KR20190095396A - 내연기관 및 내연기관을 작동시키기 위한 방법 - Google Patents

내연기관 및 내연기관을 작동시키기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따르면, 각각 적어도 하나의 실린더(14)와 연결된 제1 배기가스 채널(13) 및 별도의 제2 배기가스 채널(12)을 포함하고, 상기 제1 배기가스 채널(13)은 터보 과급기(2)와 추가로 연결되며, 상기 제2 배기가스 채널(12)은 터보 과급기(2)를 바이패스하도록 구성되고, 상기 실린더(14) 내부의 배기가스 압력을 제어하도록 제2 배기가스 채널(12) 내부에 구성된 스로틀 밸브(10)를 포함하는 연소 엔진(1)이 제공된다.

Description

내연기관 및 내연기관을 작동시키기 위한 방법
본 발명은 내연기관에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 내연기관을 작동시키기 위한 방법에 관한 것이다.
내연기관의 배기 밸브를 밀폐할 때, 실린더, 특히 터보 과급기를 포함한 연소 엔진내에 일정량의 배기가스가 남아있는 데, 상기 터보 과급기의 대응 압력이 터보과급기를 장착하지 않은 엔진과 비교하여 배기 행정 동안 실린더 내부에서 연소가스의 압력을 상승시키기 때문이다. 예를 들어, 실린더 내부로 얇고 짧은 원추형상의 관통 젯(penetration jet)을 형성하는 노즐을 이용하는 실린더 속으로 연료의 주입과정은 엔진 실린더 내부의 고압에 의해 간섭될 수 있다. 예를 들어, 엔진 내에서 소위 균질한(homogeneous) 연소를 위한 균질한(가스-) 연료 혼합을 형성하려 할 때 상기 노즐을 이용하고 3 바를 초과하는 실린더 압력을 가지는 연료 주입은 연료의 증기화를 상당히 방해한다. 특정 조건에서, 균질한 연소는 엔진내에서 입자 및 질소산화물(NOx)의 자유 연소를 허용하여 고비용의 배기가스 추가처리를 거의 완전하게 회피할 수 있다.
문헌 제 DE 3821937A1호에 공개내용에 의하면, 각각 한 개의 배기 밸브에 의해 제어되는 실린더 당 두 개의 배기 포트들을 가진 밸브 타이밍 기어 및 배기 터보 과급기를 가지고 상기 배기 터보 과급기의 터빈이 차지 압력(charge pressure)을 제한하기 위하여 블로우 오프 밸브(blow off valve)에 의해 제어되는 바이패스 라인에 의해 바이패스될 수 있는 내연기관에서 각 실린더의 제1 배기 포트는 배기 라인에 의해 터빈 유입구와 연결되고 각 실린더의 제2 배기 포트는 바이패스 라인과 연결된다. 배기 라인의 횡단면은 최대 허용 차지 압력을 위해 필요한 배기가스 질량 유동(mass flow)을 위해서만 설계된다. 그 결과, 터빈으로 들어가는 배기가스를 위한 높은 유동율 및 배기 터보과급기의 빠른 응답이 구해진다.
또한, 문헌 제 US 5417068A 호를 참고할 때, 터보 압축기 유형의 배기 구동식 수퍼 차저(supercharger)가 장착된 다중- 실린더 연소 엔진에서 분할 배기 유동을 위한 배기 유동 시스템이 설명되고, 상기 배기 유동 시스템은 촉매식 배기 클리너를 포함하며, 연소 엔진의 각각의 실린더는 제1 배기 밸브 및 제2 배기 밸브를 가지고, 상기 제1 배기 밸브로부터 방출된 배기가스가 실린더들에 공통으로 구성된 제1 배기 수집기(collector)로 공급되고 상기 수집기는 제1 배기 분기 파이프에 의해 배기 터빈 유입구와 직접 연결되며, 상기 제2 배기 밸브로부터 방출된 배기가스가 사일런서(silencer)를 포함한 배기 파이프로 공급된다. 엔진의 작동 조건에 따라 조절 가능한 적어도 하나의 밸브가 실린더들의 제2 배기 밸브의 하류위치에 배열되고 배기 터빈 유출구 및 사일런서사이에서 실린더들의 제2 배기 밸브가 배기 파이프와 연결된다. 상기 구조의 목적은, 실린더로부터 배기가스를 비우는 것과 관련하여 다른 실린더의 부정적인 영향을 방지하는 것이다.
또한, 문헌 제 DE 102008036308A1 호에 설명되는 엔진은 배기가스 터보 과급기를 가지며, 상기 터보 과급기는 다수의 실린더 각각에 배열된 2개의 유출구 밸브를 포함한다. 각 실린더의 유출구 밸브는 두 개의 그룹으로 통합된다. 배기가스는 유출구 밸브로부터 상기 그룹에 부착된 배기가스 채널을 통해 배기가스 터보 과급기로 안내된다. 가변 밸브 제어기는 엔진의 작동 상태에 따라 배기가스 밸브의 개방 시간을 제어한다. 배기가스 터보 과급기의 동일한 치수를 가진다.
또한, 문헌 제 DE 3821935A1 호에 공개되고 밸브 타이밍 기어를 가진 내연 기관은 실린더 당 2개의 배기 포트 및 배기 터보 과급기를 가지며, 모든 실린더의 제1 배기 포트는 터빈 유입구에 연결되고, 모든 실린더의 제2 배기 포트는 터빈을 바이패스하는 바이패스 라인에 연결된다. 제2 배기 밸브는 제1 배기 밸브보다 늦게 개방되어, 배기가스 에너지의 상대적으로 많은 부분이 배기가스 터빈을 구동하기 위해 이용될 수 있다. 제2 배기 밸브가 개방될 때, 배기가스 질량 유동의 일부분이 배기가스 터빈을 지나서 안내되어, 충전물 압력을 제한한다. 제2 배기 밸브는 가변 밸브 타이밍 기어를 가지는 것이 바람직하며, 상기 밸브 타이밍 기어는 소정의 충전물 압력이 도달하면 개방시기를 이동시켜서 더 이르게 개방하거나 밸브 리프트(valve lift)를 증가시킨다.
상기 설명을 고려할 때, 연소 엔진의 실린더내에 잔류하는 배기가스의 양이 제어 및/또는 감소될 수 있은 연소 엔진 및 연소 엔진을 작동시키는 방법을 제공하는 것이 유리하다. 상기 시스템은 산업적으로 제조될 수 있어야 한다.
본 발명은 독립항의 특징에 의해 형성된다. 일부 특정 실시예들이 종속항에서 형성된다.
본 발명의 제1 특징에 의하면, 각각 적어도 하나의 실린더와 연결된 제1 배기가스 채널 및 별도의 제2 배기가스 채널을 포함하고, 상기 제1 배기가스 채널은 터보 과급기와 추가로 연결되며, 상기 제2 배기가스 채널은 터보 과급기를 바이패스하도록 구성되고, 상기 실린더 내부의 배기가스 압력을 제어하도록 제2 배기가스 채널 내부에 구성된 스로틀 밸브를 포함하는 연소 엔진이 제공된다.
상기 제1 특징의 다양한 실시예들은 하기 특징들 중 적어도 한 개의 특징을 포함한다.
● 상기 연소 엔진은 2- 행정 엔진이다.
● 상기 제2 배기가스 채널은 상기 터보 과급기의 하류 위치에서 상기 제1 배기가스 채널과 연결된다.
● 상기 스로틀 밸브는 제2 배기가스 채널 내부의 가스 유동을 제어하도록 구성된다.
● 상기 연소 엔진은 상기 실린더로부터 제1 배기가스 채널까지 배기가스 유동을 제어하도록 구성된 제1 배기가스 밸브 및 상기 실린더로부터 제2 배기가스 채널까지 배기가스 유동을 제어하도록 구성된 제2 배기가스 밸브를 더 포함한다.
● 상기 제2 배기가스 밸브는 피스톤이 상기 실린더내에서 상향 이동하기 시작할 때 개방되도록 구성된다.
● 상기 제2 배기가스 밸브는 상기 제1 배기가스 밸브가 밀폐됨에 따라 밀폐되도록 구성된다.
● 상기 제2 배기가스 밸브는 피스톤의 상사 점보다 60 크랭크 각도 이전에 밀폐되도록 구성된다.
● 연소 엔진은 제어 가능한 압축기를 포함한다.
● 압축기는 고압 하에서 가스 충전물을 실린더에 공급하도록 구성된다.
● 상기 연소 엔진은 피스톤의 상사점 이전에 약 60 내지 30 크랭크 각도 예를 들어 60 내지 40 크랭크 각도 범위에서 가스 충전물을 실린더에 공급한다.
● 연소 엔진은 제1 및 제2 배기가스 밸브가 밀폐된 후에 계속해서 가스 충전물을 실린더에 공급하도록 구성된다.
● 상기 스로틀 밸브는 상기 실린더 내부의 혼합물의 온도를 제어하도록 구성된다..
● 상기 스로틀 밸브는 상기 실린더 내에 잔류하는 배기가스의 양을 제어하도록 구성된다.
● 연소 엔진은 압축기의 상류 위치에 제1 인터쿨러를 포함한다.
● 연소 엔진은 압축기의 하류 위치에 제2 인터쿨러를 포함한다.
● 연소 엔진은 제2 인터쿨러를 바이패스하도록 구성되고 제어 가능한 인터쿨러 바이패스를 포함한다.
본 발명의 제2 특징에 의하면, 제1 배기가스 채널과 연결된 제1 배기가스 밸브를 개방하고 상기 제1 배기가스 채널은 터보 과급기와 연결되는 단계,
별도의 제2 배기가스 채널과 연결되는 제2 배기가스 밸브를 개방하고 상기 제2 배기가스 채널은 상기 터보 과급기를 바이패스하도록 구성되는 단계,
스로틀 밸브에 의해 적어도 하나의 실린더 내에서 배기가스 압력을 제어하는 단계를 포함하는 연소 엔진을 작동시키는 방법이 제공된다.
상기 제2 특징의 다양한 실시예들은 하기 특징들 중 적어도 한 개의 특징을 포함한다.
● 2- 행정 엔진이 작동된다.
● 상기 제2 배기가스 채널은 상기 터보 과급기의 하류 위치에서 상기 제1 배기가스 채널과 연결된다.
● 상기 제2 배기가스 채널 내의 가스 유동은 상기 스로틀 밸브에 의해 제어된다.
● 실린더로부터 제1 배기가스 채널까지 배기가스 유동이 제1 배기가스 밸브에 의해 제어되고, 실린더로부터 제2 배기가스 채널까지 배기가스 흐름은 제2 배기가스 밸브에 의해 제어된다.
● 상기 제2 배기가스 밸브는 피스톤이 상기 실린더 내에서 상향 이동하기 시작할 때 개방되도록 구성된다.
● 상기 제2 배기가스 밸브는 상기 제1 배기가스 밸브가 밀폐됨에 따라 밀폐되도록 구성된다.
● 상기 제2 배기가스 밸브는 피스톤의 상사 점보다 60 크랭크 각도 이전에 밀폐되도록 구성된다.
● 공기는 제어 가능한 압축기에 의해 압축된다.
● 상기 실린더에는 압축기에 의해 고압하에 가스 충전물을 공급받는다.
● 상기 실린더는 피스톤의 상사점 이전에 60 내지 30 크랭크 각도에서 가스 충전물을 공급받는다.
● 제1 및 제2 배기가스 밸브가 밀폐된 후에 계속해서 가스 충전물이 실린더에 공급된다.
● 실린더 내부의 혼합물의 온도는 스로틀 밸브에 의해 제어된다.
● 상기 실린더 내에 잔류하는 배기가스의 양은 스로틀 밸브에 의해 제어된다.
● 터보 과급기에 의해 형성된 유도 공기 열은 압축기의 상류 위치에서 제1 인터쿨러에 의해 감소된다.
● 압축기에 의해 형성된 유도 공기 열은 압축기의 하류 위치에서 제2 인터쿨러에 의해 감소된다.
● 상기 유도 공기는 상기 제2 인터쿨러를 바이패스하도록 구성된 인터쿨러 바이패스를 통해 상기 실린더로 완전하게 또는 부분적으로 안내된다.
● 상기 유도 공기는 상기 제2 인터쿨러를 통해 상기 실린더로 완전하게 또는 부분적으로 안내된다.
본 발명의 특정 실시 예에 의해 상당한 이점이 얻어진다. 내연 기관 및 내연 기관을 작동시키는 방법이 제공된다. 특정 실시예에 따르면, 본 발명은 소위 Z- 모터에 관한 것이다. 특히, 적어도 하나의 실린더 및 터보 과급기를 연결하는 제1 배기 가스 채널뿐만 아니라 상기 실린더에 연결되고 상기 터보 과급기를 바이패스하는 제2 배기가스 채널을 포함하는 2 행정 엔진이 제공되어, 상기 제2 배기가스 채널내에 스로틀 밸브가 배열되고 상기 스로틀 밸브에 의해 실린더 내부의 압력이 제어될 수 있다. 따라서, 본 발명의 특정 실시 예에 따라 입자 및 질소 산화물(NOx)의 발생이 없는 연소가 발생할 수 있다. 결과적으로, 배기가스의 후 처리가 완전히 또는 거의 완전히 회피 될 수 있다.
또한, 실린더 내부의 혼합물의 추후 온도는 스로틀 밸브에 의해 제어될 수 있다. 또한, 실린더 내부의 혼합물의 점화 감도가 스로틀 밸브에 의해 제어될 수 있다.
도 1은 본 발명의 적어도 일부 실시예를 따르는 연소 엔진을 도시한 개략도.
도 2a는 점화 연료 분사, 연소 및 작업 행정 동안 본 발명의 적어도 일부 실시예를 따르는 연소 엔진의 실린더를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2b는 배기 행정 동안 본 발명의 적어도 일부 실시예를 따르는 연소 엔진의 실린더를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2c는 연료 분사과정 동안 본 발명의 적어도 일부 실시예를 따르는 연소 엔진의 실린더를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2d는 공기 흡인과정 동안의 본 발명의 적어도 일부 실시예를 따르는 연소 엔진의 실린더를 개략적으로 도시한 단면도.
도 2e는 최종 압축 과정 동안 본 발명의 적어도 일부 실시예를 따르는 연소 엔진의 실린더를 개략적으로 도시한 단면도.
도 1은, 본 발명의 적어도 일부 실시예를 따르는 연소 엔진(1)을 개략적으로 도시한다. 내연 엔진(1)은 2 행정 엔진, 예를 들어 Z- 모터(motor)이고, 공기를 엔진(1)의 압축기(4) 속으로 가압하도록 구성된 터보 과급기(2)를 포함한다. 터보 과급기(2)는 제1 인터쿨러(3)에 의해 제어 가능한 압축기(4)와 연결된다. 유도 공기의 질량 유동은 상기 압축(4)에 의해 조정될 수 있다. 압축기(4)에 의해 공기의 압력, 온도 및 밀도가 증가될 수 있다. 제1 인터쿨러(3)는 터보 과급기(2)에 의해 형성된 유도 공기 열을 감소시키도록 구성된다. 압축기(4)는 또한 제2 인터쿨러(5)를 통해 연소 엔진(1)의 적어도 하나의 실린더(14)와 연결된다. 제2 인터쿨러(5)는 압축기(4)에 의해 형성된 유도 공기 열을 감소시키도록 구성된다. 또한, 제어 가능한 인터쿨러 바이패스(9)가 제공된다. 제2 인터쿨러(5)는 필요한 경우에 인터쿨러 바이패스(9)에 의해 부분적으로 또는 완전히 바이패스되어 압축기(4)로부터 연소 엔진(1)의 적어도 하나의 실린더(14)내에 제공된 연소실(17)로 유도 공기가 직접 유동할 수 있다. 유도 공기는 유입구 밸브(6)를 통해 연소 엔진(1)의 실린더(14) 속으로 안내된다. 도시된 실시예에서 적어도 하나의 유입구 밸브(6)가 각각의 실린더(14)에 제공된다. 또한, 각각의 실린더(14)는 제1 배기 밸브(7) 및 제2 배기 밸브(8)를 포함한다. 피스톤(도시되지 않음)이 실린더(14) 내에서 위쪽으로 이동할 때, 즉 일반적으로 피스톤의 상사점 보다 60도 이전에 배기 밸브(7)가 닫힐 때까지, 연소 가스는 실린더(14)로부터 연소 엔진의 배기 밸브(7)를 통해 터보 과급기의 대응 압력(counter pressure)에 대해 터보 과급기(2)로 가압된다. 대부분의 배기가스는 각 실린더(14)로부터 터보 과급기(2)에 연결되고 연소 엔진(1)으로부터 배기가스를 위한 유출구를 제공하는 하나의 주요 배기 채널 또는 배기 덕트(13)로 안내된다.
실린더(14) 내부의 연소 가스의 압력을 감소시키기 위해, 추가의 제2 배기 밸브(8)가 실린더(14) 내에 설치된다. 각각의 실린더(14)로부터 배기가스는, 터보 과급기의 터빈(11)을 지나고 다음에 터보 과급기의 터빈(11)으로부터 나오는 배기 덕트(13)에 연결된 단일 터빈 바이패스 채널 또는 바이패스 덕트(12)로 안내된다. 터보 과급기의 터빈(11) 다음에 이어지는 배기 덕트(13)의 일부분에서, 주위 대기압력의 낮은 대응 압력(counter pressure)이 형성된다. 터빈 바이패스 덕트(12)는 조정 가능한 스로틀 밸브(10)를 더 포함한다.
상기 제2 배기 밸브(8)에 의해 연소 가스는 터보 과급기의 터빈(11)을 바이패스할 수 있고, 피스톤이 하사 점에 근접할 때, 전형적으로 연소 가스가 실린더(14)로부터 배출되는 동안 피스톤이 움직이기 시작하고 전형적으로 상기 제2 배기 밸브는 상기 제1 배기 밸브(7)와 동시에 밀폐되어 배기가스를 터보 과급기의 터빈(11)으로 이동시킬 때, 즉 전형적으로 피스톤의 상사 점보다 60도 이전에 제2 배기 밸브(8)는 개방되기 시작하도록 구성된다. 제2 배기 밸브(8)가 개방되기 시작할 때, 실린더(14) 내부의 압력은 예를 들어 3 바(bar) 내지 4 바의 범위를 가질 수 있다.
연소 엔진(1)의 제2 배기 밸브(8)와 연결된 배기 덕트(12) 내부의 스로틀 밸브(10)를 제어하여, 실린더(14) 내에 남아있는 배기가스의 압력 및 양이 제어되거나 조정될 수 있다. 또한, 피스톤이 피스톤(15)의 상사 점에서 혼합물을 압축할 때, 실린더(14) 내의 혼합기(18)가 가지는 추후 온도 및 점화 감도는 제어되거나 조정될 수 있다.
다음에, 새로운 가스 충전물이 피스톤의 상사점 보다 약 60 내지 30 크랭크각도(crank degree) 또는 약 60 내지 40 크랭크 각도 이전에 고압을 가지며 실린더(14)로 이동한다.
컴퓨터 시뮬레이션 및 테스트 엔진에 의하면, 본 명세서에 설명된 내연기관의 연소 엔진(1)의 작동이 도시된다. 예를 들어, 연소 엔진의 1 최대 회전 속도는 약 3500 rpm 이므로 단지 하나의 배기 밸브(7)가 필요하다. 따라서 터보 과급기 터빈의 바이패스 배기 밸브(8) 및 터빈 바이패스 덕트(12)를 위해 예를 들어 연소 엔진(1)의 실린더 헤드내에 공간이 존재한다.
본 발명의 적어도 일부 실시예를 따르고 점화 연료가 주입되는 연소 엔진의 실린더(14)가 개략적으로 도시된 도 2a를 참고할 때 연소 및 작업 행정이 도시된다. 다음에, 혼합물의 점화 순간은 다양한 외장 방법, 예를 들어 스파크 플러그 또는 도 2a에 도시된 점화 연료 분사(19)에 의해 제어될 수 있다.
본 발명의 적어도 일부 실시예를 따르고 배기 행정이 수행되는 연소 엔진의 실린더(14)의 단면도가 도 2b에 개략적으로 도시된다. 연소 엔진의 배기 밸브(7)가 전형적으로 피스톤(15)의 하사 점보다 50 내지 60도 크랭크 각도 이전에 개방될 때, 실린더 압력의 급격한 감소, 소위 블로우 다운(blow down)이 발생한다. 약 60 내지 80 크랭크 샤프트 도(crankshaft degree) 동안 지속되는 상기 압력 펄스는, 소위 펄스 터보 과급기를 이용할 때 터보 과급기가 가지는 포텐샬 에너지의 70%를 포함한다. 다음에, 상향운동하는 피스톤(15)은 연소 가스를 실린더(14)로부터 배기 밸브(7)가 폐쇄될 때까지 전형적으로 2 내지 4 바를 가지는 터보 과급기의 대응 압력에 대해 연소 엔진의 배기 밸브(7)를 통해 터보 과급기(2)까지 가압한다. 전형적으로, 배기 밸브(7)는 피스톤의 상사 점보다 60도 이전에 밀폐된다. 이 경우, 상당한 양의 연소 가스가 실린더(14) 내에 잔류하고, 잔류 연소 가스는 터보 과급기의 대응 압력과 동일하다.
연소 엔진은 제2 배기가스 채널과 연결된 제2 배기 밸브(8)를 더 포함한다. 제2 배기가스 채널은 과급기(2)를 바이패스한다. 스로틀 밸브(10)가 제2 배기가스 채널(12)에 배열된다. 스로틀 밸브(10)는 실린더(14) 내부의 압력을 제어하도록 구성된다. 배기가스 채널(13)의 유출구의 압력이 대기 압력을 가지므로, 제2 배기 밸브, 제2 배기가스 채널 및 스로틀 밸브의 조합에 의해 실린더(14) 내에 잔류하는 연소 가스의 양이 결과적으로 감소될 수 있다.
본 발명의 적어도 일부 실시예를 따르고 연료가 분사되는 연소 엔진의 실린더(14)가 도 2c의 단면도에 개략적으로 도시된다. 연소 엔진(1)의 결함 없는 작동과 관련하여, 실린더(14) 내부의 연소 가스의 압력이 제어되어야 한다. 또한, 도 2d에 도시된 것처럼 새로운 가스 충전물이 실린더(14) 속으로 유입하기 전에 실린더(14) 내에 포함된 가스 속으로 연료의 주입이 수행되도록 연소 엔진의 실린더(14) 내부에 연소 가스 잔류물의 양이 제어된다. 연료는 예를 들어 원추형 젯(jet)(16) 형태로 실린더(14) 속에 주입될 수 있다. 실린더(14)에 포함된 가스의 압력은 예를 들어 3 바 미만일 수 있다.
본 발명의 적어도 일부 실시예를 따르고 공기가 흡인되는 연소 엔진(1)의 실린더(14)를 개략적으로 도시한 단면도가 도 2d에 도시된다. 유입구 밸브(6)가 개방되어 새로운 가스 충전물이 실린더(14) 속으로 유동할 수 있다. 실린더(14) 내부의 연소 가스, 소기 가스, 및 연료 증기의 혼합물(18)이 가지는 온도가 충분히 떨어져서, 실린더(14) 내부의 상기 혼합물이 도 2e에 도시된 것처럼 피스톤(15)에 의해 피스톤의 상사점까지 압축될 때, 상기 혼합물의 온도는 충분히 낮아져서 혼합물의 자기 발화를 방지한다.
본 발명의 적어도 일부 실시예를 따르는 최종 압축과정이 수행되는 연소 엔진(1)의 실린더(14)를 개략적으로 도시한 단면도가 도 2e에 도시된다.
공개된 본 발명의 실시예들은 본원에 공개된 특정 구조, 공정 단계 또는 재료에 한정되지 않고 관련 기술 분야의 당업자에 의해 인식되는 것과 동등한 것으로 확장된다. 본 명세서에 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위해서만 이용되며 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다.
본 명세서 전체에 걸쳐 일 실시예 또는 실시예에 대한 참조는 실시예와 관련하여 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함된다. 따라서, 본 명세서에서 "일 실시예에서" 또는 "하나의 실시예에서"와 같은 용어는 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것이 아니다. 예를 들어, 약 또는 실질적으로 같은 용어를 이용하여 수치를 언급할 때, 정확한 수치가 또한 공개된다.
본 명세서에서, 복수의 제품, 구조적 요소, 구성 요소 및/또는 재료가 편의상 공통 목록으로 제공될 수 있다. 그러나 상기 목록은 목록의 각 구성요소들이 고유한 개별 구성요소로서 개별적으로 인식되어야 한다. 따라서, 상기 목록의 개별 구성 요소는, 공통 그룹내에서 반대로 표시하지 않는 구성요소들의 표시에 기초하여 동일 목록의 다른 구성요소와 사실상 동등한 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예 및 예는 다양한 부품들에 대한 대안과 함께 본 명세서에서 설명될 수 있다. 상기 실시예들, 예시들 및 대안들은 서로 실질적으로 동등한 것으로서 해석되어서는 안 되며, 본 발명의 독립적이고 개별적인 것으로 간주되어야 한다.
또한, 상기 특징, 구조 또는 특성은 하나 이상의 실시예에서 적절하게 결합될 수 있다. 하기 설명에서, 본 발명의 실시예들을 완전히 이해시키기기 위해 길이, 폭, 형상 등의 예와 같은 다수의 특정 세부 사항이 제공된다. 그러나, 당업자는 본 발명이 하나 이상의 특정 세부 사항 없이 또는 다른 방법, 구성 요소, 재료 등에 의해 실시될 수 있음을 인식할 것이다. 다른 경우에서, 본 발명의 특징들을 모호하게 하는 것을 피하기 위해 잘 알려진 구조, 재료 또는 작동은 상세하게 도시되거나 설명되지 않는다.
상기 예들은 하나 이상의 특정 적용예에서 본 발명의 원리를 설명하지만, 당업자들은 본 발명의 원리 및 개념으로부터 벗어나지 않고 본 발명의 실시 없이도 실시와 관련된 다수의 구성, 이용 및 세부사항 변경이 수행될 수 있다는 것을 알 것이다. 따라서, 본 발명은 하기 청구항을 제외하고 제한되지 않는다.
"포함" 및 "포함하다"는 본 명세서에서 설명되지 않은 특징의 존재를 제외하거나 요구하지 않는 개방적 한정 용어로서 이용된다. 종속 청구항들에 언급된 특징들은 달리 명시되지 않는 한 서로 자유롭게 조합될 수 있다. 또한, 본 명세서 전반에 걸쳐 "하나(a)" 또는 "하나(an)", 즉 단수 형태의 이용은 다수를 배제하지 않는다는 것을 이해해야 한다.
산업상 이용 가능성
본 발명의 적어도 일부 실시예는 내연기관 및 내연기관의 작동 방법에 관한 산업적 적용예이다.
1......연소 엔진,
2......터보 과급기,
3......제1 인터쿨러,
4......압축기,
5......제2 인터쿨러,
6......유입구 밸브,
7......제1 배기 밸브,
8......제2 배기 밸브,
9......인터쿨러 바이패스,
10......스로틀 밸브,
11......터보 과급기 터빈,
12......터빈 바이패스 덕트,
13......배기 덕트,
14......실린더,
15......피스톤,
16......원추형 젯,
17......연소실,
18......혼합물,
19......점화 연료.
인용 목록
특허 문헌
DE 3821937 A1
US 5417068 A
DE 102008036308 A1
DE 3821935 A1.

Claims (35)

  1. 연소 엔진(1)에 있어서,
    각각 적어도 하나의 실린더(14)와 연결된 제1 배기가스 채널(13) 및 별도의 제2 배기가스 채널(12)을 포함하고, 상기 제1 배기가스 채널(13)은 터보 과급기(2)와 추가로 연결되며, 상기 제2 배기가스 채널(12)은 터보 과급기(2)를 바이패스하도록 구성되고,
    상기 실린더(14) 내부의 배기가스 압력을 제어하도록 제2 배기가스 채널(12) 내부에 구성된 스로틀 밸브(10)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소 엔진.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연소 엔진(1)은 2- 행정 엔진인 것을 특징으로 하는 연소 엔진.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 배기가스 채널은 상기 터보 과급기의 하류 위치에서 상기 제1 배기가스 채널(13)과 연결되는 것을 특징으로 하는 연소 엔진.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스로틀 밸브(10)는 제2 배기가스 채널(12) 내부의 가스 유동을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연소 엔진.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연소 엔진(1)은 상기 실린더(14)로부터 제1 배기가스 채널(13)까지 배기가스 유동을 제어하도록 구성된 제1 배기가스 밸브(7) 및 상기 실린더(14)로부터 제2 배기가스 채널(12)까지 배기가스 유동을 제어하도록 구성된 제2 배기가스 밸브(8)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연소 엔진.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제2 배기가스 밸브(8)는 피스톤(15)이 상기 실린더(14)내에서 상향 이동하기 시작할 때 개방되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연소 엔진.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 제2 배기가스 밸브(8)는 상기 제1 배기가스 밸브(7)가 밀폐됨에 따라 밀폐되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연소 엔진.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 배기가스 밸브(8)는 피스톤의 상사 점보다 60 크랭크 각도 이전에 밀폐되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연소 엔진.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 연소 엔진(1)은 제어 가능한 압축기(4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소 엔진.
  10. 제9항에 있어서, 압축기(4)는 고압 하에서 가스 충전물을 실린더(14)에 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연소 엔진.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연소 엔진(1)은 피스톤의 상사점 이전에 약 60 내지 30 크랭크 각도 범위에서 가스 충전물을 실린더(14)에 공급하는 것을 특징으로 하는 연소 엔진.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 연소 엔진(1)은 제1 및 제2 배기가스 밸브(7, 8)가 밀폐된 후에 계속해서 가스 충전물을 실린더(14)에 공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연소 엔진.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스로틀 밸브(10)는 상기 실린더(14) 내부의 혼합물(18)의 온도를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연소 엔진.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스로틀 밸브(10)는 상기 실린더(14) 내에 잔류하는 배기가스의 양을 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 연소 엔진.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 연소 엔진(1)은 압축기(4)의 상류 위치에 제1 인터쿨러(3)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소 엔진.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 연소 엔진(1)은 압축기(4)의 하류 위치에 제2 인터쿨러(5)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소 엔진.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 연소 엔진(1)은 제2 인터쿨러(5)를 바이패스하도록 구성되고 제어 가능한 인터쿨러 바이패스(9)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소 엔진.
  18. 연소 엔진(1)을 작동시키는 방법에 있어서,
    제1 배기가스 채널(13)과 연결된 제1 배기가스 밸브(7)를 개방하고 상기 제1 배기가스 채널(13)은 터보 과급기(2)와 연결되는 단계,
    별도의 제2 배기가스 채널(12)과 연결되는 제2 배기가스 밸브(8)를 개방하고 상기 제2 배기가스 채널(12)은 상기 터보 과급기(2)를 바이패스하도록 구성되는 단계,
    스로틀 밸브(10)에 의해 적어도 하나의 실린더(14) 내에서 배기가스 압력을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연소 엔진(1)을 작동시키는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 2- 행정 엔진이 작동되는 것을 특징으로 하는 연소 엔진을 작동시키는 방법.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 제2 배기가스 채널은 상기 터보 과급기(2)의 하류 위치에서 상기 제1 배기가스 채널(13)과 연결되는 것을 특징으로 하는 연소 엔진을 작동시키는 방법.
  21. 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 배기가스 채널(12) 내의 가스 유동은 상기 스로틀 밸브(10)에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 연소 엔진을 작동시키는 방법.
  22. 제18항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 실린더(14)로부터 제1 배기가스 채널(13)까지 배기가스 유동이 제1 배기가스 밸브(7)에 의해 제어되고, 실린더(14)로부터 제2 배기가스 채널(12)까지 배기가스 흐름은 제2 배기가스 밸브(8)에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 연소 엔진을 작동시키는 방법.
  23. 제18항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 배기가스 밸브(8)는 피스톤(15)이 상기 실린더(14) 내에서 상향 이동하기 시작할 때 개방되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연소 엔진을 작동시키는 방법.
  24. 제18항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 배기가스 밸브(8)는 상기 제1 배기가스 밸브(7)가 밀폐됨에 따라 밀폐되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연소 엔진을 작동시키는 방법.
  25. 제18항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 배기가스 밸브(8)는 피스톤의 상사 점보다 60 크랭크 각도 이전에 밀폐되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연소 엔진을 작동시키는 방법.
  26. 제18항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 공기는 제어 가능한 압축기(4)에 의해 압축되는 것을 특징으로 하는 연소 엔진을 작동시키는 방법.
  27. 제25항에 있어서, 상기 실린더(14)에는 압축기(4)에 의해 고압하에 가스 충전물을 공급받 것을 특징으로 하는 연소 엔진을 작동시키는 방법.
  28. 제18항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실린더(14)는 피스톤의 상사점 이전에 60 내지 30 크랭크 각도에서 가스 충전물을 공급받는 것을 특징으로 하는 연소 엔진을 작동시키는 방법.
  29. 제18항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 및 제2 배기가스 밸브(7, 8)가 밀폐된 후에 계속해서 가스 충전물이 실린더(14)에 공급되는 것을 특징으로 하는 연소 엔진을 작동시키는 방법.
  30. 제18항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 실린더(14) 내부의 혼합물(18)의 온도는 스로틀 밸브(10)에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 연소 엔진을 작동시키는 방법.
  31. 제18항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실린더(14) 내에 잔류하는 배기가스의 양은 스로틀 밸브(10)에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 연소 엔진을 작동시키는 방법.
  32. 제18항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 터보 과급기(2)에 의해 형성된 유도 공기 열은 압축기(4)의 상류 위치에서 제1 인터쿨러(3)에 의해 감소되는 것을 특징으로 하는 연소 엔진을 작동시키는 방법.
  33. 제18항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 압축기(4)에 의해 형성된 유도 공기 열은 압축기(4)의 하류 위치에서 제2 인터쿨러(3)에 의해 감소되는 것을 특징으로 하는 연소 엔진을 작동시키는 방법.
  34. 제18항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유도 공기는 상기 제2 인터쿨러(5)를 바이패스하도록 구성된 인터쿨러 바이패스(9)를 통해 상기 실린더로 완전하게 또는 부분적으로 안내되는 것을 특징으로 하는 연소 엔진을 작동시키는 방법.
  35. 제18항 내지 제34항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유도 공기는 상기 제2 인터쿨러를 통해 상기 실린더로 완전하게 또는 부분적으로 안내되는 것을 특징으로 하는 연소 엔진을 작동시키는 방법.
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