KR101770361B1 - 고단으로 변속하는 중에 과급 엔진을 제어하는 방법 및 시스템 - Google Patents

고단으로 변속하는 중에 과급 엔진을 제어하는 방법 및 시스템 Download PDF

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마그누스 그란스트렘
앤더스 라르손
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스카니아 씨브이 악티에볼라그
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Abstract

본 발명은, 차량(100)의 추진 방법으로서, 상기 차량(100)은, 연소 엔진(101)과, 상기 연소 엔진(101)과 적어도 하나의 구동륜(113, 114) 사이에서의 힘 전달을 위해 다수의 기어비로 조정될 수 있는 변속기(103)를 포함하고, 상기 연소 엔진(101)은, 적어도 하나의 연소실로서, 연소 가스를 공급하기 위한 적어도 하나의 입구 및 상기 연소실 내에서의 연소 결과 생긴 배기가스 유동을 배출시키기 위한 적어도 하나의 배출구를 구비하는 연소실과, 추가로 상기 연소 가스를 가압하기 위한 터보차저 장치(203)를 포함하는 구성으로 된, 차량의 추진 방법에 관한 것이다. 상기 방법은, 연소 엔진(101)의 회전수가 제1 회전수로부터 제2 회전수로 감소되는 경우인, 제1 높은 기어비로부터 제2 낮은 기어비로 기어 변경을 하는 동안, 다음을, 즉: - 상기 배기가스 유동을 수축시키기 위한 터보차저 장치(203)를 적어도 사용함으로써 상기 배출구(202)에서의 압력(Put)을 증가시키는 것, - 제1 밸브(221)의 개방을 통해 상기 연소 가스의 압력(Pin)을 감소시키는 것, 및 - 상기 연소 엔진(101)의 회전수(n)가 적어도 부분적으로 상기 제2 회전수(n2)를 향해 떨어질 때, 상기 연소 가스의 압력(Pin)이 증가되도록 상기 터보차저 장치(203)를 제어하는 것을 포함한다. 본 발명은 또한 시스템과 차량에도 관계된다.

Description

고단으로 변속하는 중에 과급 엔진을 제어하는 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR CONTROLLING A TURBOCHARGED ENGINE DURING AN UPSHIFT}
본 발명은 차량의 추진에 관한 것이며, 특히 청구항 1의 도입부에 따른 기어를 변경하는 동안의 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 본 발명에 따른 방법을 구현하는 시스템 및 차량과 또한 컴퓨터 프로그램 및 컴퓨터 프로그램 제품에도 관계되는 것이다.
다음의 배경 설명은 본 발명을 위한 배경 설명을 구성하므로, 반드시 종래 기술을 설명하는 것은 아니다.
일반적으로, 다양한 다수의 추진 체인 구성들이 차량에 대해 사용된다. 변속기는, 예를 들면, 수동 변속 변속기나 혹은 자동 변속 변속기로 구성될 수 있다. 대형 차량과 관련하여, 대형 차량은 차량의 제어 시스템의 도움에 의해 운전자가 가능한 한 편안함을 느낄 수 있게 추진되는 것이 대체로 바람직한데, 이것은 일반적으로 변속기의 기어 변경이 자동으로 수행되어야 함을 의미한다. 따라서, 대형 차량에 자동 변속기를 사용하는 것은 장차 보편화 될 것이다.
대형 차량에 있어서의 자동 기어 변경은, 흔히, 변속 동작이 제어 시스템에 의해 제어되는 "수동" 변속기의 기어 변경에 의해 구성된다. 따라서, 이러한 변속기는 기어비가 적절한 간격으로 분포되어 있는, 각 기어용의 한 쌍의 톱니형 휠로 구성된다. 이 유형의 변속기는 종종 전통적인 자동 변속기보다 높은 효율을 보이는 장점을 갖는다. 그러한 변속기에는, 차량의 엔진을 변속기에 결합시키기 위해, 차량의 제어 시스템에 의해 자동으로 제어되는 클러치로 구성되는 클러치가 사용된다.
원칙적으로, 이러한 차량 내의 클러치는 차량이 정지 상태로부터 시동되는 동안에만 사용될 필요가 있는데, 왜냐하면 다른 기어 변경은 클러치가 개방되지 않은 상태에서 차량의 제어 시스템에 의해 수행 될 수 있기 때문이다. 그러나, 클러치가 차량의 제어 시스템에 의해 제어되는 자동 클러치로 구성되는 경우, 그 클러치는 기어 변경 도중에도 추진 체인을 개폐하기 위해 자주 사용된다.
클러치가 기어 변경 도중에 사용되는지 여부와는 무관하게, 기어 변경이 가능한 한 편안하게 이루어지기 위해서는, 기어 변경 도중의 추진 체인의 구동력과 그리고 그에 따라 결부되는 기어 변경 도중의 구동력 차단은 바람직하지 않은 급격히 움직이는 운동(jerking motion)이 발생하지 않게 하는 방식으로 제어되어야 하는 것이 필요하고, 아울러 그와 동시에 기어 변경이 구동력 차단을 비교적 짧게 한 상태에서 수행될 수 있는 것이 종종 바람직하다.
본 발명의 한 가지 목적은, 기어 변경 도중의 연소 엔진의 회전수 조절이, 신속하고 예측 가능한 조절을 가능하게 하는 방식으로 수행되며 그와 동시에 기어 변경 후에 원하는 구동력을 사용할 수 있게 하는 방식으로 수행되는, 차량의 추진 방법을 제공하는 것이다. 이 목적은 청구항 1에 따른 방법으로 달성된다.
본 발명은, 구체적으로는, 차량의 추진 방법으로서, 상기 차량은, 연소 엔진과, 상기 연소 엔진과 적어도 하나의 구동륜 사이에서의 힘 전달을 위해 다수의 기어비로 조정될 수 있는 변속기를 포함하고, 상기 연소 엔진은, 적어도 하나의 연소실로서, 연소 가스를 공급하기 위한 적어도 하나의 입구 및 상기 연소실 내에서의 연소 결과 생긴 배기가스 유동을 배출시키기 위한 적어도 하나의 배출구를 구비하는 연소실과, 추가로 상기 연소 가스를 가압하기 위한 터보차저 장치를 포함하는 구성으로 된, 차량의 추진 방법에 관한 것이다.
본 발명의 상기 방법은, 연소 엔진의 회전수가 제1 회전수로부터 제2 회전수로 감소되는 경우인, 제1 높은 기어비로부터 제2 낮은 기어비로 기어 변경을 하는 동안, 다음을, 즉
- 상기 배기가스 유동을 수축시키기 위한 터보차저 장치를 적어도 사용함으로써 상기 배출구에서의 압력을 증가시키는 것,
- 제1 밸브의 개방을 통해 상기 연소 가스의 입구 압력을 감소시키는 것, 및
- 상기 연소 엔진의 회전수가 적어도 부분적으로 상기 제2 회전수를 향해 떨어질 때, 상기 연소 가스의 입구 압력이 증가되도록 상기 터보차저 장치를 제어하는 것을 포함한다.
위에서 언급한 바와 같이, 수동 변속 차량에서 일반적으로 사용되는 유형의 변속기가 종종 대형 차량에 사용되고 있는데, 그렇지만 이 경우에서 기어 변경은 차량의 제어 시스템에 의해 자동으로 수행된다. 이러한 유형의 변속기를 가지고 한 기어비로부터 제2 기어비로 기어 변경하는 데에는, 그 변속기의 성질로 인해, 현재 맞물린 기어가 해제될 때의 추진 체인의 차단과, 새로운 기어가 맞물릴 때의 후속한 재연결이 포함된다.
그러나, 바람직하지 않은 급격한 움직임 또는 진동이 기어 변경 도중에 발생하지 않도록 하기 위해서는, 연소 엔진의 회전수는, 추진 체인이 재연결되기 전에, 새로운 기어가 맞물리는 상태에서의 변속기의 입력 축의 예상 회전수와 동기화되어야 한다(즉, 상기 예상 회전수에 의해 제어되어야 한다). 연소 엔진의 회전수의 이러한 변경, 즉 동기화는 여러 가지 방법으로 수행될 수 있다.
기어를 낮추는 변경에 있어서, 이는 연료 공급의 도움을 받아 연소 엔진을 가속시킴으로써 수행될 수 있고, 반면에 고단 기어로 기어를 높이는 변경, 즉 더 낮은 기어비로의 기어 변경을 위해서는, 연소 엔진은 새로운(고단) 기어에 있는 변속기로 이어지는 입력 축의 더 낮은 회전수까지 제동되어야 한다는 점에서 보면, 위와 반대되는 동작이 수행될 수 있다. 클러치는 예를 들어 기어 변경 도중에 사용될 수 있고, 이에 의해 클러치는 연소 엔진의 회전수의 동기화에 사용될 수 있다. 그러나, 연소 엔진의 회전수를 동기화하기 위해 클러치가 사용되는 경우, 이는 추진 체인에 있어서의 급격한 움직임 또는 진동을 방지하기 위해 미끄럼 클러치로 수행되는 것이 바람직하다. 그러나, 예를 들어 마모를 감소시키기 위해서는 기어 변경을 클러치의 미끄럼 운동 없이 수행하는 것이 바람직할 수 있다. 클러치를 전혀 사용하지 않고 기어 변경을 수행하는 것을, 즉 현재 행해지고 있는 기어가 풀리고, 그 후, 새로운 기어가 결합되기 전에 연소 엔진의 회전수를 동기화시키는 방법을, 사용하는 것도 바람직할 수 있고, 이에 의하면, 클러치를 사용하지 않는 기어 변경도 토크의 적합한 완화와 조합되어 급격한 움직임 없이 수행될 수 있다. 또한, 기어 변경을 가능한 한 신속하게 수행하되 그와 동시에 운전의 용이성 및 차량의 안락함을 유지하면서 수행하는 것이 종종 바람직할 수 있다.
따라서, 클러치의 도움을 받기보다는 다른 방법에 의해 연소 엔진을 제동하는 것이 바람직할 수 있어서, 본 발명은 연소 엔진을 원하는 회전수까지 효율적으로 제동할 수 있게 하며, 결국에는 구동력 차단을 비교적 짧게 하면서 기어 변경을 가능하게 하는 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 큰 구동력을 기어 변경 후 필요한 경우에 신속하게 사용할 수 있게 되는 장점을 갖는다.
본 발명에 따르면, 연소 엔진의 제동은 배기가스 유동을 수축시키기 위한 터보차저 장치를 적어도 사용해서 연소실의 배출구에서의 압력을 증가시킴으로써, 즉 예를 들어 연소실의 배출구의 압력이 증가되도록 배기가스 유동을 터보차저의 터빈에 의해 수축시킴으로써, 달성된다. 또한, 터빈은 배기가스 유동이 수축되는 동안 조절될 수 있는데, 터빈의 회전수가 예를 들어 터빈의 최대 작동 회전수, 즉 차량이 추진되는 동안에 회전이 허용되는 터빈의 최대 회전수의 30% 내지 100% 범위의 회전수의 크기로 되도록, 또는 예를 들어 터빈의 최대 작동 회전수의 80% 내지 100% 범위의 회전수의 크기로 되도록, 조절될 수 있다.
또한, 상기 연소 가스의 입구 압력은 상기 입구 압력에 대해 작용하는 제1 밸브의 개방을 통해 감소되고, 이에 의해 입구 압력은 예를 들어 차량을 둘러싸는 압력까지 감소될 수 있다. 상기 밸브는 예를 들어 터보차저 장치에 통상적으로 존재하는 취출 밸브(blow-off valve), 또는 상기 입구에서의 연소 가스의 압력을, 차량을 둘러싸는 압력(대기압)까지 감소시킬 수 있는 다른 적절한 밸브로 구성될 수 있다. 요약하면, 이에 의하면, 연소 엔진과 연관된 효율적인 제동이 얻어짐과 동시에 연소 엔진의 한쪽에서 다른 쪽을 가로질러 높은 차동 압력이 생긴다.
연소 엔진의 한쪽에서 다른 쪽을 가로질러 생기는 높은 차동 압력은 이러한 수단들에 의해 얻어지고, 이에 의하면, 그에 대응하는 비교적 큰 제동력, 즉 연소 엔진의 회전수를 원하는 회전수까지 효율적으로 감소시킬 수 있게 연소 엔진의 회전수를 감소시킬 수 있는 제동력이 얻어진다.
그러나, 기어를 변경하는 동안에, 연소 엔진의 회전수가 단기간에 원하는 회전수까지 제동될 뿐만 아니라, 종종, 기어 변경이 수행된 직후에, 또는 본질적으로 직후에, 연소 엔진에 의해 높은 토크가 전달될 수 있는 것도 바람직하다. 그러나, 이것은 공기와 같은 압축된 연소 가스의 사용 가능성에 따라 달라지는데, 다시 말하자면, 알고 있는 바와 같이 엔진 제동의 관점에서는 바람직하지 않은 높은 입구 압력이 필요하다. 그러나, 본 발명은 동기화 하는 동안에 연소 엔진을 효율적으로 제동할 수 있게 하며 이와 동시에 기어 변경 직후 또는 본질적으로 직후에 높은 토크를 추출할 수 있게 한다. 이것은, 먼저 입구 압력을 감소시키고, 후속해서 추진 체인을 다시 폐쇄하기 전에 입구 압력을 증가시키기 시작함으로써 달성된다. 연소 가스의 압력 증가는 새로운 기어가 맞물리고 추진 체인이 다시 연결되기 전에 시작되기 때문에, 가압된 연소 가스를 기어 변경 후, 추진 체인이 연결된 직후에, 이용할 수 있게 되고, 그 결과 더 높은 구동력을 이용할 수 있게 된다.
바람직한 일 실시예에 따르면, 연소 엔진의 압력 증가는 연소 엔진의 회전수가 제2 회전수로 떨어지기 전에 시작된다.
연소 엔진의 회전수가 감소하는 동안 터빈의 회전수와 그리고 그에 따르는 압축기의 회전수도 높은 수준으로 유지함으로써, 후속해서 연소 가스의 압력을 급속히 증가시키는 것이 가능해지고, 이렇게 해서, 큰 토크가 기어 변경 후에 필요한 경우, 이는 속도를 증가시키고 있는 중인 차량에 의해 고단으로의 변속이 야기될 때를 흔히 예로 들 수 있는 경우임, 그 토크를 이용할 수 있게 할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 입구 압력이 감소되기 전에 연소실의 배출구에 압력이 가능한 한 신속하게 증강되도록 하기 위해, 상기 터빈이 먼저 폐쇄된다.
터빈은 회전수가 감소되는 동안에 제어될 수 있는데, 터빈의 회전 속도가, 예를 들어 최대 회전 속도, 또는, 예를 들어, 차량이 추진하는 동안의 터빈의 최대 회전 속도의 50% 내지 100%의 범위 또는 80% 내지 100%의 범위 중 임의의 범위 내에서 자유롭게 선택된 회전 속도의 크기인 어떤 회전 속도와 같은, 높은 회전 속도로 유지되는 방식으로 제어될 수 있다. 터빈의 높은 회전 속도를 유지하고 그리고 그에 따라 압축기의 높은 회전 속도도 유지함으로써, 상기 제1 밸브가 폐쇄된 때에 압축 공기를 신속하게 사용할 수 있게 되고, 이에 의해, 구동력이 다시 요구될 때에 본질적으로 바로 압축 공기를 사용할 수 있게 된다. 상기 제1 밸브는 낮은 입구 압력이 요구되는 기간 동안에는 개방된 채로 유지될 수 있고, 입구 압력의 증가가 필요할 때에는 폐쇄될 수 있으며, 이에 의하면, 압축기가 이미 원하는 속도로 회전할 수 있기 때문에 압력의 급속한 증강이 달성된다.
또한, 상기 배출구 압력은 상기 터빈의 도움뿐만 아니라 또한, 예를 들어, 예컨대 배기가스 브레이크 시스템과 같은, 터빈의 하류에 위치된 수축 장치(constriction device)와 함께 조절될 수 있게 구성할 수 있다.
본 발명에 따른 방법은, 예를 들어, 하나 또는 다수의 프로세서, 하나 또는 다수의 FPGA(현장 프로그램 가능 게이트 어레이) 회로, 및 하나 또는 다수의 ASIC(주문형 반도체) 중 적어도 하나의 도움에 의해 구현될 수 있다.
본 발명의 추가 특징들과 그의 이점들은 예로서 제시된 실시예에 대한 아래의 상세한 설명과 첨부된 도면에 의해 분명해질 것이다.
도 1a는 본 발명이 이용될 수 있는 차량을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 1b는 도 1a에 도시된 차량용 제어 시스템 내의 제어 유닛을 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1a에 도시된 차량용 후처리 시스템을 더 상세하게 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 예시적인 방법을 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 회전수의 감소의 예를 도시하는 도면이다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량(100)의 추진 체인을 개략적으로 도시하고 있다. 도 1a에 개략적으로 도시된 차량은 구동륜(113, 114)을 갖는 하나의 차축만을 포함하고 있지만, 본 발명은 하나 이상의 차축에 구동륜이 구비된 차량에 대해서도 적용될 수 있고, 예컨대 하나 또는 다수의 지지 차축과 같은 하나 또는 다수의 추가 차축을 구비한 차량에 대해서도 적용될 수 있다. 추진 체인은, 연소 엔진(101)의 출력축을 통해서 일반적으로 플라이휠(102)을 거쳐서, 종래의 방식으로 클러치(106)를 통하여 변속기(103)에 연결된 연소 엔진(101)을 포함한다.
연소 엔진(101)은 제어 유닛(115)을 통해 차량의 제어 시스템에 의해 제어된다. 마찬가지 방식으로, 예를 들어, 자동 제어 클러치로 구성될 수 있는 클러치(106)와 변속기(103)는 하나 또는 다수의 적절한 제어 유닛의 도움을 받는 차량(100)의 제어 시스템에 의해서, 즉 도 1a에서는 제어 유닛(116)에 의해서, 제어된다. 차량(100)의 추진 체인은 물론 다른 형태로도 구성될 수 있다.
변속기(103)의 출력축(107)은, 예컨대 종래의 차동 기어와 같은 파이널 기어(108)와 상기 파이널 기어(108)에 연결된 구동 축(104, 105)을 통해 구동륜(113, 114)을 구동한다. 본 발명은, 연소 엔진 외에 예컨대 하나 또는 다수의 전기 모터와 같은 하나 또는 다수의 추가 동력 공급원이 차량 추진을 위해 사용될 수 있는 하이브리드 차량에도 적용될 수 있다.
차량(100)은 연소 엔진(101)의 연소실 내에서의 연소 결과 생기는 배기 배출물을 처리(정화)하기 위한 후처리 시스템(230)을 구비한 배기가스 시스템을 추가로 포함한다.
도 2는 연소 엔진(101)을 약간 더 상세히 도시하고 있다. 도면에는 연소 엔진(101)을 위한 단 하나의 실린더/연소실(209)이 실린더 내에서 작동하는 피스톤(210)과 함께 도시되어 있지만, 이 실시예에서 연소 엔진(101)은 6기통 연소 엔진으로 구성되며, 일반적으로는, 예컨대 1 내지 20 개의 범위 또는 그 이상에서 자유롭게 선택될 수 있는 것과 같은, 자유롭게 선택된 다수의 실린더/연소실을 구비한 엔진으로 구성될 수 있다. 도시된 형태의 연소 엔진은 일반적으로 각 연소실(실린더)(209)에 대해 적어도 하나의 연료 분사기(208)도 포함하고, 상기 연료 분사기는 연소를 위한 상기 연소실(209)로의 연료 공급을 종래의 방식으로 한다.
또한, 각 연소실(209)은, 일반적으로 적어도 일부가 공기로 구성되는 연소 가스를 입구 흡입 라인(211)을 통해 연소 프로세스로 공급하기 위한 입구(201)와, 연소 결과 생긴 배기가스 유동을 배출하기 위한 배출구(202)를 포함한다. 연소 가스 공급과 연소실 배기는 예를 들어 밸브(212, 213)에 의해 종래의 방식으로 조절될 수 있다.
후속해서, 연소 중에 생성되는 배기가스(배기가스 유동)는, 터보차저 장치(203)와 배기가스 브레이크 시스템(215)을 통해서, 배기가스가 차량(100)의 주변으로 방출되기 전에 배기가스 유동을 후처리(정화)하기 위한 후처리 시스템(230)으로 안내된다. 상기 후처리 시스템(230)은 예컨대 디젤 입자 필터, 산화 촉매 및 SCR 촉매 중 적어도 하나를 종래의 방식으로 포함할 수 있다. 상기 후처리 시스템은, 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려진 바와 같이, 다수의 다른 유형의 구성 요소도 포함할 수 있다. 후처리 시스템은 본 명세서에서는 상세히 설명되지 않는다.
도 2에 따른 터보차저 장치를 사용한다 함은, 또한, 연소 엔진(101)이 과급된다는 것, 즉 연소실에 공급되는 연소 가스의 압력이 차량(100)을 둘러싸는 압력을 초과한다는 것을 의미한다.
이러한 과급은, 본 예에서는, 터빈(204) 및 이 터빈(204)에 의해서 축(207)을 통해 구동되는 압축기(205)를 포함하는 터보차저 장치(203)의 도움으로 달성된다. 압축기(205)는 입구(206)를 통해 공급되는 가스, 예컨대 차량의 주위에서 들어오는 공기를, 가능하기로는 입구 흡입관(211)으로 공급하기 위한 EGR(도면에 도시되지 않음)이라고 알려진 종래의 배기가스 재순환과 함께, 압축, 즉 가압 하에 놓이게 한다. 유입 공기를 압축하는 압축기(205)의 능력은 터빈(204)의 회전하는 힘 또는 속도에 의해 제어된다. 터빈(204)은 결국에는 배기가스에 의해 구동되는데, 이는 터빈의 회전력 또는 회전 속도가 통과하는 배기가스 유동에 의해 제어된다는 것을 의미한다.
도시된 터보차저 장치(203)는 고정형(fixed geometry) 유형으로서, 이는 터빈을 통과하는 배기가스 유동이 터빈을 구동하기 위해 사용된다는 것을 의미한다. 그러나, 터빈이 조절될 수 있고 그리고 그에 따라 연소 가스의 압력이 조절될 수 있는 것이 종종 바람직하므로, 도 2에 도시된 해결책에는 그러한 조절을 가능하게 하는 수단이 제공된다. 이들 수단은 도시된 예에서는 웨이스트게이트 밸브(220)라고 알려진 것에 의해 구성되는데, 상기 웨이스트게이트 밸브는, 연소 결과 생겨서 터빈(204)을 실질적으로 통과하며 그 터빈을 구동하는 배기가스 유동의 비율을 제어 가능한 방식으로 조절할 수 있다. 이러한 조절은 터빈(204)을 통과하는 배기가스 유동의 일부를 웨이스트게이트 밸브(220)의 도움으로 제어할 수 있는 방식으로 흐름 전환시킴으로써 수행되고, 이에 의해 터빈의 회전 속도가 웨이스트게이트 밸브(220)의 도움으로 원하는 회전수, 즉 일반적으로 예컨대 100,000rpm 내지 200,000rpm 크기의 회전수와 같은 아주 높은 회전수로 구성되는, 원하는 회전수로 조절될 수 있다.
도 2에 도시된 해결책은 또한 취출 밸브(221)라고 알려진 것을 포함하는데, 상기 취출 밸브는 압축기(205)의 고압측에 대하여 작용하며, 연소 가스의 입구 압력(Pin)을 급속히 감소시키기 위해 필요할 때에 사용될 수 있다. 취출 밸브(221)는 알려져 있는 바와 같이 다른 유형일 수 있으며, 도 2에 표시된 바와 같이, 압축기(205)의 고압측의 압력이 감소될 수 있도록 압축기의 고압측에서 나온 연소 가스가 압축기의 저압측으로 재순환된다는 것을 의미하는, 재순환 취출 밸브로 구성될 수 있다.
취출 밸브는 대기방출형(atmospheric type), 즉 압축기의 고압측에서 나오는 연소 가스를 차량의 주변 환경으로 방출하는, 대기방출형일 수 있다. 취출 밸브는 또한 위에서 설명한 기능들 모두가 조합된 유형, 즉 고압측으로부터 나온 연소 가스가 주변 환경으로 방출되거나 혹은 재순환되거나, 또는 주변 환경으로 방출되고 재순환도 되는, 유형일 수도 있다. 압력이 크게 변동하고 급작스럽게 변동하는 동안에 발생할 수 있는 소음을 감소시킬 수 있도록 하기 위해, 연소 가스가 배기가스 시스템으로 방출되게 구성할 수도 있다.
상기 터보차저 장치(203)의 동작은, 본 발명에 따르면, 저단 기어로부터 고단 기어로의(즉, 높은 기어비로부터 낮은 기어비로의) 변경이 발생하는 기어 변경을 제어하는 동안에 사용된다. 위에서 언급한 바와 같이, 기어 변경 중에 연소 엔진의 회전수 n이 변화하고, 이 경우 저단 기어로부터 고단 기어로의 기어 변경은 연소 엔진의 회전수 n을 기어비의 변경에 대응하는 회전수만큼 낮아지게 하며, 또한 기어 변경 중에 차량 속도도 변화할 수 있다는 것은 일반적인 사실이다.
차량이 추진되는 중에 고단 기어로의 기어 변경이 이루어지는 동안에는, 예를 들어 구동력의 공급 중단을 방지하기 위해, 기어 변경이 단기간에 수행될 수 있는 것이 흔히 바람직한 일이다. 본 발명은 고단 기어로의 기어 변경 중에 연소 엔진의 회전수를 효율적인 방식으로 이전 기어의 회전수로부터 새로운 기어의 회전수로 제동하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 예시적인 방법(300)이 도 3에 도시되어 있는데, 본 예에 따른 방법(300)은 도 1a 및 도 1b에 도시된 엔진 제어 유닛(115)에 의해 수행되도록 구성된다.
현대의 차량의 제어 시스템은, 일반적으로, 제어 유닛 또는 제어기(115, 116)와 같은 다수의 전자 제어 유닛(ECU)과 차량에 배치된 다양한 부품들을 연결하기 위해 하나 또는 다수의 통신 버스로 이루어지는 통신 버스 시스템으로 구성된다. 이러한 제어 시스템은 많은 수의 제어 유닛을 포함할 수 있으며, 특정 기능에 대한 책임이 하나 이상의 제어 유닛들 간에 걸쳐 분배될 수 있다. 또한, 본 발명은 본 발명 전용의 제어 유닛에서 구현될 수 있거나, 또는 차량에 이미 존재하고 있는 하나 또는 다수의 다른 제어 유닛에서 완전히 또는 부분적으로 구현될 수 있다. 간략화를 위해, 도 1a 및 도 1b에는 오직 제어 유닛(116)만이 엔진 제어 유닛(115)에 부가하여 도시된다.
본 발명에 따른 제어 유닛(115)의 동작(또는 본 발명이 구현되어 있는 제어 유닛 또는 유닛들)은, 예를 들면, 예컨대 클러치 또는 변속기의 상태와 관련해서 예컨대 제어 유닛(116)에서 나온 신호에 따라 달라진다. 신호들은 또한 유사한 방식으로 제어 유닛(116)으로 전송될 수도 있다. 제어 유닛(115)의 제어는, 후술하는 바와 같이, 예를 들어, 터보차저 장치(203)에 대한, 예컨대 터보차저의 속도에 대한, 웨이스트게이트 밸브(220)에 대한, 또는 취출 밸브(221)에 대한, 센서 신호들에도 의존할 수 있다. 도시된 형태의 제어 유닛들이 일반적으로 차량의 여러 부분에서, 예컨대 차량에 배치된 각종 제어 유닛들로부터 센서 신호들을 수신하도록 구성되는 것은 일반적인 경우이다.
제어는 종종 프로그램된 명령에 의해 제어된다. 이들 프로그램된 명령들은 전형적으로 컴퓨터 프로그램에 의해 구성되고, 상기 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터 또는 제어 유닛에서 실행될 때에 그 컴퓨터 또는 제어 유닛으로 하여금 원하는 제어, 예컨대 본 발명에 따른 방법의 단계들을 수행하도록 한다.
상기 컴퓨터 프로그램은 일반적으로 컴퓨터 프로그램 제품의 일부를 구성하고, 여기서, 상기 컴퓨터 프로그램 제품은 적합한 저장 매체(121)(도 1b 참조)를, 그 저장 매체(121)에 저장되어 있는 컴퓨터 프로그램과 함께 포함한다. 상기 디지털 저장 매체(121)는, 예를 들어, 다음의 그룹, 즉 ROM(읽기 전용 메모리), PROM(프로그램 가능 읽기 전용 메모리), EPROM(지울 수 있는 PROM), 플래시 메모리, EEPROM(전자적으로 지울 수 있는 PROM), 하드 디스크 유닛 등의 그룹 중의 임의의 하나로 구성될 수 있고, 컴퓨터 프로그램이 제어 유닛에 의해 실행될 수 있도록 제어 유닛 내에 또는 제어 유닛과 관련하여 배치될 수 있다. 따라서, 특정 상황에서의 차량의 거동은 컴퓨터 프로그램의 명령을 변경함으로써 적응시킬 수 있다.
예시적인 제어 유닛(제어 유닛(115))이 도 1b에 개략적으로 도시되어 있는데, 이에 의하면, 제어 유닛은 결국에는 계산 유닛(120)을 포함할 수 있고, 이 계산 유닛은, 예를 들면, 예컨대 디지털 신호 처리 회로(디지털 신호 처리기, DSP) 또는 사전에 결정된 특정 기능을 갖는 회로(주문형 반도체, ASIC) 등과 같은, 임의의 적절한 유형의 프로세서 또는 마이크로컴퓨터로 구성될 수 있다. 상기 계산 유닛(120)은 메모리 유닛(121)에 연결되고, 상기 메모리 유닛은 계산 유닛(120)에, 예를 들어, 계산 유닛(120)이 계산을 수행할 수 있도록 하기 위해 필요한 저장된 프로그램 코드 및 저장된 데이터 중 적어도 하나를 공급한다. 계산 유닛(120)은 또한 계산의 중간 결과 또는 최종 결과를 메모리 유닛(121)에 저장시키도록 구성된다.
제어 유닛에는 입력 및 출력 신호의 수신 및 송신을 위한 장치(122, 123, 124, 125)도 추가로 구비된다. 이러한 입력 및 출력 신호는 입력 신호를 계산 유닛(120)에 의해 처리되어야 할 정보로서 수신하기 위한 장치(122, 125)에 의해 검출될 수 있는 파형, 펄스, 또는 그 밖의 다른 특성을 포함할 수 있다. 출력 신호를 송신하기 위한 장치(123, 124)는 계산 유닛(120)으로부터 나온 계산 결과를, 차량의 제어 시스템의 여타 부분들 중 적어도 한 부분과 신호를 쓰려고 하는 부품 또는 부품들로 전송하기 위한 출력 신호로 변환시키도록 구성된다. 입력 및 출력 신호를 수신 및 전송하기 위한 장치로의 연결부들 각각은 하나 또는 다수의 케이블; 예컨대 CAN 버스(제어기 영역 네트워크 버스), MOST 버스(미디어 지향 시스템 전송), 또는 임의의 기타 버스 구성 등과 같은 컴퓨터 버스; 또는 무선 연결부로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 예시적인 방법(300)을 도시하는 도 3을 다시 고찰한다. 상기 방법은 고단으로의 기어 변경이 발생했는지를 결정하는 단계(301)에서 시작한다. 그런 경우, 상기 방법은 계속해서 단계(302)로 이어진다. 단계(302)에서는, 연소 엔진(101)이 차량(100)의 구동륜(113, 114)으로부터 분리되었는지를, 이는, 예를 들어, 클러치(106)를 개방하거나 또는 변속기(103)를 중립 상태로 놓음으로써 수행될 수 있는 것임, 결정한다.
본 발명의 한 가지 목적은 연소 엔진(101)의 회전수를 원하는 회전수로 가능한 한 신속히 감소시키기 위한 것, 즉 연소 엔진이 원하는 회전수에 도달하는 데 걸리는 시간을 최소화하기 위한 것으로, 여기서 원하는 회전수는 맞물리게 되는 기어를 위한 동기화 회전수로 구성된다.
이것은 연소 엔진의 회전수 n을 시간 함수의 도식으로 도시하고 있는 도 4에서 명확해진다. 차량(100)은 실선으로 도시된 연소 엔진의 회전수 n1이 생기게 하는 속도로 시간 t1까지 구동된다. 차량이 가속 중이지만 일정한 속도로 구동되지 않는 경우, 회전수는 기어 변경 전에 증가하는데, 이는 도면에 점선으로 표시되어 있다. 고단 기어로의 기어 변경이 시간 t1(또는 이 이전의 적절한 시간)에서 개시되고, 그 결과 연소 엔진의 회전수가 회전수 n1에서 회전수 n2로 감소된다. 연소 엔진의 회전수가 n2로 감소되는 것이 빠르면 빠를수록 기어 변경이 더 빠르게 수행될 수 있다. 본 발명에 따르면, 회전수의 감소는 연소 엔진(101)의 제동을 통해 달성된다.
본 발명에 따르면, 이러한 제동은 연소 엔진을 가로지르는 차동 압력 ΔPmotor를 증가시킴으로써, 즉 연소실(209)(도 2 참조)의 입구 압력 Pin과 배출구 압력 Put 사이의 압력차를 증가시킴으로써 달성된다. 이러한 압력차가 높으면 높을수록, 즉 입구 압력 Pin에 대한 배출구 압력 Put가 높으면 높을수록, 연소 엔진(101)은 더욱더 빠르게 원하는 회전수 n2로 제동될 것이다.
상기 방법은 후속해서 단계(303)로 계속 이어지고, 이 단계에서 배출구 압력 Put는 웨이스트게이트 밸브(220)의 폐쇄를 통해 증가되고, 이에 의해, 터빈(204)이 만들어내는 수축으로부터 터빈(204)의 상류에서 배압이 일어나고 그에 따라 연소실(209)의 배출구(202)에서도 배압이 일어나며, 이 배압은 연소 엔진(101)을 제동하게 될 것이다.
일반적으로 터빈(204)의 상류에 얼마나 높은 압력이 허용될 수 있는지에 대한 설계 제한이 있는데, 그 압력은 예를 들면 4바 내지 10바의 크기이고, 그 이유로 인해 배출구 압력 Put가 기준 압력 Put_ref에 대해 조절될 수 있다. 배출구 압력 Put는 터빈(204)의 상류에, 예컨대 연소 엔진(101)의 배출구와 같은 위치 또는 배기가스 브레이크 시스템의 상류의 임의의 다른 적절한 위치에 배치된 적절한 압력 센서의 도움으로 결정될 수 있다. 배출구 압력은 예를 들어 실린더 압력 센서의 도움으로도 결정되게 구성할 수 있다. 배출구 압력은 또한 적절한 계산 모델에 기초하여, 예를 들어, 배출구 압력을 산출하는 데 사용될 수 있는, 시스템에서의 다른 적절한 위치에서 측정된 압력 또는 또 다른 측정된 파라미터에 기초하여서도 산출되게 구성할 수 있다. 일반적인 경우에서, 배압이 높으면 높을수록 제동 효과가 더 강력해질 것이고, 그에 따라 연소 엔진의 회전수의 감소가 더 신속해질 것이다.
배출구 압력 Put가 터빈(204)의 도움으로, 그리고 웨이스트게이트 밸브(220)의 폐쇄에 의해 증가될 때, 이는 동시에 터빈(204)이 가속되게 한다. 터빈의 최대 회전수는 예를 들어 강도 이유 때문에 한도를 초과하지 않게 한정되는 것이 일반적이다. 이 최대치는, 원하는 배출구 압력 Put에 도달될 때에 배기가스 유동의 많은 부분 또는 전체가 터빈(204)을 통해 안내될 때, 빠르게 도달될 수 있다. 터빈(204)은 이러한 이유로 인해 상기 최대 회전수에 대해 조절되게 구성할 수 있다. 대안으로, 터빈(204)의 조절은, 터빈(204)의 회전수가 예를 들어 터빈(204)의 최대 회전수, 즉 차량이 추진되는 동안에 회전이 허용되는 터빈(204)의 최대 회전수의 30% 내지 100%의 범위의 회전수의 크기로 되거나, 또는 예를 들어 터빈(204)의 최대 회전수의 80% 내지 100%의 범위의 회전수의 크기로 되도록, 마련될 수 있다.
터빈(204)의 회전수는 터빈을 통과하는 배기가스 유동에 의해 제어된다. 이것은 터빈(204)을 지나는 배기가스 유동의 일부분의 흐름을 제어 가능하게 전환시키는 웨이스트게이트 밸브(220)의 사용에 의해 조절되고, 이에 의해 터빈의 원하는 회전 속도가 정확하게 발생되게 하는, 터빈을 통과하는 배기가스 유동을 얻을 수 있게 된다. 따라서 웨이스트게이트 밸브(220)는 터빈의 현재의 지배적인 회전 속도에 기초하여 제어될 수 있다.
그러나, 원하는 배출구 압력 Put를, 이는 이 경우에서는 비교적 높음, 터빈(204)의 원하는 회전 속도를 초과하지 않고서 얻을 수 있는 것은 보장되지 않는다. 즉, 터빈에 의해 발생될 수 있는 배압은 반드시 원하는 배출구 압력 Put를 얻기에 충분한 것은 아니다. 또한, 연소 엔진과 터보차저 장치의 특정 조합의 경우에서도 그러한데, 후술하는 바와 같이, 원하는 압력이 얻어질 수 있는 경우라 해도, 압축기에서의 부하가 경감되는 때에는 그 압력을 유지하는 것이 가능하지 않을 수 있다.
이러한 이유 때문에, 본 발명에 따르면, 차량(100)의 배기가스 시스템에 배치된 추가 스로틀 밸브, 즉 예를 들어 배기가스 브레이크 시스템(215)에 의해 구성될 수 있는 스로틀 밸브도 상기 조절 중에 사용될 수 있다. 배기가스 브레이크 시스템(215)이 연소 엔진(101)의 하류에 배치되고, 또한 본 예에서는 터보차저 장치(203)의 하류에도 배치된다. 배기가스 브레이크 시스템(215)은 요청에 따라 배기가스 유동의 제어 가능한 수축을 적용하고, 이에 의해 이러한 수축은 배기가스 브레이크 시스템(215)의 상류에 배압을 발생시킨다. 따라서, 터빈(204)의 저압측 압력이 배기가스 브레이크 시스템(215)의 도움으로 상승될 수 있고, 이에 의해 터빈(204)을 가로지르는 압력 차이가 감소될 수 있고, 이와 동시에 연소실의 배출구에, 연소실 내의 피스톤의 운동을 제동하기 위한 원하는 배출구 압력 Put가 유지될 수 있고, 또한 이와 동시에 터빈의 원하는 속도가 배기가스 브레이크 시스템(215)과 웨이스트게이트 밸브(220)의 적절한 조절의 도움으로 유지될 수 있다.
연소 엔진을 제동하는 중에, 배기가스 제동을 이용하는 대신에, 또는 배기가스 제동을 이용하는 것에 부가하여, 압축 제동(감압 제동이라고도 알려져 있음)도 이용될 수 있다. 압축 제동을 이용하는 경우, 연소 엔진의 연소실에서의 압축 중의 제동력이 사용될 수 있다. 공기가 압축 제동 중에 유입되어 통상적인 방식으로 압축되지만, 피스톤이 상사점에 접근 또는 도달한 때에 배출구 밸브가 연소실의 압력을 감소시키기 위해 개방되고, 이에 의해 압축된 가스에 의해 생성된 힘은 후속하는 팽창 중에 사용되지 않는다. 이것은 또한 높은 압력 또는 온도 형태의 더 높은 에너지를 가진 배기가스 유동이 얻어지는 장점을 갖는데, 상기 높은 에너지는 예를 들어 원하는 회전수에 있는 터빈의 회전수를 더 높은 수준까지 유지하는 데 사용될 수 있고, 그 결과 원하는 구동력을 기어 변경 후에 신속하게 얻을 수 있는데, 그 이유는 연소 공기 압력에 있어서의 압력 증가도 또한 이러한 방식으로 수행될 수 있기 때문이다. 또한, 높은 에너지 함량이라는 것은 압축기가 터빈에 더 큰 부하를 배치할 수 있다는 것을 의미하는데, 그 이유는 연소 공기압의 압력을 증강시키는 동안에 터빈을 구동시키는 데에 더 큰 힘이 사용될 수 있기 때문이다.
또한, 원하는 배출구 압력이 얻어진 때, 또는 원하는 배출구 Put가 부분적으로는 적절한 범위까지 얻어진 때, 상기 방법은 단계(304)로 계속 이어지고, 이 단계에서 연소 가스의 압력, 즉 연소실(209)로 이어지는 입구(201)에서의 압력이 감소된다. 입구 압력(Pin)은 압축기(205)의 회전 속도를 조절함으로써, 즉 터빈(204)의 회전 속도를 조절함으로써 조절될 수 있고, 이에 의해, 연소 가스의 압축이 더 이상 수행되지 않거나 또는 매우 작은 범위까지만 수행되게 하는 방식으로 터빈(204)을 제어할 수 있게 되고, 이렇게 해서, 입구 압력(Pin)이 차량(100)을 둘러싸는 압력을 실질적으로 향하도록, 또는 시간 t1에서 지배적인 압력보다 적어도 낮은 압력을 향하도록 제어된다.
그러나, 압축기 또는 터빈의 이러한 조절은 압축기 또는 터빈의 매우 낮은 회전수를 향해 조절하는 것을 필요로 하고, 이것은 그래서 위에서 설명한 조절, 즉 터빈을 가능한 한 높은 회전수를 향해 제어하는 조절에 대해 상충되는 요구를 구성하게 된다. 이 때문에, 취출 밸브(221)의 도움에 의한 연소 가스의 압력 조절이 대신해서 수행된다.
따라서, 단계(304)에서 취출 밸브(221)가 개방되는데, 이는 가압된 연소 가스가 압축기의 입구측으로 재순환된다는 것을 의미하고, 이에 의해 입구 압력 Pin이 압축기의 입구측에서 지배적인 압력까지, 즉 일반적으로는 본질적으로 대기압에 의해 구성되는 압력까지, 감소될 수 있다.
따라서, 연소 엔진(101)을 가로지르는 비교적 높은 차동 압력이 얻어질 수 있고, 그 결과, 연소 엔진(101)의 회전수가 아무런 부하 없는 공전 회전수로 떨어지게 함으로써 얻어지는 것과 적어도 비교할 때에, 비교적 높은 제동력이 생긴다. 이 제동력은 연소 엔진(101)을 원하는 낮은 회전수 n2를 향해 제동시킨다.
위에서 설명한 방법에서는 배출구 압력이 우선 상승되고, 그 후에 입구 압력이 감소된다는 점도 주지해야 한다. 이로 인해, 연소 가스를 계속해서 압축하고 이렇게 일을 수행하는 압축기(205)를 통해 얻어지는 압력이 신속하게 증가되고, 이는 터빈(204)에 제동 부하를 주고, 그에 따라 터빈(204)을 통과하는 배기가스 유동을, 부하를 받지 않는 터빈(204)에 의해 가해지는 것에 비해서, 더 큰 힘으로 제동할 것이고, 이에 의해 배출구 압력은 짧은 기간 동안 증강될 수 있다. 상기 압력 증강은 가압된 입구 압력이 압력 중강 중에 계속해서 배기가스 유동을 더 많게 하는 데 기여한다는 점에서도 촉진된다.
그러나, 대안적 실시예에서, 단계(303)와 단계(304)는 역순으로 또는 동시에 수행되게 구성될 수 있다. 이러한 대안적 실시예는 배출구 압력 Put를 조절하는 동안에 배기가스 브레이크(215)도 사용되는 경우에서 특히 유효하다.
후속해서 단계(305)에서 회전수 nmotor가 회전수 nlim으로 감소되었는지 결정된다. 회전수 nlim은 회전수 n1보다 낮고 회전수 n2보다 높은 회전수로 구성된다. 회전수 nlim은 회전수 n1보다는 회전수 n2에 근접하게 있는 것이 바람직하다. 회전수 nlim은, 예를 들어, 연소 엔진이 겪게 되는 총 회전수의 변화 n1-n2의 50% 내지 90%의 범위 또는 70% 내지 95%의 범위에서 자유롭게 선택된 비율로 수행되는 회전수로 구성되게 마련될 수 있다. 이것은 도 4에서 시간 ta에 개략적으로 나타내고 있다. 단계(305)에서 연소 엔진(101)의 회전수가 특정 회전수 nlim에 도달했는지를 결정하는 대신에, 동기화가 특정 시간 내에 완료될 것으로 예상되는지를, 즉 동기화가 도달되는 때를, 예를 들어, 도 4에서의 시간 ta에서 시간 t2-ta가 지난 때에 동기화가 완료될 것으로 예상되는지를 결정할 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따르면, 연소 엔진(101)의 회전수에 대한 명시적인 결정이 필요하지 않다. 동기화가 완료될 것으로 예상되는 때를 쉽게 추정할 수 있기 때문에, 연소 엔진(101)은 본질적으로 일정한 제동력으로, 즉 연소 엔진을 가로지르는 본질적으로 일정한 차동 압력으로 제동되고, 그에 따라 도 4에 도시된 바와 같이 선형 제동에 의해 제동되는 것이 바람직할 수 있다. 일정하지 않은 제동력이 가해지는 경우에는, 적용 가능한 모델의 도움으로 동기화의 종료점이 대신해서 계산될 수 있다. 일정한 제동력은 일정한 차동 압력 ΔPmotor를 유지함으로써 획득되기 때문에, 조절하는 동안에 작용해서 일정한 Put = Put_ref와 또한 일정한 Pin이 유지되도록 하는 조절이 마련될 수 있으면 유리하다.
연소 엔진의 회전수가 후속해서 nlim에 도달한 때, 또는 시간 ta에 도달한 때, 또는 연소 엔진의 회전수가 nlim에 도달하고 이와 함께 시간 ta에 도달한 때, 상기 방법은, 기어 변경 후에 구동력이 다시 요구될 때에 원하는 구동력을 사용할 수 있도록 하거나 또는 신속하게 사용 가능한 상태가 될 수 있도록 하기 위해, 연소 공기의 압력 Pin을 증가시키기 위한 단계(306)로 계속해서 이어진다. 본 발명에 따르면, 입구 압력 Pin의 상승은 취출 밸브(221)의 폐쇄를 통해 발생하고, 이에 의해 압축기(205)가 연소 가스 압력을 다시 증강시킨다.
위에서 설명한 방법에서, 터빈(204)의 회전수와 또한 이에 따른 압축기(205)의 회전수는, 연소 엔진(101)의 회전수가 감소하는 동안에 연소 엔진(101)의 회전수를 동기화시키는 중에, 높은 수준으로 유지된다. 이것이 의미하는 바는, 취출 밸브(221)가 폐쇄된 때에는, 연소 가스의 최대 압축 또는 그 최대 압축에 근접한 압축을 달성할 수 있도록 하기 위해 압축기(205)가 이미 그의 최대 회전수 또는 그 최대 회전수에 근접하게 회전하도록 마련될 수 있기 때문에, 연소 가스의 압력을 매우 신속하게 상승시킬 수 있다는 것이다. 따라서, 이것은 기어 변경 직후에, 필요한 경우, 토크를 많이 추출하는 것을 가능하게 하는데, 이는 예를 들어 속도를 증가시키고 있는 중인 차량(100)에 의해 상단으로의 기어 변경이 발생되는 때의 경우에 종종 해당될 수 있다.
입구 압력 Pin은 적절한 입구 압력을 향해, 예컨대 기어 변경 전에 지배적이었던 입구 압력을 향해, 또는 추진 체인이 폐쇄되고 구동력이 다시 요구될 때에 연소 엔진(101)에 의해서 원하는 토크 증강 비율로 발달될 수 있는 최대 토크를 향해 토크를 증강시킬 수 있게 하는 입구 압력을 향해 제어되게 구성할 수 있다.
취출 밸브가 폐쇄된 경우에 압축기(205)에 의해 수행된 일이 증가된 때에 상승하는 증가된 부하에 대처할 수 있도록 하기 위해 터빈(204)을 통과하는 배기가스 유동이 증가될 수 있게 하기 위해서 뿐만 아니라, 또한, 이와 동시에, 원하는 터빈 회전수를 달성할 수 있고 그에 따라 원하는 압축을 달성할 수 있도록, 예를 들어 배출구 압력 Put 또는 터빈(204)을 가로지르는 압력 차이와 같은, 원하는 압력 조건이 유지되도록 하기 위해서, 웨이스트게이트 밸브(220)와 또한 가능하기로는 적어도 하나의 배기가스 브레이크 시스템(수축 장치)(215) 및 압축 브레이크가 취출 밸브(221) 조절 중에 동시에 조절될 수 있다.
출구 압력 Put가 유지되는 상태에서 증가된 입구 압력 Pin은, 실감하게 되는 바와 같이, 연소 엔진(101)을 가로지르는 압력의 상대적인 차이를 감소시킬 것이고, 또한 그에 따라 피스톤(210)에 작용하는 제동력도 감소시킬 것이다. 이것은, 결과적으로, 연소 엔진이 더 이상은 시간 ta까지 얻어진 속도의 동일하고 바람직하기로는 선형적인 감소로 제동되지 않을 것이라는 것을 의미한다. 이러한 고려를, 예를 들어 적용 가능한 모델을 사용해서 동기화가 완료되는 시간 t2를 산출하고 또한 입구 압력이 증가하는 동안에 예를 들어 입구 압력 및 배출구 압력의 변화를 결정하는 동안에, 하거나, 혹은 동기화 회전수에 도달했는지 여부를 판단하기 위해 연소 엔진(101)의 회전수를 모니터할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 배출구 압력 Put가 기준 압력 Putlopp_ref를 일시적으로 초과하는 것이 이에 대응한 입구 압력 Pin의 증가와 함께 허용되고, 이렇게 해서 도 4에서의 시간 ta 이후 시간 t2까지의 기간의 전체 기간 동안 또는 적어도 대부분의 기간 동안에 연소 엔진(101)을 가로지르는 일정한 차동 압력 ΔPmotor를 유지한다. 그러나, 이것이 가능한지 여부는 부품들에 대한 공차에 따라 달라지는데, 예를 들어 장시간 동안 가해지는 압력에 적용되는 제한인 배출구의 압력에 대한 제한을 단시간 동안 초과하는 것이 허용될 수 있다. 단계(306)에 따라서 시작된 압력 증강은 단계(307)에서 연소 엔진의 회전수 nmotor가 동기화 회전수 n2에 도달했다고 판단될 때까지 계속되게 구성할 수 있다. 이런 경우가 아닌 한, 상기 방법은 단계(307)에 유지되며 그와 동시에 입구 압력이 상승되고, 이에 의해 단계(307)에서는, 계속되는 압력 증강이 더 이상 필요하지 않게 되는 경우인, 입구 압력 Pin이 원하는 입구 압력에 도달했는지도 결정될 수 있고, 또한 이것은 조절 중에 고려될 수 있다.
동기화 회전수 n2에 도달된 때에 상기 방법은 후속해서 단계(308)에서 종결되고, 이에 의해 추진 체인은 다시 본 발명의 범위 내에 있지 않은 적절한 종래 방식으로 폐쇄될 수 있다.
따라서, 요약하면, 본 발명은 연소 엔진을 가로지르는 차동 압력을 적용하고 바람직하게는 최대화함으로써 고단으로의 변속 중에 연소 엔진을 효율적인 방식으로 제동하는 방법을 제공한다. 그와 동시에, 본 발명의 방법은, 충분히 높은 연소 가스 압력을 기어 변경 중에 바로 또는 그 기어 변경 후 짧은 시간 이내에 사용할 수 있게 해서 그 연소 엔진이 차량 추진 중에 원하는 토크를 공급할 수 있게 하는 것을 보장함으로써, 차량 추진 중에 양호한 구동 특성을 제공한다.
상기 설명에서는 본 발명을 고정형(fixed geometry) 유형의 터빈(204)을 구비한 터보차저 장치(203)와 결부시켜 설명했다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 가변형(variable geometry) 터빈이 대신 사용된다. 이러한 터빈에는, 예를 들어, 터빈 휠에 영향을 미치는 데 사용되는 배기가스의 양과, 연소 공기의 압축을 위해 에너지가 착취됨이 없이 터보차저 장치를 지나도록 허용되는 배기가스의 양을 조절하기 위한 여러 개의 조정 가능한 가이드 레일이 공지된 방식으로 구비된다. 따라서, 터빈의 기능은 이러한 조정 가능한 가이드 레일의 도움으로 조절될 수 있고, 터빈은 예를 들어 전술한 바와 같은 가이드 레일을 사용하여 가능한 한 높은 회전수를 향해 조절될 수 있으며, 이와 동시에 입구 압력은 취출 밸브에 의해 낮게 유지될 수 있다. 이 경우에서도, 원하는 압력 또는 회전 속도를 얻기 위해, 조절 중에 배기가스 브레이크 시스템이 사용될 수 있다. 그러나, 터빈을 구동하는 데 사용되는 상기 배기가스 유동은 또한 터빈에 의해 조절될 수 있기 때문에, 이 실시예에 따르면, 웨이스트게이트 밸브가 필요하지 않다.
또한, 위에서는 본 발명을 차량과 관련된 예에 대해 설명하였다. 그러나, 본 발명은 임의의 자유롭게 선택된 운송 수단 또는 위에서 설명한 바와 같은 기어 변경이 수행되는 프로세스에 적용할 수 있는데, 예를 들면, 위에서 설명한 기어 변경 프로세스를 취하는 수상 수송선 및 공수용 항공기 등에 적용할 수 있다. 본 발명에서 연소 엔진은 차량 엔진, 선박 엔진, 산업용 엔진의 그룹 중 임의의 하나로 구성될 수 있다.
또한 주지해야 할 점으로는, 상기 시스템은 본 발명에 따른 방법의 다양한 실시예에 따라 변형될 수 있고(또한 그 반대의 것도 성립되고), 본 발명은 위에서 설명한 발명에 따른 방법의 실시예에 어떤 식으로든 한정되지 않으며, 첨부된 독립 청구항의 보호 범위 내에 있는 모든 실시예들과 관계되며 그 실시예들을 포함한다는 것이다.

Claims (29)

  1. 차량(100)의 추진 방법으로서, 상기 차량(100)은, 연소 엔진(101)과, 상기 연소 엔진(101)과 적어도 하나의 구동륜(113, 114) 사이에서의 힘 전달을 위해 다수의 기어비로 조정될 수 있는 변속기(103)를 포함하고, 상기 연소 엔진(101)은, 적어도 하나의 연소실(209)로서, 연소 가스를 공급하기 위한 적어도 하나의 입구(201) 및 상기 연소실(209) 내에서의 연소 결과 생긴 배기가스 유동을 배출시키기 위한 적어도 하나의 배출구(202)를 구비하는 연소실과, 추가로 상기 연소 가스를 가압하기 위한 터보차저 장치(203)를 포함하는 구성으로 된, 차량의 추진 방법에 있어서,
    연소 엔진(101)의 회전수가 제1 회전수(n1)로부터 제2 회전수(n2)로 감소되는 경우인, 제1 높은 기어비로부터 제2 낮은 기어비로 기어 변경을 하는 동안, 다음을, 즉:
    - 상기 배기가스 유동을 수축시키기 위한 터보차저 장치(203)를 적어도 사용함으로써 상기 배출구(202)에서의 압력(Put)을 증가시키는 것,
    - 제1 밸브(221)의 개방을 통해 연소 가스의 입구 압력(Pin)을 감소시키는 것, 및
    - 상기 연소 엔진(101)의 회전수(n)가 적어도 부분적으로 상기 제2 회전수(n2)를 향해 떨어질 때, 상기 연소 가스의 입구 압력(Pin)이 증가되도록 상기 터보차저 장치(203)를 제어하는 것을 포함함을 특징으로 하는, 차량의 추진 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 밸브(221)를 개방하기 전에 상기 배출구(202)에서의 압력(Put)을 적어도 부분적으로 증가시키는 것을 추가로 포함함을 특징으로 하는, 차량의 추진 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    연소 결과 생겨서 터보차저 장치(203)의 터빈(204)을 통해 안내되어 상기 터빈을 구동하는 배기가스 유량의 비율을 증가시킴으로써 상기 배출구(202)의 압력(Put)이 적어도 부분적으로 증가되는 것을 특징으로 하는, 차량의 추진 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    연소 결과 생기고 터보차저 장치(203)의 터빈(204)을 통하여 유도되어 상기 터빈을 구동하기 위한 배기가스 유동이, 상기 터빈(204)을 지나는 배기가스 유동 전체 또는 그의 일부의 흐름 전환을 위해 배치된 제2 밸브(220)의 사용을 통해 조절되는 것을 특징으로 하는, 차량의 추진 방법.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 배출구(202)의 압력(Put)은, 연소 결과 생긴 배기가스 유동 중 터보차저 장치(203)의 터빈(204)을 구동하는 데 사용되는 비율이 증가되도록 상기 터빈(204)을 조절함으로써, 적어도 부분적으로 증가되는 것을 특징으로 하는, 차량의 추진 방법.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 터빈(204)은 상기 터빈(204)의 회전수가 상기 터빈(204)의 최대 작동 회전수의 30% 내지 100% 또는 80% 내지 100%의 범위 내의 회전수의 크기가 되도록 조절되는 것을 특징으로 하는, 차량의 추진 방법.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 터빈(204)은 상기 터빈(204)의 회전수가 본질적으로 상기 터빈의 최대 작동 회전수의 크기로 되도록 조절되는 것을 특징으로 하는, 차량의 추진 방법.
  8. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 배출구(202)의 압력(Put)은 회전수에 있어서의 상기한 감소 중에, 적어도 상기 연소 가스의 입구 압력(Pin)의 증가가 시작될 때까지, 본질적으로 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는, 차량의 추진 방법.
  9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 배출구(202)의 압력(Put)은 차량(100)을 둘러싸는 압력의 적어도 두 배 크기의 압력으로 증가되는 것을 특징으로 하는, 차량의 추진 방법.
  10. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 배출구(202)의 압력(Put)을, 적어도 부분적으로 상기 배출구(202)와 터빈(204) 중 적어도 하나의 하류에 배치된 수축 장치(215)의 사용을 통해, 증가시키는 것을 더 포함함을 특징으로 하는, 차량의 추진 방법.
  11. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 배출구(202)의 압력(Put)을 적어도 부분적으로 압축 브레이크의 사용을 통해 증가시키는 것을 더 포함함을 특징으로 하는, 차량의 추진 방법.
  12. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 연소 가스의 입구 압력(Pin)이 증가하는 동안 상기 제1 밸브(221)를 폐쇄시키는 것을 더 포함함을 특징으로 하는, 차량의 추진 방법.
  13. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 연소 엔진(101)의 회전수(n)가 제2 회전수(n2)로 떨어지기 전에 상기 연소 가스의 입구 압력(Pin)의 증가가 시작되도록 상기 터보차저 장치(203)와 상기 제1 밸브(221)를 제어하는 것을 더 포함함을 특징으로 하는, 차량의 추진 방법.
  14. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    연소 엔진의 회전수(n)가, 상기 제1 회전수(n1)와 상기 제2 회전수(n2) 사이의 회전수의 차이의 10% 내지 50% 범위 내의 적당한 값을 상기 제2 회전수(n2)에 더하여 구성된 회전수(nlim)로 떨어진 때에, 연소 가스의 입구 압력(Pin)의 증가가 시작되는 것을 특징으로 하는, 차량의 추진 방법.
  15. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 연소 가스의 입구 압력(Pin)의 상기 증가는, 연소 엔진의 회전수(n)가 상기 제2 회전수(n2)로 떨어진 때에, 그리고 상기 연소 엔진(101)이 변속기를 통해 상기 구동륜에 재연결되기 전에, 시작되는 것을 특징으로 하는, 차량의 추진 방법.
  16. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 입구(201)와 상기 배출구(202) 사이의 압력 차이(ΔPmotor)는 상기 연소 엔진(101)을 위한 회전수(n)의 상기 감소 중에 본질적으로 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는, 차량의 추진 방법.
  17. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 연소 가스의 입구 압력(Pin)이 감소될 때에, 상기 압력은, 본질적으로 차량(100)을 둘러싸는 압력을 향해서, 또는, 적어도, 압력 감소 프로세스가 시작될 때에 지배적이었던 압력보다 낮은 압력을 향해서 제어되는 것을 특징으로 하는, 차량의 추진 방법.
  18. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 연소 가스의 입구 압력(Pin)의 상기 증가 도중에 상기 배출구의 압력을 증가시키되, 상기 연소 가스의 입구 압력(Pin)이 증가하는 동안 상기 연소 엔진(101)을 가로지르는 차동 압력의 감소를 감소시키기 위해 현재 지배적인 입구 압력을 증가시키기 전의 상기 배출구(202)의 압력에 비해 높은 압력으로 증가시키는 것을 더 포함함을 특징으로 하는, 차량의 추진 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 배출구 압력(Put)의 상기 추가 증가는 본질적으로 상기 연소 가스의 입구 압력(Pin)의 압력 증가에 대응하는 것을 특징으로 하는, 차량의 추진 방법.
  20. 청구항 18에 있어서,
    상기 배출구 압력(Put)의 상기 추가 증가 동안, 상기 배출구 압력(Put)은 상기 배출구에서 지배적인 비순간적 압력에 대한 압력 제한을 초과하는 수준까지 증가되는 것을 특징으로 하는, 차량의 추진 방법.
  21. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 방법이, 본질적으로 상기 연소 엔진(101)이 상기 적어도 하나의 구동륜으로부터 분리된 때에, 수행되는 것을 더 포함함을 특징으로 하는, 차량의 추진 방법.
  22. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 배출구(202)의 압력(Put)의 상기 증가 및 입구 압력의 상기 감소 중 적어도 하나가, 상기 연소 엔진(101)이 상기 구동륜에서 완전히 분리되기 전이나 또는 분리된 때에, 시작되는 것을 더 포함함을 특징으로 하는, 차량의 추진 방법.
  23. 컴퓨터에 의해 읽어 들일 수 있는 저장 매체로, 상기 저장 매체는 프로그램 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램을 포함하되, 상기 프로그램 코드가 컴퓨터에서 실행될 때, 상기 컴퓨터가 청구항 1 또는 청구항 2에 따른 방법을 수행하는 것을 특징으로 하는 컴퓨터에 의해 읽어 들일 수 있는 저장 매체.
  24. 삭제
  25. 차량(100)의 추진 시스템으로서, 상기 차량(100)은, 연소 엔진(101)과, 상기 연소 엔진(101)과 적어도 하나의 구동륜(113, 114) 사이에서의 힘 전달을 위해 다수의 기어비로 조정될 수 있는 변속기(103)를 포함하고, 상기 연소 엔진(101)은, 적어도 하나의 연소실로서, 연소 가스를 공급하기 위한 적어도 하나의 입구 및 상기 연소실 내에서의 연소 결과 생긴 배기가스 유동을 배출시키기 위한 적어도 하나의 배출구를 구비하는 연소실과, 추가로 상기 연소 가스를 가압하기 위한 터보차저 장치(203)를 포함하는 구성으로 된, 차량의 추진 시스템에 있어서,
    연소 엔진(101)의 회전수가 제1 회전수로부터 제2 회전수로 감소되는 경우인, 제1 높은 기어비로부터 제2 낮은 기어비로 기어 변경을 하는 동안, 다음을, 즉
    - 상기 배기가스 유동을 수축시키기 위한 터보차저 장치를 적어도 사용함으로써 상기 배출구(202)에서의 압력(Put)을 증가시키는 수단,
    - 제1 밸브(221)의 개방을 통해 연소 가스의 입구 압력(Pin)을 감소시키는 수단, 및
    - 상기 연소 엔진(101)의 회전수(n)가 적어도 부분적으로 상기 제2 회전수(n2)를 향해 떨어질 때, 상기 연소 가스의 입구 압력(Pin)이 증가되도록 상기 터보차저 장치(203)를 제어하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 차량의 추진 시스템.
  26. 청구항 25에 있어서,
    상기 연소 엔진은 차량 엔진, 선박 엔진, 산업용 엔진의 그룹 중 임의의 하나로 구성된 것을 특징으로 하는, 차량의 추진 시스템.
  27. 청구항 25 또는 청구항 26에 있어서,
    상기 연소 엔진이 다수의 연소실을 포함하는 것을 특징으로 하는, 차량의 추진 시스템.
  28. 청구항 25 또는 청구항 26에 있어서,
    상기 제1 밸브(221)는, 상기 연소 가스의 입구 압력(Pin)을 감소시키기 위해, 상기 터보차저 장치에서 압축기의 고압측에 대하여 작용하는 밸브로 구성되는 것을 특징으로 하는, 차량의 추진 시스템.
  29. 청구항 25 또는 청구항 26에 따른 추진 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량(100).
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