KR20200005459A - 자동차의 작동 방법 및 자동차 - Google Patents

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마누엘 팔디크
디륵 하겔슈타인
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폭스바겐 악티엔 게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 내연기관을 장착한 자동차를 작동하기 위한 방법에 관한 것이며, 내연기관은 적어도, 변속기 및 경우에 따라서는 클러치를 통해 자동차의 구동측 휠들과 회전 구동 방식으로 연결된 연소 엔진; 그리고 그 밖에도 신선 가스 라인;을 포함하며, 신선 가스 라인 내에는 트림 조정기가 할당된 압축기가 통합되고, 상기 트림 조정기를 통해 압축기의 압축기 임펠러의 유입구 횡단면의 에지측 섹션이 가변적으로 덮일 수 있다. 이 경우, 유입구 횡단면의 에지측 섹션은 트림 조정기의 릴리스 위치에서 상대적으로 적게, 바람직하게는 최대한 적게 덮이고, 트림 조정기의 커버링 위치에서는 상대적으로 넓게, 바람직하게는 최대한 넓게 덮인다. 본 발명에 따라, 트림 조정기는, 변속기가 제1 기어비 전환 위치(i1)에 있고 트림 조정기가 릴리스 위치(ST1)에 있는 내연기관의 제1 작동 상태로부터, 변속기가 제2 기어비 전환 위치(i2)에 있는 내연기관의 제2 작동 상태로의 전이를 위해, 커버링 위치(ST2)로 조정된다. 그 결과, 삐걱거림으로 불리는 소음 발생이 방지될 수 있거나 약하게 유지될 수 있다.

Description

자동차의 작동 방법 및 자동차{METHOD FOR OPERATING A MOTOR VEHICLE AND MOTOR VEHICLE}
본 발명은 내연기관을 장착한 자동차를 작동하기 위한 방법 및 상기 방법을 수행하기에 적합한 자동차에 관한 것이다.
자동차용 내연기관의 압축기 내에서는, 신선 가스 라인을 경유하여 내연기관의 연소 엔진으로 공급될 신선 가스가 압축된다. 이 경우, 신선 가스의 압력 상승은 압축기 임펠러의 회전수 및 압축기 임펠러를 통해 안내되는 신선 가스의 질량 유량에 좌우된다. 압축기 특성맵의 이른바 써지 라인(surge line)의 방향으로, 임펠러 베인들의 전연(leading edge)의 입사 유동(incident flow)은 원주 속도에 비해 감소하는 입사 유동 속도(incident flow speed)로 인해 토출측에서 증가하는 방식으로 수행되며, 다시 말하면 입사 유동의 입사도(incidence)는 점점 증가한다. 작동점에 따른 입사도의 한계값, 즉, 이른바 써지 라인에서부터 전연들에서의 유동이 분리되며, 압축기 내의 유동은 불안정해진다. 써지 라인의 영역에서 압축기의 유입구측 하우징 윤곽부에 저임펄스(low-impulse) 유체의 역류 영역이 형성된다. 이러한 이른바 역류 기포는 와류 및 혼합 손실에 의해 압축기 효율의 감소를 야기한다. 그러나 임펠러의 허브 윤곽부의 영역에서는, 써지 라인 근처에서도 압축기를 관류하는 고임펄스 및 저손실 코어 유동(core flowing)이 진행되며, 이 코어 유동이 질량 흐름율 및 압력 형성을 결정한다.
예컨대 DE　10　2010　026　176　A1호, EP　3　018　355　A1호, DE 10　2015　209　704　A1호, DE　10　2014　225　716　A1호 또는 WO　2014/131790　A1호로부터 공지된 것과 같은 트림 조정기(trim adjuster)는 압력비가 상대적으로 높을 때 상대적으로 낮은 질량 유량의 방향으로 압축기 특성맵의 써지 라인을 변위시키기 위해 이용된다. 이와 동시에, 트림 조정기가 써지 라인의 영역에서 압축기 효율의 상승을 유도할 수 있다. 이를 위해 트림 조정기는, 압축기의 임펠러로의 입사 유동이 수행되는 입사 유동 단면적을 변동시킬 수 있는 장치를 포함한다. 이렇게 달성되는 트림 조정기의 노즐 작용을 통해, 제어 개입(control intervention)(입사 유동 단면적 감소)이 증가함에 따라 가스 유동은 압축기 임펠러의 허브 근처 유입구 횡단면에 더 강하게 집중될 수 있다. 그 결과, 역류 기포의 저임펄스 손실 영역 내로 더 적은 가스가 유입되고, 허브 근처 영역에서의 코어 유동은 촉진되며, 그 결과 추가로 안정화된다. 압축기 임펠러의 허브 근처 영역에서의 가스 유동의 촉진은 추가로 압축기 임펠러의 입사 유동의 변위를 야기하며, 이는 가스 유동의 추가 안정화에 기여할 수 있다. 코어 유동의 안정화는, 압축기 특성맵의 써지 라인을 상대적으로 더 적은 질량 유량으로 변위시킬 수 있게 한다. 제어 개입을 원하지 않는 경우(트림 조정기가 완전 개방되는 경우), 압축기 임펠러 상류에서의 신선 가스 라인의 전체 횡단면이 최대로 개방됨으로써, 그러한 경우에 존재하는 압축기 임펠러의 입사 유동에서 가급적 추가적인 마찰 손실 또는 스로틀링 손실이 발생하지 않게 된다. 그러므로 압축기 효율 및 압축기 특성맵 폭은 초크 한계(choke limit)의 방향으로 트림 조정기에 의한 부정적인 영향을 크게 받지 않는다.
자동차의 내연기관의 작동 중 문제로서, 변속 과정들에서, 다시 말해, 파워트레인 내에서 내연기관의 연소 엔진과 구동 휠들 사이에 통합되는 변속기가 연소 엔진의 구동 속도를 휠들의 구동 속도로 변경하는 데 이용되는 변속비를 변경하는 동안 발생하는, 흔히 "삐걱거림(creaking)"이라고 불리는 소음이 발생할 수 있다. 이러한 삐걱거림은 특히 자동차의 가속 모드 동안, 이 경우 연소 엔진의 작동에 이용되는 상대적으로 높은 부하 및 가속 모드에서 통상적인 변속 과정들로 인해 발생한다. 연소 엔진이 작동되는 데 이용되는 상대적으로 높은 부하는 그에 상응하게 높은 압축기 압력비(압축기의 저압측에서의 절대 압력에 대한 고압측에서의 절대 압력의 비)를 야기하며, 이와 동시에 압축기를 통해 안내되는 신선 가스의 질량 유량도 상대적으로 높다. 상대적으로 높은 압축기 압력비와 상대적으로 높은 신선 가스 질량 유량이 결합되면, 압축기는 기본적으로 써지 라인으로부터 충분한 간격을 두고 작동된다. 그러나 변속 과정 동안 신선 가스 질량 유량은 일시적으로 강하게 감소할 수 있는 반면, 압축기 압력비는 계속 증가하거나, 실질적으로 변함이 없거나, 또는 적어도 상대적으로 극미하게만 감소한다. 그로 인해, 압축기는 변속 과정 동안 일시적으로 써지 라인의 근처에서 작동될 수 있게 된다. 이는, 압축기 임펠러의 상류에 위치하는 신선 가스 라인의 섹션 내로 물결형으로 확산되는, 이미 기술한 역류 기포의 형성을 야기할 수 있으며, 이는 신선 가스 라인의 상기 섹션의 구성요소들의 상응하는 진동 여기(vibration excitation)를 야기할 수 있다. 이런 진동 여기가 삐걱거림이라고 불리는 소음 발생을 야기한다.
WO 2004/022956 A1호는, 써지 라인의 영역에서 내연기관의 압축기의 작동이 방지되게 하는 방법을 개시하고 있다. 여기서는, 내연기관의 흡기 시스템 내에 배치된 공기 유량 센서를 이용하여, 흡기 시스템을 관류하는 신선 가스의 특징적인 진동 거동과 관련하여 압축기의 거동을 모니터링한다. 이런 방식으로, 써지 라인의 도달이 임박한 것으로 검출되면, 예컨대 달성할 목표 과급 압력에 대한 값이 감소하고, 이를 위해 상응하게 변동하는 방식으로 압축기를 구동하는 배기가스 터빈으로 입사 유동이 실시되며, 이를 통해 가변 터빈 입사 유동을 위한 장치(VTG)의 조정이 야기된다.
본 발명의 과제는, 압축기에 의해 과급되는 자동차 내연기관에 있어서, 특히 변속 과정 동안의 음향 거동과 관련해서도 가급적 최적의 작동 거동을 특징으로 하는 자동차 내연기관을 개발하는 것이다.
상기 과제는, 특허 청구항 제1항에 따른 자동차를 작동하기 위한 방법을 통해 해결된다. 작동 중에 상기 방법이 자동으로 실행될 수 있는 자동차는 특허 청구항 제5항의 대상이다. 본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예들 및 본 발명에 따른 자동차의 바람직한 실시예들은 또 다른 특허 청구항들의 대상들이고, 그리고/또는 본 발명의 하기 설명에 명시된다.
본 발명은, 압축기의 작동 거동을 향상시키기 위해 압축기에 트림 조정기가 할당되어 있는, 압축기에 의해 과급되는 내연기관의 경우, 과급되는 내연기관들에서 변속 과정 동안 발생할 수 있는 삐걱거림을 방지하거나, 적어도 경미하게 유지하기 위해 트림 조정기를 능동적으로 이용하기도 한다는 사상을 기초로 한다.
그에 상응하게, 내연기관을 장착한 자동차를 작동하기 위한 방법이 제공되며, 이 방법에서 내연기관은, 적어도, 변속기 및 경우에 따라 클러치를 통해 자동차의 구동 휠들과 회전 구동 방식으로 연결된 연소 엔진 및 그 밖에도 신선 가스 라인을 포함하며, 신선 가스 라인 내에는 압축기가 통합되고, 압축기에는 압축기의 압축기 임펠러의 유입구 횡단면의 에지측 섹션을 가변적으로 덮을 수 있는 트림 조정기가 할당된다. 이 경우, 유입구 횡단면의 에지측 섹션은 트림 조정기의 릴리스 위치에서 (커버링 위치에 비해) 상대적으로 적게, 바람직하게는 최대한 적게(다시 말하면 구조적 설계를 통해 최대로 가능한 만큼 적게) 덮이며, 트림 조정기의 커버링 위치에서는 (릴리스 위치에 비해) 상대적으로 넓게, 바람직하게는 최대한 넓게 덮인다(다시 말하면 구조적 설계를 통해 최대로 가능한 만큼 넓게 덮이며, 이런 최대 위치는 압축기의 정의된 작동에 최적으로 결정된 것임). 본 발명에 따라, 트림 조정기는, 변속기가 제1 기어비 전환 위치("변속단")에 있고 트림 조정기가 릴리스 위치에 있는 내연기관의 (특히 일시적인) 제1 작동 상태로부터, 변속기가 제2 기어비 전환 위치("변속단")에 있는 내연기관의 제2 작동 상태로의 전이를 위해, 커버링 위치로 조정된다. 이 경우, 기어비 전환 위치들의 넘버링은 단지 일반적인 구별을 위해서만 이용될 뿐, 변속비와 관련한 구분에는 이용되지 않는다. 따라서, 제1 기어비 전환 위치의 변속비가 제2 기어비 전환 위치의 변속비보다 더 클 수도 또는 더 작을 수도 있다.
본 발명에 따라서, 내연기관의 트림 조정기는, 변속 과정의 결과로 압출기 임펠러의 에지측에서 압축기의 고압측으로부터 저압측으로 이미 압축된 신선 가스의 역류가 발생할 수 있을 때, 커버링 위치로 조정된다. 이런 경우 압축기 임펠러의 유입구 횡단면의 에지측 섹션을 상대적으로 넓게, 그리고 바람직하게는 최대한 넓게 덮는 트림 조정기는 적어도 상기 역류, 또는 트림 조정기의 상류에 배치된 신선 가스 라인의 섹션 내로의 상기 역류의 추가 확산을 방지하거나 저지하며, 그럼으로써 삐걱거림을 야기할 수도 있는 진동 여기가 방지될 수 있거나 경미하게 유지될 수 있다.
기본적으로, 변속 과정을 위한 또는 변속 과정 동안의 트림 조정기의 본 발명에 따른 조정은, 조정에 의해 압축기의 효율이 향상되거나, 최대 2%만큼 악화될 때에만 수행될 수도 있다.
작동 시, 본 발명에 따른 방법의 자동 수행이 실시될 수 있는 자동차는 적어도 내연기관을 포함하며, 이 내연기관은, 적어도 일시적으로 변속기 및 경우에 따라 클러치를 통해 자동차의 구동 휠들과 회전 구동 방식으로 연결되어 있는 연소 엔진[특히 (자기 착화식 및 정성 제어식) 디젤 엔진 또는 (외부 점화식 및 정량 제어식) 오토 엔진, 또는 이들의 조합체, 다시 말해 예컨대 균일 압축 착화식 연소 엔진]과 그 밖에도 신선 가스 라인을 포함하며, 신선 가스 라인 내에는 압축기가 통합되고, 압축기에는 압축기의 압축기 임펠러의 유입구 횡단면의 에지측 섹션을 가변적으로 덮을 수 있는 트림 조정기가 할당된다. 이 경우, 유입구 횡단면의 에지측 섹션은 트림 조정기의 릴리스 위치에서 상대적으로 적게, 바람직하게는 최대한 적게(다시 말하면 구조적 설계를 통해 최대로 가능한 만큼 적게) 덮이며, 트림 조정기의 커버링 위치에서는 상대적으로 넓게, 바람직하게는 최대한 넓게[다시 말하면 구조적 설계를 통해 최대로 가능한 만큼 넓게("최적의 최대 위치")] 덮인다. 또한, 상기 내연기관은, 본 발명에 따른 방법을 자동화 방식으로 실행하도록 구성된 제어 장치를 포함한다.
본 발명에 따라서, 트림 조정기와 관련하여 가장 가깝게 배치되고 압축기 임펠러의 회전축에 대해 수직으로 정렬된 평면이 압축기 임펠러의 "유입구 평면(inlet plane)"으로서 이해되며, 상기 평면은, 압축기 임펠러의 임펠러 베인들의 하나, 복수 또는 모든 전연의 적어도 하나의 점형 섹션이 상기 평면 내부에 배치됨으로써, 상기 임펠러 베인들에 의해 정의된다. 이런 경우, 압축기 임펠러의 "유입구 횡단면"은 상기 유입구 평면 내에 배치되는 유동 챔버의 개구 횡단면이다.
본 발명에 따른 내연기관의 트림 조정기는 기본적으로 임의로, 예컨대 DE　10　2010　026　176　A1호, EP　3　018　355　A1호, DE　10　2015　209　704　A1호, DE　10　2014　225　716　A1호 또는 WO　2014/131790　A1호에 개시된 것과 같은 실시예들 중 어느 하나에 따라 형성될 수 있다.
한 바람직한 구현형태에 따라서, 본 발명에 따른 자동차의 내연기관의 트림 조정기는 환형 조리개(annular diaphragm)를 포함한다. 이 경우, 조리개는 예컨대 원칙상 카메라 렌즈에 의해서도 공지된 것과 같은 조리개(iris diaphragm)의 형태로 형성될 수 있다. 또한, 그 대안으로, 조리개는, 종축 방향으로 서로 나란히 배치된, 특히 환형인 스테이터 및 특히 환형인 로터도 포함할 수 있으며, 스테이터 및 로터는 각각 (이 경우 마찬가지로 운동 가능한) 스테이터에 대한 로터의 상대 회전을 통해 여러 상대 위치로 움직일 수 있는 하나 이상의 관통 개구를 형성하며, 상기 여러 상대 위치에서 관통 개구들은 서로 전혀 중첩되지 않거나, 부분적으로 또는 완전히 중첩된다. 그러한 조리개를 단 하나만 포함하는 트림 조정기는 상대적으로 단순한 구조적 형상을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 따른 자동차의 내연기관을 위한, 환형 조리개를 포함한 상기 트림 조정기의 한 바람직한 개선예에 따라서, 상기 트림 조정기는 유동 가이드 장치를 추가로 포함할 수 있으며, 이 유동 가이드 장치를 통해 신선 가스 라인의 적어도 하나의 섹션이 중앙 유동 영역과 주변 유동 영역으로 분할되고, 이 두 유동 영역은 압축기 임펠러의 유입구 평면의 영역에서 압축기 임펠러를 수용하는 압축기의 유동 챔버로 전이되며, 상기 주변 유동 영역은 조리개에 의해 폐쇄 가능하게 형성된다. 이 경우, 조리개는 바람직하게, 상류에 놓인, 주변 유동 영역의 단부에 배치될 수 있다. 조리개와 유동 가이드 장치로 구성된 상기 조합체를 이용하여, 압축기 특성맵에 미치는 영향뿐만 아니라 삐걱거림 억제와 관련해서도, 단 하나의 환형 조리개를 포함하는 트림 조정기에 비해 트림 조정기의 기능이 향상될 수 있다.
또한, 압축기 임펠러에 인접하여 배치되는, 유동 가이드 장치의 적어도 하나의 단부 섹션, 경우에 따라 전체 유동 가이드 장치가, 종축 방향으로(다시 말해 압축기 임펠러의 회전축을 따라서) 변위 가능하게 형성되고, 주변 유동 영역은 압축기 임펠러의 유입구 평면의 영역에서 상기 단부 섹션에 의해, 유동 가이드 장치의 폐쇄 위치에서는 폐쇄되고 개방 위치에서는 개방될 경우, 조리개와 유동 가이드 장치를 포함한 상기 트림 조정기의 기능이 추가로 향상된다.
본 발명에 따른 방법의 한 바람직한 실시예에 따라서, 연소 엔진이 제2 작동 상태에서 정의된 한계값을 초과하는 부하(예컨대 각각의 작동 주기마다 연소실들 내로 유입되는 연료량 또는 연소 엔진에 의해 생성되는 토크를 통해, 또는 달성되는 과급 압력을 통해, 또는 압축기 임펠러의 달성된 회전수를 통해 정의되는 부하)로 작동될 때, 트림 조정기는 다시 릴리스 위치로 조정될 수 있다. 그러나 트림 조정기의 상기 복귀 조정(return adjustment)이 수행되기 전에, 바람직하게 삐걱거림 위험이 충분히 경미해질 때까지 대기되거나, 트림 조정기가 커버링 위치에 그대로 유지된다. 이를 위해, 특히, 압축기를 관류하는 신선 가스의 질량 유량의 값이 전이 직전의 값(최댓값)과 일치하고, 그리고/또는 압축기의 써지 라인으로부터 정의된 (충분한) 간격을 갖게 되는 즉시, 트림 조정기는 비로소 다시 릴리스 위치로 조정될 수 있다. 또한, 커버링 위치에서 정의된 최소 시간 간격 동안 트림 조정기를 그대로 유지할 수 있는 가능성도 있다.
그에 반해, 연소 엔진이 제2 작동 상태에서 최대로 한계값에 상응하는 부하로 작동된다면, 바람직하게는 (상기 전제 조건이 지속되는 동안은) 트림 조정기가 커버링 위치에 그대로 유지된다.
본 발명에 따른 자동차의 내연기관의 압축기는 특히 배기가스 터보차저의 부분일 수 있으며, 배기가스 터보차저는 그 밖에도 배기가스 라인 내에 통합된 배기가스 터빈도 포함한다. 이 경우, 압축기의 구동은 배기가스 엔탈피의 이용 하에 배기가스 터빈에 의해 수행된다. 그 대안으로 또는 그에 보충되어, 압축기가 다른 방식으로, 예컨대 연소 엔진에 의해, 다시 말하면 기계적으로 또는 전기 모터에 의해 구동 가능하게 형성될 수도 있다.
본 발명에 따른 자동차는, 특히 휠을 기반으로 하며 레일에서 주행하지 않는 자동차(바람직하게는 승용차 또는 화물차)일 수 있다.
특히 특허청구범위에서, 그리고 특허청구범위를 전반적으로 설명하는 명세서에서 부정관사("하나")는 그 자체로서 해석되어야 하며, 수사로서 해석되어서는 안된다. 그에 상응하게 상기 표현으로 구체화된 구성요소는, 이 구성요소가 적어도 개는 제공되며, 여러 개 제공될 수도 있다는 의미로 해석되어야 한다.
본 발명은 하기에서 도면들에 도시된 실시예들 및 구현예들에 따라 더 상세하게 설명된다. 도면들은 각각 개략도로 도시되어 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 자동차를 위한 내연기관을 도시한 도면이다.
도 3은 대응하는 트림 조정기가 압축기의 임펠러의 유입구 횡단면을 최대한 적게 덮는 위치에 있는 상태에서 본 발명에 따른 내연기관용 압축기를 절단하여 도시한 종단면도이다.
도 4는 도 3에 따르지만, 트림 조정기가 압축기 임펠러의 유입구 횡단면을 최대한 넓게 덮는 위치에 있는 상태에서 압축기를 도시한 종단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 자동차의 작동 중에 예시의 제1 변속 과정 동안 여러 특성값의 특성곡선들을 나타낸 총 4개의 그래프이다.
도 6은 본 발명에 따른 자동차의 작동 중에 예시의 제2 변속 과정 동안 여러 특성값의 특성곡선들을 나타낸 총 4개의 그래프이다.
도 1에는, 클러치(68) 및 변속기(70)를 통해 자동차의 휠들(72)과 회전 구동하는 방식으로 연결되어 있거나 연결될 수 있는 연소 엔진(10)을 포함하는 내연기관(66)을 장착한 본 발명에 따른 자동차가 간소화된 도면으로 도시되어 있다. 이 경우, 내연기관(66)은 예컨대 도 2에 도시된 것과 같은 내연기관에 따라 형성될 수 있다.
도 2에 따른 내연기관(66)의 연소 엔진(10)은 복수의 실린더(12)를 형성한다. 실린더들(12)은, 그 안에서 상하로 안내되는 피스톤 및 실린더 헤드와 함께 (미도시된) 연소실들을 한정하며, 이 연소실들 내에서 신선 가스가 연료와 함께 연소된다. 이 경우, 연료는, 제어 장치(14)(엔진 제어부)를 통해 제어되어, 인젝터들(16)에 의해 연소실들 내로 직접 분사된다. 연료/신선 가스 혼합기량의 연소는 피스톤들의 주기적인 상하 운동을 야기하며, 이 상하 운동은 다시 공지된 방식으로 미도시한 커넥팅 로드를 통해 마찬가지로 미도시한 크랭크 샤프트로 전달되며, 그럼으로써 크랭크 샤프트는 회전 구동된다.
신선 가스는 신선 가스 라인을 통해 연소 엔진(10)으로 공급되며, 이를 위해 흡입 개구(18)를 통해 주변으로부터 흡입되어 에어 필터(20)에서 정화된 다음, 배기가스 터보차저의 부분인 압축기(22) 내로 안내된다. 신선 가스는 압축기(22)에 의해 압축되고, 이어서 인터쿨러(24) 내에서 냉각된 다음 연소실들로 공급된다. 압축기(22)의 구동은, 내연기관(66)의 배기가스 라인 내에 통합된, 배기가스 터보차저의 배기가스 터빈(26)에 의해 수행된다. 연소 엔진(10)의 연소실들 내에서 연료/신선 가스 혼합기량의 연소 동안 발생하는 배기가스는 배기가스 라인을 통해 연소 엔진(10)으로부터 배출되고, 그와 동시에 배기가스 터빈(26)을 관류한다. 이는 공지된 방식으로, 샤프트(28)를 통해 압축기(22)의 압축기 임펠러(30)(도 3 및 4 참조)와 회전 고정 방식으로 연결된 (미도시된) 터빈 임펠러의 회전 구동을 야기한다. 그에 따라, 터빈 임펠러의 회전 구동이 압축기 임펠러(30)로 전달된다.
가변하는 부하 및 회전수로 연소 엔진(10)이 작동될 때, 배기가스 터보차저를 이용하여 압축 출력의 생성을 위해 배기가스 엔탈피의 가급적 최적의 이용을 실현하기 위해, 배기가스 터보차저의 배기가스 터빈(26)은 선택적으로, 제어 장치(14)에 의해 제어될 수 있는, 가변 터빈 입사 유동을 위한 장치(VTG)(32)를 포함할 수 있다. 상기 장치는 공지된 방식으로, 개별적으로 회전 가능하게 형성되어 배기가스 터빈(26)의 유입 덕트 내에 배치된 복수의 (미도시된) 가이드 베인을 포함할 수 있으며, 이들 가이드 베인은 함께 하나의 조정 장치(미도시)에 의해 조정될 수 있다. 상기 가이드 베인들은 자신들의 회전 위치에 따라서, 배기가스 터빈(26)의 유입 덕트 내의 자유 유동 횡단면을 다소 수축시키며, 그 외에도 터빈 임펠러의 일차 입사 유동의 섹션 및 상기 입사 유동의 배향에 영향을 미친다.
압축기(22)의 하류에서, 과급 공기 구간 내에, 다시 말하면 압축기(22)와 연소 엔진(10) 사이에 배치된 신선 가스 라인의 섹션 내에, 마찬가지로 제어 장치(14)에 의해 제어될 수 있는 스로틀 밸브(34)이 통합된다.
내연기관(66)은, 배기가스 터빈(26)의 하류에, 그리고 특히 배기가스 후처리 장치(38), 예컨대 미립자 필터의 하류에 배치된 배기가스 라인의 섹션에서 배기가스가 분기되어 압축기 임펠러(30)의 상류에서 신선 가스 라인의 섹션 내로 유입될 수 있는 (저압) 배기가스 재순환의 실현을 위해 배기가스 재순환 라인(36)을 포함할 수 있다. 이 경우, 배기가스 재순환 라인(36)을 통해 재순환될 배기가스의 양은 제어 장치(14)에 의해 제어될 수 있는 제어 밸브(40)에 의해 개루프 모드 또는 폐루프 모드로 제어될 수 있다. 또한, 배기가스 재순환 라인(36) 내에는 이를 통해 안내되는 배기가스의 냉각을 위한 배기가스 냉각기(42)가 통합될 수 있다.
압축기(22)에는, 신선 가스를 통한 압축기 임펠러(30)의 입사 유동에 영향을 미칠 수 있는 트림 조정기(44)가 할당된다. 이를 위해, 트림 조정기(44) 또는 그의 (미도시된) 종속 액추에이터가 제어 장치(14)에 의해 제어될 수 있다. 배기가스 재순환 라인(36)은 트림 조정기(44)의 상류에서, 또는 압축기 임펠러(30)로부터 먼 쪽을 향하는 트림 조정기(44)의 측에서 신선 가스 라인 내로 연통될 수 있다. 트림 조정기(44)의 영역 또는 그 하류[그리고 압축기 임펠러(30)의 상류]에서의 연통도 마찬가지로 가능하다.
도 3 및 도 4에는 각각, 상기 압축기(22)에 대해 가능한 구현형태가 종단면도로 도시되어 있다. 상기 압축기(22)는 예컨대 도 2에 따른 내연기관(66)을 위해 제공될 수 있으며, 이 경우 트림 조정기(44)와 배기가스 재순환 라인(36)용 연결 덕트(46)은 압축기(22)의 통합 구성요소들이다. 이는 도 2에서 파선 프레임들로 도시되어 있다.
도 3 및 도 4에 따른 압축기(22)는, 배기가스 터보차저의 전체 하우징의 부분 하우징을 나타낼 수 있는 하우징(50)을 포함한다. 압축기(22)의 하우징(50)은 유동 챔버(52)를 형성하고, 이 유동 챔버 내부에 압축기 임펠러(30)가 회전 가능하게 장착된다. 유동 챔버(52)는 유입구 측에 유입구 평면(54) 내에 놓인 유입구 횡단면을 갖는다. 마찬가지로 압축기(22)의 하우징(50)에 의해 형성된 흡기 덕트(56)를 통해 신선 가스는 압축기 유입구(58)로부터 압축기 임펠러(30) 쪽으로 안내될 수 있다. 배출구 측에서 유동 챔버(52)는, 압축기 임펠러(30)의 임펠러 베인들(60)의 배출구 에지의 둘레를 따라 연장되는 "배출구 평면"에 의해 한정된다. 그곳에는 마찬가지로 임펠러 베인들(60)의 배출구 에지들의 둘레를 따라 연장되는 확산 챔버(62)(diffuser chamber)가 연결되고, 그에 이어서, 도 3 및 도 4에는 더 이상 도시되지 않은 압축기 와류부(compressor volute)가 연결된다. 압축기 와류부에서 (마찬가지로 미도시된) 압축기 배출구가 시작된다.
흡기 덕트(56)의 안쪽에서 트림 조정기(44)는 압축기 임펠러(30)의 유입구 횡단면까지 최대한 짧게 이격되어 배치된다. 트림 조정기(44)는 원칙상 카메라 렌즈에 의해서도 공지된 구성을 갖는 조리개(48)를 포함한다. 도 4에 따른 커버링 위치에서, 트림 조정기(44)는, 에지측에 배치된 유입구 횡단면의 환형 영역에서, 압축기 임펠러(30)의 방향으로 유동하는 신선 가스를 통한 압축기 임펠러(30)의 입사 유동을 최대한 저지한다. 그 결과, 트림 조정기(44)는 압축기 임펠러(30)의 허브 근처 섹션으로 상기 신선 가스 유동을 집중시킨다. 그와 반대로, 도 3에 따른 릴리스 위치에서는 신선 가스가 전체 유입구 횡단면에 걸쳐 압축기 임펠러(30) 내로 유입될 수 있다. 각각 조리개(48)를 개방하거나 폐쇄하기 위해 하우징(50)의 내부에 축을 중심으로 회동 가능하게 장착되어 조리개(48)를 형성하는 조리개 부재들은 릴리스 위치에서 하우징(50)의 환형 함몰부(64) 내에 완전히 배치된다.
본 발명에 따라, 트림 조정기(44)는, 변속기(70)가 제1 기어비 전환 위치(i1)에 있고 트림 조정기(44)는 릴리스 위치에 있는 내연기관(66)의 제1 작동 상태로부터, 변속기(70)가 기어비 전환 위치(i2)에 있는 내연기관(66)의 제2 작동 상태로의 전이를 위해, 커버링 위치로 조정된다. 그 결과, 압축기 임펠러의 상류에 배치된 신선 가스 라인의 섹션 내로 물결 모양으로 확산될 수도 있는 압축된 신선 가스가 압축기의 고압측에서 저압측으로 역류됨으로 인한 삐걱거림이 방지된다. 도 5 및 도 6에는, 상기 절차가, 내연기관(66)의 작동 중 변속 과정을 포함하는 섹션 동안 여러 특성값의 동일 시간의 특성곡선들의 예시를 나타낸 4개의 그래프에 기초하여 도시되어 있다.
이와 관련하여, 도 5 및 도 6의 최상부 그래프에는, 각각, 변속기(70)의 변속비(i) 및 그에 따라 각각 인가된 기어비 전환 위치(i1, i2)가 도시되어 있다. 그 아래 위치하는, 결과적으로 2개의 중간 그래프 중 상부 그래프에는, 신선 가스 라인의 과급 공기 구간에서, 그리고 그에 따라 압축기(22)의 하류에서 과급 압력(p2)의 특성곡선이 도시되어 있는 한편, 2개의 중간 그래프 중 하부 그래프에는, 압축기(22)를 통해 안내되는 신선 가스의 질량 유량(
Figure pat00001
)이 도시되어 있다. 도 5 및 도 6의 각각의 최하부 그래프에는 마지막으로, 트림 조정기(44)의 개방도(ST)가 도시되어 있으며, 개방도(ST1)는 압축기 임펠러(30)의 유입구 횡단면이 최대한 넓게 개방되어 있는 릴리스 위치에 상응하고, 개방도(ST2)는 상기 유입구 횡단면이 최대한 적게 개방되어 있는 커버링 위치에 상응한다.
도 5의 그래프들에는, 내연기관(66)에 의해 구동되는 자동차의 가속 과정 동안 내연기관(66)의 작동이 도시되어 있으며, 상기 작동 중에는 처음에는 상대적으로 높은 기어비 전환 위치(i1)에서, 예컨대 전부하 조건에서의 내연기관(10)의 작동 동안 가속이 이루어지고, 그 사이에 상대적으로 더 높은 구동 출력의 달성을 위해 상대적으로 더 낮은 기어비 전환 위치(i2)로의 변속이 이루어진다. 이 변속 과정은, 가속 과정의 고려되는 구간 동안 전체적으로 상승하는 질량 유량(
Figure pat00002
)을 일시적으로 감소시키는 동시에 과급 압력(p2)은 실질적으로 꾸준히 상승시킨다. 이러한 질량 유량(
Figure pat00003
)의 감소는, 연소 엔진(10)의 작동 중에 변속 과정을 위해 일시적으로 중단되거나 감소되는 부하를 근거로 하는, 배기가스 터빈을 통한 압축기(22)를 위한 구동 출력의 일시적인 감소에 기인한다. 그 결과, 변속 과정 동안 일시적으로 상대적으로 높은 과급 압력(p2) 및 그에 따른 압축기(22)를 통한 상대적으로 높은 압축기 압력비가 존재하며, 그와 동시에 질량 유량(
Figure pat00004
)은 상대적으로 낮고, 이는 압축기(22)의 고압측에서 저압측으로의 압축된 신선 가스의 상당한 역류 및 그에 따라 삐걱거림으로서 공지된 소음 발생을 야기할 수 있다. 상기 삐걱거림을 방지하거나 경미하게 유지하기 위해, 변속 과정 이전의 가속 과정의 구간에서 과급 압력 형성을 위해 최적인 압축기(22)의 작동을 보장하기 위해, 커버링 위치(ST2)로부터 릴리스 위치(ST1)로 조정된 트림 조정기(44)가 일시적으로 다시 커버링 위치(ST2)로 조정된다. 그 결과, 트림 조정기(44)는, 트림 조정기(44)의 상류에 위치하는 신선 가스 라인의 섹션 내로, 압축기 임펠러(30)의 유입구 횡단면의 에지측에서, 그리고 그에 따라 커버링 위치(ST2)에서 트림 조정기(44)에 의해 덮이는 영역에서 발생하는 신선 가스의 역류의 확산을 차단하거나 최소화하며, 그럼으로써 삐걱거림이라고 불리는 소음 발생을 야기할 수 있는 진동 여기가 방지되거나 적어도 경미하게 유지된다. 변속 과정 이후의 가속 과정은 그 다음 상대적으로 더 낮은 기어비 전환 위치(i2)에서 계속되기 때문에, 트림 조정기(44)는 과급 압력 형성에 최적인 압축기(22)의 작동을 보장하기 위해 다시 릴리스 위치로 조정된다.
도 6의 그래프들에는, 상대적으로 낮은 기어비 전환 위치(i1)에서 가속 과정 동안, 예컨대 연소 엔진(10)의 전부하 작동을 이용한 내연기관(66)의 작동이 도시되어 있으며, 이 작동에서는 상대적으로 더 높은 기어비 전환 위치(i2)로의 변속 과정이 이어진다. 그에 이어서, 내연기관(66)은 예컨대 평지에서 상기 내연기관에 의해 구동되는 자동차의 정속 주행을 위해 실질적으로 정적으로 작동된다. 여기서, 변속 과정 동안 질량 유량(
Figure pat00005
)이 과급 압력(p2)보다 분명히 더 빠르게 감소함에 따라, 다시 삐걱거림을 촉진하는 조건들이 존재하게 되는 점을 확인할 수 있다. 상기 삐걱거림을 방지하거나 경미하게 유지하기 위해, 가속 과정 동안 릴리스 위치(ST1)로 조정되었던 트림 조정기(44)는 변속 과정을 위해 또는 변속 과정 중에 커버링 위치(ST2)로 조정된다. 변속 과정 후에 자동차의 추가 가속은 더 이상 제공되지 않기 때문에, 본 실시예에서 압축기를 통해 관류하는 신선 가스의 질량 유량(
Figure pat00006
)은, 압축기 압력비가 동시에 인가되는 조건에서 커버링 위치(ST2)에 있는 트림 조정기(44)에 의한 압축기(22)의 작동이 압축기 효율을 위해 더 바람직함에 따라 변속 과정 후에 릴리스 위치(ST1)로의 복귀가 제공되지 않을 정도로 적다. 그와 반대로, 변속 과정 이후에 자동차의 지속적인 가속이 제공된다면, 도 5에 따른 실시예에서 제공되는 것처럼 트림 조정기(44)는 다시 커버링 위치(ST2)로 조정될 수 있다.
10: 연소 엔진
12: 실린더
14: 제어 장치
16: 인젝터
18: 흡입 개구
20: 에어 필터
22: 압축기
24: 인터쿨러
26: 배기가스 터빈
28: 샤프트
30: 압축기 임펠러
32: 가변 터빈 입사 유동을 위한 장치
34: 스로틀 밸브
36: 배기가스 재순환 라인
38: 배기가스 후처리 장치
40: 제어 밸브
42: 배기가스 냉각기
44: 트림 조정기
46: 연결 덕트
48: 조리개
50: 압축기의 하우징
52: 유동 챔버
54: 압축기 임펠러의 유입구 평면
56: 흡기 덕트
58: 압축기 유입구
60: 임펠러 베인
62: 확산 챔버
64: 하우징의 함몰부
66: 내연기관
68: 클러치
70: 변속기
72: 휠
i: 변속비
i1: 변속기의 제1 기어비 전환 위치의 변속비
i2: 변속기의 제2 기어비 전환 위치의 변속비
p2: 과급 공기 구간 내의 압력
Figure pat00007
: 신선 가스 질량 유량
ST: 트림 조정기의 개방도
ST1: 트림 조정기의 릴리스 위치에서 개방도
ST2: 트림 조정기의 커버링 위치에서 개방도
t: 시간

Claims (8)

  1. 내연기관(66)을 장착한 자동차를 작동하기 위한 방법으로서, 내연기관은, 변속기(70)를 통해 자동차의 휠들(72)과 회전 구동 방식으로 연결된 연소 엔진(10) 및 신선 가스 라인을 포함하며, 신선 가스 라인 내에는 압축기(22)가 통합되고, 압축기(22)에는, 상기 압축기(22)의 압축기 임펠러(30)의 유입구 횡단면의 에지측 섹션을 가변적으로 덮을 수 있는 트림 조정기(44)가 할당되며, 유입구 횡단면의 에지측 섹션은 트림 조정기(44)의 릴리스 위치(ST1)에서 상대적으로 적게 덮이고, 트림 조정기(44)의 커버링 위치(ST2)에서는 상대적으로 넓게 덮이는, 자동차 작동 방법에 있어서,
    상기 트림 조정기(44)는, 변속기(70)가 제1 기어비 전환 위치(i1)에 있고 트림 조정기(44)가 릴리스 위치(ST1)에 있는 내연기관(66)의 제1 작동 상태로부터, 변속기(70)가 제2 기어비 전환 위치(i2)에 있는 내연기관(66)의 제2 작동 상태로의 전이를 위해, 커버링 위치(ST2)로 조정되는 것을 특징으로 하는, 자동차 작동 방법.
  2. 제1항에 있어서, 트림 조정기(44)는 유입구 횡단면의 에지측 섹션을 릴리스 위치(ST1)에서 최대한 적게 덮고, 그리고/또는 커버링 위치(ST2)에서 최대한 넓게 덮는 것을 특징으로 하는, 자동차 작동 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 트림 조정기(44)는,
    - 연소 엔진(10)이 제2 작동 상태에서 정의된 한계값을 초과하는 부하로 작동되는 경우, 다시 릴리스 위치(ST1)로 조정되거나, 또는
    - 연소 엔진(10)이 제2 작동 상태에서 최대로 한계값에 상응하는 부하로 작동되는 경우, 커버링 위치(ST2)에 그대로 유지되는 것을 특징으로 하는, 자동차 작동 방법.
  4. 제3항에 있어서, 압축기(22)를 관류하는 신선 가스의 질량 유량(
    Figure pat00008
    )의 값이 전이 직전의 값과 일치하고, 그리고/또는 상기 압축기(22)의 써지 라인으로부터 정의된 간격을 갖는 즉시, 트림 조정기(44)가 다시 릴리스 위치(ST1)로 조정되는 것을 특징으로 하는, 자동차 작동 방법.
  5. 변속기(70)를 통해 자동차의 휠들(72)과 회전 구동 방식으로 연결된 연소 엔진(10) 및 신선 가스 라인을 포함하는 내연기관(66)을 장착한 자동차로서, 상기 신선 가스 라인 내에 압축기(22)가 통합되고, 압축기(22)에는 압축기(22)의 압축기 임펠러(30)의 유입구 횡단면의 에지측 섹션을 가변적으로 덮을 수 있는 트림 조정기(44)가 할당되며, 유입구 횡단면의 에지측 섹션은 트림 조정기(44)의 릴리스 위치(ST1)에서 상대적으로 적게 덮이고, 트림 조정기(44)의 커버링 위치(ST2)에서 상대적으로 넓게 덮이는, 자동차에 있어서,
    제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 방법을 자동으로 수행하도록 구성된 제어 장치(14)를 특징으로 하는, 자동차.
  6. 제5항에 있어서, 트림 조정기(44)는 환형 조리개(48)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 자동차.
  7. 제6항에 있어서, 트림 조정기(44)는 유동 가이드 장치를 추가로 포함하며, 상기 유동 가이드 장치를 통해 신선 가스 라인의 적어도 하나의 섹션이 중앙 유동 영역과 주변 유동 영역으로 분할되고, 상기 두 유동 영역은 압축기 임펠러(30)의 유입구 평면(54)의 영역에서 압축기(22)의 유동 챔버(52)로 전이되며, 상기 주변 유동 영역은 조리개(48)에 의해 폐쇄될 수 있게 형성되는 것을 특징으로 하는, 자동차.
  8. 제7항에 있어서, 압축기 임펠러(30)에 인접하여 배치되는, 유동 가이드 장치의 적어도 하나의 단부 섹션은 종축 방향으로 변위 가능하게 형성되며, 주변 유동 영역은 압축기 임펠러(30)의 유입구 평면(54)의 영역에서 상기 단부 섹션에 의해, 상기 유동 가이드 장치의 폐쇄 위치에서는 폐쇄되고 개방 위치에서는 개방되는 것을 특징으로 하는, 자동차.
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