KR20140051918A - 내연 엔진 및 내연 엔진을 작동하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 흡입 가스 도관 시스템 (6) 및 배기 가스 시스템 (10); 제 1 터보 차져 유닛 (20), 제 2 터보 차져 유닛 (40), 배기 가스 시스템 (10) 과 연결되어 배열된 제 2 터보 차져 유닛 (40) 의 터빈 부분 (42) 및 제 2 터보 차져 유닛 (40) 의 컴프레셔 부분 (44) 을 포함하는 내연 엔진 (1) 으로서, 컴프레셔 부분 (44) 의 흡입부는 배기 가스 시스템 (10) 과 연결되어 배열되고 컴프레셔 부분 (44) 의 배출부는 배기 가스 재순환 도관 시스템 (12) 을 거쳐 흡입 가스 도관 시스템 (6) 과 연결되어 배열되는 내연 엔진 (1) 에 관한 것이다. 제 2 터보 차져 유닛의 터빈 부분 (42) 의 흡입부는 제 1 제어 밸브 (48) 를 통해 배기 가스 시스템에 연결된다. 또한 본 발명은 내연 엔진을 작동하는 방법에 관한 것이다.

Description

내연 엔진 및 내연 엔진을 작동하는 방법{AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND METHOD OF OPERATING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE}
본 발명은 흡입 가스 도관 시스템 및 배기 가스 시스템; 제 1 터보 차져 유닛, 배기 가스 시스템과 연결되어 배열된 제 1 터보 차져 유닛의 터빈 부분, 내연 엔진의 배기 가스의 에너지에 의해 산소 포함 연소 가스를 가압하도록 흡입 가스 도관 시스템과 연결되어 배열된 제 1 터보 차져 유닛의 컴프레셔 부분; 제 2 터보 차져 유닛, 배기 가스 시스템과 연결되어 배열된 제 2 터보 차져 유닛의 터빈 부분 및 컴프레셔 부분을 포함하고, 제 2 터보 차져 유닛의 터빈 부분의 흡입부는 제 1 터보 차져 유닛의 터빈 부분과 병렬로 결합되고, 컴프레셔 부분의 흡입부는 배기 가스 시스템과 연결되어 배열되고 컴프레셔 부분의 배출부는 배기 가스 재순환 도관 시스템을 거쳐 흡입 가스 도관 시스템과 연결되어 배열되고, 제 2 터보 차져 유닛의 컴프레셔 부분은 내연 엔진의 배기 가스의 에너지에 의해 배기 가스의 재순환된 일부를 가압하도록 배열되는 내연 엔진에 관한 것이다.
본 발명은 연소 공기가 흡입 가스 도관을 통해 내연 엔진으로 도입되고 연소 공기가 배기 가스 시스템으로 유동되도록 배열되는 내연 엔진의 배기 가스들의 에너지를 사용함으로써 제 1 터보 차져 유닛에 의해 수퍼 차지 (supercharge) 되고, 제어 가능한 양의 배기 가스는 흡입 가스 도관 시스템으로 그리고 내연 엔진의 연소 프로세스로 다시 재순환되는 내연 엔진을 작동하는 방법으로서, 배기 가스의 재순환은 제 2 터보 차져 유닛에 의해 보조되고, 내연 엔진의 배기 가스는 두개의 부분 스트림들로 분리되고, 제 1 부분 스트림은 제 1 터보 차져 유닛의 터빈 부분에 이르고 제 2 부분 스트림은 제 2 터보 차져 유닛의 터빈 부분에 이른다.
터보 차져들은 주변 압력 이상의 압력들로 내연 엔진의 흡기부로 공기를 제공하기 위한 것으로서 널리 공지되어 있다.
일반적으로, 터보 차져는 터빈 하우징 내의 회전 가능한 샤프트 상에 장착된 배기 가스 구동식 터빈 휠을 포함한다. 터빈 휠의 회전은 컴프레셔 하우징 내의 샤프트의 다른 단부 상에 장착된 컴프레셔 휠을 회전시킨다. 컴프레셔 휠은 엔진의 흡기 매니폴드에 대해 압축된 공기를 생성함으로써, 엔진 동력을 증가시킨다. 터보 차져의 작동의 제어를 용이하게 하도록, 터빈은 고정형 또는 가변형 타입 (fixed or variable geometry type) 일 수 있다. 가변형 터빈들은 흡입부 통로의 크기 또는 기능이 터빈 내로 가스 도입을 제어하도록 변경될 수 있어서 터빈의 동력 출력이 변경하는 엔진 요구들을 충족시키도록 변경될 수 있다는 점에서 고정형 터빈들과 다르다.
내연 엔진의 작동 중에 질소 산화물들 (NOx) 이 형성된다. NOx 는 고온으로 인해 산소 및 질소의 존재 하에서 연소 프로세스 중에 엔진에서 생성된다. 배기 방출물들 (exhaust emissions) 에 대한 요구 조건을 충족하도록, 엔진의 배기 가스의 일부가 엔진의 연소 챔버들로 다시 재순환되는 배기 가스 재순환 (EGR) 시스템들이 사용될 수 있다. 이는 전형적으로 엔진의 배기 매니폴드로부터 흡입 매니폴드로 상당한 양의 배기 가스를 지향시킴으로써 달성된다. 이는 일반적으로 외부 재순환으로 칭해진다. 재순환된 배기 가스는 연소 중에 생성된 피크 온도를 낮춘다. NOx 생성물이 증가된 피크 온도와 함께 증가되므로, 배기 가스의 재순환은 형성된 바람직하지 않은 NOx 의 양을 감소시킨다. 터보 차져들은 EGR 시스템의 일부를 형성할 수 있다.
예를 들면, US 공개 공보 2010/122530A1 에 그러한 시스템이 개시되어 있다. 터보 차져를 갖는 엔진용 EGR 시스템은 주 터보 차져와 병렬로 작동하는 제 2 터보 차져를 포함한다. 본원에서 EGR 터보 차져로서 칭해지는 제 2 터보 차져는 엔진 배기의 일부에 의해 동력이 발생되는 터빈 부분을 갖는다. 터보 차져의 컴프레셔 부분은 엔진의 흡입 매니폴드로 배기 가스를 가압한 후 엔진 배기 가스의 일부를 제공하도록 배열된다. 그와 같이, EGR 터보 차져의 터빈 부분은 EGR 터보 차져가 엔진 흡기부로 엔진 배기 가스의 일부를 제공하도록 EGR 터보 차져의 컴프레셔 부분을 구동한다.
EGR 터보 차져에 의한 배기 가스 재순환과 관련된 문제점은 EGR 터보 차져가 엔진의 주 터보 차져 유닛에서 활용되는 바로 그 동일한 에너지 공급원을 사용하고 따라서 EGR 터보 차져 유닛의 작동을 제어하는 것이 엔진의 주 터보 차져에도 영향을 준다는 점이다.
본 발명의 목적은 전반적인 차징 시스템의 유리한 작동을 제공하는 배기 가스 재활용 터보 차져를 포함하는 터보 차지된 내연 피스톤 엔진을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 흡입 가스 도관 시스템 및 배기 가스 시스템, 제 1 터보 차져 유닛으로서, 제 1 터보 차져 유닛의 터빈 부분은 배기 가스 시스템과 연결되어 배열되고 제 1 터보 차져 유닛의 컴프레셔 부분은 내연 엔진의 배기 가스의 에너지에 의해 산소 포함 연소 가스를 가압하도록 흡입 가스 도관 시스템과 연결되어 배열된 제 1 터보 차져 유닛, 제 2 터보 차져 유닛으로서, 제 2 터보 차져 유닛의 터빈 부분은 배기 가스 시스템과 연결되어 배열되고, 제 2 터보 차져 유닛의 터빈 부분의 흡입부는 제 1 터보 차져 유닛의 터빈 부분과 병렬로 결합되고, 컴프레셔 부분의 흡입부는 배기 가스 시스템과 연결되어 배열되고 컴프레셔 부분의 배출부는 배기 가스 재순환 도관 시스템을 거쳐 흡입 가스 도관 시스템과 연결되어 배열되고, 컴프레셔 부분은 내연 엔진의 배기 가스의 에너지에 의해 배기 가스의 재순환된 일부를 가압하도록 배열되는 제 2 터보 차져 유닛을 포함하는 내연 엔진에 의해 실질적으로 달성된다. 본 발명은 제 2 터보 차져 유닛의 터빈 부분의 흡입부는 제 1 제어 밸브를 통해 배기 가스 시스템에 연결되는 것을 특징으로 한다.
이는 제 2 터보 차져에 대한 배기 가스의 부분 스트림의 유량 (flow rate) 이 제어될 수 있는 효과를 발생시킨다. 특히 제 1 터보 차져에 대한 배기 가스의 부분 유동은 제 1 제어 밸브를 일시적으로 스로틀링 (throttling) 함으로써 최대화될 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면 배기 가스 재순환 도관 시스템은 제 2 터보 차져 유닛의 컴프레셔 부분의 상류측으로부터 제 2 터보 차져 유닛의 컴프레셔 부분의 하류측에 이르는 제어 회로를 포함하고, 제어 회로에는 제 2 제어 밸브가 제공된다.
제어 회로에 의해 특히 제 1 제어 밸브가 억제 (throttling down) 될 때 제 2 터보 차져 유닛 부분의 컴프레셔 부분의 동력 요구를 최저화하는 것이 가능하다.
본 발명의 실시형태에 따르면 배기 가스 재순환 도관 시스템은 제 2 터보 차져 유닛의 컴프레셔 부분의 배출부와 흡입 가스 도관 시스템 사이에 배열된 밸브를 포함한다. 밸브에 의해 재순환은 제어되거나 전체적으로 차단 (shut off) 될 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면 배기 가스 재순환 도관 시스템은 컴프레셔 부분의 상류에 배열된 제 1 가스 냉각기 유닛을 포함한다.
본 발명의 실시형태에 따르면 제어 회로에는 제 2 가스 냉각기 유닛이 제공된다. 제 2 가스 냉각기 유닛에 의해 제어 회로로 유동하는 가스 온도는 제어될 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면 내연 엔진의 제어 시스템은 내연 엔진의 부하 증가 중에 제 1 제어 밸브를 억제하도록 배열된다.
본 발명의 실시형태에 따르면 제 1 터보 차져 유닛에는 웨이스트 게이트가 제공되고 내연 엔진에는 내연 엔진의 부하 증가 중에 그리고 웨이스트 게이트가 폐쇄될 때 제 1 제어 밸브를 억제하도록 배열된 제어 시스템이 제공된다.
본 발명의 실시형태에 따르면 제 1 터보 차져 유닛의 터빈 부분 및 제 2 터보 차져 유닛의 터빈 부분은 배기 가스 시스템 내에 병렬로 배열된다.
또한 본 발명의 목적은 연소 공기가 흡입 가스 도관을 통해 내연 엔진으로 도입되고 연소 공기가 배기 가스 시스템으로 유동되도록 배열되는 내연 엔진의 배기 가스들의 에너지를 사용함으로써 제 1 터보 차져 유닛에 의해 수퍼 차지 (supercharge) 되고, 제어 가능한 양의 배기 가스는 흡입 가스 도관 시스템으로, 그리고 내연 엔진의 연소 프로세스로 다시 재순환되는, 내연 엔진을 작동하는 방법으로서, 배기 가스의 재순환은 제 2 터보 차져 유닛에 의해 보조되고, 내연 엔진의 배기 가스는 두개의 부분 스트림들로 분리되고, 제 1 부분 스트림은 제 1 터보 차져 유닛의 터빈 부분에 이르고 제 2 부분 스트림은 제 2 터보 차져 유닛의 터빈 부분에 이르는 내연 엔진을 작동하는 방법에 의해 달성된다. 본 발명은 제 2 터보 차져 유닛의 작동이 제 2 터보 차져 유닛의 터빈 부분의 흡입부와 배기 가스 시스템 사이에 배열된 제 1 제어 밸브의 스로틀링 효과의 제어에 의해 제 2 부분 스트림의 유량을 제어함으로써 제어되는 내연 엔진을 작동하는 방법에 의해 달성된다.
본 발명의 실시형태에 따르면 제 1 터보 차져 유닛의 동력은 제 2 터보 차져 유닛의 터빈 부분에 대한 제 2 부분 스트림의 유량을 일시적으로 스로틀링함으로써 임시로 증가된다.
본 발명의 실시형태에 따르면 제 2 터보 차져 유닛의 컴프레셔 부분의 작동은 컴프레셔 부분의 상류측으로부터 컴프레셔 부분의 하류측에 이르는 제어 회로를 거쳐 컴프레셔 부분의 흡입부측으로 다시 제어된 양의 압축된 가스의 루트를 정함으로써 제어된다.
본 발명의 실시형태에 따르면 제 2 터보 차져 유닛의 터빈 부분에 대한 제 2 부분 스트림의 유량은 사전 설정된 레벨로 제 2 터보 차져의 회전 속도를 유지하도록 제어된다. 배기 가스의 재순환은 제 2 부분 스트림의 유량의 스로틀링 중에 임시로 차단된다.
본 발명은 내연 엔진의 동력 출력이 증가되는 순간적인 작동 단계들과 관련되어 구체적인 이점을 갖는다.
다음에, 본 발명은 첨부된 예시적이고, 도식적인 도면을 참조하여 설명될 것이다.
도 1 은 본 발명의 실시형태에 따른 내연 엔진을 예시한다.
도 1 은 본 발명의 실시형태에 따른 내연 엔진 (1) 을 도식적으로 도시한다. 엔진은 몇개의 실린더들 (4) 이 직렬 배열체로써 배열된 본체 (2) 를 포함한다. 엔진은 엔진 (1) 의 각각의 실린더 (4) 의 흡입 채널 (8) 에 결합된 흡입 가스 도관 시스템 (6) 을 추가로 포함한다. 흡입 가스 도관 시스템은 엔진의 연소 챔버들로 흡입 가스, 일반적으로 공기를 전달하기 위해 배열된다. 또한 엔진은 배기 가스 도관 시스템 (10) 및 흡입 가스 도관 시스템 (6) 과 배기 가스 도관 시스템 (10) 을 연결하는 배기 가스 재순환 도관 시스템 (12) 을 포함한다.
도 1 의 실시형태에서, 흡입 가스 도관 시스템 (6) 은 맨 앞에 연소 프로세스를 위해 요구되는 산소를 포함하는 가스가 엔진 실린더들의 각각으로 전달될 수 있는 연소 가스 매니폴드 (14) 를 포함한다. 전형적으로 연소 가스는 공기이지만 본 발명에 따른 엔진의 작동은 임의의 원하는 산소를 포함하는 가스에 의해 실시될 수 있다는 것에 주목해야 한다. 엔진 또는 실린더들 (4) 의 각각에는 흡입 채널 (24) 이 제공되고, 흡입 채널 (24) 은 실린더들에 연소 가스 매니폴드를 연결한다. 연소 가스 매니폴드 (14) 는 터보-차져 유닛 (20) 의 컴프레셔 부분 (18) 의 배출부 (16) 에 연결되고, 터보-차져 유닛 (20) 은 본원에서 제 1 터보 차져 유닛으로 칭한다. 또한 유리하게 연소 가스 냉각기 (22) 는 컴프레셔 부분의 하류 및 연소 가스 매니폴드 (14) 의 상류에 배열된다. 도 1 에서 터보 차져 유닛은 하나의 스테이지 시스템으로 도시되지만, 터보 차져 유닛, 즉 터빈 부분 및/또는 컴프레셔 부분은 몇개의 스테이지들을 포함할 수 있다는 것이 명백하다.
배기 가스 시스템 (10) 은 배기 도관 (28) 이 터보 차져 유닛 (20) 의 터빈 부분 (32) 의 흡입부 (30) 로 연장되는 배기 매니폴드 (26) 를 포함한다. 터보 차져의 터빈 부분 (32) 및 컴프레셔 부분 (18) 은 터빈 부분에 의해 컴프레셔 부분을 작동시키는 것과 같은 공지된 방식으로 서로 결합된다. 본원에서 터빈 부분에는 웨이스트 게이트 (32') 가 제공된다.
배기 가스 재순환 도관 시스템 (12) 은 엔진의 배기 가스 유동의 일부가 엔진으로 다시 재순환될 수 있도록 흡입 가스 도관 시스템 (6) 과 배기 가스 도관 시스템 (10) 을 연결한다. 배기 가스 재순환 도관 시스템 (12) 은 배기 가스 재순환 매니폴드로부터 개별적인 흡입 채널 (8) 로 연장되도록 배열된 분기 도관들 (36) 에 의해 엔진의 실린더들의 각각의 흡입 채널 (8) 에 분리되어 연결된 배기 가스 재순환 매니폴더 (34) 를 포함한다. 본 발명에 따른 이러한 방법으로 재순환된 배기 가스 및 새로운 연소 가스는 가장 먼저 흡입 채널 (8) 에서 혼합되어, 재활용된 배기 가스 스트림이 서브-스트림들로 분리되고, 각각의 서브 스트림들은 분리된 흡입 채널들 (8) 로 도입된다.
따라서 본 발명의 실시형태에 따른 흡입 가스 도관 시스템 (6) 에서, 실린더용 흡입 채널은 엔진의 흡입 가스 도관 시스템 (6) 으로의 제 1 연결부 및 배기 가스 시스템 (1O) 으로의 제 2 연결부를 포함한다. 흡입 채널 (8) 에는 배기 가스 재순환 도관 시스템 (12) 으로의 제 3 연결부가 추가로 제공된다.
실시형태에 따르면 분기 도관들에는 제어 가능한 흡입부들이 제공된다. 다른 실시형태에 따르면 분기 도관들에는 고정형의 흡입부들이 제공된다.
온/오프 밸브 (38) 는 필요하다면 밸브를 폐쇄함으로써 재순환을 정지 (shut down) 시키도록 배기 가스 재순환 도관 시스템 (12) 에 배열된다.
본 발명에 따르면, 엔진은 엔진의 배기 가스의 에너지에 의해 배기 가스의 재순환된 일부를 가압하도록 배기 가스 재순환 도관 시스템 (12) 에 배열된 제 2 터보-차져 유닛 (40) 을 포함한다. 이러한 방법에서 배기 가스의 재활용된 일부의 압력은 적어도 흡입 채널들 (8) 에서 산소 포함 연소 가스의 압력의 레벨이다. 본 발명의 작동에서 연소 공기는 흡입 가스 도관을 통해 엔진으로 도입되고 연소 공기는 배기 가스 시스템으로 유동하도록 배열된 엔진의 배기 가스의 에너지를 사용함으로써 제 1 터보 차져 유닛에 의해 수퍼 차지되고 제어 가능한 양의 배기 가스는 흡입 가스 도관 시스템으로 그리고 엔진의 연소 프로세스로 다시 재순환된다. 배기 가스의 재순환은 제 2 터보 차져 유닛에 의해 보조된다.
제 2 터보 차져 유닛 (40) 은 제 1 부분 스트림이 제 1 터보 차져 유닛 (20) 에 이르면서, 엔진의 배기 가스의 제 2 부분 스트림에 의해 작동되는 터빈 부분 (42) 을 포함한다. 따라서, 엔진의 배기 가스는 두개의 부분 스트림들로 분리되고 두개의 부분 스트림 중 제 1 부분 스트림은 제 1 터보 차져 유닛의 터빈 부분에 이르고 제 2 부분 스트림은 제 2 터보 차져 유닛의 터빈 부분에 이른다. 배기 가스 도관 (28) 에는 분기 도관 (28') 이 제공되고 분기 도관 (28') 은 제 2 터보 차져 유닛의 터빈 부분 (42) 에, 즉 터빈 부분 (42) 의 흡입부에 배기 매니폴드 (26) 를 연결된다. 터빈 부분 (42) 을 통과하는 엔진의 배기 가스의 제 2 부분 스트림은 제 1 터보 차져 유닛 (20) 의 터빈 부분 (32) 의 하류측으로 다시 복귀된다. 전용의 방출 도관을 통해 멀리 배기 가스의 부분 스트림을 인도하는 것도 가능하다. 제 1 제어 밸브 (48) 는 제 2 터보 차져 유닛 (40) 의 터빈 부분 (42) 을 통해 배기 가스의 제 2 부분 스트림의 유량을 제어하기 위해 배열된다. 본원에서 밸브 (48) 는 분기 도관 (28') 에 배열된다. 제어는 제 1 제어 밸브 (48) 의 스로틀링 효과를 조정함으로써 수행된다. 이는 제 2 터보 차져 유닛의 작동의 정확한 제어 및 재순환된 배기 가스의 정확한 제어도 가능하게 한다. 밸브는 당업자에게 명백한 임의의 종류의 밸브일 수 있고, 밸브는 터빈 부분 (42) 을 통해 가스 유동에 스로틀링 효과를 제공할 수 있다.
또한 제 2 터보 차져 유닛 (40) 의 컴프레셔 부분 (44) 은 엔진의 배기 가스를 수용하도록 엔진의 배기 매니폴드 (26) 에 연결된다. 적어도 하나의 컴프레셔 부분 (44) 의 배출부는 배기 가스 재순환 도관 시스템 (12) 에 의해 흡입 가스 도관 시스템 (6) 에 연결된다. 컴프레셔 부분의 흡입부는 엔진의 배기 매니폴드 (26) 와 연결된다. 배기 가스 재순환 도관 시스템 (12) 은 뜨거운 가스 미립자 재료 필터와 같은 가스 세정 장치 (50) 를 포함할 수 있다. 부가적으로 본 발명의 실시형태에 따르면 배기 가스 재순환 도관 시스템 (12) 은 도 1 에서는 가스 세정 장치의 하류에 배열되지만 가스 유동 방향으로 컴프레셔 부분 (44) 전에 배열된 제 1 가스 냉각기 유닛 (52) 을 포함한다. 다양한 도관들에서의 가스 유동의 방향들은 도면에서 화살표들도 도시된다.
추가로, 본 발명의 실시형태에 따르면 배기 가스 재순환 도관 시스템 (12) 은 제 2 터보 차져 유닛의 컴프레셔 부분 (44) 의 상류측으로부터 제 2 터보 차져 유닛의 컴프레셔 부분 (44) 의 하류측에 이르는 제어 회로 (56) 를 포함한다. 본 실시형태에서 제어 회로 (56) 는 제 1 가스 냉각기 유닛 (52) 의 상류측에 연결된다. 제 2 제어 밸브 (46) 는 제어 회로에서 순환되도록 배열된 가스 유동의 일부를 제어하기 위한 제어 회로에 배열된다. 환언하면, 제어 회로 (56) 는 컴프레셔 부분 (44) 을 위한 재순환 라인을 형성한다. 제 2 터보 차져 유닛의 컴프레셔 부분이 제 1 제어 밸브 (48) 의 작동과 함께 제어되는 제어 회로에 의해, 제 2 터보 차져 유닛의 회전 속도는 배기 가스의 재순환이 최소로 되거나 또는 전체적으로 차단 (shut off) 되는 환경에서도 원하는 레벨로 유지될 수 있다. 제어 회로가 개방될 때 컴프레셔 부분은 최저 에너지에 의해 원하는 속도로 회전될 수 있다. 그리고, 회전 속도가 유지될 때, 정상 작동 환경들은 원하거나 요구되는 경우에 빠르게 도달될 수 있다. 이는 과도적인 상황들에서 특히 유리하다.
본 발명의 실시형태에 따르면 엔진은 제 1 터보 차져 유닛 (20) 의 동력이 제 2 터보 차져 유닛 (40) 의 터빈 부분에 대한 제 2 부분 스트림의 유량을 일시적으로 억제함으로써 일시적으로 증가되도록 과도 상황들에서 작동된다. 따라서 최대 배기 가스 유량 및 압력은 제 1 터보 차져의 터빈 부분으로 전달될 수 있다.
또 다른 실시형태에 따르면, 제 1 터보 차져 유닛 (20) 의 동력은 밸브 (38) 를 일시적으로 폐쇄함으로써 일시적으로 증가되어, 배기 가스의 어떠한 재순환도 발생되지 않을 것이다. 동시에 제 2 터보 차져 유닛 (40) 의 터빈 부분에 대한 제 2 부분 스트림의 유량은 밸브 (48) 에 의해 억제된다. 추가로 밸브 (46) 는 컴프레셔 부분 (44) 의 상류측과 컴프레셔 부분 (44) 의 하류측 사이의 연결을 개방하도록 개방될 수 있다. 따라서 제어된 양의 압축된 가스는 제어 회로 (56) 를 거쳐 컴프레셔 부분의 흡입부측으로 다시 재순환된다. 제 1 밸브 (48) 는 밸브 (38) 가 폐쇄되면서 사전 설정된 레벨로 제 2 터보 차져의 회전 속도를 유지하도록 제어된다. 이러한 방법으로 제 2 터보 차져는 요구될 때 용이하게 사용 가능하다.
배기 가스 재순환 도관 시스템 (12) 은 컴프레셔 부분 (44) 과 배기 가스 재순환 매니폴드 (34) 사이에 제 2 가스 냉각기 유닛 (54) 을 추가로 포함한다.
본 발명은 현재 가장 바람직한 실시형태들로 고려되는 예로써 본원에서 설명되지만, 본 발명은 개시된 실시형태들에 제한되지 않고, 첨부된 청구항들 내에서 규정된 본 발명의 범위 내에 포함되는 다양한 조합들 또는 그 특징의 변경예들 및 몇몇 다른 적용예를 포함하도록 의도되었다는 것이 이해될 것이다. 예를 들면 본 발명은 오토 사이클 (otto cycle) 또는 디젤 사이클과 같은 다양한 사이클들로써 작동하는 두개의 스트로크 또는 네개의 스트로크 엔진들에 용이하게 적용될 수 있다. 또한 엔진 구성은 직렬 엔진으로부터, 예를 들면 V 형 엔진으로 변경될 수 있다. 상기 임의의 실시형태와 관련되어 설명된 상세들은 그러한 조합이 기술적으로 실행 가능하다면 또 다른 실시형태와 관련하여 사용될 수 있다.

Claims (14)

  1. 내연 엔진 (1) 으로서,
    - 흡입 가스 도관 시스템 (6) 및 배기 가스 시스템 (10),
    - 제 1 터보 차져 유닛 (20) 으로서, 상기 제 1 터보 차져 유닛의 터빈 부분 (32) 은 상기 배기 가스 시스템과 연결되어 배열되고 상기 제 1 터보 차져 유닛의 컴프레셔 부분 (18) 은 상기 내연 엔진 (1) 의 배기 가스의 에너지에 의해 산소 포함 연소 가스를 가압하도록 상기 흡입 가스 도관 시스템과 연결되어 배열된 상기 제 1 터보 차져 유닛 (20),
    - 제 2 터보 차져 유닛 (40) 으로서, 상기 제 2 터보 차져 유닛의 터빈 부분 (42) 은 상기 배기 가스 시스템 (10) 과 연결되어 배열되고, 상기 제 2 터보 차져 유닛 (40) 의 터빈 부분 (42) 의 흡입부는 상기 제 1 터보 차져 유닛 (20) 의 터빈 부분 (32) 과 병렬로 결합되고, 컴프레셔 부분 (44) 의 흡입부는 상기 배기 가스 시스템 (10) 과 연결되어 배열되고 상기 컴프레셔 부분 (44) 의 배출부는 배기 가스 재순환 도관 시스템 (12) 을 거쳐 상기 흡입 가스 도관 시스템 (6) 과 연결되어 배열되고, 상기 컴프레셔 부분 (44) 은 상기 내연 엔진의 배기 가스의 에너지에 의해 상기 배기 가스의 재순환된 일부를 가압하도록 배열되는 상기 제 2 터보 차져 유닛 (40) 을 포함하고,
    상기 제 2 터보 차져 유닛의 터빈 부분 (42) 의 상기 흡입부는 제 1 제어 밸브 (48) 를 통해 상기 배기 가스 시스템에 연결되는, 내연 엔진 (1).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배기 가스 재순환 도관 시스템 (12) 은 상기 제 2 터보 차져 유닛의 상기 컴프레셔 부분 (44) 의 상류측으로부터 상기 제 2 터보 차져 유닛의 상기 컴프레셔 부분 (44) 의 하류측에 이르는 제어 회로 (56) 를 포함하고, 상기 제어 회로에는 제 2 제어 밸브 (46) 가 제공되는, 내연 엔진 (1).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 배기 가스 재순환 도관 시스템 (12) 은 상기 제 2 터보 차져 유닛 (40) 의 상기 컴프레셔 부분의 배출부와 상기 흡입 가스 도관 시스템 (6) 사이에 배열된 밸브 (38) 를 포함하는, 내연 엔진 (1).
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 배기 가스 재순환 도관 시스템 (12) 은 상기 컴프레셔 부분 (44) 의 상류에 배열된 제 1 가스 냉각기 유닛 (52) 을 포함하는, 내연 엔진 (1).
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어 회로 (56) 에는 제 2 가스 냉각기 유닛 (54) 이 제공되는, 내연 엔진 (1).
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 내연 엔진 (1) 에는 상기 내연 엔진의 부하 증가 중에 제 1 제어 밸브를 억제 (throttle down) 하도록 배열된 제어 시스템이 제공되는, 내연 엔진 (1).
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 터보 차져 유닛에는 웨이스트 게이트 (32') 가 제공되고 상기 제어 시스템은 상기 내연 엔진의 부하 증가 중에 그리고 상기 웨이스트 게이트가 폐쇄될 때 상기 제 1 제어 밸브 (48) 를 억제하도록 배열되는, 내연 엔진 (1).
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 터보 차져 유닛의 상기 터빈 부분 및 상기 제 2 터보 차져 유닛의 상기 터빈 부분은 상기 배기 가스 시스템 내에 병렬로 배열되는, 내연 엔진 (1).
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 제어 밸브 (48) 는 스로틀링 밸브인, 내연 엔진 (1).
  10. 연소 공기가 흡입 가스 도관을 통해 상기 내연 엔진으로 도입되고 상기 연소 공기가 배기 가스 시스템으로 유동되도록 배열되는 상기 내연 엔진의 배기 가스들의 에너지를 사용함으로써 제 1 터보 차져 유닛에 의해 수퍼 차지 (supercharge) 되고, 제어 가능한 양의 배기 가스는 상기 흡입 가스 도관 시스템으로, 그리고 상기 내연 엔진의 연소 프로세스로 다시 재순환되는, 상기 내연 엔진을 작동하는 방법으로서,
    상기 배기 가스의 재순환은 제 2 터보 차져 유닛에 의해 보조되고, 상기 내연 엔진의 상기 배기 가스는 두개의 부분 스트림들로 분리되고, 제 1 부분 스트림은 상기 제 1 터보 차져 유닛의 터빈 부분에 이르고 제 2 부분 스트림은 상기 제 2 터보 차져 유닛의 터빈 부분에 이르고,
    상기 제 2 터보 차져 유닛의 작동은 상기 제 2 터보 차져 유닛의 상기 터빈 부분의 상기 흡입부와 상기 배기 가스 시스템 사이에 배열된 제 1 제어 밸브의 스로틀링 효과의 제어에 의해 상기 제 2 부분 스트림의 유량을 제어함으로써 제어되는, 내연 엔진을 작동하는 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 터보 차져 유닛 (20) 의 동력은 상기 제 2 터보 차져 유닛 (40) 의 상기 터빈 부분에 대한 상기 제 2 부분 스트림의 유량을 일시적으로 스로틀링함으로써 일시적으로 증가되는, 내연 엔진을 작동하는 방법.
  12. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 터보 차져 유닛의 상기 컴프레셔 부분 (44) 의 작동은 상기 컴프레셔 부분 (44) 의 상류측으로부터 상기 컴프레셔 부분 (44) 의 하류측에 이르는 제어 회로 (56) 를 거쳐 상기 컴프레셔 부분의 상기 흡입부측으로 다시 제어된 양의 압축된 가스의 루트를 정함으로써 제어되는, 내연 엔진을 작동하는 방법.
  13. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 터보 차져 유닛의 상기 터빈 부분에 대한 상기 제 2 부분 스트림의 유량은 사전 설정된 레벨로 상기 제 2 터보 차져의 회전 속도를 유지하도록 제어되는, 내연 엔진을 작동하는 방법.
  14. 제 9 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배기 가스의 재순환은 상기 제 2 부분 스트림의 유량의 스로틀링 중에 임시로 차단 (shut off) 되는, 내연 엔진을 작동하는 방법.

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