있다. 더욱이, 컨트롤러는 실린더로 주입하기 위한 연료의 적절한 양을 결정하도록 구성되거나 프로그래밍될 수 있으며, 연료 인젝터가 (예컨대, 실린더에 적절한 AFR을 제공하기 위해) 결정된 양의 연료를 주입하도록 지시할 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 컨트롤러는 하나 이상의 작동 조건(예컨대, 요구되는 또는 필요한 동력 출력)에 대한 적절한 AFR과 적절한 연소 체적을 결정함으로써, 주입하기 위한 공기와 연료의 양을 결정하도록 구성되거나 프로그래밍될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 컨트롤러는 AFR과 독립적으로 연소 체적을 결정하도록 구성되거나 프로그래밍될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 하나 이상의 선택된 연소 체적과 엔진의 작동 조건(들)에 대한 적절한 AFR을 결정하도록 구성되거나 프로그래밍될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러 및/또는 사용자는 엔진의 연소 체적을 선택할 수 있는데(예컨대, 사용자는 엔진이 0.5리터, 2.5리터, 3.0리터 등과 같은 특정한 연소 체적으로 작동하도록 선택할 수 있다), 컨트롤러는 엔진의 작동 조건(예컨대, 엔진의 원하는 또는 선택된 동력 출력)에 대응되는 선택된 연소 체적에 대한 AFR을 결정하도록 구성되거나 프로그래밍될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 컨트롤러는 실린더의 일정한 연소 체적을 유지하거나 제공하면서, AFR을 변경하도록 구성되거나 프로그래밍될 수 있다. 실린더에 대한 선택된 연소 체적은 실린더의 실제 또는 공칭 체적보다 크거나, 실린더의 체적보다 작을 수 있는 것으로 간주된다(예컨대, 공기의 주입 이후에, 실린더가 하사점에 있을 때, 실린더의 압력은 대기압보다 낮을 수 있다).
추가적인 또는 대안적인 실시예에서, 컨트롤러는 선택된 AFR에 대한 실린더에 대한 적절한 연소 체적을 결정하도록 구성되거나 프로그래밍될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 엔진이 적절한 또는 선택된 출력을 제공하도록, 선택된 AFR을 고정하거나 유지하면서, 연소 체적을 변경하도록 구성되거나 프로그래밍될 수 있다. 예를 들어, AFR은 스모그 제한이나 요건(예컨대, 일부 관할권의 스모그 요건은 AFR을 효과적으로 제한할 수 있다), 연료 절약 요건 등에 기반하여 선택될 수 있으며, 연소 체적은 예컨대 선택된 또는 원하는 엔진 출력을 제공하도록 선택될 수 있다.
일부 실시예에서, 컨트롤러는 선택된 AFR에 대한 연소 체적을 계산하여, 공식이나 알고리즘에 기반하여 선택된 또는 적절한 엔진 동력 출력을 제공하도록 구성되거나 프로그래밍될 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 컨트롤러는 홉킨슨 타입 곡선(들)에 기반하여 AFR을 결정하도록 구성되거나 프로그래밍될 수 있다. 예를 들어, P = R/W1/3(여기서 P는 엔진의 동력 출력, R은 공기 연료 혼합물의 연소의 위치에서부터 피스톤까지 거리, W는 연소 동안 발생하는 에너지)과 같이, 공기 연료 혼합물의 폭발이나 점화의 위치에서부터 피스톤의 상단까지 선택된 거리 및 계측된 변화율에 기반한다. 따라서, 예를 들어, R은 일반적으로 (예컨대, 엔진의 일정한 RPM에 대한) 상수일 수 있으며, 컨트롤러는 선택된 또는 원하는 출력을 제공하기 위해 요구되는 에너지의 양 또는 W를 계산함으로써 AFR을 결정하도록 구성되거나 프로그래밍될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 컨트롤러는 하나 이상의 해당 작동 조건을 위해 주입하기 위한 공기와 연료의 양에 대한 적절한 값을 포함할 수 있는 테이블이나 데이터베이스를 포함하거나 그에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 예를 들어, 테이블이나 데이터베이스는 선택된 동력 출력, AFR 및 연소 체적에 대한 각각의 값과 실린더로 주입하기 위한 연료와 공기의 양에 대한 값을 상호 관련시킬 수 있다. 다시 말해, 테이블은 (1) 선택된 또는 일정한 AFR로 적절한 연소 체적을 제공하여, 엔진의 선택된 동력 출력을 제공하기 위한 공기 및 연료 값 및/또는 (2) 임의의 별개의 또는 일정한 연소 체적을 위한 적절한 AFR을 제공하여, 엔진의 선택된 동력 출력을 제공하기 위한 공기 및 연료 값을 가질 수 있다.
일부 실시예에서, 테이블은 경험적 데이터 또는 다양한 조건과 해당 엔진 동력 출력의 시험에 기반하여 생성될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러는 공기 및 연료 인젝터가 일정한 AFR(예컨대, 14.7:1의 AFR)을 제공하고, (예컨대, 연소 체적이 증가함에 따라 일정한 AFR을 유지하는 방식으로 공기 주입을 증가시키면서 연료 주입을 증가시킴으로써) 연소 체적을 변경하거나 점차 증가 또는 감소시키도록 지시하게 구성되거나 프로그래밍될 수 있는데, 컨트롤러는 테이블을 생성하기 위해 엔진 출력의 측정값에 대응되는 데이터를 측정하거나 수신할 수 있다. 유사하게, 컨트롤러는 공기 및 연료 인젝터가 일정한 연소 체적(예컨대, 실린더 체적과 같거나, 실린더 체적보다 크거나 작을 수 있는 임의의 선택된 연소 체적)을 제공하고, (예컨대, 연료 주입을 증가시키면서, 공기 주입을 일정하게 유지함으로써) AFR을 변경하도록 지시하게 구성되거나 프로그래밍될 수 있는데, 컨트롤러는 테이블을 생성하기 위해 엔진 출력의 측정값에 대응되는 데이터를 측정하거나 수신할 수 있다.
일부 실시예에서, 엔진의 출력은 다이너모미터에 엔진의 출력 샤프트(예컨대, 크랭크샤프트)를 결합함으로써 측정될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 압력 센서는 실린더의 압력을 감지하도록 적절하게 배치될 수 있다. 도 12는 압력 센서(19a)를 포함하는 실린더(15a)의 개요도이다. 앞서 언급된 바와 같이, 실린더(15a)는 임의의 구성 및/또는 적절한 개수의 실린더를 가질 수 있는 적절한 엔진에 포함될 수 있다.
도시된 예에서, 압력 센서(19a)는 스파크플러그(46a)에 통합되거나 포함된다. 다른 예에서, 압력 센서는 적절한 위치에 배치될 수 있다. 압력 센서(19a)는 컨트롤러(5a)가 실린더(15a)의 압력에 관련되거나 그에 기반할 수 있는 압력 센서(19a)로부터 하나 이상의 신호를 수신하거나 감지할 수 있도록, 컨트롤러(5a)에 작동 가능하게 연결될 수 있다(예컨대, 압력 센서(19a)는 실린더(15a)의 압력을 감지할 수 있으며, 컨트롤러(5a)에 수신될 수 있는 신호를 생성하거나 변경할 수 있다).
예를 들어, 컨트롤러(5a)는 실린더(15a)의 압력을 지속적으로 또는 간헐적으로 감시할 수 있다. 더욱이, 컨트롤러(5a)는 엔진의 출력 샤프트에 발생한 동력과 감지된 압력을 상호 관련시키도록 구성되거나 프로그래밍될 수 있다. 실린더(15a)의 압력은 엔진의 사이클 동안 변하는 것으로 간주된다. 더욱이, 아래 설명될 바와 같이, 엔진은 사이클의 단계나 피스톤의 위치를 나타낼 수 있는 센서와 같은 하나 이상의 추가적인 센서를 포함할 수 있다(예컨대, 엔진은 크랭크샤프트에 결합되어 컨트롤러(5a)에 연결된 하나 이상의 인코더를 포함할 수 있다). 적어도 하나의 실시예에서, 컨트롤러(5a)는 피스톤의 위치 및/또는 연소 사이클의 단계와 실린더의 감지된 압력을 상호 관련시킬 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(5a)는 엔진의 동력 출력(예컨대, 엔진의 출력 샤프트에 발생한 동력)과 사이클의 동력 단계 또는 피스톤의 하행 행정 동안 최고 압력, 압력 구배, 압력 변화 등을 상호 관련시키도록 구성되거나 프로그래밍될 수 있다.
따라서, 예를 들어, 컨트롤러(5a)는 계산된 값(들) 및/또는 AFR, 연소 체적, 압축, 공기의 양, 연료의 양, 고도 등에 대한 테이블에 할당된 값과 동력 출력값을 비교하도록 구성되거나 프로그래밍될 수 있다. 더욱이, 앞서 설명된 바와 같이, 컨트롤러(5a)는 앞서 설명된 바와 같이, 연소 체적과 AFR에 대한 적절한 값(예컨대, 실린더로 주입하기 위한 공기나 그밖에 적절한 산화제와 연료의 양에 대한 적절한 값)을 결정하도록 구성되거나 프로그래밍될 수 있다.
일부 실시예에서, 컨트롤러(5a)는 압력 센서(19a)에 의해 결정된 바와 같은 (예컨대, 연료의 연소 동안) 실린더의 압력에 기반하여 연료 타입 및/또는 연료의 연소 특성을 결정하도록 구성되거나 프로그래밍될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(5a)는 하나 이상의 알려진 연료나 연료 조합에 기반하여 AFR, 연소 체적, 압축비 및 실린더(5a)의 압력에 대응되는 값을 포함하는 하나 이상의 테이블을 생성하거나 보정될 수 있다(예컨대, 컨트롤러(5a)는 테이블을 생성하기 위해 주입된 공기 및/또는 연료의 양을 변경하도록 구성되거나 프로그래밍될 수 있다). 나아가, 컨트롤러(5a)는 해당 알려진 또는 예상된 동력 출력과 (예컨대, 고도에 따라 조절된) 주입된 연료와 공기의 해당 양에 기반하여, 알려지지 않은 또는 특정되지 않은 연료의 동력 출력을 비교하도록 구성되거나 프로그래밍될 수 있다.
예를 들어, 컨트롤러(5a)는 공기의 양, 연료의 양, 고도, 동력 행정 압력 등의 변수에 기반하여 회귀 함수나 곡선을 생성하도록 구성되거나 프로그래밍될 수 있다. 나아가, 컨트롤러(5a)는 변수의 알려진 값에 기반하여 2차원 또는 3차원 곡선이나 회귀 함수를 생성할 수 있는데, 나아가, 생성된 곡선 및/또는 회귀 함수에 기반하여 컨트롤러(5a)는 (예컨대, 연료 타입이나 그 연소 특정을 결정하기 위해) 하나 이상의 알려지지 않은 변수를 결정할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(5a)는 하나는 알려진 연료로 생성되고 다른 하나는 식별되지 않은 연료로 생성된 두 개의 유사한 곡선을 매칭함으로써, 식별되지 않은 연료를 식별할 수 있다.
따라서, 예를 들어, 컨트롤러(5a)는 (예컨대, 압력 센서(19a)로부터 수신된 바와 같은) 실린더(15a)의 압력 측정값, 실린더(15a)로 주입된 공기와 연료의 양, 고도 (또는 주입된 공기의 산소의 측정된 또는 결정된 양이나 농도) 및 압축비에 기반하여 연료의 타입 및/또는 연소 특성을 결정하도록 구성되거나 프로그래밍될 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 컨트롤러(5a)는 연료의 타입 및/또는 연료의 연소 특성에 적어도 부분적으로 기반하여 실린더로 주입하기 위한 공기와 연료의 양을 결정하도록 구성되거나 프로그래밍될 수 있다.
서로 다른 지리적 위치 및/또는 고도에서, 공기는 서로 다른 산소의 양을 함유할 수 있는 것으로 간주된다. 일 실시예에서, 산소 센서는 AFR을 조절하기 위한 공기의 산소의 양 및/또는 실린더로 주입된 공기의 양을 감지할 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 압력 및/또는 온도 센서가 적절하게 배치되어, 엔진 외부의 주변 공기의 압력과 온도를 결정할 수 있는데, 주변 압력과 공기에 기반하여, 컨트롤러(5a)는 실린더(15a)로 주입된 공기의 산소의 양이나 농도를 결정하도록 구성되거나 프로그래밍될 수 있으며, 주입된 산소의 양과 압축 압력에 기반하여 공기 및/또는 연료의 양을 조절할 수 있다.
일부 실시예에서, 컨트롤러(5a)는 하나 이상의 산소 및/또는 공기 질 흡입 센서에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 예를 들어, 앞서 설명된 바와 같이, 하나 이상의 센서가 흡입 매니폴드에 작동 가능하게 연결되거나 포함될 수 있다. 일부 실시예에서, 공기 질 센서는 공기 흡입 매니폴드 내부에 적어도 부분적으로 배치되거나 공기와 유체 연통할 수 있다. 구체적으로, 공기 질 센서는 실린더(15a)로 주입되는 공기, 실린더로 주입되는 오염 물질 등의 산소 농도를 결정할 수 있다.
나아가, 컨트롤러(5a)는 실린더(15a)의 압력 센서(19a)에 의해 감지된 압력에 적어도 부분적으로 기반하여 실린더(15a)로 주입하기 위한 공기와 연료의 양을 결정하도록 구성되거나 프로그래밍될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(5a)는 공기 및/또는 연료 인젝터(들)가 주입된 공기 및/또는 연료의 양을 증가시키거나 감소시켜, 실린더(15a)의 적절한 또는 원하는 압력을 이루도록 지시하게 구성되거나 프로그래밍될 수 있다. 일부 실시예에서, 동력 출력은 사용자에 의해 (예컨대, 가속 피스톤이 사용자 요구 선택에 대응될 수 있을 경우, 예컨대 차량에 포함된 엔진에 대한 사용자 요구에 의해) 적어도 부분적으로 선택될 수 있다. 따라서, 예를 들어, 컨트롤러(5a)는 실린더로 주입된 공기 및/또는 연료의 양을 변경하여, (예컨대, 사용자로부터) 컨트롤러(5a)에 의해 수신되는 선택된 동력 출력에 대한 요청에 대응되는 적절한 연소 압력을 제공하도록 구성되거나 프로그래밍될 수 있다.
더욱이, 앞서 설명된 바와 같이, 컨트롤러(5a)가 (예컨대, 공기 및 연료 인젝터(들)을 지시하기 위해) 실린더(15a)로 주입하기 위한 공기 및/또는 연료의 적절한 양을 결정함으로써, 컨트롤러(5a)는 (앞서 설명된 바와 같이) 일정한 연소 체적이나 AFR에 기반하여 또는 변하는 연소 체적과 AFR에 기반하여 공기와 연료의 양을 결정하여, 실린더(15a)의 선택된 연소 압력이나 동력 출력을 제공할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 컨트롤러(5a)는 공기 및 연료 인젝터(들)가 실린더(5a)로 주입된 공기 및/또는 연료의 양을 점차 변경하는 (예컨대, 선택된 증분만큼 증가시키거나 감소시키는) 방식으로 적절한 또는 선택된 출력이나 연소 압력을 제공하도록 지시할 수 있다.
앞서 언급된 바와 같이, 컨트롤러(5a)는 공기 및/또는 연료 인젝터(들)를 작동시키거나 그 작동을 지시하도록 구성되거나 프로그래밍될 수 있다. 일부 실시예에서, 컨트롤러(5a)는 선택된 또는 결정된 양의 공기 및/또는 연료가 실린더(15a)로 주입되도록, 선택된 시간 동안 개방된 상태로 유지되도록 공기 및/또는 연료 인젝터(들)를 작동시키거나 그 작동을 지시할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(5a)는 흡입 매니폴더와 유체 연통하는 하나 이상의 압력 센서로부터 하나 이상의 신호를 수신할 수 있으며, 선택된 시간 동안 공기 인젝터(들)의 개방을 지시할 수 있다(예컨대, 공기 인젝터(들)을 통해 주입되는 공기의 압력에 기반하여, 컨트롤러(5a)는 인젝터(들)을 개방된 상태로 유지하고 공기가 실린더로 주입되도록 허용하기 위한 시간을 결정할 수 있다). 유사하게, 컨트롤러(5a)는 연료 인젝터(들)을 통해 주입되는 연료의 압력에 대응되는 하나 이상의 신호를 수신할 수 있는데, 연료 압력에 기반하여, 컨트롤러(5a)는 선택된 양의 연료를 주입하기 위한 시간을 결정할 수 있다.
즉, 컨트롤러(5a)는 연료 및/또는 공기 인젝터(들)가 실린더로 선택된 양의 연료 및/또는 공기를 주입하기 위한 선택된 시간 동안 개방되도록 지시할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 컨트롤러(5a)는 개개의 연료 및 공기 인젝터(들)로 유동하는 연료 및/또는 공기를 위한 적절한 압력을 결정할 수 있다. 일부 실시예에서, 컨트롤러(5a)는 연료 및/또는 공기의 압력 변화를 지시하여, 실린더로 공기와 연료의 개개의 적절한 양을 제공할 수 있다. 예를 들어, 실린더로 유동하는 공기의 양을 증가시키기 위해, 컨트롤러(5a)는 공기 인젝터가 증가한 시간 동안 개방되도록 지시 및/또는 컴프레서가 (예컨대, 흡입 매니폴드의 압력을 증가시키기 위해) 인젝터(들)로 유동하는 공기의 압력을 증가시키도록 지시할 수 있다. 반대로, 실린더로 유동하는 공기의 양을 감소시키기 위해, 컨트롤러(5a)는 공기 인젝터가 감소한 시간 동안 개방되도록 지시 및/또는 컴프레서가 (예컨대, 흡입 매니폴드의 압력을 증가시키기 위해) 공기 인젝터(들)로 유동하는 공기의 압력을 증가시키도록 지시할 수 있다.
유사하게, 실린더로 유동하는 연료의 양을 증가시키기 위해, 컨트롤러(5a)는 연료 인젝터가 증가한 시간 동안 개방되도록 지시 및/또는 연료 펌프가 (예컨대, 흡입 매니폴드의 압력을 증가시키기 위해) 연료 인젝터로 유동하는 연료의 압력을 증가시키도록 지시할 수 있다. 나아가, 실린더로 유동하는 연료의 양을 감소시키기 위해, 컨트롤러(5a)는 연료 인젝터가 증가한 시간 동안 개방되도록 지시 및/또는 연료 펌프가 연료 인젝터로 유동하는 연료의 압력을 감소시키도록 지시할 수 있다.
따라서, 일반적으로, 컨트롤러(5a)는 (예컨대, 앞서 설명된 바와 같이, 적절한 연소 체적과 AFR을 제공하기 위해) 적절한 양의 연료와 공기를 주입하는 방식으로 연료 펌프, 공기 컴프레서, 공기 인젝터(들), 연료 인젝터(들)를 지시할 수 있다. 더욱이, 컨트롤러(5a)는 실린더 내부에 적절한 공기 및 연료 속도를 제공할 수 있다. 예를 들어, 엔진의 RPM이 증가함에 따라, 컨트롤러(5a)는 연료 펌프 및/또는 공기 컴프레서가 연료 및 공기 압력을 증가시켜, 적절한 주입 속도를 제공하도록 지시할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(5a)는 피스톤이 실린더에서 선택된 또는 적절한 위치에 있을 때 (예컨대, 피스톤이 하사점 또는 그 근처에 있을 때, 피스톤이 하사점에서부터 상사점으로 절반보다 덜 이동했을 때 등) 연료 및 공기 주입이 완료되도록, 공기 및 연료 인젝터, 컴프레서 및 연료 펌프를 지시하거나 제어할 수 있다. 유사하게, 엔진의 RPM이 감소할 때, 컨트롤러(5a)는 연료 펌프 및/또는 공기 컴프레서가 연료 및 공기 압력을 감소시켜, (예컨대, 피스톤이 실린더에서 선택된 또는 적절한 위치에 있을 때 연료 및 공기 주입이 완료되도록) 적절한 주입 속도를 제공하도록 지시할 수 있다.
일부 실시예에서, 컨트롤러(5a)는 적절한 공기 및/또는 연료 인젝터를 작동시키거나 제어함으로써 실린더로 공기 및/또는 연료의 양 및/또는 유동 속도를 증가시키거나 감소시키도록 구성되거나 프로그래밍될 수 있다. 예를 들어, 공기 및/또는 연료 인젝터는 크기(예컨대, 단면적)가 컨트롤러(5a)로부터 하나 이상의 신호에 의해 제어될 수 있는 크기 가변적 개구를 가질 수 있다. 일 예에서, 공기 및/또는 연료 인젝터는 오리피스 및 오리피스를 밀폐할 수 있는 테이퍼드 샤프트를 가질 수 있는데, 컨트롤러(5a)는 유체(예컨대, 공기나 가스)가 관통하여 유동할 수 있는 개구의 크기를 효과적으로 변경하도록 오리피스에 대한 테이퍼드 샤프트의 운동을 지시할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 개구의 크기를 변경하도록 공기 및/또는 연료 인젝터를 작동시킴으로써, 컨트롤러(5a)는 공기 및/또는 연료 인젝터(들)가 실린더(15a)로 적절한 유동 속도로 적절한 양의 공기 및/또는 연료를 주입하도록 지시할 수 있다.
일반적으로, 설명된 컨트롤러는 적절한 컴퓨팅 장치(예컨대, 하드웨어 및/또는 소프트웨어적으로 프로그래밍 및/또는 작동될 수 있는 엔진 제어 유닛(ECU))를 포함할 수 있다. 더욱이, 설명된 동작이나 단계는 컴퓨팅 장치(예컨대, 컴퓨팅 장치의 메모리)에 저장된 소프트웨어 명령 및/또는 이러한 동작이나 단계를 실행하도록 구성된 하드웨어에 의해 실행될 수 있다. 적절한 컴퓨팅 장치의 예가 도 13에 도시되어 있다. 보다 구체적으로, 도 13은 일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치(300)의 블록 다이어그램인데, 컴퓨팅 장치(300)는 설명된 과정이나 동작 중 하나 이상을 수행하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 컴퓨팅 장치(300)는 앞서 설명된 동작을 수행하도록 컴퓨팅 장치(300)의 다양한 구성 및/또는 요소를 지시하거나 그에 명령을 제공할 수 있는 (예컨대, 소프트웨어나 하드웨어적으로 코딩된) 컴퓨터 프로그램을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 컴퓨팅 장치는 프로세서(310), 메모리(320), 저장 장치(330), I/O 인터페이스(340), 통신 인터페이스(350) 또는 그 조합을 포함할 수 있다. 도 13은 예시적인 컴퓨팅 장치(300)를 도시하지만, 도시된 구성은 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 추가적인 또는 대안적인 구성이 다른 실시예에서 사용될 수 있다. 나아가, 특정한 실시예에서, 컴퓨팅 장치(300)는 도 13에 나타난 것보다 적은 구성을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 프로세서(들)(310)은 컴퓨터 프로그램을 이루는 것과 같은 명령을 실행하기 위한 하드웨어를 포함한다. 제한적이지 않은 예로서, 명령을 실행하기 위해, 프로세서(들)(310)는 내부 레지스터, 내부 캐시, 메모리(320) 또는 저장 장치(330)로부터 명령을 받아 (또는 가져와) 이들을 디코딩하고 실행할 수 있다. 특정한 실시예에서, 프로세서(들)(310)는 데이터, 명령 또는 어드레스를 위한 하나 이상의 내부 캐시를 포함할 수 있다. 제한적이지 않은 예로서, 프로세서(들)(310)는 하나 이상의 명령 캐시, 하나 이상의 데이터 캐시, 하나 이상의 변환 색인 버퍼(TLB)를 포함할 수 있다. 명령 캐시의 명령은 메모리(320)나 저장소(330)의 명령의 사본일 수 있다.
컴퓨팅 장치(300)는 프로세서(들)(310)에 연결된 메모리(320)를 포함할 수 있다. 메모리(320)는 프로세서(들)에 의한 실행을 위한 데이터, 메타데이터, 프로그램 또는 그 조합을 저장하기 위해 사용될 수 있다. 메모리(320)는 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), SDD(Solid State Disk), PCM(Flash, Phase Change Memory) 또는 다른 타입의 데이터 저장소와 같은 하나 이상의 휘발성 및 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 메모리(320)는 내부의 또는 분산된 메모리일 수 있다.
컴퓨팅 장치(300)는 데이터 및/또는 명령을 저장하기 위한 저장소를 가질 수 있는 저장 장치(330)를 포함할 수 있다. 제한적이지 않은 예로서, 저장 장치(330)는 앞서 설명된 비일시적 저장 매체를 포함할 수 있다. 저장 장치(330)는 HDD(Hard Disc Drive), 플로피 디스크 드라이브, 플래시 메모리, 광학 디스크, 자기 광학 디스크, 자기 테이프, USB(Universal Serial Bus) 드라이브 또는 둘 이상의 조합을 포함할 수 있다. 저장 장치(330)는 필요시, 제거 가능 또는 제거 불가능 (또는 고정식) 매체를 포함할 수 있다. 저장 장치(330)는 컴퓨팅 장치(300)에 대한 내부 또는 외부 장치일 수 있다. 일부 실시예에서, 저장 장치(330)는 비휘발성, 솔리드 스테이트 메모리이다. 추가적으로 또는 대안적으로, 저장 장치(330)는 ROM(Read-Only Memory)을 포함할 수 있다. 필요시, 이러한 ROM은 마스크 프로그래밍 ROM, 프로그래밍 가능 ROM(PROM), 소거 가능 ROM(EROM) 또는 플래시 메모리 또는 둘 이상의 조합일 수 있다.
컴퓨팅 장치(300)는 컴퓨팅 장치(300)에 대해 사용자가 입력을 제공, 출력을 수신 및 데이터를 전달하도록 허용하게 제공될 수 있는 하나 이상의 입력 또는 출력("I/O") 인터페이스(들)(340)를 포함할 수 있다. 예를 들어, I/O 인터페이스(들)(340)는 앞서 설명된 하나 이상의 센서(예컨대, 압력 센서, 온도 센서, 연료 센서 등) 및/또는 하나 이상의 입력 장치(예컨대, 스로틀, 사용자 인터페이스, 마우스, 키패드나 키보드, 터치 스크린, 카메라, 광학 스캐너, 네트워크 인터페이스, 모뎀, 그밖에 알려진 I/O 장치 또는 그 조합)에 연결될 수 있다. 터치 스크린은 스타일러스나 손가락으로 활성화될 수 있다.
I/O 인터페이스(들)(340)는 그래픽 엔진, 디스플레이(예컨대, 디스플레이 스크린), 하나 이상의 출력 드라이버(예컨대, 디스플레이 드라이버), 하나 이상의 오디오 스피커 및 하나 이상의 오디오 드라이버를 제한적이지 않게 포함하여, 사용자에게 출력을 나타내기 위한 하나 이상의 장치를 포함하거나 그에 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 인터페이스(들)(340)는 사용자에게 표시하기 위한 그래픽 데이터를 제공하도록 구성될 수 있다. 그래픽 데이터는 하나 이상의 그래픽 사용자 인터페이스의 표현 및/또는 특정한 실행을 제공할 수 있는 그래픽 콘텐츠일 수 있다.
컴퓨팅 장치(300)는 통신 인터페이스(350)를 더 포함할 수 있다. 통신 인터페이스는 하드웨어, 소프트웨어 또는 그 둘을 포함할 수 있다. 통신 인터페이스(350)는 컴퓨팅 장치와 하나 이상의 다른 컴퓨팅 장치(300)나 하나 이상의 네트워크 사이의 통신(예컨대, 패킷 기반 통신)을 위한 하나 이상의 인터페이스를 제공할 수 있다. 제한적이지 않은 예로서, 통신 인터페이스(350)는 W-FI와 같은 무선 네트워크와 통신하기 위한 무선 어댑터 또는 무선 NIC(WNIC) 또는 유선 네트워크 또는 이더넷과 통신하기 위한 네트워크 어댑터 또는 네트워크 인터페이스 컨트롤러(NIC)를 포함할 수 있다.
본 개시는 적절한 네트워크와 적절한 통신 인터페이스(300)를 가정한다. 제한적이지 않은 예로서, 컴퓨팅 장치(300)는 애드 혹 네트워크, PAN(Personal Area Network), LAN(Local Area Network), WAN(Wide Area Network), MAN(Metropolitan Area Network), 인터넷의 하나 이상의 부분 또는 이들 중 둘 이상의 조합과 통신할 수 있다. 이들 네트워크 중 하나 이상의 하나 이상의 부분은 유선 또는 무선일 수 있다. 예로서, 컴퓨팅 장치(300)는 (예컨대, 블루투스 WPAN과 같은) 무선 PAN(WPAN), WI-FI 네트워크, WI-MAX 네트워크, (예컨대, GSM(Global System for Mobile Communication) 네트워크와 같은) 이동 전화 네트워크 또는 그밖에 적절한 무선 네트워크 또는 그 조합과 통신할 수 있다. 컴퓨팅 장치(300)는 필요시, 이들 네트워크를 위한 적절한 통신 인터페이스(350)를 포함할 수 있다.
컴퓨팅 장치(300)는 버스(360)를 더 포함할 수 있다. 버스(360)는 하드웨어, 소프트웨어 또는 서로에 대해 컴퓨팅 장치(300)의 구성을 결합하는 그 둘을 포함할 수 있다. 제한적이지 않은 예로서, 버스(360)는 AGP(Accelerated Graphics Port) 또는 그밖에 그래픽 버스, EISA(Enhanced Industry Standard Architecture) 버스, FSB(Front-Side Bus), HT(HYPERTRANSPORT) 상호 연결, ISA(Industry Standard Architecture) 버스, INFINIBAND 상호 연결, LPC(Low-Pin-Count) 버스, 메모리 버스, MCA(Micro Channel Architecture) 버스, PCI(Peripheral Component Interconnect) 버스, PCIe(PCI-Express) 버스, SATA(Serial Advanced Technology Attachment) 버스, VLB(Video Electronics Standards Association Local) 버스 또는 다른 적절한 버스나 그 조합을 포함한다.
일부 실시예에서, 적절한 엔진 제어 유닛(ECU)은 엔진의 요소 및/또는 구성을 제어 및/또는 설명된 동작을 수행하도록 사용 및/또는 프로그래밍될 수 있다. 예를 들어, AEM 전자로부터 이용 가능한 EMS-4는 4 실린더 엔진에 대해 설명된 동작을 수행할 수 있는 실행 소프트웨어 코드를 저장하거나 프로그래밍될 수 있다. 일부 실시예에서, 컨트롤러나 컴퓨팅 장치는 적절한 ECU와 같은 특수 목적의 컴퓨터일 수 있으나, 추가적인 또는 대안적인 실시예에서, 컨트롤러나 컴퓨팅 장치는 범용 컴퓨터일 수 있다.
전술한 것은 본 발명의 실시예에 관한 것으로, 본 발명의 다른 또는 추가적인 실시예가 기본 범위로부터 벗어남 없이 도출될 수 있으며, 그 범위는 아래 청구항에 의해 결정된다.

Claims (29)

  1. 엔진; 및
    엔진에 작동 가능하게 연결된 컨트롤러를 포함하여,
    엔진은
    하나 이상의 주입 포트와 배출 포트를 각각 포함하는 하나 이상의 연소 챔버;
    하나 이상의 주입 포트의 해당 주입 포트와 각각 연통하며, 하나 이상의 연소 챔버 중 해당 연소 챔버 내에 압력 증가를 발생시키는 연소 반응을 위해 하나 이상의 연소 챔버 중 해당 연소 챔버로 특정한 양의 공기를 적어도 주입하도록 각각 구성되는 하나 이상의 인젝터;
    하나 이상의 연소 챔버 중 해당 연소 챔버 내에 각각 배치되며, 하나 이상의 연소 챔버 중 해당 연소 챔버의 압력 증가를 기계적 에너지로 변환하도록 각각 구성되는 하나 이상의 에너지 변환 메커니즘;
    하나 이상의 에너지 변환 메커니즘에 의해 발생한 기계적 에너지에 응답하여 움직이도록 구성되는 출력 샤프트; 및
    하나 이상의 연소 챔버 각각의 배출 포트와 연통하는 적어도 하나의 배출 밸브를 포함하고,
    스로틀 바디, 리테이너, 캠 로브, 캠 샤프트, 타이밍 벨트 또는 심(shim) 중 적어도 하나가 없으며,
    컨트롤러는
    컨트롤러에 의해 수신된 하나 이상의 입력에 적어도 부분적으로 기반하여, 적어도 하나의 연소 챔버와 연통하는 하나 이상의 인젝터를 통해 하나 이상의 연소 챔버 중 적어도 하나의 연소 챔버로 주입하기 위한 공기의 양을 결정하고,
    적어도 하나의 연소 챔버와 연통하는 하나 이상의 인젝터를 구동하여 적어도 하나의 연소 챔버로 특정한 양의 공기를 주입하도록 구성되는 연소 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    컨트롤러에 의해 수신된 하나 이상의 입력은 엔진에 의해 제공될 출력 샤프트의 분당 회전수나 동력 출력 중 적어도 하나에 관련된 하나 이상의 작동 입력을 포함하고,
    컨트롤러는 엔진에 의해 제공될 분당 회전수나 동력 출력 중 적어도 하나에 적어도 부분적으로 기반하여 하나 이상의 연소 챔버 중 적어도 하나의 연소 챔버로 주입하기 위한 공기의 양을 적어도 결정하도록 구성되는 연소 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    하나 이상의 작동 입력은 하나 이상의 위치 센서로부터 수신된 스로틀 입력을 포함하되, 스로틀 입력은 스로틀 페달의 변위에 관련되는 연소 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    컨트롤러에 의해 수신된 하나 이상의 입력은 엔진에 대해 요청된 연소 체적을 포함하고,
    컨트롤러는 적어도 엔진에 대해 요청된 연소 체적에 기반하여 하나 이상의 연소 챔버 중 적어도 하나의 연소 챔버로 주입하기 위한 공기의 양을 적어도 결정하도록 구성되는 연소 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    컨트롤러에 의해 수신된 하나 이상의 입력은 엔진에 의해 구동되는 차량의 하나 이상의 작동 파라미터를 적어도 포함하되, 하나 이상의 작동 파라미터는 차량의 속도, 차량 주변의 날씨 조건 또는 차량의 조작 중 적어도 하나를 포함하고,
    컨트롤러는 엔진에 의해 구동되는 차량의 하나 이상의 작동 파라미터에 적어도 부분적으로 기반하여 하나 이상의 연소 챔버 중 적어도 하나의 연소 챔버로 주입하기 위한 공기의 양을 적어도 결정하도록 구성되는 연소 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    엔진의 하나 이상의 연소 챔버는 복수의 실린더를 포함하고,
    하나 이상의 인젝터 각각은
    복수의 실린더 각각의 연료 주입 포트와 연통하는 연료 인젝터; 및
    복수의 실린더 각각의 공기 주입 포트와 연통하는 공기 인젝터를 포함하며,
    엔진은
    복수의 실린더 중 해당 실린더에서 해당 실린더와 연관된 공기 인젝터에 각각 연결되는 복수의 공기 라인; 및
    복수의 실린더 중 해당 실린더에서 해당 실린더와 연관된 연료 인젝터에 각각 연결되는 복수의 연료 라인을 포함하고,
    컨트롤러는
    복수의 실린더 각각의 공기 인젝터를 통해 복수의 실린더 각각으로 주입하기 위한 공기의 양을 결정하고,
    복수의 실린더 각각의 연료 인젝터를 통해 복수의 실린더 각각으로 주입하기 위한 연료의 양을 결정하며,
    복수의 실린더 각각에 대해, 실린더와 연통하는 공기 인젝터를 구동하여 실린더로 특정한 양의 공기를 주입하고,
    복수의 실린더 각각에 대해, 실린더와 연통하는 연료 인젝터를 구동하여 실린더로 특정한 양의 연료를 주입하도록 구성되는 연소 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    엔진은
    복수의 공기 라인에 연결되며, 공기 라인으로 공기를 제공하도록 구성되는 공기 흡입 매니폴드;
    공기 흡입 매니폴드로 가압 공기를 출력하도록 구성되는 공기 컴프레서; 및
    컨트롤러에 작동 가능하게 연결되며, 공기 컴프레서와 공기 흡입 매니폴드 사이에서 공기의 공기 압력을 감지하도로 구성되는 적어도 하나의 공기 센서를 포함하는 연소 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    컨트롤러에 의해 수신된 하나 이상의 입력은 적어도 하나의 공기 센서로부터 수신된 공기 압력 입력을 포함하고,
    컨트롤러는 적어도 하나의 공기 센서로부터 수신된 공기 압력 입력에 기반하여 하나 이상의 연소 챔버 중 적어도 하나의 연소 챔버로 주입하기 위한 공기의 양과 연료의 양을 결정하도록 구성되는 연소 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    적어도 하나의 센서는 공기 컴프레서와 공기 흡입 매니폴드 사이에서 공기에 존재하는 산소의 농도 또는 하나 이상의 라인 내 산화제의 타입 중 적어도 하나를 결정하도록 구성되고,
    컨트롤러로부터 수신된 하나 이상의 입력은 적어도 하나의 공기 센서로부터 수신된 바와 같이, 하나 이상의 공기 라인 내 공기에 존재하는 산소의 농도 또는 산화제의 타입 중 적어도 하나에 관련된 공기 입력을 포함하며,
    컨트롤러는 하나 이상의 공기 라인 내 공기에 존재하는 산소의 농도 또는 산화제의 타입 중 적어도 하나에 기반하여 하나 이상의 연소 챔버 중 적어도 하나의 연소 챔버로 주입하기 위한 공기의 양과 연료의 양을 결정하도록 구성되는 연소 시스템.
  10. 제7항에 있어서,
    엔진은 공기 컴프레서와 공기 흡입 매니폴드 사이에서 공기 압력을 조정하도록 구성되는 공기 압력 레귤레이터를 포함하고,
    적어도 하나의 공기 센서는
    컨트롤러에 작동 가능하게 연결되며, 공기 컴프레서와 공기 압력 레귤레이터 사이에 배치되고, 공기 컴프레서의 출력 공기 압력을 감지하도록 구성되는 제1 공기 압력 센서; 및
    컨트롤러에 작동 가능하게 연결되며, 공기 압력 레귤레이터와 공기 흡입 매니폴드 사이에 배치되고, 공기 흡입 매니폴드 내 공기 압력을 결정하도록 구성되는 제2 공기 압력 센서를 포함하는 연소 시스템.
  11. 제6항에 있어서,
    하나 이상의 인젝터 각각은 하나 이상의 공기 인젝터를 포함하고,
    엔진의 각각의 매 공기 포트는 하나 이상의 공기 인젝터 중 해당 공기 인젝터에 연결되며,
    복수의 실린더의 각각의 실린더에 대해, 공기 인젝터를 통해 실린더로 주입되는 공기는 공기 인젝터와 실린더 사이에서 방해받지 않는 연소 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    복수의 실린더의 각각의 실린더에 대해, 공기 인젝터는 실린더의 공기 주입 포트에 직접 연결되는 연소 시스템.
  13. 제6항에 있어서,
    컨트롤러에 작동 가능하게 연결되며, 적어도 하나가 복수의 연료 라인 중 해당 연료 라인과 연관되고, 연료 라인을 통해 하나의 해당 실린더나 복수의 실린더로 주입될 연료의 타입을 결정하도록 구성되는 복수의 연료 센서를 더 포함하고,
    컨트롤러에 의해 수신된 하나 이상의 입력은 복수의 센서 중 적어도 하나의 센서로부터 수신된 연료 타입 입력을 포함하며,
    컨트롤러는 적어도 하나의 센서로부터 수신된 연료 타입 입력에 기반하여 하나 이상의 연소 챔버 중 적어도 하나의 연소 챔버로 주입하기 위한 공기의 양과 연료의 양을 결정하도록 구성되는 연소 시스템.
  14. 제6항에 있어서,
    컨트롤러에 의해 수신된 하나 이상의 입력에 기반하여, 복수의 실린더 중 제1 실린더로 주입하기 위해 컨트롤러에 의해 결정된 연료의 양이나 공기의 양 중 적어도 하나는 복수의 실린더 중 제2 실린더로 주입하기 위해 컨트롤러에 의해 결정된 연료의 양이나 공기의 양 중 적어도 하나와 다른 연소 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    하나 이상의 인젝터 각각은 하나 이상의 연소 챔버 중 해당 연소 챔버로 특정한 양의 공기와 특정한 양의 연료를 주입하도록 구성되는 연소 시스템.
  16. 제13항에 있어서,
    하나 이상의 인젝터 각각은 하나 이상의 연소 챔버 중 해당 연소 챔버로 특정한 양의 공기와 특정한 양의 연료의 사전 혼합물을 주입하도록 구성되는 연소 시스템.
  17. 제1항에 있어서,
    하나 이상의 인젝터 각각은 엔진으로부터 공기 흡입 행정에 의해 제공되는 공기의 도움 없이 연소 반응을 위한 하나 이상의 연소 챔버 중 해당 연소 챔버로 특정한 양의 공기를 적어도 주입하도록 구성되는 연소 시스템.
  18. 연소 엔진의 연소를 제어하는 방법으로서,
    연소 엔진에 작동 가능하게 연결된 컨트롤러를 이용해, 연소 엔진의 작동 파라미터에 관련된 하나 이상의 입력을 수신하는 단계;
    컨트롤러를 이용해, 하나 이상의 입력에 적어도 부분적으로 기반하여, 연소 챔버의 적어도 하나의 주입 포트와 연관된 적어도 하나의 인젝터를 통해 연소 엔진 내 하나 이상의 연소 챔버의 적어도 일부로 주입하기 위한 공기의 양을 적어도 결정하되, 연소 엔진은 스로틀 바디, 리테이너, 캠 로브, 캠 샤프트, 타이밍 벨트 또는 심(shim) 중 적어도 하나가 없는 단계; 및
    컨트롤러를 이용해, 하나 이상의 연소 챔버의 적어도 일부의 적어도 하나의 인젝터를 구동하여 하나 이상의 연소 챔버의 적어도 일부에 대해 결정된 양의 공기를 적어도 주입하는 단계를 포함하는 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    연소 챔버의 적어도 하나의 주입 포트와 연관된 적어도 하나의 인젝터를 통해 연소 엔진 내 하나 이상의 연소 챔버의 적어도 일부로 주입하기 위한 공기의 양을 적어도 결정하는 단계는
    엔진에 의해 제공될 분당 회전수나 동력 출력 중 적어도 하나에 적어도 부분적으로 기반하여, 연소 챔버의 적어도 하나의 주입 포트와 연관된 적어도 하나의 인젝터를 통해 연소 엔진 내 하나 이상의 연소 챔버의 적어도 일부로 주입하기 위한 공기의 양을 적어도 결정하는 것을 포함하는 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    연소 엔진의 작동 파라미터에 관련된 하나 이상의 입력을 수신하는 단계는 컨트롤러에서, 스로틀 페달의 변위에 관련된 스로틀 위치 센서로부터 스로틀 입력을 수신하는 것을 포함하고,
    연소 챔버의 적어도 하나의 주입 포트와 연관된 적어도 하나의 인젝터를 통해 연소 엔진 내 하나 이상의 연소 엔진의 적어도 일부로 주입하기 위한 공기의 양을 적어도 결정하는 단계는 스로틀 입력에 적어도 부분적으로 기반하여, 연소 챔버의 적어도 하나의 주입 포트와 연관된 적어도 하나의 인젝터를 통해 연소 엔진 내 하나 이상의 연소 챔버의 적어도 일부로 주입하기 위한 공기의 양을 적어도 결정하는 것을 포함하는 방법.
  21. 제17항에 있어서,
    연소 엔진의 작동 파라미터에 관련된 하나 이상의 입력을 수신하는 단계는 컨트롤러에서, 연소 엔진에 대해 요청된 연소 체적을 수신하는 것을 포함하고,
    연소 챔버의 적어도 하나의 주입 포트와 연관된 적어도 하나의 인젝터를 통해 연소 엔진 내 하나 이상의 연소 챔버의 적어도 일부로 주입하기 위한 공기의 양을 적어도 결정하는 단계는 연소 엔진에 대해 요청된 연소 체적에 적어도 부분적으로 기반하여, 연소 챔버의 적어도 하나의 주입 포트와 연관된 적어도 하나의 인젝터를 통해 연소 엔진 내 하나 이상의 연소 챔버의 적어도 일부로 주입하기 위한 공기의 양을 적어도 결정하는 것을 포함하는 방법.
  22. 제18항에 있어서,
    연소 엔진의 작동 파라미터에 관련된 하나 이상의 입력을 수신하는 단계는 엔진에 의해 구동되는 차량의 하나 이상의 작동 파라미터를 수신하는 것을 포함하되, 하나 이상의 작동 파라미터는 차량의 속도, 차량 주변의 날씨 조건 또는 차량의 조작 중 적어도 하나를 포함하고,
    연소 챔버의 적어도 하나의 주입 포트와 연관된 적어도 하나의 인젝터를 통해 연소 엔진 내 하나 이상의 연소 챔버의 적어도 일부로 주입하기 위한 공기의 양을 적어도 결정하는 단계는 엔진에 의해 구동되는 차량의 하나 이상의 작동 파라미터에 적어도 부분적으로 기반하여, 연소 챔버의 적어도 하나의 주입 포트와 연관된 적어도 하나의 인젝터를 통해 연소 엔진 내 하나 이상의 연소 챔버의 적어도 일부로 주입하기 위한 공기의 양을 결정하는 것을 포함하는 방법.
  23. 제18항에 있어서,
    컨트롤러에 작동 가능하게 연결된 적어도 하나의 공기 센서를 이용해, 공기 컴프레서와 하나 이상의 공기 라인에 연결된 공기 흡입 매니폴드 사이에서 공기의 공기 압력을 결정하되, 하나 이상의 공기 라인은 적어도 하나의 인젝터를 통해 하나 이상의 연소 챔버 중 해당 연소 챔버에 연결되는 단계를 더 포함하고,
    연소 엔진의 작동 파라미터에 관련된 하나 이상의 입력을 수신하는 단계는 적어도 하나의 공기 센서로부터, 공기 흡입 매니폴드와 공기 컴프레서 사이에서 공기의 공기 압력을 수신하는 것을 포함하며,
    연소 챔버의 적어도 하나의 주입 포트와 연관된 적어도 하나의 인젝터를 통해 연소 엔진 내 하나 이상의 연소 챔버의 적어도 일부로 주입하기 위한 공기의 양을 적어도 결정하는 단계는 공기 흡입 매니폴드와 공기 컴프레서 사이에서 공기의 공기 압력에 적어도 부분적으로 기반하여, 연소 챔버의 적어도 하나의 주입 포트와 연관된 적어도 하나의 인젝터를 통해 연소 엔진 내 하나 이상의 연소 챔버의 적어도 일부로 주입하기 위한 공기의 양을 적어도 결정하는 것을 포함하는 방법.
  24. 제18항에 있어서,
    공기 센서를 이용해, 공기 컴프레서와 공기 흡입 매니폴드 사이에서 공기에 존재하는 산소의 농도나 산화제의 타입 중 적어도 하나를 감지하는 단계를 더 포함하고,
    공기 흡입 매니폴드는 하나 이상의 공기 라인을 통해 하나 이상의 연소 챔버의 각각의 연소 챔버의 적어도 하나의 인젝터에 공기를 제공하며,
    연소 엔진의 작동 파라미터에 관련된 하나 이상의 입력을 수신하는 단계는 공기 센서로부터, 공기 컴프레서와 공기 흡입 매니폴드 사이에서 공기에 존재하는 산소의 농도나 산화제의 타입 중 적어도 하나를 수신하는 것을 포함하고,
    연소 챔버의 적어도 하나의 주입 포트와 연관된 적어도 하나의 인젝터를 통해 연소 엔진 내 하나 이상의 연소 챔버의 적어도 일부로 주입하기 위한 공기의 양을 적어도 결정하는 단계는 공기 컴프레서와 공기 흡입 매니폴드 사이에서 공기에 존재하는 산소의 농도나 산화제의 타입 중 적어도 하나에 적어도 부분적으로 기반하여, 연소 챔버의 적어도 하나의 주입 포트와 연관된 적어도 하나의 인젝터를 통해 연소 엔진 내 하나 이상의 연소 챔버의 적어도 일부로 주입하기 위한 공기의 양을 결정하는 것을 포함하는 방법.
  25. 제18항에 있어서,
    컨트롤러에 작동 가능하게 연결된 하나 이상의 연료 센서를 이용해, 하나 이상의 연소 챔버로 주입될 연료의 타입을 결정하는 단계를 더 포함하고,
    연소 엔진의 작동 파라미터에 관련된 하나 이상의 입력을 수신하는 단계는 하나 이상의 연료 센서로부터, 하나 이상의 연소 챔버로 주입될 연료의 타입을 수신하는 것을 포함하며,
    연소 챔버의 적어도 하나의 주입 포트와 연관된 적어도 하나의 인젝터를 통해 연소 엔진 내 하나 이상의 연소 챔버의 적어도 일부로 주입하기 위한 공기의 양을 적어도 결정하는 단계는 하나 이상의 연소 챔버로 주입될 연료의 타입에 적어도 부분적으로 기반하여, 연소 챔버의 적어도 하나의 주입 포트와 연관된 적어도 하나의 인젝터를 통해 연소 엔진 내 하나 이상의 연소 챔버의 적어도 일부로 주입하기 위한 공기의 양을 결정하는 것을 포함하는 방법.
  26. 제18항에 있어서,
    하나 이상의 입력에 적어도 부분적으로 기반하여, 연소 챔버의 적어도 하나의 주입 포트와 연관된 적어도 하나의 인젝터를 통해 연소 엔진 내 하나 이상의 연소 챔버의 적어도 일부로 주입하기 위한 공기의 양을 적어도 결정하는 단계는
    하나 이상의 입력에 적어도 부분적으로 기반하여, 연소 챔버의 적어도 하나의 주입 포트와 연관된 적어도 하나의 인젝터를 통해 하나 이상의 연소 챔버의 적어도 일부로 주입하기 위한 공기의 양과 연료의 양을 결정하는 것을 포함하고,
    하나 이상의 연소 챔버의 적어도 일부의 적어도 하나의 인젝터를 구동하여 하나 이상의 연소 챔버의 적어도 일부에 대해 결정된 양의 공기를 적어도 주입하는 단계는
    하나 이상의 연소 챔버의 적어도 일부의 적어도 하나의 인젝터를 구동하여 하나 이상의 연소 챔버의 적어도 일부에 대해 결정된 양의 공기와 연료를 주입하는 것을 포함하는 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    하나 이상의 연소 챔버는 복수의 연소 챔버를 포함하고,
    복수의 연소 챔버 각각에 대해, 연소 챔버의 적어도 하나의 주입 포트와 연관된 적어도 하나의 인젝터는 연소 챔버에 대한 공기 주입 포트와 연관된 공기 인젝터 및 연소 챔버에 대한 연료 주입 포트와 연관된 연료 인젝터를 포함하며,
    하나 이상의 입력에 적어도 부분적으로 기반하여, 연소 챔버의 적어도 하나의 주입 포트와 연관된 적어도 하나의 인젝터를 통해 하나 이상의 연소 챔버의 적어도 일부로 주입하기 위한 공기의 양과 연료의 양을 결정하는 단계는
    하나 이상의 입력에 적어도 부분적으로 기반하여, 연소 챔버와 연관된 공기 인젝터를 통해 복수의 연소 챔버 각각으로 주입하기 위한 공기의 양을 결정하는 것; 및
    하나 이상의 입력에 적어도 부분적으로 기반하여, 연소 챔버와 연관된 연료 인젝터를 통해 복수의 연소 챔버 각각으로 주입하기 위한 연료의 양을 결정하는 것을 포함하고,
    하나 이상의 연소 챔버의 적어도 일부의 적어도 하나의 인젝터를 구동하여 하나 이상의 연소 챔버의 적어도 일부에 대해 결정된 양의 공기와 연료를 주입하는 단계는
    복수의 연소 챔버 각각의 공기 인젝터를 구동하여 연소 챔버에 대해 결정된 양의 공기를 주입하는 것; 및
    복수의 연소 챔버 각각의 연료 인젝터를 구동하여 연소 챔버에 대해 결정된 양의 연료를 주입하는 것을 포함하는 방법.
  28. 제26항에 있어서,
    복수의 연소 챔버 각각의 공기 인젝터를 구동하여 연소 챔버에 대해 결정된 양의 공기를 주입하는 것은
    복수의 연소 챔버 각각의 공기 인젝터를 구동하여 연소 챔버로 직접 연소 챔버에 대해 결정된 양의 공기를 주입하는 것을 포함하되, 공기는 공기 인젝터와 실린더 사이에서 방해받지 않고, 공기 인젝터는 실린더의 공기 포트에 직접 부착되며, 연소 엔진의 각각의 매 공기 포트는 공기 인젝터에 연결되는 방법.
  29. 제26항에 있어서,
    하나 이상의 입력에 적어도 부분적으로 기반하여, 연소 챔버와 연관된 공기 인젝터를 통해 복수의 연소 챔버 각각으로 주입하기 위한 공기의 양을 결정하는 단계는
    하나 이상의 입력에 적어도 부분적으로 기반하여, 복수의 연소 챔버 중 제1 연소 챔버와 연관된 공기 인젝터를 통해 제1 연소 챔버로 주입하기 위한 공기의 제1 양을 결정하는 것; 및
    하나 이상의 입력에 적어도 부분적으로 기반하여, 복수의 연소 챔버 중 제2 연소 챔버와 연관된 공기 인젝터를 통해 제2 연소 챔버로 주입하기 위한 공기의 제2 양을 결정하는 것을 포함하고,
    복수의 연소 챔버 각각의 공기 인젝터를 구동하여 연소 챔버에 대해 결정된 양의 공기를 주입하는 단계는
    제1 연소 챔버와 연관된 공기 인젝터를 구동하여 제1 연소 챔버에 대해 결정된 제1 양의 공기를 주입하는 것; 및
    제2 연소 챔버와 연관된 공기 인젝터를 구동하여 제2 연소 챔버에 대해 결정된 제2 양의 공기를 주입하는 것을 포함하는 방법.
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