KR100881467B1 - 가변형 밸브 작동장치가 구비된 과급형 엔진 제어전략 - Google Patents

Abstract

과급기(32)는 디젤엔진(10)에 흡기 매니폴드 부스트를 생성한다. 과급기(32)가 부스트를 증가시키기 위하여, 엔진 작동사이클과 연관되어 배기밸브 개방이 점증지연되며; 엔진 연료공급은 증가된 부스트와 연관되어 증가되며; 상기 배기밸브 개방의 점증지연 및 엔진 연료공급 증가로 인한 압축기(38)의 초기 서어징에 응답하여, 압축형 차아지 에어가 흡기 매니폴드(14)로부터 블리딩되어, 초기 서어징을 상쇄시키므로써 심각한 과급기(38) 서어징을 피한다.

과급기, 서어징, 배기가스, 터빈, 매니폴드, 블리드, 배기밸브

Description

가변형 밸브 작동장치가 구비된 과급형 엔진 제어전략{CONTROL STRATEGY FOR TURBOCHARGED ENGINE HAVING VARIABLE VALVE ACTUATION APPARATUS}

본 발명은 가변형 밸브 작동부가 구비된 자동차를 추진하기 위한 과급된 디젤엔진에 관한 것으로서, 특히 디젤엔진 배기 스모그 등과 같이 테일파이프 방출물에 바람직스럽지 않은 결과를 초래하지 않고, 과급기 부스트가 비교적 낮은 저속 엔진에서 엔진 토오크를 증가시키는 제어전략에 관한 것이다.

과급기는 내연기관의 과급에 사용되는 장치이다. 과급기에 의해 과급되는 디젤엔진은 때로는 과급형 디젤이라고도 불리워진다. 과급기는 엔진 배기가스에 의해 구동되며, 축과 결합되어 압축기의 후방에서 엔진 흡기시스템의 압력을 높이는 터빈을 포함한다. 부스트(boost)는 터빈 동작을 제어하면 제어될 수 있다.

터빈 동작의 제어 전략은 특정한 형태의 과급기를 고려할 필요가 있다. 어떤 형태의 과급기는 가변적인 형상이나 가변형 노즐을 갖는, 즉 과급기를 흐르는 배기가스가 터빈과 상호작용되는 방식을 변경할 수도 있다. 가동 베인은 선택적으로 위치되어, 터빈과의 배기가스 상호작용 특성을 제어한다. 과급기는 전기제어부를 가동 베인과 결부시키기 위한 전자기계식 작동기를 포함한다. 상기 작동기는 전기제어부로부터의 제어신호에 따라 베인위치를 설정하는 솔레노이드를 포함한다. 상기 제어신호는 필요로 하는 제어전략에 따라 전개된다.

터빈으로부터 배기가스를 분배하는 웨이스트 게이트 밸브의 개방도를 제어하므로써, 웨이스트 게이트형 과급기는 터빈과 상호작용하는 배기가스의 비율을 제어한다. 상기 웨이스트 게이트 밸브는 제어신호가 인가되는 전기작동기에 의해 작동된다.

과급기는 일반적으로 엔진성능을 개선하기 위한 장치인 것으로 여겨진다. 과급기 압축기가 충분한 부스트를 발휘하여 저속 엔진의 성능을 개선하는데 일조하기에는, 엔진이 저속일 때 과급기의 터빈상에서 작동가능한 엔진 배기가스의 양이 통상적으로는 불충분하기 때문에, 과급기는 일반적으로 높은 엔진속도용으로 설계되고 있다.

그러나, 이러한 과급 디젤엔진 특히, 가변형 밸브 타이밍을 갖는 엔진은 엔진 배기가스의 스모그 등의 테일파이프 방출물에 바람직하지 않은 결과를 초래하지 않고 증가된 저속 토오크를 전개할 수 있다. 이러한 개선은 엔진 작동사이클중 엔진 배기밸브가 개방되는 시간과, 엔진 연소의 연결제어에 의해 달성된다. 일반적으로, 상기 연결 제어는 연소실에서 필요로 하는 에어-연료 비율을 유지하기 위해 연소를 증가시킬동안 배기밸브의 개방을 지연시키는 단계를 포함한다. 이러한 개선은 테일파이프 방출물에 심각한 악영향을 미치지 않고, 엔진의 저속작동시 엔진 토오크를 상당히 증가시킬 수 있다.

디젤엔진의 연소실로부터의 연소배출물 배출단계는 다음과 같은 2가지 단계 즉, 개방된 배기밸브를 통해 배기가스 흐름을 유도할 정도로 배기가스 압력이 큰 블로우다운 단계(blow-down phase)와, 배기가스를 개방된 배기밸브 외부로 가압할 정도로, 가동형 엔진 메카니즘이 연소공간의 행정체적을 감소시키는 펌프아웃 단계(pump-out phase)를 포함한다. 상기 블로우다운 단계는 배기밸브를 개방하자마자 시작되지만, 펌프아웃 단계는 나중에 실행된다. 예를 들어, 피스톤이 하사점에 도착하기 전에 실린더내에서 동력 하향행정을 완료함에 따라, 만일 엔진 실린더용 배기밸브가 개방되면, 하사점 앞에서 블로우다운 단계가 시작될 것이다. 증가된 배기 흐름을 충분히 유도할 수 있을 정도로 압력이 강하될 때까지, 또는 상향행정 피스톤이 행정체적을 감소시켜 배기가스를 개방된 배기밸브로 가압하는 압력을 형성할 때까지, 피스톤의 배기 상향행정이 계속 발생된다. 실험에 따르면, 배기밸브 개방 타이밍을 지연시키면 특히 과급기가 엔진 성능의 개선에 그다지 효과적이지 않은 낮은 엔진속도에서, 과급기 작동에 바람직한 배기 블로우다운을 효과적으로 형성할 수 있는 것으로 나타났다.

본 발명의 이러한 원리는 배기밸브가 개방되었을 때 엔진 개방사이클 시간을 변경하는 단계를 포함하기 때문에, 엔진은 각각의 배기밸브를 위한 적절한 메가니즘을 가져야만 한다. 이러한 메카니즘의 실시예로는 작동기에 인가된 전기신호에 따라 배기밸브를 개폐시키는 전기작동기를 포함한다. 이러한 엔진은 특히, 엔진 흡기밸브가 전기작동기에 의해 제어되는 무캠형 엔진(camless engine)으로도 불리워진다. 양호한 전략이 요구될 때, 엔진사이클중 각각의 배기밸브의 개방 타이밍의 지연도 증가된다.

배기밸브 개방을 지연시키므로써, 실린더내 입자 연소시간도 증가되고, 이것은 입자 방출을 감소시키게 된다. 배기밸브 개방을 지연시키면 과급기 압축기로의 에너지 입력을 증가시키고 이에 따라 부스트 또한 증가되는 것으로 밝혀졌으며, 이러한 발견은 현존의 지식과는 다른 것으로 여겨진다. 부스트가 증가되고 스모그가 감소됨에 따라, 엔진 연료공급이 증가되어 엔진 토오크를 증가시키므로써, 부가의 연료공급이 테이파이프 방출에 악영향을 미치게 된다. 이러한 방식에서, 과급기는 그 성능 한계점에서 작동으로 가압되므로, 이에 따라 엔진은 종래 얻을 수 있었던 토오크보다 큰 토오크를 전개하게 된다.

그러나, 엔진 연료공급의 증가와 함께 배기밸브를 지연시키면 과급기 작동에 영향을 미치게 된다. 바람직하지 않은 결과로서, 과급기 압축기의 서어징(surging)이 발생할 수 있는데, 이러한 서어징에 의해 터빈에 작용하는 배기가스 흐름은 과급기를 가압하여 과급기가 그 성능한계점 이하로 작동되게 한다. 이러한 서어징을 피하기 위하여, 압축기의 초기 서어징시 압축기 출구의 블리드밸브가 작동되어 압축형 차아지 에어를 흡기 시스템으로 블리딩시켜 초기 서어징을 방지 또는 상쇄시킨다. 압축형 차아지 에어는 과급기 서어징 없이 흡기 매니폴드 압력을 증가시키는 방식으로 흡기시스템으로부터 블리딩된다. 과급기 서어징을 수반하지 않고 흡기 매니폴드 압력을 증가시킬 수 있는 능력으로 인하여, 저속 엔진 작동중일지라도, 과급기는 성능한계점에서 작동되거나 또는 성능한계점 근처에서 작동될 수 있으며; 또한, 작동의 관점에서 볼 때 엔진에서 본 발명의 원리를 실행하기 위하여, 일반적으로 저속용이 아닌 고속용으로 설계된 과급기의 기본적 구성 이 변형되거나 변경될 필요가 없다. 블리드밸브와 엔진 흡기시스템을 연합하여 압축형 차아지 에어를 흡기 시스템으로 블리딩시킬 수 있으며, 또한 부가적으로 센서가 사용되거나 엔진 제어처리기에 적절한 알고리즘을 사용할 수도 있다.

본 발명의 주요한 특징은 다양한 밸브 작동장치를 구비한 터보 엔진에서 배기밸브 개방을 제어하기 위한 신규한 전략에 관한 것이다. 엔진이 최고 토오크 속도 이하로 작동중일 때, 엔진 제어시스템은 배기밸브를 작동시키는 캠축을 구비한 엔진에서 실행될 때에 비해 엔진사이클시 늦은 시간에 배기밸브를 개방한다. 본 발명의 전략이 요구될 때, 엔진사이클 작동중 각각의 배기밸브의 개방 타이밍은 점증지연된다. 제어시스템의 배기밸브 개방 지연도는 엔진 속도, 엔진부하, 부스트, 제동 연료소모율(brake specific fuel consumption: BSFC), 차량가속도 등의 변수를 하나이상 포함하는 함수이다.

본 발명의 특징은 과급된 내연기관, 특히 밸브 작동이 가변형인 과급된 압축점화엔진 또는 디젤엔진에서의 신규한 전략에 관한 것이다. 서술되는 전략은 처리기를 기본으로 하는 제어에 의해 실행되며, 엔진 흡기시스템으로부터 압축형 차아지 에어의 블리딩을 제어하는 엔진 작동변수에 관한 데이터를 이용한다. 상기 데이터는 과급기의 압축기 출구에서 전기식 블리드밸브에 인가된 제어신호에 관한 데이터를 전개하는 처리기에 의해 실행되는 소프트웨어 알고리즘에 따라 처리된다. 제어된 블리딩은 배기밸브 개방 타이밍의 점증지연 및 이에 따른 연료공급의 증가에 의한 과급기의 초기 서어징을 연산한다.

본 발명의 또 다른 특징은 차아지 에어가 엔진의 흡기 매니폴드로 분배되는 흡기시스템과 과급기를 포함하는 내연기관에 관한 것으로서, 상기 과급기는 엔진으로부터의 배기가스에 의해 작동되어 흡기 매니폴드에 부스트를 제공하는 압축형 차아지 에어를 생성하는 압축기를 포함한다. 흡기 매니폴드로부터 압축형 차아지 에어의 일부를 블리딩하는 블리드는 과급기 압축기의 서어징을 유발하지 않고, 흡기 매니폴드 압력을 증가시킨다. 제어부는 엔진 작동사이클에 연관된 엔진 배기밸브의 개방과, 엔진 작동사이클에 연관된 연료공급과, 블리드를 제어한다. 간혹, 상기 제어부는 엔진 작동사이클과 연간된 배기밸브 개방을 점증지연시켜, 과급기가 흡기 매니폴드 압력을 증가시키게 하며, 흡기 매니폴드 압력의 증가에 따라 엔진 연료공급을 증가시키며; 상기 점증지연된 배기밸브 개방의 엔진 배기가스에 대한 영향에 따른 압축기의 초기 서어징과 엔진 연료공급의 증가에 응답하여, 블리드를 상기 압축기 서어징에 대응하도록 작동시킨다.

본 발명의 또 다른 특징은 상술한 바의 엔진 작동방법에 관한 것으로서, 엔진 작동사이클에 관련하여 배기밸브 개방이 점증 지연되어 과급기가 흡기 매니폴드 압력을 상승시키고, 흡기 매니폴드 압력의 증가와 관련하여 엔진 연료공급이 증가되며; 상기 점증지연된 배기밸브 개방의 엔진 배기가스에 대한 영향에 따른 압축기의 초기 서어징과 엔진 연료공급의 증가에 응답하여, 블리드는 상기 압축기 서어징에 대응하도록 작동된다.

본 발명의 다른 특징은 상술한 바와 같은 방법을 달성하기 위하여 엔진 제어처리기에 사용되는 소프트웨어 알고리즘에 관한 것이다.

본 발명의 기타 다른 목적과 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조한 하기의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

도1은 본 발명의 원리에 따른 엔진의 개략적인 다이아그램.

도2는 본 발명의 실행에 사용된 알고리즘의 흐름도.

도3은 본 발명을 이해하는데 사용되는 다양한 그래프.

도1은 차량을 구동시키는 내연기관(10)을 도시하고 있다. 이러한 차량은 동력전달열(powertrain)이 구비된 새시를 포함하는 트럭을 예로 들 수 있으며, 엔진(10)은 구동열을 통해 종동휘일에 작동가능하게 연결되어 차량을 구동시키는 연료분사형 과급 디젤엔진이다. 상기 엔진은 엔진 작동에 따라 배기밸브 개방 시간이 제어되는 가변형 밸브작동부를 포함한다.

엔진(10)은 차아지 에어가 엔진(10)의 흡기 매니폴드(14)로 분배되는 흡기시스템(12)을 포함한다. 상기 차아지 에어는 매니폴드(14)로부터 대응의 흡기밸브(18)를 통해 각각의 엔진 실린더(16)로 유입된다. 각각의 연료분사기(20)는 엔진 작동에 관련한 적절한 시간에 디젤 연료를 각각의 엔진 실린더에 분사한다. 엔진(10)은 엔진으로부터, 엔진 실린더내에서의 연소에 의해 생성된 배기가스를 이송하기 위한 배기시스템(22)을 포함한다.

상기 엔진(10)은 각각의 전기작동기에 전기신호를 인가하므로써 각각의 상시폐쇄형 흡배기밸브가 엔진 작동사이클의 적절한 시간에 개방되는, 무캠형 엔진이다.

디지탈 처리능력을 구비한 전자 엔진 제어부(30)는 엔진(10)과 연결되어 있다. 상기 제어부(30)는 프로그램된 알고리즘으로 여러 입력데이터 신호원으로부터의 데이터를 처리하여, 엔진(10)의 작동과 연간된 다양한 기능의 실행에 사용되는 신호용 데이터를 전개한다. 제어부(30)에 의해 처리된 데이터는 외부원(입력 변수)에서 제공되거나 및/또는 제어부(30)의 내부(국부적 변수)에서 생성된다. 상기 제어부(30)는 흡배기밸브 작동기를 작동시키는 신호나 연료분사기(20)를 작동시키는 신호를 위한 데이터를 전개한다.

엔진(10)의 과급은 배기시스템(22)에 연결된 터빈을 포함하는 과급기(32)에 의해 이루어지며, 상기 배기시스템은 축(36)을 거쳐 흡기시스템(12)에 연결된 압축기에 연결되어 있다. 압축기(38)는 엔진(10)으로부터의 배기가스에 의해 작동되며; 이러한 배기가스는 터빈(34)에서 작동하여, 압축형 차아지 에어를 생성하여 흡기 매니폴드(14)에 부스트를 제공한다.

블리드밸브(40)는 흡기시스템(12)에서 압축형 차아지 에어에 연결된 입구를 포함한다. 블리드밸브(40)는 예를 들어 압축기(38)의 출구에 장착된다. 상기 블리드밸브(40)는 블리드밸브의 개방도를 제어하는 전기작동기를 포함한다. 상기 작동기는 엔진 제어부(30)에 전기적으로 연결된다. 블리드밸브(40)가 개방되었을 때, 압축형 차아지 에어가 흡기시스템(12)으로부터 블리딩된다. 밸브의 개방도는 블리딩도(extent of bleeding)를 결정한다.

엔진 제어부(30)는 연료분사기(20)를 통한 엔진연료의 제어와 배기밸브(24)의 제어와 함께, 블리드밸브(40) 제어용 알고리즘을 실행시키는 소프트웨어 알고리 즘을 포함하고 있다. 상기 알고리즘은 도2에 도면부호 50으로 도시되어 있다.

알고리즘(50)이 실행되면, 도면부호 50으로 도시된 일련의 단계들이 실행되며, 그 첫번째 단계는 도면부호 52로부터 시작된다. 일단 시작단계가 작동되면, 엔진이 시동되며, 단계(54)는 (a)제어부(30)(ECU)가 ON 인지 즉, 작동되어 구동중인지의 여부와, (b)엔진이 최고 토오크 속도 이하로 작동되고 있는지의 여부를 결정한다. 만일 상기 두가지 조건(a 및 b)이 만족되지 않았다면, 배기밸브 개방 타이밍은 베이스라인(baseline)으로 설정되고(단계 55), 그후 단계(52 및 54)가 반복된다. 만일 상기 두가지 조건(a 및 b)이 만족되었다면, 단계(56)에서 ECU는 베이스라인 타이밍값과 관련하여 배기밸브(24)의 개방 타이밍을 지연시킨다. 알고리즘(50)의 실시예에서, 배기밸브 개방은 엔진사이클에서 베이스라인값으로부터 5°의 회전각만큼 지연된다.

단계(58)에서, 제어부는 배기밸브 개방 타이밍의 지연에 의해 증가된 부스트에 따라 엔진 연료공급을 제어한다. 연료공급의 증가에 의해 필요로 하는 연료-에어 비율이 유지된다. 알고리즘(50)의 단계(60)에서는 과급기(32)가 배기밸브의 개방지연에 의해 서어징을 시작하였는지의 여부를 결정한다. 만일 과급기가 서어징을 시작하지 않았다면, 알고리즘은 단계(54)로 복귀하며, 만일 조건(a 및 b)이 만족되었다면 단계(56, 58, 60)가 반복실행된다. 상기 두가지 조건(a 및 b)이 계속 만족되는한, 배기밸브 개방은 단계(56, 58)의 지속적인 반복에 의해 점증지연된다.

그러나, 결국 엔진이 시동된 후 배기밸브의 개방이 점증 지연에 의해 과급기에 초기 서어징(최초 서어징)이 유발될 것이다. 따라서, 단계(60)에서 과급기(32)가 서어징을 시작하였는지의 여부가 결정되면, 제어부(30)는 알고리즘(50)의 단계(62)에 도시된 바와 같이 밸브(40)를 개방하기 시작한다. 상기 밸브(40)는 초기에는 1증가분(one increment)만큼 개방된다. 초기 서어징이 상쇄되고 있는지의 여부를 결정하기 위하여, 단계(62)가 다시 실행된다. 만일 그렇지 않다면, 알고리즘은 단계(62)를 다시 실행하여, 밸브를 위한 제어신호에 부가의 증가분을 인가하여 밸브를 더욱 개방시킨다. 단계(60)에서 초기 서어징이 상쇄되었는지에 대한 여부가 결정될 때까지, 단계(62)가 지속적으로 반복되어 밸브(40)를 점증개방시킬 것이다.

이러한 결정이 이루어지면, 알고리즘은 단계(54)로 복귀한다.

도3은 공지의 과급기를 위한 압축기 속도맵의 실시예를 도시하고 있다. 서어징 라인(100)은 과급기의 안정 작동영역(102)과 불안정 작동영역(104)을 분리한다. 영역(102)내에서는 제공된 3개의 변수 즉, 압력비, 감소된 질량 유동비, 및 속도 사이의 공지의 관계를 나타내고 있다. 과급기는 도면부호 106으로 도시된 작동점에서 안정하게 작동하는 것으로 가정한다. 만일 배기밸브의 개방이 점증지연되거나 및/또는 엔진 연료공급이 완전 연료공급 한도 이상으로 증가된다면, 압력비는 엔진이 필요로 하는 에어 흐름 보다 빨리 증가될 것이다. 그 결과, 과급기 작동점은 라인 세그먼트(108)를 따라 점(106)으로부터 서어징 라인(100)을 향해 이동한다. 배기밸브의 개방이 점증지연되거나 및/또는 엔진 연료공급이 지속적으로 증가될 때, 엔진 작동점은 서어징 라인을 횡단하는 라인 세그먼트(110)를 따라 이동하여 작동영역(104)에 진입할 것이다. 따라서, 과급기는 작동점이 점(112)에서 서어징 라인을 횡단하여 이동함에 따라 서어징되기 시작될 것이다. 흡기시스템(12) 으로부터 블리드밸브(40)를 통해 압축형 차아지 에어의 일부를 블리딩함에 따라, 작동점은 서어징 라인(110)을 따르는 대신에 라인 세그먼트(114)를 따라 안정 작동영역(102)으로 복귀될 수 있다. 이러한 방식으로, 압축기 서어징 없이 흡기 매니폴드 압력을 더욱 증가시키기 위하여, 압축형 차아지 에어는 흡기시스템으로부터 블리딩된다. 그 결과, 점(112)에 비해 증가된 압력비 및 질량 유동비에서 과급기 안정성이 달성된다.

도4는 엔진 크랭크축 회전도로 측정하였을 때, 배기밸브가 개방되기 시작하는 엔진 사이클 시간에 대한 블리드밸브 개방도와의 관계를 나타내는 선(120)을 도시하고 있다. 또한 도4에는 배기밸브의 개방이 점증지연될 때, 과급기 서어징을 방지하기 위해 보다 많은 압축형 차아지 에어가 밸브를 통해 블리딩되어야 한다는 것을 도시하고 있다. 상기 선(120)은 과급기 서어징을 방지하는데 필요한 배기밸브 개방 시작의 함수로서, 블리드를 위한 최소한의 유동면적을 나타낸다. 배기밸브 개방 지연이 실린더내의 가스압축으로 인해 엔진 펌핑손실을 유발한다 하더라도, 만일 밸브 개방이 충분히 지연되어 펌프아웃 상태가 배기가스에 효과적인 것으로 된다면, 이러한 가스들은 배기시스템으로 유입된 후 과급기를 통과하여 테일파이프를 향할 때 터빈(34)에서 증가된 효율을 가질 것이다.

도5는 엔진 크랭크축 회전도로 측정하였을 때, 배기밸브가 개방되기 시작하는 엔진 사이클 시간에 대한 에어-연료 비율의 관계를 나타내는 선(130)을 도시하고 있다. 또한 도5는 배기밸브가 개방되기 시작하는 시간에 대한 스모그의 관계를 도시한 선(132)을 도시하고 있다. 도5에 따르면, 배기밸브 개방 시작의 점증지연 으로 생성된 과급기 부스트의 증가에 의해, 에어-연료비율이 증가하고, 스모그는 감소하는 것으로 도시되어 있다.

도6은 엔진 크랭크축 회전도로 측정하였을 때, 배기밸브가 개방되기 시작하는 엔진 사이클 시간에 대한 제동 연료소모율(BSFC)의 관계를 나타내는 선(140)을 도시하고 있다. 또한, 도6은 배기밸브가 개방되기 시작하는 시간에 대한 엔진 토오크 사이의 관계를 나타내는 제2선(142)을 도시하고 있다. 도6에 따르면, 도5에 도시된 사용가능한 장점은 엔진 펌핑손실의 증가로 인한 엔진 토오크의 감소 및 연료소모의 증가를 희생하고 얻은 것이다.

그러나, 스모그의 감소로 인하여, 엔진내로 부가의 연료공급이 이루어진다. 도7 내지 도9에서 6개의 선(150, 152, 160, 162, 170, 172)은 엔진 크랭크축 회전도로 측정하였을 때, 배기밸브가 개방되기 시작하는 엔진 사이클의 시간에 대한 엔진 토오크와, 과급기 속도와, 에어 유동비와, 스모그와, 동력 출력과, 테일파이프 또는 배기관 및 온도와의 상관관계를 도시하고 있다. 이러한 상관관계들은 동일한 고정된 연료공급을 위해 제공된다. 이들은 베이스라인으로부터 배기밸브 개방의 개시지연이 토오크를 과급기 속도증가점 이상으로 증가시킨다는 것을 나타내고 있다. 따라서, 토오크는 과급기 속도가 지속적으로 증가함에 따라 작아지게 된다.

배기밸브 개방이 점증지연됨에 따라 토오크가 증가되기 시작하는 시점에서, 배기 에너지는 과급기에 의해 보다 효과적으로 사용되어, 과급기 속도를 더욱 증가시킨다. 최종적으로 증가된 부스트는 에어 유동비를 증가시킨다. 배기밸브가 개방되기 전에 실린더내 연소시간 증가 및 에어 유동비의 높아짐에 따라 스모그가 감 소된다.

도10에는 연료 과잉공급 백분율의 함수로서 엔진 토오크를 나타내는 선(180)과, 배기밸브 개방 시작이 점증지연될 때 연료 과잉공급 백분율의 함수로서 스모그를 나타내는 선(182)이 도시되어 있다. 베이스라인 스모그와 동일한 스모그 방출일 때, 도10에 따르면 지연으로 30% 이상의 연료가 엔진에 부가되어, 엔진 토오크의 증가를 유발한다.

도11은 배기밸브 개방개시의 타이밍이 다른 4가지 경우에 대해, 배기압력-엔진 크랭크축각을 도시한 4개의 궤적(190, 192, 194, 196)을 도시하고 있다. 상기 궤적(190)은 기준 타이밍에 대한 배기압력-엔진 크랭크축각을 도시하고 있으며, 궤적(192)은 어드밴스드 타이밍시 배기압력-엔진 크랭크축각을 도시하고 있으며, 궤적(194)은 지연 타이밍시 배기압력-엔진 크랭크축각을 도시하며, 궤적(196)은 과지연 타이밍시 배기압력-엔진 크랭크축각을 도시하고 있다.

실린더내로부터의 배기과정은 블로우다운 및 상술한 펌프아웃 상태인 것으로 가정한다. 타이밍이 기준 타이밍으로부터 어드밴스드된 경우, 궤적(192)과 궤적(190)을 비교하여 도시한 바와 같이, 배기가스에는 에너지가 부가되고, 이에 따라 과급기 속도가 증가한다. 압력이 이미 증가하고 있는 배기 압력펄스의 상승 엣지에 에너지가 부가되기 때문에, 과급기에 대한 에너지 사용은 효율이 낮다. 에너지는 엔진으로부터 취해지며, 따라서 엔진 토오크가 감소된다.

궤적(194)과 궤적(190)을 비교하여 도시한 바와 같이, 타이밍이 기준 타이밍 보다 지연될 때에는 블로우다운 상태로부터 펌프아웃 상태 까지 배기 압력에서 완 만한 천이부가 나타난다. 과급기에 있어서, 이것은 배기에너지의 효율적인 사용을 의미한다. 또한, 배기밸브 개방개시의 지연은 배기행정으로의 블로우다운을 지연시키기 때문에, 엔진 실린더내에서 상향행정하는 피스톤은 블로우다운 주기에서 압력강하를 누그러뜨린다. 엔진에 있어서, 이것은 피스톤이 높은 가스압력으로 작용할 때 부가의 펌핑손실을 의미한다. 그럼에도 불구하고, 팽창 동작시의 이득이 펌핑손실 보다 중요하므로, 토오크 출력이 증가되어 결국 최소한의 BSFC에서 최대한의 토오크 출력을 위해 최적의 배기밸브 개방 개시를 표시하는 정점에 도달하게 된다. 터빈에 있어서, 이것은 도7 내지 도9에 도시된 바와 같이 과급기의 속도증가와 부스트 압력 및 흡기 유동비를 유발하는 부가의 에너지를 의미한다.

궤적(196)과 궤적(190)을 비교하여 도시한 바와 같이, 타이밍이 기준 타이밍에 비해 과지연되었을 때, 펌핑손실이 작동시 이득보다 중요하며, 엔진 토오크는 강하되기 시작한다. 과급기 속도가 계속 증가됨에 따라, 흡기 유동비도 증가된다. 이것은 엔진에 대한 펌핑손실이 배기에 가해지는 에너지로 되어 궤적(196)에서 넓고 높은 배기압력 배기압력 펄스로서 반영되기 때문이다. 불충분한 흡기 에어 질량으로 인해 낮은 엔진 속도를 제한하는 스모그 때문에, 배기밸브 개방개시의 과지연은 보다 많은 에어를 제공하게 되고, 따라서 토오크를 개선하기 위해 다량의 연료 과잉공급을 허용하게 된다. 다시 말하면, 과지연으로 토오크 개선을 위한 포텐셜은 없지만, 상술한 바와 같이 BSFC를 최소한으로 유지하면서 최대 토오크를 위한 최적의 지연과 비교하였을 때, 이러한 토오크 이득은 BSFC의 증가에 의해 달성된다.

본 발명은 양호한 실시예를 참조로 서술되었기에 이에 한정되지 않으며, 본 기술분야의 숙련자라면 첨부된 청구범위로부터의 일탈없이 본 발명에 다양한 변형과 수정이 가해질 수 있음을 인식해야 한다.

Claims (13)

1. 과급기를 포함하며, 차아지 에어가 엔진의 흡기 매니폴드로 분배되는 흡기 시스템과,

   압축형 차아지 에어의 일부를 블리딩하는 블리드와,

   상시개방되어 배기가스를 엔진 연소실로 배출하는 배기밸브와,

   엔진 작동사이클과 관련하여 배기밸브의 개방과 엔진의 연료공급을 제어하고 상기 블리드를 제어하는 제어부를 포함하며,

   상기 과급기는 압축형 차아지 에어를 흡기 매니폴드로 분배하기 위해 엔진으로부터의 배기가스에 의해 작동되는 압축기를 포함하며; 상기 제어부는 흡기 매니폴드의 압력을 증가시키기 위해 엔진 작동사이클과 관련하여 배기밸브 개방을 점증지연시키고; 상기 흡기 매니폴드의 압력증가에 관련하여 엔진 연료공급을 증가시키며; 상기 배기밸브 개방의 점증지연 및 엔진 연료공급 증가로 인한 압축기의 초기 서어징에 응답하여, 압축기 서어징을 상쇄시키도록 블리드를 작동시키는 것을 특징으로 하는 내연기관.
2. 제1항에 있어서, 상기 압축기는 압축형 차아지 에어가 흡기 매니폴드로 분배되는 출구를 포함하며, 상기 블리드는 압축기 차아지 에어를 분배부로부터 흡기 매니폴드로 블리딩하기 위해 압축기 출구에서 전기적으로 제어되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
3. 제1항에 있어서, 엔진 작동사이클은 압축 점화 작동사이클을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관.
4. 제1항에 있어서, 상기 제어부는 배기밸브 개방지연이 증가됨에 따라 압축기가 서어징을 시작하지 않는 경우, 엔진 작동사이클에서 일정한 개방도로 배기밸브 개방지연을 증가시키고 일정한 양만큼 엔진 연료공급을 증가시키는 알고리즘에 따라 작동되는 것을 특징으로 하는 내연기관.
5. 제4항에 있어서, 상기 알고리즘은 이미 증가된 연료공급에 응답하여 압축기가 서어징을 시작하지 않는 경우, 엔진 연료공급을 증가시키는 것을 특징으로 하는 내연기관.
6. 제5항에 있어서, 상기 알고리즘은 엔진 연료공급이 계속 증가함에 따라 압축기가 서어징을 시작하는 경우, 블리드를 작동시켜 압축형 차아지 에어의 블리딩을 증가시키는 것을 특징으로 하는 내연기관.
7. 제6항에 있어서, 상기 알고리즘은 엔진 연료공급이 계속 증가함에 따라 압축기 서어징이 정지될 때까지 블리드를 작동시켜 압축형 차아지 에어의 블리딩을 증가시키는 것을 특징으로 하는 내연기관.
8. 과급기를 포함하며, 차아지 에어가 엔진의 흡기 매니폴드로 분배되는 흡기 시스템과, 압축형 차아지 에어의 일부를 블리딩하는 블리드와, 통상적으로는 개방되어 있지만 배기가스를 엔진 연소실로 배출하는 배기밸브와, 엔진 작동사이클과 관련하여 배기밸브의 개방과 엔진의 연료공급을 제어하고 블리드를 제어하는 제어부를 포함하며; 상기 과급기는 압축형 차아지 에어를 흡기 매니폴드로 분배하기 위해 엔진으로부터의 배기가스에 의해 작동되는 압축기를 포함하는 내연기관의 작동방법에 있어서,

   흡기 매니폴드의 압력을 증가시키기 위해 엔진 작동사이클과 관련하여 배기밸브 개방을 점증지연시키는 단계와,

   상기 흡기 매니폴드의 압력증가에 관련하여 엔진 연료공급을 증가시키는 단계와,

   상기 배기밸브 개방의 점증지연 및 엔진 연료공급 증가로 인한 압축기의 초기 서어징에 응답하여, 압축기 서어징을 상쇄시키도록 블리드를 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관 작동방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 블리드 작동단계는 압축형 차아지 에어가 분배부로부터 흡기 매니폴드로 블리딩되도록, 압축기 출구에서 전기적으로 제어되는 밸브의 개방도를 제어하는 것을 특징으로 하는 내연기관 작동방법.
10. 제8항에 있어서, 엔진 작동사이클은 압축점화 작동사이클을 포함하며; 과급기로 하여금 흡기 매니폴드 압력을 증가시키도록 엔진 작동사이클과 관련하여 배기밸브 개방을 점증지연시키는 단계는, 엔진 작동사이클에서 일정한 개방도로 배기밸브 개방지연을 증가시키는 단계를 포함하며; 흡기 매니폴드의 압력증가에 따라 엔진 연료공급을 증가시키는 단계는, 배기밸브 개방지연의 증가에 응답하여 압축기가 서어징을 시작하지 않는 경우, 일정한 양만큼 엔진 연료공급을 증가시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관 작동방법.
11. 제10항에 있어서, 이미 증가된 연료공급에 응답하여 압축기가 서어징을 시작하지 않는 경우 엔진 연료공급을 계속 증가시키는 단계를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관 작동방법.
12. 제11항에 있어서, 엔진 연료공급이 계속 증가함에 따라 압축기가 서어징을 시작하는 경우, 압축형 차아지 에어의 블리딩을 증가시키기 위해 블리드를 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관 작동방법.
13. 제12항에 있어서, 엔진 연료공급의 계속적인 증가에 응답하여 압축기가 서어징을 시작하는 경우 압축형 차아지 에어의 블리딩을 증가시키기 위해 블리드를 작동시키는 단계는, 엔진 연료공급의 계속적인 증가에 응답하여 시작되는 압축기 서 어징이 정지될 때까지, 압축형 차아지 에어의 블리딩을 증가시키는 블리드 작동단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연기관 작동방법.

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