KR101007495B1 - 내연 기관의 작동 방법 - Google Patents

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유.에스. 인바이론멘탈 프로텍션 에이전씨
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Abstract

본 발명은, 흡입 대기가 적어도 하나의 압축기(19)를 통해 통로에 의해 고압으로 여압되고 그 후에 내연 기관(22)으로 도입되는, 내연 기관(22)의 작동 방법을 제공한다. 또한, 연료는 목표값에 근접한 연소 온도에서 급기와의 혼합물을 연소시키기 위해 내연 기관(22)으로 도입된다. 예컨대 가속 페달 하강과 같은 토크 요구량을 포함하는 다양한 기관 작동 매개 변수가 검출되고, 여압은 연소 온도를 대략 목표값, 즉 2100°K 미만으로 유지하도록 검출된 토크 요구량의 변화에 비례하는 방식으로 변경된다.

Description

내연 기관의 작동 방법{CONTROLLED TEMPERATURE COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 내연 기관으로부터의 질소 산화물 및 PM의 배출물의 감소에 관한 것이다. 적용 분야는 주로 자동차용 내연 기관이지만, 본 발명은 발전 플랜트를 포함하는, 화학 연료의 연소를 이용하는 다른 에너지 변환 "기관"에서도 이용될 수 있다.
자동차의 이용 증가는 질소 산화물 및 미립자 물질과 같은 대기의 오염 물질의 존재를 증가시켜서, 이러한 배출물의 상당한 감소를 위한 요구가 증대되고 있다.
종래의 가솔린 엔진은 일반적으로 연소 챔버 내로 도입되는 연료와 급기(charge-air)의 혼합물을 제공하는 급기 스로틀링(throttling) 및 흡입 포트 연료 분사로 동작한다.
본원에서 사용되는 용어 "급기"는 공기 또는 재순환된 공기와 배기 가스의 혼합물을 의미한다. 급기 스로틀링은 기관의 부하(또는 토크) 출력을 제어하기 위해 사용되어, 특히 낮은 부하에서 효율을 크게 저하시킨다. 포트 연료 분사는 필요한 연료와 급기와의 적절한 제어 및 혼합을 제공하기 위해 사용된다.
사전 혼합된 연료와 급기는, 연료 및 급기의 특성에 따라, 연료와 급기 혼합물의 자기 착화 온도에 대응하는 특정 압축비에서 압축시 자기 착화된다. 종래의 가솔린 엔진은 일반적으로 제어되지 않은 자기 착화를 회피하기 위해 9:1 내지 10:1의 압축비로 제한된다.
착화 프로세스는 착화 플러그의 스파크의 발생에 의해 개시되어, 피스톤의 상사점 TDC에서 또는 그 부근(일반적으로 TDC와 TDC 이후의 20도의 크랭크 각도 사이)에서 급속한 연소가 시작되고, 가연성 혼합물을 통하여 진행하는 "화염면"으로서 착화 위치로부터 연소 전파가 진행한다. 고압축비와 몇몇의 동작 상태에서, 연료와 급기 혼합물은 제어되지 않은 방식으로 자기 착화하고 허용되지 않는 "노크"가 발생한다. 높은 압축비에서 안전하게 동작할 수 없음에 따라 잠재적인 기관 효율을 상당히 감소시킨다.
몇몇의 가솔린 엔진은 급기 스로틀링을 하거나 하지 않을 경우에도 직접 연료 분사(연료가 연소 챔버에 직접 분사됨)를 이용한다. 일반적으로, 이들 기관은 층상 연소를 통하여 낮은 부하에서 동작한다.
연료는 급기 스로틀링이 거의 없거나 전혀 없는 압축 행정에서 비교적 완만하게 분사된다. 그 후에, 스파크는 층상 혼합물이 연료의 스파크 한계 내에 있는 한 발생할 수 있는 연소를 개시한다. 늦은 분사가 사전 혼합 동작보다 연료와 급기의 적절한 혼합을 위한 시간을 줄어들게 하기 때문에, 이러한 연소는 연소되지 않은 연료와 미립자의 배출물이 증가하는 것을 특징으로 한다.
또한, 국부적 온도는 높고, 일산화질소가 형성되어 배기 물질의 일부가 된다. 높은 부하에서는, 연료 분사의 개시가 일찍 발생되어 연료와 급기의 혼합을 위한 시간을 더 길게 한다. 사실상 큰 부하에서는 사전 혼합된 기관이 되기 때문에, 이른 연료 분사는 사전 혼합된 기관에 필적하는 레벨로 가솔린용 압축비를 제한한다. 또한, 사전 혼합된 가솔린 엔진은 연소 온도가 높고, 상당한 일산화질소 배출물을 발생시킨다.
종래의 디젤 기관은 전체 부하에 걸쳐 늦은 직접 연료 분사 및 거의 없나 전혀 없는 급기 스로틀링으로 동작한다.
또한, 디젤 기관은 디젤 연료의 자기 착화 특성을 이용하기 때문에 종래의 가솔린 엔진에 비해 비교적 높은 압축비(일반적으로 15:1 내지 20:1)로 동작한다. 디젤 연료는 모든 의도된 동작 조건 하에서 TDC에서 또는 그 부근에서 압축된 급기 내로 분사될 때 자기 착화한다. 상기 동작 특성의 결과로서, 디젤 기관은 높은 효율성을 나타낸다. 디젤 기관에 관한 주요한 문제점은 가솔린의 늦은 직접 분사에 대해 상술된 바와 같이 연소되지 않은 연료, 미립자 및 질소 산화물의 배출물이다. 종래의 디젤 기관에 확실한 착화원[예컨대, 스파크 또는 예열 플러그(glow plug)]을 첨가함으로써 가솔린이 사용될 수 있었으나, 여전히 동일한 배출물의 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 효율적인 기관 동작과 상당히 낮은 레벨의 질소 산화물의 배출물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 압축 온도와 피크 연소 온도가 기관의 속도와 부하 범위에 걸쳐 제어되는 기관 작동 방법을 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명은 여압(boosted pressure)으로 급기를 제공하기 위해 적어도 하나의 압축기를 통하여 대기를 흡입하는 단계와, 여압된 급기를 내연 기관에 도입하는 단계를 포함하는 내연 기관의 작동 방법을 제공한다. 상기 방법은 급기와의 혼합물을 목표값에 근접한 연소 온도에서 연소시키기 위해 내연 기관에 연료를 도입하는 단계와, 배기 가스를 생성하는 단계를 더 포함한다. 토크 요구량을 포함하는 기관 작동 상태가 검출되고, 연소 온도를 대략 목표값인 2100°K 미만의 값으로 유지하기 위해 검출된 토크 요구량의 변화에 비례하여 여압이 변경된다.
바람직한 실시예에서, 상기 방법은 급기의 제 2 부분에 의한 열교환기의 바이패스와 함께 열교환기를 통하여 급기의 일부를 통과하는 단계를 더 포함한다. 급기의 온도는 바이패스 라인과 열교환기의 하류에서 검출되고, 열교환기를 바이패스하는 제 2 부분의 양은 검출된 기관 동작 상태에 따라 검출된 흡입 온도가 결정된 목표 온도로 되도록 바이패스 라인의 제어 밸브의 작동에 의해 제어된다.
배기 가스의 일부는 급기 및 연료와의 혼합을 위해 재순환될 수 있다. 이 경우, 혼합물의 산소 농도가 검출되고, 검출된 산소 농도를 검출된 기관 작동 상태에 대해 결정된 목표 산소 농도로 하기 위해 EGR의 양이 조정된다. 연료 공급은 급기 흡입의 검출된 온도와 검출된 여압에 따라 제어된다.
연료는, 연료가 급기 내에 포함되도록 압축기의 급기 하류 또는 상류로 도입될 수 있다.
따라서, 본 발명은 독특하고 새로운 작동 방법을 통해, 내연 기관에 있어서, 높은 효율 디젤 사이클 기관 특징이지만 종래의 기관의 배출물 문제가 없는, 급기 스로틀링이 거의 없거나 전혀 없는 높은 압축비(예컨대, 일반적으로 압축 행정에서 15:1 이상) 동작을 제공한다.
연료 연소 프로세스시의 오염물 일산화질소의 생성률은 일반적으로 다음과 같이 단순화된 형태로 표현될 수 있다.
일산화질소 생성률 =
Figure 112010011180927-pct00006
(I)
여기서, C1, C2, C3 및 C4(Cx)는 정수이고, [N2]는 질소의 농도이며, [O2]는 산소의 농도이고, exp는 정수이며, T는 혼합물의 절대 온도이다.
온도가 상기 식(Ⅰ)의 지수이기 때문에, 질소와 산소의 소정의 농도의 경우, 일산화질소 생성률이 온도와 함께 지수 함수적으로 증가한다고 예상될 수 있다. 이러한 관계는 일반적인 기관 동작 상태에 있어서 넓게 인식되어 있으며, 도 1에 그래프로 도시된다. 일반적인 기관 연소 시간은 1밀리초 내지 5밀리초이다.
기관 연소 온도가 대략 2000°켈빈(K) 미만으로 유지될 수 있다면, 일산화질소의 생성이 최소가 된다는 것을 분명히 알 수 있다.
연소 온도를 이러한 레벨 미만으로 유지하는 것이 실제의 기관 속도에 대해서 충분히 신속한 연소를 실행하는데 바람직하다는 것이 잘 공지되어 있다.
커민스 엔진 컴퍼니(Cummins Engine Company)의 패트릭 에프. 플린(Patrick F. Flynn) 등에 의한 최근의 자동차 엔지니어 기술 문헌(Society of Automotive Engineers Technical Paper)(#2000-01-1177)은 공지된 기관 작동 방법의 종래의 이해를 일산화질소의 생성을 감소시키기 위해 연소 온도를 제어하는 목적으로 반영하고 있다.
상기 문헌은 가솔린 엔진과 다른 스파크-착화 기관에 대해, "최소 가능 피크 연소 온도는 2100K이고", "질소 산화물 수는 0.5g/bhp-hr의 한도를 나타내며", 디젤 기관에 대해, "1.0g/bhp-hr의 질소 산화물 배출물 레벨"에서 "최저 가능 피크 연소 온도는 대략 2300K이다" 라는 결론을 내린다.
본 발명은 2100K 미만의 온도에서 안정하고 효율적인 연소를 실행하는 새로운 기관 작동 방법을 제공한다. 가솔린, 디젤 및 다른 연료에 의한 질소 산화물 배출물의 생성은 일관되게 0.2g/bhp-hr보다 적으며, 실질적으로 종래 기관의 값 미만이다.
질소 산화물 생성률에 대한 식(Ⅰ)을 다시 참조하면, 산소 농도는, 예컨대 급기 여압 레벨과 같은 소정의 기관 동작 상태에 대해 사용 가능한 연료와 완전히 반응하는데 충분해야 한다.
질소 농도는 급기에서 당연히 높으며, 따라서 산소 농도가 동작 상태에 대해 최소화되고 최적화되면, 일산화질소 생성을 제한하는 제어에 이용 가능한 하나의 변수는 온도이다. 또한, 온도가 2000K 이상이면 언제든지 일산화질소가 빠르게 생성되므로 국부 온도를 제어하는 것이 중요하다.
본 발명의 방법에 의해 연소의 피크 온도를 제어함에 있어서 두 가지 요인이 가장 중요하다.
먼저, 압축 시작시에서, 급기 또는 연료가 사전 혼합되었을 경우의 급기 연료 혼합물의 온도(T1)는 제어되어야 한다.
일반적으로, 압축 프로세스가 T1(절대 온도에서)의 승수이기 때문에, T1을 최소화하는 것이 상기 목적이다.
이상 기체의 경우, 단열 압축을 가정하면, 최종 압축 온도(T2)는 압축비(CR)의 함수이며, 즉 T2=T1f(CR)[여기서 f(CR)은 CR의 함수]이다.
예컨대, 압축비가 16인 경우 T1의 승수는 약 3이다. 따라서, T1이 300°켈빈(섭씨 27°)이면, T2는 900K이 된다. 그러나, T1이 400°켈빈(섭씨 127°)이면, T2는 1200K이 된다.
두번째로, 단일 연소를 가정하면, 소정량의 연료가 연소되는 경우, 최종 연소 온도(T3)는 T3=T2+Hc+Cv(여기서, Hc = 연료의 연소로부터 방출되는 열이고, Cv는 급기 연료 혼합물의 전체 열용량, 즉 혼합물의 질량과 특정 열용량을 곱한 것이다)와 같이 계산될 수 있다.
소정량의 연료가 연소되는 경우 Hc가 고정되기 때문에, T3의 제어를 위해 이용 가능한 유일한 변수는 Cv이다. Cv가 클 경우, T3는 낮아진다. 또한, 연소되는 연료의 양은 토크 요구량(에 비례하는)의 함수이다.
본 발명은 일산화질소 생성을 최소화하기 위해, T3를 예컨대 2000°켈빈(도 1 참조)으로 제어한다. 따라서, 일정한 T2에 대해, Hc/Cv가 일정하게 유지되어야 한다. Hc/Cv를 일정하게 유지하기 위해, 연소되는 연료의 양(기관 부하)이 증가됨에 따라 Cv가 증가되어야 한다.
Cv가 Cv=cvM의 형태이기 때문에(여기서 cv는 급기 연료 혼합물의 특정 열용량이며, M은 급기 연료 혼합물의 질량이다), M은 연소되는 연료의 양이 증가함에 따라 증가되어야 하고 감소됨에 따라 감소되어야 한다.
이것은 본 발명에서 흡입 시스템의 급기의 여압을 제어함으로써, 즉 급기 밀도를 제어함으로써 달성된다. 질량(M)은 급기의 압력에 비례한다.
고려하고 검토해야 할 다른 중요한 요인은 실제 기관이 비단열적이라는 사실이다.
급기가 흡입 시스템으로 들어갈 때 급기의 온도가 T0이고 흡입 시스템의 부분보다 낮은 온도라면, 열은 흡입 시스템으로부터 급기 내로 흐르고 그 온도가 상승하게 된다.
또한, 급기가 흡입 밸브(들)를 지나 기관 실린더 내로 도입되면, 실린더 헤드, 피스톤 상부 및 실린더 벽의 고온면과, 연소 프로세스에 노출되기 직전의 면과, (4행정 기관의 경우) 팽창 및 배기 행정 기간 동안의 고온(예컨대, 연소 마지막에 2000°K) 연소 가소에 노출될 것이다.
그러므로, 열은 흡입 행정 및 압축 행정의 초기 부분동안 급기 내로 흐른다. 압축 온도가 상승하기 전에 급기의 온도의 상승을 제어(보통 최소화)하기 위해, 본 발명의 작동 방법은 주로 여압의 제어를 이용한다.
여압이 급기의 질량(또는 연료가 존재하는 경우, 급기/연료 혼합물, 본원에서 양자 모두 "차지(charge) 질량" 또는 단순히 "차지"로 지칭됨)을 제어하므로, 소정의 열에너지가 시스템 표면으로부터 차지 질량 내로 흐르는 경우, 온도 상승이, T1=T0+Hw/Cv의 관계로 표시되는 바와 같이, 차지의 질량에 정비례하기 때문에 차지 질량의 온도 상승을 직접 제어한다.
여기서, Hw는 시스템 표면으로부터의 열에너지이며, Cv는 상술된 바와 같이 차지 질량을 증가시킴으로써 T1의 감소를 위해 증가된다.
본 발명의 제 1 및 제 2 실시예의 작동 방법은 실제의 기관의 작동 속도 및 부하에 걸쳐 효율적이고 유효하도록 자기 착화와 연소가 충분히 신속한(일반적으로 1밀리초 내지 5밀리초 내에서 90%의 연소가 완료) 것을 보장하기 위해 T2를 제어하고, 최소의 일산화질소의 생성을 보장하기 위해 T3를 제어한다.
또한, 본 발명의 레벨로 T3를 제어하는 것은, 종래의 T3 레벨보다 낮은 팽창이 팽창시 연소 가스로부터 열손실을 감소시키기 때문에, 기관 효율을 개선한다. 시스템 벽을 통하여 기관 "냉각제"에 흐르는 열(에너지)은, 연소 가스 내에 유지되는 경우, 팽창시 더 높은 시스템 압력을 유지하고, 따라서 소정량의 연소 연료에 대해 더 유용한 일을 취출하기 위해 사용된다. T3가 낮으면, 연소 가스와 시스템 표면 사이의 온도차(ΔT)는 작아지고, 더 적은 열에너지가 냉각제에 흐른다.
도 1은 켈빈 온도의 기관 연소 온도에 대한 일산화질소 배출물 레벨에 대한 그래프,
도 2는 본 발명의 방법에 따라 작동되는 기관 구동 트레인의 개략도,
도 3은 본 발명의 방법에서 이용될 수 있는 기관 냉각 시스템의 개략도.
제 1 실시예
도 2는 비교적 낮은 옥탄과 비교적 높은 세탄을 특징으로 하는 연료, 즉 종래의 디젤 연료와 같이 비교적 낮은 자기 착화 온도를 갖는 연료로 동작하는 온도 제어식 연소 기관(22)의 본 발명에 따른 제 1 실시예를 도시한다.
제 1 실시예(및 모든 실시예)에서, 최종 연소 온도(T3)는 질소 산화물의 생성을 최소화하기 위하여 약 2000°K 이하로 제어된다. T3는 (1) 여압의 제어와, (2) 최종 압축 온도(T2)의 제어에 의해 제어되며, 각각은 하기에 더욱 상세히 기술된다. 제 1 실시예는 디젤 기관의 종래의 압축비, 즉 약 16:1 내지 20:1의 범위 내에서 작동한다.
자기 착화는 연료의 분사시 발생한다. 따라서, 자기 착화의 위치는 TDC 직후부터 TDC 이후의 15°근처까지 피크 실린더 압력을 발생시키도록 약 20° BTDC로부터 TDC 근처까지 연료 분사의 타이밍을 제어함으로써 제어되는 것이 바람직하다.
높은 효율을 위해 높은 압축비(예컨대, 15 이상)의 이용을 가능하게 하기 위해, 기관은 직접 실린더 연료 분사기(23)를 통하여 주요 연료를 공급한다. 흡입 공기는 포트(11)로 들어가고, 그 흐름은 선택 밸브(12)에 의해 스로틀링될 수 있다. 배기 가스는 포트(13)에서 흡입 공기와 혼합되어 급기 혼합물을 형성한다.
배기 가스는 배기 라인(18)으로의 선택적인 응축액 회수로를 갖는 배기 가스 냉각기(17)를 통해 포트(16)에서 배기 파이프로부터 선택적인 배기 가스 흐름 제어 밸브(14)를 통하여 포트(13)로 나간다. 주요 배기 가스 재순환(EGR) 제어 밸브(12')는 배기 파이프의 포트(16)의 바로 하류에 위치된다. 밸브(12')를 통하여 흐름을 제한함으로써, 포트(13)로의 배기 가스 유량이 제어된다.
본 발명의 방법은, 목표 일산화질소 배출 레벨은 상술한 방식으로 특정 기관을 작동시킴으로써 달성되어, 제어기(26)에 기억된 맵을 이용하여,
기관의 작동 범위의 각각의 속도 및 부하(토크)에 대해, 최적의 여압 레벨 및 급기 온도(소정의 급기 질량 유량을 야기하는 것과 함께), 최적의 흡입 급기 및/또는 배기 산소 농도, 및 소정의 연료비를 특정하고, 2100°K 미만, 예컨대 2000°K의 목표 레벨로 연소 연도를 유지할 수 있다.
여압의 제어
급기는 압축기(19)를 통해 흐르고 이에 의해 압축된다. 압축기(19)는 단일 스테이지 압축기 또는 병렬이나 직렬의 2개 이상의 압축기일 수 있으며, 제어된 여압 레벨을 흡입 매니폴드(21)에 제공하도록 배기 가스 팽창기 모터(27)에 의해 주로 구동된다. 여압 레벨은 여압 급기 압력 센서(3l)에 의해 결정된다. 제어기(26)는 여압을 제어하기 위해 팽창기 모터(27)에 적절한 신호를 보낸다.
토크가 여압 레벨에 의존하고 여압 레벨이 상술된 바와 같은 제어된 온도의 연소를 위해 제어되기 때문에, 선택적인 전기 모터 또는 유압 모터(28)가 사용되고 제어기(26)에 의해 제어되어, 여압 레벨을 신속하게 변화시키고 배기 팽창기 모터(27)가 신속하게 토크 응답을 제공하는 것을 지원할 수 있다. 따라서, 제어기(26)는 과도 상태 및 모터(27)가 단독으로 충분한 여압을 공급할 수 없는 동작 상태시 모터(28)에 적절한 신호를 보내 여압 레벨을 제어한다.
급기 온도의 제어
압축된 급기는 열교환기(20)를 통해 흡입 매니폴드(21)로 흐른다. 열교환기(20)는 바이패스 라인(60)과 바이패스 제어 밸브(61)를 포함하며, 제어기(26)는 제어 밸브(61)를 조정하여 급기 온도(T1)를 제어한다. 급기 온도(T1)는 온도 센서(30)에 의해 결정되어 제어기(26)에 입력된다. 열교환기(20)는 급기를 냉각(본 실시예의 보통 모드)하거나, 급기 온도를 소정의 레벨로 제어하기 위한 필요에 따라 급기를 가열하는 "냉각기"로서 작동한다. 열교환기(20)에서 사용되는 열교환 매체는 대기, 기관 냉각제, 배기 가스 등일 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 열에너지 흐름이 Hw=(Ts-T'0)W의 관계에 따라 발생하기 때문에, T1은 차지 질량에 노출된 표면의 온도를 제어함으로써 제어될 수도 있다.
여기서, Ts는 노출된 표면(물론 위치와 시간에 따라 변함)의 온도이고, T'0는 노출된 표면에서의 차지 질량의 온도이며, W는 전체 열전달 계수이다. Ts의 제어는 기관 냉각제의 온도(Tc)와 냉각제 유량(F)의 제어에 의해 달성된다. F는 냉각제로부터 "표면"(시스템 벽에 걸쳐 작고 고정된 온도차를 가정함)까지의 열 전달 계수를 직접 제어한다.
따라서, Ts는 Ts=BTcF의 관계에 따라 변하며, 여기서 B는 정수이다.
F가 기관 냉각제 공급 라인 또는 배출 라인 내의 전자 제어 밸브에 의해 제어될 수 있는 한편, Tc는, 냉각제 열교환기(일반적으로 라디에이터로 지칭됨)의 외부 냉각 정도를 제어하고, 대기 흐름에 노출된 냉각 면적을 조정하고 그리고/또는 냉각제 열교환기를 통하여 대기 흐름을 제어하며, 통상적으로 "라디에이터" 팬의 속도를 변화시킴으로써 제어될 수 있다. Tc는 기관 속도와 부하의 함수로 참조 맵에 제공된 냉각제 공급 목표 온도로 제어된다. 또한, F는 기관 속도와 부하의 함수로 참조 맵에 제공된 목표 레벨로 제어된다.
도 3은 기관(22)용 냉각 시스템을 도시한다. 기관(22)으로의 및 기관(22)으로부터의 기관 냉각제 유량(F)은 냉각제 펌프(80)에 의해 제어된다. 기관 냉각제 온도(Tc)는 팬(82)의 속도를 변화시킴으로써 라디에이터(81)의 출구에서 제어된다.
산소 농도의 제어
직접 연료 분사기(23)와 함께 선택적인 포트 연료 분사기(53)가 사용되어, 미립자의 생성을 최소화하고, 연료 분사 레벨을 신속하게 조정할 수 있다. 선택적인 산소 센서(25')가 사용되어, 배기 산소 센서(25)를 근거로 한 계산된(또는 "예상된") 산소 흡입 레벨을 따르는 것보다 더 빠른 제어 신호로서 급기에서 산소 농도를 직접 결정할 수 있다. 산소 농도 신호는 EGR, 즉 밸브(12')를 제어하는데 사용된다.
선택적으로, 급기 산소 농도는 배기 산소 농도, 연료-분사량, 급기 여압 레벨 및 온도로부터 결정될 수 있다.
또한, 선택적인 급기 질량 유량 센서(29)는 더 빠르고 더 정밀한 기관 제어, 즉 기관 토크 출력을 결정하는 기관 연료 공급량의 제어에 사용될 수 있으며, 흡입 급기 산소 농도의 결정(즉, 계산)시 간접 센서로서 사용될 수 있다.
급기는 종래의 방식으로 종래의 밸브(도시되지 않음)를 통하여 연소 챔버(도시되지 않음)로 들어가고, 배기 가스는 종래의 밸브(도시되지 않음)를 통해 연소 챔버를 나가며, 배기 매니폴드(24)를 통하여 기관(22)에서 나간다. 배기 미립자 트랩 산화제(54)는 임의의 미립자 배출물을 제거하고, 촉매(51)는 잔여 연료와 일산화탄소를 산화시킨다. 기관 속도는 속도 센서(32)에 의해 제어기(26)에 제공된다. 토크 명령 레벨은 가속기 페달 센서(33)에 의해 제어기(26)에 제공된다.
종래의 디젤 연료와 같이 낮은 자기 착화 온도의 연료의 경우, 연소 발생열을 분산(즉, 연료 분자가 급기와 균일하게 혼합되어 산소 분자에 접근하고, 따라서 연소 발생열이 급기 질량을 통해 균일하게 확산되는 것을 보증한다)시키기 위해 배기 가스 재순환(EGR)이 주로 사용된다. EGR의 열용량이 공기와 유사하기 때문에, 이러한 연료를 사용하는 것은 주로 일산화질소 생성 임계값(예컨대, 2000°K) 이상의 국부화된 온도를 회피한다. 따라서, 연료 분자가 연소를 위해 급기 질량을 통해 분산되어 산소 분자에 접근하는 것을 보증하도록 (여압 레벨 및 인입 급기 온도 즉, 질량 급기 유량을 고려하여) 인입 급기 산소 농도가 제어되어야 한다. 밸브(12')는 상기 검출된 산소 농도에 반응하는 EGR을 조정하도록 작동한다.
그러나, 소정의 연료 레벨에 대해 약간의 초과 산소를 허용하는 것은 불완전 연소로 인한 미립자의 생성을 최소화하게 된다. 특정 동작 조건에서는, 특정 배기 산소 농도가 된다. 예컨대, 0.2 그램/브레이크 마력(brake horsepower) 미만의 질소 산화물 배출물을 목표로 하는 기관의 경우, 종래의 디젤 연료와 유사한 연료에서, 12% 내지 14% 미만의 흡입 급기 산소의 농도값이, 6% 미만의 배기 산소 농도가 양호하게 기능한다.
소정의 연료의 경우, 산소 농도를 특정 목표 레벨(예컨대, 종래의 디젤 연료의 약 6%)까지 감소시키기 위해 이용 가능한 산소 질량을 이용할 때, 연소 발생열과 관련된 온도 상승을 (열에너지를 흡수함으로써) 일산화질소 생성 임계값 미만의 피크 연소 온도로 제한하기 위해 충분한 급기 질량에 대응하는 급기(예컨대, 종래의 디젤 연료의 약 12%) 레벨의 산소 농도가 존재한다. 이러한 예시에 대해, 급기 산소 질량의 약 50%가 연소 반응에서 이용되었다. 이러한 제한이 있을 경우, 토크 출력을 증가(즉, 보다 많은 연료를 연소)시키는 유일한 방법은 상술된 바와 같이 급기 질량을 증가시키는 것이다.
따라서, 이용 가능한 매우 짧은 시간(예컨대, 일반적으로 5밀리초 미만) 이내에 모든 연료 분자가 충분한 산소 분자를 "찾도록", 기관 연소 시스템(연소 챔버, 급기 모션및 연료 분사기)은 최적으로 구성되어야만 한다.
연료와 산소 분자가 "함께 만나야"하지만, 양호한 연소의 발생을 위해서 시스템 온도가 연료의 고속 자기 착화 온도 이상이 되어야 한다. 다행스럽게도, 상기 실시예의 대부분의 연료에 대한 고속 자기 착화 온도는 일산화질소 생성을 위한 온도 임계값(즉, 2000°K)보다 현저하게 낮다(예컨대, 1000°K 미만). 자기 착화는 제어된 동작 온도에서 신속하게 발생하지만, 연료 분자가 급기와 혼합되어 산소 분자에 접근하는 속도에 의해 연소 속도가 결정된다.
개방 루프 작동의 경우, 제어기(26)는 페달 센서(33)로부터의 토크 명령을 판독하여, 속도 센서(32)로부터 실제 기관 속도를 판독한다. 증가된 토크 명령의 경우, 제어기(26)는 측정된 기관 속도로 명령된 토크와 연관된 기억된 맵으로부터 여압 레벨을 새로운 목표로 증가시키도록 압축기 모터(27)에, 필요하다면, 압축기 모터(28)에 명령을 내린다.
제어기(26)는 기억된 맵으로부터 기관 동작 상태에 대해 소정의 흡입 급기 온도를 목표로 하는 열교환기(20)의 바이패스 제어 밸브(61) 위치를 명령한다. 제어기(26)는 기억된 맵으로부터 소정의 흡입 급기 및 배기 산소 농도를 달성하기에 적절한 위치로 EGR 밸브(12')에 명령한다. 제어기(26)는 센서(31)로부터 실제의 여압 레벨을, 센서(30)로부터 실제의 흡입 급기 온도를 판독하여, 기억된 맵으로부터 적절한 연료비를 명령한다.
보다 정밀한 기관 제어를 위해, 폐루프 제어 루프가 이용될 수 있다.
배기 산소 농도는 센서(25)로부터 판독될 수 있고, 선택적으로, 흡입 급기 산소 농도는 센서(25')로부터 판독될 수 있어서, 제어기(26)가 실제 산소 농도와 (기억된 맵으로부터의) 실제 동작점에 대한 소정의 레벨과 비교하고, 목표 산소 농도륵 달성하도록 조절되기 위해 EGR 밸브에 명령한다. 센서(31)로부터의 실제 여압 레벨은 기억된 맵부터의 소정의 레벨과 제어기(26)에 의해 비교될 수 있으며, 모터(27, 28)는 목표 여압 레벨을 달성하기에 적절하도록 조정된다.
마찬가지로, 센서(30)로부터의 실제 흡입 급기 온도는 기억된 맵으로부터 소정의 온도와 제어기(26)에 의해 비교될 수 있고, 냉각기(20)는 목표 급기 온도를 달성하기에 적절하도록 바이패스 제어 밸브(61)를 조정한다. 또한, 연료 유량은 목표 연료비를 달성하도록 실제의 판독값을 근거로 하여 조절될 수 있다.
제 2 실시예
다시 도 2를 참조하면, 이제 본 발명의 제 2 실시예가 기술된다. 상기 제 2 실시예에서, 온도 제어식 연소 기관(22)은 비교적 높은 옥탄과 비교적 낮은 세탄을 특징으로 하는 연료, 즉 종래의 가솔린 연료와 같이 비교적 높은 자기 착화 온도를 갖는 연료로 디젤과 같은 효율로 동작한다. 종래의 가솔린 연료로 동작되지만, 본 실시예는 종래의 가솔린 엔진과는 다르게, 통상적으로 12 내지 19.5:1, 바람직하게는 14:1, 보다 바람직하게는 적어도 16:1 범위의 높은 압축비를 사용한다. 또한, 본 실시예는 균질의 연소, 즉 연료와 급기의 사전 혼합된 차지를 이용하는 것을 목적으로 하는 자기 착화 전에 연료와 급기를 혼합(일반적으로 압축 TDC 이전에 마지막 30° 크랭크 각도 전에 발생하는 혼합)하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 실시예는, 다른 실시예와 같이, T3가 일산화질소가 최소가 되도록 (1) 여압의 제어, (2) T2의 제어에 의해 제어되는 독특한 제어 방식을 사용한다.
상기 제 2 실시예는, 상술된 제 1 실시예와 같이, 자기 착화로 동작하지만, 각 실린더에 대한 피크 실린더 압력의 위치를 개별적으로 제어하기 위해 연소 이벤트(combustion event)의 위치, 즉 자기 착화의 타이밍이 연료 분사의 타이밍이 아닌 (여압 및 T2 이외의) 흡입 급기 산소 농도의 제어에 의해 제어된다는 점에서 제 1 실시예와 상이하다. 또한, 상기 제 2 실시예는 산소 농도와 T2의 보다 정확한 제어를 갖는다는 점에서 제 1 실시예와 상이하다.
급기 산소 농도의 제어
착화 전에 연료와 급기가 사전 혼합되는 성질 때문에, 연료와 급기가 이미 잘 혼합되어 있으므로, 제 1 실시예와 같이 혼합물 전체를 통해 연소 발생열을 분산시키기 위해 EGR을 이용하여 흡입 급기 산소 농도를 감소시킬 필요는 없다. 그러나, 이후에 상세하게 기술되는 바와 같이, 자기 착화 개시를 지원하기 위해 급기 산소의 농도를 제어하고, TDC 직후부터 TDC 이후 약 15° 크랭크 각도 근처까지의 최적 범위내로 피크 연소 실린더 압력 위치를 제어하기 위해 EGR이 본 실시예에서 사용된다. 일산화질소의 생성을 제한하기 위한 T3(피크 연소 온도)의 제어는 그렇지 않다면 상술된 바와 같다.
연소 온도(T3)를 제어하는 것은 본질적으로 최종 압축 온도(T2)를 제어하는 것을 포함하기 때문에, 상술된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예의 작동 방법은 제어된 균질의 차지 압축 착화(HCCI; homogeneous charge compression ignition)를 제공한다.
본 발명의 균질의 차지 자기 착화 기관은 높은 효율(상술된 바와 같이, 높은 압축 및 팽창비와 거의 없거나 전혀 없는 급기 스로틀링)과, (상술된 바와 같이, 연소 온도를 제어함에 의한) 낮은 일산화질소 배출과, (주로 자기 착화와 연소 이전에 균질의 연료와 급기 혼합물을 제공하는 능력으로 인한) 적은 미립자의 배출을 제공한다.
도 2를 다시 참조하면, 본 발명의 작동 방법과 더불어, 종래의 가솔린과 같은 연료는 포트 연료 분사기(53)를 통하여 주요 연료 공급에 의존하는 동안에도 디젤과 같은 효율을 얻기 위해, 높은 압축비[예컨대, 통상적으로 압력이 2바아(bar) 미만인 비교적 낮은 여압 레벨로 14바아보다 크고, 통상적으로 압력이 3바아 이하인 비교적 온건한 여압 레벨 19바아보다는 큼]에서 넓은 범위의 속도 및 부하에 걸쳐 동작할 수 있다. 상기 제 2 실시예에 따른 동작은 본원에 기술된 특징을 제외하고 제 1 실시예에 제공된 것과 동일하다. 선택적인 직접 연료 분사기(23)가 보다 높은 압축비(예컨대, 18 이상)를 이용할 때 특정한 높은 출력 모드에 사용될 수 있지만, 미립자의 배출의 증가 가능성과 트랩 산화제(54)로의 의존성이 커지는 것이, 이들 분사기의 이용을 바람직하지 못하게 만든다. 열교환기(20)는 낮은 압축비 기관 구성의 가벼운 부하에서 배기 가스로부터의 열이 더욱 추가되므로, 제 1 실시예에서보다 (상술된 바와 같은) 급기 가열 모드에서 더욱 작동하기가 쉽다.
T2의 제어
제 2 실시예의 작동 방법은, 상술된 바와 같이, T2(최종 압축 온도)와 급기 산소 농도를 더욱 정밀하게 제어하고, 자기 착화를 보증하며, 피크 연소 실린더 압력의 위치(또는 연소 실린더 압력 상승률 또는 피크 연소 실린더 압력의 레벨)를 제어할 필요성에 인해 제 1 실시예와 더욱 구별된다. 자기 착화와 고속 연소의 개시는 통상적으로 다음과 같이 기술된다:
연소 개시와 연소 속도 =
Figure 112010011180927-pct00007
여기서 Cx는 정수, [HC]는 연료의 농도, [O2]는 산소의 농도, exp는 정수, 그리고 T는 혼합물의 절대 온도이다.
상술된 일산화질소에 대한 생성 반응과 마찬가지로, 연료 연소 개시 및 반응 속도는 최종 압축 온도(T2)에 의해 강하게 영향받는다. 이 경우, 연소의 개시와 속도를 제어하는 것도 소정의 기관 부하 레벨에서 연료 농도가 고정되기 때문에 산소의 농도에 의해 강하게 영향받게 된다.
예컨대, 상술된 바와 같이, 가벼운 부하에서 동작하는 실시예의 낮은 압축비(예컨대, 14) 구성의 경우, 확립되어 제어기(26)에 기억된 기관 맵은 보다 높은 산소 농도로 보다 낮은 T2를 이용해서 시스템 비용을 최소화하도록 선택할 수 있다. 보다 높은 압축비(예컨대, 18)와 높은 부하로, 자기 착화의 개시와 피크 실린더 연소 압력의 위치를 제어하는 것은 산소 농도를 감소시키는 것이 보다 높은 비용으로 보다 높은 여압 레벨을 필요로 하기 때문에 T2를 최소로 하려는 맵을 필요로 한다.
제 1 실시예에서 상술된 폐루프 동작의 서술은 제 2 실시예도에 적용되지만, 한가지 중요한 점은 직접 연료 분사기(23)(도 2)를 연소와 관련된 실린더 압력 상승을 검출하는 센서(23')로 교체한 것이다. 센서(23')는 자기 착화 또는 바람직한 피크 실린더 연소 압력이 발생하는 크랭크 각도 위치를 결정하기 위해, 종래의 크랭크 각 위치 센서(34)와 함께 사용된다. 센서(23')는 직접 실린더 압력 센서일 수 있거나, 예컨대 노크(knock) 센서 또는 부하 센서인 간접 수단을 통해 실린더 압력을 결정할 수 있다. 센서(23')는 기억된 맵으로부터 제어기(26)에 의해 결정된 것에 따라 최적 위치를 달성하기 위해 상기 위치를 결정하는 상술된 매개 변수중 하나를 조정하는 폐루프 신호를 확립하는 제어기(26)에 입력을 제공한다.
따라서, 제 2 실시예에서, 연소 이벤트의 위치, 즉 피크 실린더 압력 위치는 최종 압축 급기 온도(T2)와 흡입 매니폴드로의 급기 내의 산소 농도로부터 야기된다. 제어기(26)는 메모리에 기억된 맵으로부터 기관의 소정의 부하와 속도의 경우에 연소 이벤트의 위치에 대한 최적의 크랭크 각을 결정하고, T2 및/또는 산소 농도를 메모리에 기억된 맵으로부터 결정된 레벨로 조정한다. 제어기(26)는 제 1 실시예와 관련하여 상술된 방식으로, 즉 밸브(14, 12')의 동작과 여압 레벨의 제어에 의해 흡입 매니폴드로의 급기 내의 산소 농도를 제어한다. 제어기(26)는, 변형적으로 또는 추가적으로, 열교환기(20) 주위의 바이패스 라인(60)의 바이패스 제어 밸브(61)의 조정에 의해 T1의 제어를 통하여 T2를 제어할 수 있다. 센서(23')로부터의 신호는 연소 이벤트의 실제의 검출된 크랭크 각도 위치를 나타내는 신호가 제어기(26)로 입력됨으로써 연소 이벤트의 위치의 폐루프 제어를 가능하게 한다.
상기 신호에 반응하여, 제어기(26)는 피크 연소 압력이 발생하는 실제 크랭크 각도 위치를 피크 연소 실린더 압력이 발생하는 크랭크 각도 위치를 위한 목표값과 일치시키기 위해서, T1(및 T2)의 조정 및/또는 상술된 바와 같이 급기 내의 산소 농도의 조정에 의해 급기 내의 T2 및/또는 산소 농도를 조정한다.
또한, 제 1 실시예와 같이 T1은 상술된 방식으로 급기와 접촉하는 기관 표면의 온도를 제어함으로써 제어될 수 있다.
물론, T2는 T3에도 의존하며, 제 2 실시예는 제 1 실시예에 대해 기술된 바와 같이 T3의 제어와 조합될 수 있다.
또한, 상기 실시예는 가벼운 부하(예컨대, 최대 부하의 30% 미만)에서의 제어된 자기 착화에 의해, 또한 산소 농도를 보다 높은 부하에 대한 화학량론에 따라 제어하는 것에 따라, 3방향의 일산화질소 감소 촉매(51)의 유효성을 가능하게 하도록 동작될 수 있다.
상기 기관 구성은 T2를 제어하기 위해 T1을 제어하는데 더욱 주의를 요하게 되지만, 일산화질소의 배기 촉매 환원으로 허용되는 감소된 여압 레벨(그러나, T3와 일산화질소 생성이 보다 높음)이 기관의 비용을 감소시킨다.
제 3 실시예
본 발명의 제 3 실시예도 디젤과 같은 효율을 제공하지만, 스파크 수단 또는 유사한 제어된 착화 수단을 갖는 메탄올 또는 에탄올 및 특정 가솔린과 같은 매우 높은 옥탄 연료(연구 옥탄가 > 90 또는 그 이상, 바람직하게는 > 100)의 사전 혼합된 차지를 이용하는 기관에서 제공된다.
본 발명의 작동 방법은 자기 착화를 피하기 위해 급기 내의 압축 온도(T2)와 산소 농도를 제어하는데 이용되고, 따라서 고압축 기관에서 높은 효율을 달성하도록 착화원이 최적의 시간에 급기 연료 혼합물을 착화시키도록 한다.
압축비는 바람직하게는 15:1 내지 20:1이고 보다 바람직하게는 약 19:1 또는 그 이상이다. 상기 기관의 경우, 모든 기관의 특징은 요소(23)가 스파크 플러그(23")가 되는 것을 제외하고 도 2를 참조하여 상술된 바와 같다. 상술한 실시예에서와 같이 T2는 T1과 여압의 제어로 제어된다.
제 3 실시예의 스파크 타이밍은 TDC 직후부터 TDC 이후 약 15°의 피크 실린더 압력을 생성하기 위해 약 30°BTDC에서 TDC 근처까지가 바람직하다.
제 1 및 제 2 실시예와 같이 상기 제 3 실시예는 TDC 직후부터 TDC 이후 약 15°근처의 범위까지 각 실린더에 대해 개별적으로 피크 실린더 압력의 위치를 제어한다.
자기 착화 직전의 레벨에서 제어된 T2로 동작하고, 제어된 착화원(예컨대, 스파크 플러그 또는 예열 플러그)을 이용하여 연소를 개시하는 다른 실시예와, 제어된 자기 착화 및 지원된 착화의 조합의 동작 방법을 이용하는 실시예[여기서 도 2의 직접 연료 분사기(23)는 착화원으로 교체됨]는 당업자에게 자명하다.
본 발명은 이에 관한 정신 또는 본질적인 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 특정의 형태에서 실시될 수 있다.
따라서, 상기 실시예들은 모든 측면에서 한정이 아닌 예시로 고려되어야 하며, 본 발명의 범위는 상술된 기술에 의해서가 아니라 첨부된 특허청구범위에 의해 표시되며, 따라서 특허청구범위와 등가물의 의미 및 범위 내의 모든 변경은 본원에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (28)

  1. 내연 기관의 작동 방법에 있어서,
    대기를 적어도 하나의 압축기를 통해 흡입하여 여압(boosted pressure)으로 급기(charge-air)를 제공하고, 상기 급기를 상기 내연 기관에 도입하는 단계와,
    상기 급기와의 혼합물을 목표 연소 온도에서 연소시키기 위해 상기 내연 기관 내로 연료를 도입하고, 배기 가스를 생성하는 단계와,
    토크 요구량을 포함하는 기관 동작 상태를 검출하는 단계와,
    상기 연소 온도를 2100°K 미만의 목표 연소 온도로 유지하기 위해서, 검출된 토크 요구량의 변화에 비례하여 여압을 변화시키는 단계를 포함하는
    내연 기관의 작동 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 목표 연소 온도는 2000°K 미만으로 되는
    내연 기관의 작동 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 급기의 제 1 부분을 열교환을 위해 열교환기를 통과시키고, 상기 급기의 제 2 부분을 상기 열교환기 주위의 바이패스 라인을 통해 바이패스시키는 단계와,
    상기 바이패스 라인과 상기 열교환기의 하류의 급기의 흡입 온도를 검출하는 단계와,
    검출된 흡입 온도를 목표 급기 온도로 하기 위해서, 상기 열교환기를 바이패스하는 상기 제 2 부분의 양을 상기 바이패스 라인의 제어 밸브의 조작에 의해 제어하는 단계를 더 포함하는
    내연 기관의 작동 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 급기 및 연료의 혼합을 위해 배기 가스의 일부를 재순환시키는 단계와,
    상기 혼합물 내의 산소 농도를 검출하는 단계와,
    검출된 산소 농도를 기관 동작 상태에 대해 목표 산소 농도로 하기 위해서, 재순환되는 배기 가스의 일부를 조정하는 단계를 더 포함하는
    내연 기관의 작동 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 여압을 검출하는 단계와,
    검출된 급기 흡입 온도와 검출된 여압에 따라 상기 내연 기관으로의 기관 연료 공급량을 제어하는 단계를 더 포함하는
    내연 기관의 작동 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 급기 및 연료의 혼합을 위해 배기 가스의 일부를 재순환시키는 단계와,
    상기 혼합물 내의 산소 농도를 검출하는 단계와,
    검출된 산소 농도를 기관 동작 상태에 대해 결정된 목표 산소 농도로 하기 위해서, 재순환되는 배기 가스의 일부를 조정하는 단계를 더 포함하는
    내연 기관의 작동 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 여압을 검출하는 단계와,
    검출된 급기 흡입 온도와 검출된 여압에 따라 상기 내연 기관으로의 기관 연료 공급량을 제어하는 단계를 더 포함하는
    내연 기관의 작동 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 연료가 상기 급기 내에 포함되도록 적어도 하나의 압축기의 상류 또는 하류에서 상기 연료가 대기로 도입되는
    내연 기관의 작동 방법.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    내연 기관으로부터 라디에이터에 기관 냉각제를 유량(F)으로 순환시킴으로써 상기 급기와 접촉하고 있는 기관 표면을 냉각시키는 단계와,
    상기 유량(F)을 기관 속도 및 부하의 변화에 따라 제어하는 단계를 더 포함하는
    내연 기관의 작동 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    라디에이터에 상기 기관 냉각제를 순환시키는 단계와,
    상기 라디에이터를 통과하는 통로 내의 상기 기관 냉각제의 냉각을 기관 속도 및 부하의 변화에 따라 제어하는 단계를 더 포함하는
    내연 기관의 작동 방법.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    내연 기관으로부터 라디에이터에 기관 냉각제를 순환시킴으로써 상기 급기와 접촉하고 있는 기관 표면을 냉각시키는 단계와,
    상기 라디에이터를 통과하는 통로 내의 상기 기관 냉각제의 냉각을 기관 속도 및 부하의 변화에 따라 제어하는 단계를 더 포함하는
    내연 기관의 작동 방법.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 연료는 디젤 연료이며, 상기 연료가 상기 내연 기관의 실린더 내로 도입될 때 자기 착화가 일어나는
    내연 기관의 작동 방법.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 내연 기관은 적어도 12:1의 압축비로 동작되고, 상기 연료는 가솔린이며,
    상기 내연 기관의 작동 방법은,
    상기 급기 및 연료의 혼합을 위해 배기 가스의 일부를 재순환시키는 단계와,
    피크 실린더 압력을 검출하는 단계와,
    상기 급기 내의 산소 농도를 검출하는 단계와,
    자기 착화 및 피크 실린더 압력을 연소 사이클의 사전결정된 위치 내에서 생성하기 위해, 급기 내의 산소 농도에 대응시켜 재순환되는 배기 가스의 일부를 조정하는 단계를 더 포함하는
    내연 기관의 작동 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 연소 사이클의 사전결정된 위치는 TDC 직후로부터 TDC 이후 15°의 범위 내에 있는
    내연 기관의 작동 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 압축비는 15:1 내지 20:1이고, 상기 연료는 90 이상의 옥탄가를 가지며, 연소 이벤트(combustion event)의 위치는 스파크 타이밍에 의해 제어되고, 여압, 급기 내의 산소 농도 및 급기 온도의 제어에 의해 자기 착화가 방지되는
    내연 기관의 작동 방법.
  16. 내연 기관의 작동 방법에 있어서,
    대기를 적어도 하나의 압축기를 통해 흡입하여 여압으로 급기를 제공하고, 여압된 급기를 내연 기관에 도입하는 단계와,
    상기 급기와의 혼합물을 연소시키기 위해 상기 내연 기관 내로 연료를 도입하고, 배기 가스를 생성하는 단계와,
    토크 요구량을 검출하는 단계와,
    일정한 비율(Hc/cvM)을 유지하기 위해서, 검출된 토크 요구량의 변화에 비례하여 상기 여압을 변화시키는 단계로서, 여기에서 Hc는 연소열, cv는 급기의 혼합물의 비열, M은 급기의 질량인, 상기 여압 변화 단계를 포함하는
    내연 기관의 작동 방법.
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