KR20210143877A - 내연 기관용 공기 공급 시스템 - Google Patents

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KR20210143877A
KR20210143877A KR1020217034697A KR20217034697A KR20210143877A KR 20210143877 A KR20210143877 A KR 20210143877A KR 1020217034697 A KR1020217034697 A KR 1020217034697A KR 20217034697 A KR20217034697 A KR 20217034697A KR 20210143877 A KR20210143877 A KR 20210143877A
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starting air
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KR1020217034697A
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크리스토프 마티
라파엘 뤼저
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에이비비 스위츠랜드 엘티디.
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Abstract

본 발명은 내연 기관용 공기 공급 시스템에 관한 것이다. 공기 공급 시스템은 차지 공기를 수용하기 위한 차지 공기 리시버(1) 및 시동 공기 시스템(10)을 포함한다. 시동 공기 시스템(10)은 내연 기관의 시동 과정 중에 특히 시동 공기 공급부로부터의 시동 공기를 내연 기관의 실린더에 간헐적으로 공급하도록 설계된다. 차지 공기 리시버(1)는 내연 기관의 부분-부하 작동 중에 차지 공기 리시버(1)로부터의 차지 공기를 시동 공기 시스템(10)에 공급하기 위해 차지 공기 차단 밸브(6)를 거쳐서 시동 공기 시스템(10)에 연결되며, 따라서 시동 공기 시스템(10)은 내연 기관의 부분-부하 작동 중에 차지 공기를 실린더에 간헐적으로 공급한다. 본 발명은 또한 내연 기관 및 내연 기관 작동 방법에 관한 것이다.

Description

내연 기관용 공기 공급 시스템
본 발명은 내연 기관용 공기 공급 시스템, 내연 기관, 및 내연 기관 작동 방법에 관한 것이다.
내연 기관, 특히 중속 주행 부문의 대형 엔진에는 오늘날 소위 밀러(Miller) 밸브 타이밍과 고효율 고압 충전이 점점 더 많이 장착되고 있다. 타이밍 사이클은 흡기 밸브가 하사점 이전에 폐쇄되는 것을 특징으로 한다. 이 설계는 먼저 연료 소비의 감소로 이어지며, 내부 팽창으로 인해 NOx 배출량이 상당히 감소되지만; 한편으로는 시동, 가속 및 부분 부하 작동 중의 거동에 부정적인 영향을 미친다.
극단적인 밀러 밸브 타이밍 때문에, 공회전 시에 실린더로 들어가는 질량이 너무 작아서 디젤 엔진의 경우에는 압축 단계에서 필요한 연소 온도에 도달하지 못하고 따라서 엔진의 시동이 불가능하다. 또한, 부분 부하 작동의 넓은 범위에서 충전양이 너무 낮아서, 허용 가능한 배기 가스 온도에서의 무연(smoke-free) 연소가 더 이상 보장될 수 없다.
밀러 밸브 타이밍을 갖는 가스 엔진에서, 압축 단계 종료시의 낮은 온도는 가연성에 부정적인 영향을 미치며 따라서 엔진의 작동 거동에 부정적인 영향을 미친다. 일반적으로, 밀러 타이밍 사이클은 가속 거동 및 응답에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 또한, 공회전 및 저부하 작동 시에는, 피스톤의 상하 공간 사이에 바람직하지 않은 부압 강하가 생성되는 작동 상태가 발생할 수 있다.
낮은 부하에서 밀러 밸브 타이밍을 갖는 내연 기관의 부분적으로 불만족스러운 작동 거동에 대한 대책으로서, 오늘날 다양한 기술이 사용된다. 이들 기술 중 일부는 예를 들어 부분 부하 작동 중에 흡기 밸브 폐쇄를 변경하는 것을 목표로 한다.
이상을 감안할 때, 추가적인 개선이 필요하다.
이 목적은 청구항 1에서 청구되는 공기 공급 시스템에 의해 적어도 부분적으로 달성된다. 또한, 상기 목적은 청구항 14에서 청구되는 내연 기관 및 청구항 15에서 청구되는 내연 기관 작동 방법에 의해 달성된다. 하기 설명 및 첨부된 청구범위로부터 추가 실시예, 수정예 및 개선예가 비롯된다.
일 실시예에 따르면, 내연 기관용, 특히 밀러 타이밍 사이클을 갖는 내연 기관용 공기 공급 시스템이 제공된다. 공기 공급 시스템은 차지 공기(charge air)를 수용하기 위한 차지 공기 리시버, 및 시동 공기 시스템을 갖는다. 시동 공기 시스템은 내연 기관의 실린더에 연결되는 시동 공기 공급 라인을 갖는다. 또한, 시동 공기 시스템은 내연 기관의 시동 과정 중에 특히 시동 공기 공급부로부터의 시동 공기를 내연 기관의 실린더에 간헐적으로 공급하도록 구성된다. 차지 공기 리시버는 내연 기관의 부분 부하 작동 중에 차지 공기 리시버로부터의 차지 공기를 시동 공기 시스템에 공급하기 위해 차지 공기 차단 밸브를 거쳐서 시동 공기 시스템에 연결되며, 따라서 시동 공기 시스템은 내연 기관의 부분 부하 작동 시에 차지 공기를 시동 공기 공급 라인을 거쳐서 실린더에 간헐적으로 공급한다.
일 실시예에 따르면, 내연 기관, 특히 밀러 타이밍 사이클을 갖는 내연 기관이 제공된다. 내연 기관은 본 명세서에 개시된 실시예 중 하나에 따른 공기 공급 시스템을 갖는다. 내연 기관은 또한 실린더를 가지며, 시동 공기 시스템은 내연 기관의 시동 과정 중에 시동 공기를 내연 기관의 실린더에 간헐적으로 공급하기 위해 실린더에 연결된다. 내연 기관은 차지 공기를 차지 공기 리시버에 공급하기 위해 차지 공기 리시버에 연결되는 압축기, 특히 터보차저 장치를 갖는다.
일 실시예에 따르면, 내연 기관, 특히 밀러 타이밍 사이클을 갖는 내연 기관을 작동시키기 위한 방법이 개시되며, 여기에서 내연 기관은 본 명세서에 개시된 실시예에 따른 시동 공기 시스템을 갖는다. 상기 방법은 시동 공기 시스템이 시동 공기를 내연 기관의 실린더에 간헐적으로 공급함으로써 내연 기관을 시동하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 내연 기관의 부분 부하 작동 중에 차지 공기 리시버로부터의 차지 공기를 시동 공기 시스템에 공급하여 시동 공기 시스템이 차지 공기를 실린더에 간헐적으로 공급하게 하는 단계를 포함한다.
본 발명은 청구범위에 의해 한정되는 보호 범위를 제한하지 않는 실시예를 참조하여 이하에서 더 상세히 설명된다.
첨부 도면은 실시예를 예시하며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다. 도면의 여러 요소는 서로에 대해 상대적이며 반드시 정확한 축척으로 도시되어 있지는 않다. 마찬가지로, 동일한 참조 부호는 유사한 부분을 지칭한다.
도 1a는 일 실시예에 따른 내연 기관용 공기 공급 시스템을 도시한다.
도 1b는 일 실시예에 따른 내연 기관용 공기 공급 시스템을 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 내연 기관용 공기 공급 시스템을 도시한다.
도 3은 일 실시예에 따른 내연 기관용 공기 공급 시스템을 도시한다.
일 실시예에 따르면, 내연 기관용 공기 공급 시스템이 제공된다. 이것은 바람직하게 밀러 타이밍 사이클을 갖는 내연 기관이다. 특히, 차지 공기와 시동 공기를 조합하여 내연 기관에 공급하기 위한 공기 공급 시스템이 제공된다.
공기 공급 시스템은 시동 공기 시스템(10)을 갖는다. 시동 공기 시스템(10)은 특히 내연 기관의 시동 과정 중에 유리하게 사용될 수 있다. 시동 공기 시스템은 이하에서 시동 공기로 지칭되는 압축 공기가 증가된 압력으로 내연 기관의 실린더에, 특히 연소실에 도입될 수 있게 하며, 내연 기관의 하나 이상의 피스톤은 연료 공급이 결합되어 엔진이 시동될 수 있도록 회전 설정된다.
시동 공기 시스템(10)은 시동 공기 공급 라인(7)을 갖는다. 시동 공기 공급 라인(7)은 내연 기관의 실린더에 연결된다. 내연 기관은 복수의 실린더를 가질 수 있으며, 시동 공기 시스템(10)은 시동 공기 공급 라인(7)을 거쳐서 모든 실린더에 연결될 수 있다. 시동 공기 공급 라인(7)은 편조(braided) 라인 세트이거나 및/또는 복수의 라인일 수 있다. 시동 공기 시스템(10)은 내연 기관의 시동 과정 중에 시동 공기를 내연 기관의 실린더에 간헐적으로 공급하도록 구성된다.
일 태양에 따르면, 간헐적 공급은 시동 공기가 공급이 중단되는 블로킹 인터벌을 두고서 시동 공기 공급 라인을 거쳐서 실린더에 공급되는 공급 시간 인터벌의 주기적인 시퀀스를 포함한다. 간헐적 공급은 (흡기 밸브의 작동 주기의 정수배인, 즉 흡기 밸브의 작동 주기와 대략 동일한 주기이거나 그 절반 또는 두 배인 주기로) 주기적으로 내연 기관의 흡기 밸브의 작동과 동기하여 이루어지는 것이 바람직하다.
시동 공기 공급 라인(7)은 실린더 헤드에 기계적으로 연결될 수 있다. 도 1a, 도 1b, 도 2 및 도 3은 시동 공기 시스템(10) 및 시동 공기 공급 라인(7)의 예시적인 실시예를 도시한다.
시동 공기 공급 라인은 또한 흡기 밸브를 거쳐서 공기 연료 혼합물의 입구에 제공된다. 또한, 시동 공기 공급 라인은 시동 가스 입력부 또는 실린더에의 시동 가스 입구를 가지며, 이는 흡기 밸브와 분리되어 있다. 통상적으로, 시동 공기 공급 라인은 내연 기관의 흡기 라인 또는 흡기 매니폴드에 유체적으로 연결되지 않는다.
시동 공기 시스템은 압축 공기 스타터로 간주될 수도 있다. 시동 공기 시스템은 내연 기관의 시동 과정 중에 시동 공기가 내연 기관의 실린더에 직접 공급될 수 있게 한다. 유리하게, 본 발명에 따른 시동 공기 시스템(10)은 예를 들어 몇 초 이내 또는 심지어 1초 미만의 매우 빠른 시동 과정을 가능하게 한다. 흡기 라인 또는 흡기 매니폴드에 연결되는 기존의 스타터와 대조적으로, 본 발명에 따른 시동 공기 시스템은 통상적으로 시동 공기를 내연 기관의 모든 실린더에 공급하도록 제공되지 않으며, 하나 또는 소수의 실린더, 예를 들어 두 개의 실린더에 공급이 이루어질 수 있다. 통상적으로, 시동 공기는 보편적인 공기 또는 질소이며, 내연 기관용 연료의 배기 가스 공기 또는 가스가 아니다.
시동 공기 시스템(10)은 시동 공기 공급부에 연결될 수 있다. 통상적으로, 시동 공기 공급부는 압축 가스 실린더 또는 압력 용기이다. 시동 공기 시스템(10)은 내연 기관의 시동 과정 중에 시동 공기 공급부로부터의 시동 공기를 내연 기관의 실린더에 간헐적으로 공급하도록 구성될 수 있다. 통상적으로, 시동 공기는 약 30bar의 압력을 가질 수 있다.
시동 공기 시스템(10)은 시동 공기 차단 밸브(12)를 가질 수 있다. 시동 공기 차단 밸브(12)는 내연 기관의 시동 과정 중에 시동 공기의 공급을 개방하도록, 특히 시동 공기 시스템(10)에 대한 시동 공기 공급부의 연결을 개방하도록 작동될 수 있다. 부분 부하 작동 중에, 특히 내연 기관의 전부하(full load) 작동 시에, 시동 공기 시스템(10)에의 시동 공기 공급은 바람직하게 차단된다. 도 1a, 도 1b, 도 2 및 도 3은 시동 공기 차단 밸브(12)의 예시적인 실시예를 도시한다. 일반적으로, 시동 공기 시스템은 정상 작동 시에(예를 들어 시동 과정 후에) 예를 들어 시동 공기 차단 밸브(12)의 봉쇄에 의해 시동 공기의 공급을 차단하도록 구성된다.
시동 공기 시스템(10)은 시동 공기 공급 라인(7)에 배치되는 시동 공기 밸브(3)를 더 포함할 수 있다. 특히, 시동 공기 밸브(3)는 내연 기관의 실린더의 상류에 배치될 수 있다. 시동 공기 공급 라인(7)이 실린더 헤드에 기계적으로 연결되면, 시동 공기 밸브(3)는 실린더 헤드에 기계적으로 연결될 수 있다. 일부 실시예에서, 시동 공기 밸브(3)는 공기 또는 가스가 내연 기관의 실린더로부터 시동 공기 시스템(10)을 향해서 흐르는 것을 방지하는 목적을 수행한다. 이러한 경우에, 시동 공기 밸브(3)는 체크 밸브일 수 있다. 일부 다른 실시예에서, 시동 공기 밸브(3)는 추가적인 설명 과정에서 설명될 추가 기능을 수행한다. 특히, 이러한 경우에는 두 방향으로[실린더로부터 시동 공기 시스템(10) 쪽으로 및 시동 공기 시스템(10)으로부터 실린더 쪽으로]의 공기 또는 가스 흐름을 허용 또는 차단하도록 구성되는 시동 공기 밸브(3)가 사용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 경우에 시동 공기 밸브(3)는 전자기 스위칭 밸브일 수 있다. 도 1a, 도 1b, 도 2 및 도 3은 시동 공기 밸브(3)의 예시적인 실시예를 도시한다.
일 실시예에서, 시동 공기 시스템(10)은 시동 공기 분배기(4)를 가질 수 있다. 시동 공기 분배기(4)는 시동 공기 공급 라인(7)에 연결될 수 있다. 내연 기관이 하나의 실린더를 갖는 경우에, 시동 공기 공급 라인(7)은 하나의 라인을 포함할 수 있으며, 시동 공기 분배기(4)는 시동 공기 공급 라인(7)의 이 라인에 연결될 수 있다. 하나의 실린더를 갖는 내연 기관용 공기 공급 시스템의 실시예가 예를 들어 도 1b에 도시되어 있다. 내연 기관이 복수의 실린더를 갖는 경우에, 시동 공기 공급 라인(7)도 복수의 라인을 가질 수 있으며, 시동 공기 분배기(4)는 바람직하게 시동 공기 공급 라인(7)의 복수의 라인 모두에 연결된다. 복수의 실린더를 갖는 내연 기관용 공기 공급 시스템의 실시예가 도 1a에 예로서 도시되어 있다. 일 실시예에 따르면, 시동 공기 분배기(4)는 특히 내연 기관의 크랭크샤프트와 동기하여 구동되는 하나 이상의 개구를 갖는 회전 샤프트일 수 있다(적절한 경우 1:1 또는 1:2의 고정 기어 비를 갖는). 시동 공기 분배기(4)는 특히 시동 공기 공급부로부터의 시동 공기를 시동 공기 공급 라인(7)을 거쳐서 실린더에 간헐적으로 공급하도록 구성될 수 있다.
도 1a, 도 1b, 도 2 및 도 3은 공기 공급 시스템, 특히 시동 공기 시스템(10)의 개략적인 실시예를 도시한다. 이들 도면에서, 내연 기관의 실린더는 도시되어 있지 않다. 내연 기관의 실린더로의 시동 공기(및 나중에 설명되는 차지 공기) 흐름은 시동 공기 밸브(3)의 상부에서 화살표로 도시된다.
공기 공급 시스템은 또한 차지 공기를 수용하기 위한 차지 공기 리시버(1)를 갖는다. 차지 공기 리시버는 그 자체로 통상의 기술자에게 공지되어 있다. 차지 공기 리시버(1)는 정압이 우세한 압력 챔버이다. 일부 실시예에서, 차지 공기 리시버(1) 내의 정압은 압축기에 의해, 특히 터보차저 장치에 의해 발생될 수 있다. 압축기, 특히 터보차저 장치는 차지 공기 리시버(1)에 차지 공기를 공급하기 위해 차지 공기 리시버에 연결될 수 있다.
차지 공기 리시버(1)는 내연 기관의 부분 부하 작동 중에 차지 공기 리시버(1)로부터의 차지 공기를 시동 공기 시스템(10)에 공급하기 위해 차지 공기 차단 밸브(6)를 거쳐서 시동 공기 시스템(10)에 연결된다. 따라서 차지 공기는 차지 공기 리시버(1)로부터 시동 공기 시스템(10)으로, 그리고 시동 공기 시스템(10)으로부터 시동 공기 공급 라인(7)에 의해 내연 기관의 실린더로 간헐적으로 공급될 수 있다. 바람직하게, 차지 공기의 간헐적 공급은 내연 기관의 부분 부하 작동 중에 이루어진다.
차지 공기 차단 밸브(6)는 시동 과정 중에, 특히 내연 기관의 전부하 작동 시에 시동 공기 시스템(10)으로의 차지 공기 공급을 차단하도록 작동될 수 있다. 내연 기관의 부분 부하 작동 중에, 차지 공기 리시버(1)로부터 시동 공기 시스템(10)으로의 차지 공기 공급은 개방되는 것이 바람직하다. 도 1a, 도 1b, 도 2 및 도 3은 차지 공기 차단 밸브(6)의 예시적인 실시예를 도시한다.
특히 내연 기관의 시동 과정 중의 시동 공기 공급, 및 특히 내연 기관의 부분 부하 작동 중의 차지 공기 공급은 바람직하게 내연 기관의 작동 사이클 내의 정해진 시기에 이루어진다. 다시 말해서, 시동 공기 및 차지 공기의 공급은 바람직하게 내연 기관의 흡기 밸브의 정해진 위치에서(또는 개/폐 국면의 상이한 시기에), 또는 내연 기관의 크랭크샤프트의 정해진 회전 각도에서 이루어진다.
일 실시예에서, 시동 공기 시스템(10)은 내연 기관의 크랭크샤프트의 회전 각도에 따라 시동 공기 및 차지 공기를 실린더에 간헐적으로 공급하도록 구성된다. 시동 공기 시스템(10)은 내연 기관의 흡기 밸브의 개방 중에 또는 후에 실린더에의 차지 공기 공급을 허용하도록 구성될 수 있다. 시동 공기 시스템(10)은 크랭크샤프트가 하사점 이후 30°, 바람직하게 20°의 회전 각도에 도달하기 전에 또는 도달할 때 실린더에의 차지 공기 공급을 차단하도록 구성될 수 있다.
특히 내연 기관의 시동 과정 중의 시동 공기 공급 및 특히 내연 기관의 부분 부하 작동 중의 차지 공기 공급은 바람직하게 작동 사이클 내의 상이한 시기에 이루어진다. 다시 말해서, 시동 공기 시스템(10)에 의한 차지 공기의 간헐적 공급은 시동 공기와 다른 크랭크샤프트의 회전 각도에서 이루어질 수 있다. 시동 공기 시스템(10)은 크랭크샤프트의 제1 회전 각도 범위에서 차지 공기를 및/또는 크랭크샤프트의 제2 회전 각도 범위에서 시동 공기를 간헐적으로 공급할 수 있다. 제1 회전 각도 범위는 제2 회전 각도 범위와 다를 수 있다.
본 발명에 따르면, 시동 공기 시스템(10)의 다양한 특징부는 차지 공기 및/또는 시동 공기의 간헐적 공급을 허용하도록, 그리고 특히 시동 공기와 다른 크랭크샤프트의 회전 각도에서 시동 공기 시스템(10)에 의한 차지 공기의 간헐적 공급을 허용하도록 구성될 수 있다. 이들 실시예 중 일부는 도면을 참조하여 이하에서 설명된다. 그러나 이들 실시예의 특징부는 임의로 조합될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 차지 공기 리시버(1)는 차지 공기 공급 라인을 거쳐서 시동 공기 분배기(4)에 연결될 수 있다. 도 1a 및 도 1b는 차지 공기 리시버(1)가 시동 공기 분배기(4)에 연결되는 실시예를 도시한다. 바람직하게, 차지 공기 차단 밸브(6)는 차지 공기 공급 라인에 제공된다. 시동 공기 분배기(4)는 시동 공기와 차지 공기를 실린더에 간헐적으로 공급하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 시동 공기 분배기는 특히 내연 기관의 크랭크샤프트와 동기하여 구동되는 개구를 갖는 회전 샤프트일 수 있으며, 시동 공기 및/또는 차지 공기는 회전 샤프트의 개구와 시동 공기 공급 라인(7) 사이에 중첩이 존재할 때 간헐적으로 공급된다. 여러 개의 실린더와 시동 공기 공급 라인(7)의 여러 개의 라인이 존재하는 경우에(예를 들어 도 1b에 도시되어 있듯이), 회전 샤프트는 여러 개의 상호 오프셋된 개구를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 시동 공기 분배기(4)는 위상 시프터를 더 포함할 수 있다. 위상 시프터는 시동 공기의 간헐적 공급과 다른 내연 기관의 크랭크샤프트의 회전 각도에서 차지 공기의 간헐적 공급을 허용할 수 있다. 선택적으로, 이 실시예에서, 스위칭 밸브(3)는 체크 밸브일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 시동 공기 시스템(10)은 차지 공기 분배기(8)를 더 포함할 수 있다. 차지 공기 분배기(8)는 특히 시동 공기 분배기(4)에 추가적으로 존재할 수 있다. 차지 공기 리시버(1)와 차지 공기 분배기(8)는 차지 공기 공급 라인을 거쳐서 함께 연결될 수 있다. 바람직하게, 차지 공기 공급 라인에는 차지 공기 차단 밸브(6)가 제공된다. 도 2는 시동 공기 시스템(10)이 차지 공기 분배기(8)를 포함하는 실시예를 도시한다. 특히, 시동 공기 공급 라인(7)은 차지 공기 분배기(8) 및/또는 시동 공기 분배기(4)를 실린더에 연결할 수 있다. 시동 공기 분배기(4)는 시동 공기를 실린더에 간헐적으로 공급하도록 구성될 수 있다. 차지 공기 분배기(8)는 차지 공기를 실린더에 간헐적으로 공급하도록 구성될 수 있다. 시동 공기 시스템(10)이 두 개의 분배기, 즉 시동 공기 분배기(4) 및 차지 공기 분배기(8)를 가지면, 특히 차지 공기에 대한 개방 시기 및 개방 지속시간은 시동 공기에 대한 개방 시기 및 개방 지속시간과 독립적으로, 구체적으로 필요에 따라 설정될 수 있다. 유리하게, 시동 공기 분배기(4)는 일체의 공기 또는 가스가 시동 공기 공급 라인(7)으로부터 시동 공기 분배기(4)를 통해서 흐를 수 없는 중립 위치를 가질 수 있고, 및/또는 차지 공기 분배기(8)는 일체의 공기 또는 가스가 시동 공기 공급 라인(7)으로부터 차지 공기 분배기(8)를 통해서 흐를 수 없는 중립 위치를 가질 수 있다. 특히 복수의 실린더가 존재하고 시동 공기 분배기(4) 및/또는 차지 공기 분배기(8)가 시동 공기 공급 라인(7)의 라인에 복수 연결되어 있는 경우, 시동 공기 분배기(4) 및/또는 차지 공기 분배기(8)는 중립 위치를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 시동 공기 분배기(4) 및/또는 차지 공기 분배기(8)는 특히 내연 기관의 크랭크샤프트와 동기하여 구동되는 회전 샤프트일 수 있다. 선택적으로, 이 실시예에서, 스위칭 밸브(3)는 체크 밸브일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 차지 공기 리시버(1)는 차지 공기 공급 라인(7)을 거쳐서 시동 공기 분배기(4)에 연결될 수 있다. 도 3은 차지 공기 리시버(1)가 시동 공기 분배기(4)에 연결되는 실시예를 도시한다. 바람직하게, 차지 공기 공급 라인(7)에는 차지 공기 차단 밸브(6)가 제공된다. 차지 공기 리시버(1)로부터 시동 공기 시스템(10)으로의 영구적인 차지 공기 공급이 특히 내연 기관의 크랭크샤프트와 독립적으로 이루어질 수 있도록 바람직하게 내연 기관의 부분 부하 작동 중에 시동 공기 분배기(4)를 차단할 수 있다. 실린더가 여러 개인 경우에는, 시동 공기 공급 라인(7)의 모든 라인에 차지 공기가 영구적으로 공급될 수 있도록 시동 공기 분배기(4)를 차단할 수 있다. 시동 공기 공급 라인(7)에 배치되는 시동 공기 밸브(3)는 차지 공기 및/또는 시동 공기를 실린더에 간헐적으로 공급하도록 구성될 수 있다. 시동 공기 밸브(3)는 스위칭 밸브, 특히 전자기 스위칭 밸브일 수 있다. 따라서 시동 공기 시스템(10)으로부터 내연 기관의 실린더로의 차지 공기의 간헐적 공급의 개방 시기 및/또는 개방 지속시간은 시동 공기의 간헐적 공급의 개방 시기 및/또는 개방 지속시간과 독립적으로 각 실린더에 대해 필요한 대로 설정될 수 있다. 일 실시예에서, 시동 공기 분배기(4)는 시동 공기의 간헐적 공급을 위해 구성될 수 있으며, 시동 공기 밸브(3)는 차지 공기의 간헐적 공급을 위해 구성될 수 있다.
공기 공급 시스템, 특히 시동 공기 시스템(10)은 시동 공기 및/또는 차지 공기를 실린더에 간헐적으로 공급하기 위한 시동 공기 밸브(3)의 간헐적 작동, 즉 개폐를 위한 제어기를 더 포함할 수 있다.
선택적으로, 본 명세서에 기재된 각각의 실시예에서, 공기 공급 시스템은 화염(flame) 모니터(2)를 포함할 수 있다. 화염 모니터(2)는 시동 공기 공급부, 시동 공기 공급 라인(7) 또는 차지 공기 리시버(1)로 이어지는 차지 공기 입력 라인 중 적어도 하나에 배치될 수 있다. 화염 모니터(2)는 화염 검출기, 및 실린더로의 공기 공급을 개폐하기 위한, 특히 시동 공기 밸브(3)를 개폐하기 위한 제어 유닛을 포함할 수 있다.
선택적으로, 본 명세서에 기재된 각각의 실시예에서, 공기 공급 시스템은 시동 공기 시스템(10)에 연결되는 압력 릴리프 밸브(5)를 더 포함할 수 있다. 압력 릴리프 밸브(5)는 응답 압력이 초과될 때 시동 공기 시스템(10)으로부터 공기를 전환시키도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 내연 기관, 특히 밀러 타이밍 사이클을 갖는 내연 기관이 제공된다. 내연 기관은 본 명세서에 개시된 실시예 중 하나에 따른 공기 공급 시스템을 갖는다. 또한, 내연 기관은 실린더를 가지며, 시동 공기 시스템(10)은 내연 기관의 시동 과정 중에 내연 기관의 실린더에 시동 공기를 간헐적으로 공급하기 위해 실린더에 연결된다. 바람직하게, 내연 기관은 복수의 실린더를 가지며, 시동 공기 시스템(10)은 시동 공기 공급 라인(7)을 거쳐서 모든 실린더에 연결될 수 있다. 시동 공기 공급 라인(7)은 편조 라인 세트이거나 및/또는 복수의 라인일 수 있다.
내연 기관은 차지 공기 리시버(1)에 차지 공기를 공급하기 위해 차지 공기 리시버(1)에 연결되는 압축기, 특히 터보차저 장치를 갖는다. 시동 공기 시스템(10)은 실린더에 시동 공기 또는 차지 공기를 공급하기 위한 여러 개의 서로 다른 시기를 제공하도록 구성될 수 있다. 특히 내연 기관의 시동 과정 중의 시동 공기 공급 및 특히 내연 기관의 부분 부하 작동 중의 차지 공기 공급은 바람직하게 작동 사이클 내의 상이한 시기에 이루어진다.
일 실시예에 따르면, 내연 기관, 특히 밀러 타이밍 사이클을 갖는 내연 기관을 작동시키기 위한 방법이 개시되며, 여기에서 내연 기관은 본 명세서에 개시된 실시예 중 하나에 따른 시동 공기 시스템(10)을 포함한다. 상기 방법은 시동 공기 시스템(10)이 시동 공기를 내연 기관의 실린더에 간헐적으로 공급함으로써 내연 기관을 시동하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 내연 기관의 부분 부하 작동 중에 차지 공기 리시버(1)로부터의 차지 공기를 시동 공기 시스템(10)에 공급하여 시동 공기 시스템(10)이 차지 공기를 실린더에 간헐적으로 공급하게 하는 단계를 포함한다.
유리하게, 본 명세서에 개시된 실시예 중 하나에 따른 공기 공급 시스템은 기존의 차지 공기 리시버 및/또는 시동 공기 시스템(10)의 하나 이상의 기존 특징부를 갖는 내연 기관에서 경제적으로 실현될 수 있다. 특히, 차지 공기 리시버(1) 및/또는 시동 공기 시스템(10)의 하나 이상의 특징부가 존재하면, 본 발명을 실현하기 위해 실질적인 구조 변경이 전혀 필요하지 않다. 유리하게, 본 발명에 따른 실시예는 내연 기관을 위한 추가 부품을 적은 개수만 요구하며, 이는 비용과 효과 사이에 양호한 비율을 제공한다. 시동 공기 시스템(10)에 의한 차지 공기 리시버(1)를 통한 차지 공기의 간헐적 공급은 특히 공회전 시의 및 부분 부하 작동 중의 "밀러 효과" 또는 밀러 타이밍 사이클의 부정적인 효과를 제거할 수 있다. 종래 기술과 대조적으로, 본 명세서에 기재된 공기 공급 시스템은 흡기 밸브 작동 기구 또는 흡기 밸브에 대한 구조적 변경의 필요 없이 그리고 흡기 밸브 폐쇄에 대한 변경 없이 특히 공회전 시의 및 부분 부하 작동 중의 "밀러 효과" 또는 밀러 타이밍 사이클의 부정적인 효과를 제거할 수 있다. 본 명세서에 기재된 공기 공급 시스템은 특히 공회전 시에 및 부분 부하 작동 중에 밀러 타이밍 사이클이 없는 내연 기관에서도 유리하게 사용될 수 있다.
특정 실시예가 본 명세서에 도시되고 설명되었지만, 도시된 실시예는 본 발명의 보호 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명의 맥락 내에서 적절하게 수정될 수 있다.

Claims (15)

  1. 내연 기관용, 특히 밀러 타이밍 사이클을 갖는 내연 기관용 공기 공급 시스템이며, 상기 공기 공급 시스템은:
    차지 공기를 수용하기 위한 차지 공기 리시버(1); 및
    시동 공기 시스템(10)을 포함하고,
    시동 공기 시스템(10)은 내연 기관의 실린더에 연결되는 시동 공기 공급 라인(7)을 가지며, 시동 공기 시스템(10)은 내연 기관의 시동 과정 중에 특히 시동 공기 공급부로부터의 시동 공기를 내연 기관의 실린더에 간헐적으로 공급하도록 구성되고,
    차지 공기 리시버(1)는 내연 기관의 부분 부하 작동 중에 차지 공기 리시버(1)로부터의 차지 공기를 시동 공기 시스템(10)에 공급하기 위해 차지 공기 차단 밸브(6)를 거쳐서 시동 공기 시스템(10)에 연결되며, 따라서 시동 공기 시스템(10)은 내연 기관의 부분 부하 작동 중에 차지 공기를 시동 공기 공급 라인(7)을 거쳐서 실린더에 간헐적으로 공급하는 공기 공급 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 시동 공기 시스템(10)은 시동 공기 공급 라인(7)에, 특히 내연 기관의 실린더 상류에 배치되는 시동 공기 밸브(3)를 포함하며; 선택적으로 시동 공기 밸브(3)는 체크 밸브인 공기 공급 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 차지 공기 차단 밸브(6)는 내연 기관의 시동 과정 중에 시동 공기 시스템(10)으로의 차지 공기 공급을 차단하고 내연 기관의 부분 부하 작동 중에 차지 공기 리시버(1)로부터의 차지 공기 공급을 개방하도록 작동되고, 및/또는 시동 공기 시스템(10)은 시동 공기 차단 밸브(12)를 포함하고, 시동 공기 차단 밸브(12)는 내연 기관의 부분 부하 작동 중에 시동 공기 시스템(10)으로의 시동 공기 공급을 차단하고 시동 과정 중에 시동 공기의 공급을 개방하도록 작동되는 공기 공급 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 시동 공기 시스템(10)은 내연 기관의 크랭크샤프트의 회전 각도에 따라 시동 공기 및 차지 공기를 실린더에 간헐적으로 공급하도록; 그리고 특히 내연 기관의 흡기 밸브의 개방으로부터 또는 개방 후에 및/또는 크랭크샤프트가 하사점 이후 30°, 바람직하게 20°의 회전 각도에 도달하기 전에 또는 도달할 때까지 차지 공기를 공급하도록 구성되는 공기 공급 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 시동 공기 시스템(10)은 시동 공기의 간헐적 공급과 다른 크랭크샤프트의 회전 각도에서 차지 공기를 간헐적으로 공급하는 공기 공급 시스템.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 시동 공기 시스템(10)은 시동 공기 및 선택적으로 차지 공기를 시동 공기 공급부로부터 시동 공기 공급 라인(7)을 거쳐서 실린더에 간헐적으로 공급하기 위해 시동 공기 공급 라인(7)에 연결되는 시동 공기 분배기(4)를 갖는 공기 공급 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 차지 공기 리시버(1)와 시동 공기 분배기(4)는 차지 공기 공급 라인을 거쳐서 함께 연결되며, 바람직하게 차지 공기 공급 라인에는 차지 공기 차단 밸브(6)가 제공되는 공기 공급 시스템.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 시동 공기 분배기(4)는 시동 공기 및 차지 공기를 실린더에 간헐적으로 공급하도록 구성되며, 특히 시동 공기 분배기(4)는 시동 공기의 간헐적 공급과 다른 내연 기관의 크랭크샤프트의 회전 각도에서 차지 공기의 간헐적 공급을 허용하기 위해 위상 시프터를 더 포함하는 공기 공급 시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 시동 공기 시스템(10)은 특히 시동 분배기(4)에 더하여 차지 공기 분배기(8)를 더 포함하고, 차지 공기 리시버(1)와 차지 공기 분배기(8)는 차지 공기 공급 라인을 거쳐서 함께 연결되며, 시동 공기 공급 라인(7)은 차지 공기 분배기(8)를 실린더에 연결하고, 특히 시동 공기 분배기(4)도 실린더에 연결하는 공기 공급 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 차지 공기 분배기(8)는 차지 공기를 실린더에 간헐적으로 공급하도록 구성되는 공기 공급 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 시동 공기 시스템(10)은 시동 공기 및/또는 차지 공기를 실린더에 간헐적으로 공급하기 위해 시동 공기 공급 라인(7)에 배치되는 시동 공기 밸브(3)를 포함하는 공기 공급 시스템.
  12. 제11항에 있어서, 차지 공기 리시버(1)와 시동 공기 분배기(4)는 차지 공기 공급 라인을 거쳐서 함께 연결되며, 선택적으로 시동 공기 분배기(4)의 차지 공기 공급부는 부분 부하 작동 중에 개방되는 공기 공급 시스템.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 시동 공기 공급부, 시동 공기 공급 라인(7) 또는 차지 공기 리시버(1)로 이어지는 차지 공기 입력 라인 중 적어도 하나에 배치되는 화염 모니터(2)를 더 포함하며, 화염 모니터(2)는 화염 검출기, 및 실린더로의 차지 공기 공급을 개폐하기 위한, 특히 시동 공기 밸브(3)를 개폐하기 위한 제어 유닛을 포함하는 공기 공급 시스템.
  14. 내연 기관, 특히 밀러 타이밍 사이클을 갖는 내연 기관이며,
    - 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 공기 공급 시스템;
    - 실린더로서, 내연 기관의 시동 과정 중에 시동 공기를 내연 기관의 실린더에 간헐적으로 공급하기 위해 시동 공기 시스템(10)이 연결되는 실린더; 및
    - 차지 공기를 차지 공기 리시버(1)에 공급하기 위해 차지 공기 리시버(1)에 연결되는 압축기, 특히 터보차저 장치를 포함하는 내연 기관.
  15. 내연 기관, 특히 밀러 타이밍 사이클을 갖는 내연 기관을 작동시키기 위한 방법이며, 내연 기관은 시동 공기 시스템(10)을 갖고, 상기 방법은:
    - 시동 공기 시스템(10)이 시동 공기를 내연 기관의 실린더에 간헐적으로 공급함으로써 내연 기관을 시동하는 단계;
    - 내연 기관의 부분 부하 작동 중에 차지 공기 리시버(1)로부터의 차지 공기를 시동 공기 시스템(10)에 공급하여 시동 공기 시스템(10)이 차지 공기를 실린더에 간헐적으로 공급하게 하는 단계를 포함하는, 내연 기관 작동 방법.
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