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KR101161026B1 - 내연 기관 순시변화 연료 제어 - Google Patents

내연 기관 순시변화 연료 제어 Download PDF

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KR101161026B1
KR101161026B1 KR1020057013164A KR20057013164A KR101161026B1 KR 101161026 B1 KR101161026 B1 KR 101161026B1 KR 1020057013164 A KR1020057013164 A KR 1020057013164A KR 20057013164 A KR20057013164 A KR 20057013164A KR 101161026 B1 KR101161026 B1 KR 101161026B1
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잔-로저 린나
피터 팔머
존 폴 멜로
스튜어트 베네트 스프래그
Original Assignee
필립 모리스 유에스에이 인코포레이티드
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Abstract

불꽃 점화 내연 기관의 순시변화 응답을 개선시키기 위한 장치 및 방법이 개시되어 있다. 이는 하나 이상의 신규한 모세관 연료 분사기를 채용함으로써 달성된다. 이들 디바이스는 연료 라인과 종래의 분사기 사이에 하나 이상의 비교적 작은 직경의 가열된 관형 모세관을 삽입함으로써 변형된 포트 연료 분사기이다. 연료가 분사기를 벗어날 때 급속 기화가 발생할 수 있도록 연료를 충분히 가열할 수 있다. 가열기는 액셀러레이터 페달 위치, 엔진상의 부하, 배기 가스 산소 농도에 기초할 수 있는 제어 알고리즘을 사용하여 온 전환된다.

Description

내연 기관 순시변화 연료 제어{INTERNAL COMBUSTION ENGINE TRANSIENT FUEL CONTROL}
1970년대 후반 이래로, 자동차 불꽃 점화(SI) 내연 기관은 기화기를 사용하지 않는 것으로 전이되어왔다. 다양한 연료 분사 시스템이 여전히 보다 엄격한 오염 제어 요구조건을 충족시키도록 적응되어 왔다. 현재, 순차 다중-포트 연료 분사(PFI) 시스템이 선호된다.
순차 다중-포트 연료 분사 시스템에서, 각 실린더는 하나 이상의 연료 분사기를 구비한다. 이들은 일반적으로 솔레노이드 동작식 밸브이며, 이는 선택된 횟수로 가솔린으로 흡기 포트 벽 또는 하나 이상의 흡기 밸브의 이면에 분무하는 노즐로 완결된다. 흡기 밸브가 폐쇄될 때, 연료를 분사하도록(흡기 포트 벽 또는 흡기 밸브상으로) 타이밍이 조절되는 것이 일반적이다. 분사기를 벗어나는 연료의 양은 분사기에 공급하는 라인내의 압력, 분사기 노즐 디자인 및 밸브 개방 시간 길이에 의존한다. 일반적으로, 엔진의 모든 분사기는 상압 연료 레일로 공급된다. 따라서, 가솔린 출력은 밸브 개방 펄스 폭의 기간에 거의 선형적으로 관련된다.
펄스 폭은 일반적인 용어로, 엔진 응답을 최적화하고, 동시에 효율을 최대화하며 오염을 최소화하도록 설계된 전자 제어 유닛(ECU)에 의해 제어된다. 이들 결 과 중 어떠한 것도 직접적으로 측정되지 않는다. 대신, 다양한 엔진 파라미터가 측정되고, 이들이 최적화된다. 일반적인 목적은 화학양론적 공기/연료 비율을 소정의 주어진 동작에 대해 발생시키는 것이며, 이는 동시에 소정의 잔류 미연소 연료 부산물(HC 및 CO)을 산화시키면서 질소 산화물(NOx)을 감소시키기 위해 배기부내에 삼원 촉매 반응기의 사용을 가능하게 한다. 제어 알고리즘은 단순하지 않다. 기본적으로, 액셀러레이터 페달의 가압은 공기 흡기 밸브 또는 공기 흡기 매니폴드와 공기 정화기 사이에 배치된 스로틀을 개방시킨다. 질량 공기 유동 센서 또는 다른 센서의 조합이 엔진의 실린더내로 진입하는 공기의 질량을 측정한다. 이는 화학양론적 동작에 필요한 연료의 양을 결정하며, 이는 타겟 펄스 폭을 결정한다.
통상적으로, 주어진 연료 흐름을 얻기 위한 타겟 펄스 폭은 공장에서 ECU에 프로그램된 룩업 테이블 또는 "연료 맵"으로부터 얻어진다. 서로 다른 충전물 사이의 조성 및 연료 밀도의 작은 변동, 주변 공기 밀도, 점성 및 습도의 변동, 명목상 동일한 하드웨어(예로서, 연료 분사기) 사이의 샘플간 변동 같은 통상적인 사용중 변동을 허용하기 위해, 촉매 변환기 이전의 배기 라인내의 산소 센서(O2 센서)가 연료 맵 값을 이에 따라 트리밍할 수 있도록 ECU에 피드백 신호를 발생시키기 위해 사용된다. 이런 피드백 시스템에서, ECU는 또한 엔진 연령 같은 하드웨어 성능의 변화를 보상할 수 있다. 현재 제조되는 자동차의 대부분의 O2 센서는 단지 2진 출력만을 가지지만, 소수는 보다 양호한 미세 튜닝을 달성하기 위한 시도로 매우 고가의 선형 출력 버전을 사용한다.
이상적으로, 화학양론적 연료비에서, 모든 산소는 연소 동안 사용되어야 한다. 그렇지 않으면, 이는 공장 설치 연료 맵이 동일 조건하에서 보다 많은 연료를 공급하도록 조절되어야 한다는 것을 의미한다. 일부 ECU는 장시간에 걸쳐 평균을 내고 영구적 조절을 수행하며, 일시적인 것들을 기억된 연료 맵이 되게 할 수 있다.
펄스 폭을 조절하기 위해 사용되는 다수의 보다 많은 센서 및 알고리즘이 존재한다. 이들 중 하나는 스로틀 위치 센서이다. 이것이 급속히 개방할 때, ECU는 충분한 연료를 제공하기 위한 시도에서 분사기 펄스 폭을 증가시킨다. 그렇게 하더라도, 급속한 스로틀 개방은 일반적으로, 일시적으로 과도하게 희박한 연료 혼합물을 초래하며, 이는 충분한 산소 저장 용량이 가용하지 않는 한 촉매 위로 지나쳐가는 NOx를 생성할 수 있다. 이유는 하기의 상황으로부터 이해할 수 있다. 예열된 엔진에서, 종래의 포트 연료 분사기는 매우 다량의 액적(100-300㎛)을 비교적 뜨거운 흡기 밸브의 이면, 밸브 스템, 밸브 좌대 및 주변 구조체상으로 분무한다. 이들 구성요소는 액체 가솔린의 막으로 코팅되며("월 웨팅(wall wetting)"이라 공지된 프로세스에서) 이는 일정하게 증발하고, 분사기에 의해 보급되는 동안 실린더내로 흡입된다. 통상 운행하에, 말하자면, 정상(steady) 상태 조건에 근접한 상태에서, 분사기로부터의 액체 가솔린은 실린더에 진입하는 가솔린 증기를 균형화한다. 스로틀이 개방될 때, 분사기 밸브는 보다 길게 개방 상태로 유지되고, 즉, 분사기 듀티 사이클이 증가되며, 젖은 영역이 증가하기 시작한다. 이 영역이 증가할 때, 소정의 새로운 평형에 도달할 때까지 증발 및 실린더내로의 흡기가 증가한다.
월 웨팅 연료의 증발은 동적이며, 복잡한 현상이고, 이는 순시변화 동작을 통해, 그리고, 엔진 동작 조건에 걸쳐 현저히 변한다. 구체적으로, 월 웨팅 연료가 증발하기 위해 필요한 시간은 현대 엔진에서 직접적으로 제어할 수 없는 몇몇 파라미터의 함수이다. 이들 파라미터는 이하를 포함한다 : 흡기 구성요소 온도, 흡기 구성요소상에 퇴적된 연료의 양 및 하나의 엔진 사이클로부터 다음으로 증발되는 연료의 양 등.
이들 파라미터가 직접적으로 제어할 수 없기 때문에, 월 웨팅은 고유하게 엔진 가속 및 감속 동안 연소 챔버내의 공기/연료 비율을 제어하는 기능을 제한한다. 가속 동안, 월 웨팅된 연료의 증발은 연료 수요의 급작스러운 증가 이면에서 지연되고, 엔진은 짧은 기간 동안 연료 희박 상태에서 동작한다. 반대로, 감속 동안, 월 웨팅된 연료의 증발은 연료 수요의 급작스러운 감소의 견지에서 과도하며, 엔진은 짧은 기간 동안 연료 농후 상태로 동작한다.
가속 동안 스로틀 개방 순시변화가 존재할 때, 신속한 스로틀 개방이 감지될 수 있고, 연료 분사기는 연료막의 양을 급속히 누적시키기 위해 일시적으로 잉여 연료를 분사하고, 그후, 새로운 정상 상태 요구조건으로 되돌린다. 이 경우에, 보다 짧은 희박 시간이 존재하고, 최적의 정상 상태로 다시 정착하기 이전에 농후 혼합물이 이어지는 것으로 믿어진다. 순시변화 응답의 세부사항에 무관하게, 문제점은 증가된 월 웨팅을 누적하기 위해 소요되는 시간 및 바람직한 바 보다 다수의 엔진 사이클이다. 일반적으로, 종래의 연료 분사 시스템은 이들이 공기/연료 비율의 비의도적 동요 없이 순시변화를 처리할 수 없을 정도로 충분히 느리다.
다른 주된 문제점은 배기물 후처리를 위한 삼원 촉매(TWC)를 가지고 동작하는 현대의 SI 엔진에 대하여, 상술한 농후 및 희박 공기/연료 비율의 일탈은 주어진 배출물 표준을 충족시키기 위해 필요한 TWC의 크기(및 비용)에 직접적인 영향을 미친다는 것이다. 특히, 각 TWC는 CO 및 수산화탄소 산화가 공기/연료 비율의 농후 일탈 동안 여전히 발생하고, 희박 일탈 동안 NO 변환이 발생하도록 충분한 산소 저장량을 위해 크기설정된다. 따라서, 주어진 배출물 표준으로 엔진을 보증하기 위해 필요한 TWC의 크기는 엔진 테스트 사이클(예로서, 다수 국가에서 사용되는 U.S. 연방 테스트 절차 75(FTP-75) 사이클)에 걸쳐 만나게되는 순시변화 조건을 통한 화학양론적 값에 대한 공기/연료 비율을 제어하기 위한 기능의 직접적 함수이다.
명백히, 엔진 실린더에 기화된 연료를 보급하기 위해 연료 막으로부터의 증발에 크게 의존하지 않는, 적어도 순시변화 기간 동안의 동작에서, 보다 신속히 응답하는 연료 공급 시스템을 갖는 엔진을 제공하는 것이 유리하다. 이는 혼합물 강도의 결과적인 변동 및 시간 지연을 감소시킨다.
분사 이전에 가솔린을 가열하는 것이 냉각 엔진 시동 문제를 해결하기 위해 제안되어 왔지만, 현재까지 순시변화 응답을 향상시키는 데는 적용되지 않고 있다. 예는 미모엘에게 2001년 12월 25일자로 허여된 미국 특허 제6,332,457호이며, 이는 본 명세서에 참조로 포함되어 있다. 이 특허의 도 1은 흡기 밸브의 일반적 방향으로 배향된 그 출력을 가지는, 흡기 매니폴드내에 위치된 종래의 포트 연료 분사기의 개략도이다. 종래의 신규한 가열기가 분사기의 팁에 포함된다. 냉각 엔진 시동을 돕기 위해, 이 발명은 연료 가열 및 급속 비등에 의한 향상된 분무화에 기초한다.
급속 비등은 고압에서 가열된 연료가 저압의 흡기 매니폴드내로 분사될 때 발생한다. 가열된 팁 분사기를 사용하여, 0.1 내지 0.7g/s의 유량으로 낮은 매니폴드 압력에서 연료의 50%를 기화시키는 것이 가능하다. 급속 비등의 유용성은 분사기 팁의 연료를 기화시켜 문제를 극복한다는 것이다. 기화된 연료의 질량 유동은 액체 연료를 위한 것 보다 현저히 작다. 팁으로부터 배출될 때까지 연료가 액체로 남아 있는 경우, 이때, 질량 유동은 유지될 수 있지만, 액체는 흡기 포트를 향해 안내될 때 증기로 전환한다. 불행히, 이 특허의 가열기 디자인은 이들 출력에 도달하기까지 5초를 필요로 한다. 이는 냉각 시동 문제를 개선하기에는 적합할 수 있지만, 구동 순시변화에 대해서는 너무 느리다.
따라서, 본 발명은 불꽃 점화 연료 분사 내연 기관의 순시변화 응답을 향상시키기 위한 장치 및 방법을 제공한다. 이는 하나 이상의 신규한 모세관 연료 분사기를 사용함으로써 달성된다. 이들 디바이스는 연료 레일과 유체 연통하는 입력부와, 분사기 출력 노즐의 전방에서 다른 종래의 연료 분사기와 유체 연통하는 출력부를 갖는 신규한 연료 상태조절기로 변형된 포트 연료 분사기이다. 이 상태 조절기의 양호한 버전은 하나 이상의 비교적 작은 내경의 모세관 튜브를 포함하고, 이는 평행하게 연결되며, 그 길이의 일부를 따라 가열된다. 그 길이를 따라 실용적 가열 요소를 형성하도록 충분히 얇은 벽의 저항성 배관을 사용함으로써 편리한 전기 가열기가 구성될 수 있다. 일 버전에서, 모세관 연료 분사기는 연료 분사기 내측의 전기 절연을 제공하도록 세라믹 외장으로 둘러싸여진다.
일 양호한 버전에서, 엔진내의 각 종래의 포트 연료 분사기는 모세관 연료 분사기로 대체된다. 급속 기화 기술을 사용하여, 일부 조건하에서, 모세관 연료 분사기는 현대의 엔진에 통상적으로 사용되는 월 웨팅 접근법 보다 매우 신속하게 실린더내로의 기화된 연료의 증가를 제공할 수 있다. 비록, 전기 가열기가 아날로그 요소이지만, 온/오프 방식으로 이들을 제어하는 것이 편리하다. 온 전력 레벨은 급속 기화를 제공하기 위해 충분한 가열기 전력을 제공하도록 각 엔진을 위해 결정된다.
모세관 연료 분사기 가열기는 종래의 엔진 파라미터를 구비하는 변형된 ECU로 제어된다. 필요한 연료 부하는 흡기 공기 압력 입력, 매니폴드 압력, 엔진 속도의 조합 또는 공기 흐름계에 기초하여 룩업 테이블로부터 종래의 방식으로 결정된다. 이들 및 기타 순시변화 엔진 파라미터는 순시변화에 대한 엔진 응답 시간을 감소시키도록 모세관 연료 분사기 가열기를 온 및 오프 전환하기 위한 신호로서 기능한다.
선형 출력 O2 센서가 설치될 때, 두 가지 방법이 가용하다. 하나에서, 연료 흐름 수요가 부분 부하 상태하에서의 엔진 동작을 나타내는 임계치 보다 작을 때, 그리고, 동시에, O2 센서가 임계값을 초과하는 희박 또는 농후 일탈을 나타낼 때, 모세관 연료 분사기 가열기가 온 전환된다.
다른 방법에서, 소정의 부하 조건하에서, O2 센서가 임계값 보다 큰 희박 또는 농후 조건을 나타내는 경우, 모세관 연료 분사기 가열기가 온 전환된다.
선형 O2 센서가 엔진상에 사용되지 않을 때 유용한 다른 방법은 액셀러레이터 페달을 감시하고, 스로틀 개방의 방향으로 변화율이 사전설정된 값을 초과하는 경우, 모세관 연료 분사기 가열기가 온 전환된다.
보다 일반적으로, 본 발명은 개선된 순시변화 응답을 갖는 내연 기관을 제공하며, 이는 a) 연료 소스와 연료 분사기 사이에 적어도 하나의 연료 운반 모세관 관을 갖는 적어도 하나의 포트 연료 분사기로서 상기 모세관 관이 연료 가열기를 갖는 포트 연료 분사기와, b) 선택된 엔진 파라미터를 감시하고, 선택된 파라미터 값에 응답하여 모세관 관 연료 가열기를 여기하는 가열기 신호를 발생시키도록 구성된 전자 장치를 구비한다.
특히, 선택된 엔진 파라미터는 배기 매니폴드의 출력부에서의 산소 레벨이 될 수 있다. 보다 구체적으로, 선택된 파라미터 값은 선택된 산소 임계치 보다 큰 화학양론으로부터의 편차의 산소 레벨 절대값일 수 있다. 변형으로서, 전자 장치는 가열기 신호를 발생시키기 위한 부분 부하 조건 보다 연료 수요가 작다는 판정을 갖는 상기 산소 레벨 절대값 파라미터와 논리적으로 AND일 수 있다. 다른 변형으로서, 엔진 파라미터는 엔진 액셀러레이터 페달의 위치의 변화율이될 수 있으며, 파라미터값은 선택된 변화율 임계치일 수 있다.
일 양태에서, 본 발명은 연료 소스에 의해 공급받는 연료 분사기를 가지고, 각 연료 분사기가 입구 단부 및 출구 단부를 가지는 불꽃 점화 내연기관에 관한 것이며, 개선된 가속/감속 순시변화 콘트롤러는 연료 가열기를 가지는 연료 상태조절기가 연료 소스와 연료 분사기의 출구 단부 사이에 제공되고, 가열기가 순시변화를 감소시키기 위해 변형된 전자 제어 유닛에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다.
다른 양태에서, 본 발명은 연료 가열기를 가지는 연료 상태조절기를 통해 연료를 공급받는 연료 분사기를 가지는 불꽃 점화 내연 기관에서, 개선된 가속/감속 순시변화 응답을 제공하는 방법을 제공하며, 이는
1) 엔진 파라미터를 감지하고, 기존의 방식으로 분사기 코일 펄스 폭을 조절하는 단계,
2) 배기 가스 산소 센서가 임계값을 초과하는 희박 또는 농후 상태 중 어느 한쪽을 나타내는 경우를 결정하는 단계, 및
3) 배기 가스 산소 센서가 임계값을 초과하는 희박 또는 농후 상태 중 어느 한쪽을 나타내는 것으로 결정된 경우에, 상기 연료 가열기를 온 전환하는 단계를 포함한다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 연료 가열기를 가지는 연료 상태조절기를 통해 연료를 공급받는 연료 분사기를 구비하고, 액셀러레이터 패들에 의해 제어되는 스로틀을 가지는 불꽃 점화 내연 기관에서, 개선된 가속/감속 순시변화 응답을 제공하는 방법을 제공하며, 이는
1) 엔진 파라미터를 감지하고, 기존의 방식으로 분사기 코일 펄스 폭을 조절하는 단계,
2) 상기 스로틀을 개방시키는 방향으로의 패들 위치의 변화율이 사전설정된 값을 초과하는 지를 결정하는 단계, 및
3) 상기 스로틀을 개방시키는 방향으로의 패들 위치의 변화율이 사전설정된 값을 초과하는 것으로 결정된 경우에, 상기 연료 가열기를 온 전환하는 단계를 포함한다.
이제, 본 발명을 첨부 도면을 참조로 단지 예로서 주어진 본 발명의 양호한 형태에 관련하여 보다 상세히 설명한다.
도 1A는 모세관 연료 분사기를 단면으로 예시하는 도면.
도 1B는 도 1A의 단부도.
도 2는 도 1에 예시된 모세관 연료 분사기를 사용하는 엔진 하드웨어 구성을 예시하는 도면.
도 3은 도 2의 하드웨어 구성의 모세관 연료 분사기를 제어하기 위해 산소 센서로부터의 입력을 사용하는 엔진 제어 유닛 구성을 예시하는 도면.
도 4는 도 2의 하드웨어 구성의 모세관 연료 분사기를 제어하기 위해 액셀러레이터 페달로부터의 입력을 사용하는 엔진 제어 유닛 구성을 예시하는 도면.
도 5는 모세관 연료 분사기의 제2 버전을 단면으로 예시하는 도면.
도 6은 도 5에 예시된 모세관 연료 분사기의 외부 등각도.
이제, 유사 번호가 전반적으로 유사 부품을 지시하기 위해 사용되고 있는 도 1 내지 도 6에 예시된 실시예를 참조하도록 한다.
연료의 공급 및 수요 사이의 지연을 완화시키기 위해, 2002년 5월 10일자로 펠리자리 등에 의해 출원된 발명의 명칭이 "내연 기관을 위한 연료 분사기 및 내연 기관"인 미국 특허 출원 번호 제10/143,250호, 제10/143,250호의 부분 연속 출원인, 2002년 10월 31일자로 린나 등에 의해 출원된 발명의 명칭이 "내연 기관을 위한 연료 시스템 및 그 제어 방법"인 미국 특허 출원 제10/284,180호, 제10/143,250호의 부분 연속 출원인, 2003년 1월 15일자로 린나 등에 의해 출원된 발명의 명칭이 "내연 기관을 위한 계량 밸브를 가지는 모세관 연료 분사기"인 미국 특허 출원 제10/342,267호에 개시된 바와 같은 종래의 연료 분사기의 기능에 통합된 가열된 모세관의 사용을 통해 엔진 순시변화 동안의 신속한 기화가 달성되며, 상기 출원은 본 발명과 공통된 발명자들을 가지고, 본 발명의 양수인에게 각각 양도되었으며, 본 명세서에 참조로 포함되어 있다.
상기 출원은 최소량의 전력을 사용하여 연료를 신속히 기화시키기 위해, 가열기 수단과 조합하여 높은 표면적 대 체적비를 갖는 모세관 유로의 사용을 개시하고 있다. 일 양호한 실시예는 가열기 저항 요소로서 모세관 채널 자체를 사용한다. 모세관 입구는 연료 소스와 유체 연통하며, 출구는 연료 계량 밸브와 유체 연통한다.
상기 참조 출원에 개시된 주 목적은 삼원 촉매(TWC)의 라이트 오프(light off) 이전에 PFI 엔진의 예열 동작 및 냉각 시동 동안의 미연소 수산화탄소 배출물을 감소시키는 것이다. 냉각 시동 및 예열 상태하에서, 종래의 포트 연료 분사기는 연소 챔버내에 연소가능한 혼합물을 형성하기에 충분한 비율을 증발시키도록 화학양론적 연료량 보다 많이 공급하여야만 한다. 이런 잉여 연료보급은 배기물내에 높은 수준의 미연소 수산화탄소를 초래한다. 대조적으로, 연료를 기화시키기 위해 모세관 연료 분사기를 사용하는 것은 초기 과급유의 필요성을 제거하고, 그에 의해, 엔진이 화학양론적 또는 린(lean, 희박) 상태에서 시동되게 하며, 궁극적으로, 배기물내의 미연소 수산화탄소 배출물을 감소시킨다.
상기 참조 문헌에 언급된 실시예중, 엔진 순시변화 응답을 향상시키기 위해 가장 유용한 버전은 도 1A에 예시된 것인 것으로 믿어진다. 비록, 이는 순시변화 응답을 제어하기 위한 목적으로 작용하지만, 다른 추후 개발된 후술된 실시예는 보다 유용한 것으로 고려될 수 있다. 모세관 연료 분사기(700)는 입구 단부(714)와 출구 단부(716)를 갖는 적어도 하나의 모세관 유로(712)를 포함한다. 입구 단부(714)는 모세관 유로(712)내로의 액체 연료의 도입을 위해 액체 연료 소스(예로서, 연료 레일, 미도시)와 유체연통하여 배치된다. 유리하게, 도 1B에 예시된 바와 같이, 모세관 연료 분사기(700)는 연료 흐름 기능을 증가시키기 위해 복수의 모세관(712)을 포함할 수 있다.
플런저 밸브 조립체(718)가 하우징(750)내에 위치되고, 전기 코일 권선을 갖는 솔레노이드(미도시)에 의해 동작된다. 동작시 필요에 따라, 코일 권선이 여기될 때, 솔레노이드 요소(736)는 코일 권선(미도시)의 중심으로 당겨진다. 코일이 비여기될 때, 솔레노이드 요소(736)는 스프링(미도시)의 사용을 통해 그 원래 위치로 복귀한다. 플런저 조립체(740)는 솔레노이드 요소(736)에 연결된다. 코일 권선의 여기에 의해 유발된 솔레노이드 요소(736)의 이동은 플런저 조립체(740)가 모세관 유로(712)의 출구 단부(716)로부터 멀어지는 방향으로 당겨지게 하며, 연료가 오리피스(742)를 통해 흐를 수 있게 한다. 볼 수 있는 바와 같이, 하우징(750)의 정합 원추형 밀봉면(752)과의 플런저 조립체(740)의 절두 원추 단면(744)의 정합에 의해 밀봉이 달성된다. 인지할 수 있는 바와 같이, 모세관 연료 분사기(700)는 자동차 분야를 위한 연료 분사기에 일반적으로 사용되는 유형의 종래의 액추에이터 섹션과 조합될 수 있다.
열원(720)은 모세관 유로(712)를 따라 배열되고, 전기 저항 재료의 관으로부터 모세관 유로(712)를 형성함으로써 제공될 수 있으며, 전류의 소스가 전류 전달을 위해 전기 접속부(722, 724)에서 관에 접속될 때 모세관 유로(712)의 일부가 가열기 요소를 형성한다. 열원(720)은 그후 액체 상태로부터 증기 상태로 그 적어도 일부를 변경하기에 충분한 수준으로 모세관 유로(712)내의 액체 연료를 가열하고, 모세관 유로(712)의 출구 단부(716)로부터 실질적으로 기화된 연료의 스트림을 전달하도록 동작한다. 인지할 수 있는 바와 같이, 기화된 연료와 접촉하는 플런저 조립체(740)의 재료의 체적은 최소이며, 이는 증기의 조기 응축을 방지하기 위해 가열되어야만 하는 열 질량이 작아지게 한다.
모세관 연료 분사기는 세가지 체제에서 동작할 수 있다. 모세관 연료 분사기 가열기(720)가 오프상태일 때, 모세관(712)은 통상 포트 연료 분사기로서 사용하기 위해 연료 분사기 하우징(750)에 액체 연료를 보급한다. 액체 연료는 1) 질량 흐름 요구조건을 충족시키기 위해, 그리고, 2) 증발하는 연료의 흡기 충전 냉각을 통해 노킹을 제어하기 위해 전부하 동작 조건에서 필요하다.
모세관 연료 분사기 가열기(720)가 모세관 유로내의 연료를 기화시키는 지점까지 가열되는 경우, 연료 분사기를 통한 연료의 질량 유량은 대부분의 동작 조건에 대하여 너무 낮다. 최적의 파워 레벨에서, 모세관(712)은 연료가 분사기 계량 오리피스(742)를 가로질러 급속한 압력 강하를 겪을 때 급속 기화가 발생하는 온도로 연료를 가열한다.
최적의 급속 기화 가열 레벨은 모세관 재료, ID. OD 및 가열기 길이와 연료 레일내의 연료 온도 및 압력에 의존한다. 도 1A 및 도 1B는 XVZ100027로서, 위에 언급된 관련 출원에서 명명되어 있는 형상을 예시한다.
XVA100027 디자인은 각각 0.020in(0.05cm) ID, 0.033in(0.08cm) OD 및 6.25in(15.9cm) 길이를 가지는 18/8 스테인레스 강으로 제조된 4개 모세관을 가열기 연결부(722, 724) 사이에 사용한다. XVA100027 가열기에 대하여, 100psi의 연료 압력을 갖는 320W의 전력 레벨이 최적의 절충이되는 것으로 나타났다. 이하, 모세관 연료 분사기 가열기를 온 전환하는 것은 상술된 바와 같은 급속 기화를 달성하기에 충분한 전력 레벨이지만, 모세관/분사기 연료 경로내의 연료의 기화를 발생시킬 만큼 높지는 않은 레벨을 의미한다.
급속 기화 동작 체계는 2002년 10월 31일자로 린나 등에 의해 출원된 발명의 명칭이 "내연 기관을 위한 연료 시스템 및 그 제어 방법"인 미국 특허 출원 제10/284,180호에 기술되어 있다. 이 출원에 상세히 설명된 바와 같이, XVA100027은 종래의 포트 연료 분사기에 의해 발생된 100-300㎛ 크기에 비해 약 25㎛ 이하의 작은 사우터 평균 직경(Sauter Mean Diameter)을 가지는 것을 특징으로 하는 액적 크기를 갖는 기화된 연료를 발생시킨다. 그러나, 여기에 설명된 실시예는 엔진의 시동 및 예열에 관련된 제어 방법과는 별개이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예와 관련된 하드웨어 구조를 도시한다. 도 2에 도시한 바와 같이, SI 엔진은 실린더당 1개의 모세관 연료 분사기에 의해 연료 공급된다. 각각의 모세관 연료 분사기는 엔진 제어 유닛(ECU)으로부터 두 개의 신호, 즉 모세관으로의 열에 대한 하나의 신호 및 분사기 내의 솔레노이드 밸브의 펄스폭 변조에 대한 하나의 신호를 수신한다. 엔진의 통상의 배기 후처리 시스템의 부분으로서, 배기 가스가 대기로 배출되기 전에 TWC를 통과한다. 두 개의 배기 가스 선형 O2 센서가 도 2에 도시된 바와 같이 엔진의 하류측에 배치된다. 각각의 배기 선형 O2 센서로부터의 신호는 입력으로서 ECU에 전송된다. TWC의 O2 센서 상류측은 주 이론 화학양론 센서이다. TWC의 O2 센서 하류측은 상류측 O2 센서의 장기간 교정을 위해 및 비상 백업으로서 사용된다. 가속기 위치가 또한 입력 신호로서 ECU에 전송된다.
실린더당 하나 이상의 연료 분사기가 또한 기화 연료의 더 높은 물질 전달 속도를 얻는데 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
예열된 엔진을 가정하면, 도 2에 도시된 하드웨어 구조는 3개의 상이한 모세관 연료 분사기 제어 알고리즘을 구현하는데 사용된다.
선형 배기 가스 O2 센서가 엔진에 장착될 때, 두 개의 알고리즘이 O2 센서 입력에 기초할 수 있다. 하나의 모드는 부분 부하 조건하에서 작동하고 다른 모드는 모든 조건하에서 작동한다.
"부분 부하"는 자동차 엔지니어가 정확한 정의 없이 사용하는 용어이다. 일반적으로, 이는 임의의 주어진 엔진 속도로부터의 최대 토크 출력의 50% 미만인 임의의 것을 의미한다. 전형적인 도시 주행은 전체 부하의 약 30% 이하에서 작동하는 것을 특징으로 하는 반면 직선 및 수평면 상에서의 고속도로 순항은 단지 전체 부하의 약 10 내지 15%만을 요구한다.
도 3은 O2 센서에 기초한 제어 알고리즘을 도시한다. 통상의 실시에서와 같이, 엔진 속도, 매니폴드 압력 및 흡기 온도가 속도-밀도 방법으로서 통상적으로 칭하는 방법을 통해 엔진 공기 유동을 산출하는데 사용된다. 대안은 공기 유동 계량기를 직접 사용하는 것이다. 엔진 공기 유동이 인지되면, 엔진 연료 유동 요구가 룩업 테이블로부터 결정된다. 후속의 단계에서, 이 값은 선형 상류측 O2 센서를 사용하여 조정된다.
도시된 바와 같이, 선형 관계에 기초하여, 분사기 코일 펄스 신호폭이 연료 유동 요구에 비례하여 조정된다.
도 3에서, 상류측 O2 센서 입력 판독값이 화학양론에 근접한 값을 나타내는 값과 비교된다. 판독값이 너무 농후하거나 너무 희박한 조건을 지시하면, 신호가 AND 게이트에 전송된다. O2 농도가 약 0.7%(0이 아님)일 때 화학양론 조건이 존재하는 것이 통상적으로 사용되는 주먹구구식 방법이다. 또한, 람다 센서로서 또한 공지된 현대식 자동차에 사용되는 선형 O2 센서가 농도를 측정하고 희박(과잉 O2) 조건에서 포지티브이고 농후(과잉 연료) 조건에서 네가티브인 화학양론 조건에서 0인 전기 펌프 전류를 생성한다. 선형 O2 센서에 대한 부가의 상세는 본원에 참조에 의해 합체되어 있는 보쉬 자동차 핸드북, 제5 판(2000), 로베르트 보쉬 게엠베하, 2000년, 독일 슈트트가르트, pp.117-118에서 찾을 수 있다. 이 판정 박스는 펌프 전류의 절대값｜O2｜또는 유사값이 소정의 ｜O2｜TH 임계값과 비교되는 것을 지시한다. 도 3은 화학양론으로부터 임의의 방식으로 편차에 대한 동일한 임계값을 나타내지만 비교는 비대칭적일 수 있다.
산출된 연료 유동 요구는 수치화를 위해 예를 들면 전체 부하의 50%인 부분 부하 임계값에 비교된다. 모드 스위치가 판정 박스 출력부에 접속되면, 연료 요구가 부분 부하보다 낮을 때, 논리 1이 AND 게이트에 전송된다. 따라서, 모세관 연료 분사기 히터 On 신호가 O2 센서가 특정 임계값을 넘어선 화학양론으로부터의 편차를 지시할 때 부분 부하 조건하에서 발생한다. 이는 분사기 노즐(742)을 나올 때 연료의 급속 기화를 초래한다.
부분 부하의 다소 임의적인 50% 기준은 부분적으로는 모세관 연료 분사기의 출력 용량에 기초한다. 작용예는 4개의 모세관을 갖는다. 8개 또는 10개의 모세관을 갖는 모세관 연료 분사기를 구성하는 것이 다소 수월하다. 다음에, 더 높은 부하 레벨에서 질량 유동 요건에 부합하는 것이 가능할 수 있다. 더 많은 모세관에 대한 상기의 요구는 냉각 뿐만 아니라 예열된 엔진에서의 순시변화를 제어하려고 시도하는 경우 적용된다. 이 경우, 급속 기화는 열악하게 작용하고 연료는 질량 유동을 상당히 감소시키는 모세관을 나오기 전에 기화되어야 할 수 있다. 모세관에 의해 가열된 연료를 즉시 기화하는 것이 기대될 수 있는 완전 예열 엔진의 경우, 엔진 크기에 의존하여 1개 정도의 모세관이 적당할 수 있다.
히터가 사용되지 않고 미가열 액체 연료가 엔진에 공급될 때 노킹 제어가 지시될 수 있다. 이는, 공지된 바와 같이 실린더내 차지(in-cylinder charge)가 고온이고 양호하게 기화될 때 자발 착화(노킹)가 더 즉시 발생하기 때문이다. 역으로, 고온 엔진에서, 연료 분사기로부터의 미가열 액체 연료의 공급은 종래의 방식으로 기화될 때 흡기 매니폴드 차지로부터의 열을 액체 연료가 흡수하기 때문에 감소된다. 결과는 노킹을 방지하는 것을 보조하는 약간 더 냉각된 실린더내 차지이다. 노킹은 더 높은 부하 하에서 더 종종 발생하기 때문에, 소정의 임계값보다 큰 모든 부하에서 모세관 히터를 오프 전환함으로써 순시변화 보다는 노킹을 제어하는 것이 더 유용할 수 있다.
임계값은 엔진에 의존할 수 있다. 임의의 특정 엔진 및 모세관 디자인에서, 적절한 값을 결정하는 것이 용이해야 한다. 노킹을 감지하는 수단을 갖는 예열 엔진에서, 임계값은 노킹이 소정의 부하 조건하에서 발생하기 시작할 때까지 점진적으로 증가하고 이어서 저하된다. 엔진 디자인 및 작동 조건의 소정의 조합에서, 노킹이 절대 발생하지 않는 것이 가능하다. 이 극단에서, 모세관 히터가 O2 센서가 화학양론으로부터의 편차를 지시할 때마다 온 전환되는 모드에서 작동할 수 있다. 이 경우, 모드 스위치는 논리 1로 설정될 수 있고 연료 요구가 고려되지 않는다.
도 4는 단지 가속기 위치에만 기초하여 연료 기화의 제어를 위한 알고리즘을 도시한다. 이 알고리즘은 O2 센서를 사용하지 않고 선형 O2 센서가 요구되지 않을 수 있기 때문에 장점이 있다. 선형 O2 센서는 그 이외의 경우 저가의 2원 O2 센서의 사용을 수행하는 엔진 제어 시스템을 위한 상당한 부가의 비용을 추가한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 모든 조건하에서 분사기 코일 펄스 신호는 종래의 방식으로 제어된다.
가속기 위치 입력은 변화율(dp/dt)/을 계산하는데 사용된다. 알고리즘 내에 각 시간 간격에서, dp/dt 값은 이전 시간 간격 내의 가속기 위치에 대해 현재 시간 간격의 가속기 위치를 비교하여 2개의 값 사이의 차이가 알려진 시간 간격에 의해 나누어져 dp/dt가 된다. dp/dt 값이 소정의 임계값을 초과하면, dp/dt가 임계값 이하로 떨어질 때까지 모세관 연료 분사기 히터 온 신호가 활성화된다. 이 임계값은 스로틀이 얼마나 빨리 개방되는가에 근거한 각각의 엔진 디자인, 종래의 포트 연료 분사 시스템의 응답 및 특정 모세관 연료 분사기 디자인에 대해 결정되어야 한다.
ECU가 dp/dt에 응답하여 분사기 코일 펄스 신호 폭을 증가시키더라도, 상술한 바와 같이 모세관 연료 분사기를 사용한 기화된 연료의 반송은 종래의 월-웨팅/증발 연료 공급 기술과 관련된 시간 지연을 감소시킬 것이다. 따라서, ECU는 작은 dp/dt값에 대해 펄스 신호 폭을 증가시키고, 반면 모세관 연료 분사기 히터는 더 큰 것을 위해 유보된다.
도 5 및 도 6은 도 1에 도시된 것 보다 더 나중에 개발된 모세관 연료 분사기(100)를 도시하고 있다.(더 낮은 수 지정은 인위적 결과이다. 2가지 모두 본 발명의 목적을 달성하기 위한 것이나, 후자가 바람직하다.) 연료(F)를 도입하기 위한 입구(190)와 출구(192)를 갖는다. 형태 및 치수에 관해서, 실질적으로 상호 교환 가능하도록 종래의 포트 연료 분사기와 유사한 방식으로 설계될 수 있다. 일반적으로 양호하게는, 본 실시예는 볼-인-콘 밸브 조립체(144)를 갖는다. 도 1에 도시된 것과 유사한 형태의 모세관 번들(115)이 분사기 하우징(180)의 중심 보어와 중간 분사기 하우징(130) 내에 위치 설정된다.
모세관 번들(115)은 각각 입구 O-링 리테이너(113)에 의해 위치된 입구 단부(114) 디스크(117)에서 종결되는 출구 단부(116)를 갖고 중간 분사기 하우징(130)에 의해 정위치에서 보유된 복수의 모세관 유동 경로(112)를 갖는 것으로 도시된다. 입구 리테이너(113)는 입구 단부(114)와 유체 연통하는 공급원(F)으로부터의 연료 유동에 대해 밀봉하는 고무 O-링(111)에 의해 정위치에 보유된다. 플라스틱 커플링(170)은 중간 분사기 하우징(130)에 입구 섹션(190)과 모세관 번들(115)의 입구를 부착한다. 일 바람직한 실시예에서, 모세관 번들(115)은 세라믹 슬리브(131)에 의해 둘러싸여진다.
개략적으로 도시된 열원(120)은 각각의 모세관 유동 경로(112)를 따라 배열된다. 바람직하게는, 각각의 열원(120)은 전기 저항성 재료의 튜브로부터 모세관 유동 경로(112)를 형성함으로써 제공되고, 각각의 모세관 유동 경로(112)의 일부는 후술하는 바와 같이 전류 공급원이 튜브에 접속될 때 가열기 요소를 형성한다. 명백한 바와 같이, 각각의 열원(120)은 충분한 수준으로 각각의 모세관 유동 경로(112)의 액체 연료를 가열하도록 작동 가능하여, 오리피스(152)의 출구에서 급속 기화가 발생하고, 오리피스(152)에서 사실상 기화된 연료의 흐름을 야기한다.
도1의 실시예에 도시된 바와 같이, 모세관 번들(115)은 하나 이상의 박형 벽을 갖는 모세관 유동 경로(112)로 구성될 수 있다. 이러한 실시예에서, 이들은 약 0.07 ㎝(약 0.028 내지 0.029 인치)의 내경과 약 0.08 ㎝(0.032 인치)의 외경을 갖는다. 모세관 유동 경로(112)는 스테인리스강 또는 어닐링된 (니켈 코포레이션사의 등록상표인) 인코넬(InconelTM) 600 튜브로 구성될 수 있고 각각의 튜브는 약 3.17 ㎝(1.25 인치) 내지 약 6.35 ㎝(2.50 인치)의 가열 길이(120)를 갖는다. 전류가 모세관 번들(115)로 공급될 때, 각각의 모세관 경로(112)의 가열 공급원(120)은 뜨거워진다. 그 다음에 가열되고 가압된 연료는 밸브가 개방될 때 오리피스(152)에 걸쳐 순간적인 압력 강하의 결과로써 급속 기화 하에 놓여지게 된다.
일반적으로, 번들(115)의 바람직한 버전은 0.074 ㎝(0.029 인치)의 내경과 0.08 ㎝(0.032 인치)의 외경을 갖고 5.1 ㎝(2.00 인치)의 가열 길이를 갖는 18/8 스테인리스강(AISI Type 304)의 4개의 튜브를 포함한다. 4개의 번들용의 최적의 전력 수준은 100 내지 150 mg/sec의 평균 연료 유동 당 90 내지 120 와트의 범위이다. 세라믹 튜브(131)는 번들(115)을 둘러싸는 0.22 ㎝(0.085 인치)의 내경과 0.26 ㎝(0.104 인치)의 외경을 갖는 94 % 알루미나로 제조된다. 이러한 성분은 모 세관 튜브용으로 전기적 및 열적인 절연을 제공하지만, 주 목적은 하우징(130)으로부터의 전기적인 절연을 제공하는 것이다.
다시 도5를 참조하면, 낮은 질량의 볼 밸브 조립체(144)는 솔레노이드(128)에 의해 작동된다. 솔레노이트(128)는 임의의 종래의 방식으로 전기 커넥터에 접속될 수 있는 코일 권선(132)을 갖는다. 코일 권선(132)이 활성화될 때, 자기장이 볼(140)에 접속된 플레이트(146)를 통해 지시되어 원추형 밀봉 표면(142)으로부터 이를 상승시키고, 오리피스(152)를 노출시키고, 연료가 유동하도록 한다. 코일 권선(132)으로부터 전기가 차단될 때, 스프링(도시안됨)은 플레이트(146)와 이에 부착된 볼(140)을 원래 위치로 복귀시킨다. 스프링은 분사기 출구의 원추형 단면에 대해 볼을 밀어내는 스프링의 힘이 분사기의 가압된 액체 연료의 유동을 차단하는데 충분하도록 치수가 정해진다.
대체 실시예에서, 솔레노이드 요소(도시 안됨)는 솔레노이드 요소에 연결된 수 있는 볼(140)을 상승시키도록 코일 권선(132)의 중심으로 빠져나갈 수 있다. 코일 권선(132)에 전기를 인가함으로써 야기되는 솔레노이드 요소의 이동은 원추형 밀봉 표면(142)으로부터 볼(140)이 빠져나가도록 하고, 오리피스(152)를 노출시키고, 연료가 유동하도록 한다. 다시, 코일 권선(132)으로부터 전기가 차단될 때, 스프링(도시 안됨)은 볼(140)을 원래 위치로 복귀시킨다.
모세관 경로(112)의 출구 단부(116)에서 빠져나가면서, 연료 유동은 연료 분사기(100)의 볼-인-밸브 조립체(144)쪽으로 지시된다. 종래의 연료 분사기와 같이, 계측 섹션(150)은 솔레노이드 작동식 볼-인-코어 계측 밸브 조립체(144)로 구 성된다. 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 플레이트(146)와 볼(140) 조립체를 이동시키기 위한 솔레노이드(128)의 작동은 분사기(100)를 빠져나가는 연료의 유동을 계측하도록 한다. 오리피스(152)로부터 빠져나가면서, 연료는 사실상 액체 연료 분무의 경우에 분무 각도와 바람직한 분무를 생성하도록 원추형 침니 섹션(160)을 통해 유동한다. 원추의 각도는 볼이 원추 표면을 갖는 밀봉부를 형성하도록 제공되는 넓은 범위의 값에 걸쳐있을 수 있다. 침니 섹션(160)은 또한 분사기가 종래의 포트 연료 분사기의 전체 길이 요구사항을 만족시키도록 제공된다. 명백한 바와 같이, 분사기(100)의 적절한 작동은 침니 섹션(160)의 포함없이 가능하다.
열원(120)을 제공하기 위해 모세관 번들(115)에 전기 접속을 달성하는 바람직한 방법은 모세관(112)에 납땜되거나 다르게 전기적으로 접속된 O-링 리테이너(113)와 금속 디스크(117)를 이용하는 것이다. 와이어가 디스크(117)에 전기 접촉을 달성하는 중간 분사기 하우징(130)에 부착되고, 다른 와이어가 O-링 리테이너에 부착된다.
도6은 모세관 연료 분사기(100)의 동일 치수의 외측 도면을 도시한다. 도5에 도시된 솔레노이드(128)에 접속되는 와이어(146)와 모세관 번들(115)에 접속되는 와이어(174)는 스페이드형 러그에서 종결된다. 개별 커넥터 본체들이 이용되고 분사기 하우징(180)에 대략 90도 각도로 배치된다. 따라서, 모세관 가열기는 연료 분사기 볼 밸브를 작동시키는 솔레노이드의 무력화없이 플러그를 접속 해제시킴으로써 물리적으로 접속 해제될 수 있다.
결론적으로, 모세관 연료 분사기는 일시적인 연료 공급 지체를 감소시키기 위해 상이한 엔진에 의해 다수의 방식으로 이용될 수 있다. 광범위한 엔진의 크기 및 설계가 있기 때문에, 각각은 상이하게 최적화될 수 있다. 그러나, 거의 모든 경우에서 엔진 성능의 소정의 유용한 개선을 제공하기 위해 수월하게 되어야 한다.
특정 설계를 이용하는 모세관 연료 분사기의 원리가 설명되었지만, 연료를 운반하기 위한 저항 튜브를 이용하는 것만 가능하지 않다는 것이 이해될 것이다. 동일한 결과가 가열 연료가 포트 연료 분사기 노즐을 이탈함으로써 급속 기화가 발생하는 가압 연료 공급원을 신속하게 가열하는 임의의 방법에 의해 얻어질 수 있다.

Claims (20)

  1. 연료 소스에 의해 연료를 공급받으며 각각이 입구 단부 및 출구 단부를 갖는 연료분사기들(fuel injectors)과, 연료가열기들을 갖는 연료 상태조절기(fuel conditioner)를 구비하는 불꽃 점화 내연기관에서 사용하기 위한 가속/감속 순시변화 콘트롤러로서,
    상기 연료가열기들 각각은 상기 연료분사기들 각각의 상기 입구 단부와 상기 출구 단부 사이에 제공되고, 상기 연료가열기들 각각은 순시변화(transients)를 감소시키기 위한 변형 전자제어유닛에 의해 제어되고,
    상기 연료 상태조절기의 상기 연료가열기들 각각은, 모세관 벽을 따라 전류를 흘림으로써 가열되어 25μm 이하의 사우터 평균 지름(Sauter Mean Diameter)을 갖는 액적 크기의 증기화된 연료를 만드는 배관(tubing)으로 만들어진 하나 이상의 모세관들로 구성되는 것을 특징으로 하는 가속/감속 순시변화 콘트롤러(acceleration/deceleration transient controller).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 배관은 스테인레스 스틸 배관이며, 0.08cm의 외경과 0.07cm의 내경, 그리고 5.0cm의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 가속/감속 순시변화 콘트롤러.
  3. 제1항에 있어서, 상기 연료 상태조절기들은 급속 기화(flash vaporization)를 발생시키기에 충분한 열을 제공하는 것을 특징으로 하는 가속/감속 순시변화 콘트롤러.
  4. 제3항에 있어서, 상기 연료 상태조절기들은 세라믹 외장(ceramic sheath)으로 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는 가속/감속 순시변화 콘트롤러.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 변형 전자제어유닛은 생산 배기가스 산소 레벨 센서(output exhaust oxygen level sensor)에 연결되고, 화학량론으로부터의 편차(deviation from stoichiometry)가 임계값을 초과할 때를 계산하는 논리소자들(logic elements)을 포함하며, 상기 임계값을 초과하는 경우 상기 연료 가열기들을 턴온시키는 것을 특징으로 하는 가속/감속 순시변화 콘트롤러.
  6. 제5항에 있어서, 상기 변형 전자 제어 유닛은 엔진 부하가 부분 부하(part load)보다 더 클 때를 계산하고, 상기 부분 부하보다 더 큰 경우 상기 연료 가열기들을 불능화하는 회로를 더 구비하는 하는 것을 특징으로 하는 가속/감속 순시변화 콘트롤러.
  7. 제4항에 있어서, 상기 변형 전자 제어 유닛은 가속기 페달 센서(accelerator pedal sensor)와, 페달 속도가 임계값을 초과할 때 상기 연료 가열기들을 턴온하는 논리소자들에 연결되는 것을 특징으로 하는 가속/감속 순시변화 콘트롤러.
  8. 연료 소스에 의해 연료를 공급받으며 각각이 입구 단부 및 출구 단부를 갖는 연료분사기들(fuel injectors)과, 연료가열기들을 갖는 연료 상태조절기(fuel conditioner)를 구비하는 불꽃 점화 내연기관에서 가속/감속 순시변화 응답을 제공하는 방법으로서,
    상기 연료가열기들 각각은 상기 연료분사기들 각각의 상기 입구 단부와 상기 출구 단부 사이에 제공되고, 상기 연료가열기들 각각은 순시변화(transients)를 감소시키기 위한 변형 전자제어유닛에 의해 제어되고,
    상기 방법은,
    (1) 엔진 파라미터들을 감지하고, 분사기 코일 펄스폭을 조절하는 단계;
    (2) 배기가스 산소레벨 센서가 임계값을 넘는 희박(lean) 또는 농후(rich) 상태 중 어느 하나를 나타내는지 여부를 결정하는 단계;
    (3) 상기 희박 또는 농후 상태 중 어느 하나를 나타내는 것으로 결정된 경우에, 상기 연료 가열기들을 턴온시키는 단계를 구비하며,
    상기 연료 상태조절기들의 상기 연료가열기들 각각은, 모세관 벽을 따라 전류를 흘림으로써 가열되어 25μm 이하의 사우터 평균 지름(Sauter Mean Diameter)을 갖는 액적 크기의 증기화된 연료를 만드는 배관(tubing)으로 만들어진 하나 이상의 모세관들로 구성되는 것을 특징으로 하는 가속/감속 순시변화 응답을 제공하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 배관은 스테인레스 스틸 배관이며, 0.08cm의 외경과 0.07cm의 내경, 그리고 5.0cm의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 가속/감속 순시변화 응답을 제공하는 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 연료 상태조절기들은 급속 기화(flash vaporization)를 발생시키기에 충분한 열을 제공하는 것을 특징으로 하는 가속/감속 순시변화 응답을 제공하는 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 연료 상태조절기들은 세라믹 외장(ceramic sheath)으로 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는 가속/감속 순시변화 응답을 제공하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 단계 (2)에서 산소의 희박(lean) 및 농후(rich)를 판단하는 상기 임계값은 같지 않은 것을 특징으로 하는 가속/감속 순시변화 응답을 제공하는 방법.
  13. 제8-12항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    (a) 부분 부하에 비해 연료 수요가 임계값보다 더 큰지 여부를 결정하는 단계; 및
    (b) 더 큰 것으로 결정된 경우, 상기 연료 가열기들을 턴온하는 것을 불능화시키(disabling)는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 가속/감속 순시변화 응답을 제공하는 방법.
  14. 가속 페달에 의해 제어되는 스로틀(throttle) 밸브와, 연료 소스에 의해 연료를 공급받으며 각각이 입구 단부 및 출구 단부를 갖는 연료분사기들(fuel injectors)과, 연료가열기들을 갖는 연료 상태조절기(fuel conditioner)를 구비하는 불꽃 점화 내연기관에서 가속/감속 순시변화 응답을 제공하는 방법으로서,
    상기 연료가열기들 각각은 상기 연료분사기들 각각의 상기 입구 단부와 상기 출구 단부 사이에 제공되고, 상기 연료가열기들 각각은 순시변화(transients)를 감소시키기 위한 변형 전자제어유닛에 의해 제어되고,
    상기 방법은,
    (1) 엔진 파라미터들을 감지하고, 분사기 코일 펄스 폭을 조절하는 단계;
    (2) 상기 스로틀 밸브를 개방시키는 방향으로의 페달위치의 변화율이 사전설정된 값을 초과하는지 여부를 결정하는 단계;
    (3) 초과하는 것으로 결정되는 경우, 상기 연료 가열기들을 턴온시키는 단계를 구비하며,
    상기 연료 상태조절기들의 상기 연료가열기들 각각은 모세관 벽을 따라 전류를 흘림으로써 가열되어 25μm 이하의 사우터 평균 지름(Sauter Mean Diameter)을 갖는 액적 크기의 증기화된 연료를 만드는 배관(tubing)으로 만들어진 하나 이상의 모세관들로 구성되는 것을 특징으로 하는 가속/감속 순시변화 응답을 제공하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 배관은 스테인레스 스틸 배관이며, 0.08cm의 외경과 0.07cm의 내경, 그리고 5.0cm의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 가속/감속 순시변화 응답을 제공하는 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 연료 상태조절기들은 급속 기화(flash vaporization)를 발생시키기에 충분한 열을 제공하는 것을 특징으로 하는 가속/감속 순시변화 응답을 제공하는 방법.
  17. 제14-16항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 연료 상태조절기들은 세라믹 외장(ceramic sheath)으로 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는 가속/감속 순시변화 응답을 제공하는 방법.
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