KR20210123380A - 모듈식 배기 가스 재순환 시스템 - Google Patents

모듈식 배기 가스 재순환 시스템 Download PDF

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KR20210123380A
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diverging
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KR1020217028350A
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다니엘 비 마스트베르겐
도메니코 시에라
그레고리 제임스 햄슨
이 한
제임스 포-창 치우
더그 레온
헨리 데이비드 젬밀 넛젠
사무엘 제임스 맥크레리
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우드워드, 인크.
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Abstract

수렴 노즐은 혼합기 하우징 내에 그리고 혼합기의 공기 유입구로부터 혼합기의 유출구로의 유로 내에 있다. 수렴-발산 노즐은 혼합기 하우징 내에 있고, 수렴 노즐로부터 그리고 배기 가스 하우징 내부로부터의 유체 흐름을 수용하기 위해 유체 연통하는 공기-배기 가스 유입구를 포함한다. 제1 노즐 모듈은 혼합기 하우징 내에 수용되고, 혼합기 하우징 내에 수용될 때에 수렴 노즐 또는 수렴-발산 노즐의 적어도 일부를 획정하도록 구성된다. 제2 노즐 모듈은 제1 노즐 모듈과 별개로 혼합기 하우징 내에 수용되도록 구성된다. 제2 노즐 모듈은 혼합기 하우징 내에 수용될 때에 수렴 또는 수렴-발산 노즐의 적어도 일부를 획정하도록 구성된다. 제2 노즐 모듈은 제1 노즐 모듈과 상이한 유동 특성을 갖는다.

Description

모듈식 배기 가스 재순환 시스템
우선권 주장
본 출원은 2019 년 2 월 7 일에 출원된 미국 특허 출원 제 16/269,735 호에 대한 우선권을 주장하며, 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로서 인용된다.
기술분야
본 개시는 내연 기관용 배기 가스 재순환(EGR) 시스템에 관한 것이다.
배기 가스 재순환(EGR), 특히, 냉각 EGR(cEGR)이 NOx 배출을 감소시키고 노크(knock) 경향을 감소시키기 위해 내연 기관 시스템에 추가될 수 있다. 이러한 시스템에서는, 일정량의 배기 가스가 내연 기관의 흡기 매니폴드 내부의 공기 및/또는 연료 혼합물에 추가된다. 문제는, 특히, 배기 매니폴드 압력이 흡기 매니폴드 압력보다 낮을 때 일반적으로 가장 효율적인 고효율 내연 기관의 경우, cEGR을 전달하는 데 비용이 든다는 것이다. 압력차는 내연 기관 전체에 걸쳐 양의 값의 소기 압력 차이를 생성하여, 실린더로부터 연소 가스가 잘 제거되도록 하며 유리한 압력-체적 펌핑 루프 작업을 제공한다. 펌핑 루프를 통해 내연 기관 사이클의 효율 및 잔류 가스 소기에 부정적인 영향을 미치지 않으면서 배기 매니폴드에 있는 배기 가스 공급원으로부터 흡기 매니폴드로 cEGR을 전달하기는 특히 어렵다. "고전적인(classic)" 고압 루프 cEGR 시스템은 배기 가스를 흡기 매니폴드로 직접 전달하므로, 내연 기관 배기 매니폴드 압력이 흡기 매니폴드보다 높아지도록 강제하기 위한 설계 또는 가변 터보 차징(turbocharging)을 필요로 하여, 결국 고온의 연소 가스의 소기 및 내연 기관 P-V 사이클을 바람직하지 못하게 감소시켜 효율을 떨어트린다. cEGR의 목적이 노크 경향을 줄여 효율과 출력 밀도를 향상시키는 것이기 때문에 특히 역효과를 낳는다. 그러나, EGR을 구동시키는 이 고전적인 방법은, 반환을 감소시키는 방식으로, 즉, cEGR로 노크를 줄이기 위해 두 단계 전진하지만 그 펌핑 방식으로 인해 한 단계 후진하는 방식으로, 실제로 잔류 가스 보유를 통해 노크 경향을 증가시키며 내연 기관에 대한 부압 작업을 통해 효율을 감소시켜, cEGR 구동 비용이 cEGR 전달 이점을 상쇄시키는 제로 이득 포인트로 이어진다.
본 개시는 배기 가스 재순환과 관련된 기술을 설명한다.
본 개시 내에서 설명된 주제의 예시적인 구현은 다음과 같은 특징을 갖는 배기 가스 재순환 혼합기 시스템이다. 배기 가스 하우징이 배기 가스 하우징의 내부로의 배기 가스 유입구를 포함한다. 수렴 노즐이 혼합기 하우징 및 혼합기의 공기 유입구로부터 혼합기의 유출구로의 유로에 있다. 수렴 노즐이 혼합기의 유출구를 향해 수렴된다. 수렴-발산 노즐이 혼합기 하우징에 있으며, 수렴 노즐로부터 그리고 배기 가스 하우징 내부로부터의 유체 흐름을 수용하기 위해 유체 연통하는 공기-배기 가스 유입구를 포함한다. 제 1 노즐 모듈이 혼합기 하우징에 수용되고, 혼합기 하우징에 수용될 때에 수렴 노즐 또는 수렴-발산 노즐의 적어도 일부를 획정하도록 구성된다. 제 2 노즐 모듈은 제 1 노즐 모듈이 혼합기 하우징에 없을 때에 혼합기 하우징에 수용되도록 구성된다. 혼합기 하우징에 수용될 때에 제 2 노즐 모듈이 수렴 또는 수렴-발산 노즐의 적어도 일부를 획정하도록 구성된다. 제 2 노즐 모듈은 제 1 노즐 모듈과 상이한 유동 특성을 갖는다.
단독으로 또는 조합하여 예시적인 구현과 결합될 수 있는 예시적인 구현의 양태가 다음을 포함한다. 제 1 노즐 모듈이 수렴 노즐의 일부를 획정한다.
단독으로 또는 조합하여 예시적인 구현과 결합될 수 있는 예시적인 구현의 양태가 다음을 포함한다. 제 2 노즐 모듈이 수렴-발산 노즐의 일부를 획정한다.
단독으로 또는 조합하여 예시적인 구현과 결합될 수 있는 예시적인 구현의 양태가 다음을 포함한다. 수렴-발산 노즐의 유입구가 공기-배기 가스-연료 혼합물을 수용하도록 위치된다.
단독으로 또는 조합하여 예시적인 구현과 결합될 수 있는 예시적인 구현의 양태가 다음을 포함한다. 제 1 압력 포트가 수렴 노즐의 수렴 단부에 위치된다. 제 1 압력 포트가 수렴 노즐의 수렴 단부에서 제 1 압력을 감지하는 위치를 제공한다.
단독으로 또는 조합하여 예시적인 구현과 결합될 수 있는 예시적인 구현의 양태가 다음을 포함한다. 제 2 압력 포트가 수렴 노즐의 수렴 부분의 상류에 있다. 제 2 압력 포트는 수렴 노즐의 상류에서 제 2 압력을 감지하는 위치를 제공한다.
단독으로 또는 조합하여 예시적인 구현과 결합될 수 있는 예시적인 구현의 양태가 다음을 포함한다. 제 3 압력 포트가 수렴-발산 노즐의 목부(throat)에 위치된다. 제 3 압력 포트는 수렴-발산 노즐의 목부 내부에서 제 3 압력을 감지하는 위치를 제공한다. 제 4 압력 포트가 수렴-발산 노즐의 발산 부분의 하류에 위치된다. 제 4 압력 포트는 수렴-발산 노즐의 하류에서 제 4 압력을 감지하는 위치를 제공한다.
단독으로 또는 조합하여 예시적인 구현과 결합될 수 있는 예시적인 구현의 양태가 다음을 포함한다. 액체 채널이 수렴-발산 노즐에 의해 획정된다. 액체 채널은 수렴 노즐과 수렴-발산 노즐 사이에 위치된 유입구를 구비한다. 액체 채널은 배기 가스 재순환 혼합기의 유출구를 향해 액체를 보내며 액체의 외부 낙하를 조절하기 위한 위치 및 크기를 갖는다.
단독으로 또는 조합하여 예시적인 구현과 결합될 수 있는 예시적인 구현의 양태가 다음을 포함한다. 내부 수용기 공동의 내부 표면이 내부 수용기 공동의 하부 부분보다 내부 수용기 공동의 상부 부분을 따라 더 큰 반경을 갖는 비원형이다.
단독으로 또는 조합하여 예시적인 구현과 결합될 수 있는 예시적인 구현의 양태가 다음을 포함한다. 수렴-발산 노즐의 목부가 수렴 노즐의 수렴 단부보다 더 큰 단면적을 갖는다.
단독으로 또는 조합하여 예시적인 구현과 결합될 수 있는 예시적인 구현의 양태가 다음을 포함한다. 수렴-발산 노즐의 목부의 단면적이 수렴 노즐의 수렴 단부의 단면적보다 1.1 배 내지 3 배 더 크다.
본 개시 내에서 설명된 주제의 예시적인 구현은 다음과 같은 특징을 갖는 방법이다. 동일한 배기 혼합기 하우징이 수용된다. 제 1 노즐 모듈 세트가 실질적으로 동일한 배기 혼합기 하우징의 제 1 세트에 삽입되어 제 1 수렴 및 수렴-발산 노즐 장치를 생성한다. 제 2 노즐 모듈 세트가 동일한 배기 혼합기 하우징의 제 2 세트에 삽입되어 상이한 제 2 수렴 및 수렴-발산 노즐 장치를 생성한다.
단독으로 또는 조합하여 예시적인 구현과 결합될 수 있는 예시적인 구현의 양태가 다음을 포함한다. 제 1 노즐 모듈 세트가 수렴 노즐 세트이다.
단독으로 또는 조합하여 예시적인 구현과 결합될 수 있는 예시적인 구현의 양태가 다음을 포함한다. 제 1 노즐 모듈 세트가 수렴-발산 노즐 세트이다.
단독으로 또는 조합하여 예시적인 구현과 결합될 수 있는 예시적인 구현의 양태가 다음을 포함한다. 제 2 수렴 및 수렴-발산 노즐 장치가 제 1 수렴 및 수렴-발산 노즐 장치와 상이한 유동 특성을 갖는다.
단독으로 또는 조합하여 예시적인 구현과 결합될 수 있는 예시적인 구현의 양태가 다음을 포함한다. 제 2 노즐 모듈 세트가 제 1 노즐 세트와 상이한 목부 단면적을 갖는 제 2 수렴-발산 노즐 세트를 포함한다.
단독으로 또는 조합하여 예시적인 구현과 결합될 수 있는 예시적인 구현의 양태가 다음을 포함한다. 제 2 노즐 모듈 세트가 제 1 노즐 세트와 상이한 수렴 단부 단면적을 갖는 제 2 수렴 노즐 세트를 포함한다.
본 개시 내에서 설명된 주제의 예시적인 구현은 다음과 같은 특징을 갖는 엔진 시스템이다. 흡기 매니폴드가 연소실 내부에서 연소되도록 구성된 가연성 혼합물을 수용하도록 구성된다. 스로틀이 흡기 매니폴드의 상류에 있다. 스로틀은 흡기 매니폴드로의 공기 흐름을 적어도 부분적으로 조절하도록 구성된다. 배기 매니폴드가 연소실로부터의 연소 생성물을 수용하도록 구성된다. 배기 가스 재순환 혼합기 시스템이 스로틀의 하류로 흡기 매니폴드의 상류에 있다. 배기 가스 재순환 혼합기은 배기 가스 하우징을 포함하며, 배기 가스 하우징은 그 내부로의 배기 가스 유입구를 갖는다. 수렴 노즐이 혼합기 하우징 및 혼합기의 공기 유입구로부터 혼합기의 유출구로의 유로에 있다. 수렴 노즐이 혼합기의 유출구를 향해 수렴된다. 수렴-발산 노즐이 혼합기 하우징에 있으며, 수렴 노즐로부터 그리고 배기 가스 하우징 내부로부터의 유체 흐름을 수용하기 위해 유체 연통하는 공기-배기 가스 유입구를 포함한다. 제 1 노즐 모듈이 혼합기 하우징에 수용되어, 혼합기 하우징에 수용될 때 수렴 노즐 또는 수렴-발산 노즐의 적어도 일부를 획정하도록 구성된다. 제 2 노즐 모듈은 제 1 노즐 모듈이 혼합기 하우징에 없을 때 혼합기 하우징에 수용되도록 구성된다. 혼합기 하우징에 수용될 때 제 2 노즐 모듈이 수렴 또는 수렴-발산 노즐의 적어도 일부를 획정하도록 구성된다. 제 2 노즐 모듈은 제 1 노즐 모듈과 상이한 유동 특성을 갖는다.
단독으로 또는 조합하여 예시적인 구현과 결합될 수 있는 예시적인 구현의 양태가 다음을 포함한다. 재순환 혼합기가 수렴 노즐의 상류에 위치한 제 1 압력 포트를 포함한다. 제 1 압력 포트는 수렴 노즐의 상류에서 제 1 압력을 감지하는 위치를 제공한다. 제 2 압력 포트가 수렴 노즐의 수렴 단부에 위치된다. 제 2 압력 포트는 수렴 노즐의 수렴 단부에서 제 2 압력을 감지하는 위치를 제공한다.
단독으로 또는 조합하여 예시적인 구현과 결합될 수 있는 예시적인 구현의 양태가 다음을 포함한다. 제 3 압력 포트가 수렴-발산 노즐의 목부에 위치된다. 제 3 압력 포트는 수렴-발산 노즐의 목부 내부에서 제 3 압력을 감지하는 위치를 제공한다. 제 4 압력 포트가 수렴-발산 노즐의 하류에 위치된다. 제 4 압력 포트는 수렴-발산 노즐의 하류에서 제 4 압력을 감지하는 위치를 제공한다.
단독으로 또는 조합하여 예시적인 구현과 결합될 수 있는 예시적인 구현의 양태가 다음을 포함한다. 제어부가 하나 이상의 프로세서 및 하나 이상의 프로세서에 결합되어 하나 이상의 프로세서에 의한 실행을 위한 프로그래밍 명령을 저장하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 포함한다. 프로그래밍 명령은 하나 이상의 프로세서에 다음을 수행하도록 지시한다. 수렴 노즐의 상류에 위치된 제 1 압력 위치와 수렴 노즐의 수렴 단부에 위치된 제 2 압력 위치 사이의 제 1 차압이 결정된다. 결정된 제 1 차압에 기초하여 질량 공기 유량이 결정된다. 수렴-발산 노즐의 목부에 위치된 제 3 압력 위치와 수렴-발산 노즐의 하류에 위치된 제 4 압력 위치 사이의 제 2 차압이 결정된다. 측정된 제 2 차압에 기초하여 공기-연료-배기 가스 유량이 결정된다.
단독으로 또는 조합하여 예시적인 구현과 결합될 수 있는 예시적인 구현의 양태가 다음을 포함한다. 크랭크 케이스가 엔진 블록 내부에 있다. 제 1 도관이 크랭크 케이스를 스로틀 상류의 지점에 유체 유동적으로 연결한다. 제 2 도관이 크랭크 케이스를 스로틀 하류의 지점에 유체 유동적으로 연결한다. 스로틀에 걸친 압력차로 인해 공기가 크랭크 케이스를 통해 유동된다.
단독으로 또는 조합하여 예시적인 구현과 결합될 수 있는 예시적인 구현의 양태가 다음을 포함한다. 제 2 도관이 수렴-발산 노즐의 상류로 수렴 노즐의 하류에서 배기 가스 재순환 혼합기에 유체 유동적으로 연결된다.
주제의 하나 이상의 구현의 세부 사항이 첨부 도면 및 아래의 설명에 기재된다. 주제의 기타 특징, 목적 및 장점이 설명 및 도면으로부터 그리고 청구 범위로부터 명백해질 것이다.
도 1은 예시적인 내연 기관 시스템의 개략도이다.
도 2는 예시적인 배기 가스 재순환(EGR) 혼합기의 측면 반부 단면 개략도이다.
도 3은 차압 센서 및 압력 감지 포트를 갖는 예시적인 EGR 혼합기의 측면 반부 단면 개략도이다.
도 4는 본 개시의 양태와 사용될 수 있는 예시적인 제어부의 블록도이다.
도 5는 크랭크 케이스 통기 기능을 갖는 예시적인 내연 기관 시스템의 개략도이다.
도 6a는 교환 가능한 수렴-발산 노즐 모듈의 측면 반부 단면도이다.
도 6b는 교환 가능한 수렴 노즐 모듈의 측면 반부 단면도이다.
도 6c는 본 개시의 양태와 사용될 수 있는 예시적인 방법의 순서도이다.
도 7a 내지 도 7c는 액체 배수구가 있는 예시적인 EGR 혼합기의 측단면도, 7B-7B 선을 따른 단면도, 및 사시도이다.
도 8a 및 도 8b는 액체 축적을 방지하기 위한 플러그가 있는 예시적인 EGR 혼합기의 측단면도 및 8B-8B 선을 따른 단면도이다.
다양한 도면에서 동일한 도면 부호 및 명칭은 동일한 요소를 나타낸다.
EGR은 엔진 시스템에 대한 기생 효과를 가질 수 있다. 즉, EGR은 배기 매니폴드로부터 흡기 매니폴드로 배기 가스를 이동시키는 데 에너지가 필요하므로 엔진 시스템의 유효 출력을 감소시킬 수 있다. 이것은 흡기 매니폴드 압력이 배기 매니폴드 압력보다 높을 수 있는 강제 유도 엔진에서 특히 문제가 된다. 아이러니하게도, EGR은 엔진이 고부하로 작동하고 있을 때와 같이 흡기 매니폴드 압력이 높을 때 가장 필요하다. 터보 차징 엔진의 경우, 배기 매니폴드 내부의 증가된 배압이 또한 고부하에서 노크 경향에 기여할 수 있다.
본 명세서의 개념은 강제 유도 내연 기관을 포함하는 내연 기관에 사용될 수 있는 EGR 시스템에 관한 것이다. 제트 펌프가 스로틀과 흡기 매니폴드 사이에서 엔진의 흡기 시스템에 추가된다(하지만 대안으로서 제트 펌프가 스로틀의 상류에도 배치될 수 있다). 흡기 시스템에 압축기가 제공되는 경우, 제트 펌프가 압축기의 하류에 배치될 수 있다(하지만 대안으로서 제트 펌프가 압축기의 상류에도 배치될 수 있다). 1차 유체인 공기가 스로틀로부터 흡기 매니폴드를 향해 제트 펌프의 중앙 유로를 통해 유동된다. 제트 펌프 내부의 저압 수용기 영역에서, 재순환된 배기 가스가 배기 매니폴드의 공기 스트림(air stream)에 추가된다. 수용기의 유효 압력이 낮으면 배기 매니폴드와 수용기 사이에 차압이 형성될 수 있다. 역 베르누이 효과에 의해, 배기 매니폴드와 같거나 더 높은 흡기 매니폴드의 압력을 생성하기 위해 고속/저압 가스를 감속시킴으로써 압력이 복구된다. 따라서, 시스템 레벨에서, 제트 펌프에 의해, 배기 매니폴드의 압력이 더 낮은 경우에도 배기 가스가 배기 매니폴드로부터 흡기 매니폴드로 유동될 수 있다. 연료가 수렴 노즐의 수렴 단부의 상류 공기 스트림에 추가될 수 있다. 3 개의 스트림이 제트 펌프 내부에서 결합하여 잘 혼합된 가연성 혼합물이 매니폴드로 유동하게 되면서 난류가 생성된다.
도 1은 예시적인 엔진 시스템(100)을 보여준다. 엔진 시스템(100)은 엔진 블록(102)의 연소실 내부에서 연소될 가연성 혼합물을 수용하도록 구성된 흡기 매니폴드(104)를 포함한다. 즉, 흡기 매니폴드가 산소 공급원 및 연료 공급원에 유체 유동적으로 결합된다. 가연성 혼합물은 공기 및 천연 가스, 분무 가솔린 또는 디젤과 같은 임의의 가연성 유체를 포함할 수 있다. 도시된 구현이 4 개의 실린더의 엔진(102)을 포함하지만, 임의의 개수의 실린더가 사용될 수 있다. 또한, 예시된 구현이 피스톤 엔진(102)을 포함하지만, 본 개시의 양태가 로터리 엔진 또는 가스 터빈 엔진과 같은 다른 유형의 내연 기관에 적용될 수 있다.
스로틀(112)이 흡기 매니폴드(104)의 상류에 위치된다. 스로틀(112)은, 예를 들어, 스로틀(112)을 통과하는 유로의 단면적을 변경함으로써 주변 환경(116)으로부터 흡기 매니폴드(104)로의 공기 흐름을 조절하도록 구성된다. 일부 구현에서, 스로틀(112)이 버터플라이 밸브 또는 디스크 밸브를 포함할 수 있다. 스로틀(112)을 통한 유로의 단면적을 감소시키면 흡기 매니폴드(104)를 향해 스로틀(112)을 통해 유동하는 공기의 유량이 감소된다.
배기 매니폴드(106)가 엔진 블록(102)의 연소실로부터의 연소 생성물(배기 가스)을 수용하도록 구성된다. 즉, 배기 매니폴드가 연소실의 유출구에 유체 유동적으로 결합된다. EGR 유로(108) 또는 도관이 배기 매니폴드(106)와 흡기 매니폴드(104)를 유체 유동적으로 연결한다. 예시된 구현에서, EGR 스로틀 밸브(126)가 배기 매니폴드(106)와 흡기 매니폴드(104) 사이의 EGR 유로(108) 내부에 위치하며 EGR 흐름을 조절하는 데 사용된다. EGR 스로틀 밸브(126)는 EGR 스로틀 밸브(126)를 통과하는 EGR 유로(108)의 단면적을 조절함으로써 EGR 흐름을 조절한다. 일부 구현에서, EGR 스로틀 밸브(126)가 버터플라이 밸브, 디스크 밸브, 니들 밸브, 또는 다른 밸브 스타일을 포함할 수 있다.
EGR 유로는 예시된 구현에서 스로틀(112)의 하류로 흡기 매니폴드(104)의 상류에 위치하는 EGR 혼합기(114)로 공급을 담당한다. EGR 혼합기(114)는 스로틀(112), 흡기 매니폴드(104) 및 EGR 유로(108)에 유체 유동적으로 연결된 엔진 흡기 시스템에 있다. 유체 연결은 유체 흐름을 허용하는 유로를 포함하는 도관으로 이루어질 수 있다. 일부 구현에서, EGR 혼합기(114)가 흡기 매니폴드(104)를 스로틀(112)에 연결하는 도관 내부에, 흡기 매니폴드(104) 자체 내부에, EGR 유로(108) 내부에 포함되거나, 스로틀(112) 내부에 통합되거나 EGR 스로틀 밸브(126)에 통합될 수 있다. 예시적인 EGR 혼합기에 대한 세부 사항이 본 개시 내에서 이하에 설명된다.
예시된 구현에서, 배기 가스 냉각기(110)가 배기 매니폴드(106)와 EGR 혼합기(114) 사이의 EGR 유로(108)에 위치된다. 배기 가스 냉각기는 EGR 혼합기 이전에서 배기 가스의 온도를 낮추도록 작동할 수 있다. 배기 가스 냉각기는 공기 대 공기 교환기 또는 공기 대 물 교환기와 같은 열 교환기이다.
일부 구현에서, 엔진 시스템(100)이 스로틀(112)의 상류에 압축기(118)를 포함한다. 스로틀이 없는 디젤 엔진과 같이 압축기(118)가 있지만 스로틀은 없는 엔진의 경우, 스로틀이 필요하지 않으며 혼합기가 압축기의 하류에 있을 수 있다. 압축기(118)가 원심 압축기, 용적형 압축기, 또는 엔진 작동 동안 EGR 유로(108) 내부의 압력을 증가시키기 위한 다른 유형의 압축기를 포함할 수 있다. 일부 구현에서, 엔진 시스템(100)이 공기가 매니폴드에 진입하기 전에 압축 공기를 냉각시키도록 구성된 중간 냉각기(120)를 포함할 수 있다. 예시된 구현에서, 압축기(118)가 터보 차저의 일부이다. 즉, 터빈(122)이 배기 매니폴드(106)의 하류에 위치하여, 배기 가스가 터빈(122)을 통해 팽창함에 따라 회전한다. 터빈(122)은, 예를 들어, 샤프트를 통해 압축기(118)에 결합되어 압축기(118)가 회전되도록 한다. 예시된 구현이 흡기 매니폴드 압력을 증가시키기 위해 터보 차저를 사용하지만, 예를 들어, 전기 또는 엔진 동력 압축기(예를 들어, 과급기)와 같은 다른 압축 방법이 사용될 수 있다. 일부 구현에서, 별도의 제어부(130) 또는 엔진 제어 유닛(ECU)이 시스템 작동의 다양한 양태를 제어하기 위해 사용된다. 예를 들어, 제어부(130)가 현재 작동 조건에 따라 공연비, 스파크 타이밍, 및 EGR 유량을 조절할 수 있다.
도 2는 예시적인 EGR 혼합기(114)의 측면 반부 단면 개략도이다. EGR 혼합기(114)가 하나 이상의 하우징 또는 케이싱으로 구성된다. 케이싱의 단부 벽에 있는 개구가 케이싱(들)(224)에 의해 획정된 내부 유로(222)의 공기 유입구(204) 및 유출구(206)를 획정한다. 내부 유로(222)가 공기 유입구(204)로부터 유출구(206)로 유동을 유도하여 EGR 혼합기(114)를 통한 유동을 허용한다. 케이싱(들)(224) 내부에서, EGR 혼합기(114)가 EGR 혼합기(114)의 공기 유입구(204) 및 EGR 혼합기(114)의 유출구(206)로부터의 유로에 수렴 노즐(202)을 포함한다. 수렴 노즐(202)은 수렴 단부(208)를 향한 유동 방향으로 수렴하는 수렴 부분(203)을 포함한다. 즉, 수렴 노즐(202)의 하류 단부(유출구)가 수렴 노즐(202)의 상류 단부(유입구)(226)보다 더 작은 단면적, 즉, 더 작은 유동 면적을 갖는다. 수렴 노즐이 수렴하는 것이 아니라 유동 단면적 변화 없이 비교적 직선으로 유지되는 부분을 포함할 수 있다. 이러한 섹션은 EGR 혼합기(114) 내부에 수렴 노즐(202)을 유지하는 데 사용될 수 있다. EGR 혼합기(114)가 배기 가스 수용기 하우징(210)을 포함하며, 하우징(210)은 EGR 유로(108)에 유체 유동적으로 연결되어 EGR 유로로부터 배기 가스 하우징(210)의 내부 수용기 공동(228)으로의 공급을 위한 하나 이상의 배기 가스 유입구(212)를 포함한다. 예시된 구현에서, 하우징(210)이 수렴 노즐(202)을 둘러싸므로, 수렴 노즐(202)의 일부가 내부 수용기 공동(228) 내부에 있다. 수렴 노즐(202)은 수렴 노즐(202)의 수렴 단부(208) 밖으로 자유 가스 제트(jet)를 형성하도록 위치된다. 또한, 배기 가스 유입구(212)가 수렴 노즐(202)의 수렴 단부(208)의 상류에 있다. 예시된 구현은 수렴 노즐(202)이 배기 가스 수용기 하우징(210) 내부에 적어도 부분적으로 있는 것을 보여주지만, 다른 설계가 이용될 수 있다. 일부 구현에서, 공기 유입구(204) 및 유출구(206)에 EGR 혼합기(114) 및/또는 엔진 블록(102)의 흡기 매니폴드(104)로의 연결을 가능하게 하는 부착물 또는 끼움구가 제공된다. 일부 예에서, 수렴 노즐(202)이 상이한 유입구 영역(226) 및/또는 수렴 단부(208)를 갖는 노즐과 모듈식으로 상호 교환 가능하여, 시스템이 다수의 엔진 크기에 맞춰 쉽게 변경 가능할 수 있게 된다. 예를 들어, 수렴 노즐(202)에 혼합기 케이싱(들)(224)의 나머지 부분에 대한 다른 형태의 제거 가능한 부착물 또는 나사산이 제공될 수 있다. 이러한 모듈 구조의 예가 본 개시 내에서 이하에 논의된다.
수렴-발산 노즐(214)이 수렴 노즐(202)의 수렴 부분(203)의 하류에 있으며, 수렴 단부(208), 배기 가스 유입구(212), 및 특정 예에서는 연료 공급부(216)로부터의 유체 흐름을 수용하도록 유체 유동적으로 결합된다. 다시 말해, 수렴-발산 노즐(214)이 흡기 매니폴드(104)용의 공기-연료-배기 가스 유입구로서 작용할 수 있다. 혼합을 용이하게 하기 위해, 수렴-발산 노즐(214)의 유입구(230)가 수렴 노즐(202)의 출구보다 더 큰 면적을 갖는다. 수렴-발산 노즐이 유입구(230), 목부(232) 및 유출구(206)의 3 개의 부분을 포함한다. 목부(232)가 수렴-발산 노즐의 가장 좁은 지점이며, 수렴-발산 노즐(214)의 유입구(230)의 하류에 위치하여 유체 유동적으로 연결된다. 목부(232)에서 수렴-발산 노즐이 좁아짐에 따라 수렴-발산 노즐(214)을 통과할 때 유체 흐름의 유속이 증가된다. 수렴-발산 노즐(214)의 유출구(206)가 흡기 매니폴드(104)의 상류에서 흡기 매니폴드에 유체 유동적으로 연결된다. 목부(232)와 유출구(206) 사이에서, 수렴-발산 노즐(214)을 통한 유로의 단면적이 증가한다. 단면적이 증가하면 유속이 느려지며 유체 유동 압력이 높아진다. 특정 예에서, 단면적 증가 크기는 EGR 혼합기(114)를 가로지르는 압력 강하가 0이거나, 공칭 값이거나 그렇지 않으면 작도록 EGR 혼합기(114) 내부의 압력을 증가시키도록 조정될 수 있다. 수렴-발산 노즐(214)은 수렴-발산 노즐(214)이 엔진 시스템(100)의 나머지 흡기부에 설치되어 유체 유동적으로 연결되도록 허용하기 위해 유입구(230), 유출구(206) 또는 둘 다에 나사산 또는 다른 형태의 제거 가능한 부착물을 포함할 수 있다. 수렴 노즐(202)과 같이, 수렴-발산 노즐(214)은 다양한 엔진 크기에 맞춰 시스템이 쉽게 변경 가능하도록 하기 위해 상이한 유입구(230), 목부(232) 및 유출구(206) 영역을 갖는 노즐(214)과 모듈식으로 교환 가능할 수 있다.
예시된 구현이 동일한 중심 축선(220)에 정렬된 수렴 노즐 및 수렴-발산 노즐을 보여주지만, 일부 구현에서는, 수렴 노즐과 수렴-발산 노즐의 중심 축선이 정렬되지 않거나 평행하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 공간적인 제약으로 인해 EGR 혼합기가 수렴 노즐의 축선과 수렴-발산 노즐 사이에 각도를 갖추어야 할 수도 있다. 일부 구현에서, 도 2에 도시된 바와 같이 실질적으로 직선형 유로를 갖는 대신에, 유로가 만곡될 수도 있다.
도시된 바와 같이, 연료 공급부(216)가 공기 유로 내에서 중앙으로 공기 유로에 평행하게 종결되는 연료 공급관(218)을 포함한다. 연료 공급관(218)은 EGR 혼합기(114)를 통과하는 유동 방향으로 수렴 노즐(202)의 수렴 부분(203) 상류의 공기 유로에 연료를 공급하도록 구성된다. 일부 구현에서, 연료 공급관(218)이 기상 연료 공급원에 결합된 기상 연료 공급관일 수 있다. 그러나, 연료 공급관(218)에 의해 전달되는 연료가 천연 가스, 가솔린 또는 디젤과 같은 임의의 가연성 유체를 포함할 수 있다. 단일 관으로 도시되어 있지만, 연료 공급관(218)이 다른 방식으로, 예를 들어, 혼합기의 유동 영역을 통과하는 십자형으로서, 유동 영역의 둘레를 따른 연료 전달 홀로서, 또는 다른 방식으로 구성될 수 있다. 예시된 구현이 수렴 노즐(202)의 수렴 부분(203)의 상류에 연료를 분사하도록 구성된 연료 공급관(218)을 보여주지만, 연료가 또한 배기 가스 유입구(212)의 상류에 연료 공급 포트(234)와 함께 추가될 수 있다. 즉, EGR 스트림에 연료가 주입될 수 있다. 이러한 포트가 기상 연료 공급 포트를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 연료가 연료 공급관(218)에서의 최대 음속 유동을 포함한 속도로 고속으로 전달될 수 있으므로, 연료/공기 제트 펌프가 또한 생성되어, 연료가 노즐을 통과하는 1차 공기 흐름에 추가 추진력을 제공할 수 있게 된다. 이러한 경우, 음속 제트가 생성될 수 있도록 하는 더 높은 압력에 의해 연료와 공기의 혼합이 더욱 향상된다. 이것은 연료 압력 조절기의 필요성을 감소시킨다. 추가로, 연료 제트가 줄-톰슨(Joules-Thompson) 효과를 통해 냉각되면, 이에 의해 공기/연료 스트림이 냉각되어, 공기 경로 충전 공기 냉각기 열 제거 요구 사항도 줄어든다. 대안으로서 또는 추가적으로, 연료가 스로틀(112)의 상류에 추가될 수 있다.
예시된 구현은 다음과 같이 작동한다. 수렴 노즐(202)의 수렴 부분(203)이 EGR 혼합기(114)에서의 공기 흐름(302)의 속도를 증가시키고 압력을 감소시킨다. 배기 흐름(304)이 수렴 노즐(202)을 빠져나가는 자유 제트 공기 흐름(302)의 감소 압력에 응답하여(예를 들어, 이로 인해) 배기 가스 유입구(212)를 통해 EGR 혼합기(114)로 끌어당겨진다. 배기 흐름(304)이 배기 매니폴드(106)로부터 최종적으로 수렴 노즐(202)의 수렴 부분(203)의 하류 일 지점으로 보내진다. 공기 흐름(302), 배기 흐름(304) 및 연료 흐름(306)이 혼합되어 수렴 노즐(202)의 수렴 부분(203)의 하류에 위치된 제 2 수렴 노즐(214a)에 의해 연소 혼합물(308)을 형성한다. 분기 노즐(214b)에 의해 연소 혼합물의 압력이 증가되며 연소 혼합물의 속도가 감소된다. 제 2 수렴 노즐(214a) 및 발산 노즐(214b)이 단일 수렴-발산 노즐(214)로서 예시되어 있지만, 제 2 수렴 노즐(214a) 및 발산 노즐(214b)이 별개의 분리되어 있는 부분일 수 있다.
예시된 구현에서, 연료 흐름(306)이 공기 흐름 통로의 중심과 평행하게 일렬로 연료 공급관(218)에 의해 공기 흐름(302)으로 공급된다. 연료 흐름이 수렴 노즐(202)의 수렴 부분(203)의 상류에 공급된다. 일부 구현에서, 연료 흐름이 연료 공급 포트에 의해 배기 흐름으로 공급된다. 사용된 구현에 관계없이, 연료 흐름(306)이 기상 연료 흐름을 포함할 수 있다. 일부 구현에서, 연료 흐름(306)이 공기 흐름(302) 속도보다 더 높은 분사 속도를 갖는다. 이러한 고속은 공기 흐름(302), 연료 흐름(306) 및 배기 흐름(304)을 혼합하는 데 도움이 될 수 있다.
일부 구현에서, 수렴-발산 노즐(214)의 목부(232)가 수렴 노즐(202)의 수렴 단부(208)의 유동 단면적보다 큰 유동 단면적을 갖는다. 예를 들어, 수렴-발산 노즐(214)의 목부(232)의 최소 유동 면적이 수렴 노즐(202)의 수렴 단부(208) 단부의 최소 유동 면적의 -1.1 배 내지 3 배일 수 있다. 일반적으로, 2 개의 유체 스트림이 대략 동일한 속도로 목부(232)를 통과할 수 있도록 목부(232)의 크기가 결정될 때 효율적인 성능이 달성된다. 예를 들어, 120℃에서 25% EGR의 경우, 목부(232)의 면적은 수렴 노즐(202)의 수렴 단부(208)의 유동 면적의 약 1.5 배이다.
도 3은 차압 센서 및 압력 감지 포트를 갖는 예시적인 EGR 혼합기(114)의 측면 반부 단면 개략도이다. 제 1 압력 포트(352)가 수렴 노즐(202)의 수렴 부분(203)의 상류에 위치된다. 제 1 압력 포트(352)는 내부 유로(222)와 제 1 차압 센서(354) 사이의 유체 연통을 허용함으로써 수렴 노즐(202)의 상류에서 압력을 감지하는 위치를 제공한다. 제 2 압력 포트(356)가 수렴 노즐(202)의 수렴 부분(203) 뒤에, 예를 들어, 수렴 단부(208)에 위치된다. 제 2 압력 포트(356)는 내부 유로(222)와 제 1 차압 센서(354) 사이의 유체 연통을 허용함으로써 수렴 노즐(202)의 수렴 단부(208)에서 압력을 감지하는 위치를 제공한다. 차동 센서로 예시되어 있지만, 유사한 효과를 갖는 별개의 분리된 센서가 사용될 수 있다. 대안으로서 또는 추가적으로, 가상 센서가 별개의 센서 대신에 사용될 수 있다. 도시된 바와 같이, 제 2 압력 포트(356)가 수렴 노즐(202)에 통합되지만, 유사한 결과를 갖는 별개의 분리된 감지 포트가 사용될 수 있다.
제 3 압력 포트(358)가 수렴-발산 노즐(214)의 목부(232) 내에 위치된다. 제 3 압력 포트(358)는 내부 유로(222)와 제 2 차압 센서(360) 사이의 유체 연통을 허용함으로써 수렴-발산 노즐(214)의 목부(232) 내부의 압력을 감지하는 위치를 제공한다. 제 4 압력 포트(362)가 수렴-발산 노즐(214)의 목부(232)의 하류에 위치된다. 제 4 압력 포트(362)는 내부 유로(222)와 제 2 차압 센서(360) 사이의 유체 연통을 허용함으로써 수렴-발산 노즐(214)의 하류의 압력을 감지하는 위치를 제공한다.
제 1 차압 센서(354)에 의해 감지된 차압이 EGR 혼합기(114)를 통과하는 질량 공기 유량(MAF)을 결정하는 데 사용될 수 있다. 제 2 차압 센서(360)에 의해 감지된 제 2 차압이 공기-연료-배기 가스 질량 유량을 결정하는 데 사용될 수 있다. 질량 공기 유량과 공기-연료-배출 가스 유량의 차이가 EGR 질량 유량을 계산하는 데 사용될 수 있다. 특정 예에서, 이러한 계산은 제어부(130)(도 1)에 의해 수행될 수 있다. MAF 및 EGR 유량은 제어부가 엔진 시스템(100) 내부의 다양한 매개 변수를 조정하기 위한 입력으로서 사용될 수 있다. 특정 예에서, 제어부(130)는 연료 공급, 공기, 점화 및/또는 기타 엔진 작동 매개 변수와 같은 엔진 시스템(100) 작동의 일부 또는 모든 양태를 제어하는 엔진 제어 유닛(ECU)이다. 특정 예에서, 제어부(130)는 엔진 시스템의 ECU와 별개의 제어 유닛이다. 제어부(130)는 또한, 작동 및/또는 제어 신호를 엔진 시스템(100)에 보낼 필요가 없지만, 대신에 MAF 및 EGR 유량과 같은 정보를 엔진 시스템(100)을 제어할 때 ECU에 의해 사용하기 위해 ECU에 제공할 수 있다.
도 4는 본 개시의 양태와 사용될 수 있는 예시적인 제어부(130)의 블록도이다. 제어부(130)는 무엇보다도 시스템의 매개 변수를 모니터링할 수 있으며 시스템의 다양한 작동 매개 변수를 작동 및/또는 조정하기 위해 신호를 보낼 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제어부(130)는 하나 이상의 프로세서(450) 및 프로세서(450)가 본 명세서에 설명된 작동을 수행하게 하는 명령을 포함하는 비일시적 저장 매체(예를 들어, 메모리(452))를 포함할 수 있다. 프로세서(450)는, 예를 들어, 제 1 차압 센서(354) 및 제 2 차압 센서(360)를 포함하는 시스템의 구성 요소와 통신을 송수신하기 위한 입력/출력(I/O) 인터페이스(454)에 결합된다. 특정 예에서, 제어부(130)는 엔진 시스템(100)의 다양한 시스템 구성 요소(스로틀(112) 및 EGR 스로틀 밸브(126)를 포함)뿐만 아니라 엔진 시스템(100)에 제공된 다른 센서(예를 들어, 압력 센서, 온도 센서, 노크 센서 및 기타 유형의 센서) 중 하나 이상과 추가로 통신하며 작동 및/또는 제어 신호를 송신할 수 있다.
도 5는 크랭크 케이스 통기 기능을 갖는 예시적인 내연 기관 시스템의 개략도이다. 도시된 바와 같이, 엔진 시스템(100)은 스로틀(112) 상류의 공기 흡입 도관(502)에 유체 유동적으로 연결된 제 1 크랭크 케이스 통기 도관(402)을 포함한다. 제 1 크랭크 케이스 통기 도관(402)은 공기 흡입 도관(502)으로부터 엔진 블록(102)을 향해 공기를 끌어들인다. 특히, 제 1 크랭크 케이스 통기 도관(402)은 공기가 엔진 블록(102)의 크랭크 케이스를 통해 유동하도록 한다. 엔진 블록(102)에 직접 연결되는 것으로 예시되어 있지만, 제 1 크랭크 케이스 통기 도관(402)은 도관이 크랭크 케이스에 유체 유동적으로 연결되어 있는 한 엔진의 임의의 부분에 부착될 수 있다. 일부 구현에서, 흡기 체크 밸브(404)가 역류가 발생하지 않는 것을 보장하기 위해 제 1 크랭크 케이스 통기 도관(402) 내에 포함될 수 있다. 체크 밸브(404)가 볼 타입 체크 밸브와 같이 서비스에 적합한 낮은 압력 강하를 갖는 임의의 체크 밸브일 수 있다. 엔진 블록(102) 내에는 크랭크 케이스를 관통하는 크랭크 케이스 유로(406)가 있다. 일부 구성에서는 크랭크 케이스가 엔진 블록과 별개일 수 있다. 이러한 구성에서, 크랭크 케이스 유로(406)는 별도의 크랭크 케이스를 통해 유동할 것이다. 제 2 크랭크 케이스 통기 도관(408)이 크랭크 케이스를 스로틀(112)의 하류 일 지점에 유체 유동적으로 연결한다. 엔진 블록(102)에 직접 연결되는 것으로 예시되어 있지만, 제 2 크랭크 케이스 통기 도관(408)은 도관이 크랭크 케이스에 유체 유동적으로 연결되어 있는 한 엔진의 임의의 부분에 부착될 수 있다. 스로틀(112)을 가로지르는 압력 강하는 제 1 크랭크 케이스 통기 도관(402), 크랭크 케이스 유로(406), 및 제 2 크랭크 케이스 통기 도관(408)을 통한 공기 흐름을 구동하기 위한 차압을 야기한다. 일부 구현에서, 제 2 체크 밸브(410)가 역류가 발생하지 않는 것을 보장하기 위해 제 2 크랭크 케이스 통기 도관(408) 내에 포함될 수 있다. 체크 밸브가 볼 타입 체크 밸브와 같이 서비스에 적합한 낮은 압력 강하를 갖는 임의의 체크 밸브일 수 있다. 일부 구현에서, 제한부(412)가 크랭크 케이스를 통한 공기의 유량을 조절하기 위해 제 1 크랭크 케이스 통기 도관(402) 또는 제 2 크랭크 케이스 통기 도관(408) 내에 위치될 수 있다. 제한부(412)가 제한 오리피스, 조절 밸브, 또는 도관(401)을 통한 흐름을 조절하기 위한 다른 장치를 포함할 수 있다. 제한부(412)는 제 2 크랭크 케이스 통기 도관(408)의 유동 단면적을 제어함으로써 유량을 조절한다. 유동 단면적은 제한부(412)를 가로지르는 압력 강하에 반비례하며, 결국 흐름 제한부(412)를 통한 유량을 제어한다.
예시된 바와 같이, 제 2 도관(408)이 EGR 혼합기(114)에 유체 유동적으로 연결된다. 유동을 용이하게 하기 위해, 제 2 도관(408)은 EGR 혼합기(114)의 최저 압력 시스템인, 수렴-발산 노즐(214)의 상류 및 수렴 노즐의 하류(도 2 및/또는 도 3 참조)의 EGR 혼합기로 흐름을 공급할 수 있다. 예를 들어, 제 2 도관이 흐름을 배기 하우징(210)으로 공급할 수 있다. 압력 강하는 크랭크 케이스를 통한 흐름을 구동하기 위해 상당한 차압을 생성한다. 일부 구현에서, 제 2 도관(408)이 EGR 혼합기(114)의 상류의 공기 흐름 내로 삽입될 수 있다. 이러한 구현에서, EGR 혼합기(114)는 스로틀(112)과 흡기 매니폴드 사이의 흡기 도관(502)(도 5) 내에 일렬로 마련된다. 일부 구현에서, 제 2 크랭크 케이스 통기 도관(408)이 스로틀(112)과 EGR 혼합기(114) 사이의 흡기 도관(502)에 연결될 수 있다. 이러한 구현에서, 스로틀(112)을 가로지르는 압력차는 크랭크 케이스를 통한 흐름을 구동하기에 충분하다. 스로틀(112)과 EGR 혼합 섹션 사이로 크랭크 케이스 통기 가스를 유도하면 크랭크 케이스 통기 가스가 EGR과 함께 혼합될 수 있다.
도 6a는 도 3에 따른 EGR 혼합기(114)를 구성하는 데 사용될 수 있는 예시적인 수렴-발산 노즐 모듈의 측면 반부 단면도이다. 구성을 용이하게 하기 위해, EGR 혼합기(114)가 EGR 혼합기(114)에 대한 유동 요구 사항에 따라 혼합기 케이싱(224)에 삽입될 수 있는 다양한 노즐 모듈 및 공통 외부 부품(예를 들어, 도 3의 혼합기 케이싱(224))을 사용하여 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 6a는 더 크고 더 높은 부하의 엔진용으로 설계될 수 있는 수렴-발산 노즐(602)을 보여주지만, 더 작거나 더 낮은 부하의 엔진을 사용하는 용례에서는 다른 프로파일의 노즐이 삽입될 수 있다. 제 2 수렴-발산 노즐(604) 또는 제 3 수렴 노즐(606)이 수렴-발산 노즐 섹션의 목부(232)를 통한 유동 단면적을 감소시킨다.
일부 구현에서, 다수의 수렴-발산 노즐이 동일한 외부 금형으로 주조 또는 성형될 수 있는 반면, 내부 프로파일은 외부 금형과 짝을 이루도록 구성되는 교환 가능한 내부 금형으로 주조 또는 성형될 수 있다. 일부 구현에서, 다양한 수렴-발산 노즐 모듈이 공통의 내부 금형 및 외부 금형으로 제조된 다음, 수렴-발산 노즐 모듈의 내부를 따라 기계 가공된 특정 프로파일을 갖는다. 교환 가능한 수렴-발산 노즐(602, 604, 606)이 다양한 방식으로, 예를 들어, 나사 연결, 총검 스타일 연결, 또는 압입 연결을 사용하여 혼합기 케이싱(224)에 부착될 수 있다. 일부 구현에서, 수렴-발산 노즐이 결합 구성 요소에 의해 조립체 내에서 제자리에 유지된다. 예를 들어, 수렴-발산 노즐이 하우징의 숄더(shoulder)와 유체 도관 내부의 엘보(elbow)와 같은 결합 구성 요소 사이에서 압축될 수 있다.
도 6b는 교환 가능한 수렴 노즐의 측면 반부 단면도이다. 구성을 용이하게 하기 위해, EGR 혼합기(114)가 공통 외부 부품(예를 들어, 혼합기 케이싱(224)) 및 엔진 시스템 내부의 엔진 크기 및 원하는 EGR 유량에 따라 공통 외부 부품에 삽입될 수 있는 교환 가능한 수렴 노즐을 사용하여 구성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 수렴 노즐(608)이 더 크고 더 높은 부하의 엔진용으로 설계될 수 있는 반면, 제 2 수렴 노즐(610)은 더 작거나 더 낮은 부하의 엔진을 사용하는 용례에서 삽입될 수 있다. 예시된 바와 같이, 제 2 수렴 노즐(610)은 제 1 수렴 노즐(608)과 비교하여 제 2 수렴 노즐(610)의 수렴 단부를 통한 감소된 유동 단면적을 갖는다.
일부 구현에서, 다수의 수렴 노즐이 동일한 외부 금형으로 주조 또는 성형될 수 있는 반면, 내부 프로파일은 외부 금형과 짝을 이루도록 구성되는 교환 가능한 내부 금형으로 주조 또는 성형될 수 있다. 일부 구현에서, 다양한 수렴 노즐 모듈이 공통의 내부 금형 및 외부 금형으로 제조된 다음, 수렴 노즐 모듈의 내부를 따라 기계 가공된 특정 프로파일을 갖는다. 다양한 수렴 노즐 모듈(608, 610)이 다양한 방식으로, 예를 들어, 나사 연결, 총검 스타일 연결, 또는 압입 연결을 사용하여 혼합기 케이싱(224)에 부착될 수 있다. 일부 구현에서, 수렴 노즐이 연료관에 의해 제자리에 유지된다. 즉, 연료관이 수렴 노즐과 하우징 사이의 이동을 방지하기 위해 간섭을 제공하는 고정 핀의 역할을 한다.
수렴 노즐 모듈 및 수렴-발산 노즐의 2 개의 모듈을 사용하는 것으로 예시 및 설명되었지만, 본 개시를 벗어나지 않고 더 많거나 더 적은 개수의 모듈이 사용될 수 있다. 예를 들어, 수렴-발산 노즐이 별도의 수렴 노즐 모듈과 발산 노즐 모듈로 구성될 수 있다. 대안으로서 또는 추가적으로, 노즐의 전부 또는 일부가 단일 부품 또는 다중 부품으로서 하우징(210)에 부착될 수 있다. 예를 들어, 수렴 노즐(202) 및 하우징(210)이 별도의 수렴-발산 노즐 모듈(602, 604 또는 606)을 수용하도록 구성된 단일 주조물로서 구성될 수 있다. 다른 예에서, 수렴-발산 노즐(214) 및 하우징(210)이 별도의 수렴 노즐 모듈(608 또는 610)을 수용하도록 구성된 단일 주조물로서 구성될 수 있다.
도 6c는 본 개시의 양태와 사용될 수 있는 예시적인 방법(650)의 순서도이다. 특히, 방법(650)은 EGR 혼합기(114)의 제조 동안 사용될 수 있다. 652에서, 실질적으로 동일한 배기 혼합기 하우징이 수용된다. 654에서, 제 1 노즐 세트가 실질적으로 동일한 배기 혼합기 하우징의 제 1 세트에 삽입되어 제 1 수렴 및 수렴-발산 노즐 장치를 생성한다. 일부 예에서, 제 1 노즐 세트가 수렴 노즐 세트이다. 일부 예에서, 제 1 노즐 세트가 수렴-발산 노즐 세트이다.
656에서, 제 2 노즐 세트가 제 2 배기 혼합기 하우징 세트에 삽입되어 제 1 수렴 및 수렴-발산 노즐 장치와 상이한 유동 특성을 갖는 제 2 수렴 및 수렴-발산 노즐 장치를 생성한다. 일부 예에서, 제 2 노즐 세트가 제 1 노즐 세트와 상이한 목부 단면적을 갖는 제 2 수렴-발산 노즐 세트이다. 일부 예에서, 제 2 노즐 세트가 제 1 노즐 세트와 상이한 수렴 단부 단면적을 갖는 제 2 수렴 노즐 세트이다.
도 7a 내지 도 7c는 액체 배수 채널(702)이 있는 예시적인 EGR 혼합기(114)의 측단면도, 7B-7B 선을 따른 단면도, 및 사시도이다. 가스가 수렴 노즐(202)의 수렴 부분(203)과 수렴-발산 노즐(214)의 후속 목부(232)를 통해 유동함에 따라, 물과 같은 액체가 급격한 압력 감소 및/또는 EGR의 급속 냉각에 응답하여 가스 흐름으로부터 낙하하는 경우가 많다. 액체가 넘칠 수 있으며 액체 슬러그가 발생할 수 있는 지점까지 EGR 혼합기 내에서 액체가 축적될 수 있다. 즉, 많은 양의 액체가 흡기 매니폴드로 운반된 다음 내연 기관의 연소실로 운반될 수 있다.
일부 구현에서, 배수 채널(702)이 수렴-발산 노즐(214)에 포함될 수 있다. 배수 채널(702)은 내연 기관에 손상을 일으킬 수 있는 액체 슬러그 발생을 방지하기에 충분히 낮은 속도로 액체가 EGR 혼합기(114)를 통해 흘러내리는 것을 허용한다. 배수 채널(702)은 수렴-발산 노즐(214)의 바닥측에 위치한다. 배수 채널(702)이, 예를 들어, 배기 하우징(210)과 함께 수렴-발산 노즐 외부에서 시작하여 EGR 혼합기(114)의 유출구(206)에서 끝난다. 배기 하우징(210)은 수렴-발산 노즐(214)을 둘러싸며 노즐 유입구 아래에 챔버를 획정한다. 작동 중에, 배기 하우징(210) 내부에 축적된 액체가 수렴-발산 노즐의 유입구 위로 상승하여 혼합기를 통과하는 주 흐름으로 끌어들여질 수 있다. 채널은, EGR 혼합기 내에서의 예상되는 물의 외부 낙하 및 예상되는 압력 강하를 기반으로, EGR 혼합기(114)를 통한 유동 특성을 크게 변경하지 않고 수렴-발산 노즐의 유입구 아래에 액위를 유지하기 위한 크기를 갖는다.
배수 채널이 또한 EGR 내의 최대 액체 축적 높이를 조정하도록 배열된다. 예를 들어, 배수 채널(702)이 없는 EGR 혼합기의 최대 액위가 제 1 액위(704)이다. 이 액위에서는 액체의 양이 엔진 손상 액체 슬러그 발생을 유발하기에 충분하다. 배수 채널이 있는 경우의 최대 액위가 제 2 액위(706)이다. 이 시나리오에서, 액체는 연소실에 들어가기 전에 기화하기에 충분한 낮은 속도로 기체 스트림으로 계속 유동하여, 엔진 손상 액체 슬러그 발생 위험을 최소화한다. 일부 구현에서, 배수 채널(702)은 또한 입자가 채널을 막는 것을 방지하기에 충분한 크기를 갖는다.
대안으로서 또는 추가적으로, 액체 슬러그 발생을 방지하기 위해 플러그가 설치될 수 있다. 도 8a 및 도 8b는 액체 축적을 방지하기 위한 플러그가 있는 예시적인 배기 가스 재순환 혼합기의 측단면도 및 8B-8B 선을 따른 단면도이다. 플러그(802)가 액체 슬러그 발생을 야기하기에 충분한 물을 잠재적으로 보유할 공간을 점유한다. 플러그(802)는 비원형이 되도록 내부 수용기 공동(228)의 유동 단면적을 변경한다. 즉, 내부 수용기 공동(228)의 내부 프로파일은 내부 프로파일의 하부보다 내부 프로파일의 상부를 따라 더 큰 반경을 갖는다. 플러그(802)가 이러한 축적을 허용하는 부피를 차지함에 따라, 가스 스트림에서 낙하한 액체가 연소 챔버에 들어가기 전에 기화하기에 충분히 낮은 속도로 주 가스 스트림과 함께 즉시 유동하여, 액체 슬러그 발생 위험이 최소화된다.
본 개시가 다수의 특정한 구현 세부 사항을 포함하지만, 이것은 청구될 수도 있는 범위에 대한 제한으로서 해석되어서는 안되며, 오히려 특정한 주제의 특정한 구현에 특정되는 특징의 설명으로서 해석되어야 한다. 별도의 구현과 관련하여 본 개시에 설명된 특정한 특징이 또한 단일 구현에서 조합하여 구현될 수 있다. 반대로, 단일 구현의 맥락에서 설명된 다양한 특징이 또한 개별적으로 또는 임의의 적절한 하위 조합으로 다수의 구현에서 구현될 수 있다. 더욱이, 특징이 특정한 조합으로 작용하는 것으로 위에 설명될 수도 있으며 심지어 초기에 그 자체로 청구될 수도 있지만, 청구된 조합의 하나 이상의 특징이 일부 경우에 조합으로부터 제거될 수 있으며 청구된 조합이 하위 조합 또는 하위 조합의 변형으로 지시될 수도 있다.
유사하게, 작동이 도면에 특정 순서로 도시되어 있지만, 이것은 바람직한 결과를 달성하기 위해 이러한 작동이 도시된 특정 순서로 또는 순차적인 순서로 수행되거나 도시된 모든 작동이 수행되는 것을 필요로 하는 것으로 이해되어서는 안된다. 더욱이, 위에 설명된 구현의 다양한 시스템 구성 요소의 분리가 모든 구현에서 이러한 분리를 필요로 하는 것으로 이해되어서는 안되며, 설명된 구성 요소 및 시스템이 일반적으로 단일 제품으로 함께 통합되거나 다수의 제품으로 패키지화될 수 있음을 이해하여야 한다.
주제의 다수의 구현이 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 다양한 변형이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 다른 구현이 다음의 청구범위의 범위 내에 있으며 대안으로서 다음의 양태에 따라 정의될 수 있다.
1. 배기 가스 하우징의 내부로의 배기 가스 유입구를 포함하는 배기 가스 하우징; 혼합기 하우징; 혼합기 하우징 및 혼합기의 공기 유입구로부터 혼합기의 유출구로의 유로에 있으며, 혼합기의 유출구를 향해 수렴되는 수렴 노즐; 혼합기 하우징에 있으며, 수렴 노즐로부터 및 배기 가스 하우징 내부로부터의 유체 흐름을 수용하기 위해 유체 연통하는 공기-배기 가스 유입구를 포함하는 수렴-발산 노즐; 혼합기 하우징에 수용되고, 혼합기 하우징에 수용될 때에 수렴 노즐 또는 수렴-발산 노즐의 적어도 일부를 획정하도록 구성되는 제 1 노즐 모듈; 및 제 1 노즐 모듈이 혼합기 하우징에 없을 때에 혼합기 하우징에 수용되도록 구성되며, 혼합기 하우징에 수용될 때 수렴 또는 수렴-발산 노즐의 적어도 일부를 획정하도록 구성되며, 제 1 노즐 모듈과 상이한 유동 특성을 갖는 제 2 노즐 모듈을 포함하는 배기 가스 재순환 혼합기 시스템.
2. 제 1 양태에 있어서, 제 1 노즐 모듈이 수렴 노즐의 일부를 획정하는 것인 배기 가스 재순환 혼합기 시스템.
3. 제 1 양태 또는 제 2 양태에 있어서, 제 2 노즐 모듈이 수렴-발산 노즐의 일부를 획정하는 것인 배기 가스 재순환 혼합기 시스템.
4. 제 1 양태 내지 제 3 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 수렴-발산 노즐의 유입구가 공기-배기 가스-연료 혼합물을 수용하도록 위치되는 것인 배기 가스 재순환 혼합기 시스템.
5. 제 1 양태 내지 제 4 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 수렴 노즐의 수렴 단부에 위치되며, 수렴 노즐의 수렴 단부에서 제 1 압력을 감지하는 위치를 제공하는 제 1 압력 포트를 추가로 포함하는 배기 가스 재순환 혼합기 시스템.
6. 제 5 양태에 있어서, 수렴 노즐의 수렴 부분의 상류에 있으며, 수렴 노즐의 상류에서 제 2 압력을 감지하는 위치를 제공하는 제 2 압력 포트를 추가로 포함하는 배기 가스 재순환 혼합기 시스템.
7. 제 5 양태 또는 제 6 양태에 있어서, 수렴-발산 노즐의 목부에 위치하며, 수렴-발산 노즐의 목부 내부에서 제 3 압력을 감지하는 위치를 제공하는 제 3 압력 포트; 및 수렴-발산 노즐의 발산 부분의 하류에 위치하며, 수렴-발산 노즐의 하류에서 제 4 압력을 감지하는 위치를 제공하는 제 4 압력 포트를 추가로 포함하는 배기 가스 재순환 혼합기 시스템.
8. 제 1 양태 내지 제 7 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 수렴-발산 노즐에 의해 획정되며, 수렴 노즐과 수렴-발산 노즐 사이에 위치된 유입구를 구비하며, 배기 가스 재순환 혼합기의 유출구를 향해 액체를 보내며 액체 외부 낙하를 조절하기 위한 위치 및 크기를 갖는 액체 채널을 추가로 포함하는 배기 가스 재순환 혼합기 시스템.
9. 제 1 양태 내지 제 8 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 내부 수용기 공동의 내부 표면이 내부 수용기 공동의 하부 부분보다 내부 수용기 공동의 상부 부분을 따라 더 큰 반경을 갖는 비원형인 것인 배기 가스 재순환 혼합기 시스템.
10. 제 1 양태 내지 제 9 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 수렴-발산 노즐의 목부가 수렴 노즐의 수렴 단부보다 더 큰 단면적을 갖는 것인 배기 가스 재순환 혼합기 시스템.
11. 제 1 양태 내지 제 10 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 수렴-발산 노즐의 목부의 단면적이 수렴 노즐의 수렴 단부의 단면적보다 1.1 배 내지 3 배 더 큰 것인 배기 가스 재순환 혼합기 시스템.
12. 복수의 동일한 배기 혼합기 하우징을 수용하는 단계; 제 1 노즐 모듈 세트를 복수의 실질적으로 동일한 배기 혼합기 하우징의 제 1 세트에 삽입하여 제 1 수렴 및 수렴-발산 노즐 장치를 생성하는 단계; 및 제 2 노즐 모듈 세트를 복수의 동일한 배기 혼합기 하우징의 제 2 세트로 삽입하여 상이한 제 2 수렴 및 수렴 발산 노즐 장치를 생성하는 단계를 포함하는 방법.
13. 제 12 양태에 있어서, 제 1 노즐 모듈 세트가 수렴 노즐 세트인 것인 방법.
14. 제 12 양태에 있어서, 제 1 노즐 모듈 세트가 수렴-발산 노즐 세트인 것인 방법.
15. 제 12 양태에 있어서, 제 2 수렴 및 수렴-발산 노즐 장치가 제 1 수렴 및 수렴-발산 노즐 장치와 상이한 유동 특성을 갖는 것인 방법.
16. 제 15 양태에 있어서, 제 2 노즐 모듈 세트가 제 1 노즐 모듈 세트와 상이한 목부 단면적을 갖는 제 2 수렴-발산 노즐 세트를 포함하는 것인 방법.
17. 제 15 양태에 있어서, 제 2 노즐 모듈 세트가 제 1 노즐 모듈 세트와 상이한 수렴 단부 단면적을 갖는 제 2 수렴 노즐 세트를 포함하는 것인 방법.
18. 연소실 내에서 연소되도록 구성된 가연성 혼합물을 수용하도록 구성된 흡기 매니폴드; 흡기 매니폴드의 상류에 있으며, 흡기 매니폴드로의 공기 흐름을 적어도 부분적으로 조절하도록 구성된 스로틀; 연소실로부터의 연소 생성물을 수용하도록 구성된 배기 매니폴드; 및 스로틀의 하류로 흡기 매니폴드의 상류에 있는 배기 가스 재순환 혼합기 시스템을 포함하며, 배기 가스 재순환 혼합기가 배기 가스 하우징의 내부로의 배기 가스 유입구를 포함하는 배기 가스 하우징; 혼합기 하우징; 혼합기 하우징 및 혼합기의 공기 유입구로부터 혼합기의 유출구로의 유로에 있으며, 혼합기의 유출구를 향해 수렴되는 수렴 노즐; 혼합기 하우징에 있으며, 수렴 노즐로부터 및 배기 가스 하우징 내부로부터의 유체 흐름을 수용하기 위해 유체 연통하는 공기-배기 가스 유입구를 포함하는 수렴-발산 노즐; 혼합기 하우징에 수용되고, 혼합기 하우징에 수용될 때에 수렴 노즐 또는 수렴-발산 노즐의 적어도 일부를 획정하도록 구성되는 제 1 노즐 모듈; 및 제 1 노즐 모듈이 혼합기 하우징에 없을 때에 혼합기 하우징에 수용되도록 구성되며, 혼합기 하우징에 수용될 때에 수렴 또는 수렴-발산 노즐의 적어도 일부를 획정하도록 구성되며, 제 1 노즐 모듈과 상이한 유동 특성을 갖는 제 2 노즐 모듈을 포함하는 것인 엔진 시스템.
19. 제 18 양태에 있어서, 재순환 혼합기가, 수렴 노즐의 상류에 위치되며, 수렴 노즐의 상류에서 제 1 압력을 감지하는 위치를 제공하는 제 1 압력 포트; 및 수렴 노즐의 수렴 단부에 위치되며, 수렴 노즐의 수렴 단부에서 제 2 압력을 감지하는 위치를 제공하는 제 2 압력 포트를 포함하는 것인 엔진 시스템.
20. 제 19 양태에 있어서, 재순환 혼합기가, 수렴-발산 노즐의 목부에 위치되며, 수렴-발산 노즐의 목부 내부에서 제 3 압력을 감지하는 위치를 제공하는 제 3 압력 포트; 및 수렴-발산 노즐의 하류에 위치되며, 수렴-발산 노즐의 하류에서 제 3 압력을 감지하는 위치를 제공하는 제 4 압력 포트를 포함하는 것인 엔진 시스템.
21. 제 20 양태에 있어서, 제어부를 더 포함하고, 이 제어부는 하나 이상의 프로세서; 및 하나 이상의 프로세서에 결합되어 하나 이상의 프로세서에 의한 실행을 위한 프로그래밍 명령을 저장하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체를 추가로 포함하며, 프로그래밍 명령은, 하나 이상의 프로세서에, 수렴 노즐의 상류에 위치된 제 1 압력 위치와 수렴 노즐의 수렴 단부에 위치된 제 2 압력 위치 사이의 제 1 차압을 결정하며, 결정된 제 1 차압에 기초하여 질량 공기 유량을 결정하며, 수렴-발산 노즐의 목부에 위치된 제 3 압력 위치와 수렴-발산 노즐의 하류에 위치된 제 4 압력 위치 사이의 제 2 차압을 결정하며, 측정된 제 2 차압에 기초하여 공기-연료-배기 가스 유량을 결정할 것을 지시하는 것인 엔진 시스템.
22. 제 18 양태 내지 제 21 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 엔진 블록 내부의 크랭크 케이스; 크랭크 케이스를 스로틀 상류의 지점에 유체 유동적으로 연결하는 제 1 도관; 및 크랭크 케이스를 스로틀 하류의 지점에 유체 유동적으로 연결하는 제 2 도관을 추가로 포함하며, 스로틀을 가로지르는 압력차로 인해 공기가 크랭크 케이스를 통해 유동되는 것인 엔진 시스템.
23. 제 22 양태에 있어서, 제 2 도관이 수렴-발산 노즐의 상류로 수렴 노즐의 하류에서 배기 가스 재순환 혼합기에 유체 유동적으로 연결되는 것인 엔진 시스템.

Claims (23)

  1. 배기 가스 재순환 혼합기 시스템으로서,
    배기 가스 하우징의 내부로의 배기 가스 유입구를 포함하는 배기 가스 하우징;
    혼합기 하우징;
    혼합기 하우징 및 혼합기의 공기 유입구로부터 혼합기의 유출구로의 유로에 있으며, 혼합기의 유출구를 향해 수렴되는 수렴 노즐;
    혼합기 하우징에 있으며, 수렴 노즐로부터 그리고 배기 가스 하우징 내부로부터의 유체 흐름을 수용하기 위해 유체 연통하는 공기-배기 가스 유입구를 포함하는 수렴-발산 노즐;
    혼합기 하우징에 수용되고, 혼합기 하우징에 수용될 때에 수렴 노즐 또는 수렴-발산 노즐의 적어도 일부를 획정하도록 구성되는 제 1 노즐 모듈; 및
    제 1 노즐 모듈이 혼합기 하우징에 없을 때에 혼합기 하우징에 수용되도록 구성되며, 혼합기 하우징에 수용될 때에 수렴 또는 수렴-발산 노즐의 적어도 일부를 획정하도록 구성되며, 제 1 노즐 모듈과 상이한 유동 특성을 갖는 제 2 노즐 모듈
    을 포함하는 배기 가스 재순환 혼합기 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제 1 노즐 모듈이 수렴 노즐의 일부를 획정하는 것인 배기 가스 재순환 혼합기 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    제 2 노즐 모듈이 수렴-발산 노즐의 일부를 획정하는 것인 배기 가스 재순환 혼합기 시스템.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    수렴-발산 노즐의 유입구가 공기-배기 가스-연료 혼합물을 수용하도록 위치되는 것인 배기 가스 재순환 혼합기 시스템.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    수렴 노즐의 수렴 단부에 위치되며, 수렴 노즐의 수렴 단부에서 제 1 압력을 감지하는 위치를 제공하는 제 1 압력 포트를 추가로 포함하는 배기 가스 재순환 혼합기 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    수렴 노즐의 수렴 부분의 상류에 있으며, 수렴 노즐의 상류에서 제 2 압력을 감지하는 위치를 제공하는 제 2 압력 포트를 추가로 포함하는 배기 가스 재순환 혼합기 시스템.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    수렴-발산 노즐의 목부(throat)에 위치하며, 수렴-발산 노즐의 목부 내부에서 제 3 압력을 감지하는 위치를 제공하는 제 3 압력 포트; 및
    수렴-발산 노즐의 발산 부분의 하류에 위치하며, 수렴-발산 노즐의 하류에서 제 4 압력을 감지하는 위치를 제공하는 제 4 압력 포트
    를 추가로 포함하는 배기 가스 재순환 혼합기 시스템.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    수렴-발산 노즐에 의해 획정되며, 수렴 노즐과 수렴-발산 노즐 사이에 위치된 유입구를 구비하며, 배기 가스 재순환 혼합기의 유출구를 향해 액체를 보내며 액체 외부 낙하를 조절하기 위한 위치 및 크기를 갖는 액체 채널
    을 추가로 포함하는 배기 가스 재순환 혼합기 시스템.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    내부 수용기 공동의 내부 표면이 내부 수용기 공동의 하부 부분보다 내부 수용기 공동의 상부 부분을 따라 더 큰 반경을 갖는 비원형인 것인 배기 가스 재순환 혼합기 시스템.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    수렴-발산 노즐의 목부가 수렴 노즐의 수렴 단부보다 더 큰 단면적을 갖는 것인 배기 가스 재순환 혼합기 시스템.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    수렴-발산 노즐의 목부의 단면적이 수렴 노즐의 수렴 단부의 단면적보다 1.1 배 내지 3 배 더 큰 것인 배기 가스 재순환 혼합기 시스템.
  12. 방법으로서,
    복수의 동일한 배기 혼합기 하우징을 수용하는 단계;
    제 1 노즐 모듈 세트를 복수의 실질적으로 동일한 배기 혼합기 하우징의 제 1 세트에 삽입하여 제 1 수렴 및 수렴-발산 노즐 장치를 생성하는 단계; 및
    제 2 노즐 모듈 세트를 복수의 동일한 배기 혼합기 하우징의 제 2 세트로 삽입하여 상이한 제 2 수렴 및 수렴 발산 노즐 장치를 생성하는 단계
    를 포함하는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    제 1 노즐 모듈 세트가 수렴 노즐 세트인 것인 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    제 1 노즐 모듈 세트가 수렴-발산 노즐 세트인 것인 방법.
  15. 제 12 항에 있어서,
    제 2 수렴 및 수렴-발산 노즐 장치가 제 1 수렴 및 수렴-발산 노즐 장치와 상이한 유동 특성을 갖는 것인 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    제 2 노즐 모듈 세트가 제 1 노즐 모듈 세트와 상이한 목부 단면적을 갖는 제 2 수렴-발산 노즐 세트를 포함하는 것인 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    제 2 노즐 모듈 세트가 제 1 노즐 모듈 세트와 상이한 수렴 단부 단면적을 갖는 제 2 수렴 노즐 세트를 포함하는 것인 방법.
  18. 엔진 시스템으로서,
    연소실 내에서 연소되도록 구성된 가연성 혼합물을 수용하도록 구성된 흡기 매니폴드;
    흡기 매니폴드의 상류에 있으며, 흡기 매니폴드로의 공기 흐름을 적어도 부분적으로 조절하도록 구성된 스로틀;
    연소실로부터의 연소 생성물을 수용하도록 구성된 배기 매니폴드; 및
    스로틀의 하류 그리고 흡기 매니폴드의 상류에 있는 배기 가스 재순환 혼합기 시스템
    을 포함하며, 배기 가스 재순환 혼합기가,
    배기 가스 하우징의 내부로의 배기 가스 유입구를 포함하는 배기 가스 하우징;
    혼합기 하우징;
    혼합기 하우징 및 혼합기의 공기 유입구로부터 혼합기의 유출구로의 유로에 있으며, 혼합기의 유출구를 향해 수렴되는 수렴 노즐;
    혼합기 하우징에 있으며, 수렴 노즐로부터 그리고 배기 가스 하우징 내부로부터의 유체 흐름을 수용하기 위해 유체 연통하는 공기-배기 가스 유입구를 포함하는 수렴-발산 노즐;
    혼합기 하우징에 수용되고, 혼합기 하우징에 수용될 때에 수렴 노즐 또는 수렴-발산 노즐의 적어도 일부를 획정하도록 구성되는 제 1 노즐 모듈; 및
    제 1 노즐 모듈이 혼합기 하우징에 없을 때에 혼합기 하우징에 수용되도록 구성되며, 혼합기 하우징에 수용될 때에 수렴 또는 수렴-발산 노즐의 적어도 일부를 획정하도록 구성되며, 제 1 노즐 모듈과 상이한 유동 특성을 갖는 제 2 노즐 모듈
    을 포함하는 것인 엔진 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서, 재순환 혼합기가,
    수렴 노즐의 상류에 위치되며, 수렴 노즐의 상류에서 제 1 압력을 감지하는 위치를 제공하는 제 1 압력 포트; 및
    수렴 노즐의 수렴 단부에 위치되며, 수렴 노즐의 수렴 단부에서 제 2 압력을 감지하는 위치를 제공하는 제 2 압력 포트
    를 포함하는 것인 엔진 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서, 재순환 혼합기가,
    수렴-발산 노즐의 목부에 위치되며, 수렴-발산 노즐의 목부 내에서 제 3 압력을 감지하는 위치를 제공하는 제 3 압력 포트; 및
    수렴-발산 노즐의 하류에 위치되며, 수렴-발산 노즐의 하류에서 제 4 압력을 감지하는 위치를 제공하는 제 4 압력 포트
    를 포함하는 것인 엔진 시스템.
  21. 제 20 항에 있어서, 제어부를 더 포함하고, 이 제어부는
    하나 이상의 프로세서; 및
    하나 이상의 프로세서에 결합되고, 하나 이상의 프로세서에 의한 실행을 위한 프로그래밍 명령을 저장하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체
    를 포함하며, 프로그래밍 명령은, 하나 이상의 프로세서에,
    수렴 노즐의 상류에 위치된 제 1 압력 위치와 수렴 노즐의 수렴 단부에 위치된 제 2 압력 위치 사이의 제 1 차압을 결정하고,
    결정된 제 1 차압에 기초하여 질량 공기 유량을 결정하며,
    수렴-발산 노즐의 목부에 위치된 제 3 압력 위치와 수렴-발산 노즐의 하류에 위치된 제 4 압력 위치 사이의 제 2 차압을 결정하고,
    측정된 제 2 차압에 기초하여 공기-연료-배기 가스 유량을 결정할 것을 지시하는 것인 엔진 시스템.
  22. 제 18 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    엔진 블록 내의 크랭크 케이스;
    크랭크 케이스를 스로틀 상류의 지점에 유체 유동적으로 연결하는 제 1 도관; 및
    크랭크 케이스를 스로틀 하류의 지점에 유체 유동적으로 연결하는 제 2 도관
    을 추가로 포함하며, 스로틀에 걸친 압력차로 인해 공기가 크랭크 케이스를 통해 유동되는 것인 엔진 시스템.
  23. 제 22 항에 있어서,
    제 2 도관이 수렴-발산 노즐의 상류 그리고 수렴 노즐의 하류에서 배기 가스 재순환 혼합기에 유체 유동적으로 연결되는 것인 엔진 시스템.
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