KR20150023680A - 열 기관 및 전기 압축기를 포함하는 조립체 - Google Patents

열 기관 및 전기 압축기를 포함하는 조립체 Download PDF

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KR20150023680A
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필립보 루츠
세바스티엥 ?토
아우렐리엥 램지예
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발레오 시스템므 드 꽁트롤르 모뙤르
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Abstract

본 발명은, 공기 유입구(11) 및 열 기관(2)의 유입구에 연결되는 유출구 사이에서 연장되는 흡기 회로(4), 상기 열 기관(2)의 유출구에 연결되는 유입구 및 배기 가스 유출구(13) 사이에서 연장되는 배기 회로(6), 상기 열 기관(2), 상기 배기 회로(6)의 배기 가스 중 일부 또는 전부가 상기 열 기관(2)의 상류로 재주입될 수 있도록 하는 복귀 루프(22), 및 전기 압축기(30)를 포함하는 조립체(1)에 관한 것으로, 상기 전기 압축기(30)는 상기 복귀 루프(22)를 통하여 재순환되는 가스를 수용할 수 있도록 하는 방식으로 상기 조립체(1) 내에 위치하게 된다.

Description

열 기관 및 전기 압축기를 포함하는 조립체{ASSEMBLY COMPRISING A HEAT ENGINE AND AN ELECTRIC COMPRESSOR}
본 발명의 대상은, 열 기관과 전기 압축기를 포함하는 조립체 그리고 특히, 과도 단계(transient phase) 도중의 이러한 조립체의 제어이다. 이러한 조립체는 차량의 내부에 장착될 수 있다.
본 발명의 의미 내에서, 과도 단계는, 설정 값이 일정한 정상 상태 단계와 반대되는, 기관 토오크 설정 값이 도중에 증가하는 단계이다.
공기 유입구와 열기관의 유입구에 연결되는 유출구의 사이에서 연장되는 흡기 회로, 열 기관, 열 기관의 유출구에 연결되는 유입구와 배기 가스 유출구의 사이에서 연장되는 배기 회로, 및 배기 회로의 배기 가스 중 일부 또는 전부가 열 기관의 상류로 재주입될 수 있도록 하는 복귀 루프를 포함하는 조립체를 차량 내부에 사용하는 것은 공지 기술이다.
복귀 루프는 통상적으로, 배기 회로의 유입구가 터빈의 하류에 위치하며 흡기 회로의 유출구가 흡기 회로에 배치되는 기계적 압축기의 상류에 위치하는 방식으로 위치하게 된다. 이러한 배치로 인해, 복귀 루프는 LP(low pressure:저압) 복귀 루프로 지칭된다.
본 출원 전체에 걸쳐, 용어 "상류" 및 "하류"는, 조립체를 통과하여 가스가 순환하는 방향에 관해 정의된다.
이러한 LP 복귀 루프를 구비한 조립체는 수많은 장점을 제공하는데, 그 이유는, 복귀 루프를 통하여 재순환되는 가스가, 특히 저속 및 고부하 조건에서, 기관의 작동 범위 전체에 걸쳐 만족스러운 레벨(더욱 일반적으로, EGR의 레벨로 지칭됨)인 것을 보장되도록 하는 기관을 허용하기 때문이다.
그럼에도 불구하고, 이러한 LP 복귀 루프는, 이러한 복귀 루프를 통하여 재순환되는 가스가 따르게 될 경로의 길이 그리고, 이하 "신선한 공기"라고도 지칭되는, 흡기 회로의 유입구로부터 유입되는 가스와 복귀 루프 내에서 재순환되는 가스의 비율을 측정하는 것과 관련하여 단점이 있다. 이러한 단점은, 가스가 상기 루프를 통하여 재순환되도록 하기 위하여 복귀 루프 내에 위치하게 되는 밸브의 개방에 뒤따르는 단계에 그리고 고부하 조건 하에서의 과도 단계의 작동에 매우 적합하지 않다.
HP(high pressure:고압) 복귀 루프라고도 지칭되는, 배기 회로의 유입구가 터빈의 상류에 위치하며 흡기 회로의 유출구가 기계적 압축기의 하류에 위치하는 복귀 루프의 사용은, 이러한 루프를 통과하여 재순환되는 가스가 따라 가야 하는 경로의 길이를 감소시킬 수는 있지만, 다른 단점들을 보인다.
부하 조건 하에서의 가속 단계 또는 배기 가스가 조립체의 복귀 루프에서 재순환되는 도중의 단계와 같은 과도 단계 도중에도, 열 기관에서의 배기 가스의 만족스러운 재순환을 허용하는 조립체의 장점을 향유할 필요가 있다.
본 발명의 목적은 전술한 바와 같은 요구를 충족하는 것이며, 본 발명은, 뒤따르는 조립체를 사용하는 본 발명의 양태들 중 하나에 따라, 전술한 바와 같은 목적을 달성한다. 상기 조립체는,
- 공기 유입구 및 열 기관의 유입구에 연결되는 유출구의 사이에서 연장되는 흡기 회로,
- 상기 열 기관의 유출구에 연결되는 유입구와 배기 가스 유출구의 사이에서 연장되는 배기 회로,
- 상기 열 기관,
- 상기 배기 회로의 배기 가스 중 일부 또는 전부가 상기 열 기관의 상류로 재주입되도록 허용하는 복귀 루프, 및
- 전기 압축기를 포함하며,
상기 전기 압축기는, 상기 복귀 루프를 통하여 재순환되는 가스를 수용할 수 있도록 하는 방식으로 상기 조립체 내에 위치하게 된다.
상기 전기 압축기는, 복귀 루프를 통하여 재순환되는 가스 중 일부 또는 전부가 압축될 수 있도록 한다. 전기 압축기가 작동 중에 있을 때, 전기 압축기는 또한, 복귀 루프를 통한 배기 가스의 이동을, 이러한 가스의 흡입에 의해, 가속시킬 수 있다. 따라서, 전기 압축기는, 가스가 기관 내로 재주입될 때까지, 기관의 유출구로부터 이러한 가스를 전달하기 위해 소요되는 시간을 감소시킴으로써 과도 단계에서 열 기관을 통하여 재순환되는 가스(또는 EGR)의 비율을 개선할 수 있도록 한다.
과도 단계의 시작으로부터 달성되는 EGR의 비율로 인해, 기관은, 동시에 동력학적으로 바람직한 성능을 보장하는 가운데, 노킹(knocking)/핑잉(pinging) 현상으로부터 보호될 수 있다.
더욱이, 달성되는 조립체는 비교적 소형이다.
전기 압축기는, 예를 들어, 2kW 내지 5kW 사이의 또는 심지어 50KW에 이르는 공칭 출력을 갖는 전기 모터에 의해 구동된다.
전기 압축기를 구동하는 전기 모터는 가변 자기 저항 모터일 수도 있다.
열 기관은 내연 열 기관일 수도 있다. 예를 들어, 열 기관은 가솔린 기관 또는 디젤 기관이다. 일 변형예로서, 다중 연료 기관일 수도 있다. 기관은 또한, 대체 연료들(에탄올, LPG, NGV 가스)에 의해 작동될 수도 있다.
흡기 회로는 기계적 압축기를 포함할 수 있으며, 배기 회로는 터빈을 포함할 수 있고, 복귀 루프는 배기 회로 내의 터빈 하류에 유입구를 그리고 흡기 회로 내의 기계적 압축기 상류에 유출구를 구비한다. 이때, 복귀 루프는 전술한 바와 같은 LP 복귀 루프이다.
과도 단계 이외에서, 기계적 압축기는 복귀 루프에서 재순환되는 가스 및/또는 흡기 회로의 유입구로부터 유입되는 가스를 압축하도록 하기 위해, 그리고 압축기의 작동에 의해 생성되는 흡입 효과에 의해 EGR 가스의 순환을 촉진하도록 하기 위해 사용될 수 있다.
기계적 압축기는 터빈에 연결될 수 있고 터빈에 의해 구동될 수 있으며, 이때 기계적 압축기와 터빈은 함께 터보 차저를 형성한다. 일 변형예로서, 기계적 압축기는 열 기관에 의해, 특히, 벨트를 통해 구동될 수도 있다.
복귀 루프는, 배기 가스를 신선한 공기와 혼합하기 이전에 그리고 배기 가스를 열 기관으로 재주입하기 이전에, 배기 가스를 냉각하기 위한 공냉식 또는 수냉식 열 교환기를 포함할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 전기 압축기는 복귀 루프의 외부에 배치되며, 복귀 루프에서 시작하는 유입관에 의해 복귀 루프에 연결되는 유입구를 구비한다. 이러한 제1 실시예에 따르면, 압축기는 유출관에 의해 기관의 유입구에 연결되는 유출구를 구비할 수도 있다.
이러한 제1 실시예에 따르면, 전기 압축기는, 유입관과 유출관이 복귀 루프의 유입관 상류의 가스가 열 기관에 도달할 수 있도록 하는 추가의 경로를 형성하도록, 흡기 회로에나 복귀 루프에 배치되지 않을 수도 있다.
유출관은, 예를 들어, 열 기관의 연소실로 가스를 유입시키는 흡기 매니폴드 내로 직접적으로 개방된다. 이러한 방식으로, EGR 가스가 흡기 회로를 통과하지 않고 열 기관으로 재주입되기 때문에, 이러한 가스는 흡기 회로에서의 신선한 공기의 순환을 방해하지 않는다. 그 결과, 기계적 압축기에서의 신선한 공기의 유량이 최적화될 수 있다.
유입관, 전기 압축기 및 유출관에 의해 형성되는 추가의 경로는, 이러한 제 1 실시예에 따른 조립체가 LP 복귀 루프 그리고 유사(pseudo) HP 복귀 루프를 구비하도록, HP 복귀 루프와 같이 거동할 수 있다.
복귀 루프를 전기 압축기의 유입구에 연결하는 유입관은, 열 교환기의 하류에서 시작될 수 있다.
유출관은 열 교환기를 통해 순환하는 부분을 포함할 수도 있다.
이러한 제1 실시예에 따르면, 전기 압축기를 통한 가스의 재순환은 따라서, 기관 내로 재주입될 때 이러한 가스가 적절한 온도를 갖는 것을 허용하도록, 이러한 가스의 두 번의 연속적인 냉각에 의해 달성될 수 있다.
제1 실시예에 따르면, 조립체는, 복귀 루프에서 재순환되는 가스를 배기 회로로부터 전기 압축기의 유입관을 향해 또는 흡기 회로를 향해 지향시키도록 구성되는, 밸브들의 시스템을 포함할 수도 있다.
밸브들의 시스템의 일 구성에 따르면, 복귀 루프에서 재순환되는 가스가 전부 전기 압축기를 향해 지향하게 될 수도 있다.
밸브들의 시스템의 다른 구성에 따르면, 복귀 루프에서 재순환되는 가스가 전부 흡기 회로를 향해 지향하게 될 수도 있으며, 다시 말해, 전기 압축기에 EGR 가스가 공급되지 않을 수도 있다.
복귀 루프에서 재순환되는 가스의 일부는 흡기 회로로 향하게 되는 반면 상기 가스의 나머지 부분은 전기 압축기로 향하게 되는 구성이 가능하다. 예를 들어, 과도 단계로부터 정상 상태 단계로의 전환 및 그 반대되는 전환 시에, 흡기 회로로 향하게 되는 가스 부분과 전기 압축기로 향하게 되는 가스 부분의 비율이 시간이 경과함에 따라 변할 수 있다.
밸브들의 시스템은, 예를 들어, 전기 압축기로 이어지는 유입관 내에 위치하게 되는 밸브 및 복귀 루프의 유입관의 하류에 위치하게 되는 다른 밸브를 포함한다.
일 변형예로서, 3-방향 밸브가, 복귀 루프 내의 유입관이 시작되는 지점에 배치될 수 있다. 3-방향 밸브의 하나의 방향은 유입관 상류의 복귀 루프의 부분에 의해 형성될 수 있으며, 3-방향 밸브의 다른 하나의 방향은 유입관 하류의 복귀 루프의 부분에 의해 형성될 수 있는 가운데, 3-방향 밸브의 마지막 하나의 방향은 유입관에 의해 형성될 수 있다.
제2 실시예에 따르면, 전기 압축기는 흡기 회로에 배치될 수도 있으며, 복귀 루프는 전기 압축기의 상류에서 흡기 회로에 개방되는 제1 유출구 그리고 전기 압축기의 하류에서 흡기 회로에 개방되는 제2 유출구를 구비한다. 제2 유출구는 열 기관의 연소실 내로 가스가 도입되는 흡기 매니폴드의 상류에서 흡기 회로에 개방된다.
복귀 루프의 제1 및 제2 유출구는 단지 이러한 복귀 루프의 유출구일 수도 있다.
이러한 제2 실시예에 따르면, 전기 압축기는, 복귀 루프를 통하여 재순환되는 가스에 추가하여 또는 이러한 EGR 가스와 별개로, 흡기 회로의 유입구로부터 유입되는 신선한 공기를 수용할 수도 있다. 이러한 제2 실시예에 따르면, 전기 압축기는 따라서 두 개의 유입구, 즉, 신선한 공기 유입구 및 EGR 가스 유입구를 구비한다.
복귀 루프의 제1 유출구 및 및 제2 유출구는 기계적 압축기의 상류에서 흡기 회로 내로 개방될 수도 있다.
전기 압축기와 기계적 압축기는 모두, 이러한 제2 실시예에 따른 흡기 회로 내에 위치하게 될 수 있으며, 전기 압축기가 기계적 압축기의 상류에 배치된다.
흡기 회로는 전기 압축기의 상류에서 시작되며 전기 압축기의 하류에서 개방되는 우회 분기관을 포함할 수 있다. 이러한 우회 분기관 또는 더욱 통상적으로 영어 발음 그대로 지칭되는 바와 같이 "바이패스(bypass)"는, 흡기 회로에 진입하는 신선한 공기가 전기 압축기를 우회하도록 할 수 있다.
이러한 제2 실시예에 따르면, 조립체는, 복귀 루프에서 재순환되는 가스를 상기 루프의 상기 제1 유출구 또는 제2 유출구로 향하게 하도록 구성되는 밸브들의 시스템을 포함할 수 있다.
또한, 이러한 제2 실시예에 따르면, 밸브들의 시스템은 또한, 흡기 회로의 유입구로부터 유입되는 가스를 우회 분기관 내로 또는 전기 압축기로 향하게 하도록 구성될 수도 있다.
밸브들의 시스템의 일 구성에 따르면, 복귀 루프에서 재순환되는 가스가 전부, 전기 압축기로 공급되도록 하기 위해 제1 유출구로 향하게 된다.
밸브들의 시스템의 다른 구성에 따르면, 복귀 루프를 통해 재순환되는 가스가 전부 제2 유출구로 향하게 됨에 따라, 이러한 가스가 전기 압축기를 통과하지 않도록 한다.
복귀 루프에서 재순환되는 가스의 일부가 제1 유출구로 향하게 되는 반면 상기 가스의 나머지 부분이 제2 유출구로 향하게 되는 구성이 가능하다. 예를 들어, 과도 단계로부터 정상 상태 단계로의 통과 및 그 반대되는 통과 시에, 제1 유출구로 향하게 되는 가스의 부분과 제2 유출구로 향하게 되는 가스의 부분 사이의 비율이 시간이 경과함에 따라 변할 수 있다.
전술한 각각의 구성에서, 밸브들의 시스템은, 흡기 회로의 유입구로부터 유입되는 가스 중 일부 또는 전부가 전기 압축기를 통하여 순환하거나 우회 분기관을 사용하여 전기 압축기를 우회하는 것을 허용한다.
전기 압축기가 복귀 루프에서 재순환되는 가스 및 흡기 회로의 유입구에서 유입되는 가스를 모두 수용할 때, 신선한 공기와 EGR 가스의 균질한 혼합물이 흡기 회로에서 신속하게 순환될 수 있다.
밸브들의 시스템은, 복귀 루프의 제1 유출구에 인접한 부분 내의 밸브, 복귀 루프의 제2 유출구에 인접한 부분 내의 밸브, 우회 분기관 내의 밸브, 및 흡기 회로 내의 우회 분기관의 유입구 하류이자 직접적으로 전기 압축기의 유입구에 있는 밸브를 포함할 수 있다.
일 변형예로서, 3-방향 밸브가 복귀 루프 내에 마련될 수 있으며, 하나의 방향은 제1 유출구에 대응하고, 다른 하나의 방향은 제2 유출구에 대응하는 가운데, 나머지 하나의 방향은 복귀 루프의 제1 유출구와 제2 유출구 사이의 분기관의 상류의 부분에 대응한다.
우회 분기관과 전기 압축기의 유입구 내로 개방되는 흡기 회로의 부분과 사이의 분기관에 또한, 3-방향 밸브가 마련될 수 있다. 일 변형예로서, 전기 압축기의 유입구 내로 개방되는 흡기 회로의 부분은 어떤 밸브도 구비하지 않을 수도 있다.
본 발명은 또한, 그의 다른 양태에서, 뒤따르는 조립체에 관련된다. 상기 조립체는,
- 공기 유입구 및 열 기관의 유입구에 연결되는 유출구 사이에서 연장되는 흡기 회로,
- 상기 열 기관의 유출구에 연결되는 유입구 및 배기 가스 유출구의 사이에서 연장되는 배기 회로,
- 상기 열 기관,
- 상기 배기 회로의 배기 가스 중 일부 또는 전부가 상기 열 기관의 상류로 재주입될 수 있도록 하는 복귀 루프, 및
- 전기 압축기를 포함하며,
상기 전기 압축기는, 적어도 상기 복귀 루프를 통하여 재순환되는 가스 및/또는 흡기 회로의 유입구로부터 유입되는 가스를 수용하는 방식으로 상기 조립체 내에 위치하게 된다.
전술한 특징들 중 일부 또는 전부가 본 발명의 이러한 다른 양태에 적용된다.
또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 또한,
- 공기 유입구 및 열 기관의 유입구에 연결되는 유출구 사이에서 연장되는 흡기 회로,
- 상기 열 기관의 유출구에 연결되는 유입구 및 배기 가스 유출구 사이에서 연장되는 배기 회로,
- 상기 열 기관,
- 상기 배기 회로의 배기 가스 중 일부 또는 전부가 상기 열 기관의 상류로 재주입되도록 하는 복귀 루프, 및
- 전기 압축기를 포함하는,
조립체 내로 통합되는 전기 압축기를 공급하는 방법으로서,
상기 방법에서, 전기 압축기는 적어도 상기 복귀 루프를 통하여 재순환되는 가스 및/또는 상기 흡기 회로의 유입구로부터 유입되는 가스를 공급받게 된다.
상기 조립체는 전술한 바와 같을 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 본 발명의 다른 대상은, 과도 단계 도중에 상기 전기 압축기가, 상기 복귀 루프에서 재순환되는 가스 중 일부 또는 전부를 압축하기 위해, 활성화되고 사용되는, 전술한 바와 같은 조립체를 제어하기 위한 방법이다.
전기 압축기는, 또한 아니면 일 변형예로서, 흡기 회로의 유입구로부터 유입되는 가스를 수용하며, 전기 압축기는 상기 가스를 압축할 수 있다.
과도 단계는, 예를 들어, 조립체가 그 내부로 통합되는 차량의 부하 조건 하에서의 가속 또는 복귀 루프 내의 배기 가스의 재순환의 시작에 대응할 수 있다.
과도 단계에 이어, 전기 압축기가 복귀 루프 내에서 재순환되는 가스 및/또는 공기 흡기 회로의 유입구로부터 유입되는 가스를 공급받지 않는 방식으로, 조립체가 제어되는 정상 상태 단계가 뒤따를 수 있다.
조립체는, 특히 전술한 바와 같은, 밸브들의 시스템을 포함할 수 있으며, 과도 단계 도중에 상기 밸브들의 시스템은,
전기 압축기가,
- 제1 실시예에 따라, 복귀 루프 내에서 재순환되는 가스 전부를 수용하도록 하는, 그리고
- 제2 실시예에 따라, 복귀 루프 내에서 재순환되는 가스 전부 및 흡기 회로의 유입구로부터 유입되는 신선한 공기 전부를 수용하도록 하는,
구성일 수 있다.
정상 상태 단계로의 변경 시에, 밸브들의 시스템의 구성은,
- 제1 실시예에 따라, 복귀 루프 내에서 재순환되는 더욱 더 큰 비율의 가스가 전기 압축기를 통하여 재순환되지 않지만 기계적 압축기의 상류로 재주입되도록, 그리고
- 제2 실시예에 따라, 복귀 루프 내에서 재순환되는 더욱 더 큰 비율의 가스가 전기 압축기의 하류이자 기계적 압축기의 상류로 개방되는 제2 유출구를 통하여 순환되도록 그리고 더욱 더 큰 비율의 신선한 공기가 우회 분기관을 통하여 순환되도록,
변경될 수도 있다.
정상 상태 단계 도중에, 밸브들의 시스템의 구성은,
- 제1 실시예에 따라, 복귀 루프 내에서 재순환되는 가스가 전부 흡기 회로 내로 순환되고 전기 압축기 내로 순환되지 않도록, 그리고
- 제2 실시예에 따라, 복귀 루프 내에서 재순환되는 가스가 전부 제2 유출구를 통해 흡기 회로 내로 진입하며 그리고 흡기 회로의 유입구로부터 유입되는 가스가 전부 우회 분기관 내로 순환하도록,
하는 것일 수 있다.
이러한 방법에 따르면, 조립체는 정상 상태 단계에서, 전기 압축기를 구비하지 않는 종래 기술에 따른 조립체와 균등하다.
정상 상태 단계에서, 전기 압축기는 비활성화될 수 있다.
이러한 방법에 따르면, 전기 압축기는, 터보 차저 시동 단계 도중에 사용될 수 있으며, 이후에 일단 터보 차저가 적절하게 작동하고 있는 경우 비활성화될 수 있다.
전술한 모든 실시예들에서, 촉매 컨버터가 배기 회로 내에 제공될 수 있으며, 복귀 루프의 유입구는 이러한 촉매 컨버터의 하류에 위치하게 될 수 있다.
본 발명은 본 발명의 일부 비제한적인 실시예들에 대한 뒤따르는 설명을 읽음으로써 그리고 첨부되는 도면을 참조함으로써 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 제1 실시예에 따른 조립체를 개략적으로 도시한 도면이고,
도 2는 제2 실시예에 따른 조립체를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 조립체(1)를 도시한다. 이러한 조립체(1)는 자동차용 내연 열 기관(2)을 포함한다. 이러한 기관(2)은 복수 개의 실린더, 설명되는 예에서 4 개의 실린더를 포함하는 연소실(3)을 포함하며, 산화제와 연료의 혼합물을 수용하도록 의도된다. 설명되는 예에서, 연료는 가솔린이지만, 본 발명은 이러한 일 예의 연료로만 제한되는 것은 아니며, 마찬가지로, 예를 들어, 연료로서 경유의 사용되는 경우에도 적용 가능하다. 산화제는, 예를 들어, 순수 공기 또는 공기/EGR 혼합물이다.
실린더들에서의 연소는 기관(2)의 일(work)을 생성한다. 기관(2)은, 가스가 연소실(3)에 유입되며, 연소실에서 가스가 압축되고, 연소된 다음, 배기 가스 형태로 방출되는, 전통적인 방식으로 작동한다.
이러한 연소실(3)은, 기관(2)의 흡기 회로(4)에 연결되는 유입구 및 가스 배기 회로(6)에 연결되는 유출구를 구비한다.
흡기 회로의 유입구(11)는 신선한 공기가 그를 통해 조립체(1)로 들어가는 유입구를 형성하는 반면, 배기 회로(6)의 유출구(13)는 배기 가스가 그를 통해 조립체(1)로부터 제거되는 유출구를 형성한다.
기관(2)의 흡기 회로(4)는, 고려되고 있는 예에서, 공급 가스(가스의 유동이 화살표(F1)로 나타남)를 위한 흡기 덕트(8), 공급 가스를 위한 기계적 압축기(9)(본 예에서, 터보 차저), 그리고 기계적 압축기(9)로부터 유입되는 가스가 냉각될 수 있도록 하는 열 교환기(10)를 포함한다. 이러한 열 교환기(10)는 통상적으로, 이러한 열 교환기의 용도가 흡기 가스, 특히 공기를 냉각시키는 것이기 때문에, 당업자에 의해 "충전 공기 냉각기(charge air cooler)"를 나타내는 약어 "CAC"로 지칭되며, 더불어 공기가 압축되기 때문에 공기가 과급된다고 말할 수도 있다. CAC 의 유출구에서, 가스는 기관(2)의 유입구 내로 개방되며, 이러한 유입구는 기관(2)의 연소실(3)로 가스를 진입시키는 흡기 매니폴드(12)에 의해 형성된다. 따라서, 매니폴드(12)는 기관(2)의 실린더 헤드 내로 가스가 유입되도록 하기 위한 유입구 박스를 형성한다.
가스를 기관(2)으로 진입시키는 흡기 매니폴드(12)의 상류에, 흡기 회로(4)는, 기관의 속도를 조절하기 위하여 가스의 유량을 조절하는 기능을 갖는, 버터플라이 유형의 셔터(shutter)를 포함하는 밸브(15)를 포함할 수 있으며, 이러한 밸브(15)는, 당업자에게 잘 알려진, 기관 제어 유닛(통상, 영어 약자 "ECU(engine control unit)"로 언급됨)에 의해 제어된다.
기관(2)의 유출구는 배기 가스 매니폴드(17)에 의해 형성된다. 배기 가스 매니폴드는 가스 배기 회로(6)의 일부를 형성하는 배기 가스 관 또는 덕트(18)에 연결된다. 배기 회로(6)는 또한, 흡기 가스의 기계적 압축기(9)와 일체로 회전하며 기계적 압축기와 함께 터보 차저를 형성하는 터빈(20)을 포함한다. 터빈(20)은 배기 관(18)의 배기 가스에 의해 구동되며, 배기 가스 흐름이 개략적으로 화살표(F2)로 지시된다.
조립체(1)는 추가로, 배기 회로(6)를 통하여 순환하는 배기 가스 중 일부 또는 전체가 기관(2)의 내부로 재주입될 수 있도록 하는 복귀 루프(22)를 포함한다. 이러한 복귀 루프는, 기관(2)의 내부로 재주입되는 배기 가스를 안내하는 덕트(23)를 포함한다. 복귀 루프(22)는 배기 회로(6) 내의 유입구(24)를 구비하며, 이러한 유입구를 통해, 배기 회로(6)로부터의 배기 가스가, 유출구(13)에서 제거되기 이전에, 추출된다. 복귀 루프(22)의 유입구(24)는, 이러한 유출구(13) 부근이자 배기 회로(6) 내에 구비되는 촉매 컨버터(21)의 하류에 위치하게 될 수 있다.
복귀 루프(22)는, 도 1의 예에서, 흡기 회로(4) 내로 개방되는 유출구(25)를 포함하며, 이러한 유출구를 통해 배기 가스가 기관(2)의 상류로 재주입된다. 이 경우, 이러한 유출구(25)는 기계적 압축기(9)의 상류에 위치하게 한다. 본 예에서, 복귀 루프(22)는 LP 복귀 루프이다.
복귀 루프(22)는 추가로, 도 1의 예에서, 루프(22) 내에서 재순환되는 배기 가스를 냉각시키기 위한 수냉식 또는 공냉식 열 교환기(27)를 포함한다.
도 1의 실시예에 따르면, 조립체는 추가로 전기 압축기(30)를 포함한다. 이러한 압축기는 도시되지 않은 전기 모터에 의해 구동되며, 전기 모터의 제어는, 예를 들어, 기관 제어 유닛을 통해 이루어진다.
제1 실시예에 따르면, 전기 압축기(30)는 복귀 루프(22)의 외부에 위치하게 되며 유입관(32)에 의해 복귀 루프에 연결된다. 도 1의 예에서, 유입관(32)은 열 교환기(27)의 하류의 복귀 루프(22)에서 시작된다.
나아가, 전기 압축기(30)는 유출관(34)에 의해 흡기 매니폴드(12)에 연결되며, 유출관의 일부는 열 교환기(27) 내에 수용된다.
이러한 제1 실시예에 따르면, 기관(2)을 떠난 가스가, 루프(22)의 일부와, 유입관(32), 전기 압축기(30), 그리고 유출관(34)을 따라 유동한 다음, 기관(2)의 내부로 재주입되도록 할 수 있는, 부가적인 재순환 경로가 존재한다. 이러한 부가적인 경로를 따라, 가스는 열 교환기(27)를 연속적으로 2번 통과한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 조립체(1)는, 루프(22) 내에서 재순환되는 가스 중 일부 또는 전부가 유입관(32)의 상류에서 선택적으로 상기 유입관(32) 또는 흡기 회로(4) 내부로 향하게 될 수 있도록 하는 밸브들의 시스템을 포함한다. 본 예의 밸브들의 시스템은 3-방향 밸브(36)를 포함하며, 3-방향 밸브 하나의 방향은 복귀 루프(22)의 유입관(32)의 상류의 부분에 의해 형성되며, 다른 하나의 방향은 복귀 루프(22)의 유입관(32)의 하류의 부분에 의해 형성되고, 마지막 하나의 방향은 유입관(32)에 의해 형성된다.
지금부터, 도 1의 조립체(1)가 작동하는 방법이 설명된다. 과도 단계 도중에, 전기 압축기(30)가 활성화되며 그리고, 루프(22) 내에서 재순환되는 가스가 유입관(32) 내로 향하게 되고 전기 압축기(30)에 의해 압축되는 방식으로, 3-방향 밸브(36)가 작동하게 된다. 이러한 압축된 가스는 이후 유출관(34)에 의해 흡기 매니폴드(12) 내로 직접적으로 재주입되며, 흡기 매니폴드에서 신선한 공기와 혼합된다. 이것은 이때, 기관(2) 내부에서의 EGR의 최적 비율을 보장한다. 조립체(1)의 이러한 배열 형태는 단지 몇 초의 시간 동안 유지될 수 있다.
3-방향 밸브(36)는 이후, 유입관(32) 내에서 순환하는 배기 가스의 양이 점진적으로 감소하도록 야기하며, 이에 따라 흡기 회로(2) 내로 재주입되는 그러한 가스의 양이 증가하도록 하는 방식으로 작동될 수 있다.
마지막으로, 3-방향 밸브(36)는, 배기 가스가 전체적으로 복귀 루프(22)를 따르도록 하는 배열 형태를 취할 수 있으며, 이때 전기 압축기(30)는 비활성화된다. 이것은, 예를 들어, 정상 상태 단계이다.
지금부터, 전기 압축기(30)의 위치와 관련하여 도 1을 참조하여 설명된 것과 상이한, 본 발명의 제2 실시예가, 도 2를 참조하여 설명된다. 이러한 예에서, 전기 압축기(30)는 흡기 회로(4) 내에서 기계적 압축기(9)의 상류에 위치하게 된다.
또한, 이러한 예에서, 흡기 회로(4)는 우회 분기관(40)을 포함하며, 우회 분기관의 유입구(41)는 전기 압축기(30)의 상류에 위치하고 우회 분기관의 유출구(42)는 전기 압축기(30)의 하류이자 기계적 압축기(9)의 상류에 위치하게 된다. 따라서, 우회 분기관(40)은, 흡기 회로의 유입구로부터 유입되는 가스가 전기 압축기(30)를 우회하는 것을 허용한다.
도 2를 계속 참조하면, 복귀 루프(22)는 두 개의 구별되는 유출구(44, 45)를 포함한다.
제1 유출구(44)는 전기 압축기(30)의 상류이자 우회 분기관(40)의 유입구(41)의 하류에서 흡기 회로(4) 내로 개방되는 가운데, 제2 유출구(45)는 전기 압축기(30)의 하류에서 흡기 회로(4) 내로 개방된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 밸브들의 시스템이 제공될 수 있다. 이러한 예에서, 밸브들의 시스템은 제1 유출구(44)와 제2 유출구(45)의 사이의 복귀 루프(22)의 분기점에 위치하게 위치하게 되는 3-방향 밸브(46)를 포함한다. 밸브의 일 방향은 분기점 상류의 복귀 루프(22)에 의해 형성되는 가운데, 나머지 두 방향은 개개의 각각의 유출구(44, 45)에 의해 형성된다.
밸브들의 시스템은 우회 분기관(40) 내에 위치하게 되는 밸브(48)를 추가로 포함한다.
이러한 예에서, 복귀 루프(22)를 기관(2)의 유입구에 연결하는 부가적인 경로는 존재하지 않는다.
밸브들의 시스템은, 전기 압축기(30)가,
- 복귀 루프(22) 내에서 재순환되는 가스 및 흡기 회로(4)의 유입구(11)에서 유입되는 가스를 모두 수용하며,
- 복귀 루프(22) 내에서 재순환되는 가스만을 수용하고, 또는
- 흡기 회로(4)의 유입구(11)에서 유입되는 가스만을 수용하는 방식으로 작동될 수 있다:
지금부터, 고부하 과도 단계 도중에 도 2의 조립체(1)가 어떻게 작동하는지에 대한 일 예가 설명된다.
3-방향 밸브(46) 및 밸브(48)는 이때, 루프(22) 내에서 재순환되는 모든 가스와 모든 신선한 공기가 전기 압축기(30)로 향하게 되고 전기 압축기에 의해 압축되는 방식으로 작동될 수 있다. 그렇게 함으로써, 신선한 공기와 EGR 가스의 균질한 혼합물의 흡기 회로(4)를 통한 신속한 순환을 촉진한다.
이러한 과도 단계이 종료되면, 밸브(48)가 점진적으로 폐쇄될 수 있으며 그리고 3-방향 밸브(46)의 배열 형태가, 신선한 공기가 단지 우회 분기관(40)을 통하여 순환되고 EGR 가스가 단지 제2 유출구(45)에서만 순환될 때까지, 점진적으로 수정될 수 있다. 따라서, 정상 상태 단계 도중에, 전기 압축기(30)가 회로에서 단절된다. 따라서, 조립체(1)는, 전기 압축기(30)를 구비하지 않으며 그리고 LP 복귀 루프를 구비하는 조립체와 같이 거동한다.
본 발명은 전술한 바와 같은 예들로만 제한되는 것은 아니다.
"포함하는(comprising a)"과 같은 표현은, 달리 구체화되지 않는 한, "적어도 하나를 포함하는(comprising at least one)"과 같은 표현과 동일한 의미로 이해되어야 한다.

Claims (11)

  1. - 공기 유입구(11) 및 열 기관(2)의 유입구에 연결되는 유출구 사이에서 연장되는 흡기 회로(4),
    - 상기 열 기관(2)의 유출구에 연결되는 유입구 및 배기 가스 유출구(13) 사이에서 연장되는 배기 회로(6),
    - 상기 열 기관(2),
    - 상기 배기 회로(6)의 배기 가스 중 일부 또는 전부가 상기 열 기관(2)의 상류에서 재주입되는 것을 허용하는 복귀 루프(22), 및
    - 전기 압축기(30)를 포함하는 조립체(1)로서,
    상기 전기 압축기(30)는, 상기 복귀 루프(22)를 통하여 재순환되는 가스를 수용할 수 있도록 하는 방식으로 상기 조립체(1) 내에 위치하게 되며, 상기 전기 압축기(30)는 상기 흡기 회로(4) 내에 위치하게 되고,
    상기 복귀 루프(22)는,
    - 상기 전기 압축기(30)의 상류에서 상기 흡기 회로(4) 내로 개방되는 제1 유출구(44), 및
    - 상기 전기 압축기(30)의 하류이자 상기 열 기관(2)의 연소실 내로 가스를 진입시키는 매니폴드의 상류에서 상기 흡기 회로(4) 내로 개방되는 제2 유출구(45)를 구비하는 것인 조립체.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 흡기 회로(4)는 기계적 압축기(9)를 포함하며, 상기 배기 회로(6)는 터빈(20)을 포함하고, 상기 복귀 루프(22)는 터빈 하류의 유입구(24) 및 상기 기계적 압축기(9) 상류의 유출구(44, 45)를 구비하는 것인 조립체.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 복귀 루프(22)의 상기 제1 유출구(44) 및 상기 제2 유출구(45)는 단지 2개 뿐인 상기 복귀 루프(22)의 유출구인 것인 조립체.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 흡기 회로(4)는, 상기 전기 압축기(30)의 상류에서 시작되어 상기 전기 압축기(30)의 하류로 개방되는 우회 분기관(40)을 포함하는 것인 조립체.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복귀 루프(22) 내에서 재순환되는 가스를 상기 루프(22)의 상기 제1 유출구(44) 또는 제2 유출구(45)로 향하게 하도록 구성되는 밸브들(46, 48)의 시스템을 포함하는 것인 조립체.
  6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 밸브들(46, 48)의 시스템은 또한, 상기 흡기 회로(4)의 유입구(11)로부터 유입되는 가스를 상기 우회 분기관(40) 내로 또는 상기 전기 압축기(30) 내로 향하게 하도록 구성되는 것인 조립체.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 따른 조립체(1)를 제어하기 위한 방법으로서,
    과도 단계 도중에, 상기 전기 압축기(30)가, 상기 복귀 루프(22) 내에서 재순환되는 가스 중 일부 또는 전부를 압축하도록 하기 위해, 활성화되고 사용되는 것인 조립체 제어 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 전기 압축기(30)는 또한, 상기 흡기 회로(4)의 유입구(11)로부터 유입되는 가스를 수용하며,
    상기 전기 압축기(30)는 또한, 상기 가스를 압축하는 것인 조립체 제어 방법.
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
    과도 단계에 이어, 상기 전기 압축기(30)가 복귀 루프(22) 내에서 재순환되는 가스 또는 공기 흡기 회로(4)의 유입구(11)로부터 유입되는 가스를 공급받지 못하는 방식으로, 상기 조립체(1)가 제어되는 정상 상태 단계가 뒤따르는 것인 조립체 제어 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 전기 압축기(30)는, 상기 정상 상태 단계 도중에 비활성화되는 것인 조립체 제어 방법.
  11. 제 7항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 압축기(30)는, 가변 자기 저항 모터에 의해 구동되는 것인 조립체 제어 방법.
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