KR20210000299A - 내연기관 작동 방법, 내연기관, 및 자동차 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내연기관(10)을 작동시키기 위한 방법에 관한 것이며, 내연기관(10)은, 자동 스톱 기능이 제공되는 적어도 하나의 연소 엔진(12)과; 신선 가스 라인(74)과; 배기가스 라인(76)과; 냉각 시스템;을 포함한다. 또한,
- 신선 가스 라인 내에 압축기(98)가 통합되고, 압축기(98)와 연소 엔진(12) 사이에는 인터쿨러(78)가 통합되며, 이 인터쿨러는 또한 냉각 시스템의 냉각 회로 내에 통합되고, 그리고/또는
- 냉각 시스템의 적어도 하나의 냉각 회로가 제공되며, 이 냉각 회로는
- 연소 엔진(12)의 냉각 채널(26, 28); 및/또는
- 배기가스 터보차저(20)용 냉각기(34); 및/또는
- 배기가스 재순환 라인(22, 24) 내에 통합된 EGR 냉각기(38, 40);를 포함한다.
또한, 활성화된 스톱 기능 동안, 그리고 그 결과로서 연소 엔진의 비작동 시 냉각제는 상기 냉각 회로 내에서, 또는 여러 냉각 회로가 있는 경우에는 상기 냉각 회로들 중 적어도 하나 내에서 이송된다.

Description

내연기관 작동 방법, 내연기관, 및 자동차{METHOD FOR OPERATING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE, INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND MOTOR VEHICLE}
본 발명은 내연기관을 작동시키기 위한 방법, 상기 방법을 수행하기에 적합한 내연기관, 그리고 상기 내연기관을 장착한 자동차에 관한 것이다.
자동차용 내연기관은 일반적으로 냉각 시스템을 포함하며, 이 냉각 시스템에서는 냉각제가 하나 또는 복수의 냉각제 펌프에 의해 하나 이상의 냉각 회로 내에서 이송되고, 이때 열 에너지는 냉각 회로 내에 통합된 구성요소들, 특히 연소 엔진에 의해 흡수된다. 그에 이어서, 내연기관의 작동 온도 범위가 이미 달성된 경우에는, 상기 열 에너지가 주변 열 교환기(ambient heat exchanger), 특히 이른바 주 냉각기(main cooler) 내에서, 그리고 일시적으로는 난방 열 교환기 내에서 주변 공기로 방출되며, 난방 열 교환기의 경우에는 자동차 실내의 공기 조절을 위해 제공되는 주변 공기로 방출된다.
또한, 자동차용 내연기관은 배기가스 재순환부도 포함할 수 있으며, 이 배기가스 재순환부에 의해서는 내연기관의 연소 엔진에 의해 생성된 배기가스의 일부분이 내연기관의 배기가스 라인(exhaust gas line)으로부터 내연기관의 신선 가스 라인(fresh gas line) 내로, 그리고 이 신선 가스 라인을 경유하여 연소 엔진 내로 재순환될 수 있으며, 그럼으로써 내연기관의 작동 중에 특히 정해진 유해물질 배출량이 적게 유지된다고 한다. 관련 배기가스 재순환 라인이 배기가스 라인 내에 통합된 배기가스 터보차저의 터빈의 상류에서 배기가스 라인으로부터 분기되고, 신선 가스 라인 내에 통합된 배기가스 터보차저의 압축기의 하류에서 신선 가스 라인 내로 연통되는, 이른바 고압 배기가스 재순환부의 사용이 공지되어 있다. 또한, 관련 배기가스 재순환 라인이 배기가스 터보차저의 터빈의 하류에서 배기가스 라인으로부터 분기되고, 배기가스 터보차저의 압축기의 상류에서 신선 가스 라인 내로 연통되는, 이른바 저압 배기가스 재순환부의 사용도 공지되어 있다. 배기가스 재순환부가 활성화된 경우에는 공기/배기가스 혼합기(air-exhaust gas mixture)]의 너무 높은 온도를 방지하기 위해, 배기가스 재순환 라인 내에 열 교환기로서, 재순환될 배기가스로부터 열 교환기를 마찬가지로 관류하는 냉각제로의 열 에너지 전달를 가능하게 하는 (EGR-) 냉각기가 통합될 수 있다. 통상, 상기 유형의 EGR 냉각기는, 연소 엔진의 냉각 채널들도 포함하는, 내연기관의 냉각 시스템 내에 통합되어 있다.
또한, 자동차의 연소 엔진을 위해, 상기 연소 엔진에 의해 구동 출력이 생성되지 않아야 하는 경우 연소 엔진이 자동으로 멈추는 자동 스톱 기능 또는 스톱/스타트 기능도 제공될 수 있다. 이는 한편으로, 자동차의 정차 상태에서, 예컨대 교통 신호등에서, 또는 자동차의 코스팅(coasting) 시에 발생하는 경우일 수 있다. 이 경우, 연소 엔진에 의해 다시 구동 출력이 생성되어야 하는 것으로 엔진 제어부가 가정하는 즉시, 연소 엔진이 자동으로 재시동된다. 이는 예컨대 자동차의 운전자가 자동차의 정차 상태에서, 그리고 스톱 기능이 활성화된 경우, 그리고 그에 이어서 연소 엔진이 오프된 경우에, 자동차의 브레이크 페달을 릴리스하고, 그리고/또는 클러치 페달을 작동시킴으로써, 결정될 수 있다.
자동차의 구동을 위해 제공되는 내연기관은 통상 비출력(specific power)을 증가시키고, 비연료소비량(specific fuel consumption)을 감소시키기 위해 과급된다. 하나 또는 복수의 배기가스 터보차저를 이용한 내연기관의 과급은 보편화되어 있다. 상기 배기가스 터보차저는, 내연기관의 연소 엔진으로부터 배출된 배기가스가 유동함에 따라 회전 구동되는 터빈 임펠러를 구비한 터빈을 포함한다. 터빈 임펠러는, 샤프트를 통해 압축기의 압축기 임펠러를 구동하며, 상기 압축기는 연소 엔진의 신선 가스 라인 내에 통합됨으로써 신선 가스를 압축한다. 그 대안으로, 상기 압축기는, 또 다른 구동 장치, 예컨대 연소 엔진 자체 또는 전기 구동 모터에 의해서도 구동될 수 있다. 압축을 통해, 특히 연소 엔진의 연소실들 내로 유입되는 신선 가스의 양, 및 이와 더불어 하나의 연소 주기에서 연소실 내에서 변환 가능한 연료의 양이 증가될 수 있다. 그러나 이와 동시에 압축을 통해, 압축된 신선 가스의 온도 및 그에 따른 비체적(specific volume)도 증가되며, 이는 압축을 통해 의도되는 연소실 충전량의 증가를 저지한다. 이를 방지하기 위해, 통상 신선 가스 라인 내에서 압축기의 하류에 인터쿨러가 통합되며, 이 인터쿨러는 압축을 통해 가열된 신선 가스(과급 공기)의 적어도 부분적인 재냉각을 유발한다. 상기 인터쿨러는 내연기관의 냉각 시스템 내에도 통합될 수 있으며, 그럼으로써 인터쿨러의 냉각 작용은 신선 가스로부터 인터쿨러를 관류하는 냉각 시스템의 냉각제로의 열전달에 기반한다.
DE 196 28 576 A1호는, 팬 휠이 한편으로 자동차의 연소 엔진을 통해, 그리고 다른 한편으로는 냉각 팬 내에 통합된 전기 모터를 통해 구동될 수 있는, 자동차용 냉각 팬을 개시하고 있다.
DE 10 2013 111 455 A1호는, 인터쿨러의 부식을 감소시키기 위한 방법 및 그 시스템을 기재하고 있다. 인터쿨러 내에서의 응축수 생성 영역에 대한 반응으로서, 라디에이터 그릴 폐쇄 시스템이 조정되며, 응축수 생성 영역은 인터쿨러 내의 다른 위치로 이동된다. 또한, 라디에이터 그릴 폐쇄 시스템의 정렬은 자동차의 작동 조건들 및 응축수를 형성하는 기상 조건들에 대한 반응으로서 조정될 수 있다.
DE 10 2015 113 476 A1호는, 내연기관용으로 액상 냉각제를 통해 냉각되는 인터쿨러를 개시하고 있으며, 액상 냉각제는 전기 모터 구동식 냉각제 펌프에 의해 인터쿨러를 통해 이송된다. 이 경우, 냉각제 펌프의 이송 출력은 인터쿨러 내로 유입되고 배출되는 공기 유량의 온도에 따라 제어된다.
DE 10 2015 210 615 A1호는, 과급식 연소 엔진; 및 하이브리드 자동차의 냉각 시스템 내에 통합되어 하이브리드 자동차의 순수 전기 모터식 주행 구동 중에는 냉각제에 의해 관류되지 않는 인터쿨러;를 장착한 하이브리드 자동차를 기술하고 있다.
본 발명의 과제는, 자동 스톱 기능이 제공되는 연소 엔진을 구비한 내연기관에서, 자동 스톱 기능의 활성화의 결과로 발생하는 부정적인 작용들을 최대한 방지하는 것이다.
상기 과제는, 특허 청구항 제1항에 따른 내연기관 작동 방법을 통해 해결된다. 상기 방법의 자동화된 실행에 적합한 내연기관, 및 상기 내연기관을 장착한 자동차는 특허 청구항 제4항 및 제9항의 대상이다. 본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시형태들, 그리고 본 발명에 따른 내연기관 및 이와 더불어 본 발명에 따른 자동차의 바람직한 구성형태들은 또 다른 특허 청구항들의 대상들이고, 그리고/또는 본 발명의 하기 설명에 명시된다.
본 발명에 따라 내연기관을 작동시키기 위한 방법에서, (본 발명에 따른) 내연기관은, 자동 스톱 기능이 제공되는 적어도 하나의 연소 엔진(특히 디젤 엔진 또는 오토 엔진 또는 이들의 조합체, 다시 말하면 예컨대 예혼합 압축 착화식 연소 엔진)과; 신선 가스 라인과; 배기가스 라인과; 연소 엔진의 주변 열 교환기 및 냉각 채널을 구비한 냉각 시스템;을 포함한다. 또한,
- 신선 가스 라인 내에 압축기가 통합되고, 압축기와 연소 엔진 사이에 인터쿨러가 통합되며, 이 인터쿨러는 그 외에도 냉각 시스템의 냉각 회로 내에 통합되고, 그리고/또는
- 냉각 시스템의 적어도 하나의 냉각 회로가 제공되며, 이 냉각 회로는
- 연소 엔진의 냉각 채널; 및/또는
- 배기가스 터보차저용 냉각기; 및/또는
- (배기가스 라인에서 시작되어 신선 가스 라인 내로 통하는) 배기가스 재순환 라인 내에 통합된 EGR 냉각기;를 포함한다.
또한, (적어도 일시적으로) 활성화된 스톱 기능 동안, 그리고 그 결과로서 연소 엔진의 비작동 시, 냉각제는 상기 냉각 회로 내에서, 또는 여러 냉각 회로가 있는 경우에는 상기 냉각 회로들 중 적어도 하나 내에서 이송된다.
상기 본 발명에 따른 방법의 수행을 가능하게 하기 위해, 본 발명에 따른 내연기관은 그 외에도, 본 발명에 따른 방법을 (자동화 방식으로) 실행할 수 있도록 구성된 제어 유닛을 포함한다.
첫 번째 경우, 다시 말하면 배기가스 라인 내에 압축기가 통합되고 압축기와 연소 엔진 사이에 인터쿨러가 통합되는 경우, 상응하는 냉각 회로 내에서 냉각제의 이송은, 특히 과급 공기로부터 인터쿨러로 여전히 지속되는 열전달로 인한 인터쿨러의 너무 강한 가열을 방지하기 위해 이용된다. 냉각제가, 연소 엔진의 활성화된 스톱 기능 동안, 인터쿨러를 통합한 냉각 회로 내에서 계속해서 이송되지 않는다면, 상기 인터쿨러는 과급 공기로부터의 열전달로 인해 상대적으로 강하게 가열될 수도 있으며, 그 결과, 연소 엔진의 재작동 개시 후, 연소 엔진으로 공급되는 과급 공기가, 처음에는 불충분한 인터쿨러의 냉각 용량으로 인해, 제공되는 것보다 일시적으로 더 고온을 가질 수 있으며, 이에 대한 반응으로 경우에 따라서는 전체적으로 배기가스 라인을 통해 안내되는 배기가스의 EGR 비율, 다시 말하면 배기가스 재순환 라인을 통해 신선 가스 라인 내로 안내되는 배기가스의 질량 유량비(mass flow ratio)기 하락할 수도 있으며, 이는 다시 연소 엔진에서 배출되는 배기가스 내 유해물질 함량의 일시적인 악화 및 특히 질소산화물(NOx)의 증가를 야기할 수도 있다. 이런 문제점은, 본 발명에 따라서, 활성화된 스톱 기능 동안 인터쿨러를 포함하는 냉각 시스템의 냉각 회로를 통한 냉각제의 이송이 지속됨으로써 방지된다.
(대안이거나 추가적인) 두 번째 경우, 다시 말하면 연소 엔진의 냉각 채널 및/또는 배기가스 터빈의 냉각 채널 및/또는 EGR 냉각기를 포함하는 냉각 시스템의 적어도 하나의 냉각 회로가 제공되는 경우, 상기 냉각 회로 내에서 냉각제의 이송은, 여타의 경우, 내연기관, 특히 연소 엔진(및 이 경우 특히 연소 엔진의 실린더 헤드)의 냉각 시스템 내에 통합된 내연기관의 상이한 구성요소들, 배기가스 터빈 및 EGR 냉각기(특히 저압 배기가스 재순환부용 EGR 냉각기)가 내연기관의 선행된 작동으로 인해 높은 부품 온도를 보유할 수 있고, 그러한 경우 열적 관성으로 인해 여전히 연소 엔진의 활성화된 스톱 기능 동안에도 현저한 열 출력을 냉각 시스템의 냉각제 내로 유입시키기 때문에 조정될 수도 있는, 냉각 시스템의 열 축적(heat accumulation)을 방지하는 데 이용된다. 그 다음 냉각 시스템 내의 냉각제가 활성화된 스톱 기능 및 그에 따른 연소 엔진의 비작동으로 인해 더 이상 냉각 시스템 내에서 이송되지 않고, 그 결과 주 냉각기 내에서도 냉각되지 않는 경우에, 국소적으로 냉각제의 비등에까지 이르는 과열이 발생할 수도 있지만, 이는 본 발명에 따라서 냉각 시스템의 지속적인 작동을 통해 적어도 전술한 냉각 회로(들) 내에서 방지될 수 있다.
활성화된 스톱 기능 동안에도, 그리고 그에 따라 연소 엔진의 비작동 동안에도 냉각 회로(들) 내에서 냉각제의 이송을 가능하게 하기 위해, 냉각 회로 내에, 또는 여러 냉각 회로가 있는 경우에는 냉각 시스템의 냉각 회로들 중 적어도 하나 내에 (경우에 따라 각각) 전기 모터로, 또는 다른 방식으로 연소 엔진으로부터 독립되어 구동될 수 있는 하나 이상의 냉각제 펌프가 통합될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시형태에 따라서, 활성화된 스톱 기능 동안 냉각제가 이송되는 전술한 냉각 회로(들) 내에서 냉각제의 냉각은 주변 열 교환기에 의해 유발될 수 있다. 따라서, 냉각제의 효율적인 재냉각이 달성될 수 있다. 이를 위해, 본 발명에 따른 내연기관은, (경우에 따라 각각), 냉각 회로 내에, 또는 여러 냉각 회로가 있는 경우에는 전술한 냉각 회로들 중 적어도 하나 내에 통합되는 주변 열 교환기를 포함할 수 있다. 또한, 이 경우, 주변 열 교환기에는 팬이 할당될 수 있으며, 그럼으로써 본 발명에 따른 내연기관을 포함하는 (본 발명에 따른) 자동차가 활성화된 스톱 기능의 상태에 있을 때에도, 다시 말하면 주행하지 않을 때에도, 주변 열 교환기를 관류하는 냉각제로부터, 주변 열 교환기를 마찬가지로 관류하고, 그리고/또는 접촉 유동하는 공기로 충분한 정도의 열전달이 보장될 수 있게 된다. 그러나 전술한 냉각 회로(들) 내에 주변 열 교환기의 상기 통합이 반드시 필요한 것은 아닌데, 그 이유는, 경우에 따라, 이미 냉각 회로(들) 내에서 냉각제의 이송을 통해, 결과적으로 전술한 구성요소들로부터 냉각제 내로 유입되는 열 에너지가 전체 냉각 시스템의 내부에서, 또는 전술한 냉각 회로(들)를 포함하는 냉각 시스템의 섹션들 내로 분배될 수 있음으로써, 이미 충분한 냉각 작용이 달성되고 냉각제에서의 온도 피크의 발생이 방지될 수 있으므로, 본 발명에 따라 달성하고자 하는, 인터쿨러의 너무 강한 가열 및/또는 냉각 시스템 및 특히 냉각제의 국소 열적 과부하의 방지가 실현될 수 있기 때문이다.
본 발명에 따른 방법의 또 다른 바람직한 실시형태에 따라서, 냉각제의 냉각은
- 인터쿨러를 통합하는 냉각 회로 내에서, 활성화된 스톱 기능 동안, 인터쿨러의 배출구에서 냉각제의 온도가 70℃와 80℃ 사이의 범위 내에서 조정되는 방식으로 유발될 수 있고, 그리고/또는
- 연소 엔진의 냉각 채널 및/또는 배기가스 터보차저용 냉각기 및/또는 EGR 냉각기를 통합하는 냉각 회로 내에서, 활성화된 스톱 기능 동안, 상기 구성요소들 중 하나의 적어도 하나의 배출구에서 냉각제의 온도가 95℃와 105℃ 사이의 범위 내에서 조정되는 방식으로 유발될 수 있다.
이 경우, 상기 온도 범위들은, 스톱 기능이 활성화된 상태에서 전술한 냉각 회로(들) 내에서 냉각제의 이송이 중단된 경우 나타날 수도 있는 부정적인 효과들이 충분히 방지되거나, 적게 유지되며, 그리고 이와 동시에 특히 냉각제의 이송을 위해, 그리고 경우에 따라 팬의 작동을 위해 필요한, 본 발명에 따라 지속되는 냉각 시스템의 작동을 위해 인가될 출력이 적게 유지되는 방식으로 선택된다.
본 발명에 따른 내연기관의 바람직한 구성형태에 따라서, 전술한 냉각 회로들은 분리되어 있으며, 연소 엔진의 냉각 채널; 및/또는 배기가스 터빈의 냉각 채널; 및/또는 EGR 냉각기를 통합하는 냉각 회로;는, 인터쿨러를 통합하는 냉각 회로보다, 냉각제 온도의 더 높은 작동 범위에 부합하게 설계될 수 있다. 따라서, 먼저 언급한 냉각 회로는 특히 고온 냉각 시스템의 부품일 수 있고, 두 번째 언급한 냉각 회로는 고온 냉각 시스템으로부터 분리된 저온 냉각 시스템의 부품일 수 있으며, 고온 및 저온 냉각 시스템들은 각각 (전체) 냉각 시스템의 섹션들을 형성한다. 이 경우, 냉각 회로들 또는 (부분) 냉각 시스템들의 "별도의" 또는 "분리된" 구성은, 상기 냉각 회로들 또는 (부분) 냉각 시스템들이 통합 섹션을 포함하지 않으며, 다시 말하면 일측 냉각 회로 또는 냉각 시스템의 부분이면서 타측 냉각 회로 또는 냉각 시스템의 부분이기도 한 섹션을 포함하지 않음을 의미한다. 그러나 이 경우, 분리된 냉각 회로들 또는 냉각 시스템들은, 하나의 공통 보상 탱크와, 특히 각각 적어도 하나의 보상 라인 및 각각 하나의 배기 라인(vent line)을 통해 간접적으로 연결될 수 있다. 이 경우, "보상 탱크"란, 특히 온도로 인한 냉각제의 팽창을 보상 탱크 내 냉각제의 충전 레벨의 변동을 통해 보상하기 위해 이용되는, 냉각 시스템의 냉각제용 저장 탱크이다. 이를 위해, 상기 보상 탱크는 특히 부분적으로 냉각제로 충전될 수 있고, 부분적으로는 가스, 특히 공기로 충전될 수 있다. 그리고 온도로 인한 냉각제의 보상을 일차적인 목표로, 경우에 따라서는 (전체) 냉각 시스템 또는 적어도 연결된 냉각 회로들의 최초의 냉각제 충전, 또는 유지보수 활동의 범주에서 제공되는 냉각제 충전을 위해서도, 냉각 회로(들)와 보상 탱크 간의 냉각제의 과류를 가능하게 하기 위해, 관련된 배기 라인이 바람직하게 가스가 존재하는 보상 탱크의 섹션 내로 연통될 수 있는 한편, 관련 보상 라인은 냉각제를 수용하는 섹션 내로 연통된다.
연소 엔진의 냉각 채널은 특히 연소 엔진의 실린더 헤드의 냉각 채널일 수 있는데, 그 이유는 실린더 헤드가 연소 엔진의 작동 중에 일반적으로 열적으로 특히 높은 부하를 받고, 이로써 상대적으로 높은 부품 온도를 가지며, 그 결과 스톱 기능이 활성화되고 냉각제의 이송이 중단된 상태에서 실린더 헤드의 냉각 채널 내부에 포함된 냉각제에 대한 국소 열적 과부하의 위험이 특히 높을 수 있기 때문이다.
냉각제의 비등까지에 이르는 국소 열적 과부하를 방지하는 또 다른 가능성에 있어서, 기본적으로 본원에 기재되는 나머지 조치들과 무관하나 바람직하게는 그 조치들과 조합되어 적용되는 상기 또 다른 가능성은, 냉각 시스템의 작동 중에 냉각제를 위한 정의된 압력 레벨을 유지하는 것인데, 그 이유는 비등 온도가 압력에 좌우됨에 따라, 압력이 증가하면 상승하기 때문이다. 현재 자동차용 내연기관들에서 많이 이용되고 있는 폐쇄 냉각 시스템의 경우, 압력은 내연기관의 냉간 시동에서 출발하여 냉각제를 위해 지정된 작동 온도 범위에 도달할 때까지 상승하며, 이‹š 폐쇄된 보상 탱크의 제공을 통해 압력 상승이 제한되긴 하나, 보상 탱크 내에 있는 가스의 압축으로 인해, 개방된 냉각 시스템 또는 보상 탱크의 경우처럼 완전히 감압되지는 않는다. 냉각제가 예컨대 내연기관의 냉간 시동 직후에 여전히 상대적으로 낮은 온도를 보유한다면, 냉각 시스템 내 냉각제의 압력도 여전히 상대적으로 낮다. 이 경우, 예컨대 연소 엔진에서의 매우 높은 부하 요구를 통해, 국소적으로 그리고 특히 연소 엔진의 실린더 헤드 내에서 높은 열출력이 냉각제 내로 유입된다면, 상기 위치에서 국소적으로 냉각제의 비등의 위험이 존재하며, 그 때문에 내연기관이 손상될 수 있다. 이를 방지하기 위해, 내연기관의 작동 중에 냉각 시스템의 상태에서, 냉각제의 여전히 너무 낮은 온도로 인해 여전히 달성되지 않은 정의된 압력 레벨은 하나 또는 복수의 적합한 압력 생성 장치를 통해 능동적으로 생성될 수 있다. 이 경우, 상기 압력 생성 장치는 특히, 바람직하게는 냉각 시스템의 보상 탱크 내의 가스 압력을 검출하는 압력 센서의 측정 신호에 따라 제어될 수 있다. 이러한 냉각제 압력의 능동 조절은, 특히 전기 모터로, 또는 여타의 방식으로 연소 엔진으로부터 독립적으로 구동될 수 있는 냉각 시스템의 하나 또는 복수의 냉각제 펌프의 상응하는 제어를 통해, 경우에 따라서는 제어 가능한 스로틀 밸브들 또는 여타 유동 저항체들과 조합되어 달성될 수 있다. 그 대안으로, 또는 그에 보충하여, 바람직하게는 보상 탱크 내에 포함된 가스의 압력에 영향을 미칠 수 있는 압력 생성 장치도 제공될 수 있다. 이를 위해, 상기 압력 생성 장치는, 추가 가스가 가스 압력 상승의 목적으로 보상 탱크 내로 유입될 수 있게 하는 가스 이송 장치, 특히 압축기를 포함할 수 있다. 또한, 상기 압력 생성 장치는, 바람직하게는 제어 가능한 밸브를 포함할 수 있으며, 그럼으로써 보상 탱크 내의 가스 압력은 다시 목표한 대로 감소할 수도 있게 된다. 그 대안으로, 또는 그에 보충하여, 상응하는 압력 생성 장치는, 보상 탱크 내에 포함된 가스의 체적 및 그에 따라 압력에도 영향을 미칠 수 있는 수단도 포함할 수 있다. 상기 유형의 수단은 예컨대 가스 체적을 적어도 부분적으로 제한하는, 특히 멤브레인 형태의 벽부를 포함할 수 있으며, 이 벽부는 가스 체적을 변동시키기 위해 작동 장치에 의해 변위될 수 있다.
본 발명에 따른 자동차는, 바람직하게 자동차의 주행 구동 출력의 생성을 위해 제공되는 적어도 하나의 본 발명에 따른 내연기관을 포함한다. 자동차는 특히 휠 기반 자동차(바람직하게는 승용차 또는 화물차)일 수 있다.
특히 특허청구범위에서, 그리고 특허청구범위를 포괄적으로 설명한 설명부에서 부정관사("하나")는 부정관사 자체의 의미일 뿐, 수사로서 해석되어서는 안 된다. 따라서, 상기 부정관사로 구체화되어 있는 구성요소들은 적어도 1개는 제공되고, 복수개로 제공될 수도 있는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 하기에서 도면들에 도시된 실시예에 따라 더 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 내연기관의 개략적 회로도이다.
도 1에는, 본 발명에 따른 내연기관(10)을 장착한 본 발명에 따른 자동차가 도시되어 있다.
상기 본 발명에 따른 내연기관(10)은, 도 2에 따라서, 특히 디젤 원리에 따라서 작동하는 왕복 피스톤형 연소 엔진으로서 형성될 수 있고, 내부에 형성된 실린더들(16)을 구비한 실린더 하우징(14) 및 실린더 헤드(18)를 포함하는 연소 엔진(12)을 포함할 수 있다. 또한, 도 2에 따른 내연기관(10)은 추가로 주 냉각 시스템 및 보조 냉각 시스템을 포함한다.
주 냉각 시스템은 연소 엔진(12); 연소 엔진(12)의 윤활을 위한 엔진 오일; 연소 엔진(12)에 할당된 (수동 또는 자동) 변속기(미도시)의 (변속기-)오일; 배기가스 터보차저(20), 특히 배기가스 터보차저(20)의 베어링 블록 또는 배기가스 터빈(96); 및 저압 배기가스 재순환부의 배기가스 재순환 라인(22) 또는 고압 배기가스 재순환부의 배기가스 재순환 라인(24)을 통해 재순환되는 배기가스;의 (직접) 냉각을 위해 이용된다. 이를 위해, 주 냉각 시스템은 실린더 하우징(14) 및 실린더 헤드(18)의 냉각 채널들(26, 28); 엔진 오일 냉각기(30); 변속기 오일 냉각기(32); 배기가스 터보차저(20)용 냉각기, 구체적으로는 배기가스 터보차저의 배기가스 터빈(96)의 냉각 채널(EGT 냉각기)(34); 배기가스 재순환 밸브(36)(또는 배기가스 재순환 밸브 내의 냉각 채널)용 냉각기; 및 각각 저압 배기가스 재순환부의 배기가스 재순환 라인(22) 내의 EGR 냉각기[LP-EGR 냉각기(38)] 및 고압 배기가스 재순환부의 배기가스 재순환 라인(24)의 EGR 냉각기[HP-EGR 냉각기(40)];를 포함한다. 또한, 주 냉각 시스템은 하나의 주 냉각기(42); 3개의 냉각제 펌프(46, 48, 50) 및 난방 열 교환기(44);도 포함한다. 주 냉각기(42)는, 이 주 냉각기(42)를 관류하는 주변 공기로 열 에너지를 전달하여 주 냉각기를 마찬가지로 관류하는 냉각제를 재냉각하기 위해 이용된다. 이와 반대로, 난방 열 교환기(44)는, 필요한 경우 주변 공기, 즉 내연기관(10)을 포함하는 (예컨대 도 1에 따른) 자동차의 실내의 공기 조절을 위해 제공되는 공기를 가열함으로써 온도를 조절하기 위해 이용된다. 주 냉각 시스템의 3개의 냉각제 펌프(46, 48, 50) 중 하나는, 전기 모터로, 또는, 바람직하게는, 직접 또는 연소 엔진(12)의 구동 샤프트(특히 크랭크샤프트, 미도시)에 의해 간접적으로, 다시 말해 기계적으로 구동될 수 있는 주 냉각제 펌프(46)로서 제공된다. 주 냉각제 펌프(46)의 그러한 기계식 구동의 경우에도, 상기 주 냉각제 펌프는 고유의(다시 말해 각각 구동 속도와 관련한) 이송 출력과 관련하여 개회로 제어되거나 폐회로 제어될 수 있을 뿐만 아니라 셧오프(shutoff)될 수도 있는(다시 말해, 이런 경우 회전 구동에도 불구하고 관련 이송 출력을 생성하지 않는) 방식으로 형성될 수 있다. 이 경우, 주 냉각제 펌프(46)의 셧오프 상태에서 주 냉각제 펌프의 관류가 방지되거나 구현될 수 있다. 이와 반대로, 주 냉각 시스템의 2개의 또 다른 (추가) 냉각제 펌프(48, 50)는 전기 모터로 구동된다.
다양한 열 교환 구성요소 및 냉각제 펌프(46, 48, 50)가 주 냉각 시스템의 상이한 냉각 회로들 내에 통합된다. 주 냉각 회로는, 실린더 헤드(18) 및 실린더 하우징(14)의 냉각 채널들(26, 28); 주 냉각기(42); 주 냉각기(42)를 우회하는 바이패스(52); 및 주 냉각제 펌프(46);를 포함한다. 이 경우, 실린더 헤드(18) 및 실린더 하우징(14)의 냉각 채널들(26, 28)은 주 냉각 회로 내에 병렬로 통합된다. (자가 제어식) 서모스탯 밸브(개방 온도: 105℃)의 형태인 제1 제어 장치(54)에 의해, 그리고 제어 유닛(58)에 의해 제어될 수 있는 제어 밸브의 형태인 제2 제어 장치(56)에 의해, 실린더 헤드(18)의 냉각 채널(28)이 관류될 때 실린더 하우징(14)의 냉각 채널(26)도 냉각제에 의해 관류되는지의 여부 및 관류량이 좌우될 수 있다. 마찬가지로 제어 유닛(58)에 의해 제어될 수 있는 제어 밸브의 형태로 형성된 제3 제어 장치(60)에 의해, 특히 주 냉각 회로 내에서 유동하는 냉각제가 주 냉각기(42) 또는 관련 바이패스(52)를 통해 안내되는지의 여부, 그리고 안내된다면 그 양이 좌우될 수 있다. 제1, 제2 및 제3 제어 장치(54, 56, 60) 및 제4 제어 장치(62)는 각각 냉각제 분배 모듈(108)의 부분이다.
또한, 실린더 헤드(18)의 냉각 채널(28)의 배출구의 (주 냉각 회로 내에서 냉각제의 지정된 유동 방향과 관련한) 버로 인접한 하류에서 주 냉각 회로의 섹션에서 시작되어 제3 제어 장치(60)의 상류에서 다시 주 냉각 회로의 섹션 내로 연통되는 분기 라인을 포함하는 제1 보조 냉각 회로도 제공된다. 제1 보조 냉각 회로의 상기 분기 라인의 분기와 입구 사이의 주 냉각 회로의 섹션은, 제어 유닛(58)에 의해 제어될 수 있는 제어 밸브의 형태로 형성된 제4 제어 장치(62)에 의해 폐쇄될 수 있으며, 그럼으로써 필요한 경우 상기 제4 제어 장치(62)에 의해 주 냉각 회로의 상기 섹션(및 그에 따른 주 냉각 회로 전체)의 관류가 저지될 수 있다. 제1 보조 냉각 회로 내에는 추가 냉각제 펌프들(48, 50) 중 제1 추가 냉각제 펌프(48)가 통합된다. 상기 제1 추가 냉각제 펌프(48)를 기준으로 하류에서 제1 보조 냉각 회로가 병렬로 연장되는 2개의 라인으로 분할되며, 상기 라인들 중 제1 라인 내에 LP-EGR 냉각기(38)가 통합되고, 그 하류에 난방 열 교환기(44)가 통합되며, 제2 라인 내에는 EGT 냉각기(34)가 통합된다. 제1 보조 냉각 회로의 분기 라인의 2개의 라인은 이들의 입구 상류에서 주 냉각 회로 내로 다시 합쳐진다.
또한, 주 냉각 시스템은 제2 보조 냉각 회로도 포함한다. 배기가스 재순환 밸브(36)를 위한 냉각기(냉각 채널)가 그 내에 통합되어 있는 제2 보조 냉각 회로의 분기 라인은 실린더 헤드(18)의 냉각 채널(28)의 배출구 근방에서 시작되며, 이 분기 내에는 제2 보조 냉각 회로를 관류하는 냉각제의 양을 제한하기 위한 스로틀 밸브(64)가 통합된다. 제2 보조 냉각 회로의 분기 라인은 주 냉각제 펌프(46)의 상류에서 [그리고 주 냉각기(42)의 하류 및 주 냉각기(42)에 속하는 바이패스(52)의 입구 상류에서] 주 냉각 회로의 섹션 내로 연통된다.
제3 보조 냉각 회로는, 실린더 헤드(18) 및 실린더 하우징(14)의 냉각 채널들(26, 28) 사이의 분기의 영역에서 시작되어 주 냉각제 펌프(46)의 상류에서 [그리고 주 냉각기(42)의 하류 및 이 주 냉각기(42)에 속하는 바이패스(52)의 입구 하류에서] 다시 주 냉각 회로의 섹션 내로 연통되는 분기 라인을 포함한다. 상기 분기 라인 내에는 엔진 오일 냉각기(30)가 통합된다.
제4 보조 냉각 회로는, 제3 보조 냉각 회로의 분기 라인에서 시작되고 서모스탯 밸브(개방 온도: 예컨대 75℃)의 형태인 제5 제어 장치(66) 및 변속기 오일 냉각기(32)를 통합하는 분기 라인을 포함한다. 제4 보조 냉각 회로의 분기 라인은 마찬가지로 주 냉각제 펌프(46)의 상류에서[그리고 주 냉각기(42)의 하류에서, 그리고 주 냉각기(42)에 속하는 바이패스(52)의 개구부의 상류에서] 주 냉각 회로의 섹션 내로 연통된다.
주 냉각 시스템의 제5 보조 냉각 회로는, 제1 추가 냉각제 펌프(48)의 상류에서 제1 보조 냉각 회로의 분기 라인에서 시작되고; 제2 추가 냉각제 펌프(50)를 통합할 뿐만 아니라; 그 하류에서는 HP-EGR 냉각기(40)도 통합하는; 분기 라인을 포함한다. HP-EGR 냉각기(40)의 하류에는, 서모스탯 밸브(예컨대 70℃와 80℃ 사이의 개폐 온도)의 형태인 제6 제어 장치(68)가 배치된다. 상기 제6 제어 장치에 의해, HP-EGR 냉각기(40)를 관류한 냉각제가 온도에 따라 EGR 냉각 회로의 분기 라인의 단부 섹션으로, 또는 제2 추가 냉각제 펌프(50)의 상류에서 제5 보조 냉각 회로의 분기 라인의 초기 섹션 내로 연통되는 단락 라인(70)으로 분배될 수 있다.
보조 냉각 시스템은, 배기가스 터보차저(20)의 압축기(98)에 의해 과급되어 내연기관(10)의 신선 가스 라인(74)을 경유하여 연소 엔진(12)으로 공급되는 신선 가스(과급 공기); 및 선택적 촉매 환원을 이용하여, 배기가스의 유해물질들, 특히 질소산화물의 감소를 달성하기 위해, 내연기관(10)의 배기가스 라인(76)을 관류하는 배기가스 내로 환원제가 유입될 수 있게 하는 계량공급 밸브(72);의 냉각을 위해 이용된다. 일측에서 과급 공기의 냉각을 위해 제공되는 인터쿨러(78) 및 타측에서는 계량공급 밸브(72)의 냉각을 위해 제공되는 냉각 채널이 보조 냉각 시스템의 냉각 회로의 병렬 라인들 내에 통합된다. 또한, 상기 냉각 회로 내로(2개의 라인으로 분할되지 않는 섹션 내로), 전기 모터 구동식 냉각제 펌프(80) 및 추가 냉각기(82)가 통합되며, 상기 추가 냉각기(82)는 이 추가 냉각기를 관류하는 주변 공기로의 열 에너지의 전달를 통해 보조 냉각 시스템의 냉각 회로를 관류하는 냉각제를 재냉각하는 데 이용된다. 추가 냉각기(82)는 바이패스(84)에 의해 우회될 수 있으며, 추가 냉각기(82)로 또는 관련 바이패스(84)로 보조 냉각 시스템의 냉각 회로를 관류하는 냉각제의 분배량은, 서모스탯 밸브로서 또는 제어 유닛에 의해 제어될 수 있는 제어 밸브로서 형성될 수 있는 제7 제어 장치(86)에 의해 변동될 수 있다.
내연기관(10)의 정규 작동 모드 동안 냉각제의 온도는, 주 냉각 시스템 내 적어도 일부 영역에서 보조 냉각 시스템 내에서보다 분명히 더 높을 수 있으며, 그럼으로써 주 냉각 시스템은 고온 냉각 시스템으로도, 그리고 보조 냉각 시스템은 저온 냉각 시스템으로도 지칭될 수 있다.
또한, 냉각 시스템은, 부분적으로 냉각제로 충전되고 부분적으로는 공기로 충전되는 보상 탱크(88)도 포함한다. 냉각제를 수용하는 보상 탱크(88)의 (하부) 섹션에서 시작되는 연결 라인(90)을 통해, 보상 탱크(88)는 주 냉각 시스템의 주 냉각 회로뿐만 아니라 보조 냉각 시스템의 냉각 회로와도 유체 안내 방식으로 연결된다. 또한, 배기 라인들(92)은, 중간에 하나 또는 복수의 체크 밸브(94) 또는 스로틀 밸브(64)가 개재된 상태에서, HP-EGR 냉각기(40), 주 냉각기(42), 실린더 헤드(18)의 냉각 채널(28), 및 인터쿨러(78)를 공기를 수용하는 보상 탱크(88)의 (상부) 섹션과 연결한다.
도 1에 따른 냉각 시스템의 주 냉각 시스템은 예컨대 하기와 같이 작동될 수 있다.
특히 연소 엔진의 냉간 시동 후 웜업 단계(warm-up phase) 동안, 그 결과로서 전체 냉각 시스템 내의 냉각제가 상대적으로 낮은 온도를 보유한다면, 주 냉각제 펌프(46)를 작동시키지 않을 수 있으며, 그럼으로써, 또는 이와 동시에 상기 주 냉각제 펌프가 게다가 셧오프되고 그 결과로서 관류되지 않을 수 있다. 이와 동시에, 상기 웜업 단계 동안 제1 추가 냉각제 펌프(48)는 (가변 이송 출력으로) 작동될 수 있으며, 그럼으로써 냉각제는 [제4 제어 장치(62)의 차단 위치와 접촉하면서] 제1 보조 냉각 회로 내에서 이송된다. 이 경우, 냉각제는, 제1 보조 냉각 회로의 분기 라인 내에 통합되는 EGT 냉각기(34); LP-EGR 냉각기(38); 및 난방 열 교환기(44);를 관류한다. 또한, 상기 냉각제는, [제3 제어 장치(60)의 상응하는 위치의 결과로서] 주 수냉기(42)로 향하면서 마찬가지로 제1 보조 냉각 회로의 섹션을 형성하는 바이패스(52)를 (완전히) 관류하고, 그 밖에도 [제어 작동 모드에서의 유동 방향과 반대되는 유동 방향으로(속이 빈 화살표 머리 참조)] 제3 보조 냉각 회로의 분기 라인을 관류하되, 엔진 오일 냉각기(30)의 관류는 선택적으로 상기 분기 라인 내로 상응하는 바이패스(미도시)의 통합을 통해 방지될 수 있으며, 상기 냉각제는 실린더 헤드(18)의 냉각 채널(28)도 관류한다. 이 경우, 서모스탯 밸브로서 형성되는 제1 제어 장치(54)의 온도 조절을 위한 상대적으로 적은 파일럿 유동을 제외한 실린더 하우징(14)의 냉각 채널(26)의 관류는 일반적으로 제1 제어 장치(54) 및 제2 제어 장치(56)의 상응하는 위치들을 통해 방지된다. 그러나 예외의 상황에서, 특히 웜업 단계에도 불구하고 연소 엔진(12)의 작동이 높은 부하로, 특히 전부하(full-load)로 제공된다면, 실린더 하우징(14)의 냉각 채널(26)의 관류도 보장하기 위해, 제어 유닛(58)을 이용하여 제2 제어 장치(56)를 릴리스 위치로 조정할 수도 있다. 제1 보조 냉각 회로를 관류하는 냉각제의 온도에 따라서, 웜업 단계 동안에는 제5 제어 장치(66)에 의해 제4 보조 냉각 회로의 분기 라인 및 그 결과로서 변속기 오일 냉각기(32)의 관류가 적어도 처음에는 방지된다.
마찬가지로 제1 보조 냉각 회로의 섹션을 형성하는 실린더 헤드(18)의 냉각 채널(28)의 관류의 결과로서, 그 내부에 배기가스 재순환 밸브(36)를 위한 냉각기(냉각 채널)가 통합된 제2 보조 냉각 회로도 관류된다.
또한, 웜업 단계 동안, 제6 제어 장치(68)는, 냉각제가, 이를 위해 작동되는 제2 추가 냉각제 펌프(50)에 의해, 나머지는 오직 HP-EGR 냉각기(40) 및 단락 라인(70)만을 더 포함하는 단락 회로 내에서 이송되는 방식으로 설정된다.
내연기관(10)의 제어 작동 모드(controlled operation) 동안에, 주 냉각제 펌프(46)는 (가변적인 고유 이송 출력으로) 작동되며, 냉각제는 적어도 일시적으로 주 냉각 시스템의 냉각 회로들 전체 내에서 이송된다. 이 경우, 주 냉각 시스템의 2개의 추가 냉각제 펌프(48, 50)는 필요한 경우 주 냉각제 펌프(46)의 보조를 위해서도 작동될 수 있다. 그러나 이는, 제2 추가 냉각제 펌프(50)에 대해서는, 제5 냉각 회로 내에서 냉각제의 유동이 허용되는 방식으로 제6 제어 장치(68)가 스위칭되어야 비로소 적용된다. 이런 점이 제공되기 전에, 단락 회로의 내부에서 [역시 내연기관(10)의 제어 작동 모드 동안에도] 냉각제를 이송하기 위해, 제2 추가 냉각제 펌프(50)가 작동된다.
내연기관(10)의 제어 작동 모드 동안, 주 냉각 회로는 지속적으로 관류되고, 이때 항시 실린더 헤드(18)의 냉각 채널(28)의 관류도 제공되며, 그에 반해 실린더 하우징(14)의 냉각 채널(26)의 관류는, [예외의 상황에서 제2 제어 장치(56)가 릴리스 위치로 조정되지 않을 경우] 실린더 하우징(14)의 냉각 채널(26) 내에서 냉각제의 온도가 약 105℃의 온도에 도달했을 때 비로소 제1 제어 장치(54)에 의해 릴리스된다.
또한, 내연기관(10)의 제어 작동 모드 동안, 제3 제어 장치(60)에 의해서는, 주 냉각기(42) 또는 관련된 바이패스(52)로 주 냉각기를 관류하는 냉각제의 가변 분배가 수행되며, 그럼으로써 약 90℃로 실린더 헤드(18)의 냉각 채널(28)에서 배출되는 냉각제를 위한 설정 온도가 조정될 수 있다.
그에 추가로, 내연기관(10)의 제어 작동 모드 동안, 내부에 통합된 EGT 냉각기(34); LP-EGR 냉각기(38); 및 난방 열 교환기(44);를 포함하는 제1 보조 냉각 회로는 지속적으로 관류된다. 이 경우, 제1 추가 냉각제 펌프(48)의 매칭된 작동을 통해, 제1 보조 냉각 회로의 분기 라인을 관류하는 냉각제의 체적 유량은 주 냉각제 펌프(46)의 이송 출력에 중첩되어서도 매칭될 수 있다. 이는, 특히 난방 열 교환기(44) 내에서 충분한 열 전달; 및 그에 따라 내연기관(10)을 포함하는 자동차의 실내 난방을 위한 충분한 가열 기능;의 달성을 위해 중요할 수 있다.
배기가스 재순환 밸브(36)를 위한 냉각기(냉각 채널)가 내부에 통합된 제2 보조 냉각 회로 및 엔진 오일 냉각기(30)가 내부에 통합된 제3 보조 냉각 회로도 지속적으로 관류된다.
이는, 변속기 오일 냉각기(32)가 내부에 통합된 제4 보조 냉각 회로에 대해서는, 그와 반대로, 단지 마찬가지로 제4 보조 냉각 회로의 분기 라인 내에 통합된 제5 제어 장치(66)에 인가되는 냉각제의 온도가 최소 75℃인 경우에만 적용되며, 그럼으로써 이 경우 제5 제어 장치(66)는 (온도에 따라서 가변적으로) 변속기 오일 냉각기(32)의 관류도 허용하게 된다. 여기서도, 폐쇄 위치에서, 서모스탯 밸브로서 형성된 제5 제어 장치(66)의 온도 조절을 위한 상대적으로 적은 파일럿 유동이 제공될 수 있다.
제5 보조 냉각 회로도, 앞서 단락 회로 내에서 이송된 냉각제의 온도가 최소 70℃와 80℃ 사이일 수 있는 한계 온도에 도달했을 때에만 관류된다. 제6 제어 장치(68)가 제5 냉각 회로의 적어도 부분적인 관류를 릴리스하는 즉시, HP-EGR 냉각기(40)는 지속적으로 냉각제를 공급받으며, 상기 냉각제의 온도는 실질적으로 실린더 헤드(18)의 냉각 채널(28)의 배출구에서 달성된, 특히 약 90℃일 수 있는 온도에 상응한다.
실린더 하우징(14)의 냉각 채널(26)에 대해, 제4 보조 냉각 회로의 분기 라인에 대해, 그리고 그에 따라 변속기 오일 냉각기(32)에 대해, 그 뿐만 아니라 EGR 냉각 회로의 분기 라인에 대해, 각각 대응하는 한계 또는 개방 온도가 하회된 경우에 각각의 관류는 상응하는 제어 장치들(54, 66, 68)에 의해 다시 중단될 수 있다는 점이 적용된다.
보조 냉각 시스템의 냉각 회로의 관류는, 그 내부에 통합된 냉각제 펌프(80)에 의해, 필요에 따라, 그리고 주 냉각 시스템의 개회로/폐회로 제어와 무관하게 유발된다.
또한, 내연기관(10)의 냉각 시스템은, 연소 엔진(12)이 더 이상 작동되지 않은 경우, 냉각제가 제1 추가 냉각제 펌프(48)에 의해 이 경우 마찬가지로 주 냉각기(42)도 포함하는 제1 보조 냉각 회로 내에서 이송되면서, 후가열 기능(after-heating function)도 가능하게 하며, 그럼으로써 여전히 특히 주 냉각기(42), 실린더 헤드(18) 및 HP-EGR 냉각기(38) 내에 포함된 열 에너지는, 내연기관(10)을 포함하는 자동차의 실내의 온도 조절을 위한 난방 열 교환기(44) 내에서 이용될 수 있다.
또한, 냉각 시스템은, 연소 엔진(12)이 앞서 열적으로 높은 부하를 받았고 더 이상 작동되지 않은 경우, 냉각제가 제1 추가 냉각제 펌프(48)에 의해 이 경우 주 냉각기(42)도 포함하는 제1 보조 냉각 회로 내에서 이송되면서, 후냉각 기능(after-cooling function)도 가능하게 하며, 그럼으로써 냉각 시스템의 열적으로 임계인 구성요소들, 특히 실린더 헤드(18) 및 [EGT 냉각기(34)에 의한] 배기가스 터보차저(20) 및 LP-EGR 냉각기(38)는 후냉각될 수 있다.
상기 후냉각 기능은 특히 자동 스톱 기능(automatic stop function)과 함께 연소 엔진(12)을 위해 중요할 수 있다. 자동 스톱 기능을 통해, 연소 엔진(12)은, 내연기관(10), 또는 이 내연기관(10)을 포함하는 자동차의 작동 중에, 연소 엔진에 의해 구동 출력이 생성되지 않아야 하는 경우 자동으로 작동 중단된다. 활성화된 스톱 기능 동안, 그리고 그 결과로서 연소 엔진(12)의 비작동 중에, 주 냉각 시스템, 및 이 주 냉각 시스템 내에 통합되어 연소 엔진(12)의 선행 작동 중에 상당히 열적으로 높은 부하를 받았을 수 있는 구성요소들, 특히 연소 엔진(12), LP-EGR 냉각기(38) 및 EGT 냉각기(34)의 국소 열적 과부하를 방지하기 위해, 제1 추가 냉각제 펌프(48)의 작동을 통해 제1 보조 냉각 회로 내에서 냉각제를 이송하는 점이 제공된다. 이 경우, 제어 장치들(66, 68)의 위치들 및 주 냉각제 펌프(46)의 통과성을 위한 스위칭 위치에 따라서, 변속기 오일 냉각기(32), 엔진 오일 냉각기(30), 주 냉각제 펌프(46) 및 실린더 하우징(14)의 냉각 채널들(26)도 관류될 수 있다. 이 경우, 부분적으로, 관류의 방향(도 2에서 속이 빈 방향 화살표들 참조)은 연소 엔진(12)의 작동 동안의 관류의 방향(도 2에서 속이 채워진 방향 화살표들 참조)과 비교하여 정반대이다. 후냉각 동안에는, 주 냉각기(42)를 통해 제1 보조 냉각 회로 내에서 유동하는 전체 냉각제를 안내하는 점이 제공될 수 있다. 그러나 제3 제어 장치(60)에 의해, 상기 냉각제의 (총량까지의) 가변 비율도 바이패스(52)를 통해 안내될 수 있다. 그 결과, 특히, 활성화된 스톱 기능의 결과로서 연소 엔진(12)의 비작동 상태가 상대적으로 더 오래 지속될 때 냉각제의 너무 강한 냉각이 방지될 수 있다.
그 대안으로, 또는 그에 보충하여, 냉각제는 활성화된 스톱 기능의 결과로서 연소 엔진(12)의 비작동 동안 냉각제 펌프(80)에 의해 보조 냉각 시스템의 냉각 회로 내에서도 이송되며, 그럼으로써 인터쿨러(78)의 너무 강한 가열이 방지된다. 따라서, 자동 스톱 기능의 수동 또는 자동 비활성화의 결과로서 연소 엔진(12)의 재작동 개시 시, 인터쿨러(78)는 다시 연소 엔진(12)으로 공급될 과급 공기를 위한 충분한 냉각 용량을 직접 인가할 수 있으며, 그럼으로써 상기 과급 공기는 이를 위해 지정된 온도 범위에서 연소 엔진(12)의 연소실들로 공급된다. 이 경우, 제7 제어 장치(86)에 의해, 한편으로 특히 인터쿨러(78)를 위한 충분한 냉각 용량을 달성하고 다른 한편으로는 냉각제의 너무 강한 냉각을 방지하기 위해, 보조 냉각 시스템의 냉각 회로 내에서 유동하는 냉각제의 비율에 있어서 추가 냉각기(82)를 통해, 또는 관련된 바이패스(84)를 통해 안내되는 상기 비율이 변동될 수 있다.
또한, 내연기관(10)의 경우, 내연기관(12)의 특정 비정상 작동 상태들(unsteady operating state)에서, 구체적으로는 전부하와 관련하여 최소한 20%만큼 연소 엔진(12)의 작동에 대해 설정되는 부하 요구의 증가 시, 보조 냉각 시스템의 냉각 회로 내에서 유동하는 냉각제의 온도는, 그렇게 구현된 인터쿨러(78)의 냉각 용량의 증가에 의해 연소 엔진(12)의 연소실들의 개선된 충전 레벨 및 그 결과로서 향상된 과급 압력 형성을 달성하기 위해, 선행된 정상 작동(steady operation)과 비교하여 예컨대 약 20℃만큼 강하되며, 그럼으로써 연소 엔진(12)의 동적 작동 거동은 향상된다.
보조 냉각 시스템의 냉각 회로 내에서 유동하는 냉각제의 온도를 강하시키기 위해, 가능하다면, 제7 제어 장치(86)에 도달하는 증가된 비율의 냉각제는 추가 냉각기(82)를 통해 안내된다. 또한, 추가 냉각기(82)에 할당된 팬(106)을 작동시킬 수 있거나, 또는 상기 팬의 구동 출력을 상승시킬 수 있으며, 그럼으로써 추가 냉각기(82)의 냉각 용량은 증가될 수 있다.
또한, 내연기관(10)의 배기가스 라인(76) 내에는 NOx 트랩 촉매 컨버터(100) 및 미립자 필터(102)가 통합된다. NOx 트랩 촉매 컨버터(100)는, 배기가스 내에 함유된 질소산화물이 미도시한 환원 또는 SCR 촉매 컨버터와 조합되어 유입되는 환원제를 통해 충분한 정도로 환원될 수 없을 때, 상기 질소산화물을 저장하기 위해 이용된다. 이는, 예컨대 내연기관(10)의 냉간 시동 후, 또는 낮은 부하 및 회전수로 연소 엔진(12)의 상대적으로 오래 지속되는 작동의 경우일 수 있으며, 그 때문에 SCR 촉매 컨버터는 충분한 환원을 위해 필요한 작동 온도를 여전히 보유하지 않거나, 또는 더 이상 보유하지 않게 된다. 이에 반해, 미립자 필터(102)는 배기가스에서 입자들을 여과하기 위해 이용된다.
NOx 트랩 촉매 컨버터(100)에 대해서뿐만 아니라 미립자 필터(102)에 대해서도, 상기 두 부품의 기능성을 유지하기 위해서는 정의된 부하 한계에 도달할 때 상기 두 부품이 재생되어야 하는 점이 적용된다. NOx 트랩 촉매 컨버터(100)의 경우에는, 그 외에 추가로 상기 NOx 트랩 촉매 컨버터가 정기적인 간격으로 탈황되어야 하는데, 그 이유는 통상 연료 내에 함유된 황이 NOx 트랩 촉매 컨버터(100)의 트랩 재료와 반응함으로써 질소산화물의 저장을 위해 가용한 트랩 재료의 양이 감소하기 때문이다. 탈황을 위해, NOx 트랩 촉매 컨버터(100)는 특히 목표되는 조치들을 통해 600℃와 650℃ 사이의 온도로 가열되어야 한다. 대응하는 온도들은 미립자 필터(102)의 재생을 위해서도 필요하다.
탈황 또는 재생을 위해 필요한 온도들로 NOx 트랩 촉매 컨버터(100) 및 미립자 필터(102)의 가열은 배기가스의 온도의 상응하는 증가를 통해 수행되며, 이를 위해 상이하고 기본적으로 공지된 조치들, 특히 엔진 내부에서의 조치들이 제공된다.
NOx 트랩 촉매 컨버터(100)의 탈황 및 미립자 필터(102)의 재생을 유발하기 위해 배기가스의 온도가 상응하게 상승하는 동안, 적절한 범위에서 증가된 열출력이 연소 엔진(12) 내로 (특히 배기가스의 온도의 증가를 유발하는 엔진 내부에서의 조치들을 기반으로 직접적으로), 그리고 전체 주 냉각 시스템 내로, 또는 적어도 상기 주 냉각 시스템의 하나 또는 복수의 섹션 내로, 요컨대 한편으로는 연소 엔진(12)을 통해, 그리고 다른 한편으로는 두 EGR 냉각기(38, 40)를 통해 유입된다.
특히 연소 엔진(12)의 범위에서 냉각 시스템의 국소 열적 과부하를 방지하기 위해(이 경우, 특히 냉각제의 비등은 방지되어야 함), NOx 트랩 촉매 컨버터(100)의 탈황 및/또는 미립자 필터(102)의 재생을 위해 수행되는 배기가스의 온도 상승 직전에, 그리고 적어도 일시적으로 상승 중에, 배기가스의 온도 상승으로 인한 연소 엔진(12) 및 주 냉각 시스템의 증가된 열적 부하를 보상하도록 냉각제, 구체적으로는 그에 이어 주 냉각제 펌프(46)를 통해 연소 엔진(12) 내로 안내되어야 하는 냉각제의 온도를 강하시키는 점이 제공된다. 이 경우, 냉각제의 온도는 실린더 헤드(18)의 냉각 채널(28)의 배출구 내에 통합되는 온도 센서(104)에 의해 측정된다.
연소 엔진(12) 내로 유입되는 냉각제의 온도를 강하시키기 위해, 가능하다면, 제3 제어 장치(60)에 도달하는 증가된 비율의 냉각제는 주 냉각기(42)를 통해 안내된다. 또한, 주 냉각기(42)에 할당된 팬(106)을 작동시킬 수 있거나, 또는 상기 팬의 구동 출력을 상승시킬 수 있으며, 그럼으로써 주 냉각기(42)의 냉각 용량은 증가될 수 있다.
NOx 트랩 촉매 컨버터(100)의 탈황을 위한, 그리고/또는 미립자 필터(102)의 재생을 위한 조치로서 수행되는 배기가스의 온도 상승이 종료되기 직전에, 종료와 동시에, 또는 종료된 직후에, 냉각제를 통한 주 냉각 시스템 내 통합된 구성요소들의 너무 강한 냉각을 방지하기 위해, 냉각제의 온도의 강하도 종료되거나 취소된다.
10: 내연기관
12: 연소 엔진
14: 실린더 하우징
16: 실린더
18: 실린더 헤드
20: 배기가스 터보차저
22: 저압 배기가스 재순환부의 배기가스 재순환 라인
24: 고압 배기가스 재순환부의 배기가스 재순환 라인
26: 실린더 하우징의 냉각 채널
28: 실린더 헤드의 냉각 채널
30: 엔진 오일 냉각기
32: 변속기 오일 냉각기
34: EGT 냉각기
36: 배기가스 재순환 밸브
38: LP-EGR 냉각기
40: HP-EGR 냉각기
42: 주변 열 교환기/주 냉각기
44: 난방 열 교환기
46: 주 냉각제 펌프
48: 제1 추가 냉각제 펌프
50: 제2 추가 냉각제 펌프
52: 주 냉각기로 향하는 바이패스
54: 제1 제어 장치
56: 제2 제어 장치
58: 제어 유닛
60: 제3 제어 장치
62: 제4 제어 장치
64: 스로틀 밸브
66: 제5 제어 장치
68: 제6 제어 장치
70: 단락 라인
72: 계량공급 밸브
74: 신선 가스 라인
76: 배기가스 라인
78: 인터쿨러
80: 보조 냉각 시스템의 냉각제 펌프
82: 주변 열 교환기/추가 냉각기
84: 추가 냉각기로 향하는 바이패스
86: 제7 제어 장치
88: 보상 탱크
90: 연결 라인
92: 배기 라인
94: 체크 밸브
96: 배기가스 터보차저의 배기가스 터빈
98: 배기가스 터보차저의 압축기
100: NOx 트랩 촉매 컨버터
102: 미립자 필터
104: 온도 센서
106: 팬
108: 냉각제 분배 모듈

Claims (10)

  1. 자동 스톱 기능이 제공되는 연소 엔진(12)과; 신선 가스 라인(74)과; 배기가스 라인(76)과; 냉각 시스템;을 포함하는 내연기관(10)을 작동시키기 위한 방법으로서,
    - 신선 가스 라인(74) 내에 압축기(98)가 통합되고, 압축기(98)와 연소 엔진(12) 사이에는 인터쿨러(78)가 통합되며, 상기 인터쿨러는 또한 냉각 시스템의 냉각 회로 내에 통합되고,
    - 냉각 시스템의 냉각 회로가 제공되며, 상기 냉각 회로는
    - 배기가스 재순환 라인(22, 24) 내에 통합된 EGR 냉각기(38, 40);를 포함하는, 내연기관 작동 방법에 있어서,
    활성화된 스톱 기능 동안, 냉각제는 냉각 회로 내에서, 또는 여러 냉각 회로가 있는 경우에는 상기 냉각 회로들 중 적어도 하나 내에서 이송되고,
    냉각제의 냉각은,
    - 인터쿨러(78)를 통합하는 냉각 회로 내에서, 활성화된 스톱 기능 동안, 상기 인터쿨러(78)의 배출구에서 냉각제의 온도가 70℃와 80℃ 사이의 범위 내에서 조정되는 방식으로 유발되거나,
    - EGR 냉각기(38, 40)를 통합하는 냉각 회로 내에서, 활성화된 스톱 기능 동안, EGR 냉각기(38, 40)의 배출구에서 냉각제의 온도가 95℃와 105℃ 사이의 범위 내에서 조정되는 방식으로 유발되는 것을 특징으로 하는, 내연기관 작동 방법.
  2. 제1항에 있어서, 활성화된 스톱 기능 동안 냉각제가 이송되는 냉각 회로(들) 내에서 냉각제의 냉각은 주변 열 교환기(42, 82)에 의해 유발되는 것을 특징으로 하는, 내연기관 작동 방법.
  3. 제1항에 있어서, EGR 냉각기(38, 40)를 통합하는 냉각 회로는, 연소 엔진(12)의 냉각 채널(26, 28)과 배기가스 터보차저(20)용 냉각기(34)를 포함하는, 내연기관 작동 방법.
  4. 연소 엔진(12)과; 신선 가스 라인(74)과; 배기가스 라인(76)과; 주변 열 교환기를 구비한 냉각 시스템;을 포함하는 내연기관(10)으로서,
    신선 가스 라인 내에는 압축기(98)가 통합되고, 압축기(98)와 연소 엔진(12) 사이에는 인터쿨러(78)가 통합되며, 상기 인터쿨러는 또한 냉각 시스템의 냉각 회로 내에 통합되고,
    - 적어도 하나의 냉각 회로가 제공되며, 상기 냉각 회로는
    - 배기가스 재순환 라인(22, 24) 내에 통합된 EGR 냉각기(38, 40)를 포함하는, 내연기관에 있어서,
    제1항 또는 제2항에 따른 방법을 수행할 수 있는 방식으로 형성된 제어 유닛(58)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 내연기관(10).
  5. 제4항에 있어서, 상기 냉각 회로 내에, 또는 여러 냉각 회로가 있는 경우에는 상기 냉각 회로들 중 적어도 하나 내에 주변 열 교환기(42, 82)가 통합되는 것을 특징으로 하는, 내연기관(10).
  6. 제4항에 있어서, 상기 냉각 회로 내에, 또는 여러 냉각 회로가 있는 경우에는 상기 냉각 회로들 중 적어도 하나 내에 전기 모터 구동식 냉각제 펌프(48, 50, 80)가 통합되는 것을 특징으로 하는, 내연기관(10).
  7. 제4항에 있어서, EGR 냉각기(38, 40)를 통합하는 냉각 회로는, 연소 엔진(12)의 냉각 채널(26, 28)과 배기가스 터보차저(20)용 냉각기(34)를 포함하는, 내연기관(10).
  8. 제7항에 있어서, 상기 냉각 회로들은 분리되어 있으며, 연소 엔진(12)의 냉각 채널(26, 28) 및 배기가스 터보차저(20)의 냉각기(34) 및 EGR 냉각기(38, 40)를 통합하는 냉각 회로의 냉각제 온도 작동 범위는, 상기 인터쿨러(78)를 통합하는 냉각 회로의 냉각제 온도 작동 범위보다 더 높게 설계되는 것을 특징으로 하는, 내연기관(10).
  9. 제7항에 있어서, 연소 엔진(12)의 냉각 채널(26, 28)은 상기 연소 엔진(12)의 실린더 헤드(18)의 냉각 채널(28)인 것을 특징으로 하는, 내연기관(10).
  10. 제4항에 따른 내연기관(10)을 장착한 자동차.
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