KR20120003450A - 외부 ｅｇｒ 혼합의 노크 반응식 조정 - Google Patents

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Abstract

불꽃 점화 과급 엔진의 엔진 노크에 반응하여 외부 배기가스 재순환 혼합을 조정하는 방법 및 관련된 제품이 제공된다.

Description

외부 ＥＧＲ 혼합의 노크 반응식 조정{KNOCK-RESPONSIVE ADJUSTMENT OF AN EXTERNAL EGR MIXTURE}
본 출원은 2009년 3월 18일자로 출원된 미국 가출원 일련번호 제61/161,227호의 이익을 주장한다.
본 발명이 전반적으로 관련된 분야는, 과급 불꽃 점화 엔진 시스템 내에서의 배기가스 재순환 제어를 포함한다.
과급 엔진 시스템은, 산화제 및 연료를 연소시켜 기계적인 동력으로 전환시키기 위한 연소실 및 또한 흡입 가스를 연소실로 전달하기 위한 흡입 서브시스템을 가지는 엔진을 포함한다. 이러한 엔진 시스템은 또한, 연소실로부터 배기 가스를 운반하고, 엔진 배기 소음을 줄이며, 엔진 연소 온도가 상승함에 따라 증가되는 경향이 있는 배기가스 미립자와 질소 산화물(NOx)을 감소시키기 위한 배기 서브시스템을 가진다. 배기가스는 종종 배기가스 서브시스템으로부터 외기와의 혼합을 위한 흡입 시스템 내로 재순환되어, 엔진으로 다시 돌아간다. 배기가스 재순환은 불활성 가스의 양을 증가시키고 부수적으로 흡입 가스 내 산소량을 감소시킴으로써, 엔진 연소 온도를 낮추고 따라서 NOx 형성을 감소시킨다.
엔진 노크는, 산화제/연료 혼합물의 불균일한 연소와 관련된 소리 및 다른 효과들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 불꽃 점화 엔진에서, 점화 플러그는 산화제/연료 혼합물의 제1 부분을 점화시킴으로써, 제1 부분을 연소시키고 점화 플러그로부터 혼합물의 연소되지 않은 부분을 향해 이동하는 불꽃면을 생성한다. 불꽃면 뒤의 고온 연소가스는 불꽃면 앞의 혼합물 중 연소되지 않은 부분을 급속히 압축시킴으로써, 혼합물의 연소되지 않은 부분의 온도를 자기 점화 온도 이상으로 빠르게 상승시킨다. 연소되지 않은 부분이 자기 점화되기 전에 불꽃면이 연소되지 않은 부분을 소모할 만큼 빨리 이동한다면, 노크 현상 없이 정상적이 연소가 이루어진다. 그렇지 않으면, 연소되지 않은 부분이 거의 즉시 연소됨으로써 연소실에 강한 충격파를 생성하며, 이는 특유의 금속음 또는 노킹 음(knocking sound)을 일으킨다.
본 발명의 목적은 외부 EGR 혼합물의 노크 반응식 조정을 제공하는 데에 있다.
예시적인 일 실시형태는, 불꽃 점화 과급 엔진에서 엔진 노크를 모니터링하는 단계, 및 비냉각 고압 EGR 및 냉각 저압 EGR의 엔진으로의 유동을 제어하는 단계를 포함하는 외부 배기가스 재순환(EGR) 방법을 포함한다. 유동 제어는, 엔진 노크의 부재에 반응하여 비냉각 고압 EGR이 냉각 저압 EGR에 비해 증가되고, 엔진 노크의 존재에 반응하여 엔진 노크가 중단될 때까지 비냉각 고압 EGR이 냉각 저압 EGR에 비해 감소되도록, 냉각 저압 EGR에 대한 비냉각 고압 EGR의 조정을 포함한다.
또 다른 예시적인 실시형태는, 엔진 속도를 감지하는 단계, 엔진의 부하를 측정하는 단계, 및 엔진의 엔진 노크를 모니터링하는 단계를 포함하는, 불꽃 점화 과급 엔진의 외부 배기가스 재순환(EGR) 방법을 포함한다. 방법은 또한, 엔진 속도 및 부하에 기초하며 비냉각 고압 EGR 및 냉각 저압 EGR 혼합 영역을 포함하는 배기가스 재순환 모델에 따라, 비냉각 고압 EGR 및 냉각 저압 EGR의 엔진으로의 유동을 제어하는 단계를 포함한다. 유동 제어는, 엔진이 EGR 혼합 영역에 상응하는 속도 및 부하에서 작동할 때, 엔진 노크의 부재에 반응하여 비냉각 고압 EGR이 냉각 저압 EGR에 비해 증가되고, 엔진 노크의 존재에 반응하여 엔진 노크가 중단될 때까지 비냉각 고압 EGR이 냉각 저압 EGR에 비해 감소되도록, 냉각 저압 EGR에 대한 비냉각 고압 EGR의 조정을 포함한다.
또 다른 예시적인 실시형태는, 과급 불꽃 점화 엔진을 위한 제품을 포함한다. 제품은, 터빈을 포함하는 터보차저, 터보차저 터빈의 상류의 비냉각 고압 EGR 경로, 터보차저 터빈의 하류의 냉각 저압 EGR 경로, 및 EGR 경로 중 적어도 하나와 연통되는 적어도 하나의 EGR 유동 제어 장치를 포함한다. 제품은 또한, 적어도 하나의 EGR 유동 제어 장치와 연통되어 엔진으로의 비냉각 고압 EGR의 유동 및 엔진으로의 냉각 저압 EGR의 유동을 제어하는 제어기를 포함한다. 제어기는, 엔진 노크의 부재에 반응하여 비냉각 고압 EGR이 냉각 저압 EGR에 비해 증가되고, 엔진 노크의 존재에 반응하여 엔진 노크가 중단될 때까지 비냉각 고압 EGR이 냉각 저압 EGR에 비해 감소되도록, 냉각 저압 EGR에 대해 비냉각 고압 EGR을 조정하도록 적어도 하나의 EGR 유동 제어 장치를 제어한다.
이하에 제공된 상세한 설명으로부터 다른 예시적인 실시형태가 명백해질 것이다. 예시적인 실시형태를 개시하는 한편 상세한 설명 및 구체적인 예들은 단지 설명을 목적으로 하는 것이며 청구의 범위를 한정하려는 의도가 아님을 이해할 것이다.
상세한 설명 및 첨부된 도면들로부터 예시적인 실시형태가 더 충분히 이해될 것이다.
도 1은 비냉각 고압 배기가스 재순환(EGR) 경로와 냉각 저압 EGR 경로를 포함하는 과급 불꽃 점화 엔진 시스템의 예시적인 실시형태의 개략도이다.
도 2는 외부 EGR 혼합의 노크 반응식 조정의 예시적인 실시형태에 따른 비냉각 고압 EGR 및 냉각 저압 EGR의 예시적 모델로서 제동 평균 유효 압력(Brake Mean Effective Pressure) 대 엔진 회전속도(Engine Speed)의 그래프이다.
하기의 예시적인 실시형태의 설명은 사실상 단지 예시적인 것이며, 청구범위, 그 응용, 또는 용도를 한정하려는 것이 아니다.
예시적인 작동 환경이 도 1에 도시되어 있으며, 외부 배기가스 재순환(EGR) 혼합의 노크 반응식 조정을 포함하는 EGR 제어 방법을 구현하는 데 사용될 수 있다. 방법은 임의의 적합한 시스템을 사용하여 수행될 수 있으며, 바람직하게는 시스템(10)과 같은 엔진 시스템으로 수행될 수 있다. 하기의 시스템에 대한 설명은 하나의 예시적인 엔진 시스템에 대한 간단한 개요를 제공하지만, 여기에 도시되지 않은 다른 시스템 및 구성요소도 상기 방법을 뒷받침할 수 있다.
일반적으로, 시스템(10)은, 연료와 흡입 가스의 혼합물을 내부 연소시켜 기계 동력을 발생시키는 내연 기관(12)을 포함할 수 있다. 엔진에 사용하기에 적합한 연료로는, 가솔린 및 디젤 연료가 포함될 수 있지만 이에 한정되지는 않는다. 시스템은 또한, 일반적으로 엔진(12)에 흡입 가스를 제공하기 위한 흡입 서브시스템(14), 및 엔진(12)으로부터 연소 가스를 운반하기 위한 배기 서브시스템(16)을 포함할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, "흡입 가스"라는 표현은, 외기 및 재순환된 배기가스 및/또는 다른 임의의 적합한 산화제를 포함할 수 있다. 시스템(10)은 또한, 흡입 서브시스템(14) 및 배기 서브시스템(16)을 가로질러 연통되며 불활성 공기 및/또는 재순환된 배기가스를 압축하여 연소를 향상시키고 그에 따라 엔진 출력을 증가시키는 터보차저(18)를 포함할 수 있다. 시스템(10)은, 흡입 서브시스템(14) 및 배기 서브시스템(16)을 가로질러 연통되며 외기와의 혼합을 위한 배기가스를 재순환시켜 엔진 시스템(10)의 배출 성능을 향상시키는 외부 배기가스 재순환(EGR) 서브시스템(20)을 더 포함할 수 있다. 시스템(10)은, 엔진 시스템(10)의 동작을 제어하는 제어 서브시스템(22)을 더 포함할 수 있다. 내부에서 흡입 가스와 함께 연소되기에 적합한 임의의 액체 및/또는 기체 연료를 엔진(12)에 제공하기 위해 연료 서브시스템(미도시)이 사용될 수 있음을 당업자는 인식할 것이다.
엔진(12)은, 가솔린 또는 다른 가연성 연료를 연소시키도록 구성 및 배치된 불꽃 점화 유형의 엔진을 포함할 수 있다. 엔진(12)은, 그 내부에 실린더 및 피스톤(별도로 도시되지 않음)을 구비한 블록(24)을 포함할 수 있으며, 실린더 및 피스톤은 실린더 헤드(역시 별도로 도시되지 않음)를 따라 연료와 흡입 가스의 혼합물의 내부 연소를 위한 연소실(미도시)을 정의한다. 엔진(12)은 임의량의 실린더들을 포함할 수 있고, 임의의 크기로 이루어질 수 있으며, 임의의 적합한 속도와 부하에 따라 작동할 수 있다. 예시적인 공회전 속도는 약 500 내지 약 800 RPM 정도일 수 있고, 전형적인 최대 엔진 속도는 약 5500 내지 6500 RPM 정도일 수 있으나, 심지어 그러한 범위를 초과할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, "낮은 속도 및 부하"라는 용어는, 최대 엔진 속도 및 부하의 약 0% 내지 33%를 포함할 수 있고, 중간 속도 및 부하는 최대 엔진 속도 및 부하의 약 25% 내지 75%를 포함할 수 있으며, 높은 속도 및 부하는 최대 엔진 속도 및 부하의 약 66% 내지 100%를 포함할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, 낮은 속도 및 부하 내지 중간 속도 및 부하는 최대 엔진 속도 및 부하의 약 0% 내지 50%를 포함할 수 있고, 중간 속도 및 부하 내지 높은 속도 및 부하는 최대 엔진 속도 및 부하의 약 50% 내지 100%를 포함할 수 있다.
흡입 서브시스템(14)은, 적합한 도관 및 커넥터 외에도, 흡입되는 공기를 여과하는 공기 필터(미도시)를 가질 수 있는 입구 단부(26) 및 불활성 공기를 압축하는 입구 단부(26) 하류의 터보차저 압축기(28)를 포함할 수 있다. 흡입 서브시스템(14)은 또한, 압축된 공기를 냉각시키는 터보차저 압축기(28) 하류의 충전 공기 냉각기(30) 및 냉각된 공기의 엔진(12)으로의 유동을 스로틀링하는 충전 공기 냉각기(30) 하류의 흡기 스로틀 밸브(32)를 포함할 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 흡입 서브시스템(14)은 스로틀 밸브(32)를 포함하지 않아도 되며, 대신에 엔진(12)의 가변 밸브 리프트 및 지속 밸브 트레인(미도시)을 이용하여 부하 제어를 수행할 수 있다. 흡입 서브시스템(14)은 또한, 스로틀링된 공기를 받아들이고 이를 엔진 연소실에 분배하기 위해, 스로틀 밸브(32) 하류 및 엔진(12) 상류에 흡기 매니폴드(34)를 포함할 수 있다.
배기 서브시스템(16)은, 적합한 도관 및 커넥터 외에도, 엔진(12)의 연소실로부터 배기 가스를 수집하여 이를 배기 서브시스템(16)의 나머지 하류 부분으로 전달하는 배기 매니폴드(36)를 포함할 수 있다. 배기 서브시스템(16)은 또한 배기 매니폴드(36)와 하류에서 연통되는 터보차저 터빈(38)을 포함할 수 있다. 터보차저(18)는 가변 터빈 구조(VTG: variable turbine geometry) 타입의 터보차저, 듀얼 스테이지 터보차저, 또는 웨이스트게이트 또는 바이패스 장치를 구비한 터보차저 등일 수 있다. 어떤 경우든, 터보차저(18) 및/또는 임의의 터보차저 액세서리 장치(들)은 적합한 액추에이터를 포함할 수 있고, 하나 이상의 배기가스 재순환 유동에 영향을 끼치도록 조정될 수 있다. 배기가스 서브시스템(16)은 또한 임의의 적합한 위치에, 예를 들어 촉매 변환기 등의 임의의 적합한 배출 장치(들)(40)을 포함할 수 있다. 배기 서브시스템(16)은 또한 배기 출구(44)의 상류에 배치된 배기 스로틀 밸브(42)를 포함할 수 있다.
EGR 서브시스템(20)은, 바람직하게 엔진(12)에서의 연소를 위해 배기 서브시스템(16)에서 흡입 서브시스템(14)으로 배기가스의 일부를 재순환시키는 하이브리드 또는 듀얼 경로 외부 EGR 서브시스템이다. 따라서, EGR 서브시스템(20)은 두 개의 경로, 즉 고압(HP) EGR 경로(46) 및 저압(LP) EGR 경로(48)를 포함할 수 있다. 바람직하게, HP EGR 경로(46)는 터보차저 터빈(38)의 상류에서 배기가스 서브시스템(16)에 연결될 수 있으나, 터보차저 압축기(28)의 하류에서 흡입 서브시스템(14)에 연결될 수 있다. 또한 바람직하게, LP EGR 경로(48)는 터보차저 터빈(38)의 하류에서 배기 서브시스템(16)에 연결될 수 있으나, 터보차저 압축기(28)의 상류에서 흡입 서브시스템(14)에 연결될 수도 있다.
HP EGR 경로(46)는, 적합한 도관 및 커넥터 외에도, 배기 서브시스템(16)에서 흡입 서브시스템(14)으로의 배기가스의 재순환을 제어하는 HP EGR 유동 제어 장치(50)를 포함할 수 있다. 장치(50)는 HP EGR 밸브(50)일 수 있으며, 이는 배기 및 흡입 도관 사이의 경로(46) 내 또는 경로(46)와 배기 또는 흡입 도관의 연결 지점에 위치할 수 있고, 터보차저 터빈(38)의 상류에서 작동할 수 있다. HP EGR 밸브(50)는 자신만의 액추에이터를 가진 독립형 장치일 수 있고, 또는 공통 액추에이터를 가진 복합형 장치 내에 흡입 스로틀 밸브(32)와 통합될 수 있다. HP EGR 경로(46)는, 터보차저 터빈(38)의 상류 및 스로틀 밸브(32)의 하류에서 연결되어 HP EGR 가스와 스로틀링된 공기 및 다른 흡입 가스들(공기는 LP EGR를 가질 수 있다)을 혼합할 수 있다. 어떤 경우에든, HP EGR 경로(46)는 엔진(12)으로 전달되기 위한 비냉각 HP EGR을 제공할 수 있다. 도시되지는 않았지만, HP EGR 경로(46)는 또한, 바이패스 밸브를 구비한 냉각기 및 냉각기 주위의 지류를 포함하여, 냉각 및/또는 비냉각 HP EGR을 제공할 수 있다.
LP EGR 경로(48)는, 적합한 도관 및 커넥터 외에도, 배기 서브시스템(16)으로부터 흡입 서브시스템(14)으로 배기가스의 재순환을 제어하는 LP EGR 유동 제어 장치(52)를 포함할 수 있다. 장치(52)는 LP EGR 밸브(52)일 수 있으며, 이는 배기 및 흡입 도관 사이의 경로(48) 내 또는 도시된 바와 같이 경로(48)와 배기 도관의 연결 지점에 위치할 수 있다. LP EGR 밸브(52)는 자신만의 액추에이터를 가진 독립형 장치일 수 있고, 또는 도1에 도시된 바와 같이 공통 액추에이터를 가진 복합형 장치 내로 배기 스로틀 밸브(42)와 통합될 수 있다. LP EGR 경로(48)는 또한 LP EGR 가스를 냉각하도록 LP EGR 밸브(52) 하류에 또한 선택적으로는 상류에 LP EGR 냉각기(54)를 포함할 수 있다. LP EGR 경로(48)는 터보차저 터빈(38)의 하류 및 터보차저 압축기(28)의 상류에 연결되어 LP EGR 가스를 여과된 불활성 공기와 혼합할 수 있다. 어떤 경우든, LP EGR 경로(48)는 엔진(12)으로 전달되기 위한 냉각 LP EGR을 제공할 수 있다. 도시되지는 않았지만, LP EGR 경로(48)는 또한 냉각기(54) 주위의 지류 및 바이패스 밸브를 포함하여 냉각 및/또는 비냉각 LP EGR을 제공할 수 있다.
제어 서브시스템(22)은, 본원에 개시된 방법의 적어도 일부를 수행하도록 임의의 적합한 하드웨어, 소프트웨어, 및/또는 펌웨어를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어 서브시스템(22)은 출력 장치, 예를 들어 전술된 엔진 시스템 액추에이터들 중 일부 또는 전부를 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 제어 서브시스템(22)은 또한 입력 장치, 예를 들어 임의의 개수 또는 임의의 유형(들)의 엔진 시스템 센서(56, 58)를 포함할 수 있다.
엔진 시스템 센서(56, 58)는, 엔진 시스템 파라미터를 모니터링하기 위한 임의의 적합한 장치를 포함할 수 있다. 몇몇 예에서, 노크 센서는 엔진 노킹을 측정할 수 있고, 엔진 속도 센서는 엔진 크랭크축, 캠축 등(미도시)의 회전 속도를 측정할 수 있으며, 흡기 및 배기 매니폴드 압력 센서는 엔진 실린더들 내외로 유동하는 가스의 압력을 측정할 수 있다. 다른 예에서, 흡입 공기 질량 유동 센서는 흡입 서브시스템(14)의 들어오는 공기 유동을 측정할 수 있고, 매니폴드 질량 유동 센서는 엔진(12)으로의 흡입 가스의 유동을 측정할 수 있으며, 배기 시스템 유동 센서는 EGR 경로(46 및/또는 48) 또는 다른 임의의 배기 시스템 부분(들)을 통한 유동을 측정할 수 있다.
본원에 논의된 유형의 센서들 외에도, 다른 임의의 적합한 센서 및 그 연관된 파라미터들이 시스템 및 방법들에 의해 포함된다. 예를 들어, 센서(56, 58)는 또한 또는 대신에 엔진 실린더 압력 센서, 다른 압력 센서, 온도 센서, 다른 속도 센서, 위치 센서, 압력 센서, 화학 센서, 가속도 센서, 필터 센서, 다른 유동 센서, 진동 센서 등을 포함할 수 있다. 다시 말해서, 전기적, 기계적, 화학적 파라미터들을 비롯한 임의의 적합한 물리적 파라미터를 감지하기 위해 어떠한 센서라도 사용될 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, "센서"라는 용어는, 임의의 엔진 시스템 파라미터 및/또는 이러한 파라미터들의 다양한 조합을 감지하는 데 사용되는 임의의 적합한 하드웨어 및/또는 소프트웨어를 포함할 수 있다.
제어 서브시스템(22)은, 센서 입력을 수신 및 처리하고 액추에이터 출력 신호를 전송하기 위한, 액추에이터 및 센서(56, 58)와 연통되는 하나 이상의 제어기(미도시)를 더 포함할 수 있다. 일반적으로, 제어기는 저장된 명령 및/또는 데이터를 고려하여 다양한 센서(56, 58)로부터의 입력을 수신 및 처리하고, 출력 신호를 다양한 시스템 장치, 예를 들어 터빈(38) 및 밸브(32, 42, 50, 52)의 액추에이터에 전송할 수 있다. 도시되지 않았지만, 제어기 및 다른 동력 시스템 장치는, 전원, 예를 들어 하나 이상의 배터리, 연료 전지 등에 의해 전기를 공급받을 수 있다. 제어기는 예를 들어 전기 회로, 전자 회로 또는 칩 및/또는 컴퓨팅 장치를 포함할 수 있다.
컴퓨터 장치의 실시형태에서, 제어기는 일반적으로 프로세서, 프로세서에 연결될 수 있는 메모리, 및 제어기를 하나 이상의 다른 시스템 장치에 연결하는 하나 이상의 인터페이스를 포함할 수 있다. 프로세서는, 엔진 시스템(10)에 기능 중 적어도 일부를 제공하는 명령들을 실행할 수 있다. 본원에 사용된 바와 같이, "명령" 이라는 용어는, 예를 들어 제어 논리, 컴퓨터 소프트웨어 및/또는 펌웨어, 프로그램 가능한 명령, 또는 다른 적합한 명령을 포함할 수 있다. 프로세서는, 예를 들어 하나 이상의 마이크로 프로세서, 마이크로 컨트롤러, 주문형 반도체(ASIC) 및/또는 다른 임의의 적합한 유형의 처리 장치를 포함할 수 있다. 또한, 메모리는, 엔진 시스템(10)에 의해 수신되거나 또는 이에 로딩된 데이터 및/또는 프로세서 실행 가능한 명령을 위한 저장부를 제공하도록 구성될 수 있다. 데이터 및/또는 명령은, 예를 들어 룩업 테이블, 공식, 알고리즘, 맵, 모델 및/또는 다른 임의의 적합한 포맷으로서 저장될 수 있다. 메모리는, 예를 들어 RAM, ROM, EPROM 및 또는 다른 임의의 적합한 유형의 저장 장치를 포함할 수 있다. 마지막으로 인터페이스는, 예를 들어 아날로그/디지털 또는 디지털/아날로그 변환기, 신호 조절기, 증폭기, 필터, 다른 전자 장치 또는 소프트웨어 모듈, 및/또는 다른 임의의 적합한 인터페이스를 포함할 수 있다. 인터페이스는, 예를 들어 RS-232, 병렬(parallel), 소형 컴퓨터 시스템 인터페이스, USB, CAN, MOST, LIN, FlexRay, 및/또는 임의의 다른 적합한 프로토콜(들)을 따를 수 있다. 인터페이스는, 제어기가 다른 시스템 장치들과 연통될 수 있도록 하거나 이를 돕는 회로, 소프트웨어, 펌웨어 또는 다른 임의의 장치를 포함할 수 있다.
상기 방법은 적어도 부분적으로 컴퓨터 프로그램으로서 수행될 수 있으며, 다양한 엔진 시스템 데이터가 룩업 테이블 등으로 메모리에 저장될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 활성과 비활성 양자의 다양한 형태로 존재할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 프로그램은 원시 코드, 목적 코드, 실행가능 프로그램 또는 다른 포맷 내에 프로그램 명령들로 구성된 소프트웨어 프로그램(들); 펌웨어 프로그램(들); 또는 하드웨어 기술 언어(HDL) 파일로서 존재할 수 있다. 상기 중 어떤 것이라도 압축 또는 비압축 형태로, 하나 이상의 저장 장치 및/또는 신호를 포함하는 컴퓨터 사용가능 매체 상에서 구현될 수 있다. 예시적인 컴퓨터 사용가능 저장 장치로는, 통상적인 컴퓨터 시스템 RAM(random access memory), ROM(read only memory), EPROM(erasable, programmable ROM, EEPROM(electrically erasable, programmable ROM), 및 자기 또는 광학 디스크 또는 테이프가 포함된다. 따라서, 상기 방법은 본원에 개시된 기능들을 실행할 수 있는 전자 장치(들)에 의해 적어도 부분적으로 수행될 수 있다.
제어 서브시스템(22)은, 예를 들어 WO 07076038호에 개시된 바와 같이, 엔진 시스템 파라미터 센서(56, 58) 중 하나 이상으로부터 입력 신호를 수신 및 처리하여, 임의의 적합한 방식으로 총 EGR 부분을 측정하고 계산하거나, 또는 총 EGR 부분을 추정할 수 있다. 또한, 총 EGR 부분을 구성하는 HP EGR 및 LP EGR의 개별적인 양들은, HP EGR 대 LP EGR의 비, LP EGR 에 대한 HP EGR의 퍼센트 등으로서, WO 07076038호에 또한 개시된 바와 같이 전반적으로 제어될 수 있다.
일 실시형태는, 전술된 시스템(10)의 작동 환경 내에서 하나 이상의 컴퓨터 프로그램으로서 적어도 부분적으로 수행될 수 있는 외부 배기가스 재순환의 제어 방법을 포함할 수 있다. 당업자들은 또한, 임의의 수의 실시형태에 따른 방법이, 다른 작동 환경 내에서 다른 엔진 시스템을 사용하여 수행될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 도 1의 예시적인 시스템(10)을 참조하여 상기 방법을 설명한다.
상기 방법의 예시적인 구현에 따르면, 불꽃 점화 과급 엔진의 속도가 감지된다. 예를 들어, 센서(56, 58) 중 하나는 제어 서브시스템(22)의 제어기와 연통된 크랭크축 센서일 수 있다.
또한, 엔진의 부하가 측정된다. 예를 들어, 센서(56. 58) 중 하나 이상을 이용하여 엔진 부하가 측정되어, 엔진 부하와 상관 있는, 예를 들어 압력(들)과 같은 임의의 적합한 파라미터(들) 등을 감지할 수 있다. 일 실시형태에서, 엔진 부하는 스로틀 밸브(32)에 의해 제어될 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 엔진 부하는 엔진(12)의 가변 밸브 리프트 및 지속 밸브 트레인(미도시)에 의해 제어될 수 있다. 비냉각 HPL의 제어는 상기 속도들에서 비-스로틀링된 엔진에 적용될 수 있으며, 이에 대해 비냉각 HPL의 유동시키도록 적어도 일부 압력 강하 또는 차이가 존재한다. 일례에서, 이러한 속도는 약 2,500 RPM 정도일 수 있다. 따라서, 상기 방법은 스로틀링된 엔진 및 비-스로틀링된 엔진으로 이용될 수 있다.
또한, 엔진의 엔진 노크가 모니터링된다. 예를 들어, 센서(56, 58) 중 하나 이상은, 제어 서브시스템(22)의 제어기와 연통된 하나 이상의 엔진 노크 센서를 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 센서(56, 58)를 이용하여 감지된 하나 이상의 다른 파라미터를 기초로 엔진 노크가 측정될 수 있다.
더욱이, 비냉각 HP EGR 및 냉각 LP EGR의 엔진으로의 유동은, 비냉각 HP EGR 및 냉각 LP EGR 부분들을 포함한 EGR 모델에 따라 제어될 수 있다. 예를 들어, 센서(56, 58) 중 하나 이상에 의해 감지된 엔진 노크에 반응하여, 비냉각 HP 및 냉각 LP EGR 경로들을 통한 배기가스의 유동이 조정될 수 있다. 더 구체적으로, 제어 서브시스템(22)은, 하나 이상의 엔진 노크 센서를 모니터링하고, 이러한 입력을 처리하고, 전술된 액추에이터 중 하나 이상에 대한 출력 신호를 생성하여, 밸브(32, 42, 50, 52) 중 하나 이상 및/또는 터보차저 터빈(38)을 제어하여, EGR 경로(46, 48)를 통한 유동을 변화시킴으로써, 엔진 노크를 방지하는 비냉각 HP 및 냉각 LP EGR의 외부 EGR 혼합을 제공할 수 있다. 엔진 노크의 존재 및 부재는 센서를 이용하여 직접적으로 또는 다른 센서 및 적합한 모델로부터의 추론에 의해 간접적으로 측정될 수 있다는 것을 당업자는 인식할 것이다.
EGR 모델은, 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같은, 예시적인 EGR 맵을 포함할 수 있으며, 여기서 엔진의 제동 평균 유효 압력 대 엔진의 속도가 그래프로 표시되어 있다. 맵은 상기 언급된 파라미터를 기초로 하여 이차원으로 나타나 있지만, 다른 EGR 모델, 예를 들어 하나 이상의 룩업 테이블, 또는 임의의 적합한 추가 파라미터 및 상기 언급된 동일한 파라미터 등을 이용한 삼차원 맵이 사용될 수 있음을 당업자는 인식할 것이다.
도 2의 예시적인 모델에서, 비냉각 HP EGR은, 상대적으로 낮은 속도 내지 중간 속도(예컨대, 공회전 내지 약 2,750 RPM)에서 상대적으로 낮은 부하 내지 중간 부하(예컨대, 약 7.5 bar 미만)의 제1 작동 영역(70)에서 배타적으로 이용된다. 비냉각 HP EGR은 또한, 비냉각 HP EGR 경계(74) 아래의 속도 및 부하를 포함하는 제2 작동 영역(72)에서 배타적으로 이용된다. 대조적으로, 냉각 LP EGR은, 상대적으로 낮은 속도 내지 중간 속도(예컨대, 공회전 내지 약 2,750 RPM)에서 상대적으로 중간 부하 내지 높은 엔진 부하(약 7.5 bar)을 포함하는 제3 작동 영역(80)에서 배타적으로 이용된다. 냉각 LP EGR은 또한, 냉각 LP EGR 경계(84)와 제3 작동 영역(80) 사이의 속도 및 부하를 포함하는 제4 작동 영역(82)에서 배타적으로 이용된다. 경계(90)는 제1 및 제3 작동 영역(70, 80)을 나눈다. 비냉각 HP EGR 및 냉각 LP EGR 둘 다의 혼합은, 비냉각 HP EGR 및 냉각 LP EGR 경계(74, 84) 사이의 제5 작동 영역(92)에서 이용된다.
예시적인 일 구현에 따르면, 엔진 노크를 피하기 위해 비냉각 HP EGR의 양이 냉각 LP EGR의 양에 대해서 조정될 수 있다. 이러한 조정은 모든 속도 및 부하에 대해 수행될 수 있고, 이 때 비냉각 HP EGR이 가능하며(예컨대, 시스템의 관련된 부분들을 가로질러 적합한 압력 차이 때문에) 냉각 LP EGR보다 선호된다(예컨대, 전술한 이유들 때문에). 이러한 속도 및 부하 모두에 대해, 엔진 노크가 존재하지 않으면 냉각 LP EGR에 비해 비냉각 HP EGR의 양이 증가되지만, 엔진 노크가 존재하면 엔진 노크가 중단될 때까지 비냉각 HP EGR의 양이 감소된다. 예를 들어, 도 2를 참조하면, 지점(94)에 나타난 3,500 RPM 및 10 bar에 엔진 노크가 존재할 경우, 비냉각 HP EGR이 증가될 것이다. 그러나, 예를 들어, 지점(96)에 나타난 5,000 RPM 및 15 bar에 엔진 노크가 존재할 경우, 엔진 노크가 중단될 때까지 비냉각 HP EGR은 감소될 것이다.
마지막으로, 냉각 LP EGR은 상대적으로 낮은 엔진 부하에서 이용되어 NOx를 감소시킬 수 있지만, 비냉각 HP EGR 또한 낮은 엔진 부하에서 NOx를 감소시키는 데 어느 정도 이용될 수 있다. 또한, 중간 내지 비교적 높은 엔진 부하에서, LP EGR에 비해서 HP EGR과 연관된 엔진 펌핑 손실이 더 낮기 때문에, 더 효율적인 엔진 작동을 위해, 비냉각 HP EGR이 LP EGR보다 더 많이 이용될 수 있다. 그러나, 엔진 노크를 감소시키려고 시도할 때 비냉각 HP EGR과 연관된 높은 흡입 가스 온도는 역효과를 가져오는 경향이 있기 때문에, 고온과 연관된 상대적으로 높은 엔진 부하에서의 정상 상태 작동 하에서는 비냉각 HP EGR이 LP EGR보다 더 적게 이용될 수 있다.
그럼에도 불구하고, 상대적으로 높은 엔진 부하에서 일시적인 작동 하에서는 비냉각 HP EGR이 사용될 수 있다. 이는, 비냉각 HP EGR 경로가 개방된 후, 경로가 열로 포화됨에 따라 고온의 배기가스가 경로 도관, 밸브, 매니폴드 등에서 열적 관성을 극복할 때까지, 짧지만 충분한 시간 동안 경로가 상대적으로 저온의 가스를 전달할 것이기 때문이다. 따라서, 적어도 일부 기간 동안 일시적인 이러한 높은 속도 및 높은 부하 동안 비냉각 HP EGR 경로는 적어도 부분적으로 개방되거나 개방 상태일 수 있다. 그리고, HP EGR 경로가 열로 포화됨에 따라, 비냉각 HP EGR 경로는, 예를 들어 경로의 EGR 밸브를 점차적으로 닫음으로써 점차적으로 닫힐 수 있다.
실시형태들의 상기 설명은 사실상 단지 예시적인 것이며, 따라서 그 변형은 청구범위의 사상 및 범주로부터 벗어나는 것으로 간주되지 않는다.

Claims (17)

  1. 외부 배기가스 재순환(EGR) 방법으로,
    불꽃 점화 과급 엔진의 엔진 노크를 모니터링하는 단계; 및
    엔진 노크의 부재에 반응하여, 비냉각 고압 EGR이 냉각 저압 EGR에 비해 증가되고, 엔진 노크의 존재에 반응하여, 엔진 노크가 중단될 때까지 비냉각 고압 EGR이 냉각 저압 EGR에 비해 감소되도록, 냉각 저압 EGR에 대해 비냉각 고압 EGR을 조정하는 것을 포함하는, 비냉각 고압 EGR 및 냉각 저압 EGR의 엔진으로의 유동을 제어하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    엔진의 속도를 감지하는 단계; 및
    엔진의 부하를 측정하는 단계를 더 포함하고,
    여기서 상기 유동 제어 단계는, 엔진 속도 및 부하에 기초하며 비냉각 고압 EGR 및 냉각 저압 EGR 혼합 영역을 포함하는 배기가스 재순환 모델에 따라 수행되고, 또한 상기 조정은 엔진이 EGR 혼합 영역에 상응하는 속도 및 부하에서 작동할 때 수행되는 것인 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 조정은 EGR 유동 제어 장치의 위치를 조정함으로써 수행되는 것인 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    EGR 유동 제어 장치는, 비냉각 HP EGR 경로의 HP EGR 밸브인 것인 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 조정은, 상대적으로 높은 엔진 속도 및 부하에서 일시적인 작동 중 적어도 일부 기간 동안 비냉각 HP EGR이 유동되게 하는 것을 포함하는 것인 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 조정은, HP EGR 경로가 열로 포화됨에 따라 HP EGR 유동을 점차적으로 감소시키는 것을 포함하는 것인 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 엔진 노크 센서로 엔진 노크를 감지하는 단계를 더 포함하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 조정은, 비냉각 HP EGR 경로의 HP EGR 밸브의 위치를 조정함으로써 수행되고, 상대적으로 높은 엔진 속도 및 부하에서 일시적인 작동 중 적어도 일부 기간 동안 비냉각 HP EGR이 유동되게 하는 것을 포함하는 것인 방법.
  9. 불꽃 점화 과급 엔진의 외부 배기가스 재순환(EGR) 방법으로,
    엔진의 속도를 감지하는 단계;
    엔진의 부하를 측정하는 단계;
    엔진의 엔진 노크를 모니터링하는 단계; 및
    엔진 속도 및 부하를 기초로 하며 비냉각 고압 EGR 및 냉각 저압 EGR 혼합 영역을 포함하는 배기가스 재순환 모델에 따라, 비냉각 고압 EGR 및 냉각 저압 EGR의 엔진으로의 유동을 제어하고, 엔진이 EGR 혼합 영역에 상응하는 속도 및 부하에서 작동할 때, 엔진 노크의 부재에 반응하여, 비냉각 고압 EGR이 냉각 저압 EGR에 비해 증가되고, 엔진 노크의 존재에 반응하여, 엔진 노크가 중단될 때까지 비냉각 고압 EGR이 냉각 저압 EGR에 비해 감소되도록, 냉각 저압 EGR에 대해 비냉각 고압 EGR의 조정하는 것을 포함하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 조정은, EGR 유동 제어 장치의 위치를 조정함으로써 수행되는 것인 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    EGR 유동 제어 장치는, 비냉각 HP EGR 경로의 HP EGR 밸브인 것인 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 조정은, 상대적으로 높은 엔진 속도 및 부하에서 일시적인 작동 중 적어도 일부 기간 동안 비냉각 HP EGR이 유동하게 하는 것을 포함하는 것인 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 조정은, HP EGR 경로가 열로 포화됨에 따라 점차적으로 HP EGR 유동을 감소시키는 것을 포함하는 것인 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    적어도 하나의 엔진 노크 센서로 엔진 노크를 감지하는 단계를 더 포함하는 방법.
  15. 과급 불꽃 점화 엔진을 위한 제품으로,
    터빈을 포함하는 터보차저;
    터보차저 터빈 상류의 비냉각 고압 EGR 경로;
    터보차저 터빈 하류의 냉각 저압 EGR 경로;
    EGR 경로들 중 적어도 하나와 연통되는 적어도 하나의 EGR 유동 제어 장치; 및
    적어도 하나의 EGR 유동 제어 장치와 연통되어, 비냉각 고압 EGR의 엔진으로의 유동 및 냉각 저압 EGR의 엔진으로의 유동을 제어하는 제어기를 포함하며,
    제어기는, 엔진 노크의 부재 시 비냉각 고압 EGR이 냉각 저압 EGR에 비해 증가되고, 엔진 노크의 존재 시, 엔진 노크가 중단될 때까지 비냉각 고압 EGR이 냉각 저압 EGR에 비해 감소되도록, 적어도 하나의 EGR 유동 제어 장치를 제어하여 냉각 저압 EGR에 대해 비냉각 고압 EGR을 조정하는 것인 제품.
  16. 제15항에 있어서, 냉각 LP EGR 경로에 냉각기를 더 포함하고, HP EGR 경로에는 냉각기를 포함하지 않는 제품.
  17. 제15항에 있어서, 적어도 하나의 EGR 유동 제어 장치는, HP EGR 경로의 HP EGR 밸브 및 LP EGR 경로의 LP EGR 밸브를 포함하는 것인 제품.
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