KR20100116208A - 터보차징과 배기 가스 재순환 사이의 분배된 배기 가스 흐름의 제어 - Google Patents

터보차징과 배기 가스 재순환 사이의 분배된 배기 가스 흐름의 제어 Download PDF

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Abstract

내연 엔진 시스템의 배기 가스 흐름을 제어하는 방법, 및 이를 사용하는 제품들과 시스템들.

Description

터보차징과 배기 가스 재순환 사이의 분배된 배기 가스 흐름의 제어{CONTROLLING EXHAUST GAS FLOW DIVIDED BETWEEN TURBOCHARGING AND EXHAUST GAS RECIRCULATING}
본 출원은 2008년 2월 22일에 출원된 미국 가출원 번호 61/030,772호의 이익을 청구하고 있다.
본 공개서가 일반적으로 관련된 분야는 내연 엔진으로부터 나온 배기 가스의 흐름을 제어하는 방법들을 포함한다.
연소 엔진 시스템들은 공기와 연료가 기계적인 회전력으로 전환되기 위해 연소되는 연소실들을 가지는 엔진들을 포함한다. 연소 엔진 시스템들은 또한 흡입 가스를 연소실들로 이송하기 위해 엔진의 상류에 있는 흡기 시스템들 및 연소실들로부터 멀리 배기 가스를 운반하기 위해 엔진의 하류에 있는 배기 시스템들을 포함하는 브리딩 시스템들(breathing systems)을 포함한다. 브리딩 시스템들은 또한 더 낮은 NOx 배출을 위해 배기 시스템으로부터 배기 가스를 재순환시켜서 흡기 시스템을 통해 엔진으로 되돌아오게 하는 배기 가스 재순환(exhaust gas recirculation: EGR) 경로들 및 밸브들을 포함할 수 있다.
연소 엔진 시스템들에는 또한 엔진 출력을 효율적으로 증대시키기 위해 연소실들로 들어가기 전에 흡입 가스를 가압하기 위한 터보차저들이 구비될 수 있다. 터보차저는 기본적으로 흡입 부스트 압력을 발생시키기 위해 흡기 시스템에 있는 압축기, 압축기에 회전 가능하게 연결되고 배기 시스템에 배치되며 압축기를 구동하기 위해 가압된 배기 가스에 의해 동력이 공급되는 터빈을 포함한다. 엔진으로부터 나온 가압된 배기 가스는 공기압으로 로터를 회전시키기 위해 터빈의 블레이드가 있는 로터와 충돌한다. 회전하는 로터와 샤프트는 압축기의 블레이드가 있는 임펠러를 기계적으로 회전시킨다. 회전하는 임펠러는 엔진에 공급되는 흡입 가스의 질량을 증대시키기 위해 흡입 가스를 가압시킴으로써, 주어진 엔진의 변위 및 속도를 위한 엔진 출력을 증가시키기 위하여 증가된 연소를 위해 더 많은 연료가 연소된다.
본 발명의 하나의 예시적인 실시예는 블로우다운(blowdown) 및 소기(scavenging) 배기 밸브들 사이에서 분배된 배기 가스 흐름을 가지는 터보차지된 엔진을 포함하며 또한 엔진과 연통되는 흡기 및 배기 서브시스템들 및 흡기 및 배기 서브시스템들에 걸쳐서 연통되는 배기 가스 재순환(EGR) 서브시스템을 포함하는 내연 엔진 시스템을 제어하는 방법을 포함할 수 있으며, 이 방법은 블로우다운 배기 밸브를 배기 서브시스템과 연통시키며, 소기 배기 밸브를 엔진의 하류에 있는 (EGR) 서브시스템과 연통시키는 단계; 배기 서브시스템의 터보차저 터빈과 EGR 서브시스템 사이의 배기 가스 흐름을 분배하기 위해 배기 밸브들의 타이밍을 변경하는 단계; 및 EGR 서브시스템을 통하여 소기 배기 가스 흐름을 분배하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 예시적인 실시예는 블로우다운 및 소기 배기 밸브들 사이에서 분배된 배기 가스 흐름을 가지는 터보차지된 엔진을 포함하며 또한 엔진과 연통되는 흡기 및 배기 서브시스템들 및 흡기 및 배기 서브시스템들에 걸쳐 연통되는 배기 가스 재순환(EGR) 서브시스템을 포함하는 내연 엔진 시스템을 제어하는 방법을 포함할 수 있으며, 이 방법은 블로우다운 배기 밸브를 배기 서브시스템과 연통시키며, 소기 배기 밸브를 엔진의 하류에 있는 EGR 서브시스템과 연통시키는 단계; 및 블로우다운 배기 가스로 배기 서브시스템에 있는 다수의 터보차저 터빈들을 구동시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 예시적인 실시예는 블로우다운 배기 밸브 및 소기 배기 밸브를 포함하는 터보차지된 내연 엔진; 엔진에 흡입 가스를 전달하는 흡기 서브시스템; 엔진으로부터 멀리 배기 가스를 운반하며, 엔진의 블로우다운 배기 밸브와 연통되는 블로우다운 배기 매니폴드, 및 엔진의 소기 배기 밸브와 연통되는 소기 배기 매니폴드를 포함하는 배기 서브시스템; 흡기 서브 시스템에 있는 압축기 및 블로우다운 배기 매니폴드와 연통되게 배기 서브시스템에 있는 터빈을 포함하는 터보차징 서브시스템; 및 배기 및 흡기 서브시스템들에 걸쳐서 연통되며, 소기 배기 매니폴드와 연통되는 적어도 하나의 EGR 밸브를 포함하는 배기 가스 재순환(EGR) 서브시스템을 포함하는 내연 엔진 시스템을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 예시적인 실시예들은 이후에 제공되는 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 상세한 설명과 구체적인 예들은, 본 발명의 예시적인 실시예들을 개시하지만, 단지 설명을 하기 위한 것이며 본 발명의 범위를 한정하기 위한 것이 아니라고 이해되어야 한다.
본 발명의 예시적인 실시예들은 상세한 설명과 첨부된 도면들로부터 더 완전하게 이해될 것이며, 여기서:
도1은 내연 엔진 시스템의 예시적인 실시예의 개략도이며;
도2는 도1의 시스템에서 사용하기 위한 동심 캠 페이저 장치(concentric cam phaser device)의 예시적인 실시예의 개략적인 도면이며;
도3은 도1의 시스템의 적어도 하나의 터보차저와 적어도 하나의 배기 재순환 경로 사이에서 분배된 배기 가스 흐름을 제어하는 방법의 예시적인 실시예의 흐름도이며;
도4는 낮은 엔진 속도 및 부하에서의 블로우다운 및 소기 배기 밸브 타이밍의 예시적인 실시예의 도표이며;
도5는 높은 터보차저 부스트 요구에 대한 블로우다운 및 소기 배기 밸브 타이밍의 예시적인 실시예의 도표이며;
도6은 중간의 엔진 속도 및 부하에서 가변 터보차저 부스트 요구에 대한 블로우다운 및 소기 배기 밸브 타이밍의 예시적인 실시예의 도표이며;
도7은 중간의 엔진 속도 및 부하에서 증가되거나 갑작스런 터보차저 부스트 요구에 대한 블로우다운 및 소기 배기 밸브 타이밍의 예시적인 실시예의 도표이며;
도8은 중간의 엔진 속도 및 부하에서 증가되거나 갑작스런 터보차저 부스트 요구에 대한 블로우다운 및 소기 배기 밸브 타이밍의 다른 예시적인 실시예의 도표이며;
도9는 높은 엔진 속도 및 부하에서 가변 터보차저 부스트 요구에 대한 블로우다운 및 소기 배기 밸브 타이밍의 예시적인 실시예의 도표이다.
실시예(들)의 다음의 설명은 사실상 단지 예시적인 것이며 본 발명, 그의 응용, 또는 사용들을 한정하기 위해 의도된 것이 아니다.
예시적인 작동 환경이 도1에 도시되며, 터보차징과 배기 가스 재순환 사이에서 분배된 배기 가스 흐름을 제어하는 현재 개시된 방법을 수행하기 위해 사용될 수 있다. 이 방법은 어떤 적합한 시스템을 사용하여 수행될 수 있으며, 보다 구체적으로는, 시스템(10)과 같은 엔진 시스템과 함께 수행될 수 있다. 다음의 시스템 설명은 하나의 예시적인 엔진 시스템의 간단한 개요를 간단하게 제공하지만, 여기에 도시되지 않은 다른 시스템들 및 부품들도 또한 현재 개시된 방법을 지원할 수 있다.
일반적으로, 시스템(10)은 기계적인 회전 에너지 및 배기 가스로 전환되기 위한 연료 및 흡입 가스의 혼합물을 연소시킬 수 있는 내연 엔진(12), 및 흡입 가스를 엔진(12)에 전달할 수 있으며 엔진(12)으로부터 멀리 배기 가스를 운반할 수 있는 엔진 브리딩 시스템(14)을 포함할 수 있다. 시스템(10)은 또한 흡입 가스와 함께 그 안에서 연소를 위해 어떤 적당한 액체 및/또는 가스 연료를 엔진(12)에 제공하기 위한 연료 서브시스템(도시되지 않음), 및 엔진 시스템(10)의 작동을 제어하기 위한 제어 서브시스템(16)을 포함할 수 있다.
내연 엔진(12)은 가솔린 엔진과 같은 불꽃-점화 엔진, 디젤 엔진과 같은 자기 점화 또는 압축-점화 엔진, 또는 기타 같은 종류의 것과 같은 어떤 적당한 타입의 엔진일 수 있다. 엔진(12)은, 실린더 헤드(별도로 도시되지는 않음)와 함께, 연료 및 흡입 가스의 혼합물의 내부 연소를 위한 연소실들(20)을 한정할 수 있는, 그 내부에 실린더들 및 피스톤들(또한 별도로 도시되지는 않음)을 가지는 블록(18)을 포함할 수 있다. 엔진(12)은 또한 어떤 적당한 수량의 흡기 밸브들(22) 및 어떤 적당한 개수의 제1 또는 블로우다운 배기 밸브들(24)과 제2 또는 소기 배기 밸브들(25)을 포함할 수 있는 어떤 적당한 수량의 배기 밸브들을 포함할 수 있다.
엔진(12)은 어떤 수량의 실린더들을 포함할 수 있으며, 어떤 크기를 가질 수 있으며 어떤 적당한 속도들 및 부하들에 따라 작동될 수 있다. 예시적인 공회전 속도들은 약 500 내지 약 800 RPM일 수 있으며, 전형적인 최대 엔진 속도는 약 5500 내지 6500 RPM일 수 있지만 심지어는 이 범위를 초과할 수 있다. 여기에 사용된 바와 같이, 낮은 속도들 및 부하들이라는 용어는 최대 엔진 속도들 및 부하들의 약 0% 내지 33%를 포함할 수 있으며, 중간의 속도들 및 부하들은 최대 엔진 속도들 및 부하들의 약 25% 내지 75%를 포함할 수 있으며, 높은 속도들 및 부하들은 최대 엔진 속도들 및 부하들의 약 66% 내지 100%를 포함할 수 있다. 여기에 사용된 바와 같이, 낮은 내지 중간의 속도들 및 부하들은 최대 엔진 속도들 및 부하들의 약 0% 내지 50%를 포함할 수 있으며, 중간 내지 높은 속도들 및 부하들은 최대 엔진 속도들 및 부하들의 약 50% 내지 100%를 포함할 수 있다.
밸브 타이밍은 밸브들을 개방시키기 위해 캠샤프트들이나 밸브 솔레노이드들 또는 기타 같은 종류의 것에 의해 조정될 수 있다. 전형적인 엔진 사이클에서, 배기 밸브는 피스톤이 하사점(bottom dead center: BDC) 위치에 도달하기 바로 전에 개방되며 그 후에 바로 모든 연소된 흡입 가스의 대략 절반이 상대적으로 높은 압력 하에 있는 연소실을 나간다. 이는 통상적으로 엔진 사이클의 배기 부분의 블로우다운 위상(blowdown phase)이라고 한다. 피스톤은 상사점(top dead center: TDC) 위치를 향해 상부측으로 다시 이동하며 상대적으로 더 낮은 압력 하에 있는 연소실들로부터 잔류하는 연소된 흡입 가스의 대부분 그렇지 않으면 모두를 배출시킨다. 이는 통상적으로 엔진 사이클의 배기 부분의 소기 위상(scavenging phase)이라고 한다.
이제 도2를 참조하면, 엔진(12)은 배기 밸브들(24, 25)을 작동시키기 위한 어떤 적당한 가변 밸브 타이밍 장치들을 포함할 수 있다. 일 예에서, 솔레노이드들과 같은 개개의 액추에이터들(도시되지 않음)이 배기 밸브들(24, 25)을 작동시키는데 사용될 수 있다. 다른 예에서, 듀얼 작동 동심 캠 장치(13)가 다른 배기 밸브에 대해 독립적인 각각의 배기 밸브들(24, 25)을 작동시키는데 사용될 수 있다. 장치(13)는 캠 튜브(105)에 의해 지지되는 캠 샤프트(103)를 포함하는 동심 샤프트들을 포함할 수 있는 캠샤프트 어셈블리(101)를 포함할 수 있다. 캠 샤프트(103)는 블로우다운 또는 소기 밸브 캠들(107, 109)을 지지하며 캠 튜브(105)는 블로우다운 또는 소기 밸브 캠들(107, 109) 중의 다른 하나를 지지한다. 일 실시예에서, 블로우다운 밸브 캠들에 결합된 샤프트 또는 튜브는 엔진 크랭크샤프트에 대한 고정 위상 관계를 가질 수 있으며 소기 밸브들에 결합된 다른 동심 샤프트는 캠 페이저(111)에 의해 바뀌는 엔진 크랭크샤프트에 대한 가변 위상 관계를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 다소 더 큰 성능과 효율을 제공하면서, 하나 이상의 캠 페이저들(111)이 서로에 대하여 그리고 엔진 크랭크샤프트에 대하여 독립적으로 캠 샤프트(103) 및 튜브(105)의 위상 관계를 바꿀 수 있다. 배기 밸브들의 타이밍 및/또는 리프트는 페이저(들)(111)로 캠 샤프트(103)와 튜브(105) 사이의 위상 또는 각도를 조정함으로써 제어될 수 있다.
캠 장치(13)는 모든 속도들 및 부하들에서 양호한 엔진 배출 및 효율을 산출하기 위해 엔진 시험 및 교정에 근거한, 엔진 전자 제어 모듈과 같은, 제어 서브시스템(16)에 의해 제어될 수 있다. 캠 장치(13)는 터보차저 터빈에 전달된 에너지를 변화시켜서 터보 웨이스트케이트 장치(turbo wastegate device)에 대한 필요가 없이 터보차저 부스트(turbocharger boost)를 제어하기 위해 배기 밸브들(24, 25)과 함께 주요한 장치일 수 있다.
일반적으로, 블로우다운 및 소기 밸브들의 최적의 밸브 타이밍은 용도에 따라 특정될 것이며, 따라서, 엔진에 따라 바뀔 것이다. 그러나, 블로우다운 밸브들(24)은 소기 밸브들(25)보다 더 높은 리프트와 함께, 상대적으로 전진된 타이밍을 가질 수 있으며, 더 긴 밸브 개방 시간을 가질 수 있다. 일 예에서, 블로우다운 밸브들(24)의 리프트는 대략 180도의 크랭크 각도에서 도달할 수 있는 최대 리프트일 수 있으며, 소기 밸브들(25)의 리프트는 대략 160도의 크랭크 각도에서 도달할 수 있는 최대 리프트일 수 있다.
블로우다운 밸브(들)(24)를 위한 시간 및/또는 리프트를 포함하는 예시적인 밸브 타이밍은 종래의 배기 밸브들이 구비된 동일하거나 유사한 엔진에 대한 밸브 타이밍의 약 70 내지 100%일 수 있다. 블로우다운 밸브(들)(24)를 위한 더 구체적인 예시적 밸브 타이밍은 종래의 배기 밸브들이 구비된 동일하거나 유사한 엔진에 대한 밸브 시간 및 리프트 타이밍의 약 85 내지 95%(예를 들면 90%)의 시간 및 약 90 내지 100%(예를 들면 95%)의 리프트일 수 있다. 블루우다운 밸브(들)(24)의 밸브 개방 타이밍은 일반적으로 최소 터보차저 부스트 조건에서 유사하거나 후퇴될 수 있으며, 부스트를 증가시키기 위해 전진될 수 있다. 블로우다운 밸브(들)(24)를 위한 캠 장치(13)에 대한 예시적인 위상 권한(phase authority)은 약 2000과 5500 RPM 사이에서 약 25 내지 40도(예를 들면 28도)의 크랭크샤프트 각도일 수 있다.
소기 밸브(들)(25)를 위한 시간 및/또는 리프트를 포함하는 예시적인 밸브 타이밍은 종래의 배기 밸브들이 구비된 동일하거나 유사한 엔진에 대한 밸브 타이밍의 약 60 내지 90%일 수 있다. 소기 밸브(들)(25)를 위한 더 구체적인 예시적 밸브 타이밍은 종래의 배기 밸브들이 구비된 동일하거나 유사한 엔진에 대한 밸브 시간 및 리프트 타이밍의 약 75 내지 85%(예를 들면 80%)의 시간 및 약 80 내지 90%(예를 들면 85%)의 리프트일 수 있다. 소기 밸브(들)(25)의 밸브 폐쇄 타이밍은 일반적으로 종래의 배기 밸브들이 구비된 동일하거나 유사한 엔진의 밸브 폐쇄 타이밍과 유사할 수 있다. 소기 밸브(들)(25)를 위한 캠 장치(13)에 대한 예시적인 위상 권한은 약 2000과 5500 RPM 사이에서 약 30 내지 60도(예를 들면 40도)의 크랭크샤프트 각도일 수 있다.
도1을 참조하면, 엔진 브리딩 시스템(14)은 흡입 가스를 압축하고 냉각해서 엔진(12)으로 이송시킬 수 있는 흡기 서브시스템(26) 및 배기 가스로부터 에너지를 추출해서 엔진(12)으로부터 멀리 운반할 수 있는 배기 서브시스템(28)을 포함할 수 있다. 엔진 브리딩 시스템(14)은 또한 엔진 시스템(10)으로부터 배출 및 펌핑 손실을 줄이도록 외기와 혼합하기 위해 배기 가스를 재순환시키도록 배기 및 흡기 서브시스템들(26, 28)에 걸쳐서 연통되는 배기 가스 재순환(EGR) 서브시스템(30)을 포함할 수 있다. 엔진 브리딩 시스템(14)은 유입 공기를 압축하고 그에 의해 엔진 출력을 증가시키도록 연소를 개선시키기 위해 흡기 및 배기 서브시스템들(26, 28) 사이에 터보차징 서브시스템(32)을 더 포함할 수 있다. 여기에 사용된 바와 같이, 흡입 가스라는 말은 외기, 압축된 공기, 및/또는 재순환된 배기 가스를 포함할 수 있다.
터보차징 서브시스템(32)은 1단 시스템일 수 있거나, 도시된 바와 같이, 다단 또는 순차적 터보차징 서브시스템일 수 있다. 터보차징 서브시스템(32)은 배기 서브시스템(28)에 있는 터빈 측(34) 및 흡기 서브시스템(26)에 있는 압축기 측(36)을 포함할 수 있다. 다단 터보차징은 대부분 또는 모든 엔진 작동 점들에 걸쳐 서브시스템(32)의 터빈 및 압축기 측들(34, 36)의 연속적인 가변 적응을 허용할 수 있다. 터보차징 서브시스템(32)은 직렬, 병렬, 또는 양쪽 모두로 연결될 수 있으며, 웨이스트게이트 밸빙(wastegate valving) 또는 바이패스 조정을 사용할 수 있거나 사용하지 않을 수 있는, 어떤 크기 및 타입의 하나, 둘, 또는 그 이상의 터보차저들을 포함할 수 있다. 다시 말해서, 서브시스템(32)은 또한 어떤 적당한 압축기 및/또는 어떤 적당한 타입의 터빈 바이패스 또는 웨이스트게이트 밸브들을 포함할 수 있다. 그러나 여기에 개시된 방법 및 장치에서는 터빈 바이패스 밸브들의 필요가 감소되거나 또는 필요가 없어질 것이라고 생각된다.
예시적인 터보차징 서브시스템(32)은 제1 터보차저(38)를 포함할 수 있으며 또한 제1 및 제2 단들을 따르는 제2 터보차저(40)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 터보차저(38)는 상대적으로 작은 고압(HP) 터보차저일 수 있으며, 제2 터보차저(40)는 상대적으로 큰 저압(LP) 터보차저일 수 있다. 터보차저들(38, 40) 중의 하나 또는 양쪽 모두는 가변 터빈 구조(variable turbine geometry: VTG) 타입의 터보차저들, 듀얼-스테이지 터보차저들, 또는 웨이스트게이트 또는 바이스패스 장치들, 또는 기타 같은 종류의 것을 가지는 터보차저들일 수 있다. 비록 VTG 터보차저들로 인해 종래의 배기 시스템들이 구비된 엔진들에서 배압이 증가되고 이에 수반하여 연료 절약을 감소시키는 경향이 있지만, VTG 터보차저들은 엔진(12)과 같은 분배된 배기 엔진과 함께 사용될 때 더 효율적이다. 이는 배기 중에 엔진 피스톤들에 작용하는 배기 배압이 터보차저 터빈 입구에서의 높은 배압에 의해 전형적으로 최소로 영향을 받기 때문에, 작은 노즐 개방들에서, 펌핑 기생 손실에 기인한, 펌핑 평균 유효 압력(pumping mean effective pressure: PMEP) 악영향들이 터빈 에너지가 블로우다운 배기 밸브 경로에 의해 전달될 때 크게 감소될 수 있기 때문이다. 어떤 경우에도, 터보차저들(38, 40) 및/또는 어떤 터보차저 부속 장치(들)는 다음의 예시적인 파라미터들, 즉 터보차저 부스트 압력, 공기 유량, 및/또는 EGR흐름 중 한 가지 이상에 영향을 끼치도록 조정될 수 있다.
제1 터보차저(38)는 제1 터빈(42) 및 제1 터빈(42)에 기계적으로 결합되는 제1 압축기(44)를 포함할 수 있다. 제2 터보차저(40)는 제2 터빈(46) 및 제2 터빈(46)에 기계적으로 결합되는 제2 압축기(48)를 포함할 수 있다. 터빈 바이패스 밸브(45)는 제2 터빈(46)과 제1 터빈(42)의 바로 상류의 위치 사이에 위치할 수 있으며, 제2 터빈(46)에 통합될 수 있다. 유사하게, 압축기 바이패스 밸브(47)는 제2 압축기(48)와 냉각기(54)에서와 같이 제1 압축기(44)의 바로 하류의 위치 사이에 위치할 수 있으며, 제2 압축기(48)에 통합될 수 있다.
바이패스 밸브들(45, 47)은 공압으로, 전기로, 전자적으로, 또는 어떤 다른 적당한 방식으로 제어되는 어떤 적당한 액추에이터들(도시되지 않음)을 가지는 것을 사용하여, 능동적으로 제어될 수 있다. 이 장치에서, 터보차저들(38, 40)은 이들 중의 하나 또는 양쪽 모두가 모든 엔진 작동 점들에서 작동하는 방식으로 조정될 수 있다. 예를 들어, 상대적으로 낮은 엔진 부하들 및 속도들에서, 즉 배기 질량 유량이 낮을 때, 대부분의 배기 가스 질량 유량은 제1 터빈(42)에 의해 팽창될 수 있다. 이는 흡기 시스템(26)에서 부스트 압력의 매우 빠르고 높은 상승을 초래할 수 있다. 그러나 엔진 부하 및 속도가 증가함에 따라, 배기 가스 팽창은 어떤 시간에 걸쳐 바이패스 밸브들(45, 47)의 개방을 증대시킴으로써 계속해서 제2 터빈(46)으로 이동될 수 있다. 이는 작동 엔진(12)의 실제 요구조건들에 대한 터빈 및 압축기 측들(34, 36)의 계속적인 적응을 허용하는, 조정된 2단 직렬 터보차징의 일 예이다.
흡기 서브시스템(26)은, 적당한 배관 및 커넥터들에 추가하여, 들어오는 공기를 여과하는 에어 필터(52)를 가질 수 있는 입구 단부(50), 및 입구 공기를 압축하기 위해 입구 단부(50)의 하류에 있는 터보차저 압축기들(48, 44) 중의 하나 또는 양쪽 모두를 포함할 수 있다. 흡기 서브시스템(26)은 또한 압축된 공기를 냉각하기 위해 터보차저 압축기들(48, 44)의 하류에 있는 차지 에어 냉각기(54), 및 엔진(12)으로의 냉각된 공기의 흐름을 스로틀하기 위해 차지 에어 냉각기(54)의 하류에 있는 흡기 스로틀 밸브(56)를 포함할 수 있다. 흡기 서브시스템(26)은 또한 스로틀된 공기를 받아들여서 엔진 연소실들(20)로 분배하는, 스로틀 밸브(56)의 하류에 있으며 엔진(12)의 상류에 있는 흡기 매니폴드(58)를 포함할 수 있다. 흡기 서브시스템(26)은 또한 어떤 다른 적당한 장치들을 포함할 수 있다.
배기 서브시스템(28)은 적당한 배관 및 커넥터들에 추가하여, 엔진(12)의 연소실들(20)로부터 나온 배기 가스를 수집하여 배기 서브시스템(28)의 나머지로 엔진(12)의 하류에서 이송하는 배기 매니폴드(60)를 포함할 수 있다. 배기 매니폴드(60)는 블로우다운 배기 밸브들(24)과 연통되는 제1 또는 블로우다운 배기 매니폴드(62), 및 소기 배기 밸브들(25)과 연통되는 소기 배기 매니폴드(63)를 포함할 수 있다. 배기 매니폴드(60)는 실린더 헤드(별도로 도시되지 않음)로부터 분리될 수 있거나, 이와 통합될 수 있다. 블로우다운 및 소기 배기 매니폴드들(62, 63)은 서로 분리될 수 있거나, 통합될 수 있다.
배기 서브시스템(28)은 또한 배기 매니폴드(60)와, 보다 상세하게는, 블로우다운 매니폴드(62)와 하류에서 연통되는 터보차저 터빈들(42, 46) 중의 하나 또는 양쪽 모두를 포함할 수 있다. 배기 서브시스템(28)은 또한 배기 매니폴드(60)의 하류에 있는 배출 장치(들)(64a, 64b)와 같은, 어떤 수량의 적당한 배출 장치들을 포함할 수 있다. 배출 장치(들) (64a, 64b)는 근접-결합된 디젤 산화 촉매(diesel oxidation catalyst: DOC) 장치, 질소 산화물(NOx) 흡착재 유닛, 입자 필터, 및/또는 기타 같은 종류의 것과 같은 하나 이상의 촉매 컨버터들을 포함할 수 있다. 배압 밸브(들)와 같은, 하나 또는 그 이상의 가변 제한 밸브들(65)은 낮은 엔진 속도에서 터보차저 터빈(들)(42, 46)에 전달된 배기 에너지를 증가시킬 수 있도록 제1 배출 장치(64a)의 앞에 및/또는 뒤에 소기 배기 매니폴드(63)와 연통되게 위치할 수 있다. 또한, 차단 밸브들(61a, 61b)과 같은, 하나 이상의 밸브들은 터빈(들)(42, 46)의 입구 앞에 및/또는 터빈(들)(42, 46)의 출구 뒤에 블로우다운 배기 매니폴드(62)와 연통되게 위치할 수 있다. 배기 서브시스템(28)은 또한 밸브(들)(61b, 65)의 하류에 위치하는 하나 이상의 다른 배출 장치들과 같은, 어떤 다른 적당한 장치들을 포함할 수 있다.
EGR 서브시스템(30)은 엔진(12)에서 연소를 위해 배기 서브시스템(28)으로부터 흡기 서브시스템(26)까지 일부분의 배기 가스를 재순환시킬 수 있으며, 단일 경로 EGR 서브시스템일 수 있거나, 하이브리드 또는 듀얼 경로 EGR 서브시스템일 수 있다. 도시된 바와 같이, EGR 서브시스템(30)은 터보차저 터빈들(42, 46) 중의 하나 또는 양쪽 모두의 상류에서 배기 서브시스템(28)에 연결되지만 터보차저 압축기들(48, 44) 중의 하나 또는 양쪽 모두의 하류에서 흡기 서브시스템(26)에 연결되는 고압(high pressure: HP) EGR 경로를 포함할 수 있다. 저압(low pressure: LP) EGR 경로는 터보차저 터빈들(42, 46) 중의 하나 또는 양쪽 모두의 하류에서 배기 서브시스템(28)에 연결될 수 있지만 터보차저 압축기들(48, 44) 중의 하나 또는 양쪽 모두의 상류에서 흡기 서브시스템(26)에 연결될 수 있다. 내부 HP EGR을 유도하기 위해 내부 엔진 가변 밸브 타이밍 및 리프트의 사용과 같은 HP EGR의 다른 형태들을 포함하는 배기 및 흡기 서브시스템들(26, 28) 사이의 어떤 다른 적당한 연결이 또한 고려될 수 있다. 내부 HP EGR에 따라, 엔진 배기 및 흡기 밸브들의 작동은 배기 가스가 뒤따르는 연소 이벤트에서 연소되도록 하나의 연소 이벤트 중에 발생된 얼마간의 배기 가스를 흡기 밸브들을 통해 다시 연통시키기 위해 타이밍이 정해질 수 있다(timed).
EGR 서브시스템(30)은, 적당한 배관 및 커넥터들에 추가하여, 배기 서브시스템(28)에서부터 흡기 서브시스템(26)로 배기 가스의 재순환을 제어하기 위해 하나 이상의 HP 및/또는 LP EGR 밸브들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 또는 블로우다운 EGR 밸브(66)는 블로우다운 매니폴드(62)에서부터 흡기 서브시스템(26)로 EGR을 제어하거나 분배하는데 사용될 수 있으며, 제2 또는 소기 블로우다운 EGR 밸브(67)는 소기 매니폴드(63)에서부터 흡기 서브시스템(26)으로 EGR을 제어하거나 분배하는데 사용될 수 있다. 게다가, 제3 또는 비례 밸브(68)는 블로우다운 및 소기 배기 가스 흐름들 사이에서 배기 매니폴드(60)로부터 나오는 EGR 흐름을 제어하거나 분배하기 위해 제1 및 제2 밸브들(66, 67)의 바로 상류에서 사용될 수 있다. 그 대신에, 제3 밸브(68)는 생략될 수 있으며 블로우다운 매니폴드(62)가 블로우다운 EGR 밸브(66)와 직접 연통될 수 있고 소기 매니폴드(63)가 소기 EGR 밸브(67)와 직접 연통될 수 있다. 비례 밸브(68) 및 다른 EGR 밸브들(66, 67)의 하나 또는 양쪽 모두의 개방은 터보차저 부스트 레벨들이 배기 밸브들(25, 25) 단독의 제어에 의해 충분히 감소될 수 없는 엔진 작동 점들에서 터보차저들(38, 40)의 하나 또는 양쪽 모두에 의해 전달되는 부스트 레벨을 감소시킬 수 있다. 또한, 제4 또는 LP EGR 밸브(70)는 터빈들(42, 46) 중의 하나 또는 양쪽 모두의 하류에 있는 배기 서브시스템(28)의 위치로부터 흡기 서브시스템(26)로 EGR을 제어하거나 분배하는데 사용될 수 있다.
EGR 서브시스템(30)은 또한 밸브들(66, 67, 68, 70)의 하류에 있는 EGR 냉각기(72), 및 터보차징 서브시스템(32)의 하류에 있는 흡기 서브시스템(26)의 위치와 압축기들(44, 48) 중의 하나 또는 양쪽 모두의 상류의 위치 사이에서 EGR 흐름을 분배하기 위해 EGR 냉각기(72)의 하류에 위치하는 제5 또는 하류 EGR 밸브(74)를 포함할 수 있다. 제5 EGR 밸브(74)는 그 자신의 액추에이터를 가지는 독립형 장치일 수 있거나 공통의 액추에이터를 가지는 결합된 장치로 흡기 스로틀 밸브(56)와 통합될 수 있다. 밸브들(66, 67, 68, 70, 74) 및 냉각기(72)는 개별적인 장치들일 수 있거나, 2개 이상의 밸브들(66, 67, 68, 70, 74) 및/또는 냉각기(72)는 삼방 밸브(69), 사방 밸브(71), 또는 기타 같은 종류의 것과 같은 하나 이상의 다기능 장치들에 통합될 수 있다. EGR 구조는 엔진 내부 HP EGR 흐름 경로, 듀얼 스테이지 터보 EGR 흐름 경로, 냉각기들이 없는 EGR 흐름 경로들, 및/또는 기타 같은 종류의 것을 포함할 수 있다. 어떤 경우에도, EGR 밸브들(66, 67, 68, 70, 74)의 하나 이상은 배기 및 흡기 서브시스템들(28, 26) 사이의 EGR 경로(들)을 통해 소기 및/또는 블로우다운 배기 가스 흐름들을 분배하는데 사용될 수 있다.
마지막으로, 제어 서브시스템(16)은 여기서 아래에 개시된 적어도 몇몇 부분의 방법들을 수행하기 위해 어떤 적당한 하드웨어, 소프트웨어, 및/또는 펌웨어를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 서브시스템(16)은 다양한 엔진 시스템 액추에이터들 및 센서들(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 엔진 시스템 센서들은 도면들에 개별적으로 도시되지 않았지만 엔진 시스템 파라미터들을 모니터링하기 위한 어떤 적당한 장치들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 엔진 속도 센서는 엔진 크랭크샤프트(도시되지 않음)의 회전 속도를 측정할 수 있으며, 엔진 연소실들(20)과 연통되는 압력 센서들은 엔진 실린더 압력을 측정할 수 있으며, 흡기 및 배기 매니폴드 압력 센서들은 연소실들(20)로 들어가거나 이로부터 나오는 가스의 압력을 측정할 수 있으며, 입구 공기 질량 유량 센서는 흡기 서브시스템(26)에서 들어오는 공기흐름을 측정할 수 있으며, 흡기 매니폴드 질량 유량 센서는 엔진(12)으로의 흡입 가스의 흐름을 측정할 수 있다. 다른 예에서, 온도 센서들은 엔진(12)으로 흐르는 흡입 가스의 온도를 측정할 수 있다. 또 다른 예에서, 엔진 시스템(10)은 이의 회전 속도를 측정하기 위해 터보차저들(38, 40) 중의 하나 또는 양쪽 모두에 적당하게 결합된 속도 센서를 포함할 수 있다. 통합된 각도 위치 센서와 같은 스로틀 위치 센서는 스로틀 밸브(56)의 위치를 측정할 수 있다. 위치 센서는 만약 제공된다면 VTG 블레이드들의 위치를 측정하기 위해 터보차저들(38, 40)에 인접하게 배치될 수 있다. 미관 온도 센서는 배기 서브시스템에서 나오는 배기 가스의 온도를 측정하기 위해 미관 출구의 바로 상류에 배치될 수 있다. 또한, 온도 센서들은 이의 입구(들) 및 출구(들)에서 배기 가스의 온도를 측정하기 위해 배출 장치(들)의 상류 및 하류에 배치될 수 있다. 유사하게, 하나 이상의 압력 센서들은 이에 걸쳐서 있는 압력 강하를 측정하기 위해 배출 장치(들)에 걸쳐서 배치될 수 있다. 산소(O2) 센서는 배기 가스 및/또는 흡입 가스에 있는 산소를 측정하기 위해 배기 및/또는 흡기 서브시스템들에 배치될 수 있다. 마지막으로, 위치 센서들은 EGR 밸브들(66, 67, 68, 70, 74)의 위치를 측정할 수 있다.
여기에서 논의된 센서들에 추가하여, 어떤 다른 적당한 센서들 및 이들의 관련된 파라미터들은 현재 개시된 시스템 및 방법들에 포함될 수 있다. 예를 들어, 센서들은 또한 가속기 센서들, 차량 속도 센서들, 파워트레인 속도 센서들, 필터 센서들, 다른 유량 센서들, 진동 센서들, 노크 센서들(knock sensors), 흡기 및 배기 압력 센서들, 및/또는 기타 같은 종류의 것을 포함할 수 있다. 다시 말해서, 어떤 센서들이 전기, 기계, 및 화학 파라미터들을 포함하는 어떤 적당한 물리적 파라미터들을 감지하는데 사용될 수 있다. 여기에 사용된 바와 같이, 센서라는 용어는 어떤 엔진 시스템 파리미터 및/또는 이런 파라미터들의 다양한 조합들을 감지하는데 사용되는 어떤 적당한 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 포함할 수 있다.
제어 서브시스템(16)은 센서 입력을 수신해서 처리하며 액추에이터 출력 신호들을 전송하기 위해 액추에이터들 및 센서들과 연통되는 하나 이상의 컨트롤러들(별도로 도시되지 않음)을 더 포함할 수 있다. 컨트롤러(들)는 하나 이상의 적당한 프로세서들 및 메모리 장치들(별도로 도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 메모리는 엔진 시스템(10)의 적어도 얼마의 기능성을 제공하며 프로세서(들)에 의해 실행될 수 있는 데이터 및 명령들의 저장을 제공하도록 구성될 수 있다. 방법의 적어도 일부분은 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들 및 룩업 테이블들, 공식들, 알고리듬들, 맵들, 모델들, 또는 기타 같은 종류의 것으로 메모리에 저장된 다양한 엔진 시스템 데이터 또는 명령들에 의해 작동될 수 있다. 어떤 경우에도, 제어 서브시스템(16)은 센서들로부터 입력 신호들을 수신하고, 센서 입력 신호들에 입각하여 명령들 또는 알고리듬들을 실행하며, 적당한 출력 신호들을 다양한 액추에이터들로 전송함으로써 엔진 시스템 파라미터들을 제어할 수 있다. 여기에서 사용된 바와 같이, "모델" 이라는 용어는 룩업 테이블, 맵, 공식, 알고리듬 및/또는 기타 같은 종류의 것과 같은 변수들을 사용하는 어떤 것을 나타내는 어떤 구조 개념을 포함할 수 있다. 모델들은 용도에 따라 특정될 수 있으며 어떤 주어진 엔진 시스템의 정확한 디자인 및 성능 명세서들에 따라 특정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 위에 설명된 엔진 시스템(10)의 작동 환경 내에서 하나 이상의 컴퓨터 프로그램들로서 수행될 수 있는 EGR을 제어하는 방법을 포함할 수 있다. 본 기술분야에 숙련된 사람들은 또한 어떤 수량의 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 다른 작동 환경들 내에서 다른 엔진 시스템들을 사용하여 수행될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 이제 도3을 참조하면, 예시적인 방법(300)이 흐름도 형태로 도시된다. 방법(300)의 설명이 진행될 때, 도1의 엔진 시스템(10) 및 도4 내지 9의 타이밍 도표들이 참조될 것이다.
단계(305)에 도시된 바와 같이, 방법(300)은 어떤 적당한 방식으로 시작될 수 있다. 예를 들어, 방법(300)은 도1의 엔진 시스템(10)의 엔진(12)의 시동으로 시작될 수 있다.
단계(310)에서, 외기는 엔진 시스템의 흡기 서브시스템으로 인입될 수 있으며, 흡입 가스는 흡기 서브시스템을 통해 엔진 시스템의 엔진으로 유도될 수 있다. 예를 들어, 외기는 흡기 서브시스템(26)의 입구(50)로 인입될 수 있으며, 흡입 가스는 흡기 매니폴드(58)를 통해 엔진(12)으로 유도될 수 있다.
단계(315)에서, 배기 가스는 엔진 시스템의 배기 서브시스템을 통해 엔진으로부터 배출될 수 있다. 예를 들어, 배기 가스는 배기 매니폴드(60)를 통해 엔진(12)으로부터 배기될 수 있다. 배기 밸브들(24, 25)은 터보차저(들)(42, 46)과 EGR 서브시스템(30) 사이의 배기 가스 흐름을 분배하기 위해 서로에 대해 독립하여 작동될 수 있다.
단계(320)에서, 엔진이 공회전 속도(들)에서 또는 이(들)에 가까이서 그리고 낮거나 없는 부하에서 가동되는 중일 때, 배기 밸브들은 내부의 잔류 가스를 감소시키거나 최소화하도록 제어될 수 있다. 일 예에서, 그리고 도4를 또한 참조하면, 블로우다운 및 소기 배기 밸브들(24, 25)의 개방은 증가되거나 최대한의 오버랩을 위해 제어될 수 있다. 더 구체적인 예에서, 하나 이상의 블로우다운 배기 밸브들(24)은 완전히 후퇴될 수 있으며(24a) 하나 이상의 소기 밸브들(25)은 완전히 전진될 수 있다(25a). 특정한 예에 따르면, 블로우다운 배기 밸브들(24) 중의 적어도 하나는 약 10 내지 20도로 후퇴될 수 있으며 소기 배기 밸브들(25) 중의 적어도 하나는 약 20 내지 30도로 전진될 수 있다. 도4에 도시된 바와 같이, 블로우다운 배기 밸브들(24) 중의 적어도 하나는 밸브(들)(24)가 BDC 전에 약 0 내지 45(예를 들면 15 내지 25)도 내에서와 같이 BDC 바로 전에 개방되기 시작하도록 후퇴될 수 있으며, 소기 배기 밸브들(25) 중의 적어도 하나는 밸브(들)(25)가 TDC 후에 약 10 내지 45(예를 들면 15 내지 20)도 내에서와 같이 TDC 바로 후에 폐쇄되기 시작하도록 전진될 수 있다.
단계(325)에서, 높은 부하 또는 최대 과도 응답이 공회전 속도(들)에서 또는 이(들)에 가까이서 그리고 없거나 낮은 부하에서 운전되는 엔진과 같은 엔진으로부터 요구될 때, 배기 밸브들은 터보차저 터빈으로의 에너지 전달을 증가시키거나 최대화하도록 제어될 수 있다. 일 예에서, 그리고 도5를 참조하면, 블로우다운 및 소기 배기 밸브들(24, 25)의 개방은 최소한의 오버랩을 위해 제어될 수 있다. 더 구체적인 예에서, 하나 이상의 블로우다운 배기 밸브들(24)은 완전히 전진될 수 있으며 하나 이상의 소기 밸브들(25)은 완전히 후퇴될 수 있다. 특정한 예에 따르면, 블로우다운 배기 밸브들(24) 중의 적어도 하나는 약 10 내지 40(예를 들면 15 내지 20)도로 전진될 수 있으며 소기 배기 밸브들(25) 중의 적어도 하나는 약 20 내지 60(예를 들면 25 내지 30)도로 후퇴될 수 있다. 도5에 도시된 바와 같이, 블로우다운 배기 밸브들(24) 중의 적어도 하나는 밸브(들)(24)의 개방이 BDC 전에 약 40 내지 50도 내에서와 같이 보다 확실히 BDC 전에 있도록 전진될 수 있으며, 소기 배기 밸브들(25) 중의 적어도 하나는 밸브(들)(25)의 폐쇄가 TDC 후에 약 45 내지 80(예를 들면 50 내지 60)도 내에서와 같이 보다 확실히 TDC 후에 있도록 후퇴될 수 있다.
단계(330)에서, 엔진이 대체로 중간 속도(들) 및/또는 부하(들)에서 가동되는 중일 때, 그리고 엔진 부하 필요(즉, 터보차저 부스트)가 요망되거나 요구되는 것이 거의 없거나 전혀 없는 곳에서, 배기 밸브들은 요구된 내부 잔류 가스 유분(또는 내부 EGR) 및 터보차저 속도 사이의 요망되거나 요구되는 균형을 절충하거나 제공하기 위해 제어될 수 있다. 일 예에서, 그리고 도6을 또한 참조하면, 블로우다운 및 소기 배기 밸브들(24, 25)의 타이밍은 밸브 타이밍의 가변 오버랩을 위해 제어될 수 있다. 더 구체적인 예에서, 하나 이상의 블로우다운 배기 밸브들(24)은 최상의 엔진 효율을 위해 최적으로 배치될 수 있으며, 하나 이상의 소기 밸브들(25)은 내부 EGR과 터보차저 속도 사이의 바람직한 균형을 달성하기 위해 완전 전진되거나(25a) 또는 완전히 후퇴된(25b) 위치들까지 또는 그 사이의 어디까지 가변적으로 전진되거나 후퇴될 수 있다. 하나의 특정한 예에서, 하나 이상의 블로우다운 밸브들(24)은 일 방향으로 또는 완전히 후퇴(24a)될 수 있다. 특정한 예에 따르면, 블로우다운 배기 밸브들(24) 중의 적어도 하나는 약 10 내지 20도로 후퇴될 수 있으며 소기 배기 밸브들(25) 중의 적어도 하나는 약 40 내지 60도의 전체 범위 내에서 약 20 내지 30도로 전진되거나 후퇴될 수 있다. 블로우다운 배기 밸브들(24) 중의 적어도 하나는 밸브(들)(24)가 BDC 전에 약 15 내지 25도 내에서와 같이 BDC 바로 전에 개방되기 시작하도록 후퇴될 수 있다. 소기 배기 밸브들(25) 중의 적어도 하나는 밸브(들)(25)가 TDC 후에 약 0 내지 10도 내에서 폐쇄되기 시작하도록 전진된 한계와 밸브(들)(25)가 TDC 후에 약 50 내지 60도 내에서 폐쇄되기 시작하도록 후퇴된 한계 사이에서 변화될 수 있다.
단계(335)에서, 엔진이 적어도 몇몇 터보차저 부스트가 요망되거나 요구되는 중간 속도(들) 및/또는 부하(들)에서 대체로 가동되는 중일 때, 배기 밸브들은 양호한 엔진 효율을 위해 가변적으로 제어될 수 있다. 도7을 참조하면, 다단계 가변 제어에 따르는 일 예에서, 첫째, 하나 이상의 소기 밸브들(25)은 부스트를 위해 블로우다운 배기 에너지를 증가시키도록 후퇴될 수 있으며, 대체로 동시에, 소기 밸브(들)(25)와 흡기 밸브(들)(22)의 TDC 오버랩이 내부 EGR을 증가시키기 위해 증가될 수 있다. TDC 오버랩은, 예를 들어, 적어도 흡기 밸브(들)(22)의 타이밍을 유지하거나 흡기 밸브(들)(22)을 전진시킴으로써 달성될 수 있다. 둘째, 요망되거나 요구되는 내부 EGR 레벨이 달성될 때, 하나 이상의 블로우다운 밸브(들)(24)는 추가적인 부스트를 위해 전진될 수 있다. 특정한 예에 따르면, 소기 배기 밸브들(25) 중의 적어도 하나는 20 내지 30도로 후퇴될 수 있는 반면에 흡기 밸브들(22) 중의 적어도 하나는 정지된 상태로 유지되거나 5 내지 30도로 전진된다. 그 후에, 블로우다운 배기 밸브들(24) 중의 적어도 하나는 약 10 내지 20도의 범위 내에서 전진될 수 있다. 소기 배기 밸브들(25) 중의 적어도 하나는 밸브(들)(25)가 TDC 후에 약 50 내지 60도 내에서 개방되기 시작하도록 후퇴될 수 있으며, 흡기 밸브들(22) 중의 적어도 하나는 밸브(들)(22)가 TDC 전에 약 30도 내지 TDC 후에 약 30도 내에서 개방되기 시작하도록 유지되거나 전진될 수 있다. 블로우다운 배기 밸브들(24) 중의 적어도 하나는 밸브(들)(24)가 BDC 전에 약 40 내지 50도 내에서 개방되기 시작하도록 전진될 수 있다. 단계(335)에 따른 다른 예에서, 그리고 도8을 참조하면, 하나 이상의 블로우다운 밸브(들)(24)는 특정한 내부 EGR 레벨이 달성될 때나 달성되는 것에 관계없이 부스트와 엔진 효율의 양호한 균형을 위해 소기 배기 밸브(들)(25)의 가변 제어와 흡기 밸브(들)(22)의 전진과 대체로 동시에 가변적으로 제어될 수 있다.
단계(340)에서, 엔진이 대체로 높거나 최대의 속도(들) 및/또는 부하(들)에서 가동되는 중일 때, 배기 밸브들은, 예를 들어, 하나 이상의 터보차저들을 보호하기 위해 제어될 수 있다. 일 예에서, 그리고 도9를 또한 참조하면, 블로우다운 및 소기 배기 밸브들(24, 25)의 개방은 도4의 오버랩과 유사하지만 더 적은 정도의 증가된 오버랩을 위해 그리고 도6의 오버랩과 유사하지만 반대로 된 가변 오버랩을 위해 제어될 수 있다. 더 구체적인 예에서, 하나 이상의 소기 배기 밸브들(25)은 상당히, 그렇지 않다면 완전히, 전진될 수 있으며 하나 이상의 블로우다운 밸브들(24)은, 예를 들어, 터보차저 부스트 레벨을 조절하며, PMEP를 최소화하기 위해 가변적으로 전진되거나 후퇴될 수 있다. 특정한 예에 따르면, 적어도 하나의 소기 배기 밸브들(25)은 약 20 내지 30도로 전진될 수 있으며 적어도 하나의 블로우다운 배기 밸브들(24)은 약 20 내지 40도의 전체 범위 내에서 약 10 내지 20도의 범위 내로 전진되거나 후퇴될 수 있다. 도9에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 소기 배기 밸브들(25)은 밸브(들)(25)가 TDC 후에 약 15 내지 20도 내에서와 같이 TDC 바로 후에 폐쇄되기 시작하도록 전진될 수 있다. 도9에 또한 도시된 바와 같이, 블로우다운 배기 밸브들(24) 중의 적어도 하나는 밸브(들)(24)가 BDC 전에 약 40 내지 50도 내에서 개방되기 시작하도록 하는 전진된 한계와 밸브(들)(24)가 BDC 전에 약 15 내지 25도 내에서 개방되기 시작하도록 하는 후퇴된 한계 사이에서 변화될 수 있다. 전체 부하를 위한 예시적인 전체 전략은 목표 부스트 레벨에서 엔진 효율을 최적화하기 위해 블로우다운 및 소기 캠들 양쪽 모두의 위상을 맞추는 것일 수 있다.
단계(345)에서, 배기 가스는 배기 서브시스템으로부터 고압 및/또는 저압 EGR 경로들 중의 하나 또는 양쪽 모두를 통과해서 엔진 시스템의 흡기 서브시스템까지 재순환될 수 있다. 예를 들어, 블로우다운 배기 가스는 블로우다운 배기 매니폴드(62)에서부터 블로우다운 EGR 밸브(66), EGR 냉각기(72), 및 하류 EGR 밸브(74)를 통과해서 흡기 서브시스템(26)까지 재순환될 수 있다. 유사하게, 소기 배기 가스는 소기 배기 매니폴드(63)에서부터 소기 EGR 밸브(67), EGR 냉각기(72), 및 하류 EGR 밸브(74)를 통과해서 흡기 서브시스템(26)까지 재순환될 수 있다. 더구나, LP 배기 가스는 배기 서브시스템(28)에서부터 LP EGR 밸브(70), EGR 냉각기(72), 및 하류 EGR 밸브(74)를 통과해서 흡기 서브시스템(26)까지 재순환될 수 있다. EGR 서브시스템(30)은 다음에 오는 가정들 중의 하나 또는 양쪽 모두 하에 작동될 수 있다: 1) 블로우다운 배기 매니폴드(62)는 통상적으로 소기 배기 매니폴드(63)보다 더 높은 압력과 온도에 있으며, 2) 소기 배기 매니폴드(63)로부터 제거된 배기 가스 흐름은 하류 터보차저(들)(42, 46)까지의 배기 에너지 전달에 보통 악영향을 끼치지 않는다.
단계(346)에서, 초기설정값(default)으로서, 소기 배기 가스는 상대적으로 더 냉각된 소기 배기 가스의 재순환에 대한 EGR을 위해 블로우다운 배기 가스보다 우선하여 처리될 수 있다. 다시 말해서, 블로우다운 배기 가스보다 많은 소기 배기 가스가 EGR 서브시스템(30)을 통해 분배될 수 있다. 예를 들어, 초기설정값으로서, EGR은 100% 소기 배기 가스를 사용하여 수행될 수 있다. 하나의 구체적인 예에서, 블로우다운 EGR 밸브(66)는 폐쇄될 수 있으며 소기 EGR 밸브(67)는 완전히 개방되지 않으면 적어도 부분적으로 개방될 수 있다. 다른 구체적인 예에서, 만약 비례 EGR 밸브(68)가 다른 밸브들(66, 67) 대신에 또는 이들에 추가하여 사용된다면, 블로우다운 및 소기 EGR 밸브들(66, 67)은 적어도 어느 정도로 모두 개방될 수 있으며/있거나 비례 EGR 밸브(68)는 블로우다운 배기 가스의 흐름을 차단할 수 있으며 소기 배기 가스의 흐름을 허용할 수 있다.
단계(347)에서, 단계(346)의 초기설정값에 대한 하나 이상의 예외들에 따라, EGR은 적어도 얼마의 블로우다운 EGR로 보충될 수 있다. 하나의 예시적인 예외는 엔진 및/또는 촉매 컨버터 온도를 빠르게 상승시키기 위해 냉시동(cold start) 후에 엔진 웜업(engine warm up)을 포함한다. 다른 예시적인 예외는 엔진에 걸친 압력 강하가 소기 배기 가스 단독으로부터 요망되거나 요구되는 EGR 비율을 제공하기에 불충분한 상황들을 포함한다. 하나의 구체적인 예에서, 블로우다운 EGR 밸브(66)는 적어도 부분적으로 개방될 수 있으며 소기 EGR 밸브(67)는 완전히 개방되지 않으면 적어도 부분적으로 개방될 수 있다. 다른 구체적인 예에서, 만약 비례 EGR 밸브(68)가 다른 밸브들(66, 67) 대신에 또는 이들에 추가하여 사용된다면, 블로우다운 및 소기 EGR 밸브들(66, 67)은 적어도 어느 정도로 모두 개방될 수 있으며/있거나 비례 EGR 밸브(68)는 블로우다운 및 소기 배기 가스 양쪽 모두의 하류 흐름을 동시에 분배하도록 조정될 수 있다.
단계(348)에서, EGR은 블로우다운 배기 매니폴드로부터 소기 배기 매니폴드까지 반대의 배기 가스 흐름을 방지하기 위한 것과 같이, 블로우다운 배기 가스에 의해 전적으로 제공될 수 있다. 이와 같은 경우에, 소기 가스는 EGR로부터 완전하게 차단될 수 있다. 하나의 구체적인 예에서, 블로우다운 EGR 밸브(66)는 적어도 부분적으로 개방될 수 있으며 소기 EGR 밸브(67)는 폐쇄될 수 있다. 다른 구체적인 예에서, 만약 비례 EGR 밸브(68)가 다른 밸브들(66, 67) 대신에 또는 이들에 추가하여 사용된다면, 블로우다운 및 소기 EGR 밸브들(66, 67)은 적어도 어느 정도로 모두 개방될 수 있으며/있거나 비례 EGR 밸브(68)는 단지 블로우다운 배기 가스의 하류 흐름만을 분배할 수 있다.
단계(349)에서, 대신에 또는 또한 EGR은 LP EGR에 의해 제공될 수 있다. 하나의 구체적인 예에서, EGR 밸브들(66, 67, 70)은 개방되거나 폐쇄될 수 있으며 LP EGR 밸브(70)는 흡기 서브시스템(26)까지 터빈들(42, 46) 중의 하나 또는 양쪽 모두의 하류에서 LP 배기 가스를 재순환시키기 위해 적어도 부분적으로 개방될 수 있다.
소기 배기 매니폴드(63)로부터 나오는 EGR 흐름은 제1 촉매 컨버터의 앞이나 뒤에 위치하는 배압 밸브와 같은 가변 제한 밸브에 의해 향상될 수 있다. 배압 밸브는 또한 낮은 엔진 속도에서 터보차저 터빈(들)(42, 46)에 전달된 배기 에너지를 증가시키는데 사용될 수 있다. 또한, 촉매 활성화(catalyst light-off)는 엔진 작동의, 약 20 내지 30초와 같은, 엔진 시동 및 초기 기간 중에 블로우다운 배기 흐름을 방지하도록 터빈(들)(42, 46)의 입구 앞이나 터빈(들)(42, 46)의 출구 뒤에서 차단 밸브에 의해 향상될 수 있다. 따라서, 배기 흐름은 소기 매니폴드(63) 및 소기 매니폴드(63)와 연통되는 촉매 컨버터까지 진행된다.
단계(350)에서, 배기 가스로부터 나온 에너지는 추출될 수 있으며 흡입 가스를 압축하는 에너지로 전환될 수 있다. 예를 들어, 예시적인 터보차저들(38, 40) 중의 하나 또는 양쪽 모두는 흡입 가스를 과급하는데 사용될 수 있다.
단계(351)에서, VTG 터보차저의 부스트 레벨들이 제어될 수 있다. 예를 들어, 예시적인 터보차저들(38, 40) 중의 하나 또는 양쪽 모두는 VTG 장치를 포함할 수 있다. 만약 그렇다면, 첫째, 이와 같은 VTG 터보차저의 부스트 레벨은 하나 이상의 단계들(320 내지 340)에서 언급된 바와 같이 증가될 수 있다. 둘째, 만약 부스트 레벨이 그럼에도 불구하고 불충분하다면, VTG 장치는 그 다음에 VTG 베인들을 이의 폐쇄를 향해 점차 조정하도록 조정될 수 있다. 예를 들어, VTG 베인들은 낮거나 중간 엔진 속도들 및 높은 부하들에서 폐쇄되거나 부분적으로 폐쇄될 수 있다. 셋째, 중간 엔진 속도들 및 부하들과 같은, 다른 엔진 속도들 및 부하들에서, 터보차저 부스트 레벨은 높거나 최적의 전체 엔진 효율을 산출하는 경향이 있는 VTG 베인 위치 제어 및 배기 밸브 타이밍의 조합들에 의해 조정될 수 있다. 예를 들어, 이와 같은 조합들 및 효율들은 엔진 교정 중에 개발된 모델들에 맵핑되거나 상호 참조될 수 있다.
단계(352)에서, 다수의 터보차저들은 블로우다운 매니폴드에 의해 구동될 수 있다. 예를 들어, 하나는 블로우다운 매니폴드(62)에 의해 구동되고 다른 하나는 소기 매니폴드(63)에 의해 구동되는 대신에 두 터빈들(42, 46) 모두는 블로우다운 매니폴드(62)에 의해 구동될 수 있다. 블로우다운 매니폴드(62)로 양쪽 모두의 터빈들(42, 46)을 구동시키는 것은 더 낮은 PMEP를 가능하게 할 수 있으며 또한 터빈 하우징을 통과할 필요가 없게 함으로써 예비-촉매에 대한 상대적으로 낮은 열 질량 경로를 허용한다. 이는 "활성화" 온도에 대한 촉매 시간이 엔진의 배기 포트들과 촉매의 입구 사이의 전체 열 질량의 함수이기 때문이며, 여기서 터보차저 터빈은 통상적으로 이 열 질량의 일부분이다. 어떤 경우에도, 다수의 터보차저들(38, 40)의 제어는 아래에 논의된 예시적인 세 개의 방식들에 따르는 배기 밸브들(24, 25)의 제어와 통합될 수 있다.
예를 들어, 엔진 공회전에서와 같이 상대적으로 낮은 엔진 속도들 및 부하들에서 높거나 최대의 터보차저 요구를 가지는 제1 방식에서, 단계(353)에서, 배기 밸브들(24, 25)은 단계(325)에서 설명된 바와 같이 제어될 수 있으며, 제1 터보차저(38)는 대부분의 그리고 아마 모든 터보차징을 수행할 수 있는 반면에 제2 터보차저(40)는 터보차징을 거의 또는 전혀 수행하지 않을 수 있다. 이 제1 방식에서, 바이패스 밸브들(45, 47)은 폐쇄될 수 있다. 예를 들어, 바이패스 밸브들(45, 47)은 완전히 폐쇄될 수 있으며 그 결과로 블로우다운 배기 매니폴드(62)로부터 흐르는 배기 가스로부터 나온 대부분의, 그렇지 않으면 모두의 에너지가 제1 터빈(42)을 가동하는데 사용되며, 그에 따라, 제1 압축기(44)에서 공기를 압축한다.
예를 들어, 상대적으로 높거나 최대의 엔진 속도들 및 부하들에 있는 제2 방식에서, 단계(354)에서, 배기 밸브들(24, 25)은 단계(340)에서 설명된 바와 같이 제어될 수 있으며, 제2 터보차저(40)는 대부분의, 그렇지 않으면 모두의 터보차징을 수행할 수 있는 반면에 제1 터보차저(38)는 터보차징을 거의 또는 전혀 수행하지 않을 수 있다. 이 방식에서, 터빈 및 압축기 바이패스 밸브들(45, 47)은, 예를 들어, 이들의 완전 개방 위치들까지 개방될 수 있다. 엔진 속도가 계속해서 상승됨에 따라, 터빈 바이패스 밸브(45)는 대부분 또는 모든 배기 에너지가 제1 터빈(42)을 바이패스할 수 있으며 블로우다운 배기 매니폴드(62)로부터 제2 터빈(46)으로 직접 공급될 수 있도록 개방될 수 있다. 따라서, 대부분 또는 모든 공기 압축은 제2 압축기(48)에 의해 수행될 수 있으며 압축된 공기는 또한 개방된 압축기 바이패스 밸브(47)를 통해 제1 압축기(36)의 주위로 흐를 수 있다.
예를 들어, 상대적으로 중간의 엔진 속도들 및 부하들에 있는 제3 방식에서, 단계(355)에서, 배기 밸브들(24, 25)의 제어는 조절될 수 있으며 터보차징은 상대적으로 낮은 PMEP 레벨들을 성취하기 위해 제1 및 제2 터보차저들(38, 40) 사이에서 조절될 수 있다. 엔진 시스템(10)은 낮거나 최적의 PMEP 레벨들을 산출하는 경향이 있는 터보차저 바이패스 밸브 제어 및 엔진 배기 밸브 타이밍의 조합들에 의해 조정될 수 있다. 예를 들어, 이런 조합들 및 PMEP 레벨들은 엔진 교정 중에 개발된 모델들에 맵핑되거나 상호 참조될 수 있다.
마지막으로, 단계(360)에서 방법(300)은 어떤 적당한 방식으로 정지될 수 있다. 예를 들어, 방법(300)은 도1의 엔진 시스템(10)의 엔진(12)의 정지로 정지될 수 있다.
방법(300) 또는 이의 어떤 부분은 도1의 시스템(10)과 같은 제품의 일부분으로서, 및/또는 제어 서브시스템(16)에 의해 저장될 수 있으며/있거나 실행될 수 있는 컴퓨터 프로그램의 일부분으로서 실행될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 활성 및 비활성의 다양한 형태들로 존재할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 프로그램은 소스 코드, 오브젝트 코드, 실행 코드 또는 다른 포맷들의 프로그램 명령들로 구성되는 소프트웨어 프로그램(들); 펌웨어 프로그램(들); 또는 하드웨어 설명 언어(hardware description language: HDL) 파일들로 존재할 수 있다. 위의 것들 중 어느 것도 압축되거나 압축되지 않은 형태로, 저장 장치들 및 신호들을 포함하는 컴퓨터 이용 매체 상에서 구현될 수 있다. 예시적인 컴퓨터 이용 저장 장치들은 종래의 컴퓨터 시스템 RAM(random access memory), ROM(read only memory), EPROM(erasable, programmable ROM), EEPROM(electrically erasable, programmable ROM), 및 자기 또는 광학 디스크들이나 테이프들을 포함한다.
본 발명의 실시예들의 위의 설명은 사실상 단지 예시적이며, 그러므로, 이들의 변형들은 본 발명의 정신과 범위로부터 벗어나는 것으로 간주되지 않는다.

Claims (35)

  1. 블로우다운 및 소기 배기 밸브들 사이에서 분배된 배기 가스 흐름을 가지는 터보차지된 엔진을 포함하며, 또한 상기 엔진과 연통되는 흡기 및 배기 서브시스템들 및 상기 흡기 및 배기 서브시스템들에 걸쳐서 연통되는 배기 가스 재순환(EGR) 서브시스템을 포함하는 내연 엔진 시스템을 제어하는 방법에 있어서,
    상기 블로우다운 배기 밸브를 상기 배기 서브시스템과 연통시키며, 상기 소기 배기 밸브를 상기 엔진의 하류에 있는 상기 (EGR) 서브시스템과 연통시키는 단계;
    상기 배기 서브시스템의 터보차저 터빈과 상기 EGR 서브시스템 사이의 배기 가스 흐름을 분배하기 위해 상기 배기 밸브들의 타이밍을 변경하는 단계; 및
    상기 EGR 서브시스템을 통해 소기 배기 가스 흐름을 분배하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진 시스템을 제어하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 블로우다운 배기 밸브를 상기 엔진의 하류에 있는 상기 EGR 서브시스템과 연통시키는 단계; 및
    상기 EGR 서브시스템을 통해 블로우다운 배기 가스 흐름을 분배하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진 시스템을 제어하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 블로우다운 및 소기 배기 가스 흐름들을 분배하는 단계는 상대적으로 더 냉각된 EGR 가스 흐름을 성취하기 위해 블로우다운 배기 가스 흐름보다 소기 배기 가스 흐름을 더 많이 분배하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진 시스템을 제어하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 소기 배기 가스 흐름을 더 많이 분배하는 단계는 EGR 가스 흐름 온도를 최소화하기 위해 100%의 소기 배기 가스 흐름과 0%의 블로우다운 배기 가스 흐름으로 분배하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진 시스템을 제어하는 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 블로우다운 및 소기 배기 가스 흐름들을 분배하는 단계는 냉 시동 후에 엔진 웜업 중에 적어도 얼마의 블로우다운 배기 가스 흐름을 분배하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진 시스템을 제어하는 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 블로우다운 및 소기 배기 가스 흐름들을 분배하는 단계는 상기 엔진에 걸친 압력 강하가 소기 배기 가스 단독으로부터 요구된 EGR 비율을 제공하는데 불충분할 때 적어도 얼마의 블로우다운 배기 가스 흐름을 분배하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진 시스템을 제어하는 방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 블로우다운 및 소기 배기 가스 흐름들을 분배하는 단계는 블로우다운 배기 매니폴드에서부터 소기 배기 매니폴드까지 반대의 배기 가스 흐름을 방지하기 위해 100%의 블로우다운 배기 가스 흐름과 0%의 소기 배기 가스 흐름으로 분배하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진 시스템을 제어하는 방법.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 EGR 서브시스템을 통해 소기 및 블로우다운 배기 가스 흐름들을 동시에 분배하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진 시스템을 제어하는 방법.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 가스 흐름들을 냉각시키는 단계; 및
    상기 흡기 서브시스템의 터보차저 압축기의 상류 및 하류에 있는 상기 흡기 서브시스템의 위치들 사이에서 상기 가스 흐름들을 분배하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진 시스템을 제어하는 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 배기 서브시스템의 터보차저 터빈의 하류에 있는 상기 배기 서브시스템의 일부분을 상기 EGR 서브시스템과 연통시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진 시스템을 제어하는 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 배기 밸브들의 타이밍을 변경하는 단계는 서로에 대하여 상기 배기 밸브들의 타이밍을 독립적으로 변경하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진 시스템을 제어하는 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 엔진이 대체로 공회전 및 낮은 부하에서 가동되는 중일 때,
    상기 블로우다운 배기 밸브의 타이밍을 후퇴시키는 단계; 및
    상기 소기 배기 밸브의 타이밍을 전진시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진 시스템을 제어하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    높은 부하가 대체로 공회전으로 가동되는 중인 상기 엔진으로부터 요구될 때,
    상기 블로우다운 배기 밸브의 타이밍을 전진시키는 단계; 및
    상기 소기 배기 밸브의 타이밍을 후퇴시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진 시스템을 제어하는 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    중간 엔진 속도들 및 낮은 부하들에서 밸브 타이밍의 가변 오버랩을 위해 상기 블로우다운 및 소기 배기 밸브들을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진 시스템을 제어하는 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 블로우다운 배기 밸브를 후퇴시키는 단계; 및
    상기 소기 배기 밸브를 가변적으로 전진 및 후퇴시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진 시스템을 제어하는 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    중간 엔진 속도들 및 중간 내지 높은 부하들에서 밸브 타이밍의 가변 오버랩을 위해 상기 블로우다운 및 소기 배기 밸브들을 가변적으로 제어하는 단계를 더 포함하며. 상기 단계는:
    상기 소기 배기 밸브를 후퇴시키며 상기 소기 배기 밸브 및 흡기 밸브의 타이밍의 오버랩을 대체로 동시에 증가시키는 단계; 및
    내부 EGR 레벨이 성취된 후에, 상기 블로우다운 배기 밸브를 전진시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진 시스템을 제어하는 방법.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 소기 배기 밸브를 전진시키는 단계; 및
    최소화된 PMEP를 위해 터보차저 부스트를 조절하기 위해 상기 블로우다운 배기 밸브를 가변적으로 전진 및 후퇴시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진 시스템을 제어하는 방법.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 블로우다운 배기 밸브를 상기 배기 서브시스템의 다수의 터보차저 터빈들과 연통시키며 블로우다운 배기 가스만으로 상기 터빈들을 구동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진 시스템을 제어하는 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    높은 부하가 대체로 공회전으로 가동되는 중인 상기 엔진으로부터 요구될 때,
    상기 블로우다운 배기 밸브의 타이밍을 전진시키는 단계;
    상기 소기 배기 밸브의 타이밍을 후퇴시키는 단계; 및
    대부분의 터보차징을 수행하기 위해 상류 터빈을 사용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진 시스템을 제어하는 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    높은 부하가 대체로 공회전으로 가동되는 중인 상기 엔진으로부터 요구될 때,
    상기 소기 배기 밸브를 전진시키는 단계;
    터보차저 부스트를 조절하기 위해 상기 블로우다운 배기 밸브를 가변적으로 전진 및 후퇴시키는 단계; 및
    대부분의 터보차징을 수행하기 위해 하류 터빈을 사용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진 시스템을 제어하는 방법.
  21. 제18항에 있어서,
    중간 엔진 속도들 및 중간 내지 높은 부하들에서,
    밸브 타이밍의 가변 오버랩을 위해 상기 블로우다운 및 소기 배기 밸브들을 가변적으로 제어하는 단계; 및
    터보차징을 수행하기 위해 상류 및 하류 터빈들 사이를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진 시스템을 제어하는 방법.
  22. 블로우다운 및 소기 배기 밸브들 사이에서 분배된 배기 가스 흐름을 가지는 터보차지된 엔진을 포함하며, 또한 상기 엔진과 연통되는 흡기 및 배기 서브시스템들 및 상기 흡기 및 배기 서브시스템들에 걸쳐 연통되는 배기 가스 재순환(EGR) 서브시스템을 포함하는 내연 엔진 시스템을 제어하는 방법에 있어서,
    상기 블로우다운 배기 밸브를 상기 배기 서브시스템과 연통시키며, 상기 소기 배기 밸브를 상기 엔진의 하류에 있는 상기 (EGR) 서브시스템과 연통시키는 단계; 및
    블로우다운 배기 가스로 상기 배기 서브시스템에 있는 다수의 터보차저 터빈들을 구동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진 시스템을 제어하는 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    높은 부하가 대체로 공회전으로 가동되는 중인 상기 엔진으로부터 요구될 때,
    상기 블로우다운 배기 밸브의 타이밍을 전진시키는 단계;
    상기 소기 배기 밸브의 타이밍을 후퇴시키는 단계; 및
    대부분의 터보차징을 수행하기 위해 상류 터빈을 사용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진 시스템을 제어하는 방법.
  24. 제22항에 있어서,
    높은 부하가 대체로 공회전으로 가동되는 중인 상기 엔진으로부터 요구될 때,
    상기 소기 배기 밸브를 전진시키는 단계;
    터보차저 부스트를 조절하기 위해 상기 블로우다운 배기 밸브를 가변적으로 전진 및 후퇴시키는 단계; 및
    대부분의 터보차징을 수행하기 위해 하류 터빈을 사용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진 시스템을 제어하는 방법.
  25. 제22항에 있어서,
    중간 엔진 속도들 및 중간 내지 높은 부하들에서,
    밸브 타이밍의 가변 오버랩을 위해 상기 블로우다운 및 소기 배기 밸브들을 가변적으로 제어하는 단계; 및
    터보차징을 수행하기 위해 상류 및 하류 터빈들 사이를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진 시스템을 제어하는 방법.
  26. 블로우다운 배기 밸브 및 소기 배기 밸브를 포함하는 터보차지된 내연 엔진;
    상기 엔진에 흡입 가스를 전달하기 위한 흡기 서브시스템;
    상기 엔진으로부터 멀리 배기 가스를 운반하기 위한 배기 서브시스템으로서, 상기 엔진의 상기 블로우다운 배기 밸브와 연통되는 블로우다운 배기 매니폴드, 및 상기 엔진의 상기 소기 배기 밸브와 연통되는 소기 배기 매니폴드를 포함하는 상기 배기 서브시스템;
    상기 흡기 서브시스템에 있는 압축기 및 상기 블로우다운 배기 매니폴드와 연통되는 상기 배기 서브시스템에 있는 터빈을 포함하는 터보차징 서브시스템; 및
    상기 배기 및 흡기 서브시스템들에 걸쳐 연통되며, 상기 소기 배기 매니폴드와 연통되는 적어도 하나의 EGR 밸브를 포함하는 배기 가스 재순환(EGR) 서브시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진 시스템.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 EGR 밸브는 또한 상기 블로우다운 배기 매니폴드와 연통되는 것을 특징으로 하는 내연 엔진 시스템.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 EGR 밸브는 블로우다운 EGR 밸브 및 소기 EGR 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진 시스템.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 EGR 밸브는 또한 상기 블로우다운 및 소기 EGR밸브들의 상류에 비례 EGR 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진 시스템.
  30. 제27항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 EGR 밸브는 삼방 또는 사방 EGR 밸브 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진 시스템.
  31. 제26항에 있어서,
    상기 터보차저의 하류에 상기 배기 서브시스템과 연통되는 저압(LP) EGR 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진 시스템.
  32. 제26항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 EGR 밸브의 하류에 있으며 상기 압축기의 상류 및 하류에서 상기 흡기 서브시스템과 연통되는 다른 EGR 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진 시스템.
  33. 제26항에 있어서,
    상기 터보차징 서브시스템은 상기 블로우다운 배기 매니폴드와 연통되는 다수의 순차적인 터빈들을 포함하는 다수의 순차적인 터보차저들을 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진 시스템.
  34. 제26항에 있어서,
    상기 엔진은 또한 상기 배기 밸브들의 타이밍을 바꾸기 위해서 동심 캠 장치를 포함하며, 상기 동심 캠 장치는 캠 튜브에 의해 지지되는 캠 샤프트를 포함하며, 상기 캠 샤프트는 블로우다운 또는 소기 밸브 캠들을 지지하며 상기 캠 튜브는 상기 블로우다운 또는 소기 밸브 캠들 중의 다른 하나를 지지하며, 상기 동심 캠 장치는 상기 엔진 크랭크샤프트에 대한 상기 캠 튜브 및 샤프트의 위상 관계를 바꾸기 위한 적어도 하나의 캠 페이저를 포함하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진 시스템.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 캠 페이저는 서로에 대하여 그리고 상기 엔진 크랭크샤프트에 대하여 독립적으로 상기 캠 샤프트 및 튜브의 위상 관계를 변경하는 것을 특징으로 하는 내연 엔진 시스템.
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