KR101063175B1 - 내연 기관으로부터 질소산화물의 방출물을 저감시키는 배기가스 재순환 방법 및 장치 - Google Patents

내연 기관으로부터 질소산화물의 방출물을 저감시키는 배기가스 재순환 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101063175B1
KR101063175B1 KR1020057005717A KR20057005717A KR101063175B1 KR 101063175 B1 KR101063175 B1 KR 101063175B1 KR 1020057005717 A KR1020057005717 A KR 1020057005717A KR 20057005717 A KR20057005717 A KR 20057005717A KR 101063175 B1 KR101063175 B1 KR 101063175B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
exhaust gas
egr
combustion chamber
line
fuel
Prior art date
Application number
KR1020057005717A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20050083714A (ko
Inventor
필립 지. 힐
마크 이. 던
산디프 문시
Original Assignee
웨스트포트 파워 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 웨스트포트 파워 인코포레이티드 filed Critical 웨스트포트 파워 인코포레이티드
Publication of KR20050083714A publication Critical patent/KR20050083714A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101063175B1 publication Critical patent/KR101063175B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B43/00—Engines characterised by operating on gaseous fuels; Plants including such engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B47/00—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines
    • F02B47/04—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines the substances being other than water or steam only
    • F02B47/08—Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines the substances being other than water or steam only the substances including exhaust gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B7/00—Engines characterised by the fuel-air charge being ignited by compression ignition of an additional fuel
    • F02B7/06—Engines characterised by the fuel-air charge being ignited by compression ignition of an additional fuel the fuel in the charge being gaseous
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B9/00—Engines characterised by other types of ignition
    • F02B9/06—Engines characterised by other types of ignition with non-timed positive ignition, e.g. with hot-spots
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/0626—Measuring or estimating parameters related to the fuel supply system
    • F02D19/0628—Determining the fuel pressure, temperature or flow, the fuel tank fill level or a valve position
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/0626—Measuring or estimating parameters related to the fuel supply system
    • F02D19/0628—Determining the fuel pressure, temperature or flow, the fuel tank fill level or a valve position
    • F02D19/0631—Determining the fuel pressure, temperature or flow, the fuel tank fill level or a valve position by estimation, i.e. without using direct measurements of a corresponding sensor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/0663—Details on the fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02D19/0686—Injectors
    • F02D19/0689—Injectors for in-cylinder direct injection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/08—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed simultaneously using pluralities of fuels
    • F02D19/10—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed simultaneously using pluralities of fuels peculiar to compression-ignition engines in which the main fuel is gaseous
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D21/00—Controlling engines characterised by their being supplied with non-airborne oxygen or other non-fuel gas
    • F02D21/06—Controlling engines characterised by their being supplied with non-airborne oxygen or other non-fuel gas peculiar to engines having other non-fuel gas added to combustion air
    • F02D21/08—Controlling engines characterised by their being supplied with non-airborne oxygen or other non-fuel gas peculiar to engines having other non-fuel gas added to combustion air the other gas being the exhaust gas of engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/02—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
    • F02B2075/022—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle
    • F02B2075/027—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle four
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B2275/00—Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
    • F02B2275/14—Direct injection into combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00—Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04—Cooling of air intake supply
    • F02B29/0406—Layout of the intake air cooling or coolant circuit
    • F02B29/0437—Liquid cooled heat exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00—Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04—Cooling of air intake supply
    • F02B29/0493—Controlling the air charge temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/005—Exhaust driven pumps being combined with an exhaust driven auxiliary apparatus, e.g. a ventilator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/18—Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/24—Control of the pumps by using pumps or turbines with adjustable guide vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/05—High pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust system upstream of the turbine and reintroduced into the intake system downstream of the compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/06—Low pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust downstream of the turbocharger turbine and reintroduced into the intake system upstream of the compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/07—Mixed pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is either taken out upstream of the turbine and reintroduced upstream of the compressor, or is taken out downstream of the turbine and reintroduced downstream of the compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/08—EGR systems specially adapted for supercharged engines for engines having two or more intake charge compressors or exhaust gas turbines, e.g. a turbocharger combined with an additional compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/22—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with coolers in the recirculation passage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Abstract

층상 연소 모드로 엔진 내에서 연소되는 직접 분사식 가스 연료와 함께 배기 가스 재순환(EGR)을 사용하는 내연 기관의 작동 방법이 개시되어 있다. EGR을 사용하는 엔진은 소정의 압력 범위와 소정의 각도 범위 내에서 연소실 내에 높은 압력의 연료량을 제공하고, 노즐 홀 크기를 통해 EGR 공차를 제공하며, 이에 따라 방출물을 저감시키는 데 일조하도록 되어 있는 인젝터를 포함한다.
내연기관, 배기가스 재순환, 인젝터, 방출물, 가스연료.

Description

내연 기관으로부터 질소산화물의 방출물을 저감시키는 배기 가스 재순환 방법 및 장치{EXHAUST GAS RECIRCULATION METHODS AND APPARATUS FOR REDUCING NOX EMISSIONS FROM INTERNAL COMBUSTION ENGINES}
본 발명은 가스 연료식 압축 점화 내연 기관에 배기 가스 재순환을 사용하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
배기 가스 재순환(EGR)은 질소 산화물(NOx)의 방출물을 저감시키는 데에 일조하기 위하여 디젤 연료식 압축 점화 엔진에 사용된다. EGR은 대기 산소 농도 미만의 수준으로 연소 환경에 진입하는 흡입 충전물(intake charge)의 산소 농도를 저감시킬 수 있다. EGR에 있어서, 한 연소 사이클로부터의 배기 가스의 양은 계속 유지되거나 다음의 연소 사이클에서 연소실로 다시 급송된다. 배기 가스는 흡입 충전물에서 산소를 희석시킨다.
EGR을 이용하는 엔진은 통상적으로 공기로부터 거의 완벽하게 취출된 대기 산소 농도를 갖는 흡입 충전물로 시동된다. 산소는 연료의 연소 중에 소비된다. 연소로부터의 배기 가스는 산소가 고갈되어 있다. 따라서, 그러한 연소로부터 생긴 배기 가스가 공기 흡입 충전물과 혼합되는 경우에, 그 충전물 내에서 산소의 농도가 저감된다.
디젤 연료식 압축 점화 엔진에서 EGR의 사용은 엔진이 다른 오염 물질을 생성하게 할 수 있다고 널리 알려져 있다. 연소 효율은 연소 에너지가 화학적 에너지로 전환되는 효율이다. 연소 환경 내에서 산소의 농도가 떨어지기 때문에, 연소 효율을 유지하기 위해서는 더 높은 분사 속도가 요구되는 경향이 있다. 분사 속도를 증가시키는 실제 방식에 의하면 미립자의 배출이 증가되는 경향이 있다. 따라서, EGR은 현재의 디젤 엔진에서 NOx 방출물을 감소시킴에 있어 용도가 제한되었다.
분사 속도는 연료 분사 압력을 증가시키거나 인젝터 노즐의 개구 크기 또는 양을 증가시킴으로써 증가될 수 있다. 디젤 연료는 매우 고압으로 주입되기 때문에 연료 분사 압력을 증가시키는 것은 어려운 일이다. 디젤 연료의 분사 압력은 30,000 psi 만큼 높을 수 있고, 일반적으로 인젝터와 펌프 기술에 의해 제한된다. 2000 내지 3000 psi 정도의 압력 증가는 분사 속도에 강한 영향을 주기에는 불충분하다.
또한, 인젝터 개구의 크기를 증가시킴으로써 더 높은 분사 속도를 달성할 수 있다. 그러나, 인젝터 개구의 크기 증가는 디젤 연료의 분무화를 저감시키는 경향이 있고, 이것은 그렇지 않은 경우보다 더 많은 미립자가 형성되게 할 수 있다. 또한, 인젝터 개구의 개수를 증가시키면 인접한 연료 분사들이 서로 간섭할 수 있기 때문에 미립자의 형성이 증가하게 될 수 있다.
배기 가스들이 대기로 방출되기 전에 배기 가스에서의 미립자의 농도를 감소하기 위한 후처리 방법이 있지만, 미립자의 후처리는 특히 어렵고 실시하는 데 비 용이 비싸다.
디젤 연료식 엔진에서 EGR의 전체 방출물 트레이드오프(trade-off) 외에, EGR의 더 높은 수준으로부터 생긴 미립자의 증가된 수준은 EGR 시스템의 컴포넌트의 적절한 작동에 손상을 주거나 그 작동과 간섭할 수 있다.
몇몇의 압축 점화 엔진은 천연 가스 등의 가스 연료를 연소시킨다. 그러한 엔진은 미립자를 발생시키는 경향이 감소되지만, 그러한 엔진에서 EGR을 사용하는 데에 다른 장애가 있다. 천연 가스는 디젤 연료에 요구되는 온도 이상에서 자동 점화하기 때문에, 안내 연료가 흔히 연소를 개시하는 데에 사용된다. 천연 가스가 연소실 내의 일정 지점에서 점화되면, 이들 천연 가스 연료식 엔진은 연소실에 걸쳐 점화 소스로부터 이동하는 화염 전선(flame front)의 전파에 의존하여 연료/공기 혼합물을 연소시킨다.
높은 수준의 EGR은 비효율적 연소 또는 점화 불발을 유발할 수 있다. 충전물 대 연료의 비(charge-to-fuel ratio)가 증가됨에 따라, 화염 속도가 떨어지는 경향이 있어 효율이 줄어든다. 제한적인 경우에, 화염 속도는 연료가 완전히 연소되어 부분적인 점화 불발이 발생하기 전에 0으로 떨어진다.
방출물이 감소되는 내연 기관을 제공하는 것이 요구된다.
본 발명은 직접 분사식 가스 연료를 연소하는 내연 기관에 EGR을 적용하는 방법들 및 장치를 제공한다. 본 발명의 특정 실시예에서, 엔진 작동 파라미터는 더 높은 EGR 레벨을 허용하고 오발화에 대한 민감성을 저감시킨다. 본 발명의 몇몇 실시예에 있어서, EGR은 흡입 충전물을 가온하는 데에 사용된다. 이것은 천연 가스에 보다 유리한 점화 환경을 생성하는 데에 일조한다.
따라서, 본 발명의 한 양태는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법을 제공한다. 상기 방법은, 흡입 라인으로부터의 흡입 충전물을 내연 기관의 연소실 내로 지향시키는 단계와, 상기 연소실 내에서 흡입 충전물을 압축하는 단계와, 상기 연소실 내에서 압축된 흡입 충전물에 가스 유체를 직접 분사하는 단계와, 상기 가스 연료를 점화하는 단계와, 상기 가스 연료를 연소하는 단계와, 상기 연소실에서 가스 연료의 연소 중에 생성된 배기 가스를 배기 라인으로 지향시키는 단계와, 상기 배기 라인으로부터 소정량의 배기 가스를 EGR 라인을 통해 흡입 라인으로 지향시키는 단계를 포함하고, 후속하는 흡입 충전물은 상기 소정량의 배기 가스를 포함한다.
본 발명의 다른 양태는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법을 제공한다. 상기 방법은, 상기 내연 기관의 연소실 내로 흡입 충전물을 지향시키는 단계와, 상기 연소실 내에서 상기 흡입 충전물을 압축하는 단계와, 상기 연소실 내로 가스 연료를 직접 분사하는 단계와, 상기 가스 연료를 점화하는 단계와, 상기 가스 연료를 연소하는 단계와, 원하는 EGR 질량과, 원하는 전체 충전물 질량을 결정하는 단계와, 상기 가스 연료의 연소에 의해 발생된 소정량의 배기 가스를 연소실 밖으로 지향시키는 단계와, 상기 배기 가스의 잔량이 상기 연소실을 탈출하는 것을 방지하는 단계로서, 상기 잔량은 상기 원하는 EGR 질량에 의해 설정되는 것인 단계와, 후속의 흡입 충전물을 연소실 내로 도입하는 단계를 포함하고, 상기 후속의 흡입 충전물은 상기 원하는 EGR 질량보다 적은 상기 원하는 전체 충전물 질량을 기초로 한 질량을 갖는다.
본 발명의 추가 양태는 내연 기관의 작동 방법을 제공한다. 상기 방법은, 상기 내연 기관의 연소실 내로 흡입 충전물을 지향시키는 단계와, 상기 흡입 충전물을 압축하는 단계와, 상기 연소실 내에서 상기 흡입 충전물에 연료를 주입하는 단계와, 상기 연료를 점화하는 단계와, 상기 연료를 연소하는 단계와, 상기 연소실로부터 상기 연료의 연소에 의해 발생된 배기 가스를 배기 라인으로 지향시키는 단계와, 상기 배기 가스 내의 방출물 농도를 결정하는 단계로서, 일산화탄소, 하이드로카본, 일산화탄소와 하이드로카본의 혼합물, 일산화탄소와 미립자의 혼합물, 하이드로카본과 미립자의 혼합물 또는, 일산화탄소와 하이드로카본 및 미립자의 혼합물 중 하나의 농도인 상기 방출물 농도를 결정하는 단계와, 상기 방출물 농도가 최대 방출물 농도 이상인 EGR 속도 설정점을 결정하는 단계와, 상기 배기 가스의 예정량을 결정하여 EGR 라인을 통해 지향시키는 단계로서, 상기 배기 가스의 양은 상기 설정점 미만의 EGR 레벨을 제공하는 단계와, 상기 가스 연료의 연소에 의해 발생된 소정량의 배기 가스를 연소실 밖으로 지향시키는 단계와, EGR 라인에 대해 상기 배기 가스의 예정량을 기초로 한 상기 배기 가스의 소정량을 상기 흡입 라인으로 지향시키는 단계를 포함하고, 상기 후속의 흡입 충전물은 상기 소정량의 배기 가스를 포함한다.
본 발명의 또 다른 양태는 가스 연료식 내연 기관을 제공한다. 상기 내연 기관은 피스톤을 갖춘 하나 이상의 실린더를 구비하고, 상기 실린더와 피스톤은 부분적으로 연소실을 형성한다. 상기 피스톤은 상기 내연 기관이 작동할 때 상기 실린더 내에서 상사점과 하사점 사이에서 왕복한다. 상기 내연 기관은 엔진 프로파일을 생성하도록 작동 데이터를 처리할 수 있는 컨트롤러와, 상기 연소실 내에 가스 연료를 직접 분사할 수 있는 가스 연료 인젝터를 구비한다. 상기 인젝터는 상기 컨트롤러에 의해 명령을 받는다. 상기 내연 기관은 흡입 밸브를 통해 상기 연소실 내에 충전물을 주입하는 흡입 라인과, 상기 연소실로부터 가스 연료의 연소로 생긴 배기 가스를 배기 밸브를 통해 지향시키는 배기 라인과, 상기 컨트롤러가 상기 배기 라인으로부터 소정량의 배기 가스를 상기 흡입 라인에 제공할 수 있는 EGR 라인을 구비한다.
본 발명의 추가 양태는 내연 기관을 제공한다. 상기 내연 기관은 피스톤을 갖춘 하나 이상의 실린더를 구비하고, 상기 실린더와 피스톤은 부분적으로 연소실을 형성하고, 상기 피스톤은 상기 내연 기관이 작동할 때 상기 실린더 내에서 상사점과 하사점 사이에서 왕복하다. 상기 내연 기관은 또한, 엔진 프로파일을 생성하도록 작동 데이터를 처리할 수 있는 컨트롤러를 구비한다. 또한, 상기 연소실 내에 연료를 직접 분사할 수 있고, 0.6 내지 1.0 mm 직경의 인젝터 노즐 홀을 규정하는 연료 인젝터가 포함된다. 상기 인젝터는 상기 컨트롤러에 의해 명령을 받는다. 흡입 밸브를 통해 상기 연소실 내에 충전물을 주입하는 흡입 라인과, 상기 연소실로부터 연료의 연소로 생긴 배기 가스를 배기 밸브를 통해 지향시키는 배기 라인과, 상기 컨트롤러가 상기 배기 라인으로부터 소정량의 배기 가스를 상기 흡입 라인에 제공할 수 있는 EGR 라인이 또한 포함된다.
본 발명의 추가 양태는 내연 기관의 작동 방법을 제공한다. 상기 방법은, 내연 기관의 연소실 내에 흡입 라인으로부터 흡입 충전물을 지향시키는 단계와, 상기 연소실 내에서 상기 흡입 충전물을 압축하는 단계와, 상기 연소실 내에서 압축된 흡입 충전물로 파라미터 범위 내에서 연료를 직접 분사하는 단계로서, 상기 파라미터 범위는 12 MPa 내지 30 MPa의 압력과, 상기 연소실을 부분적으로 형성하는 발화 데크 아래 10 내지 20도의 각도 중 적어도 하나의 범위에 있는 단계와, 상기 연료를 점화하는 단계와, 상기 연료를 연소하는 단계와, 상기 연소실로부터 상기 연료의 연소 중에 생성되는 배기 가스를 배기 라인으로 지향시키는 단계와, 상기 배기 라인으로부터 소정량의 배기 가스를 EGR 라인을 통해 흡입 라인으로 지향시키는 단계를 포함하고, 후속 흡입 충전물은 상기 소정량의 배기 가스를 포함한다.
본 발명의 추가 양태는 내연 기관의 작동 방법을 제공한다. 상기 방법은, 내연 기관의 연소실 내에 흡입 라인으로부터 흡입 충전물을 지향시키는 단계와, 상기 연소실 내에서 상기 흡입 충전물을 압축하는 단계와, 상기 연소실 내에서 압축된 흡입 충전물로 파라미터 범위 내에서 연료를 직접 분사하는 단계로서, 상기 파라미터 범위는, 12 MPa 내지 30 MPa의 압력과, 상기 연소실을 부분적으로 형성하는 발화 데크 아래 10 내지 20도의 각도 중 적어도 하나이 범위에 있는 단계와, 상기 연료를 점화하는 단계와, 상기 연료를 연소하는 단계와, 상기 연소실로부터 상기 연료의 연소 중에 생성되는 배기 가스를 배기 라인으로 지향시키는 단계와, 상기 배기 라인으로부터 소정량의 배기 가스를 EGR 라인을 통해 흡입 라인으로 지향시키는 단계를 포함하고, 후속 흡입 충전물은 상기 소정량의 배기 가스를 포함한다.
본 발명의 추가 양태들 및 본 발명의 특정 실시예들은 후술된다.
도면에는 본 발명의 비제한적인 실시예들이 도시되어 있다.
도 1은 디젤 인젝터에서 분사 속도 대 분사 압력의 그래프.
도 2는 디젤 및 천연 가스 연료 방법에서 연소 효율 대 O2 농도의 수준을 유지하는 데에 필요한 분사 압력의 그래프.
도 3은 디젤 연료 분사에서 O2 농도와 미립자 방출 대 인젝터 홀 직경의 그래프.
도 4a 내지 4d는 각각 피스톤의 흡입, 압축, 동력 및 배기 행정 중에 작동하는 가스 연료식 내연 기관의 연소실의 단면도이다.
도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 층상 가스 연소 엔진에 EGR을 이용하는 장치의 개략도이다. 도 5b는 도 5a의 실시예의 변형에 따른 장치의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 층상 가스 연소 엔진에 EGR을 이용하는 장치의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 층상 가스 연소 엔진에 EGR을 이용하는 장치의 개략도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 층상 가스 연소 엔진에 EGR을 이용하는 장치의 개략도이다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 층상 가스 연소 엔진에 EGR을 이용하는 장치의 개략도이다.
도 10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 층상 기체 연소 엔진에 EGR을 이용하는 일체식 장치의 개략도이다.
도 11a 내지 11f는 각각 내부 EGR이 상이한 작동 사이클의 위상에서 이용되는 것을 증명하는 연소실의 단면도이다.
도 12 및 13은 EGR 제어 시스템의 작동을 설명하는 플로우 챠트이다.
본 발명은 연료가 직접 분사되는 엔진에 EGR 장치와 방법을 제공한다. 이 개시에 있어서, "층상 충전 연소"는 확산 연소 및 부분적으로 혼합되거나 층을 이룬 충전물의 연소를 포함하고 균일한 충전물의 연소는 포함하지 않는다. 마찬가지로, "층상 연소 모드"는 균일하지 않고 층을 이루며 확산 연소를 포함하는 연료의 연소 모드이다.
도 1에 있어서, 곡선(20, 22, 24, 26)은 모두 분사 압력의 함수로서 디젤 연료의 분사 속도를 보여주고 있다. 상기 곡선들은 상이한 노즐 직경에 대한 것으로, 노즐 직경은 화살표(28) 방향으로 증가한다.
도 2는 디젤 연료식 엔진(곡선 36)과 천연 가스 연료식 엔진(곡선 38) 모두의 경우에 흡입 공기의 산소 농도의 함수로서 연소 효율을 유지하는 데 필요한 분사 압력을 보여주고 있다.
도 3은 연소 효율이 유지되는 디젤 연료식 엔진의 경우에 산소 농도(44)와 미립자 농도(46)에 대해 구획한 인젝터 홀 크기를 보여주고 있다.
도 1 내지 3은 디젤 연료식 엔진에서 NOx 형성을 제거하기 위하여 EGR의 사용을 시도할 때 발생하는 문제를 도시하고 있다. 도 1은 소정의 인젝터 홀 크기의 경우에, 압력의 증가는 디젤 연료식 엔진의 연소실로 운반되는 연료를 비교적 적게 증가시킨다는 것을 보여준다. 따라서, 증가된 분사 압력은 연소실 내의 희석된 산소 환경의 효과에 대항하기 위하여 그러한 엔진에 효율적으로 사용될 수 없다.
화살표(28)로 지시된 바와 같이, 증가된 노즐 홀 크기는 분사 속도를 증가시키는 데에 사용될 수 있다. 그러나, 도 3에 도시된 바와 같이, 미립자 배출은 디젤 연료가 큰 노즐 홀에 주입될 때 증가한다.
도 4a 내지 4d는 본 발명에 따른 EGR 시스템을 갖춘 엔진의 연소실(50)를 도시하고 있다. 피스톤(52)은 통상적인 4행정 사이클 중에 상사점과 하사점 사이에서 왕복한다. 흡입 밸브(54) 및 흡입 라인(56)이 배기 밸브(58) 및 배기 라인(60)과 함께 마련되어 있다. 또한, 인젝터(62)가 도시되어 있다. 흡입 공기(64)외 배기 가스(66)는 가스 연료(68)일 때 제공된다. 연료(68)는 천연 가스를 포함할 수 있다.
도 4a에 있어서, 피스톤(52)은 방향(57)으로 이동한다. 도 4b에 있어서, 피스톤(52)은 방향(61)으로 이동한다. 도 4c에 있어서, 피스톤(52)은 방향(65)으로 이동한다. 도 4d에 있어서, 피스톤(52)은 방향(67)으로 이동한다.
피스톤(52)이 연소실(50) 내에서 상사점으로부터 하방으로 이동하는 동안에, 소정량의 흡입 공기(64)가 흡입 라인(56)을 통해 흡입 밸브(54)를 지나서 연소실 내로 도입된다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 피스톤(52)의 압축 행정 중에 흡입 공 기는 연소실(50) 내에서 압축된다. 피스톤이 상사점에 도달하거나 그 근처에 있고 동력 행정의 개시 전에 또는 그 때에, 소정량의 가스 연료(68)가 인젝터(62)를 통해 연소실(50) 내로 분사된다.
연료(68)는 연소실 내에서 연소된다. 그 때, 동력 행정 중에 피스톤(52)을 구동시키는 에너지를 방출한다. 일반적으로, 연료는 연소실 내에서 점화 환경을 확보함으로써 점화된다. 점화는 디젤 등의 자동 점화 가능한 연료를 연소실 내에 소량 도입함으로써, 촉진될 수 있다. 일반적으로, 보다 쉽게 자동 점화 가능한 연료가 연소실 내의 조건을 주연료를 위한 자동 점화 조건으로 상승시키거나 주연료를 연소시킨다. 동력 행정의 개시 중에 연소실 내의 문제의 조건 및 주연료의 자동 점화 특성에 의해 결정되는 바와 같이, 보다 자동 점화 가능한 다른 연료가 또한 사용될 수 있다.
점화와 연소는 또한 연소실 내에 고온의 표면을 제공함으로써 촉진될 수 있다. 연소실의 압력 하에서, 고온의 표면은 가스 연료가 점화되게 하고 연소실에 걸쳐 화염을 전파한다.
동력 행정의 완료시에, 배기 밸브(58)가 개방되어 가스 연료(68)의 연소로부터 발생된 배기 가스가 배기 밸브(58)를 통해 배기 라인(60)으로 배출되게 한다.
이 때, 소정량의 배기 가스가 배기 라인(60)으로부터 도입되어 흡입 라인(56)으로 급송된다. 최초의 흡입 가스 내에 존재하는 산소의 양은 연소 후에 고갈되기 때문에(산소가 연소 공정에 사용되기 때문에), 흡입 라인을 통해 도입되는 신선한 공기에 있는 산소는 소정량의 배기 가스가 흡입 라인으로 도입된 후에 희석된 다. 따라서, 그 후의 흡입 사이클은 그렇지 않은 경우에 비해 산소 농도가 낮은 흡입 공기를 연소실로 도입하게 한다. 이 희석된 산소 농도는 연소 효율이 유지되거나 엔진에 필요한 작업자에 의한 요구에 부합하는 것을 보장하도록 모니터링된다.
산소 농도는 흡입 및/또는 배기 시스템에 장착되어 흡입, 배기, EGR 및 연료 시스템을 통한 흐름을 직접 또는 간접적으로 모니터링하는 센서에 기반한 연산으로부터 결정될 수 있다.
연료(68)가 고압으로 직접 분사되면, 연료는 직접 분사되는 연료와 흡입 충전물 간의 계면 특성에 따라 연소실 내에서 연소된다. 연소 효율은 연료(68)가 분사되는 압력 등의 파라미터를 조절함으로써 유지될 수 있다. 분사 압력을 증가시키면, 연료(68)가 보다 신속하게 연소실 내에 도입되어 분사되는 연료의 양이 증가하게 된다. 도입된 연료의 양은 또한, 예컨대 노즐(62)의 홀 크기를 증가시키거나 홀의 개수를 변경시킴으로써 제어될 수 있다. 보다 높은 압력이 또한 낮은 산소 환경에 요구되는 연소를 보조할 수 있는 난류 혼합을 증가시킬 수 있다.
보다 높은 속도, 부하 및 EGR 속도는 효율을 유지하기 위하여 보다 높은 압력을 요구하게 된다. 보다 낮은 속도, 부하 및 EGR 속도에서는 그 반대이다.
전통적으로, 고압의 직접 분사는 고압의 직접 분사에 적절한 파라미터 세트를 사용하여 실행된다. 즉, 연료는 일정 조건 하에서 그리고 가스 연료가 높은 수준의 EGR에 적절한 배기 가스 조건을 제공하고 HPDI의 성능 이점을 제공하도록 설계된 하드웨어를 사용하여 연소실 내로 도입된다. 이하에서 그러한 범위를 예시한 다.
파라미터 양호한 실시예의 범위
1. 분사 압력 12 MPa 내지 30 MPa
2. 가스 제트 속도 연소실 상태에서 음파 속도
3. 가스에 대한 인젝터 노즐 홀의 개수 5 내지 10
4. 가스를 위한 분사 개시 -20 내지 +5 ATDC
5. 파일럿 연료가 사용되는 파일럿을 위한 분사 개시 가스 전방의 10 내지 5 크랭크각
6. 압축비 16 내지 20
7. 가스의 분사 주기 5 내지 30 크랭크각
8. 레일에서의 가스 온도 30℃ 내지 80℃
9. 분사각 발화 데크 미만에서 10 내지 20도
10. 인젝터 홀의 크기 0.15 내지 1 mm
ATDC는 "상사점 후"이고 상사점 후에 피스톤의 크랭크 각도의 측정값이다.
도 5 내지 도 10은 본 발명에 따른 고압의 직접 분사 엔진에 사용될 수 있는 다수의 외부 EGR 시스템의 개략도이다.
도 5a는 제1 EGR 시스템(15)의 개략도이다. 이 시스템(15)에서, 엔진 블록(69) 내에 다수의 실린더로부터의 배기 라인은 공통의 메인 배기 라인(70)로 배기 가스를 운반한다. EGR 라인(74)은 EGR 교차점(71)에서 배기 라인(70)으로부터 분기되어 교차점(78)에서 흡기 라인(80)과 결합한다. EGR 밸브(72)는 EGR 라인(74)에 배치된다. EGR 밸브(72)는 또한 EGR 교차점(71) 근처에 또는 EGR 라인(74)을 따라 교차점(78)을 향한 더 먼 하류에 배치될 수 있다. EGR 냉각기(76)는 EGR 교차점(78) 전에 EGR 라인(74)에 배치된다.
흡입 라인(80)은 흡입 공기 공급원으로부터 터보차저(82)를 통해 공기, 통상적으로 대기를 운반한다. 터보차저(82)는 고정식 또는 가변식 형태의 터보차저일 수 있다. 터보차저(82)에는 폐기물 게이트가 구비될 수 있다.
흡입 공기 냉각기(84)는 터보차져(82)의 하류 및 교차점(78)의 상류에서 흡입 라인(80) 내에 배치된다. 교차점(78)의 하류에는 다수의 연소실을 위한 흡입 라인으로 흡입 공기가 지향된다. EGR 유동 방향(86), 배기 유동 방향(88) 및 공기 유동 방향(90)이 모두 도시되어 있다.
도 5b는 도 5a의 EGR 시스템의 변형인 EGR 시스템(15A)이 도시되어 있다. EGR 시스템(15A)에는 바이패스 라인(89), 바이패스 밸브(91) 및 흡입 밸브(93)가 추가되어 있다.
도 5a와 5b의 실시예에 있어서, 다수의 연소실 중 임의의 연소실로부터의 배기 가스는 배기 라인(70)에 수집된다. 배기 라인(70)은 EGR 교차점(71)을 지나 터보차저(82)의 터빈을 통해 배기 가스를 운반한다. 밸브(72)는 EGR 라인(74)을 통해 방향(86)으로 그리고 흡입 라인(80)내로 급송될 소정량의 배기 가스를 조절한다. 밸브(72)는 터보차저(82)를 통해 배기 가스의 원하는 최소 유동을 유지하기에 충분할 정도로 제한적이다.
흡입 라인(80)으로의 도입 전에, EGR 라인(74)을 통과하는 소정량의 배기 가스는 EGR 냉각기(76)를 통해 운반된다. 이것은 배기 가스의 밀도가 증가되게 하고, 다시 재순환된 더 많은 배기 가스가 흡입 공기로 도입되게 한다.
흡입 공기, 초기에 소정량의 신선한 공기는 흡입 라인(80)을 통해 지향된다. 공기는 터보차저(82)에 의해 압축되어 냉각기(84)를 통해 흡입 유동 방향(90)으로 운반된다. 교차점(78)에서, EGR 라인(74)으로부터의 배기 가스는 흡입 유동과 조합된다. 배기 가스가 냉각기(76)를 통과하고 흡입 공기가 냉각기(84)를 통과하기 때문에, 각각은 엔진 효율을 유지하는 밀도가 증가된다.
도 5b의 실시예에서, 충전물 냉각기 바이패스(89)는 밸브(91)가 개방될 때 흡입 충전물이 차저 냉각기(84)를 우회하게 한다. 이것은 낮은 부하의 작동 중에 연소를 조정하도록 사용될 수 있다. 그렇지 않은 경우에 비해 고온의 혼합 충전물은 점화에 보다 적절한 연소실 상태와 완벽한 연소를 촉진한다. 낮은 부하의 상태에서, 냉각기(76, 84)에 의해 제공되는 충전물 밀도는 불필요할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 EGR 시스템(15B)을 도시하고 있다. 도 6의 실시예에 있어서, 재순환된 배기 가스는 흡입 냉각기(108)의 상류에서 흡입 공기와 혼합된다.
엔진 블록(92) 내에 다수의 연소실 각각으로부터의 배기 가스는 배기 라인(94)으로 운반된다. EGR 교차점(96)에서, EGR 라인(98)은 배기 라인(94)과 만난다. EGR 밸브(100)는 EGR 라인(98) 내에 배치된다. EGR 냉각기(102)는 EGR 라인(98) 내에서 EGR 밸브(100)의 하류에 배치된다. EGR 라인(98)은 흡입 교차점(106)에서 흡입 라인(104)에 연결된다. 흡입 라인(104)은 흡입 교차점(106)을 지나서 흡입 차지 냉각기(108)까지 연속된다. 고정식 또는 가변식 형태의 터보차저(100)가 흡입 교차점(106)의 상류에서 흡입 공기를 압축한다. 흡입 충전물 냉각기(108)를 지나서, 흡입 라인(104)은 엔진 블록(92)의 연소실 각각에 도달하는 흡입 라인(도시 생략)으로 흡입 공기를 지향시킨다.
EGR 유동 방향(112), 배기 유동 방향 및 흡입 공기 유동 방향(116)이 도시되어 있다.
도 6의 실시예에서, 엔진 블록(92)에 다수의 연소실 중 임의의 연소실로부터의 배기 가스는 배기 라인(94)으로 지향된다. 교차점(96)에서, 소정량의 배기 가스가 EGR 밸브(100)를 통해 EGR 라인(98)으로 지향된다. 이어서, 이 소정량의 배기 가스는 흡입 교차점(106)에 도달하기 전에 냉각기(102)를 통과할 때 냉각된다. 교차점(106)에서, 재순환된 소정량의 배기 가스는 터보차저(110)에 의해 압축된 소정량의 신선한 흡입 공기와 조합된다. 그 결과로 생긴 재순환된 배기 가스와 신선한 공기의 혼합기는 냉각기(108)를 통과할 때 냉각된 후에, 엔진 블록(92)과 각 실린더에 이르는 흡입 라인으로 지향된다. 이 구조는 EGR이 터보차저(108)를 통과하게 되는 경우에 바람직하다. 따라서, 원하다면 냉각기(102)를 제거할 수 있어, 시스템의 구성 요소들과 비용을 감소시킬 수 있다. 직접 분사 가스 연소로부터의 EGR은 비교적 미립자가 없기 때문에, 냉각기(108)의 상류에 필터를 필요로 하지 않아 시스템의 복잡성과 비용을 추가로 감소시킬 수 있다.
도 5와 6의 시스템은 고정식 또는 가변식 형태의 터보차저를 EGR 교차점(71, 96) 및 흡입 교차점(78, 106)에 통합한다.
도 7은 본 발명에 따른 제3 실시예에 따른 EGR 시스템(15C)을 도시하고 있다. 도 7의 실시예에 있어서, 재순환된 배기 가스는 터보차저 압축기의 상류에서 신선한 흡입 공기와 혼합된다.
배기 라인(130)은 엔진 블록(131)의 연소실로부터 멀리 배기 가스를 운반하도록 연결된다. EGR 라인(132)은 EGR 교차점(134)에서 배기 라인(130)으로부터 분기된다. EGR 밸브(136)와 EGR 냉각기(138)는 모두 EGR 라인(132)에 배치된다. EGR 라인(132)은 고정식 또는 가변식 형태의 터보차저(142) 상류의 흡입 교차점(144)에서 흡입 라인(140) 내에 결합된다. 흡입 충전물 냉각기(146)는 터보차저(142)의 압축기의 하류에 있는 흡입 라인(140)에 배치된다. 흡입 충전물 냉각기(146)의 하류에는 흡입 라인(140)이 흡입 공기를 엔진 블록(131) 내에 배치된 각 연소실에 운반하도록 연결된다.
EGR 유동 방향(145), 배기 유동 방향(147) 및 흡입 공기 유동 방향(148)이 모두 도시되어 있다.
도 7의 실시예에 있어서, 엔진 블록(131) 내에 배치된 다수의 연소실 중 임의의 연소실로부터의 배기 가스는 배기 라인(130)을 통해 지향된다. 밸브(136)는 EGR 라인(132)과 냉각기(138)를 통해 소정량의 배기 가스를 지향시킨다. 이어서, 재순환된 배기 가스는 교차점(144)에서 흡입 라인(140) 내로 다시 도입된다. 이 때, 가스는 터보차저(142)에 의해 압축된다. 터보차저(142)에 의해 압축될 때 흡입 충전물의 과도한 가열은 다수의 연소실 중 임의의 연소실에 급송되는 흡입 충전물을 엔진 블록(131)에 도입하기 전에 냉각기(146)를 통과시킴으로써 조정된다.
EGR이 충전물 냉각기(146)를 통과할 때, 냉각기(138)는 시스템의 복잡성과 비용을 감소시키도록 어쩌면 필요하지 않을 수 있다. 또한, 터보차저(142)는 흡입 공기와 EGR을 모두 압축하여 EGR의 농도를 증가시키는 수단을 제공하도록 사용될 수 있다. 터보차저가 교차점(144)의 상류에 있으면, 먼저의 2개의 실시예에서와 같이, 흡입 가스가 이미 압축된 경우보다 EGR을 압축된 소정량의 흡입 충전물에 가압하는 것이 비교적 더 어려울 수 있다. 이것은 사용된 연료 및 결과적인 배기 가스에 비교적 미립자가 없어 복잡성과 비용을 감소시킨다는 관점에서 미립자 필터 없이 가능하다.
도 8은 본 발명의 추가 실시예에 따른 EGR 시스템(5D)를 도시하고 있다. 도 8의 실시예에 있어서, 배기 가스는 고정식 또는 가변식 형태의 터보차저(164)의 터빈으로부터 하류의 지점(168)에서 재순환을 위해 수집된다. 배기 라인(160)은 엔진 블록(162)으로부터 터보차저(164)를 통해 운반한 후에 교차점(168)에서 EGR 라인(166)과 만난다. EGR 밸브(170)는 EGR 라인(166)에 배치된다. EGR 냉각기(172)는 EGR 라인(166)에 배치된다.
EGR 라인(166)은 터보차저(164)의 상류에 있는 흡입 교차점(176)에서 흡입 라인(174)과 만난다. 흡입 충전물 냉각기(177)는 엔진 블록(162)의 상류의 흡입 라인(174)에 배치된다.
EGR 유동 방향(178), 배기 유동 방향(180) 및 흡입 공기 유동 방향(1820이 모두 도시되어 있다.
도 8의 실시예에 있어서, 개방되면 밸브(170)가 소정량의 배기 가스가 EGR 라인(178)을 통해 재순환되게 한 후에 터보차저(164)를 통해 지향된다. 이 구조는 엔진 블록으로부터 배출된 모든 배기 가스를 사용하여 터보차저(164)가 구동되게 함으로써 배기 가스 에너지의 회수가 크다. 또한, 배기 가스가 팽창되어 터보차저(164)의 터빈을 통과할 때 냉각되기 때문에, 냉각기(172) 및/또는 냉각기(177)로부터의 냉각이 덜 필요하다.
도 9는 본 발명에 따른 제5 실시예에 따른 EGR 시스템(15E)을 도시하고 있다. 도 9의 실시예는 터보차저(198)의 하류의 배기 라인(194)에 파워 터빈(210)을 포함한다. EGR 라인(192)은 EGR 교차점(190)에서 배기 라인(194)에 연결된다. EGR 냉각기(200), 흡입 교차점(202) 및 흡입 라인(204)이 마련되어 있다. EGR 밸브(208)는 EGR 라인(192)을 통해 배기 가스의 유동을 조절한다.
흡입 충전물 냉각기(206)는 흡입 라인(204)에 있는 터보차저(198)의 압축기 부분의 하류에 연결된다. 또한, 이 실시예에는, 파워 터빈(210)이 마련되어 있다.
EGR 유동 방향(212), 배기 유동 방향(214) 및 흡입 공기 유동 방향(216)이 도시되어 있다.
파워 터빈(210)은 추가 터빈 에너지가 제공되게 하여 교차점(190)에서 EGR을 위한 배기 가스의 추출이 이어진다. 파워 터빈(210)은 교차점(190)에서 배압을 유발한다. 이것은 EGR 라인(192)을 통해 배기 가스를 구동하는 데에 일조한다. 파워 터빈은 또한 본 발명의 다른 실시예에도 마련될 수 있다. 예컨대, 파워 터빈은 도 5a 내지 8의 어떠한 실시예에 통합될 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 일체식 EGR 시스템(15F)을 도시하고 있다. 시스템(15F)은 전술한 실시예들의 특징을 조합한다. 도 10의 실시예는 EGR 서브 라인(224)과 EGR 메인 라인(226)을 배기 라인(228)에 연결하는 2개의 EGR 교차점(220, 222)을 구비한다. 배기 라인(228)은 엔진 블록(230)의 연소실로부터 배기 가스를 운반한다. 터보차저(232)의 터빈 부분은 EGR 교차점(220, 222) 사이에서 배기 라인(228)에 배치된다. EGR 냉각기(232), EGR 지류 교차점(234), 흡입 교차점(236, 238, 240, 241) 및 흡입 라인(242)이 마련되어 있다. 냉각기 바이패스 라인(244)와 터보차저 파이패스 라인(246)이 또한 도시되어 있다. 물론, 시스템에 걸쳐 EGR 밸브(250), EGR 직접 밸브(252), EGR 냉각기 밸브(254)가 배치되어 있다. 또한, 충전물 냉각기 바이패스 밸브(256), 냉각기 밸브(258) 및 터보차저 밸브(260, 262)가 도시되어 있다. 흡입 라인(240)에는 충전물 냉각기(264)가 배치되어 있다. 배기 라인(228) 내에는 파워 터빈(266)이 마련되어 있다. EGR 직접 라인(268)이 또한 도시되어 있다.
도 10의 EGR 시스템은 밸브(248, 250, 252, 254, 256, 258, 260 및 262)의 다른 조합을 개폐함으로서 다양한 EGR 방법에 따라 작동하도록 구성될 수 있다. 이에 의해, EGR 시스템의 작동은 엔진(230)이 때때로 작동하는 조건에 적합하게 조절될 수 있다.
밸브(248, 250)는 배기 라인(228)으로부터의 EGR을 EGR 서브 라인(224) 또는 메인 라인(226)으로 지향시킨다. 밸브(248, 250)를 조절함으로써, 배기 가스가 터보차저(232)의 터빈으로부터 상류나 하류 중 어느 하나 또는 양쪽에서 EGR을 도입될 수 있다. EGR은 밸브(248, 250)를 모두 폐쇄함으로써 차단될 수 있다. 컨트롤러는 터보차저(232) 또는 파워 터빈(266)의 요구를 비롯한 다양한 파라미터에 응답하여 밸브(248, 250)를 제어할 수 있다.
시스템(15F)은 재순환 배기 가스를 밸브(252)와 EGR 직접 라인(268)을 통해 흡입 충전물 냉각기(264)의 하류; 밸브(254), EGR 메인 라인(226) 및 밸브(260)를 통해 흡입 충전물 냉각기(264)의 하류, 하지만 터보차저(232)의 압축기의 하류; 밸브(254), EGR 메인 라인(226) 및 밸브(262)를 통해 터보차저(232)의 압축기의 상류 중 어느 지점 또는 모두에서 도입할 수 있다.
컨트롤러는 엔진(230)의 작동 요구에 적절한 지점에서 재순환 배기 가스를 도입하도록 밸브(252, 254, 260, 262)를 제어한다.
또한, 이 실시예에서 발견한 다양한 밸브가 있는 경우에, 밸브들은 임의의 개수의 밸브를 통해 가변 유동을 생성하는 데 사용되는 동시에, 도 5 내지 9에서 기술한 각 실시예에 관하여 설명한 바와 같이 전체적으로 엔진의 요구에 따르는 EGr 시스템을 제공할 수 있다. 또한, 임의의 대안적인 EGR 또는 흡입 경로가 제거될 수 있어 성능 옵션을 제거하는데, 이러한 옵션은 제한된 밸브이거나 논쟁의 용례에 적합하기 어려울 수 있다. 예컨대, 공간이 제한되는 용례에는 더 적은 옵션이 적합할 수 있다.
또한, EGR 시스템의 구조에 보다 융통성을 제공하면, 엔진 성능이 일정하게 변하는, 즉 과도 현상이 일반적인 경우에 바람직할 수 있다. 그러한 용례에 있어서, 과도 현상에 대한 반응 시간은 EGR 레벨, 연소 효율 및 터보차저 제어 간에 상호 관계의 관점에서 다양한 EGR 구조에 의해 조정될 수 있다.
도 5 내지 10에서 고려된 EGR 경로 실시예에서 추가 컴포넌트에 대한 요구가 있을 수 있다는 것을 유념해야 한다. 즉, 용례 및 사용된 특정 컴포넌트에 따라, 고려된 실시예들에서 발견되는 여러 교차점을 횡단하는 유동을 지향시키는 데에 추가 펌핑 및 벤츄리 장치를 필요로 할 수 있는 시스템의 컴포넌트를 가로질러 상당한 압력차 및 온도차가 있을 수 있다. 예컨대, 도 6의 실시예에서는, 터보차저(110) 전에 흡입 라인(104)에 도입되는 흡입 공기와 혼합하기 위하여 교차점(106)을 가로질러 EGR 라인(98)으로부터의 재순환 배기 가스를 압박하는 벤츄리 또는 펌프를 채용하는 요구가 있을 수 있다. 즉, 냉각기(102)의 상류의 EGR 라인(98)과 교차점(106) 전에 터보차저(110) 후의 흡입 라인(104) 사이에 압력차가 있을 수 있다. 마찬가지로, 도 10에서 고려된 EGR 시스템의 조정은 교차점(220, 222, 234, 236, 238, 240 및 241) 중 임의의 교차점을 가로질러 유동을 조정해야 하는 요건에 필요한 펌프 또는 벤츄리의 용도가 예상된다. 다시, 예컨대 터보차저(232) 전에 배기 가스로부터 끌어당길 전체 EGR의 비율과 터보차저(232) 후의 비율을 교차점(220, 222)에서 유발하는 것이 요망되고, 그 때 당업자가 알 수 있는 바와 같이 시스템에 채용될 필요가 있는 혼합 방법이 적당하다. 즉, 교차점(222)에서 배기 가스의 압력은 터보차저를 가로지르는 배기 가스가 팽창되게 하는 각 교차점 사이에 터보차저(232)가 배치된다는 관점에서 교차점(220)의 압력보다 작은 것이 적당하다. 따라서, 그러한 압력차는 각 스트림의 혼합을 가능하게 하도록 조정될 필요가 있다.
EGR이 냉각기들 중 임의의 냉각기를 통해 도입되거나 터보차저가 전술한 실시예들에서 발견된 경우에, 일반적으로 고려되는 가스 연료 연소는 미립자 물질을 거의 발생시키지 않기 때문에 EGR 스트림 내에서 미립자 물질을 조정하는 어떠한 종류의 여과도 요구되지 않는다. 따라서, 디젤 연료식 등가물에 비해 EGR을 관리하는 데에 이용할 수 있는 융통성이 크게 된다. 전술한 바와 같이, 미립자의 터빈 후에, 압축기 전에 그리고 흡입 라인에서 발견되는 메인 냉각기 또는 EGR 라인에서 발견되는 EGR 냉각기 전에 배기 가스로부터 EGR 스트림을 끌어당기는 능력이 유리할 수 있다. 또한, 이들 시스템들의 조합은 EGR 시스템을 연소실에 활용되는 연소 방법에 대해 적용하는 것을 돕도록 통합될 수 있다. 미립자 필터가 없는 융통성은 흡입 라인 내의 미립자가 거의 항상 관심사이기 때문에 디젤 연료식 압축 점화 엔진에 대체로 이용할 수 없다.
몇몇의 용례에서는, 배기 내의 휘발성 화합물의 농도를 저감시킴으로써, EGR 및 흡입 시스템 내에 고착 침전물의 생성을 피하기 위해 산화 촉매가 제공될 수 있다.
도 5 내지 10에 도시된 실시예에 있어서, 냉각기(76, 102, 138 및 172)는 EGR 라인(74)에 마련되지만, 이 냉각기는 EGR 스트림의 냉각이 냉각기(108, 146 및 177)를 통해 지향될 때 직접 달성되거나 EGR 스트림이 소정량의 흡입 공기와 혼합될 때 간접적으로 달성될 수 있도록 제거되어도 좋다.
도 11a 내지 11f는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 도 11a는 피스톤(302)이 방향(304)으로 이동하는 연소실(300)을 도시한다. 흡입 밸브(306)는 흡입 라인(309)을 통해 유동하는 흡입 공기(308)와 함께 도시되어 있다. 도 11b는 방향(310)으로 이동하는 피스톤(302)을 도시하고 있다. 가스 연료(312)와 인젝터(314)가 마련되어 있다. 도 11c에서, 피스톤(302)은 방향(315)으로 이동한다. 배기 가스(316)는 연소실(300) 내에 도시되어 있다. 도 11d는 방향(318)으로 이동하는 피스톤(302)을 도시하고 있다. 배기 가스(316)는 배기 밸브(320)와 배기 라인(322)이 있을 때 제공된다. 도 11e는 피스톤(302)이 방향(324)으로 이동하는 연소실(300) 내의 배기 가스를 도시하고 있다. 최종적으로, 도 11f는 방향(326)으로 이동하는 피스톤(302)을 도시하고 있다.
도 11은 직접 분사되는 가스 연료가 피스톤을 구동하는 데에 사용되는 내부 EGR의 용도를 증명한다. 도 11a는 방향(304)으로 이동하는 피스톤(302)이 흡입 공기(308)를 흡입 밸브(306)를 지나 연소실(300) 내로 끌어당기는 최초의 흡입 행정을 도시하고 있다.
흡입 행정의 완료시에, 도 11b를 참조하면, 압축 행정이 개시하여, 방향(310)으로 이동하는 피스톤(302)이 흡입 공기를 압축한다. 흡입 행정의 완료 근처에서, 가스 연료(312)가 연소실(300) 내로 분사된다. 이것은 또한 압축 행정의 완료 또는 동력 행정의 시작시에 일어날 수 있다. 이어서, 가스 연료(312)가 연소하여 피스톤을 방향(315)으로 구동시킨다(도 11c 참조). 가스 연료의 연소 완료시에, 배기 가스(316)는 연소실(300) 내에 유지된다.
동력 행정에 이어서, 배기 행정이 개시되어, 피스톤(302)이 방향(318)으로 이동하고 배기 밸브(320)가 개방된다(도 11d 참조). 소정량의 배기 가스(316)가 연소실(300)로부터 배기 라인(322)으로 구동된다. 그러나, 논의된 실시예에서, 배기 밸브(320)는 배기 행정의 완료 전에 폐쇄되지만, 피스톤(302)은 여전히 방향(324)으로 이동한다(도 11e 참조). 따라서, 소정량의 배기 가스(316)가 연소실(300) 내에 포획된다.
도 11f를 참조하면, 후속 흡입 행정이 개시되어 피스톤(302)이 방향(326)으로 이동한다. 그러나, 이 사이클 중에, 흡입 밸브(306)는 흡입 행정의 시작시에 폐쇄된다. 다시, 도 11a를 참조하면, 후속 사이클이 계속되고, 이 사이클에서 흡입 밸브(306)가 개방디어 흡입 공기(308)가 연소실 내로 도입된다. 일반적으로, 이 흡입 행정 중에, 흡입 밸브는 배기 행정 중에 연소실 내에 유지되는 소정량의 배기 가스를 기준으로 결정될 수 있는 소정 기간 동안에 폐쇄된다. 즉, 배기 행정의 완료시에 연소실 내에 남아 있는 최초의 배기 가스에 전체 충전물을 만들기 위해 필요한 추가 공기를 더한 측정치에 의해 원하는 충전물이 결정된다.
밸브가 흡입 및 배기 행정 중에 소정 기간 동안 폐쇄되는 한, 필수적인 내부 EGR 요건이 만족된다는 것을 유념해야 한다. 이들 밸브는 도 11a 내지 도 11f에서 고려된 실시예에 도시된 바와 같이, 흡입 행정의 시작과 배기 행정의 완료시에 반드시 개방되거나 폐쇄되지는 않는다.
대부분의 디젤 엔진은 흡입 공정에 의해 발생된 충전물 운동(예컨대, 소용돌이 및 스퀴시)에 의존하여 연소 공정 중에 충전물 공기 및 연소 생성물과 디젤 연료의 혼합을 보조한다. 이것에 대한 주요 원인은 미립자 물질의 제어이다. 미립자 물질은 가스 연료식 엔진에서 중요한 관심사가 아니기 때문에, 흡입 공정 중에 발생되는 충전물 운동의 제어는 주요 관심사가 아니다. 도 11a 내지 11f에 도시된 내부 EGR 공정으로 인해 EGR 속도의 부산물로서 다양한 공기 운동이 생긴다. 높은 EGR 속도가 사용되면, 흡입 밸브(306)를 통해 실린더 내로 충전물이 덜 도입되어 충전물 운동이 덜 발생하게 된다. 따라서, 더 낮은 EGR 속도가 사용되면, 보다 많은 충전물 운동이 발생된다. 디젤 연료식 엔진에서, 이것은 EGR 속도가 변화될 때 미립자 배출이 충전물 운동의 변화에 의해 불리한 영향을 받기 때문에 조정될 필요가 있다. 공기 운동이 가스 연료식 엔진에서 동일한 크기로 필요하지 않을 때 더욱 양호한 융통성이 제공된다. 통상적으로, 직접 분사식 가스 연료 연소를 채용하는 내부 EGR은 디젤 연료식 연소보다 더 높은 EGR 레벨을 허용할 수 있다. 내부 EGR을 사용하여 발생되는 미립자 물질이 거의 없기 때문에, 연소실 내에서 가변 충전물 운동에 관한 관심사가 제한된다. 미립자 필터는 배기관으로부터의 미립자를 감소시키는 데에 사용될 수 있지만, 연소 중에 발생되는 미립자는 조기의 엔진 마모, (오일 변화의 빈도가 높게 되는) 오일 오염 및 (배압 또는 과도하게 가압된 재생 주파수로 인해 효율이 감소하는) 높은 미립자 필터 부하를 방지하도록 제어되어야 한다.
일반적으로, EGR 방법은 직접 분사식 가스 연료에 융통성이 있다. 분사 타이밍은 흡입 충전물을 기초로 하여 조종될 수 있어, 이 가변성이 EGR 레벨을 조정하는 데에 사용될 수 있다. 이 문맥에서 타이밍은 다중 분사를 도입하여 각 사이클 중에 분사 시간의 다중 시작을 도입하는 방법을 포함한다. 또한, 분사 기간은 엔진 작동 조건의 관점에서 사용된 EGR 레벨에 연소 효율을 적용하는 데 일조하도록 사용될 수 있다. 일반적으로, 매우 짧은 분사 기간은 더 빠른 열 해방을 허용하여, 전술한 실시예들 중 임의의 한 실시예의 배기 라인으로 더 낮은 배기 온도가 지향된다. 또한, 분사 기간, 이에 따라 열 해방이 연장될 수 있다. 이것은 요구되는 더 고온의 배기 가스를 제공한다. 분사 펄스의 속도 형성은 동일한 양의 연료의 기간에 변수가 생기게 한다. EGR을 조정하는 이 적용 방법은 엔진 작동 조건 세트 하에 EGR 레벨을 충족시키도록 기간 변화를 예상할 때 이 용례를 위해 포함된다. 분사 기간과 타이밍을 적용하는 능력은 다양하게 가능한 충전물 조건의 관점에서 조정될 소정의 연소 이벤트를 허용하는 2개의 변수를 제공한다. 이것은 연소 효율을 조정하기 위하여 다양한 엔진 적용 및 천이 조건을 통해 EGR 레벨의 변화에 컨트롤러가 적합하게 되도록 한다.
전술한 실시예들의 경우, 기체 연료식 내연 기관에 사용된 EGR에 관한 제어는 미립자 조정 방법에 의해 복잡하게 될 필요는 없다.
예컨대, 천연 가스의 고압 직접 분사에 의해 허용되는 EGR 레벨은 엔진 작동 파라미터 및 허용 배출에 따라 70%에 달할 수 있다. 즉, 흡입 충전물의 70%까지 EGR이 될 수 있다.
이 개시 및 첨부된 청구범위에서, "상사점 근처"의 지점은 피스톤이 크랭크 샤프트 회전에서 측정되는 상사점의 30도 내에 있는 임의의 지점이다.
도 12 및 13은 전자 제어 유닛("ECU")이 본 발명에 따른 EGR 시스템에 관해 프로그램될 수 있는 논리를 도시하는 제어 논리 다이어그램이다. 가스 연료를 점화하는 데에 일조하는 파일럿 충전물로 이익을 얻는 가스 연료식 엔진을 제어하는 데에 사용되는 타입의 ECU가 사용될 수 있다. 그러나, 고온의 표면과 다른 점화 방법은 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이 EGR 방법을 제어하도록 될 수 있다.
일반적으로, 본 발명의 ECU는 그 중에서도 엔진에서 허용되는 최대 방출물과 동일한 임계값을 기초로 하여 EGR 레벨을 설정할 수 있다. 고온의 직접 분사식 가스 연료의 연소 방법의 경우에서처럼, 방출물 제한은,
CO 농도
하이드로카본 농도 또는
CO, 하이드로카본 및 미립자 중 임의의 2개 또는 3개 모두의 혼합물에 의해 규정된다.
따라서, 이들 방출물 레벨이 모니터링되어 문제의 방출물 레벨까지 엔진 요건을 충족시키도록 EGR이 활용되는 것을 보장하도록 EGR이 조정한다.
도 12 및 13에서 고려된 실시예의 ECU는 스로틀, 엔진 속도, 흡기 매니폴드 온도, EGR 압력 및 유동, 가스 압력, 추정되거나 직접 측정된 방출물 데이터(ED)를 비롯하여 일련의 입력 파라미터를 사용한다. 그러한 입력 파라미터는 그 외에 다음의 제어 파라미터, 즉 원하는 연료 분사 속도(FQr), 연료량(Ft), 파일럿 연료량(Fp) 및 가스 연료량(Fg)을 결정하도록 사용된다. 파일럿과 가스 연료 압력, 타이밍 및 분사 기간이 엔진 파라미터와 함께 결정되어 방출물 한계(Emax)를 결정한다. 이어서, Emax는 작동 파라미터와 연료 방법을 위해 EGR 레벨을 결정하도록 사용된다. 이것은 후속 사이클의 작동 파라미터로서 결정되는 EGRr을 결정하기 위한 기본을 제공하는 EGR 비율(EGRr)과 충전물 유량(Cr) 뿐만 아니라 조합된 흡입 유동(Ir=EGRmax + Cr)을 설정하도록 다시 사용된다.
또한, EGR 방법이, 예컨대 도 10을 참조한 실시예에서 설명된 유속과 유량의 더 많은 조정을 포함하는 도 13에서, EGR 유동 루팅(EGRfr)이 통합된다.
일반적으로, 연료 수요는 원하는 속도 및 부하 요구를 충족시키도록 최초에 설정된다. 그러한 요구에서 생기는 결과적인 작동 파라미터는 증명된 바와 같이 파일럿 및 메인 연료 분사 타이밍, 압력 및 기간을 설정하는 데 사용된다. 이들 원하는 파라미터는 엔진 작동 파라미터를 고려하여 ECU가 사용하는 실제 파일럿 및 메인 연료 분사 방법을 제공하도록 채용되어, 소정의 엔진 자동 조건 Emax를 결정한다. Emax는,
CO 농도,
하이드로카본(HC) 농도,
CO 와 HC의 혼합물 농도,
CO 와 미립자의 혼합물 농도,
HC 와 미립자의 혼합물 농도 및
CO 와 HC 와 미립자의 혼합물 농도 중 하나 또는 그들의 혼합물이다. 이어서, Emax는 엔진 작동 파라미터에 사용되어 소정의 작동 조건을 위한 설정점인 EGRmax를 결정한다. 이 설정점은 대략 채용된 작업 파라미터에 대해 측정되거나 추정된 EGR 속도와 대략 동일해야 하므로 Emax가 추정되거나 측정된다. 이어서, 설정점은 설정점인 EGRmax 이하의 소정 레벨에서 EGRr을 제어하도록 사용된다. 소정의 Emax에 대해 벤치 테스트(bench test) 또는 룩업 테이블(lookup table)로부터 알 수 있는 설정점은 작동 조건의 설정 하에 운반된다. 이것은 소정의 EGRr을 위해 수집된 ED 데이터를 기초로 한다. 소정의 조건 하에서 소정의 EGRr을 위한 이 데이터(ED)가 수집되거나 ECU로 프로그램될 수 있지만, 또한 EGRmax를 유도하는 작동 중에 직접 측정되거나 추정될 수도 있다. 직접 측정되거나 추정된 레벨은 ECU에 의해 고려된 방출물과 상관한다.
유사하게, 소정의 작업 파라미터의 설정을 위해 Emax를 결정한 후에, EGRr은 농도가 Emax를 초과하는 ED로부터의 방출물 농도와 비교하고, 허용 방출물이 생기는 레벨까지 예정된 초기의 또는 이전의 사이클 레벨로부터의 EGRr을 감소시킴으로써 조정될 수 있다. 다시, 관심 대상인 방출물은,
CO 농도,
하이드로카본(HC) 농도,
CO 와 HC의 혼합물 농도,
CO 와 미립자의 혼합물 농도,
HC 와 미립자의 혼합물 농도 및
CO 와 HC 와 미립자의 혼합물 농도이다.
ECU가 일반적으로 EGR 레벨을 관리하는 (CO와 HC를 기초로 한) 비율 제한 방출물을 이용하지만, CO와 HC가 비교적 관리하기 쉽기 때문에, 후처리 시스템이 비교적 높은 CO와 HC 농도가 연소실로부터 배출되게 하도록 통합될 수 있다. CO와 HC 후처리가 있는 환경에서, 최대 EGR은 연소 안정성에 의해 설정될 수 있다. 변경 계수(COV)를 모니터링하는 등의 연소 안정성을 보장하기 위한 기지의 기법은 최대 EGR 레벨을 설정하는 후처리 시스템과 함게 사용될 수 있다.
연료 방법을 결정하는 데 일조하도록 하나의 작업 파라미터로서 EGR이 사용되는 범위까지 방법에 대한 개방 루프 성분이 있을 수 있다.
도 13을 참조하면, EGRfr은 예컨대, 부하 요건, 엔진 속도 및 대기 조건 등의 엔진 파라미터를 기초로 하여 초기에 결정된다. 유동 루트가 결정되어 선택되면, 전술한 바와 같이, 전술한 바와 같이, ECU는 추가 단계가 도 12에서 발견되는 실시예에 대해 설정된 바와 동일한 논리를 따라가는 연료 공급 방법과 EGRr을 결정하도록 실행한다.
전술한 바와 같이, ECU는 EGR 레벨을 제어하도록 EGR의 최대 레벨을 포함하는 작동 파라미터를 사용하는데, 이 파라미터는,
룩업 테이블,
저장된 벤치 테스트의 결과,
다수의 엔진 작동 파라미터 중 임의의 하나를 사용하는 수학적 모델 또는
직접적인 측정을 기초로 하거나 직접 참고할 수 있다.
EGRr과 이에 따른 Ir은 전술한 바와 같이 작업자의 요구를 충족시키도록 Ft의 관점에서 제어될 필요가 있다. 그러나, 전술한 바와 같이, Er을 제한하여 규정하는 데에 일조하는 주요 고려 사항은 논의된 연소 공정에서 생기는 특정한 방출물이다. 직접 분사되는 천연 가스의 경우, 사용된 후처리 해법에 따라, CO와 HC 방출물이 흡입 라인으로 배기 가스의 농도 또는 EGR 레벨을 제한한다. 예컨대, 최대 EGR 레벨은 다양한 작업 조건 하에서 배기 가스 내의 최대 허용 가능한 방출물 농도까지 소정의 EGR 레벨과 상관하는 룩업 테이블 또는 저장된 벤치 테스트의 결과에 의해 부분적으로 설정된다. 그러한 룩업 테이블 또는 벤치 테스트 결과는 소정 세트의 작동 파라미터에 대해 최대 EGR 레벨을 결정하고 작동자의 요구 관점에서 도입되는 EGR 레벨이 대응하는 벤치마크 데이터에서 발견되는 최대값을 초과하지 않거나 이들 방출물 레벨을 충족시키도록 조정되는 것을 보장한다.
예컨대, 3800 ppm 에서의 CO 레벨은 많은 부하 조건 하에서 트럭 용례에서 CO 방출물의 통상적인 상한이다. 사실상, 방출물 한계는 또한 전술한 ECU 실시예에서 언급된 바와 같이 부하 조건이 변하는 한 변경될 수 있다.
물론, 전술한 바와 같이, 배기 방출물은 직접 측정되고, 초기 EGR 레벨을 기초로 하여 설정된 최대 EGR 레벨 또는 이들로부터 생긴 레벨은 측정된 방출물 전에 사용되어 평균을 낼 수 있다. 방출물 레벨이 최대 방출물 농도를 넘은 것으로 결정된 범위를 초과한 것으로 발견되면, 최대 EGR 레벨은 궁극적으로 방출물 범위 미만의 값으로 레벨을 이끌도록 감소될 수 있다. 이어서, 엔진의 작업 조건을 위해 설정점이 결정된다. 다시, 연소 중에 생성되는 CO 또는 HC 방출물의 관점에서 배출이 고려되는데, 이들 방출물은 본 발명을 이용한 EGR 레벨의 증가에 더 민감하다.
원하는 배기 가스량이 유지된 후에 배기 밸브가 폐쇄되는 내부 EGR을 위해 동일한 제어 기구가 사용된다. 그러나, 여기서의 ECU는 최대 EGR 레벨이 전술한 배출 고려 사항에 의해 설정되는 배기 밸브와 흡입 밸브의 타이밍을 변경시킨다.
일반적으로, 전술한 실시예들 외에 추가의 제어 방법은 최대 CO 및/또는 HC 방출물 레벨 및 EGR 속도 제한 계수를 기초로 하여 EGR 레벨을 제한해야 한다.
상기 실시예들을 4행정 엔진 환경에서 논의하였지만, 본 발명은 2행정 엔진에도 적합할 수 있다. 즉, 2행정 실시예는 각 사이클 사이의 연소실 내에 유지되는 추가의 배기 가스의 관점에서 기존의 EGR 레벨을 포함하지만, 이 양은 원하는 EGR 양을 결정할 때 ECU에 의해서만 고려될 필요가 있다. 이외에, 전술한 다른 방법들이 동일하게 적용될 수 있다.
본원에서는 천연 가스를 일반적으로 논의하였지만, 다른 가스 연료는 그러한 연료가 디젤 연료에 비해 미립자를 생성하는 경향이 없는 본 발명의 이점에 동일하게 적용될 수 있다. 예컨대, 수소와, 프로판 및 메탄 등의 기체 하이드로카본이 고려되어 적용될 수 있다. 또한, 점화 및 연소 특성을 향상시키기 위하여 연료 첨가제와 혼합되는 가스 연료(예컨대, 메탄)는 가스 연료가 일반적으로 논의되는 경우에 적용 및 고려될 수 있다.
본 발명의 특정 요소, 실시예 및 용례를 도시 및 설명하였지만, 물론 본 발명은 거기에 제한되지 않고, 본 개시의 범위에서 벗어남이 없이, 특히 전술한 교시의 관점에서 당업자에 의해 수정이 이루어질 수 있다는 것을 이해해야 한다.

Claims (39)

  1. 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법에 있어서,
    내연기관의 사이클 중에:
    흡입 라인으로부터의 흡입 충전물(intake charge)을 내연 기관의 연소실 내로 지향시키는 단계와,
    상기 연소실 내에서 흡입 충전물을 압축하는 단계와,
    12 MPa 이상의 압력에서 상기 연소실 내에서 압축된 흡입 충전물에 가스 연료를 직접 분사하는 단계와,
    상기 직접 분사된 가스 연료를 점화하는 단계와,
    상기 직접 분사된 상기 가스 연료를 연소하는 단계와,
    상기 연소실에서 직접 분사된 가스 연료의 연소 중에 생성된 배기 가스를 배기 라인으로 지향시키는 단계를 포함하고,
    상기 배기 라인으로부터 나온 소정량의 배기 가스를 EGR 라인을 통해 흡입 라인으로 지향시키고, 내연기관의 후속 사이클 중에 후속하는 흡입 충전물은 상기 소정량의 배기 가스를 포함하는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 소정량의 배기 가스는 상기 직접 분사된 가스 연료의 연소로부터 생성되는 목표 질소 산화물 농도에 의존하는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 소정량의 배기 가스는 상기 압력에 의존하는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 압력은 상기 소정량의 배기 가스에 의존하는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 소정량의 배기 가스에 의존하는 예정된 기간 동안에 상기 직접 분사된 가스 연료를 분사하는 단계를 포함하는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 소정량의 배기 가스에 의존하는 예정된 타이밍에서 상기 직접 분사된 가스 연료를 분사하는 단계를 포함하는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법.
  7. 제1항에 있어서, -20 도와 5 도 ATDC 사이에서 상기 가스 연료의 분사를 개시하는 단계를 포함하는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 직접 분사된 가스 연료는 30 MPa 미만의 압력에서 분사되는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 직접 분사된 가스 연료는 층상 연소 모드에서 연소하는 가스 연소식 내연 기관의 작동 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 직접 분사된 가스 연료의 확산 연소를 촉진시키는 단계를 포함하는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 흡입 라인내의 상기 흡입 충전물은 실질적으로 가스 연료가 없는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 흡입 충전물은 직접 분사되는 가스 연료의 주입전에 실질적으로 가스 연료가 없는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 배기 가스 내의 방출물 농도를 결정하는 단계로서, (1) 일산화탄소, (2) 하이드로카본, (3) 일산화탄소와 하이드로카본의 혼합물, (4) 일산화탄소와 미립자의 혼합물, (5) 하이드로카본과 미립자의 혼합물 또는, (6) 일산화탄소와 하이드로카본 및 미립자의 혼합물 중 하나의 농도인 방출물 농도를 결정하는 단계와,
    상기 방출물 농도가 최대 방출물 농도를 초과하는 EGR 비율 설정점을 결정하는 단계와,
    상기 방출물 농도가 최대 방출물 농도를 초과하는 경우에, 상기 설정점 미만의 EGR 레벨을 제공하도록 상기 소정량의 배기 가스를 조정하는 단계를 포함하는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 흡입 라인으로부터 상기 소정량의 배기 가스를 연소실로 지향시키기 전에 상기 소정량의 배기 가스를 냉각시키는 단계를 포함하는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 흡입 라인으로부터 상기 소정량의 배기 가스를 연소실로 지향시키기 전에 상기 소정량의 배기 가스를 압축하는 단계를 포함하는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 소정량의 배기 가스가 상기 EGR 라인으로 지향된 후에 상기 배기 가스의 잔량을 터보차저의 터빈을 통해 지향시키는 단계를 포함하는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법.
  17. 제1항에 있어서, 상기 소정량의 배기 가스가 EGR 라인으로 지향되기 전에 상기 배기 가스를 터보차저의 터빈을 통해 지향시키는 단계를 포함하는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법.
  18. 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법에 있어서,
    내연기관의 사이클 중에 원하는 EGR 질량 및 원하는 전체 충전물 질량을 결정하는 단계와,
    상기 내연 기관의 연소실 내로 흡입 충전물을 지향시키는 단계와,
    상기 연소실 내에서 상기 흡입 충전물을 압축하는 단계와,
    12 MPa 이상의 압력에서 상기 연소실 내로 직접 분사용 가스 연료를 분사하는 단계와,
    상기 직접 분사용 가스 연료를 점화하는 단계와,
    상기 직접 분사용 가스 연료를 연소하는 단계와,
    상기 가스 연료의 연소에 의해 발생된 소정량의 배기 가스를 연소실 밖으로 지향시키는 단계와,
    상기 원하는 EGR 질량에 의해 설정된 배기 가스의 잔량이 상기 연소실을 탈출하는 것을 방지하는 단계와,
    내연기관의 후속 사이클 도중에 후속의 흡입 충전물을 연소실 내로 도입하는 단계를 포함하고,
    상기 후속의 흡입 충전물은 상기 원하는 EGR 질량보다 적은 상기 원하는 전체 충전물 질량을 기초로 한 질량을 갖는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법.
  19. 내연 기관의 작동 방법에 있어서,
    내연기관의 사이클 중에:
    흡입 라인으로부터 나온 흡입 충전물을 상기 내연 기관의 연소실 내로 지향시키는 단계와,
    상기 흡입 충전물을 압축하는 단계와,
    상기 연소실 내에서 상기 흡입 충전물에 연료를 주입하는 단계와,
    상기 연료를 점화하는 단계와,
    상기 연료를 연소하는 단계와,
    상기 연소실로부터 상기 연료의 연소에 의해 발생된 배기 가스를 배기 라인으로 지향시키는 단계와,
    상기 배기 가스 내의 방출물 농도를 결정하는 단계로서, (1) 일산화탄소, (2) 하이드로카본, (3) 일산화탄소와 하이드로카본의 혼합물, (4) 일산화탄소와 미립자의 혼합물, (5) 하이드로카본과 미립자의 혼합물 또는, (6) 일산화탄소와 하이드로카본 및 미립자의 혼합물 중 하나의 농도인 방출물 농도를 결정하는 단계와,
    상기 방출물 농도가 최대 방출물 농도를 초과하는 EGR 레벨 설정점을 결정하는 단계와,
    상기 설정점 미만의 EGR 레벨을 제공하는 상기 배기 가스의 예정량을 결정하여 EGR 라인을 통해 지향시키는 단계와,
    EGR 라인에 대해 상기 배기 가스의 예정량을 기초로 한 상기 배기 가스의 소정량을 상기 흡입 라인으로 지향시키는 단계를 포함하고,
    후속의 흡입 충전물은 상기 소정량의 배기 가스를 포함하는 내연 기관의 작동 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 방출물 농도는 엔진 작동 파라미터의 세트를 기초로 한 룩업 테이블(lookup table)로부터 결정되는 내연 기관의 작동 방법.
  21. 제19항에 있어서, 상기 방출물 농도는 엔진 작동 파라미터의 세트를 기초로 한 수학적 모델에 의해 결정되는 내연 기관의 작동 방법.
  22. 제19항에 있어서, 상기 방출물 농도는 벤치 테스트(bench test)를 기준으로 하여 결정되는 내연 기관의 작동 방법.
  23. 제19항에 있어서, 상기 방출물 농도는 직접 측정되는 내연 기관의 작동 방법.
  24. 제19항에 있어서, 상기 연료를 연소실 내로 직접 분사하는 내연 기관의 작동 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 소정량의 배기 가스에 의존하는 예정 압력에서 상기 연료를 분사하는 단계를 포함하는 내연 기관의 작동 방법.
  26. 제24항에 있어서, 상기 소정량의 배기 가스에 의존하는 예정 기간 동안에 상기 연료를 분사하는 단계를 포함하는 내연 기관의 작동 방법.
  27. 제24항에 있어서, 상기 소정량의 배기 가스에 의존하는 예정 타이밍에서 상기 연료를 분사하는 단계를 포함하는 내연 기관의 작동 방법.
  28. 제24항에 있어서, 상기 내연 기관 내측의 실린더 내에 배치되는 피스톤이 상사점 근처에 있는 경우에, 상기 연료를 연소실 내로 분사하는 단계를 포함하는 내연 기관의 작동 방법.
  29. 제19항에 있어서, 상기 연료는 가스 연료인 내연 기관의 작동 방법.
  30. 제24항에 있어서, 상기 연료는 가스 연료인 내연 기관의 작동 방법.
  31. 제19항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료는 층상 연소 모드에서 연소하는 내연 기관의 작동 방법.
  32. 제19항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연료는 천연 가스를 포함하는 내연 기관의 작동 방법.
  33. 흡입 라인과, 배기 라인과, 상기 배기 라인으로부터 소정량의 배기 가스를 상기 흡입 라인으로 지향시키는 EGR 라인을 구비하고, 가스 연료가 12 MPa 을 초과하는 압력에서 내연 기관의 연소실로 분사되는 가스 연료식 직접 분사 내연 기관에 사용하기 위한 배기 가스 재순환 장치.
  34. 제33항에 의한 배기 가스 재순환 장치와,
    피스톤을 갖춘 하나 이상의 실린더로서, 상기 실린더와 피스톤은 부분적으로 연소실을 형성하고, 상기 피스톤은 내연 기관이 작동할 때 상기 실린더 내에서 상사점과 하사점 사이에서 왕복하는 것인 하나 이상의 실린더와,
    엔진 프로파일을 생성하도록 작동 데이터를 처리할 수 있는 컨트롤러와,
    12 MPa 을 초과하는 압력에서 상기 연소실 내에 직접 분사용 가스 연료를 분사할 수 있고, 상기 컨트롤러에 의해 명령을 받는 가스 연료 인젝터를 포함하고,
    상기 흡입 라인은 흡입 밸브를 통해 상기 연소실 내에 충전물을 주입하도록 연결되고,
    상기 배기 라인은 상기 연소실로부터 상기 직접 분사용 가스 연료의 연소로 생긴 배기 가스를 배기 밸브를 통해 지향시키도록 연결되고,
    상기 컨트롤러가 상기 배기 라인으로부터 소정량의 배기 가스를 EGR 라인을 통해 상기 흡입 라인에 제공할 수 있는 가스 연료식 내연 기관.
  35. 내연 기관에 있어서,
    피스톤을 갖춘 하나 이상의 실린더로, 상기 실린더와 피스톤은 부분적으로 연소실을 형성하고, 상기 피스톤은 상기 내연 기관이 작동할 때 상기 실린더 내에서 상사점과 하사점 사이에서 왕복하는 것인 하나 이상의 실린더와,
    엔진 프로파일을 생성하도록 작동 데이터를 처리할 수 있는 컨트롤러와,
    상기 연소실 내에 연료를 직접 분사할 수 있고, 0.6 내지 1.0 mm 사이의 직경을 갖는 인젝터 노즐 홀을 형성하며, 상기 컨트롤러에 의해 명령을 받는 연료 인젝터와,
    흡입 밸브를 통해 상기 연소실 내에 충전물을 주입하도록 연결된 흡입 라인과,
    상기 연소실로부터 연료의 연소로 생긴 배기 가스를 배기 밸브를 통해 지향시키도록 연결된 배기 라인과,
    상기 흡입 라인과 상기 배기 라인 사이에 연결된 EGR 라인을 포함하고,
    상기 컨트롤러가 상기 배기 라인으로부터 소정량의 배기 가스를 EGR 라인을 통해 상기 흡입 라인에 제공할 수 있는 내연 기관.
  36. 내연 기관의 작동 방법에 있어서,
    상기 내연 기관의 사이클 중에:
    상기 내연 기관의 연소실 내에 흡입 라인으로부터 흡입 충전물을 지향시키는 단계와,
    상기 연소실 내에서 상기 흡입 충전물을 압축하는 단계와,
    범위가 12 MPa 을 초과하는 압력과, 상기 연소실을 부분적으로 형성하는 발화 데크 아래 10 내지 20도의 각도 중 적어도 하나인 파라미터 범위 내에서, 상기 연소실 내에서 압축된 흡입 충전물로 연료를 직접 분사하는 단계와,
    상기 연료를 점화하는 단계와,
    상기 연료를 연소하는 단계와,
    상기 연소실로부터 상기 연료의 연소 중에 생성되는 배기 가스를 배기 라인으로 지향시키는 단계와,
    상기 배기 라인으로부터 소정량의 배기 가스를 EGR 라인을 통해 흡입 라인으로 지향시키는 단계를 포함하고,
    상기 내연 기관의 후속 사이클 도중에 후속하는 흡입 충전물은 상기 소정량의 배기 가스를 포함하는 내연 기관의 작동 방법.
  37. 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법에 있어서,
    상기 내연 기관의 사이클 중에:
    실질적으로 가스 연료가 없는 흡입 충전물을 흡입 라인으로부터 상기 내연 기관의 연소실 내로 지향시키는 단계와,
    상기 연소실 내에서 상기 흡입 충전물을 압축하는 단계와,
    12 MPa 을 초과하는 압력에서 상기 연소실 내에서 압축된 흡입 충전물에 직접 분사용 가스 연료를 분사하는 단계와,
    상기 직접 분사용 가스 연료를 층상 연소 모드로 연소하는 단계와,
    상기 연소실로부터 상기 직접 분사용 가스 연료의 연소 중에 생성된 배기 가스를 배기 라인으로 지향시키는 단계와,
    상기 배기 라인으로부터 소정량의 배기 가스를 EGR 라인을 통해 상기 흡입 라인으로 지향시키는 단계를 포함하고,
    후속하는 흡입 충전물은 상기 소정량의 배기 가스를 포함하는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법.
  38. 제37항에 있어서, 상기 직접 분사용 가스 연료의 확산 연소를 촉진시키는 단계를 포함하는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법.
  39. 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법에 있어서,
    내연기관의 사이클 중에:
    흡입 라인으로부터의 흡입 충전물을 상기 내연 기관의 연소실 내로 지향시키는 단계와,
    상기 연소실 내에서 상기 흡입 충전물을 압축하는 단계와,
    일정 압력에서 상기 연소실 내에서 압축된 흡입 충전물에 직접 분사용 가스 연료를 분사하는 단계와,
    상기 직접 분사용 가스 연료를 점화하는 단계와,
    상기 직접 분사용 상기 가스 연료를 연소하는 단계와,
    상기 연소실에서 직접 분사용 가스 연료의 연소 중에 생성된 배기 가스를 배기 라인으로 지향시키는 단계를 포함하고,
    상기 배기 라인으로부터 나온 소정량의 배기 가스를 EGR 라인을 통해 흡입 라인으로 지향시키고, 내연기관의 후속 사이클 중에 후속하는 흡입 충전물은 상기 소정량의 배기 가스를 포함하고, 상기 소정량의 배기 가스와 상기 압력은 서로 의존하는 가스 연료식 내연 기관의 작동 방법.
KR1020057005717A 2002-10-02 2003-10-02 내연 기관으로부터 질소산화물의 방출물을 저감시키는 배기가스 재순환 방법 및 장치 KR101063175B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CA2406267A CA2406267C (en) 2002-10-02 2002-10-02 Exhaust gas recirculation methods and apparatus for reducing nox emissions from internal combustion engines
CA2,406,267 2002-10-02
PCT/CA2003/001466 WO2004031557A1 (en) 2002-10-02 2003-10-02 Exhaust gas recirculation methods and apparatus for reducing nox emissions from internal combustion engines

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20050083714A KR20050083714A (ko) 2005-08-26
KR101063175B1 true KR101063175B1 (ko) 2011-09-07

Family

ID=32046572

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020057005717A KR101063175B1 (ko) 2002-10-02 2003-10-02 내연 기관으로부터 질소산화물의 방출물을 저감시키는 배기가스 재순환 방법 및 장치

Country Status (11)

Country Link
US (2) US7302939B2 (ko)
EP (1) EP1549841B1 (ko)
JP (1) JP4426452B2 (ko)
KR (1) KR101063175B1 (ko)
CN (1) CN1711411B (ko)
AU (1) AU2003271448A1 (ko)
BR (1) BR0314989B1 (ko)
CA (1) CA2406267C (ko)
DE (1) DE60331090D1 (ko)
RU (1) RU2359138C2 (ko)
WO (1) WO2004031557A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160119242A (ko) * 2014-06-05 2016-10-12 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 내연 기관 및 이를 구비한 선박

Families Citing this family (49)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2463791C (en) * 2003-09-30 2012-01-03 Westport Research Inc. Method for injecting gaseous fuels into an internal combustion engine at high pressures
CA2442336C (en) * 2003-09-30 2006-09-19 Westport Research Inc. Method and apparatus for providing for high egr gaseous-fuelled direct injection internal combustion engine
US7254948B2 (en) * 2005-02-21 2007-08-14 Cummins Inc. Boost wastegate device for EGR assist
US20070079598A1 (en) * 2005-10-06 2007-04-12 Bailey Brett M Gaseous fuel engine charge density control system
US7913675B2 (en) 2005-10-06 2011-03-29 Caterpillar Inc. Gaseous fuel engine charge density control system
DE102006029754B4 (de) * 2006-06-27 2012-12-20 Avl List Gmbh Verfahren zum Betreiben einer mit Brenngas als Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine
ITMI20061479A1 (it) * 2006-07-27 2008-01-28 Iveco Spa Motore con recupero dell'energia e sistema catalitico di trattamento dei gas di scarico
US7377267B2 (en) * 2006-10-30 2008-05-27 Ford Global Technologies, Llc Injection strategy to maximize efficiency in gaseous engine
WO2008112211A1 (en) * 2007-03-08 2008-09-18 Mack Trucks, Inc. Aftertreatment injector anti-fouling device
FR2914698A3 (fr) * 2007-04-06 2008-10-10 Renault Sas Dispositif et procede de recyclage des gaz d'echappement d'un moteur
JP4952595B2 (ja) * 2008-01-23 2012-06-13 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
FR2933449B1 (fr) * 2008-07-03 2010-07-30 Inst Francais Du Petrole Procede pour ameliorer la vaporisation d'un carburant utlise pour un moteur a combustion interne, notamment a injection directe, en particulier a autoallumage et plus particulierement de type diesel
DE202009001782U1 (de) * 2009-02-12 2010-07-08 Mann+Hummel Gmbh Abgasansaugvorrichtung
DE112010003773T5 (de) * 2009-09-25 2012-10-04 Cummins Inc. Motorauslasskrümmerdrucksteuerung eines Einlassstroms
GB2475316B (en) * 2009-11-16 2016-03-16 Gm Global Tech Operations Inc Method for controlling the level of oxygen in the intake manifold of an internal combustion engine equipped with a low pressure EGR system
US8991423B2 (en) 2010-05-10 2015-03-31 Go Natural Cng, Llc Fuel interface modules and related systems and methods
US20120085314A1 (en) * 2010-10-08 2012-04-12 Cleeves James M Use of pressurized fuels in an internal combustion engine
KR101753402B1 (ko) * 2011-01-24 2017-07-03 두산인프라코어 주식회사 건설중장비의 배기가스 재순환장치 제어방법
US8171912B2 (en) * 2011-04-20 2012-05-08 Ford Global Technologies, Llc Method and system for pre-ignition control
RU2014104497A (ru) * 2011-07-08 2015-08-20 Вертзиле Свитзерленд Лтд. Двухтактный двигатель внутреннего сгорания, способ эксплуатации двухтактного двигателя внутреннего сгорания и способ преобразования двухтактного двигателя
US9644573B2 (en) 2011-10-05 2017-05-09 Cummins Inc. System, method, and apparatus for thermal management with charge air cooler bypass
FI123670B (fi) * 2011-10-11 2013-09-13 Waertsilae Finland Oy Polttomoottorijärjestely ja käyttömenetelmä
US20140373530A1 (en) * 2012-01-27 2014-12-25 International Engine Intellectual Property Company, Llc Multi-fuel engine
US9382838B2 (en) * 2012-05-17 2016-07-05 Ford Global Technologies, Llc Boost reservoir and throttle coordination
US9279396B2 (en) * 2012-05-17 2016-03-08 Ford Global Technologies, Llc Boost air management for improved engine performance
DK177623B1 (en) * 2012-06-29 2013-12-16 Man Diesel & Turbo Deutschland An internal combustion engine with variable fuel gas injection pressure and duration
FR2995636B1 (fr) * 2012-09-20 2018-08-17 Psa Automobiles Sa. Procede d'introduction de carburants dans une chambre de combustion de moteur automobile
US9086187B2 (en) 2012-11-21 2015-07-21 Trilogy Engineered Solutions, LLC Methods and systems for compressed natural gas (CNG)
JP6089639B2 (ja) * 2012-11-30 2017-03-08 いすゞ自動車株式会社 天然ガスエンジン及び天然ガスエンジンの運転方法
JP6089640B2 (ja) 2012-11-30 2017-03-08 いすゞ自動車株式会社 天然ガスエンジン及び天然ガスエンジンの運転方法
DE102013009578A1 (de) * 2013-06-07 2014-12-11 Man Truck & Bus Ag Verfahren und Vorrichtung zum Entschwefeln eines Abgasrückstroms
USD759229S1 (en) 2013-11-20 2016-06-14 Worthington Industries Fuel tank frame assembly
CN104863693B (zh) 2014-02-26 2021-08-17 西港燃料系统加拿大公司 内燃发动机的气体燃料燃烧装置
CA2847630C (en) * 2014-03-21 2015-03-03 Westport Power Inc. Method and system for operating gaseous-fuelled direct injection internal combustion engine
KR102286954B1 (ko) * 2015-04-06 2021-08-06 두산인프라코어 주식회사 엔진 시스템
DE102015209479B4 (de) 2015-05-22 2020-01-30 Ford Global Technologies, Llc Dieselbrennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben einer Dieselbrennkraftmaschine
DE202015103028U1 (de) 2015-05-22 2015-07-30 Ford Global Technologies, Llc Dieselbrennkraftmaschine
DE102015209481A1 (de) 2015-05-22 2016-11-24 Ford Global Technologies, Llc Verfahren zum Betreiben einer Dieselbrennkraftmaschine und Dieselbrennkraftmaschine
DE102015008736A1 (de) * 2015-07-07 2017-01-12 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) Antriebsvorrichtung zum Antreiben eines Fahrzeugs sowie Verfahren und Computerprogrammprodukt zum Betreiben dieser Antriebsvorrichtung
DE102015214701B3 (de) * 2015-07-31 2016-12-15 Mtu Friedrichshafen Gmbh Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, Brennkraftmaschine und Steuergerät für eine Brennkraftmaschine
DE102016206856A1 (de) * 2016-04-22 2017-10-26 Man Diesel & Turbo Se Verfahren und Steuerungseinrichtung zum Betreiben eines Gasmotors
CN107620641B (zh) * 2016-07-15 2022-04-01 日立安斯泰莫株式会社 机动车发动机用ecu
KR101896327B1 (ko) * 2016-09-13 2018-09-07 현대자동차 주식회사 엔진 시스템 및 이를 이용한 제어 방법
US20180320640A1 (en) * 2017-05-08 2018-11-08 GM Global Technology Operations LLC Long-route egr system
US20180363591A1 (en) * 2017-06-14 2018-12-20 Ge Oil & Gas Compression Systems, Llc Low Pressure Gaseous Fuel Injector Shroud
WO2019001730A1 (en) * 2017-06-30 2019-01-03 Volvo Truck Corporation VEHICLE SYSTEM AND METHOD FOR AUDIT VEHICLE SYSTEM
DE102018104599B4 (de) * 2018-02-28 2021-06-10 Tenneco Gmbh Niederdruck EGR-System mit Turbo-Bypass
KR102207883B1 (ko) * 2018-05-29 2021-01-26 현대중공업 주식회사 배기가스 재순환 시스템 및 이를 구비하는 선박
US11585284B1 (en) 2021-07-29 2023-02-21 Ford Global Technologies, Llc Methods for re-combustion in engines

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3703886A (en) * 1970-11-09 1972-11-28 Julius E Witzky Pumpless stratified charge gas engine
US4846126A (en) * 1987-12-18 1989-07-11 Urban Transportation Development Corporation Ltd. Natural gas fuel injection
US5553575A (en) 1995-06-16 1996-09-10 Servojet Products International Lambda control by skip fire of unthrottled gas fueled engines
US5520161A (en) 1995-07-17 1996-05-28 Alternative Fuel Sytems Inc. Exhaust gas recirculation system for a compression ignition engine and a method of controlling exhaust gas recirculation in a compression ignition engine
US6279550B1 (en) * 1996-07-17 2001-08-28 Clyde C. Bryant Internal combustion engine
CN1233313B (zh) 1996-08-23 2013-01-02 卡明斯发动机公司 带最佳燃烧控制的预混合可燃混合气压燃发动机
US6138649A (en) 1997-09-22 2000-10-31 Southwest Research Institute Fast acting exhaust gas recirculation system
IT1295770B1 (it) 1997-10-24 1999-05-27 Fiat Ricerche Metodo di controllo dell'iniezione in un impianto di iniezione per un motore a combustione interna atto ad operare selettivamente con
US6640773B2 (en) * 2000-12-26 2003-11-04 Westport Research Inc. Method and apparatus for gaseous fuel introduction and controlling combustion in an internal combustion engine
EP1320675B1 (en) * 2000-02-11 2005-12-14 Westport Research Inc. Method and apparatus for gaseous fuel introduction and controlling combustion in an internal combustion engine
US6347619B1 (en) * 2000-03-29 2002-02-19 Deere & Company Exhaust gas recirculation system for a turbocharged engine
US6405720B1 (en) * 2000-04-03 2002-06-18 R. Kirk Collier, Jr. Natural gas powered engine
JP4289800B2 (ja) * 2001-01-11 2009-07-01 大阪瓦斯株式会社 予混合圧縮自着火エンジン及びその起動運転方法
JP2002221037A (ja) * 2001-01-22 2002-08-09 Toyota Motor Corp 筒内噴射式ガス燃料内燃機関
US6598584B2 (en) * 2001-02-23 2003-07-29 Clean Air Partners, Inc. Gas-fueled, compression ignition engine with maximized pilot ignition intensity
JP4032690B2 (ja) * 2001-10-09 2008-01-16 株式会社日立製作所 筒内噴射ガソリンエンジン
ES2268611T3 (es) * 2004-04-21 2007-03-16 C.R.F. Societa Consortile Per Azioni Motor diesel turboalimentado con sistema de recirculacion de gases de escape de "largo recorrido".

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160119242A (ko) * 2014-06-05 2016-10-12 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 내연 기관 및 이를 구비한 선박
KR101918378B1 (ko) * 2014-06-05 2019-01-29 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 내연 기관 및 이를 구비한 선박

Also Published As

Publication number Publication date
RU2359138C2 (ru) 2009-06-20
RU2005110190A (ru) 2005-09-20
CA2406267A1 (en) 2004-04-02
BR0314989A (pt) 2005-08-09
KR20050083714A (ko) 2005-08-26
CN1711411B (zh) 2010-08-11
US20080149078A1 (en) 2008-06-26
US7302939B2 (en) 2007-12-04
EP1549841B1 (en) 2010-01-20
DE60331090D1 (de) 2010-03-11
CN1711411A (zh) 2005-12-21
JP2006501396A (ja) 2006-01-12
US20050224060A1 (en) 2005-10-13
CA2406267C (en) 2013-01-08
JP4426452B2 (ja) 2010-03-03
AU2003271448A1 (en) 2004-04-23
WO2004031557A1 (en) 2004-04-15
EP1549841A1 (en) 2005-07-06
BR0314989B1 (pt) 2013-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101063175B1 (ko) 내연 기관으로부터 질소산화물의 방출물을 저감시키는 배기가스 재순환 방법 및 장치
US7302918B2 (en) Method and apparatus for providing for high EGR gaseous-fuelled direct injection internal combustion engine
US7421999B2 (en) Control apparatus for an internal combustion engine capable of pre-mixed charge compression ignition
CN100404809C (zh) 具有低充入空气氧浓度水平和高燃料喷射压力的低排放柴油机内燃烧系统及方法
CN1821561A (zh) 压燃式内燃机及其操作方法
JP2006161805A (ja) 燃焼エンジン用の点火分配方法および装置
KR20060089217A (ko) 가스 연료 내연 엔진의 연소 품질 제어 방법 및 장치
JP2014525533A (ja) 複数モードエンジンにおける前混合燃焼を制御するための方法及び装置
CN103256134A (zh) 喷射燃料的系统和方法
CN104763540B (zh) 操作内燃机的方法和用该方法操作的内燃机
US8978603B2 (en) Six-stroke internal combustion engine valve activation system and method for operating such engine
JP6634774B2 (ja) 天然ガスエンジン及び天然ガスエンジンの遮熱方法
JPH06193447A (ja) 内燃機関の混合気燃焼方法および完全予混合燃焼圧縮着火機関
KR102207883B1 (ko) 배기가스 재순환 시스템 및 이를 구비하는 선박
CN109642506B (zh) 气体运行的内燃机和用于其运行的方法
JP2005510651A (ja) 燃焼エンジンの燃料噴射方法及び燃焼エンジン
US20050150979A1 (en) Locomotive engine economy enhancement with improved nozzle
Eng Air-Fuel Control and Emissions for Gas Engines
CN103806988A (zh) 限制nox排放

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140821

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150821

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160825

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170825

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180823

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190827

Year of fee payment: 9