KR20210150374A - 분할 사이클 엔진 제어 - Google Patents

분할 사이클 엔진 제어 Download PDF

Info

Publication number
KR20210150374A
KR20210150374A KR1020217030752A KR20217030752A KR20210150374A KR 20210150374 A KR20210150374 A KR 20210150374A KR 1020217030752 A KR1020217030752 A KR 1020217030752A KR 20217030752 A KR20217030752 A KR 20217030752A KR 20210150374 A KR20210150374 A KR 20210150374A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
recuperator
temperature
engine
combustion
combustion cylinder
Prior art date
Application number
KR1020217030752A
Other languages
English (en)
Inventor
닉 오웬
앤드류 앳킨스
아눕 셀바라즈
Original Assignee
돌핀 엔투 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 돌핀 엔투 리미티드 filed Critical 돌핀 엔투 리미티드
Publication of KR20210150374A publication Critical patent/KR20210150374A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F02D41/0007—Controlling intake air for control of turbo-charged or super-charged engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/021—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B29/00—Engines characterised by provision for charging or scavenging not provided for in groups F02B25/00, F02B27/00 or F02B33/00 - F02B39/00; Details thereof
    • F02B29/04—Cooling of air intake supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B33/00—Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
    • F02B33/02—Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps
    • F02B33/06—Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps with reciprocating-piston pumps other than simple crankcase pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B33/00—Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
    • F02B33/44—Passages conducting the charge from the pump to the engine inlet, e.g. reservoirs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/18—Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D13/00—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing
    • F02D13/02—Controlling the engine output power by varying inlet or exhaust valve operating characteristics, e.g. timing during engine operation
    • F02D13/0203—Variable control of intake and exhaust valves
    • F02D13/0215—Variable control of intake and exhaust valves changing the valve timing only
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/12—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with non-fuel substances or with anti-knock agents, e.g. with anti-knock fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D35/00—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for
    • F02D35/02—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions
    • F02D35/025—Controlling engines, dependent on conditions exterior or interior to engines, not otherwise provided for on interior conditions by determining temperatures inside the cylinder, e.g. combustion temperatures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/06—Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up
    • F02D41/062—Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up for starting
    • F02D41/064—Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up for starting at cold start
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/22—Safety or indicating devices for abnormal conditions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/40—Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
    • F02D41/401—Controlling injection timing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B33/00—Engines characterised by provision of pumps for charging or scavenging
    • F02B33/02—Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps
    • F02B33/06—Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps with reciprocating-piston pumps other than simple crankcase pumps
    • F02B33/22—Engines with reciprocating-piston pumps; Engines with crankcase pumps with reciprocating-piston pumps other than simple crankcase pumps with pumping cylinder situated at side of working cylinder, e.g. the cylinders being parallel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F02D2041/001—Controlling intake air for engines with variable valve actuation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/021—Engine temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/023—Temperature of lubricating oil or working fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2400/00—Control systems adapted for specific engine types; Special features of engine control systems not otherwise provided for; Power supply, connectors or cabling for engine control systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D37/00—Non-electrical conjoint control of two or more functions of engines, not otherwise provided for
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

본 개시의 분할 사이클 엔진은 압축 피스톤(12)을 수용하는 압축 실린더(10), 연소 피스톤(22)을 수용하는 연소 실린더(20), 연소 실린더로부터의 배기 유체(95)와 교차 통로(30)를 통해 압축 실린더로부터 연소 실린더로 공급되는 작동 유체 사이에서 열을 교환하도록 배치된 복열기를 포함한다. 제어기는 복열기의 재료 및 교차 통로의 작동 유체 중 적어도 하나의 온도의 표시에 기초하여 엔진의 동작을 제어하도록 구성된다.

Description

분할 사이클 엔진 제어
본 개시는 분할 사이클 엔진(split cycle engine)의 분야에 관한 것이다. 특히, 본 개시의 양태는 분할 사이클 엔진 내의 온도 제어의 분야에 관한 것이다.
GB 2565050은 작동 유체(working fluid)를 압축하기 위한 압축 실린더와 작동 유체를 연소시키기 위한 연소 실린더를 갖는 분할 사이클 엔진을 개시한다. 엔진은 교차 통로(crossover passage)를 통해 작동 유체를 압축 실린더로부터 연소 실린더로 공급한다. 엔진은 또한 연소 실린더에서 연소의 피크 온도를 결정하고, 이러한 연소의 피크 온도에 기초하여 엔진의 동작을 제어하도록 배치되는 제어기를 포함한다. 예를 들어, 제어기는 냉각제 시스템의 동작, 연소 실린더로의 유체 흐름을 위한 흡기 밸브의 개폐 타이밍, 연료가 연소 실린더로 주입되는 사이클 내의 위치 중 적어도 하나를 제어함으로써 엔진의 동작을 제어할 수 있다. 제어기는 예를 들어 선택된 온도 범위 내에서 피크 온도를 임계값 아래로 유지하기 위해 이러한 동작을 제어하도록 구성된다.
본 개시의 양태는 엔진과 관련된 다른 온도를 제어하고/하거나 연소 실린더에서 연소의 피크 온도를 제어하는 상이한 시스템 및 방법을 제공하는 것을 추구한다.
본 개시의 양태는 독립항에 기재되어 있고, 선택적 특징은 종속항에 기재되어 있다. 본 발명의 양태는 서로 연계하여 제공될 수 있고, 일 양태의 특징은 다른 양태에 적용될 수 있다.
일 양태에서, (i) 압축 피스톤을 수용하는 압축 실린더, (ii) 연소 피스톤을 수용하는 연소 실린더, (iii) 연소 실린더로부터의 배기 유체(exhaust fluid)와 교차 통로를 통해 압축 실린더로부터 연소 실린더로 공급되는 작동 유체 사이에서 열을 교환하도록 배치된 복열기(recuperator), 및 (iv) (i) 복열기의 재료 및 (ii) 교차 통로의 작동 유체 중 적어도 하나의 온도의 표시(indication)에 기초하여 엔진의 동작을 제어하도록 구성된 제어기를 포함하는 분할 사이클 내연 기관이 개시된다. 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 복열기의 재료의 온도의 표시는 예를 들어 복열기와 관련된 동작 조건으로부터 (예를 들어, 연소 실린더를 나가는 작동 유체의 온도의 표시 및/또는 교차 통로의 작동 유체 온도의 표시에 기초하여) 추론될 수 있거나, 예를 들어 복열기 자체 또는 그 일부로부터 직접 감지될 수 있다.
본 개시의 실시예는 엔진의 동작과 관련된 열에 의한 재료(heat-induced material)의 결함을 방지할 수 있다. 예를 들어, 복열기의 재료는 엔진의 동작 중 고온에 노출되는 결과로서 열 크리프(thermal creep)를 겪을 수 있다. 엔진의 동작의 제어를 통해, 복열기에 가해지는 열에 의한 손상을 감소시키도록 복열기의 온도는 제어될 수 있다.
복열기의 재료의 온도는 복열기의 재료의 피크 온도일 수 있다. 피크 온도는 연소 실린더로부터 복열기로 들어가는 배기 작동 유체가 유입되는 지점에서의 복열기에서 경험할 수 있다. 표시된 온도에 기초하여 엔진의 동작을 제어하는 것은 엔진의 온도 또는 복열기와 같은 엔진의 적어도 일부가 선택된 범위 내에 있도록 엔진의 동작을 제어하는 것을 포함할 수 있다. 제어기는 엔진의 계속된 사용이 (상기 구성 요소의 수정된 동작과 함께) 선택된 범위를 향해 복열기 온도와 같은 엔진의 적어도 일부의 온도를 구동하도록 엔진의 적어도 하나의 구성 요소의 동작을 제어할 수 있다.
(i) 복열기의 재료 및 (ii) 교차 통로의 작동 유체 중 적어도 하나의 온도의 표시에 기초하여 엔진의 동작을 제어하는 것은, 표시된 온도가 상한 임계값을 초과하는 경우, 복열기의 재료와 같은 엔진의 적어도 일부의 온도를 감소시키도록 엔진의 동작을 제어하는 것을 포함할 수 있다. 복열기와 같은 엔진의 부분을 통과하는 적어도 하나의 유체의 온도를 감소시키고, 예를 들어 연소 실린더로부터의 배기 유체의 온도를 감소시키고/시키거나 압축 실린더로부터 연소 실린더로 복열기를 통과하는 작동 유체의 온도를 감소시키기 위해 엔진의 동작을 제어함으로써 제어기는 복열기의 재료와 같은 엔진의 적어도 일부의 온도를 감소시키기 위해 엔진의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 이것은 복열기를 통과하는 지점에서 배기 유체의 온도가 상한 임계값보다 낮도록 엔진의 동작을 제어하는 것을 포함할 수 있다. 이것은 복열기의 재료의 손상과 관련된 임계값을 초과하는 복열기의 재료의 피크 온도의 발생(또는 발생 횟수)을 줄일 수 있다.
상한 임계값은 엔진 부분에 대한 재료 손상과 관련된, 예를 들어 복열기에 대한 재료 손상과 관련된 온도에 기초하여 선택될 수 있다. 상한 임계값은 복열기의 재료에 기초하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 상한 임계값은 대략 섭씨 800도일 수 있다. 재료는 인코넬(Inconel)일 수 있고, 상한 임계값은 섭씨 800도일 수 있다. 임계값은 예를 들어 복열기에서 작동 유체의 압력과 같은 압력의 함수일 수 있다는 것이 이해될 것이다. 재료 손상과 관련된 온도는 재료의 열에 의한 열 크리프 문제(heat-induced thermal creep issue)와 관련된 온도일 수 있다.
(i) 복열기의 재료 및 (ii) 교차 통로의 작동 유체 중 적어도 하나의 온도의 표시에 기초하여 엔진의 동작을 제어하는 것은, 표시된 온도가 하한 임계값 아래인 경우, 복열기의 재료와 같은 엔진의 적어도 일부의 온도를 증가시키도록 엔진의 동작을 제어하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이것은 예를 들어 복열기를 통과하는 유체에 대해 복열기에서 작동 유체의 온도를 증가시키기 위한 것일 수 있다. 복열기와 같은 엔진의 부분을 통과하는 적어도 하나의 유체의 온도를 증가시키고, 예를 들어 연소 실린더로부터의 배기 유체의 온도를 증가시키고/시키거나 압축 실린더로부터 연소 실린더로 복열기를 통과하는 작동 유체의 온도를 증가시키기 위해 엔진의 동작을 제어함으로써 제어기는 복열기의 재료와 같은 엔진의 적어도 일부의 온도를 증가시키기 위해 엔진의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 이것은 복열기를 통과하는 지점에서 배기 유체의 온도가 하한 임계값보다 높도록 엔진의 동작을 제어하는 것을 포함할 수 있다. 이것은 복열기(및 이에 따른 작동 유체) 온도가 충분히 낮아져 유체에 대한 연소 레벨을 방해할 수 있는 시간을 줄일 수 있다.
복열기는 (i) 압축 실린더로부터 연소 실린더로 이동하는 유체를 위한 제1 통로, 및 (ii) 연소 실린더의 배기부로부터 이동하는 배기 유체를 위한 제2 통로를 포함할 수 있다. 복열기는 사용 시 더 뜨거운 배기 유체가 연소 실린더로 주입되기 전에 더 차가운 작동 유체로 열을 전달할 수 있도록 배치된다. 제2 통로는 제1 통로보다 더 뜨거운 유체를 수용하도록 배치된다. 복열기는 제2 통로로부터 제1 통로로, 예를 들어, 제2 통로의 유체로부터 제1 통로의 유체로 열 전달을 제공하도록 배치될 수 있다. 복열기의 재료의 온도는 복열기의 임의의 재료의 피크 온도를 포함할 수 있다. 이는 평균 복열기 온도 및/또는 복열기의 더 뜨거운 측면(예를 들어, 제2 통로)을 나타내는 온도를 포함할 수 있다. 이는 두 유체 온도의 평균 또는 두 유체 온도 중 하나의 표시를 포함할 수 있다. 온도(및 모든 임계 온도)는 압력에 따라 달라질 수 있다(예를 들어, 따라서 이의 값은 현재 압력에 따라 변경될 수 있음).
엔진은 연소 실린더로부터 복열기로 흐르는 배기 유체에 의해 구동되도록 배치된 터빈을 포함할 수 있다. 배기 유체를 사용하여 터빈을 구동하면 배기 유체의 온도를 감소시킬 수 있다. 결과적으로, 이것은 복열기를 통해 흐르는 배기 유체의 온도를 감소시킬 수 있고, 따라서 복열기의 재료의 온도를 감소시킬 수 있다. 제어기는 연소 실린더로부터의 배기 유체의 온도를 조절하기 위해 터빈의 동작을 제어함으로써 표시된 온도에 기초하여 엔진의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 터빈의 동작을 제어하는 것은 터빈을 지나 흐르는 배기 유체에 터빈에 의해 부여되는 저항의 정도를 제어하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 터빈에 의해 차단되는 유체의 흐름 경로의 비율은 변화될 수 있고/있거나 터빈은 가변 기어 시스템에 연결될 수 있다.
터빈은 압축 실린더에 공급될 흡입 유체(inlet fluid)를 압축하기 위해 배치된 압축기에 결합될 수 있다. 압축기는 터보차저(turbocharger)일 수 있다. 압축기는 압축 실린더에 공급되는 작동 유체의 압력과 밀도를 증가시킴으로써, 엔진을 통해 이동하는 작동 유체의 질량이 더 많아질 수 있다. 이러한 압축기의 사용은 증가된 출력 및 엔진의 더 높은 동작 온도를 제공할 수 있다. 이것은 증가된 동작 온도의 결과로 복열기의 증가된 온도를 제공할 수 있다. 그러나, 터빈은 배기 유체와 터빈의 상호 작용으로 인해 배기 유체의 열 에너지가 복열기에 도달하기 전에 감소함에 따라 냉각 효과를 가질 수 있다. 터빈은 배기 유체의 흐름으로부터 전력을 수집(harvest)하기 위해 발전기, 예를 들어 터보 발전기와 같은 다른 수단에 결합될 수 있다. 이러한 수집된 전력은 예를 들어 전기 저장 수단에 저장되고/되거나 전자 과급기(e-supercharger)에 제공될 수 있다.
엔진은 연소 실린더로부터의 배기 유체의 적어도 일부가 터빈을 구동하지 않고 복열기로 흐를 수 있게 하도록 배치된 터빈 바이패스 통로(turbine bypass passage)를 포함할 수 있다. 터빈 바이패스 밸브는 터빈 바이패스 통로를 통해 흐를 수 있는 유체의 볼륨(volume)을 제어하기 위해 제공될 수 있으며, 이는 유체가 터빈 바이패스 통로를 통해 흐를 수 없는 제1 위치와 실질적으로 가능한 한 많은 유체가 터빈 바이패스 통로를 통해 흐를 수 있는 제2 위치 사이에서 이동할 수 있다. 제어기는 터빈 바이패스 통로의 사용을 제어함으로써 표시된 온도에 기초하여 엔진의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 표시된 온도가 상한 임계값보다 높은 경우, 제어기는 바이패스 통로를 통해 흐를 수 있는 유체의 볼륨을 제한함으로써, 더 많은 유체가 (예를 들어, 냉각을 위해) 터빈을 지나 흘러야 한다. 표시된 온도가 하한 임계값 미만인 경우, 제어기는 바이패스 통로를 통해 흐를 수 있는 유체의 볼륨을 증가시킴으로써, 더 적은 유체가 터빈을 지나 흘러야 한다(예를 들어, 배기 유체가 따뜻하게 하기 위해 복열기에서 더 뜨거워져 도달함). 제어기는 복열기의 온도가 선택된 범위 내에 있도록 터빈 바이패스 통로의 사용을 제어할 수 있다. 터빈 바이패스 통로는 터빈용 웨이스트게이트(wastegate)를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 터빈은 예를 들어 가변 피치(pitch)의 가이드 베인(guide vane)을 포함하는 가변 기하학적 터빈(variable-geometry turbine)을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 제어기는 예를 들어 엔진의 온도를 제어하기 위해 가이드 베인의 피치를 제어하도록 구성될 수 있다.
엔진은 적어도 일부의 유체가 복열기를 통해 흐르는 것을 방지할 수 있도록 배치된 복열기 바이패스 통로를 포함할 수 있다. 복열기 바이패스 통로는 (i) 작동 유체가 압축 실린더로부터 연소 실린더로 흐르도록 하여 복열기를 통한 여정(journey)이 더 적은(예를 들어, 없음) 통로, 및/또는 (ii) 배기 유체가 연소 실린더로부터 배기로 흐르도록 하여 복열기를 통한 여정이 더 적은(예를 들어, 없음) 통로 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 복열기 바이패스 통로는 (예를 들어, 제1 또는 제2 통로를 바이패스하기 위해) 복열기의 양쪽에 대한 바이패스일 수 있다. 복열기 바이패스 통로는 연소 실린더로부터의 배기 유체의 적어도 일부가 복열기를 통해 흐르는 것을 방지할 수 있도록 배치될 수 있다.
제어기는 복열기 바이패스 통로의 사용을 제어함으로써 표시된 온도에 기초하여 엔진의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 제어기는 복열기를 통해 흐르는 유체 및/또는 유체의 볼륨을 제어함으로써 복열기 내의 온도를 제어할 수 있다. 표시된 온도가 너무 높은 경우, 제어기는 복열기를 통해 흐르는 유체의 평균 온도가 감소되도록 엔진의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 복열기 바이패스 통로는 표시된 온도가 더 낮았을 때보다 뜨거운 배기 유체의 더 많은 비율이 복열기로부터 벗어나도록 제어될 수 있다. 표시된 온도가 너무 낮은 경우, 제어기는 복열기를 통해 흐르는 유체의 평균 온도가 증가되도록 엔진의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 복열기 바이패스 통로는 뜨거운 배기 유체의 더 많은 비율이 복열기를 통해 이동하도록 제어될 수 있다. 복열기의 제1 통로와 관련된 복열기 바이패스 통로에 대해서도 마찬가지로 유지될 수 있으며, 다만, 이 쪽의 유체가 다른 쪽보다 차가운 경우에는 복열기 바이패스 통로의 사용의 제어는 제2 통로에 대해 설명한 것과 반대일 수 있다.
제어기는 (i) 연소 실린더의 흡기 및/또는 배기 밸브에 대한 개폐 시간, 및 (ii) 연소 실린더로의 연료의 공급 타이밍 중 적어도 하나를 제어함으로써 표시된 온도에 기초하여 엔진의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 표시된 온도가 임계값보다 낮은 경우, 제어기는 (i) 흡기 밸브가 더 일찍 열리고, (ii) 배기 밸브가 더 일찍 열리며, (iii) 연료가 연소 실린더에 더 일찍 공급되도록 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 표시된 온도가 임계값보다 큰 경우, 제어기는 (i) 흡기 밸브가 나중에 열리고, (ii) 배기 밸브가 나중에 열리며, (iii) 연료가 나중에 연소 실린더에 공급되도록 동작을 제어할 수 있다. 배기 밸브를 더 일찍 열면 더 뜨거운(예를 들어, 더 최근에 연소된 및/또는 덜 팽창된 연소된) 유체가 복열기로 통과할 수 있게 할 수 있다. 결과적으로, 이것은 복열기를 가열할 수 있고, 따라서 작동 유체가 연소 실린더로 이동하며, 이는 작동 유체가 실린더로 더 빠르게 흐르고 연소 전 온도를 더 가열할 수 있다. 결과적으로, 더 완전한 연소가 발생하여 배기 온도가 상승하여 복열기 온도가 상승할 수 있다.
엔진은 압축 실린더에 공급될 흡입 유체를 냉각 및/또는 압축하기 위한 인터쿨러(intercooler)를 포함할 수 있다. 이렇게 하면, 물과 같은 액체는 냉각된 유체로부터 응축될 수 있다. 엔진은 인터쿨러로부터 획득된 액체(예를 들어, 응축된 액체)가 냉각제로서 사용될 수 있는 압축 실린더에 공급될 수 있게 하도록 구성된 유체 통로를 포함할 수 있다. 냉각제를 주입하면 압축 실린더와 연소 실린더 모두에서 작동 유체의 온도를 감소시킬 수 있으며, 이는 배기 온도를 감소시킬 수 있으므로, 복열기의 양쪽에는 더 낮은 온도의 유체가 수용되어, 복열기의 온도를 낮출 수 있다.
제어기는, (i) 압축 실린더에 공급될 흡입 유체를 압축하기 위한 압축기(예를 들어, 여기서 압축기는 터보차저임); (ii) 압축 실린더에 공급될 흡입 유체를 냉각하기 위한 인터쿨러; (iii) 연소 실린더에 공급되는 작동 유체의 온도를 조절하도록 배치된 냉각제 시스템; (iv) 연소 실린더용 흡기 밸브; (v) 연소 실린더용 배기 밸브; (vi) 연소 실린더에 대한 연료 주입 타이밍; (vii) (예를 들어, 가변 기하학 터빈의 베인 피치를 제어함으로써) 연소 실린더로부터 복열기로 흐르는 배기 유체에 의해 구동되도록 배치된 터빈; (viii) 터빈 바이패스 통로; (ix) 복열기 바이패스 통로; 및 (x) 압축 실린더의 입구 포트 및/또는 출구 포트; (xi) 열전 발전기 및/또는 유기 랭킨 사이클(Organic Rankine Cycle)과 같은 열 엔진 중 적어도 하나의 동작을 제어함으로써 표시된 온도에 기초하여 엔진의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 상술한 수단의 각각은 복열기의 재료의 온도를 증가 및/또는 감소시키는 데 사용될 수 있다.
일 양태에서, 분할-사이클 엔진에서 복열기의 재료의 온도의 표시에 기초하여 엔진의 동작을 제어하는 상응하는 방법이 제공된다. 방법은 (i) 압축 피스톤을 수용하는 압축 실린더, (ii) 연소 피스톤을 수용하는 연소 실린더, 및 (iii) 연소 실린더로부터의 배기 유체와 압축 실린더로부터 연소 실린더로 공급되는 작동 유체 사이에서 열을 교환하도록 배치된 복열기를 포함하는 분할 사이클 내연 기관을 제어하기 위한 것이다. 방법은 복열기의 재료의 온도의 표시를 획득하는 단계, 및 표시된 온도에 기초하여 엔진의 동작을 제어하는 단계를 포함한다. 선택적인 특징은 장치에 관련하여 상술되었음을 이해해야 한다.
일 양태에서, (i) 압축 피스톤을 수용하는 압축 실린더, (ii) 연소 피스톤을 수용하고 연소 실린더로부터 배기 유체를 배출하기 위한 배기 밸브를 갖는 연소 실린더; (iii) 연소 실린더로부터의 배기 유체와 압축 실린더로부터 연소 실린더로 공급되는 작동 유체 사이에서 열을 교환하도록 배치된 복열기; 및 (iv) (i) 복열기와 관련된 온도, 및 (ii) 연소 실린더와 관련된 온도 중 적어도 하나의 표시에 기초하여 배기 밸브의 동작을 제어하도록 구성된 제어기를 포함하는 분할 사이클 내연 기관이 제공된다.
본 개시의 실시예는 연소 실린더의 배기 밸브의 개폐 시간을 제어함으로써 엔진 온도가 조절될 수 있게 할 수 있다. 예를 들어, 배기 밸브를 일찍 열면 (완전히 팽창하지 않고 더욱 최근에 연소된) 더 뜨거운 가스가 배출될 수 있다. 따라서 이러한 더 뜨거운 배기 가스는 복열기를 더 가열할 수 있으며, 이는 결과적으로 압축 실린더로부터 연소 실린더로 공급되는 작동 유체를 더 많이 가열할 수 있다. 이러한 작동 유체를 가열하면 작동 유체의 압력 증가로 인해 연소 실린더 내로의 유체 진입 속도가 더 빨라질 수 있으며, 이는 연소 실린더 내의 연료와의 더 나은 혼합을 제공할 수 있다. 그러나, 일부 예에서, 작동 유체의 흐름은 막힐 수 있으며, 이러한 예에서 작동 유체를 가열하면 유체가 연소 실린더로 진입되는 속도가 변경되지 않을 수 있다. 연소 실린더의 작동 유체 사전 연소가 온도 임계값보다 높으면 더 완전한 연소를 제공할 수도 있다. 이러한 실시예는 엔진 시동 동안과 같이 엔진 실행 온도가 낮을 때 특정 적용을 찾을 수 있다.
복열기와 관련된 온도는 복열기의 재료의 온도(예를 들어, 피크 재료 온도)일 수 있다. 복열기와 관련된 온도는 복열기를 통과하는 유체 중 적어도 하나에 대한 유체 온도일 수 있다. 연소 실린더와 관련된 온도는 연소 실린더에 들어가는 작동 유체의 온도일 수 있다. 연소 실린더와 관련된 온도는 연소 실린더의 연소의 온도, 예를 들어 연소 실린더의 연소의 피크 온도일 수 있다. 제어기는 표시된 온도가 선택된 범위 밖에 있는 경우, 관련 온도를 선택된 범위 내로 구동하기 위해 엔진이 동작되도록 엔진의 동작을 제어하도록 구성된다.
표시된 온도에 기초하여 배기 밸브의 동작을 제어하는 것은, 표시된 온도가 최소 임계값 미만인 경우, 표시된 온도가 최소 임계값 이상인 경우에 배기 밸브의 개방 시간보다 빠른 사이클의 시간에 개방할 배기 밸브의 동작을 제어하는 것을 포함할 수 있다. 배기 밸브를 더 일찍 개방하는 것은 피스톤이 그 사이클 동안 상사점(top dead centre)으로부터 더 짧은 거리를 이동한 후에 배기 밸브를 개방하는 것을 포함할 수 있다. 최소 임계값은 엔진의 동작 조건에 기초하여 선택될 수 있으며, 예를 들어, 이는 연소 실린더 내의 연료의 임계 백분율의 완전 연소와 관련된 값일 수 있다. 배기 밸브가 개방되는 위치/타이밍은 표시된 온도에 기초하여 선택될 수 있으며, 예를 들어, 밸브가 얼마나 일찍 개방되는지는 수신된 표시를 기반으로 제어기에 의해 결정된다. 표시된 온도에 대한 여러 임계값이 있을 수 있으며, 표시된 온도보다 낮은 임계값에 따라 개방 시간이 선택될 수 있다.
연소 실린더는 연소 실린더로의 작동 유체의 흐름을 제어하기 위한 흡기 밸브를 가질 수 있다. 제어기가 더 빠른 시간에 개방할 배기 밸브를 제어하는 경우에, 제어기는 표시된 온도가 최소 임계값 이상인 경우에 흡기 밸브의 개방 시간보다 빠른 사이클의 시간에 개방할 흡기 밸브의 동작도 제어하도록 구성된다. 흡기 밸브는 배기 밸브가 더 일찍 개방되는 양에 상응하는 양(예를 들어, 이는 동일한 양일 수 있음)만큼 더 일찍 개방될 수 있다.
일 양태에서, 분할 사이클 내연 기관을 제어하는 방법이 제공되며, 방법은, (i) 압축 피스톤을 수용하는 압축 실린더, (ii) 연소 피스톤을 수용하고 연소 실린더로부터 배기 유체를 배출하기 위한 배기 밸브를 갖는 연소 실린더, (iii) 연소 실린더로부터의 배기 유체와 압축 실린더로부터 연소 실린더로 공급되는 작동 유체 사이에서 열을 교환하도록 배치된 복열기를 포함한다. 방법은 (i) 복열기와 관련된 온도; 및 (ii) 연소 실린더와 관련된 온도 중 적어도 하나의 표시를 획득하는 단계; 및 표시된 온도에 기초하여 배기 밸브의 동작을 제어하는 단계를 포함한다.
일 양태에서, (i) 압축 피스톤을 수용하는 압축 실린더; (ii) 연소 피스톤을 수용하는 연소 실린더; (iii) 연소 실린더로부터의 배기 유체와 압축 실린더로부터 연소 실린더로 공급되는 작동 유체 사이에서 열을 교환하도록 배치된 복열기; 및 (iv) 적어도 일부의 유체가 복열기를 통해 흐르는 것을 방지하도록 선택적으로 동작 가능한 복열기 바이패스 통로를 포함하는 분할 사이클 내연 기관이 제공된다.
본 개시의 실시예는 복열기를 통해 유체 흐름을 제어함으로써 엔진의 온도가 조절되는 것을 가능하게 할 수 있다. 더 뜨거운 배기 유체를 연소 실린더로 흐르는 더 차가운 작동 유체와 접촉시킴으로써, 둘 사이에서 열이 교환될 수 있다. 이러한 열 교환은 복열기를 통해 흐르는 유체의 볼륨에 의해 제어될 수 있으며, 따라서 복열기 바이패스 통로는 이러한 양이 제어될 수 있게 함으로써 엔진의 온도가 조절된다.
엔진은 (i) 복열기와 관련된 온도, 및 (ii) 연소 실린더와 관련된 온도 중 적어도 하나의 표시에 기초하여 복열기 바이패스 통로의 동작을 제어하도록 구성된 제어기를 포함할 수 있다. 복열기 바이패스 통로, 그 동작 및/또는 표시된 온도는 본 명세서에 이미 개시된 방식으로 배치/동작될 수 있다.
일 양태에서, (i) 압축 피스톤을 수용하는 압축 실린더; (ii) 연소 피스톤을 수용하는 연소 실린더; (iii) 연소 실린더로부터의 배기 유체와 압축 실린더로부터 연소 실린더로 공급되는 작동 유체 사이에서 열을 교환하도록 배치된 복열기; (iv) 연소 실린더로부터 복열기로 흐르는 배기 유체에 의해 구동되도록 배치된 터빈: 및 (v) 배기 유체의 적어도 일부가 터빈을 구동하지 않고 복열기로 흐를 수 있도록 선택적으로 동작 가능한 터빈 바이패스 통로를 포함하는 분할 사이클 내연 기관이 제공된다.
본 개시의 실시예는 연소 실린더로부터 복열기로 흐르는 배기 가스에 의해 에너지가 (예를 들어, 발전기 또는 압축기를 구동하기 위해) 이용될 수 있게 할 수 있다. 이것은 부가적인 에너지가 엔진에 의해 이용될 수 있게 할 수 있다. 또한, 터빈은 배기 유체의 온도를 감소시킬 수 있으며, 이는 복열기에서 교환되는 열의 양을 감소시킬 수 있다. 일부 경우에는 복열기에서 교환되는 열의 양을 증가/최대화하는 것이 바람직할 수 있으며, 따라서 터빈 바이패스 통로는 복열기로 이동할 때 더 적은 열을 손실하도록 배기 유체에 의해 사용될 수 있다. 이것은 예를 들어 터빈 바이패스 통로를 통해 흐르는 유체의 볼륨을 제어함으로써 터빈 바이패스 통로를 이용하는 유체의 볼륨에 기초한 엔진 온도의 조절을 가능하게 할 수 있다.
엔진은 (i) 복열기와 관련된 온도, 및 (ii) 연소 실린더와 관련된 온도 중 적어도 하나의 표시에 기초하여 터빈 바이패스 통로의 동작을 제어하도록 구성된 제어기를 포함할 수 있다. 터빈, 터빈 바이패스 통로, 그 동작 및/또는 표시된 온도는 본 명세서에 이미 개시된 방식으로 배치/동작될 수 있다.
일 양태에서, 분할 사이클 내연 기관을 동작하는 방법이 제공되며, 방법은, (i) 압축 피스톤을 수용하는 압축 실린더, (ii) 연소 피스톤을 수용하는 연소 실린더, (iii) 연소 실린더로부터의 배기 유체와 압축 실린더로부터 연소 실린더로 공급되는 작동 유체 사이에서 열을 교환하도록 배치된 복열기; 및 (iv) 적어도 일부 유체가 복열기를 통해 흐르는 것을 방지하도록 선택적으로 동작 가능한 복열기 바이패스 통로를 포함한다. 방법은 (i) 연소 실린더와 관련된 온도, 및 (ii) 복열기와 관련된 온도 중 적어도 하나의 표시를 획득하는 단계; 및 표시된 온도에 기초하여 바이패스 통로의 사용을 제어하는 단계를 포함한다.
일 양태에서, 분할 사이클 내연 기관을 동작하는 방법이 제공되며, 방법은, (i) 압축 피스톤을 수용하는 압축 실린더, (ii) 연소 피스톤을 수용하는 연소 실린더, (iii) 연소 실린더로부터의 배기 유체와 압축 실린더로부터 연소 실린더로 공급되는 작동 유체 사이에서 열을 교환하도록 배치된 복열기; (iv) 연소 실린더로부터 복열기로 흐르는 배기 유체에 의해 구동되도록 배치된 터빈; 및 (v) 배기 유체의 적어도 일부가 터빈을 구동하지 않고 복열기로 흐를 수 있도록 선택적으로 동작 가능한 터빈 바이패스 통로를 포함한다. 방법은 (i) 연소 실린더와 관련된 온도, 및 (ii) 복열기와 관련된 온도 중 적어도 하나의 표시를 획득하는 단계; 및 표시된 온도에 기초하여 바이패스 통로의 사용을 제어하는 단계를 포함한다.
일 양태에서, (i) 압축 피스톤을 수용하는 압축 실린더; (ii) 연소 피스톤을 수용하는 연소 실린더; (iii) 연소 실린더로부터의 배기 유체와 압축 실린더로부터 연소 실린더로 공급되는 작동 유체 사이에서 열을 교환하도록 배치된 복열기; (iv) 연소 실린더로부터 복열기로 흐르는 배기 유체에 의해 구동되도록 배치된 터빈: 및 (v) (i) 연소 실린더와 관련된 온도, 및 (ii) 복열기와 관련된 온도 중 적어도 하나의 표시에 기초하여 터빈의 동작을 제어하도록 구성된 제어기를 포함하는 분할 사이클 내연 기관이 제공된다.
본 개시의 실시예는 연소 실린더로부터 복열기로 흐르는 배기 가스에 의해 에너지가 (예를 들어, 발전기 또는 압축기를 구동하기 위해) 이용될 수 있게 할 수 있다. 이것은 부가적인 에너지가 엔진에 의해 이용될 수 있게 할 수 있다. 또한, 터빈은 배기 유체의 온도를 감소시킬 수 있으며, 이는 복열기에서 교환되는 열의 양을 감소시킬 수 있다. 제어기는 엔진의 온도를 조절하기 위해 터빈의 동작을 제어할 수 있다. 터빈, 그 동작 및/또는 표시된 온도는 본 명세서에 이미 개시된 방식으로 배치/동작될 수 있다.
일 양태에서, 분할 사이클 내연 기관을 제어하는 방법이 제공되며, 방법은, (i) 압축 피스톤을 수용하는 압축 실린더, (ii) 연소 피스톤을 수용하는 연소 실린더, (iii) 연소 실린더로부터의 배기 유체와 압축 실린더로부터 연소 실린더로 공급되는 작동 유체 사이에서 열을 교환하도록 배치된 복열기; 및 (iv) 연소 실린더로부터 복열기로 흐르는 배기 유체에 의해 구동되도록 배치된 터빈을 포함한다. 방법은 (i) 연소 실린더와 관련된 온도, 및 (ii) 복열기와 관련된 온도 중 적어도 하나의 표시를 획득하는 단계; 및 표시된 온도에 기초하여 터빈의 동작을 제어하는 단계를 포함한다.
본 개시의 양태는 본 명세서에 개시된 임의의 방법을 수행하는 프로세서를 프로그래밍하도록 구성된 프로그램 명령어를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품을 포함할 수 있다.
일부 실시예는 이제 도면과 관련하여 단지 예로서 설명될 것이다.
도 1은 예시적인 분할 사이클 내연 기관의 개략도를 도시한다.
도 2는 분할 사이클 내연 기관을 위한 예시적인 동작 방법을 예시하는 흐름도를 도시한다.
도면에서 유사한 참조 번호는 유사한 요소를 나타내기 위해 사용된다.
본 개시의 예는 분할 사이클 내연 기관의 온도를 제어하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 엔진의 동작은 엔진 온도의 적어도 하나의 획득된 표시에 기초하여 제어될 수 있다.
엔진의 관련 온도는 엔진의 교차 통로에 있는 복열기와 같은 엔진의 구성 요소의 재료의 온도일 수 있다. 복열기의 가장 뜨거운 부분은 예를 들어 연소 실린더로부터 복열기에 들어가는 배기 작동 유체의 진입 지점일 수 있다. 일부 예에서, 복열기는 복열기에 들어가는 작동 유체를 확산시키는 확산기를 가질 수 있다. 확산기는 복열기가 연소 실린더로부터 배기 작동 유체를 수용하는 지점에 결합될 수 있으며; 즉, 복열기는 배기 작동 유체 입구 포트를 가질 수 있고, 확산기는 이러한 배기 작동 유체 입구 포트에 결합될 수 있다. 이러한 구성 요소에 도달된 높은 재료 온도는 수명에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 본 개시의 시스템 및 방법은 구성 요소 온도가 선택된 임계값 미만으로 유지될 수 있도록 엔진의 동작을 제어하기 위해 제공된다. 이것은 엔진의 수명을 늘리는 데 도움이 된다.
엔진의 관련 온도는 복열기와 관련된 온도 및/또는 연소 실린더와 관련된 온도 중 하나일 수 있다. 이러한 온도를 조절하기 위해 엔진의 동작을 제어하는 시스템 및 방법이 제공될 수 있다. 일부 엔진 온도가 너무 낮아 엔진의 동작이 방해될 수 있다. 예를 들어, 연소 전에 연소 실린더의 작동 유체의 온도가 너무 낮으면, 이는 비효율적인 연소로 이어질 수 있다. 엔진의 일부 온도가 너무 높으면, 엔진의 동작도 해로울 수 있다. 예를 들어, 연소의 피크 온도가 너무 높으면, 이는 NOx와 같은 바람직하지 않은 오염 물질이 출력될 수 있다. 엔진의 동작은 이러한 두 지대(zone) 사이의 범위에서 온도를 제공하도록 제어될 수 있다.
도 1은 내연 기관(100)의 개략도를 도시한다. 엔진(100)의 온도를 조절하는 시스템의 다수의 상이한 예는 도 1에 도시되어 있다. 도시된 조합은 제한적인 것으로 간주되지 않아야 한다는 것이 이해되어야 한다. 대신에, 구성 요소는 함께 도시되고, 간결성을 위해 그 자체로서 설명된다. 그러나, 온도를 조절하기 위해 사용되는 구성 요소의 임의의 조합이 예상된다는 것을 이해해야 한다.
기본적인 수준에서, 엔진(100)은 압축 실린더(10)와 연소 실린더(20)를 포함한다. 이 둘은 복열기(35)의 형태로 열교환기를 포함하는 교차 통로(30)에 의해 연결된다.
압축 실린더(10)는 커넥팅 로드(connecting rod)(52)를 통해 크랭크 샤프트(70)의 일부 상의 각각의 크랭크에 결합되는 압축 피스톤(12)을 수용한다. 압축 실린더(10)는 엔진(100)에 공급되는 유체를 수용하기 위한 입구 포트(8)와 교차 통로(30)에 결합된 출구 포트(9)를 포함한다. 포트는 예를 들어, 출구 포트(9)를 통해 교차 통로(30)로 유출된 유체가 압축 실린더(10)로 다시 흐를 수 없도록 일방향 밸브와 같은 밸브를 포함할 수 있다.
교차 통로(30)는 압축 실린더(10)로부터 연소 실린더(20)로의 유체 흐름 경로를 제공한다. 이 통로는 제1 통로(36)(복열기(35)의 "저온측(cold-side)"이라고도 함) 및 제2 통로(37)(복열기(35)의 "고온측(hot-side)"이라고도 함)인 2개의 유체 통로를 갖는 복열기(35)를 통과한다. 교차 통로(30)는 제1 통로(36)를 통과한다. 제2 통로(37)는 연소 실린더(20)로부터의 배기 유체(95)를 위한 것이다. 복열기(35)의 2개의 통로는 열이 제2 통로(37)로부터 제1 통로(36)로 전달될 수 있도록 배치된다. 이것은 연소 실린더(20)로부터의 배기 유체(95)가 제2 통로(37)를 통과할 수 있게 하고, 압축 실린더(10)로부터 연소 실린더(20)로 이동하는 압축된 작동 유체에 열을 전달하여, 연소 전에 이러한 압축된 유체를 따뜻하게 할 수 있다. 복열기(35)는 크리프에 대한 개선된 저항성을 제공하기 위해 인코넬(Inconel)과 같은 내열성 재료로 제조될 수 있다. 복열기(35)는 예를 들어 유도된 열에 응답하여 더 뜨거운 부분(예를 들어, 제2 통로(37)의 부분)이 구부러지는 것을 가능하게 하도록 배치될 수 있다. 이것은 복열기(35)에 대한 열 스트레스를 감소시키는 데 도움이 될 수 있다. 복열기(35)는 열을 저장할 수 있는 상 변화 재료(phase change material)를 저장할 수 있다. 그러나, 일부 예에서 상 변화 재료는 예를 들어 연소 실린더(30)와 복열기(35) 사이에서 작동 유체를 전달하는 통로에서 배기측 상의 복열기(35) 앞에 배치될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 상술한 바와 같이, 또한, 일부 예에서 복열기(35)는 복열기(35)에 들어가는 배기 작동 유체(95)를 확산시키는 확산기를 가질 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 확산기는 복열기가 연소 실린더(20)로부터 배기 작동 유체(95)를 수용하는 지점에 결합될 수 있고; 즉, 복열기(35)는 배기 작동 유체 입구 포트를 가질 수 있고, 확산기는 이러한 배기 작동 유체 입구 포트에 결합될 수 있다.
연소 실린더(20)는 커넥팅 로드(54)를 통해 크랭크 샤프트(70)의 일부 상의 각각의 크랭크에 결합되는 연소 피스톤(22)을 수용한다. 연소 실린더(20)는 교차 통로(30)에 결합되는 흡기 밸브(18)를 포함한다. 흡기 밸브(18)는 유체가 교차 통로(30)로부터 연소 실린더(20)로 흐를 수 있는지 여부를 제어하도록 동작 가능하다. 연소 실린더(20)는 또한 연소 실린더(20)로부터의 배기 가스를 배기 장치로 통과시키기 위한 배기 밸브(19)를 포함한다. 연소 실린더(20)는 연소 실린더(20) 내로 연료를 주입하기 위한 연료 주입기(fuel injector)(82)로서 도시된 연료 공급기를 포함한다. 연료 주입기(82)는 연료 저장소(80)에 연결되어 저장소(80)로부터 연소 실린더(20)로의 유체 흐름 경로를 제공한다.
기본적인 수준에서, 엔진(100)의 동작은 다음과 같다. 흡입 유체(1)(예를 들어, 환경으로부터 취한 것)는 입구 포트(8)를 통해 압축 실린더(10)에 공급될 수 있다. 입구 포트(8)는 선택된 흡입 유체(1)의 볼륨이 압축 실린더(10)에 제공되도록 제어된다. 압축 실린더(10)에서, 이러한 유체는 압축 실린더(10)로부터 출구 포트(9)를 통해 교차 통로(30)로 배출되기 전에 압축 피스톤(12)의 운동에 의해 압축된다. 그런 다음, 유체는 복열기(35)의 제1 통로(36)를 통해 흐르며, 여기서 유체는 제2 통로(37)를 통과하는 연소 실린더(20)로부터의 배기 유체(95)에 의해 가열된다. 연소 실린더(20)의 흡기 밸브(18)는 따뜻한 압축된 유체가 연소 실린더(20)로 흐를 수 있도록 제어된다. 연료 저장소(80)로부터의 연료는 주입기(82)를 통해 연소 실린더(20)로 주입되고, 여기서 연료는 연소실에 공급되는 가열된 작동 유체와 혼합된다. 이러한 혼합물은 배기 밸브(19)가 연소 실린더(20)로부터 연소된 유체를 배출하도록 제어되기 전에 연소 피스톤(22)의 운동을 연소시키고 구동시킨다. 그런 다음, 이러한 뜨거운 배기 유체(95)는 아래에 더 상세히 논의되는 바와 같이 (존재하는 경우) 터빈(111)을 통과하고, 복열기(35)의 제2 통로(37)를 통과하며, 여기서 배기된 유체(2)로서 엔진(100)으로부터 배기되기 전에 복열기(35)의 제1 통로(36)에서 유체를 데운다.
엔진(100)의 사용에 따라, 엔진(100)의 온도는 변할 것이다. 온도의 변화는 엔진(100)의 성능 특성의 차이로 이어질 수 있다. 일반적으로, 엔진(100)은 (예를 들어, 주변 온도에서의 구성 요소 및 유체로) 비교적 차가운 온도에서 시동할 것이다. 이러한 온도는 사용과 함께 상승할 것이고, 엔진(100)의 온도는 부분 부하(예를 들어, 최대 부하의 50% 이하)에서 최고에 달할 수 있으며, 여기서 복열기(35)는 작동 유체의 더 낮은 흐름으로 가장 효율적으로 동작할 수 있다. 그러나, 일부 예에서, 엔진(100)의 온도는 예를 들어 최대 부하의 50% 이상, 예를 들어 최대 부하의 80% 이상에서 과도한 사용 시에 최고에 도달할 수 있다.
온도를 모니터링하는 것과 관련하여, 복열기(35) 및 연소 실린더(20)와 관련된 온도가 특히 유용할 수 있다. 엔진(100)의 온도가 너무 높다고 판단될 수 있다. 복열기(35)의 온도가 너무 높아지면, 복열기(35)의 재료는 손상될 수 있다. 예를 들어, 복열기(35)의 재료를 너무 많은 열에 노출시킴으로써, 그 성능을 손상시키고, 궁극적으로 복열기(35)를 수리 또는 교체해야 하는 결과를 초래하는 크리프 관련 문제를 겪을 수 있다. 마찬가지로, 연소 실린더(20)의 연소의 피크 온도가 너무 높아지면, 이는 바람직하지 않은 오염 재료인 NOx가 형성될 수 있다.
엔진(100)의 온도가 너무 낮다고 판단될 수 있다. 엔진(100)의 온도가 너무 낮으면, 이는 최적의 연소를 방해하여 주입된 연료의 불완전 연소를 초래할 수 있다. 이것은 (연소 실린더(20)에 진입하기 전에 작동 유체의 낮은 온도가 연소 실린더(20)의 온도를 낮출 것임에 따라) 복열기(35)의 온도 및/또는 복열기(35) 내의 작동 유체의 온도에 기초하여 식별될 수 있다. 이는 (불완전 연소가 더 낮은 온도를 초래할 것임에 따라) 연소 실린더(20)의 연소의 온도에 기초하여 식별될 수 있다.
엔진(100)은 적어도 하나의 엔진 온도의 표시를 모니터링하도록 구성되는 제어기(도시되지 않음)를 포함한다. 엔진 온도는 복열기(35)의 재료의 온도 및/또는 (예를 들어, 제1 및/또는 제2 통로(37) 내의) 복열기(35)의 작동 유체의 온도와 같은 복열기(35)와 관련된 온도일 수 있다. 엔진 온도는 연소의 온도(예를 들어, 연소의 피크 온도) 또는 (예를 들어, 연소 전의) 연소 실린더(20) 내의 작동 유체의 온도와 같은 연소 실린더(20)와 관련된 온도일 수 있다. 관련 온도(예를 들어, 이들 온도 중 임의의 온도)의 획득된 표시에 기초하여, 제어기는 엔진(100)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 획득된 온도가 엔진(100)의 동작 온도가 하한 임계값 미만임을 나타내는 경우(예를 들어, 너무 차가운 경우), 제어기는 엔진(100)의 온도를 상승시키기 위해 엔진(100)의 동작을 제어할 수 있다. 획득된 온도가 엔진(100)의 동작 온도가 상한 임계값 이상임을 나타내는 경우(예를 들어, 너무 뜨거운 경우), 제어기는 엔진(100)의 온도를 낮추기 위해 엔진(100)의 동작을 제어할 수 있다.
제어기는, 예를 들어 표시된 온도에 기초하여, 엔진(100)의 동작이 관련 구성 요소의 온도를 상승/하락시키거나 현재 동작을 계속하도록 제어되어야 한다. 온도가 하락되거나 상승되어야 하는 경우, 제어기는 이에 따라 (개별적으로 또는 다른 수단과 조합하여) 다음 수단 중 어느 하나의 동작을 사용할 수 있다.
엔진(100)은 압축기(112)를 포함할 수 있다. 압축기(112)는 압축 실린더(10)에 공급되는 흡입 유체(1)를 수용하도록 배치된다. 압축기(112)는 터보차저 또는 과급기의 형태일 수 있다. 압축기(112)는 상기 흡입 유체(1)가 압축 실린더(10)에 공급되기 전에 흡입 유체(1)를 압축하도록 구성된다. 압축기(112)는 더 압축되고, 따라서 더 조밀한 유체를 제공할 수 있으며, 결과적으로, 이것은 엔진(100)을 통한 더 큰 대량 흐름(mass flow)을 가능하게 할 수 있고, 이는 연소 실린더(20)로의 유체 흐름의 더 빠른 속도 및/또는 연소 실린더(20)의 더 높은 연소 온도를 초래할 수 있다. 따라서, 압축기(112)를 작동시키는 효과는 엔진(100)의 온도를 상승시키는 것일 수 있다. 압축기(112)의 사용은 연소 실린더(20) 및/또는 복열기(35)와 관련된 온도를 상승시킬 수 있다.
따라서, 제어기는 엔진(100)의 온도를 상승시키기 위해 압축기(112)의 동작을 증가시키거나 개시할 수 있다. 예를 들어, 엔진(100)의 온도가 상승되어야 한다는 표시에 응답하여, 제어기는 엔진(100)의 온도를 상승시키기 위해 압축기(112)의 동작을 제어할 수 있다. 압축기(112)의 동작을 제어하는 것은 압축기(112)에 전원을 공급하여 이를 통과하는 유체를 압축하는 것을 포함할 수 있다. 이는 압축기(112)를 통과하는 유체의 비율을 제어하는 것 및/또는 압축기(112)에 의해 부여되는 압축의 정도를 제어하는 것을 포함할 수 있다. 이와 같이, 압축기(112)는 작동 유체의 압축을 제공하지 않는 제1 상태와 작동 유체의 최대 압축을 제공하는 제2 상태 사이에서 동작 가능할 수 있다. 압축기(112)는 작동 유체의 압축의 정도(예를 들어, 가변 정도)를 제공하기 위해 이들 2개의 상태 사이에서 동작 가능할 수 있다. 제어기는 엔진(100)의 온도를 낮추기 위해 압축기(112)의 동작을 감소시키거나 정지시킬 수 있다. 따라서, 제어기는 압축기(112)의 동작을 제어함으로써 엔진(100)의 온도를 조절할 수 있다.
엔진(100)은 인터쿨러(120)를 포함할 수 있다. 인터쿨러(120)는 압축 실린더(10)에 공급될 흡입 유체(1)를 수용하도록 배치된다. 인터쿨러(120)는 이러한 유체를 연소 실린더로 통과시키기 전에 압축기(112)로부터 유체를 수용하도록 배치될 수 있다. 인터쿨러(120)는, 예를 들어 압축기(112)로부터 수용될 때 압축 실린더(10)에 공급되는 유체를 냉각시킬 수 있다. 이것은 유체의 일정한 압력 냉각일 수 있다. 인터쿨러(120)는 공대공 인터쿨러(air-to-air intercooler) 또는 공대수 인터쿨러(air-to-water intercooler)일 수 있다.
인터쿨러(120)의 동작은 (상당한) 압력 강하 없이 작동 유체의 온도를 낮출 수 있다. 결과적으로, 엔진(100)의 동작 온도는 압축될(그 후 연소될) 유체가 더 낮은 초기 온도에 있고, 따라서 더 낮은 최종 온도에서 종료됨에 따라 감소될 수 있다. 부가적으로, 이것은 배기 유체(95)로부터의 열 교환의 결과로서 더 느리거나 덜 실질적인 열 상승을 또한 경험할 복열기(35)에서 유체의 열 질량을 증가시킬 수 있다. 제어기는 인터쿨러(120)가 작동 유체를 냉각하도록 작동하는 정도를 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 이것은 압축 실린더(10)로 진입하기 전에 냉각 수단의 온도, 또는 작동 유체의 냉각 수단에 대한 노출을 제어하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 작동 유체를 냉각하는데 사용된 모든 유체의 온도 및/또는 작동 유체에 의해 취해지는 흐름 경로는 제어기로부터의 명령 신호에 응답하여 제어될 수 있다. 엔진(100)의 관련 온도를 높이기 위해, 제어기는 인터쿨러(120)의 동작을 감소시키거나 정지시키도록 엔진(100)의 동작을 제어할 수 있다. 엔진(100)의 관련 온도를 감소시키기 위해, 제어기는 인터쿨러(120)의 동작을 증가시키거나 시작하도록 엔진(100)의 동작을 제어할 수 있다. 따라서, 제어기는 인터쿨러(120)의 동작을 제어함으로써 엔진(100)의 온도를 조절할 수 있다.
엔진(100)은 냉각제 시스템을 포함할 수 있다. 냉각제 시스템은 냉각제 주입기(14)를 통해 압축 실린더(10)에 결합된 액체 냉각제 저장소(40)를 포함할 수 있다. 이러한 배치는 저장소(40) 내의 냉각제가 압축 실린더(10) 내로 흐르기 위한 액체 흐름 경로를 정의한다. 냉각제는 물과 같은 임의의 적절한 유체 및/또는 냉동 공정(refrigeration process)을 통해 액상으로 응축된 유체와 같은 극저온 유체를 포함할 수 있다. 냉각제 시스템은 또한 냉각제를 교차 통로(30) 내로 주입하는 주입기(14)를 포함할 수 있지만, 이는 도 1에 도시되어 있지 않다. 냉각제 시스템은 압축 실린더(10) 내로 냉각제를 주입하도록 구성된다. 냉각제 시스템은 압축 실린더(10) 내의 작동 유체의 온도를 조절하도록 동작될 수 있다. 냉각제 시스템은 냉각제 시스템으로 주입되는 유체의 볼륨을 제어하도록 동작될 수 있다. 엔진(100)은 인터쿨러(120)를 냉각제 시스템(예를 들어, 냉각제 저장소(40))에 연결하는 유체 통로(121)를 포함할 수 있다. 이것은 인터쿨러(120)에서 흡입 유체(1)의 냉각으로부터 생성된 임의의 응축된 액체가 작동 유체를 냉각하기 위해 압축 실린더(10) 내로 주입될 냉각제로서 사용될 수 있는 냉각제 저장소(40) 내로 이송되는 것을 가능하게 할 수 있다.
냉각제 시스템의 동작은 압축 실린더(10)로 주입되는 유체의 볼륨을 제어하는 것을 포함할 수 있다. 더 많거나 더 차가운 유체가 압축 실린더(10)로 주입됨에 따라, 유체는 예열될 때 열을 흡수하고 증발하여, 압축 실린더(10)의 전체 온도를 낮춘다. 제어기는 압축 실린더(10) 내로 더 적은 유체 또는 더 따뜻한 유체를 주입하도록 냉각제 시스템을 제어함으로써 엔진 온도를 올리도록 엔진(100)의 동작을 제어할 수 있다. 제어기는 엔진(100)의 동작을 제어하여 압축 실린더(10)에 더 많은 유체 또는 더 차가운 유체를 주입하도록 냉각제 시스템을 제어함으로써 엔진 온도를 낮출 수 있다. 따라서, 냉각제 시스템의 동작을 제어함으로써, 제어기는 엔진(100)의 온도를 조절할 수 있다.
연소 실린더(20)의 흡기 밸브(18)는 엔진(100)의 관련 온도를 조절하도록 제어될 수 있다. 개방되면, 작동 유체는 교차 통로(30)로부터 연소 실린더(20)로 흐를 수 있다. 흡기 밸브(18)는 작동 유체가 교차 통로(30) 내로 흐를 수 있는지 여부 및 또한 얼마나 많이 흐를 수 있는지를 제어하도록 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동 가능하다. 흡기 밸브(18)는 피스톤의 사이클 동안 선택된 위치에서 개폐될 수 있다. 선택된 위치는 고정될 수도 있거나 가변적일 수 있다. 이는 또한 제어기에 의해 선택될 수 있다.
흡기 밸브(18)를 개방하면, 작동 유체는 연소 실린더(20)로 흐른다. 개방 타이밍에 따라, 연소 실린더(20)의 작동 유체는 연소 피스톤(22)이 상사점을 향해 진행함에 따라 추가의 압축을 받을 수 있다. 이러한 압축은 작동 유체의 증가된 가열을 제공하여, 엔진(100)의 관련 온도를 높일 수 있다. 나중에 흡기 밸브(18)를 개방함으로써, 엔진(100)의 연소 시간은 또한 지연될 것이며, 따라서 이는 불완전한 연소를 초래하여, 온도를 더 낮출 수 있다. 그러나, 흡기 밸브(18)의 개방이 더 지연될 경우, 불완전한 팽창으로 인해 온도가 다시 상승할 수 있다. 제어기는 피스톤의 사이클 동안 연소 실린더(20)가 나중에 개방하기 위한 흡기 밸브(18)를 제어함으로써 관련 온도를 감소시키기 위해 엔진(100)의 동작을 제어할 수 있다. 제어기는 피스톤의 사이클 동안 연소 실린더(20)가 더 일찍 개방하기 위한 흡기 밸브(18)를 제어함으로써 관련 온도를 증가시키기 위해 엔진(100)의 동작을 제어할 수 있다. 따라서, 연소 실린더(20)의 흡기 밸브(18)의 동작을 제어함으로써, 제어기는 엔진(100)의 온도를 조절할 수 있다.
연료 주입기(82)는 엔진(100)의 관련 온도를 조절하도록 제어될 수 있다. 연료 주입기(82)가 연소 실린더(20)로 연료를 주입하는 타이밍은 제어기에 의해 제어될 수 있다. 제어기는 연소 실린더(20) 내로 주입되는 연료의 양, 예를 들어 주입기(82)가 연소 실린더(20) 내로 연료를 주입하는 시간의 지속 시간(duration)을 제어할 수 있다. 제어기는 엔진(100)의 관련 온도를 조절하기 위해 연료 주입기(82)의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다.
동작 시, 연료 주입기(82)는 연소 실린더(20)에 연료를 주입하고, 여기서 연료는 연소 실린더(20)의 작동 유체와 혼합되어 연소될 수 있으며, 이에 따라 연소 피스톤(22)을 구동한다. 관련 온도를 상승시키기 위해, 제어기는 연료 주입기(82)가 피스톤의 사이클 동안 나중 단계에서 연소 실린더(20) 내로 연료를 주입하도록 엔진(100)의 동작을 제어할 수 있다. 이것은 더 늦고 더 느린 연소 이벤트를 야기할 수 있고, 팽창을 위한 사용 가능한 시간을 낮추고, 연소 피스톤(22)에 작용하기 위한 엔탈피(enthalpy)의 변환을 줄이고, 배기 가스의 엔탈피를 증가시켜 연소 실린더(20)로부터의 배기 온도를 높일 수 있다. 관련 온도를 낮추기 위해, 제어기는 연료 주입기(82)가 피스톤의 사이클 동안 연소 실린더(20)에 연료를 더 이른 단계에서 주입하도록 엔진(100)의 동작을 제어할 수 있다. 이것은 더 일찍 더 빠른 연소 이벤트를 야기할 수 있고, 팽창을 위한 사용 가능한 시간을 증가시키고, 연소 피스톤(22)에 작용하기 위한 엔탈피의 더 많은 변환을 야기할 수 있고, 배기 가스의 엔탈피를 줄여 연소 실린더(20)로부터의 배기 온도를 낮출 수 있다. 따라서, 연료 주입기(82)의 동작을 제어함으로써, 제어기는 엔진(100)의 온도를 조절할 수 있다.
연소 실린더(20)의 배기 밸브(19)는 엔진(100)의 관련 온도를 조절하도록 제어될 수 있다. 배기 밸브(19)가 개방되는 타이밍은 연소 실린더(20)에서 발생하는 연소량 및/또는 복열기(35)에 공급되는 배기 유체(95)의 온도를 제어하도록 선택될 수 있다. 배기 밸브(19)를 개방하면, 연소 실린더(20) 내의 유체는 복열기(35)를 향해 배기될 수 있다. 제어기는 배기 밸브(19)가 개방되는 시간을 제어하도록 구성될 수 있다.
동작 시, 연소 실린더(2Q)의 작동 유체가 연소함에 따라, 이는 팽창하여 연소 피스톤(22)을 하사점 위치(bottom dead centre position)로 구동시킨다. 관련 온도를 상승시키기 위해, 제어기는 배기 밸브(19)가 피스톤의 사이클 동안 더 일찍 개방하도록 엔진(100)의 동작을 제어할 수 있다. 이것은 뜨겁고 최근에 연소되고 아직 완전히 팽창되지 않은 작동 유체가 복열기(35)로 전달될 수 있게 할 수 있다. 관련 온도를 낮추기 위해, 제어기는 배기 밸브(19)가 피스톤의 사이클 동안 나중에 개방하도록 엔진(100)의 동작을 제어할 수 있다. 이것은 연소된 유체가 연소 실린더(20) 내에서 팽창하여, 냉각되는데 더 많은 시간을 제공할 수 있음으로써, 복열기(35)에 제공되는 유체는 더 냉각된다. 따라서, 제어기는 배기 밸브(19)의 동작을 제어함으로써 엔진(100)의 온도를 조절할 수 있다.
엔진(100)은 터빈(111)을 포함할 수 있다. 터빈(111)은 연소 실린더(20)로부터의 배기 유체(95)에 의해 구동되도록 배치된다. 터빈(111)은 배기 밸브(19)와 복열기(35) 사이에 배치된다. 연소 실린더(20)로부터 복열기(35)로 흐르는 배기 유체(95)는 터빈(111)의 회전을 구동할 수 있다. 터빈(111)은 그것을 구동하는 이동하는 배기 유체(95)에 기초하여 작동을 발생하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 터빈(111)은 압축기(112)의 압축 운동을 구동하기 위해 터빈(111)의 회전 운동을 전달하기 위한 연결 수단(113)에 의해 압축기(112)에 결합될 수 있다. 연결 수단(113)은 샤프트 또는 차축일 수 있다. 터빈(111)은 뜨거운 배기 유체(95)의 흐름으로부터 에너지를 수집하기 위한 터보 발전기와 같은 다른 수단에 연결될 수 있다. 일부 예에서, 수집된 에너지는 다른 형태의 에너지로 변환되기 전에 일시적으로 저장될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 에너지는 유기 랭킨 사이클 및/또는 열전 발전기와 같은 열 엔진에 의해 뜨거운 배기 유체(95)의 흐름으로부터 수집될 수 있다. 터빈(111)은 상이한 저항의 정도에서 구동되도록 동작 가능할 수 있으며, 예를 들어 이는 기어링(gearing)될 수 있고/있거나 가변 기하학 터빈이 사용되는 경우, 터빈의 베인의 피치가 조정될 수 있다. 제어기는 터빈(111)과 관련된 저항의 정도를 제어하도록, 예를 들어 터빈(111)과의 상호작용 시 배기 유체(95)로부터의 에너지 손실의 양을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 터빈(111)은 기어링될 수 있고/있거나 터빈(111)에 의해 차단되는 배기 밸브(19)로부터 복열기(35)로의 유체 흐름 경로의 비율은 변화될 수 있다.
동작 시, 배기 유체(95)가 터빈(111)을 지나 흐를 때, 터빈(111)의 운동을 구동하고, 이는 결과적으로 배기 유체(95)의 에너지(온도)의 감소를 야기한다. 관련 온도를 낮추기 위해, 제어기는 터빈(111)이 작동 유체로부터 더 많은 에너지를 추출하도록 엔진(100)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어기는 터빈(111)을 구동하기 위해 더 많은 비율의 배기 유체(95)가 필요하도록 터빈(111)의 동작을 제어할 수 있고, 따라서 배기 유체(95)의 온도를 낮출 수 있다. 관련 온도를 상승시키기 위해, 제어기는 터빈(111)이 작동 유체로부터 더 적은 에너지를 추출하도록 엔진(100)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어기는 터빈(111)을 구동하기 위해 더 적은 배기 유체(95)가 필요하도록 터빈(111)의 동작을 제어할 수 있고, 따라서 온도의 감소를 줄일 수 있다. 따라서, 제어기는 터빈(111)의 동작을 제어함으로써 엔진(100)의 온도를 조절할 수 있다.
엔진(100)은 터빈 바이패스 통로(141)를 포함할 수 있다. 연소 실린더(20)로부터 흐르는 배기 유체(95)를 위한 터빈 바이패스 통로(141)에 대한 액세스는 터빈 바이패스 밸브(142)에 의해 조절될 수 있다. 터빈 바이패스 밸브(142)의 동작은 제어기에 의해 제어될 수 있다. 터빈 바이패스 밸브(142)는 유체가 터빈 바이패스 통로(141)를 통해 흐를 수 없는 제1 상태와, 실질적으로 가능한 많은 유체가 터빈 바이패스 통로(141)를 통해 흐를 수 있는 제2 상태 사이에서 동작될 수 있다. 터빈 바이패스 밸브(142)는 터빈 바이패스 통로(141)를 통한 유체 흐름의 양을 제어하기 위해 제1 상태와 제2 상태 사이의 상태에 존재할 수 있다. 터빈 바이패스 통로(141)는 배기 유체(95)의 적어도 일부가 터빈(111)을 지나 흘러 구동하는 것을 방지할 수 있도록 배치된다. 이것은 터빈(111)을 구동하지 않고 일부 배기 유체(95)가 배기 밸브(19)로부터 복열기(35)로 흐를 수 있게 할 수 있다.
동작 시에, 배기 유체(95)가 터빈(111)을 지나 흐르고 구동함에 따라, 이는 냉각될 수 있으며 따라서 복열기(35)의 유체는 덜 뜨거울 수 있다. 일부 배기 유체(95)가 대신에 터빈 바이패스 통로(141)를 통해 흐르는 경우에, 그 유체는 터빈(111)을 구동하지 않을 것이며 따라서 복열기(35)에 도달할 때 더 따뜻해질 것이다. 관련 온도를 낮추기 위해, 제어기는 더 많은 양의 배기 유체(95)가 터빈(111)을 지나 흐르고 구동하도록(예를 들어, 감소된 양이 터빈 바이패스 통로(141)를 통해 흐름) 엔진(100)의 동작을 제어할 수 있다. 이것은 이러한 유체에서 에너지, 따라서 열의 감소를 증가시키는 효과를 가질 수 있다. 예를 들어, 제어기는 이러한 변경을 수행하기 위해 터빈 바이패스 밸브(142)를 제어할 수 있다. 관련 온도를 증가시키기 위해, 제어기는 감소된 양의 배기 유체(95)가 터빈(111)을 지나 흐르고 구동하도록(예를 들어, 제어기는 터빈 바이패스 통로(141)를 통해 흐르는 양의 배기 유체(95)를 증가시킴으로써 관련 온도를 증가시킬 수 있음) 엔진(100)의 동작을 제어할 수 있다. 이것은 더 뜨거운 배기 유체(95)가 복열기(35)로 전달되는 결과를 초래할 수 있고, 이는 결과적으로 엔진(100)의 관련 구성 요소를 가열할 수 있다. 따라서, 터빈 바이패스 통로(141)의 동작을 제어함으로써, 제어기는 엔진(100)의 온도를 조절할 수 있다.
엔진(100)은 복열기 바이패스 통로(131)를 포함할 수 있다. 연소 실린더(20)로부터 흐르는 배기 유체(95)를 위한 복열기 바이패스 통로(131)에 대한 액세스는 복열기 바이패스 밸브(132)에 의해 조절될 수 있다. 복열기 바이패스 통로(132)의 동작은 제어기에 의해 제어될 수 있다. 복열기 바이패스 통로(132)는 복열기 바이패스 통로(131)를 통해 유체가 흐를 수 없는 제1 상태와, 실질적으로 가능한 많은 유체가 복열기 바이패스 통로(131)를 통해 흐를 수 있는 제2 상태 사이에서 동작될 수 있다. 복열기 바이패스 밸브(132)는 복열기 바이패스 통로(131)를 통한 유체 흐름의 양을 제어하기 위해 제1 상태와 제2 상태 사이의 상태에 존재할 수 있다. 복열기 바이패스 통로(131)는 배기 유체(95)의 적어도 일부가 복열기(35)를 통해(예를 들어, 복열기(35)의 제2 통로(37)를 통해) 흐르는 것을 방지하는 것을 가능하게 하도록 배치된다. 이것은 일부 배기 유체(95)가 복열기(35)의 적어도 일부를 바이패스하는 것을 가능하게 할 수 있다.
동작 시, 배기 유체(95)가 복열기(35)를 통해(예를 들어, 제2 통로(37)를 통해) 흐를 때, 이는 복열기(35)를 통해 연소 실린더(20)로 흐르는 작동 유체와 열을 교환할 수 있다. 배기 유체(95)는 일반적으로 더 따뜻하며, 따라서 이것은 엔진(100)의 관련 구성 요소를 따뜻하게 하는 효과를 갖는 작동 유체를 따뜻하게 하기 위해 열을 전달한다. 관련 온도를 낮추기 위해, 제어기는 더 많은 양의 배기 유체(95)가 복열기 바이패스 통로(131)를 통해 흐르도록(예를 들어, 복열기(35)를 통해 흐르는 배기 유체(95)의 양이 감소하도록) 엔진(100)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어기는 이러한 변경을 수행하도록 복열기 바이패스 통로(131)를 제어할 수 있다. 이것은 열 전달량을 감소시키고, 엔진(100) 내에 보유되는 발열량을 낮추는 효과를 가질 수 있다. 관련 온도를 상승시키기 위해, 제어기는 감소된 양의 배기 유체(95)가 복열기 바이패스 통로(131)를 통해 흐르도록(예를 들어, 증가된 양의 배기 유체(95)가 복열기 바이패스 통로(131)를 통해 흐르도록) 엔진(100)의 동작을 제어할 수 있다. 이것은 복열기(35)에서 더 많은 열이 교환되어 엔진(100)의 따뜻함을 초래할 수 있다. 따라서, 복열기 바이패스 통로(131)의 동작을 제어함으로써, 제어기는 엔진(100)의 온도를 조절할 수 있다.
압축 실린더(10)의 입구 및/또는 출구 포트는 또한 엔진(100)의 관련 구성 요소의 온도를 제어하도록 제어될 수 있다. 이들 포트에 대한 개방 타이밍을 변화시킴으로써, 압축 실린더(10) 내의 작동 유체는 (가열을 위한 상이한 열 질량을 포함하는) 압축량 및/또는 복열기(35)에서의 가열을 위한 시간이 상이할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 따라서, 제어기는 엔진(100)의 온도를 조절하기 위해 이들 포트의 개폐를 제어할 수 있다.
도 1에 도시된 것과 같은 분할 사이클 엔진의 동작 방법(200)은 이제 도 2의 흐름도를 참조하여 설명될 것이다. 상술한 제어기는 분할 사이클 엔진의 동작 방법(200)을 수행하도록 구성될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
단계(210)에서, 온도의 표시가 획득된다. 이것은 온도의 표시를 획득하는 임의의 적절한 방식을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이것은 온도를 측정하기 위한 센서로부터 수신될 수 있고/있거나 다른 열역학적 변수를 측정하는 센서로부터 수신될 수 있지만, 이로부터 온도의 표시가 추론될 수 있다. 엔진(100)은 엔진(100)의 관련 구성 요소의 온도의 표시를 제공할 수 있는 적어도 하나의 센서를 포함할 수 있다. 엔진(100)은 GB 2565050에 설명된 타입의 적어도 하나의 센서의 배치를 포함할 수 있고, 방법은 GB 2565050에 설명된 타입의 방식으로 획득하는 단계(예를 들어, 센서로부터 측정치를 수신하고, 이로부터 온도를 결정하는 단계)를 포함할 수 있다. 일부 예에서, 센서는 복열기(35)의 가장 뜨거운 부분에 위치될 수 있다. 피크 온도는 연소 실린더(20)로부터 복열기(35)로 들어가는 배기 작동 유체의 진입 지점에 있는 복열기(35)에서 경험될 수 있다. 일부 예에서, 복열기(35)는 복열기(35)에서 작동 유체를 확산시키는 확산기를 가질 수 있다. 확산기는 복열기(35)가 연소 실린더(20)로부터 작동 유체를 수용하는 지점에 결합될 수 있고; 즉, 복열기(35)는 배기 작동 유체 입구 포트를 가질 수 있고, 확산기는 이러한 배기 작동 유체 입구 포트에 결합될 수 있다. 복열기(35)의 온도를 측정하기 위한 센서는 확산기 및/또는 배기 작동 유체 입구 포트에 결합될 수 있다.
획득된 온도는 복열기(35)의 재료 또는 교차 통로(30)의 재료의 온도의 표시일 수 있다. 일부 예에서, 획득된 온도는 복열기(35) 및 /또는 교차 통로(30)의 온도의 적어도 하나의 표면 측정치에 기초하여 획득될 수 있다. 획득된 온도는 복열기(35) 및/또는 교차 통로(30) 내의 유체 온도의 적어도 하나의 측정치에 기초하여 획득될 수 있다. 방법(200)은 측정된 온도(또는 다른 적절한 열역학적 변수)에 기초하여 피크 온도를 결정하는 것과 같은 온도를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 측정된 값을 관련 온도에 매핑하는 매핑이 사용될 수 있다. 예를 들어, 복열기(35) 및/또는 교차 통로(30)의 제1 위치에서의 온도 측정은 복열기(35) 및/또는 교차 통로(30)의 재료의 관련된 피크 온도 상에 매핑될 수 있다. 따라서, 방법은 엔진(100)의 관련 온도의 표시를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
단계(220)에서, 획득된 온도의 표시는 하한 임계값과 비교된다. 이러한 온도가 하한 임계값 미만이고, 따라서 엔진(100)의 온도에 대해 선택된 동작 범위를 벗어나는 경우, 방법은 단계(240)로 진행한다. 이러한 온도가 하한 임계값보다 높은 경우, 방법은 온도가 엔진(100)의 온도에 대해 선택된 동작 범위 내에 있는지 여부를 결정하기 위해 단계(230)로 진행한다.
단계(230)에서, 획득된 온도의 표시는 상한 임계값과 비교된다. 이러한 온도가 상한 임계값 미만인 경우, 온도는 현재 엔진(100)에 대해 선택된 동작 범위 내에 있다고 결정된다. 이 경우, 방법은 단계(210)로 진행하며, 여기서 방법은 반복된다. 방법은 정기적으로, 예를 들어, 5초마다 반복될 수 있다. 따라서, 방법은 엔진(100)이 선택된 동작 범위 내에 유지되도록 엔진(100)의 관련 온도를 조절하기 위한 연속적인 피드백 시스템을 제공할 수 있다. 이러한 온도가 상한 임계값을 초과하여 엔진(100)의 온도에 대해 선택된 동작 범위를 벗어나는 경우, 방법은 단계(240)로 진행한다.
단계(240)에서, 엔진(100)의 동작은 온도를 조절하도록 제어된다. 이 단계에서, 동작은 상술한 제어기에 의해 수행될 수 있는 선택된 동작 범위 내로 관련 온도를 구동하기 위해 제어된다. 온도가 이 범위보다 낮으면, 제어기는 엔진(100) 또는 엔진(100)의 적어도 일부를 따뜻하게 할 의도로 엔진(100)의 동작을 제어하고, 온도가 이 범위보다 높으면, 제어기는 엔진(100) 또는 엔진(100)의 적어도 일부를 냉각할 의도로 엔진(100)의 동작을 제어할 것이다.
제어기는 엔진(100) 또는 엔진(100)의 적어도 일부의 온도를 증가/감소시키기 위한 적절한 수단 또는 수단의 조합을 선택할 수 있다. 정확한 선택은 엔진(100)의 하나 또는 다수의 구성 요소의 동작을 제어하는 선택일 수 있음을 이해해야 한다. 이러한 선택은 임의의 주어진 엔진(100)에서 이용 가능한 구성 요소에 기초할 수 있다. 제어기는 임의의 주어진 구성 요소의 동작 변경의 결과로서 예상되는 변경을 나타내는 데이터를 포함할 수 있다. 이와 같이, 제어자는 이러한 데이터를 기반으로 온도를 제어하기 위한 구성 요소를 선택할 수 있다. 일부 예에서, 특정 구성 요소는 최대 출력을 가질 수 있으며, 온도 변화는 일부 구성 요소를 사용하여 우선적으로 최대 출력까지 제어될 수 있다. 예를 들어, 냉각제 시스템은 (예를 들어, 엔진(100)에서 응축된 액체를 필터링/제거할 필요를 피하기 위해) 작동 유체에 대한 증발 한계까지 동작될 수 있다.
따라서, 제어기는 선택된 범위를 향해 관련 온도를 구동할 의도로 엔진(100)의 관련 구성 요소의 동작을 제어할 수 있다. 그 다음, 방법은 관련 온도의 더 많은 모니터링을 위해 단계(210)로 복귀하여, 엔진(100)의 관련 온도를 조절하기 위해 제어된 피드백 루프를 제공한다. 관련 온도가 선택된 범위 내에 있을 때 엔진(100)의 동작을 제어하기 위해, 제어기는 이전과 같이 엔진(100)의 동일한 동작 조건을 계속 동작할 수 있거나, 획득된 온도의 표시, 및 더 넓은 온도 범위 내에서의 동작에 비해 엔진(100)의 개선된 동작과 링크되는 더 좁은 범위의 선택에 기초하여 엔진 상태를 개선하려고 여전히 추구할 수 있다.
도면에 도시된 실시예는 단지 예시적이며, 본 명세서에 설명되고 청구범위에 기재된 바와 같이 일반화, 제거 또는 대체될 수 있는 특징을 포함한다는 것을 상술한 바로부터 이해할 것이다. 일반적으로 도면을 참조하면, 개략적인 기능 블록도는 본 명세서에 설명된 시스템 및 장치의 기능을 나타내기 위해 사용된다는 것이 이해될 것이다. 게다가, 처리 기능은 또한 전자 장치에 의해 지원되는 장치에 의해 제공될 수 있다. 그러나, 기능은 이러한 방식으로 분할될 필요가 없으며, 아래에 설명되고 청구되는 것 이외의 하드웨어의 모든 특정 구조를 의미하는 것으로 취해지지 않아야 한다는 것이 이해될 것이다. 도면에 도시된 하나 이상의 요소의 기능은 추가로 세분화될 수 있고/있거나 본 개시의 장치 전체에 걸쳐 분산될 수 있다. 일부 실시예에서, 도면에 도시된 하나 이상의 요소의 기능은 단일 기능 유닛으로 통합될 수 있다.
본 개시의 맥락에서 숙련된 독자는 이해하는 바와 같이, 본 명세서에 설명된 각각의 예는 다양한 상이한 방식으로 구현될 수 있다. 본 개시의 임의의 양태의 임의의 특징은 본 개시의 임의의 다른 양태와 조합될 수 있다. 예를 들어, 방법 양태는 장치 양태와 조합될 수 있고, 장치의 특정 요소의 동작을 참조하여 설명된 특징은 이러한 특정 타입의 장치를 사용하지 않는 방법에서 제공될 수 있다. 또한, 각각의 실시예의 각각의 특징은 일부 다른 특징이 그 동작에 필수적이라는 것이 명시적으로 언급되지 않는 한 함께 설명되는 특징으로부터 분리 가능한 것으로 의도된다. 이러한 분리 가능한 특징의 각각은 물론 그것이 설명되는 실시예의 다른 특징 중 임의의 것과 조합되거나, 본 명세서에 설명된 임의의 다른 실시예의 다른 특징 중 임의의 것 또는 특징의 조합과 조합될 수 있다. 또한, 상술하지 않은 균등물 및 수정은 또한 본 발명을 벗어나지 않고 사용될 수 있다.
본 명세서에 설명된 방법의 특정 특징은 하드웨어로 구현될 수 있고, 장치의 하나 이상의 기능은 방법 단계에서 구현될 수 있다. 또한, 본 개시의 맥락에서 본 명세서에 설명된 방법은 설명된 순서로 수행될 필요가 없으며, 반드시 도면에 도시된 순서로 수행될 필요도 없다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 제품 또는 장치를 참조하여 설명되는 본 개시의 양태는 또한 방법으로서 구현되도록 의도되고, 그 반대도 마찬가지이다. 본 명세서에 설명된 방법은 컴퓨터 프로그램, 하드웨어 또는 이의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 소프트웨어, 미들웨어, 펌웨어 및 이의 임의의 조합을 포함한다. 이러한 프로그램은 신호 또는 네트워크 메시지로서 제공될 수 있으며, 컴퓨터 프로그램을 비일시적 형태로 저장할 수 있는 유형의(tangible) 컴퓨터 판독 가능한 매체와 같은 컴퓨터 판독 가능한 매체 상에 기록될 수 있다. 하드웨어는 컴퓨터, 핸드헬드 장치, 프로그램 가능한 프로세서, 범용 프로세서, ASIC(application specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array) 및 논리 게이트의 어레이를 포함한다. 특히, 상술한 제어기는 컴퓨터, 핸드헬드 장치, 프로그램 가능한 프로세서, 범용 프로세서, ASIC(application specific integrated circuit), FPGA(field programmable gate array) 및 논리 게이트의 어레이와 같은 하드웨어의 형태로 구현될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
본 개시의 다른 예 및 변형은 본 개시의 맥락에서 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (25)

  1. 분할 사이클 내연 기관에 있어서,
    압축 피스톤을 수용하는 압축 실린더;
    연소 피스톤을 수용하는 연소 실린더;
    상기 연소 실린더로부터의 배기 유체와 교차 통로를 통해 상기 압축 실린더로부터 상기 연소 실린더로 공급되는 작동 유체 사이에서 열을 교환하도록 배치된 복열기; 및
    (i) 상기 복열기의 재료 및 (ii) 상기 교차 통로의 작동 유체 중 적어도 하나의 온도의 표시에 기초하여 엔진의 동작을 제어하도록 구성된 제어기를 포함하는, 분할 사이클 내연 기관.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복열기의 재료의 상기 온도의 표시에 기초하여 상기 엔진의 동작을 제어하는 것은, 표시된 온도가 상한 임계값을 초과하는 경우에, 상기 복열기의 재료의 온도를 감소시키도록 상기 엔진의 동작을 제어하는 것을 포함하는, 분할 사이클 내연 기관.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 상한 임계값은 예를 들어 상기 복열기의 재료에 대한 재료 손상과 관련된 온도에 기초하여 선택되며, 상기 상한 임계값은 대략 섭씨 800도인, 분할 사이클 내연 기관.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복열기의 재료의 온도의 표시에 기초하여 상기 엔진의 동작을 제어하는 것은, 상기 표시된 온도가 하한 임계값 아래인 경우에, 상기 복열기의 재료의 온도를 증가시키도록 상기 엔진의 동작을 제어하는 것을 포함하는, 분할 사이클 내연 기관.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복열기는 (i) 상기 압축 실린더로부터 상기 연소 실린더로 이동하는 유체를 위한 제1 통로, 및 (ii) 상기 연소 실린더의 배기부로부터 이동하는 배기 유체를 위한 제2 통로를 포함하는, 분할 사이클 내연 기관.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔진은 상기 연소 실린더로부터 상기 복열기로 흐르는 배기 유체에 의해 구동되도록 배치된 터빈을 포함하며;
    상기 제어기는 상기 연소 실린더로부터의 배기 유체의 온도를 조절하기 위해 상기 터빈의 동작을 제어함으로써 상기 표시된 온도에 기초하여 상기 엔진의 동작을 제어하도록 구성되는, 분할 사이클 내연 기관.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 터빈은 예를 들어 상기 압축 실린더에 공급될 흡입 유체를 압축하기 위해 배치된 압축기에 결합되며, 상기 압축기는 터보차저인, 분할 사이클 내연 기관.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 엔진은 상기 연소 실린더로부터의 상기 배기 유체의 적어도 일부가 상기 터빈을 구동하지 않고 상기 복열기로 흐를 수 있게 하도록 배치된 터빈 바이패스 통로를 포함하는, 분할 사이클 내연 기관.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 터빈 바이패스 통로의 사용을 제어함으로써 상기 표시된 온도에 기초하여 상기 엔진의 동작을 제어하도록 구성되는, 분할 사이클 내연 기관.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔진은 적어도 일부의 유체가 상기 복열기를 통해 흐르는 것을 방지할 수 있도록 배치된 복열기 바이패스 통로를 포함하는, 분할 사이클 내연 기관.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어기는 상기 복열기 바이패스 통로의 사용을 제어함으로써 상기 표시된 온도에 기초하여 상기 엔진의 동작을 제어하도록 구성되는, 분할 사이클 내연 기관.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어기는 (i) 상기 연소 실린더의 흡기 및/또는 배기 밸브에 대한 개폐 시간, 및 (ii) 상기 연소 실린더로의 연료의 공급 타이밍 중 적어도 하나를 제어함으로써 상기 표시된 온도에 기초하여 상기 엔진의 동작을 제어하도록 구성되는, 분할 사이클 내연 기관.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 엔진은 상기 압축 실린더에 공급될 흡입 유체를 냉각 및/또는 압축하기 위한 인터쿨러를 포함하며;
    예를 들어, 상기 엔진은 상기 인터쿨러로부터 획득된 액체가 냉각제로서 상기 압축 실린더에 공급될 수 있게 하도록 구성된 유체 통로를 포함하는, 분할 사이클 내연 기관.
  14. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어기는,
    (i) 상기 압축 실린더에 공급될 흡입 유체를 압축하기 위한 압축기(예를 들어, 상기 압축기는 터보차저임);
    (ii) 상기 압축 실린더에 공급될 흡입 유체를 냉각하기 위한 인터쿨러;
    (iii) 상기 연소 실린더에 공급되는 상기 작동 유체의 온도를 조절하도록 배치된 냉각제 시스템;
    (iv) 상기 연소 실린더용 흡기 밸브;
    (v) 상기 연소 실린더용 배기 밸브;
    (vi) 상기 연소 실린더에 대한 연료 주입 타이밍;
    (vii) 상기 연소 실린더로부터 상기 복열기로 흐르는 배기 유체에 의해 구동되도록 배치된 터빈;
    (viii) 터빈 바이패스 통로;
    (ix) 복열기 바이패스 통로; 및
    (x) 상기 압축 실린더의 입구 포트 및/또는 출구 포트 중 적어도 하나의 동작을 제어함으로써 상기 표시된 온도에 기초하여 상기 엔진의 동작을 제어하도록 구성되는, 분할 사이클 내연 기관.
  15. (i) 압축 피스톤을 수용하는 압축 실린더, (ii) 연소 피스톤을 수용하는 연소 실린더, 및 (iii) 상기 연소 실린더로부터의 배기 유체와 상기 압축 실린더로부터 상기 연소 실린더로 공급되는 작동 유체 사이에서 열을 교환하도록 배치된 복열기를 포함하는, 분할 사이클 내연 기관의 제어 방법에 있어서,
    상기 복열기의 재료의 온도의 표시를 획득하는 단계; 및
    상기 표시된 온도에 기초하여 상기 엔진의 동작을 제어하는 단계를 포함하는, 분할 사이클 내연 기관의 제어 방법.
  16. 분할 사이클 내연 기관에 있어서,
    압축 피스톤을 수용하는 압축 실린더;
    연소 피스톤을 수용하고 연소 실린더로부터 배기 유체를 배출하기 위한 배기 밸브를 갖는 연소 실린더;
    상기 연소 실린더로부터의 상기 배기 유체와 상기 압축 실린더로부터 상기 연소 실린더로 공급되는 작동 유체 사이에서 열을 교환하도록 배치된 복열기; 및
    (i) 상기 복열기와 관련된 온도, 및 (ii) 상기 연소 실린더와 관련된 온도 중 적어도 하나의 표시에 기초하여 상기 배기 밸브의 동작을 제어하도록 구성된 제어기를 포함하는, 분할 사이클 내연 기관.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 표시된 온도에 기초하여 상기 배기 밸브의 동작을 제어하는 것은, 상기 표시된 온도가 최소 임계값 미만인 경우, 상기 표시된 온도가 상기 최소 임계값 이상인 경우에 상기 배기 밸브의 개방 시간보다 빠른 사이클의 시간에 개방할 상기 배기 밸브의 동작을 제어하는 것을 포함하는, 분할 사이클 내연 기관.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 연소 실린더는 상기 연소 실린더로의 작동 유체의 흐름을 제어하기 위한 흡기 밸브를 가지며;
    상기 제어기가 더 빠른 시간에 개방할 상기 배기 밸브를 제어하는 경우에, 상기 제어기는 상기 표시된 온도가 상기 최소 임계값 미만인 경우에 상기 흡기 밸브의 개방 시간보다 빠른 사이클의 시간에 개방할 상기 흡기 밸브의 동작도 제어하도록 구성되는, 분할 사이클 내연 기관.
  19. (i) 압축 피스톤을 수용하는 압축 실린더, (ii) 연소 피스톤을 수용하고 연소 실린더로부터 배기 유체를 배출하기 위한 배기 밸브를 갖는 연소 실린더, (iii) 상기 연소 실린더로부터의 상기 배기 유체와 상기 압축 실린더로부터 상기 연소 실린더로 공급되는 작동 유체 사이에서 열을 교환하도록 배치된 복열기를 포함하는, 분할 사이클 내연 기관의 제어 방법에 있어서,
    (i) 상기 복열기와 관련된 온도, 및 (ii) 상기 연소 실린더와 관련된 온도 중 적어도 하나의 표시를 획득하는 단계; 및
    상기 표시된 온도에 기초하여 상기 배기 밸브의 동작을 제어하는 단계를 포함하는, 분할 사이클 내연 기관의 제어 방법.
  20. 분할 사이클 내연 기관에 있어서,
    압축 피스톤을 수용하는 압축 실린더;
    연소 피스톤을 수용하는 연소 실린더;
    상기 연소 실린더로부터의 배기 유체와 상기 압축 실린더로부터 상기 연소 실린더로 공급되는 작동 유체 사이에서 열을 교환하도록 배치된 복열기; 및
    적어도 일부의 유체가 상기 복열기를 통해 흐르는 것을 방지하도록 선택적으로 동작 가능한 복열기 바이패스 통로를 포함하는, 분할 사이클 내연 기관.
  21. 분할 사이클 내연 기관에 있어서,
    압축 피스톤을 수용하는 압축 실린더;
    연소 피스톤을 수용하는 연소 실린더;
    상기 연소 실린더로부터의 배기 유체와 상기 압축 실린더로부터 상기 연소 실린더로 공급되는 작동 유체 사이에서 열을 교환하도록 배치된 복열기;
    상기 연소 실린더로부터 상기 복열기로 흐르는 상기 배기 유체에 의해 구동되도록 배치된 터빈: 및
    상기 배기 유체의 적어도 일부가 상기 터빈을 구동하지 않고 상기 복열기로 흐를 수 있도록 선택적으로 동작 가능한 터빈 바이패스 통로를 포함하는, 분할 사이클 내연 기관.
  22. 제 20 항 또는 제 21 항의 분할 사이클 내연 기관의 동작 방법에 있어서,
    상기 연소 실린더와 관련된 온도, 및 (ii) 상기 복열기와 관련된 온도 중 적어도 하나의 표시를 획득하는 단계; 및
    상기 표시된 온도에 기초하여 상기 바이패스 통로의 사용을 제어하는 단계를 포함하는, 분할 사이클 내연 기관의 동작 방법.
  23. 분할 사이클 내연 기관에 있어서,
    압축 피스톤을 수용하는 압축 실린더;
    연소 피스톤을 수용하는 연소 실린더;
    상기 연소 실린더로부터의 배기 유체와 상기 압축 실린더로부터 상기 연소 실린더로 공급되는 작동 유체 사이에서 열을 교환하도록 배치된 복열기;
    상기 연소 실린더로부터 상기 복열기로 흐르는 상기 배기 유체에 의해 구동되도록 배치된 터빈: 및
    (i) 상기 연소 실린더와 관련된 온도, 및 (ii) 상기 복열기와 관련된 온도 중 적어도 하나의 표시에 기초하여 상기 터빈의 동작을 제어하도록 구성된 제어기를 포함하는, 분할 사이클 내연 기관.
  24. (i) 압축 피스톤을 수용하는 압축 실린더, (ii) 연소 피스톤을 수용하는 연소 실린더, (iii) 상기 연소 실린더로부터의 배기 유체와 상기 압축 실린더로부터 연소 실린더로 공급되는 작동 유체 사이에서 열을 교환하도록 배치된 복열기, 및 (iv) 상기 연소 실린더로부터 상기 복열기로 흐르는 상기 배기 유체에 의해 구동되도록 배치된 터빈을 포함하는, 분할 사이클 내연 기관의 제어 방법에 있어서,
    (i) 상기 연소 실린더와 관련된 온도, 및 (ii) 상기 복열기와 관련된 온도 중 적어도 하나의 표시를 획득하는 단계; 및
    상기 표시된 온도에 기초하여 상기 터빈의 동작을 제어하는 단계를 포함하는, 분할 사이클 내연 기관의 제어 방법.
  25. 컴퓨터 프로그램 제품으로서,
    제 15 항, 제 19 항, 제 22 항 및 제 24 항 중 어느 한 항의 방법을 수행하는 프로세서를 프로그래밍하도록 구성된 프로그램 명령어를 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품.
KR1020217030752A 2019-02-26 2020-02-25 분할 사이클 엔진 제어 KR20210150374A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1902593.1A GB2581960B (en) 2019-02-26 2019-02-26 Split cycle engine
GB1902593.1 2019-02-26
PCT/GB2020/050448 WO2020174228A1 (en) 2019-02-26 2020-02-25 Split cycle engine control

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210150374A true KR20210150374A (ko) 2021-12-10

Family

ID=65999054

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020217030752A KR20210150374A (ko) 2019-02-26 2020-02-25 분할 사이클 엔진 제어

Country Status (7)

Country Link
US (2) US11719177B2 (ko)
EP (1) EP3931433A1 (ko)
JP (1) JP2022522192A (ko)
KR (1) KR20210150374A (ko)
CN (1) CN113811676B (ko)
GB (1) GB2581960B (ko)
WO (1) WO2020174228A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11598292B1 (en) * 2020-02-06 2023-03-07 Michael Anthony Tieman Engine system
US11920546B2 (en) 2022-05-17 2024-03-05 Jaime Ruvalcaba Buffered internal combustion engine

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR630705A (fr) * 1925-11-11 1927-12-08 Mij Exploitatie Octrooien Nv Moteur à combustion interne à deux temps muni d'accumulateurs de chaleur construits intérieurement
JPS63120821U (ko) 1987-01-28 1988-08-04
WO1999042718A1 (en) * 1998-02-23 1999-08-26 Cummins Engine Company, Inc. Premixed charge compression ignition engine with optimal combustion control
JPH11323432A (ja) 1998-05-14 1999-11-26 Nkk Corp 加熱炉装置
GB0822720D0 (en) * 2008-12-12 2009-01-21 Ricardo Uk Ltd Split cycle reciprocating piston engine
DE102010020325B4 (de) * 2010-05-12 2012-09-06 Christian Daublebsky von Eichhain Wärmekraftmaschine
KR101774678B1 (ko) 2013-03-07 2017-09-04 샤프 가부시키가이샤 액정 표시 장치
WO2016025562A1 (en) 2014-08-13 2016-02-18 John Zajac External combustion engine and method
GB2535693B (en) * 2015-01-27 2019-05-15 Ricardo Uk Ltd Split Cycle Engine Comprising Two Working Fluid Systems
GB2560872B (en) * 2016-12-23 2020-03-18 Ricardo Uk Ltd Split cycle engine
GB2560949B (en) 2017-03-29 2020-03-18 Ricardo Uk Ltd Split cycle internal combustion engine
GB2565050B (en) 2017-07-27 2020-06-17 Dolphin N2 Ltd Split cycle engine with peak combustion temperature control
GB2565216B (en) * 2017-07-27 2020-03-25 Ricardo Uk Ltd Split cycle engine with a reactivity adjuster

Also Published As

Publication number Publication date
EP3931433A1 (en) 2022-01-05
US11994079B2 (en) 2024-05-28
CN113811676B (zh) 2024-04-09
US11719177B2 (en) 2023-08-08
GB2581960B (en) 2023-11-22
US20230332552A1 (en) 2023-10-19
GB201902593D0 (en) 2019-04-10
JP2022522192A (ja) 2022-04-14
GB2581960A (en) 2020-09-09
CN113811676A (zh) 2021-12-17
US20220154658A1 (en) 2022-05-19
WO2020174228A1 (en) 2020-09-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11994079B2 (en) Split cycle engine control
CN102192023B (zh) 内燃机的控制方法
US7305976B1 (en) Engine heater and method
JPS5853172B2 (ja) 内燃機関の装入空気用熱交換設備
JPS5840645B2 (ja) 内燃機関用過給気装置
JP2006517636A (ja) ガスタービン群の動作方法
US11391198B2 (en) Split cycle engine
CN110662894B (zh) 分置循环内燃发动机
CN101384805B (zh) 用于调节内燃机温度的方法和设备
JP5271961B2 (ja) 内燃機関の過給装置
JP5348338B2 (ja) エンジンの制御装置
JP2007224807A (ja) エンジン
JP4115237B2 (ja) ディーゼルエンジン
US11655738B2 (en) GDCI engine with accelerated oil warm-up
CN115667695A (zh) 用于管理多个排气再循环冷却器的系统和方法
JP2009281206A (ja) 作動ガス循環型エンジン
US9926836B2 (en) System and method for oxidant temperature control
RU54101U1 (ru) Комбинированный двигатель
KR102406139B1 (ko) 배기가스 재순환 장치의 제어 장치 및 방법
JP2010071291A (ja) エンジン
JP7496307B2 (ja) スプリットサイクルエンジン
RU64291U1 (ru) Комбинированный двигатель
RU93123U1 (ru) Поршневой двигатель внутреннего сгорания с наддувом
JP2018204491A (ja) 制御システム
CN117236215A (zh) 动态工况下基于量化关系解析的车用柴油机热管理方法

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal