KR102203587B1 - 내연 기관의 작동 - Google Patents

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헨드릭 요하네스 랑에
안드레아스 방크
마르쿠스 크뤼거
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캐터필라 모토렌 게엠베하 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은 내연 기관을 작동하기 위한 제어 시스템(1)에 관한 것이다. 최대 엔진 부하의 40% 내지 75%의 범위 내에 있는 부분 부하 상한까지의 엔진 부하에 대한 감속 운항에 최적화된 부분 부하 모드가 제공된다. 또한, 상기 부분 부하 상한 이상의 엔진 부하를 위한 고부하 모드가 제공된다. 부분 부하 모드에서, 적어도 하나의 흡입 밸브(4)는 상기 고부하 모드에서보다 더 늦은 폐쇄 각도에서 폐쇄된다.

Description

내연 기관의 작동 {OPERATING INTERNAL COMBUSTION ENGINES}
본 발명은 일반적으로 내연 기관을 작동하는 방법 및 장치에 관한 것이며, 보다 구체적으로, 내연 기관의 해양 용도들에 있어서 감속 운항(slow steaming)에 최적화된 방법 및 장치에 관한 것이다.
흡입 밸브들 및 배기 밸브들의 개폐를 조절하기 위한 다양한 시스템들이 가변 밸브 타이밍 기술 분야에 공지되어 있다. 대부분의 시스템들은 내연 기관에서 캠 작동 요소들의 작동 타이밍을 조절하는 것을 목표로 한다. 보통, 이러한 가변 밸브 타이밍 시스템들은 관련된 구성 요소의 작동 타이밍을 선행 또는 지연시키기 위해 캠 샤프트의 회전 각도가 크랭크 샤프트에 대하여 전방으로 또는 후방으로 회전되는 소위 캠-페이징(cam-phasing)을 용이하게 한다.
유럽 특허 공개 제EP 2 136 054 A1호는 내연 기관의 작동을 제어하기 위한 장치를 도시한다. 정지 작동에서, 디젤 엔진은 밀러 사이클(miller cycle)에서 두 개의 밸브 리프팅 커브를 따라 전부하(full load)의 25%보다 더 큰 부하에서 작동된다. 상기 전부하의 25% 이하의 부하에서, 상기 내연 기관은 두 개의 상이한 밸브 리프팅 커브를 따라 작동된다. 이러한 기술은 플렉서블 캠 샤프트 기술(flexible camshaft technology, FCT)로도 공지되어 있다.
몇몇 시스템들은 연료 분사기에 고압 연료를 제공하는 커먼 레일(common rail)을 포함하며, 이는 솔레노이드 작동식 또는 압전 작동식이다.
본 발명은 종래 시스템들의 하나 이상의 양태들을 적어도 부분적으로 개선하거나 극복하고자 한다.
본 발명의 일 양태에 따라, 내연 기관을 작동하기 위한 제어 시스템이 개시된다. 상기 내연 기관은 적어도 하나의 흡입 밸브를 구비한 적어도 하나의 실린더 유닛을 포함한다. 상기 제어 시스템은 부분 부하(예를 들어, 감속 운항을 위해 해양 용도에 사용되는 부하와 같음)에 최적화된 부분 부하 모드를 제공하게 구성되며, 최대 엔진 부하의 40% 내지 75% 범위 내에서 설정된 부분 부하 상한까지의 엔진 부하를 위해 구성된 제어 유닛을 포함하고, 상기 적어도 하나의 흡입 밸브는 흡입 밸브 부분 부하 폐쇄 각도에서 폐쇄된다. 상기 제어 유닛은 상기 부분 부하 상한 이상의 엔진 부하를 위해 설정된 고부하 모드를 제공하게 더 구성되며, 상기 적어도 하나의 흡입 밸브는 흡입 밸브 고부하 폐쇄 각도에서 폐쇄된다. 상기 흡입 밸브 고부하 폐쇄 각도는 상기 흡입 밸브 부분 부부 폐쇄 각도보다 5° 내지 25°의 범위 내에서 더 앞선다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라, 적어도 하나의 흡입 밸브를 구비한 적어도 하나의 실린더 유닛을 포함하는 내연 기관을 작동하기 위한 방법이 개시된다. 상기 방법은 최대 엔진 부하의 40% 내지 75%의 범위 내에 위치하는 부분 부하 상한까지의 엔진 부하에서 부분 부하 모드로 상기 내연 기관을 작동하는 단계를 포함하며, 상기 적어도 하나의 흡입 밸브는 흡입 밸브 부분 부하 폐쇄 각도에서 폐쇄된다. 상기 방법은 상기 부분 부하 상한 이상의 엔진 부하에서 고부하 모드로 상기 내연 기관을 작동하는 단계를 더 포함하며, 상기 적어도 하나의 흡입 밸브는 상기 흡입 밸브 부분 부하 폐쇄 각도보다 5° 내지 25°의 범위 내에서 더 앞서는(각도 차에 의함) 흡입 밸브 고부하 폐쇄 각도에서 폐쇄된다.
본 발명의 다른 구성들 및 양태들은 이하의 상세한 설명 및 첨부 도면들로부터 명백해질 것이다.
본 명세서에 포함되고 상기 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예들을 도시하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본 발명에 따르는 실린더 유닛 및 제어 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따르는 내연 기관의 작동을 제어하기 위한 예시적인 장치의 개략도이다.
도 3은, 예를 들어, 도 1의 제어 시스템에 의해 조절되는 바와 같이, 고부하 모드 및 부분 부하 모드에 따르는 예시적인 흡입 밸브 타이밍을 보여주는 개략도이다.
이하는, 본 발명의 예시적인 실시예들의 상세한 설명이다. 본 명세서에 기술되고 도면들에 예시된 예시적인 실시예들은 본 발명의 원리를 알려주고, 당해 분야의 통상의 기술자들이 여러 환경에서 그리고 여러 용도들에 본 발명을 실시하고 사용할 수 있게 하기 위한 것이다. 따라서, 상기 예시적인 실시예들은 특허 보호 범위를 제한하는 설명으로 의도되지 않으며 간주되어서는 안된다. 오히려, 특허 보호 범위는 첨부된 청구 범위들에 의해 정의되어야 한다.
본 발명은 선박들 또는 해양 선박들에 사용되는 대형 내연 기관들이 소위 감속 운항 동안 부분 부하로 종종 작동된다는 점에 대한 이해를 일부분 그 기반으로 한다. 감속 운항은 연료 비용을 감소시키고 이에 따라 환경에 미치는 영향을 감소시킨다. 일반적으로, 감속 운항은 최대 부하에 훨씬 못 미치는 부하에서, 예를 들어, 최대 엔진 부하의 40% 내지 80% 사이의 부하에서 해양 용도들의 엔진들을 작동시키는 것으로 이해된다. 대부분의 엔진들이 고부하 작동에 특히 최적화되어 있기 때문에, 감속 운항할 때 부분 부하 상태에서의 작동은 엔진 효율 및 그에 따른 연료 소비량의 측면에서 개발되지 않은 가능성을 포함한다.
본 명세서에서, 감속 운항 동안 상기 내연 기관의 최적화된 작동을 가능케 하는 내연 기관을 작동하기 위한 방법 및 제어 시스템이 개시된다. 구체적으로, 본 명세서에서 예시적으로 개시된 상기 방법 및 장치는 부분 부하 작동에 최적화된 밸브 작동 및 연료 분사를 위한 작동 모드를 제공한다.
도 1을 참조하면, 내연 기관용 제어 시스템(1)이 개략적으로 도시되어 있다. 제어 시스템(1)은 상기 내연 기관의 적어도 하나의 실린더 유닛(9)의 적어도 하나의 흡입 밸브(4), 적어도 하나의 배기 밸브(6) 및/또는 적어도 하나의 연료 분사기(8)를 제어하도록 구성된 제어 유닛(2)을 포함한다.
제어 시스템(1)을 포함하는 상기 내연 기관은 공기 시스템, 냉각 시스템, 주연부, 구동트레인(drivetrain) 구성 요소 등과 같은 도시되지 않은 구성들을 포함한다. 또한, 상기 내연 기관은 실린더 수에 따라 임의의 크기가 될 수 있고 또는 임의의 구성이 될 수 있다(예를 들어, "V"형, 직렬형, 방사형 구성 등). 또한, 상기 내연 기관은 해양 용도, 기관차 용도, 온-하이웨이(on-highway) 트럭 또는 차량, 오프-하이웨이(off-highway) 트럭 또는 기계, 토공 기계, 발전기, 항공우주 용도, 연안 용도, 펌프, 고정식 기기(stationary equipment) 또는 다른 엔진 구동 응용들을 포함하는, 그러나 이에 제한되지 않는, 어떠한 기계 장치 또는 다른 장치를 구동시키는 데 사용된다. 상기 내연 기관은 디젤 연료, 중유 등을 사용하여 구동된다.
상술된 바와 같이, 제어 유닛(2)은 흡입 밸브(4), 배기 밸브(6) 및/또는 연료 분사기(8)의 작동을 제어한다. 이러한 구성 요소들에 대한 제어는 필요에 따라 상기 구성 요소를 작동시킬 수 있는 당해 분야에서 공지된 어떤 생각할 수 있는 기구에 의해 수행된다. 예를 들어, 흡입 밸브(4), 배기 밸브(6) 및 연료 분사기(8) 중 적어도 하나는 크랭크 샤프트에 의해 구동식으로 회전되는 적어도 하나의 캠 샤프트에 의해 직접적 또는 간접적으로 기계식으로 작동된다. 또 다른 예시에서, 흡입 밸브(4), 배기 밸브(6) 및 연료 분사기(8) 중 적어도 하나는 솔레노이드 또는 압전 소자에 의해 작동된다. 이러한 구성들에서, 제어 유닛(2)은 상기 솔레노이드 및 상기 압전 소자 각각에 전원을 공급하거나 끊음으로써 작동을 제어한다.
상기 내연 기관을 작동하기 위해, 제어 유닛(2)은 부분 부하 모드 및 고부하 모드를 제공한다. 상기 부분 부하 모드, 구체적으로 그 제어 파라미터 세팅은 부분 부하 상한까지의 엔진 부하에 사용된다. 상기 부분 부하 상한은 최대 엔진 부하의 40% 내지 75%의 범위에서, 예를 들어, 45%, 50%, 65% 및 70%로 설정된다. 따라서, 상기 고부하 모드는 상기 설정된 부분 부하 상한을 넘는 엔진 부하에 사용된다.
도 2에 따르면, 제어 시스템(1)은 소위 플렉서블 캠 기술로 구성된다. 캠 샤프트(10)는 바람직하게는 몇 개의 캠들, 예를 들어, 흡입구 캠(12), 배기구 캠(14) 및 펌프 캠(16)과 일체로 형성된다.
흡입구 캠(12)은 상기 내연 기관의 실린더 유닛(9)의 연소실의 흡입구에 배열되고, 예를 들어, 흡입 밸브 작동 장치(18)를 통해 작동되는 흡입 밸브(4)(도 1 참조)를 작동하도록 구성된다. 유사한 방식으로, 배기구 캠(14)은, 예를 들어, 배기 밸브 작동 장치(20)를 통해 상기 내연 기관의 실린더 유닛(9)의 연소실의 배기구에 배열된 배기 밸브(6)(도 1 참조)를 작동하도록 구성된다. 펌프 캠(16)은, 예를 들어, 펌프 작동 장치(22)를 통해 분사 펌프에 배열된 펌프 피스톤(24)을 작동하도록 구성된다. 상기 분사 펌프는 연료 분사기(8)(도 1 참조)와 유체 연결되어, 작동되는 경우 상기 연료 분사기에 연료를 공급한다.
흡입 밸브 작동 장치(18)는, 예를 들어, 왕복 운동하는 아암으로 형성된 흡입 밸브 작동 레버(26)를 포함하며, 예를 들어, 흡입구 캠(12) 위에 지지되는 롤(25)을 통해 흡입구 캠(12)의 행정을 추적하도록 구성된다. 상기 흡입 밸브(4)를 작동시키기 위해, 상기 행정은, 예를 들어, 흡입 밸브 작동 리프터(28)를 통해 흡입 밸브(4)로 전달된다.
유사하게, 배기 밸브 작동 장치(20)는 배기 밸브 작동 레버(30)를 구비하며, 이는, 예를 들어, 배기구 캠(14) 위에 지지되는 롤(29)을 통해 상기 배기구 캠(14)의 행정을 추적하도록 구성되고 상기 행정을 배기 밸브 작동 리프터(32)에 전달한다.
상기 펌프 캠(16)의 행정은, 예를 들어, 펌프 작동 레버(34)의 단부에 배열된 롤(33)에 의해 추적되며 펌프 피스톤(24)에 전달된다.
추적 롤(25, 29, 33)들로부터 이격되는 방향으로 향하는 단부들에서, 작동 레버(26, 30, 34)들은 편심 디스크(36, 38, 40)들에 지지되며, 이들은 바람직하게는 엔진 하우징(도시되지 않음)에 지지되는 회전 샤프트(42)와 일체로 형성된다. 상기 샤프트(42)의 축에 대한 상기 편심 디스크(36, 38, 40)들의 바람직하게는 원형인 실린더 원주 표면의 편심률과 상기 샤프트(42)의 회전 위치에 대한 상기 편심률의 상대적인 위치는 본 명세서에서 약술된 각각의 요구 조건에 따라 개별적으로 선택된다.
상기 샤프트(42)의 회전 위치를 조절하기 위해, 샤프트(42)는, 예를 들어, 분절 기어 휠(46)의 치(teeth)와 맞물리는 기어 휠(44) 또는 다른 적절한 구성 요소에, 예를 들어, 비틀림 강성 연결되며, 그 회전 위치는, 예를 들어, 작동 로드(49)를 포함하는 작동기(48)를 통해 조절 가능하다. 분절 기어 휠(46) 및 기어 휠(44)과 함께 작동기(48)는 조절 장치(50)를 형성한다. 유압 실린더 또는 공압 실린더는 길이 방향 조절 구성 요소로서 사용된다. 다른 실시예들에서, 선형 모터 또는 다른 적절한 구성 요소가 적절한 방식으로 샤프트(42)를 회전시키도록 구성된다.
작동기(48)를 제어하기 위한 예시적인 제어 유닛(2)이 제공된다. 바람직하게는, 제어 유닛(2)은 적절한 프로그램 및 데이터 메모리를 구비한 마이크로프로세서를 포함하며 몇 개의 출력부들을 포함하고, 상기 출력부들 중 적어도 하나는 작동기(48)에 연결된다. 바람직하게는, 제어 유닛(2)은 몇 개의 입력부들을 구비하며, 상기 입력부들 중 하나는, 예를 들어, 상기 내연 기관 부하 또는 상기 내연 기관의 작동 모드를 조절하기 위한, 예를 들어, 작동 요소(54)와 연결된다.
또한, 상기 내연 기관의 실린더 내의 실린더 압력을 감지하기 위한 복수의 실린더 압력 센서(86) 및 상기 내연 기관의 크랭크 샤프트의 회전 속도를 감지하기 위한 속도 센서(88)도 제어 유닛(2)의 추가 입력부들에 연결된다. 또한, 필요 부하 및 그 변화를 감지하기 위한 부하 센서(90)도 제어 유닛(2)의 추가 입력부에 연결된다.
몇몇 실시예들에서, 흡입 밸브들 및 배기 밸브들을 작동하기 위한 별개의 캠 샤프트들이 제공된다.
도 2는 단지 제어 시스템(1)의 예시적인 실시예를 나타낸다는 점을 다시 한 번 알 수 있다. 다양한 추가 구성 요소 또는 대체 구성 요소들이 흡입 밸브(4), 배기 밸브(6) 및/또는 연료 분사기(8) 제어를 용이하게 하기 위해 제어 시스템(1)의 일부가 된다. 예를 들어, 작동 중에 연료를 분사하는 연료 분사기에 고압 연료를 제공하는 커먼 레일이 제공된다.
이하에서, 도 1 내지 도 3을 참조하여 상기 부분 부하 모드 및 고부하 모드에서의 상기 내연 기관의 작동을 제어하는 제어 시스템(1)의 작동이 기술된다.
도 3은 크랭크 각도에 의존하는 밸브 리프트를 나타내는 개략도를 도시한다. 밸브는 1.0의 밸브 리프트에서 완전히 개방되는 반면에, 0.0의 밸브 리프트에서 완전히 폐쇄된다. 당해 분야의 통상의 기술자가 이해할 수 있는 바와 같이, 0°(도 3에 도시되지 않음) 및 360°의 크랭크 각도는 상사점(TDC)에서의 피스톤과 관련되며, 180° 및 540°의 크랭크 각도는 하사점(BDC)에서의 피스톤과 관련된다. 이하에서, TDC 및 BDC를 참조하여 밸브 리프팅 커브들이 기술된다. 예를 들어, 특정한 위치는 상사점 이전(BTDC) 10° 또는 하사점 이후(ABDC) 15°일 수 있다.
상기 고부하 모드 및 부분 부하 모드에 대하여 도시된 밸브 작동 타이밍은 단지 예시적이며, 예를 들어, 엔진 크기, 엔진 출력 및 엔진 속도에 의해 영향을 받는 특정 범위 내에서 변경될 수 있다는 점을 알아야 한다. 따라서, 이하에서 기술되는 특정 각도에 대하여 상기 부분 부하 모드와 고부하 모드 사이의 상이한 값의 범위에 특별한 주의를 기울여야 한다. 또한, 상기 커브의 형상은 단지 예시적이며, 예를 들어, 근본적인 기계 시스템에 의존한다.
구체적으로, 밸브 리프팅 커브(A)(도 3에서 실선으로 표시됨) 및 밸브 리프팅 커브(B)(도 3에서 파선으로 표시됨)는 부분 부하 모드에서 흡입 밸브(4)(도 1 참조)가 작동되는 범위를 한정한다. 밸브 리프팅 커브(C)(도 3에서 점선으로 표시됨) 및 밸브 리프팅 커브(D)(도 3에서 쇄선으로 표시됨)는 고부하 모드에서 흡입 밸브(4)가 작동되는 범위를 한정한다. 커브(A)에 따라, 흡입 밸브(4)는 약 10° ABDC에서 완전히 폐쇄되고, 이는 흡입 밸브 부분 부하 폐쇄 각도(αp')에 대한 상한이다. 커브(B)에서, 흡입 밸브(4)의 부분 부하 폐쇄 각도(αp'')에 대한 하한은 약 15° BBDC에 위치한다. 상기 고부하 모드에 대하여, 흡입 밸브(4)가 완전히 폐쇄되는 상기 고부하 폐쇄 각도(αh')에 대한 상한은 약 10° BBDC에 있으며, 이는 커브(C)에서 볼 수 있고, 상기 고부하 폐쇄 각도(αh'')에 대한 하한은 약 35° BBDC에 위치하며, 이는 커브(D)에 의해 표시된다.
일반적으로, 상기 커브들은 엔진 속도, 피스톤 행정 및 평균 피스톤 속도에 의존하는 그들의 각도 위치에 따라 달라진다.
예시적으로, 도 3은 중형 내연 기관에 대한 예시적인 고부하 폐쇄 각도(αh)와 예시적인 부분 부하 폐쇄 각도(αp) 사이의 차이(d)를 도시한다. 차이(d)는 상기 고부하 폐쇄 각도(αh)가 상기 부분 부하 폐쇄 각도(αp)보다 더 앞선다는 것을 나타낸다. 상기 고부하 폐쇄 각도(αh)는 도 3에 도시되는 바와 같이, 예를 들어, 5° 내지 25° 더 앞서는 범위 내에 위치하며, 예를 들어 20°이다. 일반적으로, 차이(d)는 부분 부하 상한이 감소함에 따라 더 크게 설정되며, 이는 상기 부분 부하 모드로부터 상기 고부하 모드로의 변화 및 상기 고부하 모드로부터 상기 부분 부하 모드로의 변화에 대한 변환점을 구성한다. 그 이유는, 비교적 낮게 설정된 부분 부하 상한에 대하여 상기 부분 부하 모드는 더 낮은 부분 부하, 예를 들어, 최대 엔진 부하의 25% 내지 50%의 범위 내의 부분 부하에 대하여 최적화되기 때문이다. 이는 상기 고부하 모드에 대하여 최적화된 엔진 작동 지점으로부터 비교적 멀다. 비교적 높게 설정된 부분 부하 상한에 대하여, 상기 부분 부하 모드는 더 높은 부분 부하에 대해 최적화된다. 예를 들어, 최대 엔진 부하의 40% 내지 75%의 범위는 상기 고부하 모드에 최적화된 엔진 작동 지점에 비교적 가깝다.
또한, 흡입 행정동안 흡입 밸브(4)가 더 일찍 폐쇄될수록, 더욱 뚜렷한 소위 밀러 사이클이 수행된다. 당해 분야의 통상의 기술자가 이해할 수 있는 바와 같이, 상기 밀러 사이클은, 예를 들어, 더 높은 기하학적 압축, 감소된 최대 연소 온도, 감소된 노킹 및 보다 효율적인 연료 연소와 같은 다양한 효과들과 함께 나타난다. 감소된 최대 연소 온도는 특히 생성되는 NOx의 양을 감소시킨다. 한편, 특히 상기 부분 부하 모드에서, 그렇지 않으면 상기 내연 기관은 단지 덜 뚜렷한 밀러 사이클에서 작동된다. 상기 부분 부하 모드에서 하사점 직후에 상기 흡입 밸브가 폐쇄되는 실시예에서, 상기 내연 기관은 덜 뚜렷한 소위 앳킨슨 사이클에서 작동하며, 그 효과들은 덜 뚜렷한 밀러 사이클의 효과들과 유사하다. 상기 용어에서 이미 나타나는 바와 같이, 덜 뚜렷한 앳킨슨 사이클뿐만 아니라 덜 뚜렷한 밀러 사이클에서, 뚜렷한 밀러 사이클의 상술된 효과들은 덜 뚜렷하게 발생한다.
상기 고부하 모드 및 상기 부분 부하 모드는 연료 분사 타이밍의 측면에서도 서로 상이하다. 상기 부분 부하 모드에서 연기 없는 연소를 보장하기 위해, 상기 고부하 모드보다 더 앞서는 분사 타이밍이 사용된다. 구체적으로, 부분 부하 분사 타이밍은, 예를 들어, 분사 타이밍에 있어서 2°부터 6°까지 범위의 차이를 갖고 고부하 분사 타이밍보다 더 앞서서 수행된다. 예를 들어, 상기 부분 부하 모드에서 연료가 하한으로서 15° BTDC로부터 상한으로서 2° BTDC(또는 5° BTDC)까지의 범위 내에서 분사되면, 상기 고부하 모드에서 연료는 13° BTDC로부터 3°BTDC까지의 범위 내에서 분사된다.
흡입 밸브(4)와 같은 유사한 방식으로, 배기 밸브(6)는 상기 부분 부하 모드 및 상기 고부하 모드에서 상이하게 작동된다. 구체적으로, 상기 부분 부하 모드에서, 배기 밸브(6)는 고부하 배기 밸브 폐쇄 각도보다 더 앞서는 부분 부하 배기 밸브 폐쇄 각도에서 폐쇄된다.
예시적인 실시예에서, 도 2에 도시된 상기 제어 시스템(1)은 본 명세서에 개시된 방법에 따라 상기 내연 기관을 제어하며, 특히 흡입 밸브(4), 배기 밸브(6) 및 연료 분사기(8)를 제어하게 된다. 구체적으로, 조절 장치(50)는 제1 각도 위치 및 상기 제1 각도 위치와 상이한 제2 각도 위치 중 적어도 하나로 상기 샤프트(42)의 회전 각도를 조절하게 된다. 상기 제1 각도 위치는 상기 고부하 모드와 관련되며 상기 제2 각도 위치는 상기 부분 부하 모드와 관련된다.
상기 흡입 밸브들 및/또는 배기 밸브들 및/또는 상기 연료 분사에 대한 작동 각도의 연관성을 기술한 본 명세서는 최대 출력 부하에 최적화된 고부하 모드 외에 감속 운항에 최적화된 부분 부하 모드를 제공하게 한다.
특히, 이는 최대 출력 또는 부분 부하에 최적화된 출력에서의 해양 용도 운항을 고려한다. 예를 들어, 운행 속도가 덜 중요하거나 배출 가스 규제가 더 잘 이행될 수 있는 경우, 상기 후자가 적용된다.
본 발명의 바람직한 실시예들이 본 명세서에 기술되었지만, 개선 및 수정들은 이하의 청구 범위들의 범위를 벗어나지 않고 포함된다.

Claims (13)

  1. 적어도 하나의 흡입 밸브(4)를 구비한 적어도 하나의 실린더 유닛(9)을 포함하는 내연 기관을 작동하기 위한 제어 시스템(1)이며,
    상기 제어 시스템(1)은 제어 유닛(2)을 포함하고,
    상기 제어 유닛(2)은 부분 부하 작동에 최적화되고 부분 부하 상한까지의 엔진 부하에 대해 설정된 부분 부하 모드를 제공하고, 상기 부분 부하 모드는 최대 엔진 부하의 40% 내지 75% 범위 내로 설정되며, 상기 적어도 하나의 흡입 밸브(4)는 흡입 밸브 부분 부하 폐쇄 각도(αp)에서 폐쇄되고,
    상기 제어 유닛(2)은 상기 부분 부하 상한을 초과하는 엔진 부하에 대해 설정된 고부하 모드를 제공하고, 상기 적어도 하나의 흡입 밸브(4)는 흡입 밸브 고부하 폐쇄 각도(αh)에서 폐쇄되고,
    상기 흡입 밸브 고부하 폐쇄 각도(αh)는 상기 흡입 밸브 부분 부하 폐쇄 각도(αp)보다 5° 내지 25° 앞서는 범위 내에 있고,
    흡입 밸브 고부하 폐쇄 각도(αh)와 흡입 밸브 부분 부하 폐쇄 각도(αp) 사이의 차이(d)는 부분 부하 상한이 감소함에 따라 더 크게 설정되는,
    내연 기관을 작동하기 위한 제어 시스템(1).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 흡입 밸브 부분 부하 폐쇄 각도(αp)는 하한으로서 하사점(BDC) 이전 15°내지 상한으로서 하사점(BDC) 이후 10° 범위 내에 있는,
    내연 기관을 작동하기 위한 제어 시스템(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 고부하 모드에서, 연료는 고부하 모드 분사 타이밍 동안 분사되며,
    상기 부분 부하 모드에서, 연료는 상기 고부하 모드 분사 타이밍보다 2° 내지 6° 더 앞서는 범위 내에 있는 부분 부하 분사 타이밍 동안 분사되는,
    내연 기관을 작동하기 위한 제어 시스템(1).
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 부분 부하 모드에서, 연료는 하한으로서 상사점(TDC) 이전 15° 내지 상한으로서 상사점(TDC) 이전 2°의 범위 내에서 분사되는,
    내연 기관을 작동하기 위한 제어 시스템(1).
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 고부하 폐쇄 각도(αh)는 35° BBDC 내지 10° BBDC의 범위 내에 위치하는,
    내연 기관을 작동하기 위한 제어 시스템(1).
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 고부하 모드에서, 연료는 하한으로서 상사점(TDC) 이전 13° 내지 상한으로서 상사점(TDC) 이전 3°의 범위 내에서 분사되는,
    내연 기관을 작동하기 위한 제어 시스템(1).
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    회전식으로 지지되며 제1 편심부(36)를 구비한 샤프트(42)와,
    상기 샤프트(42)의 회전 각도를 적어도 제1 각도 위치 및 상기 제1 각도 위치와는 상이한 제2 각도 위치로 조절하는 조절 장치(50)를 더 포함하며,
    상기 제1 편심부(36)는 상기 흡입 밸브(4)를 제어하기 위한 흡입 밸브 작동 레버(26)를 지지하고,
    상기 제1 각도 위치는 상기 고부하 모드와 관련되며 상기 제2 각도 위치는 상기 부분 부하 모드와 관련되고,
    상기 제1 편심부(36)는, 상기 제1 각도 위치에서 상기 관련된 흡입 밸브(4)가 상기 흡입 밸브 고부하 폐쇄 각도에서 폐쇄되고, 상기 제2 각도 위치에서 상기 관련된 흡입 밸브가 상기 흡입 밸브 부분 부하 폐쇄 각도에서 폐쇄되도록 상기 샤프트(42)에 설계되고 배열되는,
    내연 기관을 작동하기 위한 제어 시스템(1).
  8. 제7항에 있어서,
    상기 샤프트(42)는 배기 밸브(6)를 제어하기 위한 배기 밸브 작동 레버(30)를 지지하는 제2 편심부(38)를 더 구비하며,
    상기 제2 편심부(38)는, 상기 제1 각도 위치에서 상기 관련된 배기 밸브(6)가 고부하 배기 밸브 폐쇄 각도에서 폐쇄되고, 상기 제2 각도 위치에서 상기 관련된 배기 밸브가 상기 고부하 배기 밸브 폐쇄 각도보다 더 앞서는 부분 부하 배기 밸브 폐쇄 각도에서 폐쇄되도록 상기 샤프트(42)에 설계되고 배열되는,
    내연 기관을 작동하기 위한 제어 시스템(1).
  9. 제7항에 있어서,
    상기 샤프트(42)는 연료 분사기(8)를 제어하기 위한 연료 펌프 작동 레버(34)를 지지하는 제3 편심부(40)를 더 구비하며,
    상기 제3 편심부(40)는, 상기 제1 각도 위치에서 연료가 고부하 분사 타이밍 동안 분사되도록 상기 관련된 연료 분사기(8)가 제어되며, 상기 제2 각도 위치에서 연료가 상기 고부하 분사 타이밍보다 더 앞서는 부분 부하 분사 타이밍 동안 분사되게 상기 관련된 연료 펌프가 제어되도록 상기 샤프트(42)에 설계되고 배열되는,
    내연 기관을 작동하기 위한 제어 시스템(1).
  10. 적어도 하나의 흡입 밸브(4)를 구비한 적어도 하나의 실린더 유닛(9)을 포함하는 내연 기관을 작동하는 방법이며,
    상기 방법은,
    상기 적어도 하나의 흡입 밸브(4)는 흡입 밸브 부분 부하 폐쇄 각도(αp)에서 폐쇄되며, 최대 엔진 부하의 40% 내지 75%의 범위 내에 있는 부분 부하 상한까지의 엔진 부하에서 부분 부하 모드로 상기 내연 기관을 작동하는 단계와,
    상기 적어도 하나의 흡입 밸브(4)는 상기 흡입 밸브 부분 부하 폐쇄 각도보다 5° 내지 25° 더 앞서는 범위 내에 위치하는 흡입 밸브 고부하 폐쇄 각도(αh)에서 폐쇄되며, 상기 부분 부하 상한을 초과하는 엔진 부하에서 고부하 모드로 상기 내연 기관을 작동하는 단계를 포함하고,
    흡입 밸브 고부하 폐쇄 각도(αh)와 흡입 밸브 부분 부하 폐쇄 각도(αp) 사이의 차이(d)는 부분 부하 상한이 감소함에 따라 더 크게 설정되는,
    내연 기관을 작동하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 부분 부하 폐쇄 각도는 하한으로서 하사점(BDC) 이전 15° 내지 상한으로서 하사점(BDC) 이후 10°의 범위 내에 위치하는,
    내연 기관을 작동하는 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 고부하 모드에서, 연료는 고부하 모드 분사 타이밍 동안 분사되고,
    상기 부분 부하 모드에서, 연료는 상기 고부하 모드 분사 타이밍보다 2° 내지 6° 더 앞서는 부분 부하 분사 타이밍 동안 분사되는,
    내연 기관을 작동하는 방법.
  13. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 부분 부하 모드에서, 연료는 하한으로서 상사점(TDC) 이전 15° 내지 상한으로서 상사점(TDC) 이전 2°의 범위 내에서 분사되는,
    내연 기관을 작동하는 방법.
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