KR102152683B1 - 내연기관 작동 방법, 내연기관, 및 자동차 - Google Patents

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Abstract

NOx 트랩 촉매 컨버터(100)의 탈황을 위한, 그리고/또는 미립자 필터(102)의 재생을 위한 조치로서 수행되는, 내연기관(10)의 배기가스 라인(76)을 관류하는 배기가스의 온도 상승으로 인한, 내연기관(10)의 연소 엔진(12) 및 냉각 시스템의 열적 과부하는, 상기 조치 이전에, 그리고/또는 상기 조치 중에, 냉각제의 온도를 하회하는 값 범위로 상기 냉각제의 온도를 강하시키기 위해, 냉각 시스템을 관류하는 냉각제의 냉각 용량을 의도적으로 증가시키는 방법으로 방지되며, 이는 보통의 경우, 다시 말해 NOx 트랩 촉매 컨버터(100)의 동시 탈황 없이, 그리고/또는 미립자 필터(102)의 재생 없이, 연소 엔진(12)의 상응하는 작동 상태에서 내연기관(10)의 작동을 위해 제공될 수도 있다.

Description

내연기관 작동 방법, 내연기관, 및 자동차{METHOD FOR OPERATING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE, INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND MOTOR VEHICLE}
본 발명은 내연기관을 작동시키기 위한 방법, 상기 방법을 수행하기에 적합한 내연기관, 그리고 상기 내연기관을 장착한 자동차에 관한 것이다.
자동차용 내연기관은 일반적으로 냉각 시스템을 포함하며, 이 냉각 시스템에서는 냉각제가 하나 또는 복수의 냉각제 펌프에 의해 하나 이상의 냉각 회로 내에서 이송되고, 이때 열 에너지는 냉각 회로 내에 통합된 구성요소들, 특히 연소 엔진에 의해 흡수된다. 그에 이어서, 내연기관의 작동 온도 범위가 이미 달성된 경우에는, 상기 열 에너지가 주변 열 교환기(ambient heat exchanger), 이른바 주 냉각기(main cooler) 내에서, 그리고 일시적으로는 난방 열 교환기 내에서 주변 공기로 방출되며, 난방 열 교환기의 경우에는 자동차 실내의 공기 조절을 위해 제공되는 주변 공기로 방출된다.
또한, 자동차용 내연기관은 배기가스 재순환부도 포함할 수 있으며, 이 배기가스 재순환부에 의해서는 내연기관의 연소 엔진에 의해 생성된 배기가스의 일부분이 내연기관의 배기가스 라인(exhaust gas line)으로부터 내연기관의 신선 가스 라인(fresh gas line) 내로, 그리고 이 신선 가스 라인을 경유하여 연소 엔진 내로 재순환될 수 있으며, 그럼으로써 내연기관의 작동 중에 특히 정해진 유해물질 배출량이 적게 유지된다고 한다. 배기가스 재순환부가 배기가스 라인 내에 통합된 배기가스 터보차저의 터빈의 상류에서 배기가스 라인으로부터 분기되고, 신선 가스 라인 내에 통합된 배기가스 터보차저의 압축기의 하류에서 신선 가스 라인 내로 연통되는, 이른바 고압 배기가스 재순환부의 사용이 공지되어 있다. 또한, 배기가스 재순환부가 배기가스 터보차저의 터빈의 하류에서 배기가스 라인으로부터 분기되고, 배기가스 터보차저의 압축기의 상류에서 신선 가스 라인 내로 연통되는, 이른바 저압 배기가스 재순환부의 사용도 공지되어 있다. 연소 엔진으로 공급되는 신선 가스[배기가스 재순환부가 활성화된 경우에는 공기/배기가스 혼합기(air-exhaust gas mixture)]의 너무 높은 온도를 방지하기 위해, 배기가스 재순환 라인 내에 열 교환기로서, 재순환될 배기가스로부터 열 교환기를 마찬가지로 관류하는 냉각제로의 열 에너지 전달를 가능하게 하는 (EGR-) 냉각기가 통합될 수 있다. 통상, 상기 유형의 EGR 냉각기는, 연소 엔진의 냉각 채널들도 포함하는, 내연기관의 냉각 시스템 내에 통합되어 있다.
또한, 자동차용 내연기관은, 내연기관의 배기가스 라인 내에 통합되며, 내연기관의 연소 엔진 내에서의 연소 과정들 동안 생성되어 배기가스 라인을 경유하여 주변환경 내로 배출되어야 하는 배기가스 내 유해물질들의 감소를 위해 이용되는 NOx 트랩 촉매 컨버터(trap catalytic converter) 및/또는 미립자 필터도 포함할 수 있다. 구체적으로는, 질소산화물이 질소(N) 및 산소(O2)로 환원될 수 없는 연소 엔진의 특정 작동 상태들에서 질소산화물(NOx)이 NOx 트랩 촉매 컨버터 내에 저장되는 한편, 미립자 필터는 배기가스 흐름에서 (그을음-)입자를 여과한다. NOx 트랩 촉매 컨버터들에 대해서뿐만 아니라 미립자 필터들에 대해서도 이들 부품의 기능성을 유지하기 위해, 정의된 포집 한계에 도달 시 상기 두 부품이 재생되어야 하는 점이 적용된다. NOx 트랩 촉매 컨버터의 경우에는 그에 추가로, 상기 NOx 트랩 촉매 컨버터가 정기적인 간격으로 탈황되어야 하며, 이는 황이탈(desulphurisation)이라고도 지칭된다. 이는, 통상 연료 내에 함유된 황이 NOx 트랩 촉매 컨버터의 트랩 재료와 반응함으로써 NOx 저장을 위한 트랩 재료의 가용량이 감소하기 때문에 필요하다. 이 경우, 내온성이 매우 높고 NOx 재생을 위해 조정될 배기가스 온도에서 분해되지 않는 황산염(예: 황산바륨)이 발생한다. 탈황을 위해, NOx 트랩 촉매 컨버터는 특히 목표한 조치들을 통해 일반적으로 600℃와 650℃ 사이인 온도로 가열되어야 한다. 첨가물의 첨가를 통해 그을음 입자의 산화 온도의 강하가 실현되지 않는 한, 미립자 필터의 재생을 위해서도 그에 필적하는 온도가 필요하다.
탈황 또는 재생을 위해 필요한 온도들로 NOx 트랩 촉매 컨버터 및/또는 미립자 필터를 가열하는 과정은 일반적으로 배기가스의 온도의 상응하는 상승을 통해 수행되며, 이를 위해 다양한 조치, 특히 엔진 내부에서의 조치들이 공지되어 있다. 그러한 탈황/재생 시 상대적으로 높은 배기가스 온도로 인해, 상당한 열출력(thermal power)이 내연기관의 냉각 시스템 내로, 특히 연소 엔진 내로 유입된다는 문제가 발생한다. 이는, 특히 내연기관이 배기가스 재순환을 제공하는 경우에 해당하는데, 그 이유는 특히 연소 엔진이 상대적으로 낮은 부하 및 회전수로 작동될 때, NOx 트랩 촉매 컨버터의 탈황 및 미립자 필터의 재생을 위한 조치로서 전술한 배기가스 온도 상승의 도입이 필요하기 때문이다. 그러나 상기 유형의 작동 상태들에서는, 일반적으로도 상당한 비율의 배기가스가 신선 가스 라인 내로 재순환되는 동시에, 냉각 시스템 내에 통합된 EGR 냉각기(들)에 의해 냉각된다.
DE 199 48 148 A1호는, 배기가스 라인 내에 통합되는 NOx 트랩 촉매 컨버터를 포함하는 내연기관이 장착된 자동차를 개시하고 있다. NOx 트랩 촉매 컨버터의 최대한 유리한 작동의 달성을 위해, 상대적으로 높은 배기가스 온도를 야기하는 내연기관의 연소 엔진의 작동 시, NOx 트랩 촉매 컨버터 상류의 배기가스 라인 섹션이 조정 가능한 공기 유동에 의해 냉각된다.
GB 2507342 B호는 내연기관의 배기가스 라인 내에 배치된 미립자 필터의 그을음 포집량을 측정하기 위한 방법을 개시하고 있다. 이 경우, 상응하는 정상 작동점(steady operating point)에 대한 그을음 유입량이 결정되고, 이 그을음 유입량이 비정상 작동 상태로 인한 그을음 유입량의 편차가 고려되도록 보정됨으로써, 비정상 작동 상태에서의 미립자 필터 내로의 그을음 유입량이 산출된다.
본 발명의 과제는, 연소 엔진; 냉각 시스템; 경우에 따라서는 냉각 시스템 내에 통합된 EGR 냉각기를 구비한 배기가스 재순환 라인; 그리고 NOx 트랩 촉매 컨버터 및/또는 미립자 필터가 내장된 배기가스 라인;을 포함하는 내연기관에서, NOx 트랩 촉매 컨버터의 탈황 및/또는 미립자 필터의 재생으로 인한 연소 엔진 및/또는 냉각 시스템의 열적 과부하를 방지하는 것이다.
상기 과제는, 특허 청구항 제1항에 따른 내연기관 작동 방법을 통해 해결된다. 상기 방법의 자동화된 실행에 적합한 내연기관, 및 상기 내연기관을 장착한 자동차는 특허 청구항 제7항 및 제9항의 대상이다. 본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시형태들, 그리고 본 발명에 따른 내연기관 및 이와 더불어 본 발명에 따른 자동차의 바람직한 구성형태들은 또 다른 특허 청구항들의 대상들이고, 그리고/또는 본 발명의 하기 설명에 명시된다.
본 발명은, NOx 트랩 촉매 컨버터의 탈황을 위한, 그리고/또는 미립자 필터의 재생을 위한 조치 이전에, 그리고/또는 조치 중에, 냉각 시스템을 관류하는 냉각제의 냉각 용량이 증가되게 함으로써, 상기 조치로서 수행되는 배기가스 온도 상승으로 인한 내연기관의 연소 엔진 및/또는 냉각 시스템의 열적 과부하를 방지한다는 사상을 기초로 하며, 이는 보통의 경우, 즉 상기 조치가 없을 경우 연소 엔진의 상응하는 작동 상태에서 내연기관의 작동을 위해 제공될 수 있었던 냉각제의 온도범위를 하회하는 범위로 상기 냉각제의 온도 강하를 달성하기 위한 것이다.
이에 상응하여, 본 발명에 따라, 적어도 하나의 연소 엔진(특히 디젤 엔진 또는 오토 엔진 또는 이들의 조합체, 다시 말하면 예컨대 예혼합 압축 착화식 연소 엔진)과; 신선 가스 라인과; 배기가스 라인과; 연소 엔진의 주변 열 교환기 및 냉각 채널을 구비한 냉각 시스템;을 구비한 내연기관을 작동시키기 위한 방법이 제공되며, 이 방법에서는 배기가스 라인 내에 NOx 트랩 촉매 컨버터 및/또는 미립자 필터가 통합되고, NOx 트랩 촉매 컨버터의 탈황을 위한, 그리고/또는 미립자 필터의 재생을 위한 조치로서 배기가스 라인을 관류하는 배기가스의 온도가 일시적으로 (각각의) 조치를 위해 필요한 최소값 또는 그 이상으로 조정된다. 그 밖에도, 특히 엔진 내부에서의 조치들을 통해 달성되고, 그에 따라 즉각 연소 엔진의 상응하는 가열을 야기할 수 있는 배기가스의 상대적으로 높은 온도들로 인해 상대적으로 높은 열출력이 유입됨으로 인한, 연소 엔진 및/또는 냉각 시스템의 열적 과부하를 방지하기 위해, [특히 냉각제의 국소 비등(local boiling)이 방지되어야 함], NOx 트랩 촉매 컨버터의 탈황을 위한, 그리고/또는 미립자 필터의 재생을 위한 조치 (직)전에, 그리고/또는 상기 조치 중에, 냉각 시스템 내에서 유동하는 냉각제 및 특히 연소 엔진을 둘러싸는 냉각 시스템의 냉각 회로 내에서 유동하는 냉각제의 온도가 강하된다.
이를 위해, 본 발명에 따른 내연기관은, 적어도 하나의 연소 엔진과; 신선 가스 라인과; 배기가스 라인과; 연소 엔진의 주변 열 교환기 및 냉각 채널을 포함하는 냉각 시스템;을 포함하며, 상기 배기가스 라인 내에는 NOx 트랩 촉매 컨버터 및/또는 미립자 필터가 통합된다. 또한, 본 발명에 따른 방법을 수행할 수 있도록 구성된 제어 유닛이 제공된다.
냉각제의 온도 강하의 효과는, 예컨대 연소 엔진이 정상 작동 모드(normal operation) 중에(다시 말해 NOx 트랩 촉매 컨버터의 탈황 및/또는 미립자 필터의 재생을 위한 조치의 실행 없이) 냉각제의 온도 강하의 결과로서, 정상 작동 모드를 위해 지정된, 최적값으로서 설계된 작동 온도 범위를 하회하는 작동 온도를 갖는 점을 방지하기 위해, 바람직하게는 NOx 트랩 촉매 컨버터의 탈황 및/또는 미립자 필터의 재생을 위한 조치의 종료 직전에, 또는 종료 시 바로, 또는 종료 직후에 다시 종료될 수 있다.
냉각제의 온도는 바람직하게, 특히 냉각 시스템의 주 냉각기일 수 있는 주변 열 교환기의 하류, 바람직하게는 바로 인접한 하류 및/또는 연소 엔진의 상류, 바람직하게는 바로 인접한 상류의 한 위치에서 측정될 수 있는데, 그 이유는 상기 위치에서 냉각제의 온도가 냉각 시스템 내에 통합된, 냉각될 구성요소들의 조정 온도 범위에 있어서 결정적이기 때문이다. 그에 상응하게, 본 발명에 따른 내연기관은 상기 위치에서 냉각 시스템 내에 통합되는 온도 센서를 포함할 수 있다. 또한, 온도 센서의 배치 또는 냉각제 온도의 측정은 연소 엔진의 냉각 채널의 하류 또는 그 의 배출구에서 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은, 특히 NOx 트랩 촉매 컨버터의 탈황을 위한, 그리고/또는 미립자 필터의 재생을 위한 조치로서 수행되는 배기가스의 온도 상승 동안 배기가스가, 냉각 시스템 내에 통합된 EGR 냉각기를 포함하고 배기가스 라인에서 시작되어 신선 가스 라인 내로 연통되는 배기가스 재순환 라인을 통해 안내될 때, 유의미하게 구현될 수 있는데, 그 이유는 이 경우 재순환될 배기가스의 상대적으로 높은 온도로 인해 EGR 냉각기를 통해 상당한 열출력이 냉각 시스템 내로 유입되기 때문이다. 이런 경우에, 바람직하게는, EGR 냉각기 및 그 밖에도 바람직하게 연소 엔진도 포함하는 냉각 시스템의 냉각 회로 내에서 유동하는 냉각제의 온도가 본 발명에 따라 강하될 수 있다. 그에 상응하게, 본 발명에 따른 내연기관은, 배기가스 라인에서 시작되어 신선 가스 라인 내로 연통되는 배기가스 재순환 라인을 포함할 수 있으며, 이 배기가스 재순환 라인은 냉각 시스템 내에 통합되는 EGR 냉각기를 포함한다. 내연기관이 바람직하게 하나 이상의 배기가스 터보차저에 의해 과급되는 내연기관으로서 형성되는 경우, 배기가스 재순환 라인은 고압 배기가스 재순환부(HP-EGR)의 부분이면서 저압 배기가스 재순환부(LP-EGR)의 부분일 수도 있다. 특히 바람직하게는, 고압 배기가스 재순환부뿐만 아니라 저압 배기가스 재순환부도 제공될 수 있다.
배기가스 재순환부가 제공되는 경우, 배기가스가 정의된 한계값을 상회하는 질량 유량비(mass flow ratio)(예컨대 전체적으로 배기가스 라인을 통해 안내되는 배기가스 유량의 최소 50%)로 배기가스 재순환 라인을 통해 안내될 때에만, 냉각 시스템 내에서 유동하는 냉각제의 온도를 본 발명에 따라 강하하는 것이 합리적일 수 있는데, 그 이유는, 상기의 경우에만, 상응하는 보상 조치들이 필요하거나 적어도 유의미한 정도의 높은 열출력이 냉각 시스템 내로 유입된다고 가정되기 때문이다. 그에 상응하게, 본 발명에 따른 내연기관은, 배기가스 재순환 라인을 통해 안내되는 배기가스의 질량 유량비의 검출(예컨대 측정)을 위한 수단을 포함할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 배기가스 재순환 라인을 통해 안내되는 배기가스의 질량 유량비에 따라 냉각제의 온도 강하를 수행할 범위를 변동시킬 수도 있다. 따라서 NOx 트랩 촉매 컨버터의 탈황을 위한, 그리고/또는 미립자 필터의 재생을 위한 조치로서 수행되는 배기가스 온도 상승의 결과로 냉각 시스템 내로 유입되는 증가된 열출력의 가급적 최적의 보상이 달성될 수 있다.
냉각제의 온도의 강하는, 바람직하게는,
- 주변 열 교환기를 우회하는 (본 발명에 따른 내연기관의 냉각 시스템의) 바이패스를 통해 안내되는 비율과 비교하여, 주변 열 교환기를 통해 안내되는 냉각제의 비율 증가를 통해, 그리고/또는
- 주변 열 교환기에 할당된 (본 발명에 따른 내연기관의) 팬(fan)의 이송 출력의 증가를 통해
야기될 수 있다. 그 결과, 냉각제의 온도 강하는, 냉각제를 통상 포함하는 냉각 시스템의 구성요소만을 사용해서 달성될 수 있다.
냉각제의 비등까지에 이르는 국소 열적 과부하를 방지하는 또 다른 가능성에 있어서, 기본적으로 본원에 기재되는 나머지 조치들과 무관하나 바람직하게는 그 조치들과 조합되어 적용되는 상기 또 다른 가능성은, 냉각 시스템의 작동 중에 냉각제를 위한 정의된 압력 레벨을 유지하는 것인데, 그 이유는 비등 온도가 압력에 좌우됨에 따라, 압력이 증가하면 상승하기 때문이다. 현재 자동차용 내연기관들에서 많이 이용되고 있는 폐쇄 냉각 시스템의 경우, 압력은 내연기관의 냉간 시동에서 출발하여 냉각제를 위해 지정된 작동 온도 범위에 도달할 때까지 상승하며, 이‹š 폐쇄된 보상 탱크의 제공을 통해 압력 상승이 제한되긴 하나, 보상 탱크 내에 있는 가스의 압축으로 인해, 개방된 냉각 시스템 또는 보상 탱크의 경우처럼 완전히 감압되지는 않는다. 냉각제가 예컨대 내연기관의 냉간 시동 직후에 여전히 상대적으로 낮은 온도를 보유한다면, 냉각 시스템 내 냉각제의 압력도 여전히 상대적으로 낮다. 이 경우, 예컨대 연소 엔진에서의 매우 높은 부하 요구를 통해, 국소적으로 그리고 특히 연소 엔진의 실린더 헤드 내에서 높은 열출력이 냉각제 내로 유입된다면, 상기 위치에서 국소적으로 냉각제의 비등의 위험이 존재하며, 그 때문에 내연기관이 손상될 수 있다. 이를 방지하기 위해, 내연기관의 작동 중에 냉각 시스템의 상태에서, 냉각제의 여전히 너무 낮은 온도로 인해 여전히 달성되지 않은 정의된 압력 레벨은 하나 또는 복수의 적합한 압력 생성 장치를 통해 능동적으로 생성될 수 있다. 이 경우, 상기 압력 생성 장치는 특히, 바람직하게는 냉각 시스템의 보상 탱크 내의 가스 압력을 검출하는 압력 센서의 측정 신호에 따라 제어될 수 있다. 이러한 냉각제 압력의 능동 조절은, 특히 전기 모터로, 또는 여타의 방식으로 연소 엔진으로부터 독립적으로 구동될 수 있는 냉각 시스템의 하나 또는 복수의 냉각제 펌프의 상응하는 제어를 통해, 경우에 따라서는 제어 가능한 스로틀 밸브들 또는 여타 유동 저항체들과 조합되어 달성될 수 있다. 그 대안으로, 또는 그에 보충하여, 바람직하게는 보상 탱크 내에 포함된 가스의 압력에 영향을 미칠 수 있는 압력 생성 장치도 제공될 수 있다. 이를 위해, 상기 압력 생성 장치는, 추가 가스가 가스 압력 상승의 목적으로 보상 탱크 내로 유입될 수 있게 하는 가스 이송 장치, 특히 압축기를 포함할 수 있다. 또한, 상기 압력 생성 장치는, 바람직하게는 제어 가능한 밸브를 포함할 수 있으며, 그럼으로써 보상 탱크 내의 가스 압력은 다시 목표한 대로 감소할 수도 있게 된다. 그 대안으로, 또는 그에 보충하여, 상응하는 압력 생성 장치는, 보상 탱크 내에 포함된 가스의 체적 및 그에 따라 압력에도 영향을 미칠 수 있는 수단도 포함할 수 있다. 상기 유형의 수단은 예컨대 가스 체적을 적어도 부분적으로 제한하는, 특히 멤브레인 형태의 벽부를 포함할 수 있으며, 이 벽부는 가스 체적을 변동시키기 위해 작동 장치에 의해 변위될 수 있다.
본 발명에 따른 자동차는, 바람직하게 자동차의 주행 구동 출력의 생성을 위해 제공되는 적어도 하나의 본 발명에 따른 내연기관을 포함한다. 자동차는 특히 휠 기반 자동차(바람직하게는 승용차 또는 화물차)일 수 있다.
특히 특허청구범위에서, 그리고 특허청구범위를 포괄적으로 설명한 설명부에서 부정관사("하나")는 부정관사 자체의 의미일 뿐, 수사로서 해석되어서는 안 된다. 따라서, 상기 부정관사로 구체화되어 있는 구성요소들은 적어도 1개는 제공되고, 복수개로 제공될 수도 있는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 하기에서 도면들에 도시된 실시예에 따라 더 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 내연기관의 개략적 회로도이다.
도 1에는, 본 발명에 따른 내연기관(10)을 장착한 본 발명에 따른 자동차가 도시되어 있다.
상기 본 발명에 따른 내연기관(10)은, 도 2에 따라서, 특히 디젤 원리에 따라서 작동하는 왕복 피스톤형 연소 엔진으로서 형성될 수 있고, 내부에 형성된 실린더들(16)을 구비한 실린더 하우징(14) 및 실린더 헤드(18)를 포함하는 연소 엔진(12)을 포함할 수 있다. 또한, 도 2에 따른 내연기관(10)은 추가로 주 냉각 시스템 및 보조 냉각 시스템을 포함한다.
주 냉각 시스템은 연소 엔진(12); 연소 엔진(12)의 윤활을 위한 엔진 오일; 연소 엔진(12)에 할당된 (수동 또는 자동) 변속기(미도시)의 (변속기-)오일; 배기가스 터보차저(20), 특히 배기가스 터보차저(20)의 베어링 블록 또는 배기가스 터빈(96); 및 저압 배기가스 재순환부의 배기가스 재순환 라인(22) 또는 고압 배기가스 재순환부의 배기가스 재순환 라인(24)을 통해 재순환되는 배기가스;의 (직접) 냉각을 위해 이용된다. 이를 위해, 주 냉각 시스템은 실린더 하우징(14) 및 실린더 헤드(18)의 냉각 채널들(26, 28); 엔진 오일 냉각기(30); 변속기 오일 냉각기(32); 배기가스 터보차저(20)용 냉각기, 구체적으로는 배기가스 터보차저의 배기가스 터빈(96)의 냉각 채널(EGT 냉각기)(34); 배기가스 재순환 밸브(36)(또는 배기가스 재순환 밸브 내의 냉각 채널)용 냉각기; 및 각각 저압 배기가스 재순환부의 배기가스 재순환 라인(22) 내의 EGR 냉각기[LP-EGR 냉각기(38)] 및 고압 배기가스 재순환부의 배기가스 재순환 라인(24)의 EGR 냉각기[HP-EGR 냉각기(40)];를 포함한다. 또한, 주 냉각 시스템은 하나의 주 냉각기(42); 3개의 냉각제 펌프(46, 48, 50) 및 난방 열 교환기(44);도 포함한다. 주 냉각기(42)는, 이 주 냉각기(42)를 관류하는 주변 공기로 열 에너지를 전달하여 주 냉각기를 마찬가지로 관류하는 냉각제를 재냉각하기 위해 이용된다. 이와 반대로, 난방 열 교환기(44)는, 필요한 경우 주변 공기, 즉 내연기관(10)을 포함하는 (예컨대 도 1에 따른) 자동차의 실내의 공기 조절을 위해 제공되는 공기를 가열함으로써 온도를 조절하기 위해 이용된다. 주 냉각 시스템의 3개의 냉각제 펌프(46, 48, 50) 중 하나는, 전기 모터로, 또는, 바람직하게는, 직접 또는 연소 엔진(12)의 구동 샤프트(특히 크랭크샤프트, 미도시)에 의해 간접적으로, 다시 말해 기계적으로 구동될 수 있는 주 냉각제 펌프(46)로서 제공된다. 주 냉각제 펌프(46)의 그러한 기계식 구동의 경우에도, 상기 주 냉각제 펌프는 고유의(다시 말해 각각 구동 속도와 관련한) 이송 출력과 관련하여 개회로 제어되거나 폐회로 제어될 수 있을 뿐만 아니라 셧오프(shutoff)될 수도 있는(다시 말해, 이런 경우 회전 구동에도 불구하고 관련 이송 출력을 생성하지 않는) 방식으로 형성될 수 있다. 이 경우, 주 냉각제 펌프(46)의 셧오프 상태에서 주 냉각제 펌프의 관류가 방지되거나 구현될 수 있다. 이와 반대로, 주 냉각 시스템의 2개의 또 다른 (추가) 냉각제 펌프(48, 50)는 전기 모터로 구동된다.
다양한 열 교환 구성요소 및 냉각제 펌프(46, 48, 50)가 주 냉각 시스템의 상이한 냉각 회로들 내에 통합된다. 주 냉각 회로는, 실린더 헤드(18) 및 실린더 하우징(14)의 냉각 채널들(26, 28); 주 냉각기(42); 주 냉각기(42)를 우회하는 바이패스(52); 및 주 냉각제 펌프(46);를 포함한다. 이 경우, 실린더 헤드(18) 및 실린더 하우징(14)의 냉각 채널들(26, 28)은 주 냉각 회로 내에 병렬로 통합된다. (자가 제어식) 서모스탯 밸브(개방 온도: 105℃)의 형태인 제1 제어 장치(54)에 의해, 그리고 제어 유닛(58)에 의해 제어될 수 있는 제어 밸브의 형태인 제2 제어 장치(56)에 의해, 실린더 헤드(18)의 냉각 채널(28)이 관류될 때 실린더 하우징(14)의 냉각 채널(26)도 냉각제에 의해 관류되는지의 여부 및 관류량이 좌우될 수 있다. 마찬가지로 제어 유닛(58)에 의해 제어될 수 있는 제어 밸브의 형태로 형성된 제3 제어 장치(60)에 의해, 특히 주 냉각 회로 내에서 유동하는 냉각제가 주 냉각기(42) 또는 관련 바이패스(52)를 통해 안내되는지의 여부, 그리고 안내된다면 그 양이 좌우될 수 있다. 제1, 제2 및 제3 제어 장치(54, 56, 60) 및 제4 제어 장치(62)는 각각 냉각제 분배 모듈(108)의 부분이다.
또한, 실린더 헤드(18)의 냉각 채널(28)의 배출구의 (주 냉각 회로 내에서 냉각제의 지정된 유동 방향과 관련한) 버로 인접한 하류에서 주 냉각 회로의 섹션에서 시작되어 제3 제어 장치(60)의 상류에서 다시 주 냉각 회로의 섹션 내로 연통되는 분기 라인을 포함하는 제1 보조 냉각 회로도 제공된다. 제1 보조 냉각 회로의 상기 분기 라인의 분기와 입구 사이의 주 냉각 회로의 섹션은, 제어 유닛(58)에 의해 제어될 수 있는 제어 밸브의 형태로 형성된 제4 제어 장치(62)에 의해 폐쇄될 수 있으며, 그럼으로써 필요한 경우 상기 제4 제어 장치(62)에 의해 주 냉각 회로의 상기 섹션(및 그에 따른 주 냉각 회로 전체)의 관류가 저지될 수 있다. 제1 보조 냉각 회로 내에는 추가 냉각제 펌프들(48, 50) 중 제1 추가 냉각제 펌프(48)가 통합된다. 상기 제1 추가 냉각제 펌프(48)를 기준으로 하류에서 제1 보조 냉각 회로가 병렬로 연장되는 2개의 라인으로 분할되며, 상기 라인들 중 제1 라인 내에 LP-EGR 냉각기(38)가 통합되고, 그 하류에 난방 열 교환기(44)가 통합되며, 제2 라인 내에는 EGT 냉각기(34)가 통합된다. 제1 보조 냉각 회로의 분기 라인의 2개의 라인은 이들의 입구 상류에서 주 냉각 회로 내로 다시 합쳐진다.
또한, 주 냉각 시스템은 제2 보조 냉각 회로도 포함한다. 배기가스 재순환 밸브(36)를 위한 냉각기(냉각 채널)가 그 내에 통합되어 있는 제2 보조 냉각 회로의 분기 라인은 실린더 헤드(18)의 냉각 채널(28)의 배출구 근방에서 시작되며, 이 분기 내에는 제2 보조 냉각 회로를 관류하는 냉각제의 양을 제한하기 위한 스로틀 밸브(64)가 통합된다. 제2 보조 냉각 회로의 분기 라인은 주 냉각제 펌프(46)의 상류에서 [그리고 주 냉각기(42)의 하류 및 주 냉각기(42)에 속하는 바이패스(52)의 입구 상류에서] 주 냉각 회로의 섹션 내로 연통된다.
제3 보조 냉각 회로는, 실린더 헤드(18) 및 실린더 하우징(14)의 냉각 채널들(26, 28) 사이의 분기의 영역에서 시작되어 주 냉각제 펌프(46)의 상류에서 [그리고 주 냉각기(42)의 하류 및 이 주 냉각기(42)에 속하는 바이패스(52)의 입구 하류에서] 다시 주 냉각 회로의 섹션 내로 연통되는 분기 라인을 포함한다. 상기 분기 라인 내에는 엔진 오일 냉각기(30)가 통합된다.
제4 보조 냉각 회로는, 제3 보조 냉각 회로의 분기 라인에서 시작되고 서모스탯 밸브(개방 온도: 예컨대 75℃)의 형태인 제5 제어 장치(66) 및 변속기 오일 냉각기(32)를 통합하는 분기 라인을 포함한다. 제4 보조 냉각 회로의 분기 라인은 마찬가지로 주 냉각제 펌프(46)의 상류에서[그리고 주 냉각기(42)의 하류에서, 그리고 주 냉각기(42)에 속하는 바이패스(52)의 개구부의 상류에서] 주 냉각 회로의 섹션 내로 연통된다.
주 냉각 시스템의 제5 보조 냉각 회로는, 제1 추가 냉각제 펌프(48)의 상류에서 제1 보조 냉각 회로의 분기 라인에서 시작되고; 제2 추가 냉각제 펌프(50)를 통합할 뿐만 아니라; 그 하류에서는 HP-EGR 냉각기(40)도 통합하는; 분기 라인을 포함한다. HP-EGR 냉각기(40)의 하류에는, 서모스탯 밸브(예컨대 70℃와 80℃ 사이의 개폐 온도)의 형태인 제6 제어 장치(68)가 배치된다. 상기 제6 제어 장치에 의해, HP-EGR 냉각기(40)를 관류한 냉각제가 온도에 따라 EGR 냉각 회로의 분기 라인의 단부 섹션으로, 또는 제2 추가 냉각제 펌프(50)의 상류에서 제5 보조 냉각 회로의 분기 라인의 초기 섹션 내로 연통되는 단락 라인(70)으로 분배될 수 있다.
보조 냉각 시스템은, 배기가스 터보차저(20)의 압축기(98)에 의해 과급되어 내연기관(10)의 신선 가스 라인(74)을 경유하여 연소 엔진(12)으로 공급되는 신선 가스(과급 공기); 및 선택적 촉매 환원을 이용하여, 배기가스의 유해물질들, 특히 질소산화물의 감소를 달성하기 위해, 내연기관(10)의 배기가스 라인(76)을 관류하는 배기가스 내로 환원제가 유입될 수 있게 하는 계량공급 밸브(72);의 냉각을 위해 이용된다. 일측에서 과급 공기의 냉각을 위해 제공되는 과급 공기 냉각기(78) 및 타측에서는 계량공급 밸브(72)의 냉각을 위해 제공되는 냉각 채널이 보조 냉각 시스템의 냉각 회로의 병렬 라인들 내에 통합된다. 또한, 상기 냉각 회로 내로(2개의 라인으로 분할되지 않는 섹션 내로), 전기 모터 구동식 냉각제 펌프(80) 및 추가 냉각기(82)가 통합되며, 상기 추가 냉각기(82)는 이 추가 냉각기를 관류하는 주변 공기로의 열 에너지의 전달를 통해 보조 냉각 시스템의 냉각 회로를 관류하는 냉각제를 재냉각하는 데 이용된다. 추가 냉각기(82)는 바이패스(84)에 의해 우회될 수 있으며, 추가 냉각기(82)로 또는 관련 바이패스(84)로 보조 냉각 시스템의 냉각 회로를 관류하는 냉각제의 분배량은, 서모스탯 밸브로서 또는 제어 유닛에 의해 제어될 수 있는 제어 밸브로서 형성될 수 있는 제7 제어 장치(86)에 의해 변동될 수 있다.
내연기관(10)의 정규 작동 모드 동안 냉각제의 온도는, 주 냉각 시스템 내 적어도 일부 영역에서 보조 냉각 시스템 내에서보다 분명히 더 높을 수 있으며, 그럼으로써 주 냉각 시스템은 고온 냉각 시스템으로도, 그리고 보조 냉각 시스템은 저온 냉각 시스템으로도 지칭될 수 있다.
또한, 냉각 시스템은, 부분적으로 냉각제로 충전되고 부분적으로는 공기로 충전되는 보상 탱크(88)도 포함한다. 냉각제를 수용하는 보상 탱크(88)의 (하부) 섹션에서 시작되는 연결 라인(90)을 통해, 보상 탱크(88)는 주 냉각 시스템의 주 냉각 회로뿐만 아니라 보조 냉각 시스템의 냉각 회로와도 유체 안내 방식으로 연결된다. 또한, 배기 라인들(92)은, 중간에 하나 또는 복수의 체크 밸브(94) 또는 스로틀 밸브(64)가 개재된 상태에서, HP-EGR 냉각기(40), 주 냉각기(42), 실린더 헤드(18)의 냉각 채널(28), 및 과급 공기 냉각기(78)를 공기를 수용하는 보상 탱크(88)의 (상부) 섹션과 연결한다.
도 1에 따른 냉각 시스템의 주 냉각 시스템은 예컨대 하기와 같이 작동될 수 있다.
특히 연소 엔진의 냉간 시동 후 웜업 단계(warm-up phase) 동안, 그 결과로서 전체 냉각 시스템 내의 냉각제가 상대적으로 낮은 온도를 보유한다면, 주 냉각제 펌프(46)를 작동시키지 않을 수 있으며, 그럼으로써, 또는 이와 동시에 상기 주 냉각제 펌프가 게다가 셧오프되고 그 결과로서 관류되지 않을 수 있다. 이와 동시에, 상기 웜업 단계 동안 제1 추가 냉각제 펌프(48)는 (가변 이송 출력으로) 작동될 수 있으며, 그럼으로써 냉각제는 [제4 제어 장치(62)의 차단 위치와 접촉하면서] 제1 보조 냉각 회로 내에서 이송된다. 이 경우, 냉각제는, 제1 보조 냉각 회로의 분기 라인 내에 통합되는 EGT 냉각기(34); LP-EGR 냉각기(38); 및 난방 열 교환기(44);를 관류한다. 또한, 상기 냉각제는, [제3 제어 장치(60)의 상응하는 위치의 결과로서] 주 수냉기(42)로 향하면서 마찬가지로 제1 보조 냉각 회로의 섹션을 형성하는 바이패스(52)를 (완전히) 관류하고, 그 밖에도 [제어 작동 모드에서의 유동 방향과 반대되는 유동 방향으로(속이 빈 화살표 머리 참조)] 제3 보조 냉각 회로의 분기 라인을 관류하되, 엔진 오일 냉각기(30)의 관류는 선택적으로 상기 분기 라인 내로 상응하는 바이패스(미도시)의 통합을 통해 방지될 수 있으며, 상기 냉각제는 실린더 헤드(18)의 냉각 채널(28)도 관류한다. 이 경우, 서모스탯 밸브로서 형성되는 제1 제어 장치(54)의 온도 조절을 위한 상대적으로 적은 파일럿 유동을 제외한 실린더 하우징(14)의 냉각 채널(26)의 관류는 일반적으로 제1 제어 장치(54) 및 제2 제어 장치(56)의 상응하는 위치들을 통해 방지된다. 그러나 예외의 상황에서, 특히 웜업 단계에도 불구하고 연소 엔진(12)의 작동이 높은 부하로, 특히 전부하(full-load)로 제공된다면, 실린더 하우징(14)의 냉각 채널(26)의 관류도 보장하기 위해, 제어 유닛(58)을 이용하여 제2 제어 장치(56)를 릴리스 위치로 조정할 수도 있다. 제1 보조 냉각 회로를 관류하는 냉각제의 온도에 따라서, 웜업 단계 동안에는 제5 제어 장치(66)에 의해 제4 보조 냉각 회로의 분기 라인 및 그 결과로서 변속기 오일 냉각기(32)의 관류가 적어도 처음에는 방지된다.
마찬가지로 제1 보조 냉각 회로의 섹션을 형성하는 실린더 헤드(18)의 냉각 채널(28)의 관류의 결과로서, 그 내부에 배기가스 재순환 밸브(36)를 위한 냉각기(냉각 채널)가 통합된 제2 보조 냉각 회로도 관류된다.
또한, 웜업 단계 동안, 제6 제어 장치(68)는, 냉각제가, 이를 위해 작동되는 제2 추가 냉각제 펌프(50)에 의해, 나머지는 오직 HP-EGR 냉각기(40) 및 단락 라인(70)만을 더 포함하는 단락 회로 내에서 이송되는 방식으로 설정된다.
내연기관(10)의 제어 작동 모드(controlled operation) 동안에, 주 냉각제 펌프(46)는 (가변적인 고유 이송 출력으로) 작동되며, 냉각제는 적어도 일시적으로 주 냉각 시스템의 냉각 회로들 전체 내에서 이송된다. 이 경우, 주 냉각 시스템의 2개의 추가 냉각제 펌프(48, 50)는 필요한 경우 주 냉각제 펌프(46)의 보조를 위해서도 작동될 수 있다. 그러나 이는, 제2 추가 냉각제 펌프(50)에 대해서는, 제5 냉각 회로 내에서 냉각제의 유동이 허용되는 방식으로 제6 제어 장치(68)가 스위칭되어야 비로소 적용된다. 이런 점이 제공되기 전에, 단락 회로의 내부에서 [역시 내연기관(10)의 제어 작동 모드 동안에도] 냉각제를 이송하기 위해, 제2 추가 냉각제 펌프(50)가 작동된다.
내연기관(10)의 제어 작동 모드 동안, 주 냉각 회로는 지속적으로 관류되고, 이때 항시 실린더 헤드(18)의 냉각 채널(28)의 관류도 제공되며, 그에 반해 실린더 하우징(14)의 냉각 채널(26)의 관류는, [예외의 상황에서 제2 제어 장치(56)가 릴리스 위치로 조정되지 않을 경우] 실린더 하우징(14)의 냉각 채널(26) 내에서 냉각제의 온도가 약 105℃의 온도에 도달했을 때 비로소 제1 제어 장치(54)에 의해 릴리스된다.
또한, 내연기관(10)의 제어 작동 모드 동안, 제3 제어 장치(60)에 의해서는, 주 냉각기(42) 또는 관련된 바이패스(52)로 주 냉각기를 관류하는 냉각제의 가변 분배가 수행되며, 그럼으로써 약 90℃로 실린더 헤드(18)의 냉각 채널(28)에서 배출되는 냉각제를 위한 설정 온도가 조정될 수 있다.
그에 추가로, 내연기관(10)의 제어 작동 모드 동안, 내부에 통합된 EGT 냉각기(34); LP-EGR 냉각기(38); 및 난방 열 교환기(44);를 포함하는 제1 보조 냉각 회로는 지속적으로 관류된다. 이 경우, 제1 추가 냉각제 펌프(48)의 매칭된 작동을 통해, 제1 보조 냉각 회로의 분기 라인을 관류하는 냉각제의 체적 유량은 주 냉각제 펌프(46)의 이송 출력에 중첩되어서도 매칭될 수 있다. 이는, 특히 난방 열 교환기(44) 내에서 충분한 열 전달; 및 그에 따라 내연기관(10)을 포함하는 자동차의 실내 난방을 위한 충분한 가열 기능;의 달성을 위해 중요할 수 있다.
배기가스 재순환 밸브(36)를 위한 냉각기(냉각 채널)가 내부에 통합된 제2 보조 냉각 회로 및 엔진 오일 냉각기(30)가 내부에 통합된 제3 보조 냉각 회로도 지속적으로 관류된다.
이는, 변속기 오일 냉각기(32)가 내부에 통합된 제4 보조 냉각 회로에 대해서는, 그와 반대로, 단지 마찬가지로 제4 보조 냉각 회로의 분기 라인 내에 통합된 제5 제어 장치(66)에 인가되는 냉각제의 온도가 최소 75℃인 경우에만 적용되며, 그럼으로써 이 경우 제5 제어 장치(66)는 (온도에 따라서 가변적으로) 변속기 오일 냉각기(32)의 관류도 허용하게 된다. 여기서도, 폐쇄 위치에서, 서모스탯 밸브로서 형성된 제5 제어 장치(66)의 온도 조절을 위한 상대적으로 적은 파일럿 유동이 제공될 수 있다.
제5 보조 냉각 회로도, 앞서 단락 회로 내에서 이송된 냉각제의 온도가 최소 70℃와 80℃ 사이일 수 있는 한계 온도에 도달했을 때에만 관류된다. 제6 제어 장치(68)가 제5 냉각 회로의 적어도 부분적인 관류를 릴리스하는 즉시, HP-EGR 냉각기(40)는 지속적으로 냉각제를 공급받으며, 상기 냉각제의 온도는 실질적으로 실린더 헤드(18)의 냉각 채널(28)의 배출구에서 달성된, 특히 약 90℃일 수 있는 온도에 상응한다.
실린더 하우징(14)의 냉각 채널(26)에 대해, 제4 보조 냉각 회로의 분기 라인에 대해, 그리고 그에 따라 변속기 오일 냉각기(32)에 대해, 그 뿐만 아니라 EGR 냉각 회로의 분기 라인에 대해, 각각 대응하는 한계 또는 개방 온도가 하회된 경우에 각각의 관류는 상응하는 제어 장치들(54, 66, 68)에 의해 다시 중단될 수 있다는 점이 적용된다.
보조 냉각 시스템의 냉각 회로의 관류는, 그 내부에 통합된 냉각제 펌프(80)에 의해, 필요에 따라, 그리고 주 냉각 시스템의 개회로/폐회로 제어와 무관하게 유발된다.
또한, 내연기관(10)의 냉각 시스템은, 연소 엔진(12)이 더 이상 작동되지 않은 경우, 냉각제가 제1 추가 냉각제 펌프(48)에 의해 이 경우 마찬가지로 주 냉각기(42)도 포함하는 제1 보조 냉각 회로 내에서 이송되면서, 후가열 기능(after-heating function)도 가능하게 하며, 그럼으로써 여전히 특히 주 냉각기(42), 실린더 헤드(18) 및 HP-EGR 냉각기(38) 내에 포함된 열 에너지는, 내연기관(10)을 포함하는 자동차의 실내의 온도 조절을 위한 난방 열 교환기(44) 내에서 이용될 수 있다.
또한, 냉각 시스템은, 연소 엔진(12)이 앞서 열적으로 높은 부하를 받았고 더 이상 작동되지 않은 경우, 냉각제가 제1 추가 냉각제 펌프(48)에 의해 이 경우 주 냉각기(42)도 포함하는 제1 보조 냉각 회로 내에서 이송되면서, 후냉각 기능(after-cooling function)도 가능하게 하며, 그럼으로써 냉각 시스템의 열적으로 임계인 구성요소들, 특히 실린더 헤드(18) 및 [EGT 냉각기(34)에 의한] 배기가스 터보차저(20) 및 LP-EGR 냉각기(38)는 후냉각될 수 있다.
상기 후냉각 기능은 특히 자동 스톱 기능(automatic stop function)과 함께 연소 엔진(12)을 위해 중요할 수 있다. 자동 스톱 기능을 통해, 연소 엔진(12)은, 내연기관(10), 또는 이 내연기관(10)을 포함하는 자동차의 작동 중에, 연소 엔진에 의해 구동 출력이 생성되지 않아야 하는 경우 자동으로 작동 중단된다. 활성화된 스톱 기능 동안, 그리고 그 결과로서 연소 엔진(12)의 비작동 중에, 주 냉각 시스템, 및 이 주 냉각 시스템 내에 통합되어 연소 엔진(12)의 선행 작동 중에 상당히 열적으로 높은 부하를 받았을 수 있는 구성요소들, 특히 연소 엔진(12), LP-EGR 냉각기(38) 및 EGT 냉각기(34)의 국소 열적 과부하를 방지하기 위해, 제1 추가 냉각제 펌프(48)의 작동을 통해 제1 보조 냉각 회로 내에서 냉각제를 이송하는 점이 제공된다. 이 경우, 제어 장치들(66, 68)의 위치들 및 주 냉각제 펌프(46)의 통과성을 위한 스위칭 위치에 따라서, 변속기 오일 냉각기(32), 엔진 오일 냉각기(30), 주 냉각제 펌프(46) 및 실린더 하우징(14)의 냉각 채널들(26)도 관류될 수 있다. 이 경우, 부분적으로, 관류의 방향(도 2에서 속이 빈 방향 화살표들 참조)은 연소 엔진(12)의 작동 동안의 관류의 방향(도 2에서 속이 채워진 방향 화살표들 참조)과 비교하여 정반대이다. 후냉각 동안에는, 주 냉각기(42)를 통해 제1 보조 냉각 회로 내에서 유동하는 전체 냉각제를 안내하는 점이 제공될 수 있다. 그러나 제3 제어 장치(60)에 의해, 상기 냉각제의 (총량까지의) 가변 비율도 바이패스(52)를 통해 안내될 수 있다. 그 결과, 특히, 활성화된 스톱 기능의 결과로서 연소 엔진(12)의 비작동 상태가 상대적으로 더 오래 지속될 때 냉각제의 너무 강한 냉각이 방지될 수 있다.
그 대안으로, 또는 그에 보충하여, 냉각제는 활성화된 스톱 기능의 결과로서 연소 엔진(12)의 비작동 동안 냉각제 펌프(80)에 의해 보조 냉각 시스템의 냉각 회로 내에서도 이송되며, 그럼으로써 과급 공기 냉각기(78)의 너무 강한 가열이 방지된다. 따라서, 자동 스톱 기능의 수동 또는 자동 비활성화의 결과로서 연소 엔진(12)의 재작동 개시 시, 과급 공기 냉각기(78)는 다시 연소 엔진(12)으로 공급될 과급 공기를 위한 충분한 냉각 용량을 직접 인가할 수 있으며, 그럼으로써 상기 과급 공기는 이를 위해 지정된 온도 범위에서 연소 엔진(12)의 연소실들로 공급된다. 이 경우, 제7 제어 장치(86)에 의해, 한편으로 특히 과급 공기 냉각기(78)를 위한 충분한 냉각 용량을 달성하고 다른 한편으로는 냉각제의 너무 강한 냉각을 방지하기 위해, 보조 냉각 시스템의 냉각 회로 내에서 유동하는 냉각제의 비율에 있어서 추가 냉각기(82)를 통해, 또는 관련된 바이패스(84)를 통해 안내되는 상기 비율이 변동될 수 있다.
또한, 내연기관(10)의 경우, 내연기관(12)의 특정 비정상 작동 상태들(unsteady operating state)에서, 구체적으로는 전부하와 관련하여 최소한 20%만큼 연소 엔진(12)의 작동에 대해 설정되는 부하 요구의 증가 시, 보조 냉각 시스템의 냉각 회로 내에서 유동하는 냉각제의 온도는, 그렇게 구현된 과급 공기 냉각기(78)의 냉각 용량의 증가에 의해 연소 엔진(12)의 연소실들의 개선된 충전 레벨 및 그 결과로서 향상된 과급 압력 형성을 달성하기 위해, 선행된 정상 작동(steady operation)과 비교하여 예컨대 약 20℃만큼 강하되며, 그럼으로써 연소 엔진(12)의 동적 작동 거동은 향상된다.
보조 냉각 시스템의 냉각 회로 내에서 유동하는 냉각제의 온도를 강하시키기 위해, 가능하다면, 제7 제어 장치(86)에 도달하는 증가된 비율의 냉각제는 추가 냉각기(82)를 통해 안내된다. 또한, 추가 냉각기(82)에 할당된 팬(106)을 작동시킬 수 있거나, 또는 상기 팬의 구동 출력을 상승시킬 수 있으며, 그럼으로써 추가 냉각기(82)의 냉각 용량은 증가될 수 있다.
또한, 내연기관(10)의 배기가스 라인(76) 내에는 NOx 트랩 촉매 컨버터(100) 및 미립자 필터(102)가 통합된다. NOx 트랩 촉매 컨버터(100)는, 배기가스 내에 함유된 질소산화물이 미도시한 환원 또는 SCR 촉매 컨버터와 조합되어 유입되는 환원제를 통해 충분한 정도로 환원될 수 없을 때, 상기 질소산화물을 저장하기 위해 이용된다. 이는, 예컨대 내연기관(10)의 냉간 시동 후, 또는 낮은 부하 및 회전수로 연소 엔진(12)의 상대적으로 오래 지속되는 작동의 경우일 수 있으며, 그 때문에 SCR 촉매 컨버터는 충분한 환원을 위해 필요한 작동 온도를 여전히 보유하지 않거나, 또는 더 이상 보유하지 않게 된다. 이에 반해, 미립자 필터(102)는 배기가스에서 입자들을 여과하기 위해 이용된다.
NOx 트랩 촉매 컨버터(100)에 대해서뿐만 아니라 미립자 필터(102)에 대해서도, 상기 두 부품의 기능성을 유지하기 위해서는 정의된 부하 한계에 도달할 때 상기 두 부품이 재생되어야 하는 점이 적용된다. NOx 트랩 촉매 컨버터(100)의 경우에는 그 외에 추가로, 상기 NOx 트랩 촉매 컨버터가 정기적인 간격으로 탈황되어야 하는데, 그 이유는 통상 연료 내에 함유된 황이 NOx 트랩 촉매 컨버터(100)의 트랩 재료와 반응함으로써 질소산화물의 저장을 위해 가용한 트랩 재료의 양이 감소하기 때문이다. 탈황을 위해, NOx 트랩 촉매 컨버터(100)는 특히 목표되는 조치들을 통해 600℃와 650℃ 사이의 온도로 가열되어야 한다. 대응하는 온도들은 미립자 필터(102)의 재생을 위해서도 필요하다.
탈황 또는 재생을 위해 필요한 온도들로 NOx 트랩 촉매 컨버터(100) 및 미립자 필터(102)의 가열은 배기가스의 온도의 상응하는 증가를 통해 수행되며, 이를 위해 상이하고 기본적으로 공지된 조치들, 특히 엔진 내부에서의 조치들이 제공된다.
NOx 트랩 촉매 컨버터(100)의 탈황 및 미립자 필터(102)의 재생을 유발하기 위해 배기가스의 온도가 상응하게 상승하는 동안, 적절한 범위에서 증가된 열출력이 연소 엔진(12) 내로 (특히 배기가스의 온도의 증가를 유발하는 엔진 내부에서의 조치들을 기반으로 직접적으로), 그리고 전체 주 냉각 시스템 내로, 또는 적어도 상기 주 냉각 시스템의 하나 또는 복수의 섹션 내로, 요컨대 한편으로는 연소 엔진(12)을 통해, 그리고 다른 한편으로는 두 EGR 냉각기(38, 40)를 통해 유입된다.
특히 연소 엔진(12)의 영역에서 냉각 시스템의 국소 열적 과부하를 방지하기 위해(이 경우, 특히 냉각제의 비등은 방지되어야 함), NOx 트랩 촉매 컨버터(100)의 탈황 및/또는 미립자 필터(102)의 재생을 위해 수행되는 배기가스의 온도 상승 직전에, 그리고 적어도 일시적으로 상승 중에, 배기가스의 온도 상승으로 인한 연소 엔진(12) 및 주 냉각 시스템의 증가된 열적 부하를 보상하도록 냉각제, 구체적으로는 그에 이어 주 냉각제 펌프(46)를 통해 연소 엔진(12) 내로 안내되어야 하는 냉각제의 온도를 강하시키는 점이 제공된다. 이 경우, 냉각제의 온도는 실린더 헤드(18)의 냉각 채널(28)의 배출구 내에 통합되는 온도 센서(104)에 의해 측정된다.
연소 엔진(12) 내로 유입되는 냉각제의 온도를 강하시키기 위해, 가능하다면, 제3 제어 장치(60)에 도달하는 증가된 비율의 냉각제는 주 냉각기(42)를 통해 안내된다. 또한, 주 냉각기(42)에 할당된 팬(106)을 작동시킬 수 있거나, 또는 상기 팬의 구동 출력을 상승시킬 수 있으며, 그럼으로써 주 냉각기(42)의 냉각 용량은 증가될 수 있다.
NOx 트랩 촉매 컨버터(100)의 탈황을 위한, 그리고/또는 미립자 필터(102)의 재생을 위한 조치로서 수행되는 배기가스의 온도 상승이 종료되기 직전에, 종료와 동시에, 또는 종료된 직후에, 냉각제를 통한 주 냉각 시스템 내 통합된 구성요소들의 너무 강한 냉각을 방지하기 위해, 냉각제의 온도의 강하도 종료되거나 취소된다.
10: 내연기관
12: 연소 엔진
14: 실린더 하우징
16: 실린더
18: 실린더 헤드
20: 배기가스 터보차저
22: 저압 배기가스 재순환부의 배기가스 재순환 라인
24: 고압 배기가스 재순환부의 배기가스 재순환 라인
26: 실린더 하우징의 냉각 채널
28: 실린더 헤드의 냉각 채널
30: 엔진 오일 냉각기
32: 변속기 오일 냉각기
34: EGT 냉각기
36: 배기가스 재순환 밸브
38: LP-EGR 냉각기
40: HP-EGR 냉각기
42: 주변 열 교환기/주 냉각기
44: 난방 열 교환기
46: 주 냉각제 펌프
48: 제1 추가 냉각제 펌프
50: 제2 추가 냉각제 펌프
52: 주 냉각기로 향하는 바이패스
54: 제1 제어 장치
56: 제2 제어 장치
58: 제어 유닛
60: 제3 제어 장치
62: 제4 제어 장치
64: 스로틀 밸브
66: 제5 제어 장치
68: 제6 제어 장치
70: 단락 라인
72: 계량공급 밸브
74: 신선 가스 라인
76: 배기가스 라인
78: 과급 공기 냉각기
80: 보조 냉각 시스템의 냉각제 펌프
82: 주변 열 교환기/추가 냉각기
84: 추가 냉각기로 향하는 바이패스
86: 제7 제어 장치
88: 보상 탱크
90: 연결 라인
92: 배기 라인
94: 체크 밸브
96: 배기가스 터보차저의 배기가스 터빈
98: 배기가스 터보차저의 압축기
100: NOx 트랩 촉매 컨버터
102: 미립자 필터
104: 온도 센서
106: 팬
108: 냉각제 분배 모듈

Claims (9)

  1. 연소 엔진(12)과; 신선 가스 라인(74)과; 배기가스 라인(76)과; 연소 엔진(12)의 주변 열 교환기(42) 및 냉각 채널(26, 28)을 포함하는 냉각 시스템;을 구비한 내연기관(10)을 작동시키기 위한 방법으로서, 배기가스 라인(76) 내에는 NOx 트랩 촉매 컨버터(100) 및/또는 미립자 필터(102)가 통합되고, NOx 트랩 촉매 컨버터(100)의 탈황을 위한, 그리고/또는 미립자 필터(102)의 재생을 위한 조치로서, 배기가스 라인(76)을 관류하는 배기가스의 온도를 일시적으로 상기 조치를 위해 필요한 최소값 또는 그 최소값 이상으로 조정하는, 내연기관 작동 방법에 있어서,
    NOx 트랩 촉매 컨버터(100)의 탈황을 위한, 그리고/또는 미립자 필터(102)의 재생을 위한 조치의 (i) 이전에 또는 (ii) 그 조치 중에 (iii)또는 그 조치 이전과 조치 중 모두에서,
    상기 냉각 시스템에서 유동하는 냉각제의 냉각 용량의 증가를 통해,
    주변 열 교환기(42)의 하류 및/또는 연소 엔진(12)의 상류의 위치에서,
    상기 냉각제의 온도는 아래에서 설명되는 온도범위로 강하되며,
    상기 온도범위는 상기 조치가 없었을 때 연소 엔진(12)의 상응하는 작동 상태에서 상기 위치에서 설정되었을 온도범위를 하회하는 것을 특징으로 하는, 내연기관 작동 방법.
  2. 제1항에 있어서, 냉각제의 온도 강하의 효과는, NOx 트랩 촉매 컨버터(100)의 탈황을 위한, 그리고/또는 미립자 필터(102)의 재생을 위한 조치의 종료 전에, 또는 종료와 동시에, 또는 종료 이후에 종료되는 것을 특징으로 하는, 내연기관 작동 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, NOx 트랩 촉매 컨버터(100)의 탈황을 위한, 그리고/또는 미립자 필터(102)의 재생을 위한 조치 중에, 배기가스는 상기 냉각 시스템 내에 통합된 EGR 냉각기(38, 40)를 포함하는 배기가스 재순환 라인(22, 24)을 통해 안내되는 것을 특징으로 하는, 내연기관 작동 방법.
  4. 제3항에 있어서, 냉각제의 온도 강하는, 배기가스가 정의된 한계값을 상회하는 질량 유량비로 배기가스 재순환 라인(22, 24)을 통해 안내될 때에만 수행되는 것을 특징으로 하는, 내연기관 작동 방법.
  5. 제3항에 있어서, 냉각제의 온도 강하가 수행되는 범위는 배기가스 재순환 라인(22, 24)을 통해 안내되는 배기가스의 질량 유량비에 따라 변동하는 것을 특징으로 하는, 내연기관 작동 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 냉각제의 온도 강하는,
    - 주변 열 교환기(42)를 우회하는 바이패스(52)를 통해 안내되는 비율과 비교하여, 상기 주변 열 교환기(42)를 통해 안내되는 냉각제의 비율이 증가함으로써, 그리고/또는
    - 주변 열 교환기(42)에 할당된 팬(106)의 이송 출력이 증가함으로써
    유발되는 것을 특징으로 하는, 내연기관 작동 방법.
  7. 연소 엔진(12)과; 신선 가스 라인(74)과; 배기가스 라인(76)과; 연소 엔진(12)의 주변 열 교환기(42) 및 냉각 채널(26, 28)을 포함하는 냉각 시스템;을 구비한 내연기관(10)으로서, 상기 배기가스 라인(76) 내에 NOx 트랩 촉매 컨버터(100) 및/또는 미립자 필터(102)가 통합되는, 내연기관에 있어서,
    제1항 또는 제2항에 따른 방법을 수행할 수 있도록 구성된 제어 유닛(58)을 특징으로 하는, 내연기관.
  8. 제7항에 있어서, 냉각 시스템 내에 통합된 EGR 냉각기(38, 40)를 포함하는 배기가스 재순환 라인(22, 24)을 특징으로 하는, 내연기관.
  9. 제7항에 따른 내연기관(10)이 장착된 자동차.
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