KR20240099155A

KR20240099155A - 스플릿 사이클 내연 엔진 및 스플릿 사이클 내연 엔진의 작동 방법

Info

Publication number: KR20240099155A
Application number: KR1020247011195A
Authority: KR
Inventors: 앤드류 앳킨스; 닉 오웬; 콜린 베넷; 파브리치오 트레카리치
Original assignee: 돌핀 엔투 리미티드
Priority date: 2021-09-06
Filing date: 2022-09-06
Publication date: 2024-06-28

Abstract

스플릿 사이클 내연 엔진은 다음과 같이 구성된다: 압축된 작동 유체를 제공하도록 구성된 압축 피스톤을 수용하는 압축 실린더; 연소 피스톤을 수용하는 연소 실린더로서, 상기 연소 실린더는 상기 압축 실린더에 결합되어 그로부터 압축된 작동 유체를 공급받고, 상기 연소 실린더는 다음을 포함하는 것을 특징으로 한다: (i) 연소 실린더 내로 압축된 작동 유체의 흡기를 제어하도록 구성된 유입 밸브, 및 (ii) 연소 실린더로부터 유체의 배기를 제어하도록 구성된 유출 밸브; 및 엔진 사이클 동안 유입 및/또는 유출 밸브가 열려 액티브 모드와 엔진 제동 모드 사이에서 엔진 작동을 전환하는 위치를 변경하도록 구성된 제어기. 상기 제어기는 다음 중 적어도 하나를 제어하도록 구성된 것을 특징으로 한다: 엔진 제동 모드에서 작동할 때가 액티브 모드에서 작동할 때보다 하사점, BDC에 가까운 위치에서 열리는 유입 밸브; 그리고 유출 밸브는 액티브 모드에서 작동할 때보다 엔진 제동 모드에서 작동할 때 상사점,TDC에 가까운 위치에서 개방된다.

Description

스플릿 사이클 내연 엔진 및 스플릿 사이클 내연 엔진의 작동 방법

본 발명은 스플릿 사이클 내연 엔진 분야에 관한 것이다.

4행정 내연엔진은 하나의 실린더를 사용하여 엔진의 압축 행정과 연소 행정을 모두 제공한다. 스플릿 사이클 내연 엔진은 이에 대해 다른 접근 방식을 활용한다. 특히, 스플릿 사이클 엔진에는 압축과 연소를 위한 별도의 실린더가 있다. 작동유체는 압축실린더에서 압축된 후 연소실로 이송된다. 연소 실린더에 연료가 추가되어 연소 실린더 내에서 연료가 연소되어 연소 실린더 내 연소 피스톤이 움직이도록 작동 유체가 팽창한다. 본 발명은 이러한 스플릿 사이클 내연 엔진에 대한 개선점을 제공한다

본 발명의 양태는 독립항에 제시되어 있고 선택적인 특징은 종속항에 제시되어 있다. 본 발명의 양태들은 서로 결합하여 제공될 수 있고, 한 양태의 특징들은 다른 양태들에 적용될 수 있다.

한 양태에서, 다음을 포함하는 스플릿 사이클 내연 엔진이 제공된다: 압축된 작동유체를 제공하는 압축피스톤을 수용하는 압축실린더; 연소 피스톤을 수용하는 연소 실린더로서, 상기 연소 실린더는 상기 압축 실린더로부터 압축된 작동 유체를 수용하도록 상기 압축 실린더에 결합되고, 상기 연소 실린더는 (i) 압축된 작동 유체가 연소 실린더로 흡입되는 것을 제어하도록 구성된 유입 밸브와, (ii) 연소 실린더로부터 유체의 배기를 제어하도록 구성된 유출 밸브와; 엔진 사이클 동안 흡입 및/또는 배출 밸브가 개방되는 위치를 변경하여 엔진의 작동을 액티브 모드와 엔진 제동 모드 사이에서 전환하도록 구성된 제어기를 포함한다. 상기 제어기는, 액티브 모드보다 엔진 제동 모드에서 하사점(BDC) 위치에 더 가까운 위치에서 열리는 흡기 밸브와; 액티브 모드에서 작동할 때보다 엔진 제동 모드에서 작동할 때 상사점(TDC) 위치에 더 가까운 위치에서 열리는 상기 유출 밸브; 가운데 적어도 하나를 제어하도록 구성된다.

압축된 작동 유체를 제공하도록 구성된 압축 피스톤을 수용하는 압축 실린더; 연소 피스톤을 수용하는 연소 실린더로서, 상기 연소 실린더는 압축 실린더로부터 압축된 작동 유체를 수용하도록 압축 실린더에 결합되고, 상기 연소 실린더는: (i) 압축된 작동 유체의 연소 실린더로의 흡입을 제어하도록 구성된 유입 밸브를 포함하는, 연소 실린더를 포함한다. 그리고 (ii) 연소 실린더로부터 유체의 배기를 제어하도록 구성된 유출 밸브; 및 엔진 사이클 동안 흡입 및/또는 배출 밸브가 개방되는 위치를 변경하여 엔진의 작동을 액티브 모드와 엔진 제동 모드 사이에서 전환하도록 구성된 제어기를 포함한다. 상기 제어기는, 액티브 모드보다 엔진 제동 모드에서 흡기 밸브가 하사점(BDC, Bottom Dead Centre) 위치에 더 가까운 위치에서 열리도록 제어하는 것; 및 상기 유출 밸브는 액티브 모드에서 작동할 때보다 엔진 제동 모드에서 작동할 때 상사점(TDC, Top Dead Centre) 위치에 더 가까운 위치에서 열리도록 구성된다.

실시예는 엔진을 사용하여 능동 구동력을 생성하는 것 외에도 엔진 제동을 제공하도록 스플릿 사이클 내연 엔진이 작동하도록 할 수 있다. 상기 엔진은 차량(예: 자동차, 트럭 등)의 일부로 제공될 수 있다. 이러한 스플릿 사이클 내연 엔진이 차량에 사용되는 경우, 해당 엔진 제동은 다른 수단(예: 움직이는 바퀴의 디스크 표면에 브레이크 패드가 고착되는 등)을 사용하여 차량의 감속을 보완하는 데 사용될 수 있다. 이 경우 상기 엔진을 사용하여 스플릿 사이클 엔진을 제공하면 차량의 다른 구성 요소(예: 브레이크 패드 또는 디스크 로터)의 마모를 줄일 수 있다. 이러한 엔진 제동은 또한 엔진이 여전히 작동 중이지만 능동적으로 구동되지 않는 동안 엔진으로부터 유용한 에너지를 활용하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 엔진 제동은 엔진 터빈의 구동 움직임(엔진이 다시 액티브 모드에 있을 때)과 같은 의미 있는 작업을 제공하는 데 사용될 수 있는 가압 가스를 생성할 수 있다. 이는 보다 에너지 효율적인 엔진(및 엔진이 차량의 일부로 사용되는 경우 차량)을 제공할 수 있다.

상기 제어기는 엔진 제동 모드에서 유입 밸브가 개방되고/되거나 폐쇄되는 위치를 제어하도록 구성될 수 있으며, 연소 피스톤의 BDC 위치로부터 TDC 위치로의 이동의 대부분 동안 연소 실린더에서 작동 유체가 추가로 압축된다. 예를 들어, 유입 밸브가 폐쇄되는 위치와 유출 밸브가 개방되는 위치 사이의 연소 실린더의 내부 체적 차이는 연소 피스톤에 대한 BDC 위치와 TDC 위치 사이의 연소 실린더의 내부 체적 차이의 절반 이상일 수 있다. 즉, 유입 밸브는 BDC에 근접한 위치에서 닫히고 유출 밸브는 TDC에 근접한 위치에서 열릴 수 있다.

상기 제어기는 추가로 압축된 유체가 연소 실린더로부터 배기되도록 엔진 제동 모드에서 유출 밸브가 개방 및/또는 폐쇄되는 위치를 제어하도록 구성될 수 있다. 즉, 엔진 제동 모드에서는 연소실에서 연소가 발생하지 않고, 배기되는 유체는 압축실린더에서 압축된 유체가 연소실에서 압축된 것일 수 있다. 연소 실린더에서의 연소는 에너지 방출(예: 운동 에너지 제공)을 위한 연료의 산화 및 소비를 포함할 수 있다. 상기 제어기는 엔진 제동 모드의 TDC 위치 이전 위치에서 유출 밸브가 열리게 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 이는 BDC에서 TDC로의 연소 피스톤의 행정 중 적어도 일부가 유출 밸브를 통해 추가로 압축된 유체를 밀어내는 역할을 하게할 수 있다. 연소 실린더에서 배출된 이러한 추가 압축 유체 중 일부는 가압 가스로 저장되거나, 구동 터빈 등으로 저장되는 등과 같이 엔진 하류(downstream)에서 사용될 수 있다. 유출 밸브를 TDC 또는 TDC 근처에서 개방함으로써 연소 실린더에 제공되는 추가 압축량을 늘릴 수 있다(사용 가능한 최대 압축량에 가까워진다). 상기 제어기는 엔진 제동 모드에서 TDC 위치 이후의 위치에서 아웃렛 밸브가 닫히게 제어하도록 구성될 수 있다. 일 예로, TDC에서 BDC로의 연소 피스톤 행정 중 적어도 일부는 배기된 추가 압축 유체를 유출 밸브를 통해 연소 실린더 내로 다시 끌어들이는 작용을 할 수 있다.

상기 제어기는 엔진 사이클 동안 액티브 모드와 엔진 제동 모드 사이에서 작동을 전환할 때 흡입 및/또는 유출 밸브가 닫히는 위치를 변경하도록 구성될 수 있다. 상기 제어기는 상기 액티브 모드와 상기 엔진 제동 모드 사이의 전환 시에 상기 개폐 위치를 동일한 양만큼 변경하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, (액티브 및 엔진 제동 모드에서 모두 작동하는 경우) 개폐 위치에 고정적이고 일정한 위치 오프셋이 있을 수 있다. 엔진은 연료 저장소를 더 포함할 수 있으며, 연소 실린더에서 연소를 위한 연료를 분사하도록 구성될 수 있다. 상기 제어기는 엔진 제동 모드 작동 시 연료가 주입되지 않도록 연료 주입을 제어하도록 구성될 수 있다.

상기 제어기는 엔진으로부터 요구(demand)에 대한 요구 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 상기 제어기는 상기 요구 신호에 기초하여 상기 엔진의 작동을 상기 액티브 모드 또는 상기 엔진 제동 모드 중 어느 하나로 제어할 수 있게 구성될 수 있다. 상기 제어기는 요구 신호에 기초하여 유입 밸브 및 유출 밸브 중 적어도 하나에 대한 개방 및/또는 폐쇄 위치들을 제어할 수 있게 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제어기는 제공되는 엔진 제동량을 선택하고/하거나 요구 신호에 기초하여 엔진의 온도를 조절할 수 있게 동작하도록 구성될 수 있다. 엔진은 차량(예: 자동차, 트럭, 기차 등)을 위한 것일 수 있으며, 요구 신호는 (i) 차량의 지연이 필요하고, (ii) 차량의 추가 가속이 필요하지 않다는 표시 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

압축 실린더는 리큐퍼레이터(recuperator)를 통해 연소 실린더에 결합될 수 있다. 리큐퍼레이터는 연소 실린더로부터 배기된 유체와 압축 실린더로부터 연소 실린더로 이동하는 압축된 작동 유체 사이에 열교환을 제공하도록 배치될 수 있다. 엔진은 리큐퍼레이터 바이패스 통로(예를 들어, 열교환 발생량을 감소시키기 위해 리큐퍼레이터를 회피하는 엔진을 통해 흐르는 유체의 경로를 정의함)를 포함할 수 있다. 상기 제어기는 리큐퍼레이터의 온도를 나타내는 신호를 수신하고, 상기 수신된 신호에 기초하여 리큐퍼레이터 바이패스 통로의 작동을 제어하도록 구성될 수 있다. 상기 제어기는 수신된 신호에 의존하여 리큐퍼레이터를 통해 흐르는 유체의 비율을 제어하도록 구성될 수 있다. 제어기는 엔진 제동 모드에서 작동할 때 적어도 일부 유체가 리큐퍼레이터 바이패스 통로를 통해 이동하도록 엔진의 작동을 제어하도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 리큐퍼레이터 바이패스 통로를 선택적으로 사용하면 엔진 온도(특히 리큐퍼레이터 자체의 온도)를 선택적으로 제어할 수 있다. 리큐퍼레이터 온도를 선택된 범위로 유지함으로써(뜨거운 상태로 유지), 엔진이 액티브 모드로 복귀할 때 리큐퍼레이터는 그렇지 않은 경우보다 작동을 다시 시작하기에 더 나은 온도를 유지할 수 있다. 연소 실린더에서 배출되는 추가 압축 유체가 매우 뜨거운 경우, 이 유체 중 일부는 리큐퍼레이터가 너무 뜨거워지는 것을 방지하고/하거나 연소 실린더에서 추가 압축되려는 압축 유체 과열을 방지하기 위해 리큐퍼레이터에서 멀어지게 할 수 있다. 압축 작동 유체가 차가울 경우(또한 리큐퍼레이터가 너무 차가워질 경우), 리큐퍼레이터가 너무 냉각되지 않도록 리큐퍼레이터를 피하면서 압축 작동 유체가 압축 실린더에서 연소 실린더로 이동할 수 있다. 마찬가지로, 이 압축 작동 유체는 리큐퍼레이터가 매우 뜨거워서 이 유체를 과열시킬 경우 리큐퍼레이터를 피하도록 지시될 수 있다.

상기 리큐퍼레이터 바이패스 통로는 다음 중 적어도 하나를 포함할 수 있다:

리큐퍼레이터를 회피하는 압축 실린더에서 연소 실린더로 압축된 유체의 통로를 제공하도록 배치된 고압 바이패스 통로; 및 리큐퍼레이터를 회피하는 연소 실린더에서 배출되는 유체의 통로를 제공하도록 배치된 저압 바이패스 통로.

상기 제어기는 리큐퍼레이터와 관련된 온도가 임계값 미만으로 떨어지는 경우 유체가 고압 바이패스 통로를 통해 흐르도록 엔진의 작동을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제어기는 압축 실린더와 연소 실린더 사이에서 리큐퍼레이터를 통과하는 냉각기 압축 작동 유체가 제공하는 냉각 효과의 양을 감소시킴으로써 리큐퍼레이터 온도가 너무 많이 감소(또는 너무 낮아짐)하는 것을 방지하도록 작용할 수 있다. 상기 제어기는 작동 유체와 연관된 온도 및/또는 압력이 임계값을 초과하는 경우 유체가 저압 바이패스 통로를 통해 흐르도록 엔진의 작동을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제어기는 연소 실린더와 엔진의 배기 사이에서 리큐퍼레이터를 통과하는 연소 실린더에서 배출된 고온의 추가 압축 유체가 제공하는 가열 효과를 줄임으로써 리큐퍼레이터 온도가 너무 많이 상승(또는 너무 높아지는 것)하는 것을 방지하도록 작용할 수 있다.

상기 제어기는 리큐퍼레이터의 온도를 나타내는 신호를 수신하고, 수신된 신호에 기초하여 엔진 사이클 동안 유출 밸브가 닫히는 위치를 선택하도록 구성될 수 있다. 상기 제어기는 리큐퍼레이터의 온도를 증가시키기 위해 TDC보다 BDC에 가깝게 위치를 선택하도록 구성될 수 있다. 상기 제어기는 리큐퍼레이터의 온도가 임계값을 초과하도록 엔진의 동작을 제어할 수 있게 구성될 수 있다. 상기 임계값은 리큐퍼레이터에서 촉매 이벤트를 제공하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 리큐퍼레이터 내부에는 촉매 물질이 포함된 코팅이 제공될 수 있다. 리큐퍼레이터, 따라서 촉매를 특정 온도 이상으로 가열하면 촉매 이벤트가 발생할 수 있다. 이러한 촉매 이벤트는 촉매의 작동 효율을 높여 엔진 성능을 향상시키거나 엔진의 환경 영향(예: 엔진 작동 시 발생하는 미립자/환경 오염 물질의 양)을 줄일 수 있다.

상기 엔진은, (i) 연소 실린더로부터 배출되는 유체에 의해 구동되도록 배치된 터빈 및 (ii) 추가의 압축 유체를 압축 실린더 내로 강제하도록 구성된 압축기를 포함하는 터보차저를 더 포함할 수 있다. 상기 엔진은 터빈을 회피하는 연소 실린더에서 배출되는 유체의 경로를 제공하도록 배치된 터빈 바이패스 통로를 더 포함할 수 있다. 상기 제어기는 압축 실린더에 제공될 압축 작동 유체의 선택된 양을 제공할 수 있게 터빈 바이패스 통로의 작동을 제어하도록 구성될 수 있다. 상기 제어기는 엔진 제동 모드에서 작동할 때 적어도 일부 유체가 터빈 바이패스 통로를 통해 이동하게 엔진의 작동을 제어하도록 구성될 수 있다. 상기 제어기는 엔진 사이클당 선택된 양의 엔진 제동을 제공하기 위해 터빈 바이패스 통로를 통해 이동하는 유체의 비율을 제어하도록 구성될 수 있다.

상기 엔진은 상기 엔진에 의해 압축된 가스를 수용하도록 배치된 압축 가스 저장 유닛을 더 포함할 수 있다. 상기 압축 가스 저장 유닛은 압축 실린더에서 압축된 압축 가스 및/또는 연소 실린더에서 추가 압축된 추가 압축 가스를 수용하도록 배치된 하나 이상의 저장 유닛을 포함할 수 있다. 상기 제어기는 엔진 제동 모드에서 작동할 때 압축 가스를 상기 압축 가스 저장 유닛으로 제공하도록 엔진의 작동을 제어하게 구성될 수 있다. 상기 제어기는 엔진 출력을 증가시키기 위해 상기 압축 가스 저장 유닛으로부터 가스를 선택적으로 방출할 수 있게 상기 압축 가스 저장 유닛의 작동을 제어하도록 구성될 수 있다. 상기 제어기는 상기 엔진 제동 모드로부터 상기 액티브 모드로의 전환에 응답하여 상기 압축 가스 저장 유닛으로부터 가스를 방출하도록 상기 압축 가스 저장 유닛의 작동을 제어하게 구성될 수 있다. 상기 엔진은 엔진 제동 모드에서 작동할 때 엔진으로부터의 초과 에너지를 저장하도록 구성된 하나 이상의 상변화 물질을 포함할 수 있다. 일 예로, 상변화 물질은 리큐퍼레이터에 제공될 수 있다.

일 양태에서, 스플릿 사이클 내연 엔진을 작동하는 방법이 제공된다. 상기 스플릿 사이클 내연 엔진은 압축된 작동 유체를 제공하도록 구성된 압축 피스톤을 수용하는 압축 실린더; 및 연소 피스톤을 수용하는 연소 실린더를 포함하고, 상기 연소 실린더는 압축 실린더로부터 압축된 작동 유체를 수용하도록 압축 실린더에 결합되고, 상기 연소 실린더는: (i) 연소 실린더로의 압축된 작동 유체의 흡입을 제어하도록 구성된 유입 밸브를 포함하고, (ii) 연소 실린더로부터 유체의 배기를 제어하도록 구성된 유출 밸브를 포함한다. 이 방법은 엔진 사이클 동안 흡입 및/또는 유출 밸브가 열려 엔진 작동이 액티브 모드와 엔진 제동 모드 사이에서 전환되는 위치를 변경하고, 그리고 유입 밸브가 액티브 모드에서 작동할 때보다 하단 데드 센터, BDC에 가까운 위치에서 열리도록 제어하는 것과, 유출 밸브가 액티브 모드에서 작동할 때보다 상단 데드 센터, TDC에 가까운 위치에서 열리도록 제어하는 것 중 적어도 하나를 포함한다.

본 발명의 양태들은 본 명세서에 개시된 임의의 방법들을 수행하기 위해 스플릿 사이클 내연 엔진의 동작을 제어하도록 프로세서를 프로그래밍하도록 구성된 컴퓨터 프로그램 명령어들을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품들을 제공한다.

이제 본 개시 내용의 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 단지 예로서만 설명될 것이다:
도 1은 스플릿 사이클 내연엔진의 개략도이다.
도 2는 스플릿 사이클 내연엔진의 개략도입니다.
도 3a 내지 도 3d에는 스플릿 사이클 내연엔진의 연소 실린더의 흡입 및 유출 밸브의 개폐에 대한 예시적인 타이밍도가 도시되어 있다.
도면에서 참조 번호는 유사한 요소를 나타내는 데 사용된다.

본 발명은 두 가지 상이한 모드로 작동할 수 있는 스플릿 사이클 내연 엔진에 관한 것이다. 제 1 모드는 액티브 모드이고, 제 2 모드는 엔진 제동 모드이다. 두 모드 모두에서, 작동 유체는 압축 실린더에서 압축되고, 이 작동 유체는 연소 실린더에 제공된다. 액티브 모드에서는 연소 실린더에서 연료가 연소되고 연소된 작동 유체가 연소 피스톤의 움직임을 구동하는 데 사용된다. 엔진 제동 모드에서는 연소 실린더의 작동이 연소 실린더가 작동 유체를 추가로 압축하도록 대신 사용되도록 변경된다. 엔진 제동 모드에서는 연소 실린더 내의 작동 유체가 추가로 압축되고, 이 압축된 유체가 연소 실린더로부터 배출되도록 두 모드 사이에서 연소 실린더에 대한 유입 밸브의 개방 및/또는 폐쇄 타이밍이 변경된다. 본 발명의 추가 특징들은 엔진 제동 모드에서 작동할 때 엔진의 하나 이상의 부품들의 작동 온도들을 조절하기 위한 제어 메커니즘들을 제공한다.

도 1은 스플릿 사이클 내연 엔진(100)을 도시한 것이다. 엔진(100)은 압축 실린더(110), 연소 실린더(120) 및 크로스오버 통로(130)를 포함한다. 압축 실린더(110)는 압축 피스톤(112), 유입 밸브(114) 및 유출 밸브(116)를 포함한다. 연소 실린더(120)는 연소 피스톤(122), 유입 밸브(124) 및 유출 밸브(126)를 포함한다. 엔진(100)도 크랭크 샤프트(140)를 포함한다.

압축 실린더(110)는 압축 피스톤(112)을 수용하고, 연소 실린더(120)는 연소 피스톤(122)을 수용한다. 압축 피스톤(112)과 연소 피스톤(122)은 모두 크랭크 샤프트(140)에 결합된다. 압축실린더(110)는 크로스오버 통로(130)를 통해 연소 실린더(120)와 결합된다. 특히 크로스오버 통로(130)는 압축 실린더(110)의 유출 밸브(116)와 연소 실린더(120)의 유입 밸브(124)에 결합된다. 압축 실린더(110)의 유입 밸브(114)는 유입되는 작동 유체의 공급원에 결합된다. 연소 실린더(120)의 유출 밸브(126)는 엔진(100)의 배기에 결합된다. 크로스오버 통로(130)는 작동 유체가 압축 실린더(110)에서 연소 실린더(120)로 이동하는 통로를 제공한다.

압축 실린더(110)는 작동 유체의 압축을 제공하도록 배치된다. 압축 실린더(110)의 유입 밸브(114)는 작동 유체가 압축 실린더(110) 내로 유입되도록 개방되고 압축 피스톤(112)이 이동하여 압축 실린더(110) 내의 작동 유체를 압축할 수 있게 폐쇄되도록 구성된다. 압축 피스톤(112)은 압축 실린더(110) 내의 부피를 감소시키기 위해 이동하도록 배치되어 내부의 작동 유체를 압축한다. 압축 피스톤(112)은 크랭크 샤프트(140)에 결합되어 크랭크 샤프트(140)의 회전 운동에 의해 압축 피스톤(112)의 이러한 움직임이 발생한다. 압축 실린더(110)의 유출 밸브(116)는 압축 실린더(110) 내의 작동 유체의 압축을 가능하게 하고, 압축 실린더(110)로부터 압축 유체를 출력하기 위해 개방되도록 폐쇄된 상태로 유지되게 구성된다.

크로스오버 통로(130)는 압축 실린더(110)로부터 압축된 유체를 수용하도록 구성된다. 크로스오버 통로(130)는 이 압축된 유체의 가열을 제공할 수 있다. 연소 실린더(120)의 유입 밸브(124)는 압축된 작동 유체가 크로스오버 통로(130)로부터 연소 실린더(120)로 유입되도록 개방되고, 작동 유체가 크로스오버 통로(130)로부터 연소 실린더(120)로 유입되는 것을 억제할 수 있게 폐쇄되도록 배치된다.연소 실린더(120)의 유출 밸브(126)는 연소 실린더(120)로부터의 유체를 배기하도록 개방되고, 연소 실린더(120)로부터의 유체의 배기를 억제하도록 폐쇄되도록 구성된다.

도 1에는 도시되어 있지 않으나, 엔진(100)에는 제어기도 포함된다. 엔진(100)은 또한 감지된 파라미터의 지시를 제어기에 제공하는(예를 들어, 제어기가 그러한 감지된 파라미터들에 기초하여 엔진(100)의 동작을 제어할 수 있도록) 하나 이상의 센서들을 포함할 수 있다. 이에 대해서는 이하 도 2에 도시된 엔진(100)과 관련하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

제어기는 엔진(100)이 2개의 상이한 동작 모드로 동작하도록 제어하도록 구성된다. 제1 동작 모드는 액티브 모드(active mode)이다. 제2 동작 모드는 엔진 제동 모드(engine braking mode)이다.

액티브 모드에서는 압축된 작동 유체가 크로스오버 통로(130)로부터 연소 실린더(120)로 유입되고, 연소 실린더(120)에서 연소가 발생하도록 엔진(100)의 운전을 제어하도록 구성된다. 연소 실린더 내의 연소는 에너지를 방출하기 위한 연료의 산화 및 소비(예를 들어, 작동 유체의 압력에서 전위 에너지를 제공하기 위한 연료 소비 및 연소 피스톤/크랭크 샤프트의 운동 에너지)를 포함한다. 이러한 연소는 발열 반응을 제공할 수도 있다. 그 연소는 연소 피스톤(122)의 이동(및 이에 따라 크랭크 샤프트(140)의 이동)을 구동하기 위한 작동 유체의 팽창 이동을 제공한다. 연소된(및 팽창된) 유체는 그 후 연소 실린더(120)로부터 배기된다.

엔진 제동 모드에 있어서, 상기 제어기는 압축된 작동 유체가 크로스오버 통로(130)로부터 연소 실린더(120) 내로 진입하고, 이어서 그 압축된 작동 유체가 연소 피스톤(122)의 이동에 의해 연소 실린더(120) 내에서 추가로 압축되도록 엔진(100)의 작동을 제어하도록 구성된다. 추가 압축된 유체는 그 후(어떤 연소도 일어나지 않고) 연소 실린더(120)로부터 배기된다.

상기 제어기는 상이한 작동 모드들 사이를 전환하기 위해 연소 실린더(120)의 유입 및/또는 유출 밸브에 대한 개방 및/또는 폐쇄 위치들을 변경하도록 구성된다.

밸브 타이밍/위치의 전환을 설명하기 위해, 먼저 연소 피스톤(122)의 운동을 참조한다. 연소 피스톤(122)은 하사점(BDC) 위치와 상사점(TDC) 위치 사이를 이동하도록 구성된다. 연소 피스톤(122)이 BDC 위치에 있을 때, 엔진(100)의 사이클 동안 연소 실린더(120)의 내부 용적은 최대가 될 것이다. 도 1의 엔진(100)에서, 연소 피스톤(122)은 BDC 위치에 있을 때, 연소 실린더(120)의 최저점에 있을 것이다. 즉, 연소 피스톤(122)의 헤드는 예를 들어 크랭크샤프트(140)의 축에 가장 가까운 위치에서 연소 실린더(120)의 하단을 향할 것이다. 연소 피스톤(122)이 TDC 위치에 있는 상태에서, 연소 실린더(120)의 내부 체적은 엔진(100)의 사이클 동안 가장 작을 것이다. 도 1의 엔진(100)에서, 연소 피스톤(122)은 TDC 위치에 있을 때 연소 실린더(120) 내의 가장 높은 지점에 있을 것이다. 즉, 연소 피스톤(122)의 헤드는 예를 들어 크랭크 샤프트(140)의 샤프트로부터 그 추가 위치에서 연소 실린더(120)의 상단 쪽으로 향할 것이다.

이러한 과정은 순환적(cyclic)이어서, 예를 들어 반복되는 것이다. 도 1의 엔진(100)에서 순환 과정은 연소 실린더(120) 내에서 연소 피스톤(122)의 왕복 운동을 포함한다. 이러한 순환 프로세스는 또한 연소 피스톤(122)의 왕복 운동과 함께 크랭크 샤프트(140)의 회전 운동을 포함할 것이다. 연소 피스톤(122)의 운동은 그 TDC 및 BDC 위치들을 반복적으로 통과할 것이다. 즉, 연소 피스톤(122)은 BDC와 TDC 위치 사이에서(예를 들어, 연소 실린더(120) 내에서 전후진하면서) 연소 실린더(120) 내에서 왕복 운동한다. BDC 및 TDC 위치는 각도(예를 들어, 연소 피스톤(122)의 진동 운동 위치)로 표현될 수 있다. 이러한 의미에서, TDC는 0° 또는 360°(그들은 동일함)로 간주될 것이고, BDC 위치는 180°일 것이다. 피스톤은 0°로부터 180°를 관통하여 최대 360°(0°과 동일함)까지 이동한 다음, 이 운동을 반복한다.

제어기는 연소 실린더(120)의 유입 및/또는 유출 밸브가 개방 및/또는 폐쇄되는 이 엔진 사이클 동안 위치를 제어하도록 구성된다. 다시 이들 밸브가 개폐되는 위치는 연소 피스톤(122)이 사이클을 통해 얼마나 멀리 떨어져 있는지를 보여주는 각도로 표현될 수 있다. 밸브들은 유압 및/또는 공압 시스템을 사용하여 개방 및/또는 폐쇄하도록 배열될 수 있거나, 또는 이들은 밸브들의 개방 및 폐쇄를 회전이 제어하는 캠 샤프트에 결합될 수 있다. 제어기는 밸브들이 개방 및/또는 폐쇄되는 위치를 변경하기 위해 관련 컴포넌트의 작동을 조정하도록 배치될 수 있다.

액티브 모드에 대해, 제어기는 TDC 위치 주위에서(예를 들어, 유입 밸브(124)가 개방되도록(340° 내지 20° 사이에서 얼마 동안 개방될 수 있음) 연소 실린더(120)의 유입 밸브(124)를 제어하도록 구성된다. 연소 실린더(120)의 유입 밸브(124)는 연소가 발생한 후 연소 실린더(120)로 유입된 작동 유체가 TDC와 BDC 위치 간 거리의 대부분 동안 연소 피스톤(122)의 이동을 구동할 수 있도록 개폐되도록 배치된다. 일 예로, 연소 실린더(120)의 유입 밸브(124)는 TDC에서 개방되고, TDC에서 또는 그 직전에 폐쇄되도록 구성될 수 있다.

액티브 모드를 위해, 제어기는 연소 실린더(120)의 유출 밸브(126)가 BDC 위치를 향해 개방되도록 제어하도록 구성된다. 연소 실린더(120)의 유출 밸브(126)는 연소 실린더(120)로부터 배기되는 유체가 연소되고 유체가 팽창되도록(예를 들어, 유출 밸브(126)가 개방되기 전에 TDC로부터 BDC를 향한 연소 및/또는 이동의 대부분이 발생하도록) 개방되게 배치된다. 제어기는 연소 실린더(120)의 유출 밸브(126)가 TDC 위치를 향해 폐쇄되도록 제어하게 구성된다. 연소 실린더(120)의 유출 밸브(126)는 연소 실린더(120)의 유출 밸브(126)가 폐쇄되기 전에 연소 및 팽창된 유체의 대부분이 연소 실린더(120)로부터 배출되도록 폐쇄되게 배치된다.

제어기는 연소 실린더(120)의 출구 및 유입 밸브가 함께 개방되는 시간을 최소화(예를 들어, 완전히 회피)하도록 엔진(100)의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 연소 실린더(120)의 유입 밸브(124)는 연소 실린더(120)의 유출 밸브(126)가 폐쇄되는 것과 동시에, 또는 그 직후의 위치에서 개방될 수 있다. 폐쇄되는 연소 실린더(120)의 유입 밸브(124)와 유출 밸브(126)가 개방되는 사이의 지연은 더 클 것이다(예를 들어, TDC에서 BDC로 가는 대부분의 경로 동안 연소 피스톤(122)을 구동하도록 연소 및 팽창을 가능하게 할 것이다).

액티브 모드에서는 엔진(100)이 연소 실린더(120)의 내부로 연료를 분사하도록 배치된다. 연료는 연소 실린더(120) 내의 작동 유체와 혼합될 것이고, 연료는 연소(예를 들어, 산화됨)되어 작동 유체의 팽창을 제공하고, 연소 피스톤(122)의 BDC 위치로의 이동을 구동할 것이다. 액티브 모드에서, 제어기는 연소 실린더(120)의 유입 및 유출 밸브들이 열리고 닫히도록 구성되어, TDC에서, 또는 그 직후에, 연료가 연소 실린더(120)에서 연소되고, 연소 실린더(120) 내의 압축된 작동 유체가 팽창하여 연소 피스톤(122)이 그의 TDC 위치를 향해 이동하도록 구동한다.마찬가지로, 액티브 모드에서, 제어기는 팽창 및 연소되는 작동 유체가 연소 실린더(120)로부터 배기되도록(예를 들어, 팽창 및 연소되는 작동 유체의 대부분이 연소 실린더(120)로부터 배기되도록) 연소 실린더(120)의 유입 및 유출 밸브들을 개폐하도록 구성된다.

액티브 모드에서 이와 같이 엔진(100)을 제어함으로써, 엔진(100)의 동작은 (예를 들어, 크랭크 샤프트(140)의 회전 운동을 통해) 동기 출력을 제공할 수 있다. 이러한 출력(예를 들어, 구동 토크)은 차량(예를 들어, 트럭)의 구동 모션과 같은 다양한 방식으로 활용될 수 있다. 제어기는 엔진(100)에 대한 요구량(예를 들어, 요구되는 토크 출력량)을 나타내는 요구 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 제어기는 연료 분사를 위한 양 및 타이밍과 같은 이러한 요구 신호에 기초하여 엔진(100)의 동작을 제어할 수 있다.

엔진(100)의 동작 중, 엔진(100)으로부터의 즉각적인 출력에 대한 요구는 달라질 수 있다. 예컨대, 엔진(100)이 차량에 사용되는 경우, 차량의 위상차가 요구되는 경우(예를 들어, 속도를 늦추기 위한 경우, 또는 더 이상의 가속이 요구되지 않는 경우), 엔진(100)으로부터의 토크 출력에 대한 요구는 감소될 수 있다. 그러한 시간 동안, 크랭크 샤프트(140)는 여전히 회전하고 있을 수 있고, 이는 연소 피스톤(122)의 이동을 야기한다. 엔진(100)의 이러한 감속(예를 들어, 차량의 위상차)을 용이하게 하고/하거나 이 시간 동안 엔진(100)의 작동으로부터 사용가능한 작업을 추출하기 위해, 제어기는 엔진(100)의 작동을 액티브 모드로부터 엔진 제동 모드로 전환하도록 구성된다. 예컨대, 제어기는 엔진(100)으로부터의 출력이 감소될 것임을 지시하는 신호를 수신할 수 있고, 이 신호를 수신함에 응답하여, 제어기는 엔진(100)의 동작을 액티브 모드에서 엔진 제동 모드로 전환하도록 제어할 수 있다.

제어기는 액티브 모드와 엔진 제동 모드 사이를 전환하도록 연소 실린더(120)의 유압 및/또는 유출 밸브의 개방 및/또는 폐쇄 위치를 변경하도록 구성된다.

엔진 제동 모드를 위해, 제어기는 BDC 위치 주위에서 연소 실린더(120)의 유입 밸브(124)가 개방되도록 제어하도록 구성된다. 연소 실린더(120)의 유입 밸브(124)는 BDC에서, 또는 BDC 직후에 개방될 수 있다. 일 예로, 유입 밸브(124)는 약 190°에서 개방될 수 있다. 제어기는 압축된 유체가 크로스오버 통로(130)로부터 연소 실린더(120) 내로 통과하도록 연소 실린더(120)의 유입 밸브(124)를 개폐하도록 제어하도록 구성되고, 이어서 연소 피스톤(122)이 그 BDC 위치를 향해 이동함에 따라 그 압축된 유체가 연소 실린더(120) 내에서 추가로 압축된다. 예컨대, 연소 피스톤(122)의 BDC 위치로부터 TDC 위치로의 이동의 대부분을 연소 실린더(120)에서 작동 유체가 압축될 수 있다. 연소 실린더(120)의 유입 밸브(124)에 대한 개방 및 폐쇄 위치는 서로 고정된 오프셋(예를 들어, 액티브 및 엔진 제동 모드 모두에서 일정하게 유지됨)을 가질 수 있지만, 엔진 사이클 동안의 위치는 변경될 수 있다.

다시 말해, 제어기는 엔진 제동 모드(예를 들어, TDC 주변의 위치에서 유입 밸브(124)가 액티브 모드(예를 들어, 유입 밸브(124)가 개방될 때)와 비교하여, 연소 피스톤(122)의 BDC 위치에 더 가까운 위치에서 개방되도록 제어하도록 구성된다. 그렇게 함으로써, 연소 피스톤(122)의 BDC 위치로부터 TDC 위치로의 이동의 일부는 엔진 제동을 제공하기 위해 연소 실린더(120) 내의 압축된 작동 유체의 추가 압축을 제공하도록 작용할 것이다.

엔진 제동 모드를 위해, 제어기는 연소 실린더(120)의 유출 밸브(126)가 TDC 위치에서 또는 그 이전에 개방되도록 제어하도록 구성된다. 연소 실린더(120)의 유출 밸브(126)는 BDC보다 TDC에 가까운 위치에서 개방될 수 있다. 일례로, 연소 실린더(120)의 유출 밸브(126)는 대략 290도 내지 300도 사이에서 개방될 수 있다. 연소 실린더(120)의 유출 밸브(126)는 연소 피스톤(122)이 TDC 위치를 향해 이동함으로써 추가 압축 유체(예를 들어, 압축 실린더(110)에서 압축된 후 연소 실린더(120)에서 추가 압축된 작동 유체)가 유출 밸브(126)를 통해 구동되도록 TDC 이전에 개방되도록 제어될 수 있다. 연소 실린더(120)의 유출 밸브(126)는 유입 밸브(124)가 개방되기 전에 폐쇄되도록 제어된다. 연소 실린더(120)의 유출 밸브(126)는 연소 피스톤(122)이 BDC 위치(예를 들어, 약 140°)에 도달하기 전에 개방될 수 있다. 유출 밸브(126)는 연소 실린더(120)의 유입 밸브(124)가 개방되기 전에 연소 피스톤(122)이 TDC를 향해 이동함에 따라 연소 실린더(120)에 남아 있는 가스가 팽창되는 위치에서 개방되도록 제어될 수 있다.

제어기는 연소 실린더(120)의 유입 밸브(124)가 폐쇄되는 위치와 유출 밸브(126)가 개방되는 위치 및/또는 유출 밸브(126)가 폐쇄되는 위치와 유입 밸브(124)가 개방되는 위치 사이의 위치에서 어떠한 중첩도 피하도록 엔진(100)의 작동을 제어하도록 구성될 수 있다. 유입 밸브(124)가 폐쇄되는 것과 유출 밸브(126)가 개방되는 것 사이의 시간 지연은 연소 실린더(120) 내의 작동 유체의 선택된 양의 압축을 제공하도록 선택될 수 있다.

다시 말해, 제어기는 엔진 제동 모드로 작동할 때가 액티브 모드로 작동할 때보다 엔진 제동 모드로 작동할 때(예를 들어 유출 밸브(126)가 개방될 때(예를 들어, BDC 주변 또는 직전의 위치) 상사점, TDC에 더 가까운 위치(예를 들어, TDC 주변 또는 직전의 위치)에서 열리도록 연소 실린더(120)의 유출 밸브(126)를 제어하도록 구성된다. 그렇게 함으로써, BDC 위치로부터 TDC 위치로의 연소 피스톤(122)의 이동의 일부는 엔진 제동을 제공하기 위해 연소 실린더(120) 내의 압축된 작동 유체의 추가 압축을 제공하도록 작용할 것이다.

엔진 제동 모드에서는 연소 실린더(120)로 연료가 분사되지 않는다. 일 예로, 제어기는 유입/유출 밸브 위치설정 및 연료 분사 모두의 작동을 제어하도록 구성될 수 있다. 제어기는 엔진(100)의 작동을 엔진 제동 모드로 제어하는 경우, 연소 실린더(120)로 연료가 분사되지 않도록 연료 분사를 제어할 수 있다. 이러한 의미에서, 엔진(100)은 예를 들어, 그 작동 유체의 어떠한 연소 구동 팽창도 발생하지 않고 작동 유체가 압축 실린더(110)에서 먼저 압축되고 그 다음에 연소 실린더(120)에서 제2 압축되기 때문에 작동 유체의 이중 압축을 제공하도록 작동할 수 있다. 이 이중 압축된 작동 유체는 그 다음에 연소 실린더(120)의 유출 밸브(126)를 통해 배기된다.

엔진 제동 모드에서, 제어기는 연소 피스톤(122)의 BDC 및 TDC 위치 사이의 기간 동안, 연소 피스톤(122)이 그 TDC 위치를 향해 이동함에 따라 압축 실린더(110) 내의 작동 유체가 압축되도록 연소 실린더(120)의 유압 및 유출 밸브를 개폐하도록 제어하도록 구성된다. 마찬가지로, 엔진 제동 모드에서, 제어기는 연소 실린더(120) 내의 이 추가 압축 유체가 유출 밸브(126)를 통해(예를 들어, 연소 실린더(120) 내에서 발생하는 작동 유체의 어떠한 연소 유도 팽창 없이) 배기되도록 연소 실린더(120)의 입구 및 유출 밸브를 개폐하도록 제어하도록 구성된다.

이와 같이, 엔진(100)의 동작은 액티브 모드와 엔진 제동 모드 사이를 전환하도록 제어될 수 있다. 제어기는 그러한 스위치가 원함을 나타내는 신호를 수신하는 것에 응답하여(예를 들어, 차량의 운전자가 차량을 지연시키거나 차량의 추가 가속을 회피하도록 작용하는 것에 응답하여) 그러한 스위치를 개시하도록 구성될 수 있다.

동작에 있어서, 엔진(100)은 서로 다른 2개의 모드 중 하나의 모드로 동작하도록 제어될 수 있다.

예를 들면, 상기 엔진(100)의 운전은 액티브 모드에서 시작될 수 있다. 이에 따라, 압축 실린더(110)의 유입 밸브(114)는 압축 실린더(110)의 유출 밸브(116)가 닫힌 상태로 개방되어 작동 유체를 압축 실린더(110) 내부로 유입시킨다. 그러면, 압축 실린더(110)의 유입 밸브(114)가 폐쇄된다. 압축 피스톤(112)이 이동하여 압축 실린더(110) 내의 작동 유체를 압축한다. 그러면, 압축 피스톤(112)의 유출 밸브(116)가 개방되고, 압축된 작동 유체는 압축 실린더(110)로부터 크로스오버 통로(130)로 통과한다. 일단 연소 실린더(120)의 유입 밸브(124)가 개방되면(연소 피스톤(122)을 위한 TDC 위치 주변에서), 압축된 작동 유체는 크로스오버 통로(130)로부터 연소 실린더(120)로 유입되어 연료와 혼합된다. 연료는 연소(예를 들어, 산화됨)되고, 이는 작동 유체의 팽창을 야기하여 연소 피스톤(122)을 그 BDC 위치를 향해 구동한다. 이어서, 연소 실린더(120)의 유출 밸브(126)는 개방(BDC 위치 이전)되고, 이는 연소 실린더(120)의 유입 밸브(124)가 개방될 직전(TDC 위치 이전)까지 개방된 상태로 유지된다. 유출 밸브(126)가 개방되는 동안, 연소되고 팽창된 작동 유체는 이어서 연소 실린더(120)로부터 배기된다. 연소 피스톤(122)의 구동된 움직임은 크랭크 샤프트(140)로 전달되고, 이는 엔진(100)으로부터 작업을 추출하는데 활용될 수 있다.

제어기는 그 후 엔진 제동 모드에서의 작동이 요구된다는 신호를 수신할 수 있다. 그렇게 함으로써, 제어기는 연소 실린더(120)의 유입 및/또는 유출 밸브들에 대한 개방 및/또는 폐쇄 시간들을 변경한다. 압축 실린더(110)의 작동은 두 모드들 모두에서 유사할 수 있다(즉, 연소 실린더(120)에 압축된 작동 유체를 제공하기 위해). 액티브 모드에서, 연소 실린더(120)의 유입 밸브(124)는 (액티브 모드에 비해) BDC 위치에 더 가깝게 개방된다. 그 후, 유출 밸브(126)가 폐쇄된 상태에서, 압축된 작동 유체는 크로스오버 통로(130)로부터 연소 실린더(120)에 진입하고, 연소 피스톤(122)은 BDC 위치에 더 가깝게 이동한다. 그 후, 연소 실린더(120)의 유입 밸브(124)는 폐쇄되고, 연소 피스톤(122)이 그 TDC 위치를 향해 이동함에 따라 연소 실린더(120) 내의 작동 유체는 압축된다. 그 후, 유출 밸브(126)는 연소 피스톤(122)의 TDC 위치에서의 위치, 또는 이전의 위치에서 개방된다. 연소 실린더(120)에서 추가로 압축된 작동 유체는 그 후 유출 밸브(126)를 통해 배기된다. 연소 실린더(120)에서 작동 유체를 추가로 압축하는 데에서 수행된 작업은 엔진 제동을 제공한다.

도 2를 참조하여, 발명 내용의 다수의 추가적이고 선택적인 특징들이 이제 기술될 것이다.

도 2에는 스플릿 사이클 내연엔진(100)이 도시되어 있다. 도 2의 엔진(100)은 도 1과 유사하며, 엔진(100)의 유사한 구성요소에 대해서는 다시 설명하지 않는다.

도 1에 도시된 특징 외에도, 엔진(100)은 터보차저(150)를 포함할 수 있다. 터보차저(150)는 압축기(151), 터빈(152), 및 샤프트(153)를 포함한다. 엔진(100)은 터빈 바이패스 통로(154)를 포함할 수 있다.

엔진(100)은 리큐퍼레이터(160)를 포함할 수 있다. 리큐퍼레이터(160)는 고압 열교환 통로(161)와 저압 열교환 통로(162)의 두 개의 열교환 통로를 갖는 열교환기이다. 리큐퍼레이터(160)는 하나 이상의 바이패스 통로를 포함할 수 있다. 도 2에는 고압 리큐퍼레이터 바이패스 통로(163)와 저압 리큐퍼레이터 바이패스 통로(164)가 모두 도시되어 있다.

엔진(100)은 에너지 저장 장치(energy storage apparatus)도 포함할 수 있다. 도시하지는 않았으나, 엔진(100)은 하나 이상의 압축가스 저장 유닛을 포함할 수 있다. 도 2에는 예시적인 두 개의 가스 포집 지점, 즉 제1 가스 포집 지점(171) 및 제2 가스 포집 지점(172)이 도시되어 있다.

엔진(100)을 통한 작동 유체의 흐름의 가능한 방향의 표시를 예시하기 위해 화살표가 도 2에 도시되어 있다. 도관들이 또한 엔진(100)을 통해 이 이동하는 작동 유체를 수용하기 위해 도시되어 있다. 이러한 특징들은 제한하려는 것이 아니라, 단지 엔진(100)의 기능 및 작동을 예시하는 것을 돕기 위해 도시되어 있음을 인지해야 한다. 압축기(151)는 샤프트(153)를 통해 터빈(152)에 결합된다. 압축기(151)는 작동 유체와 유체 연통되도록 배치되어 압축 실린더(110)의 유입 밸브(114)에 제공된다. 터빈(152)은 연소 실린더(120)의 유출 밸브(126)로부터 배출되는 작동 유체와 유체 연통되도록 배치된다. 터빈(152)은 연소 실린더(120)의 유출 밸브(126)와 엔진(100)의 배기 사이에 위치된다. 터빈 바이패스 통로(154)는 연소 실린더(120)의 유출 밸브(126)와 터빈(152) 사이에 위치된다. 터빈 바이패스 통로(154)는 터빈(152)의 상류 영역(예를 들어, 연소 실린더(120)의 유출 밸브(126)와 터빈(152)의 하류 영역(예를 들어, 터빈(152)과 엔진(100)의 배기 사이)을 연결한다. 밸브와 같은 하나 이상의 액추에이터는 터빈 바이패스 통로(154)를 선택적으로 개폐하도록 제공된다. 도 2에서 이들은 그로부터 연장되는 점선을 갖는 작은 검은 원으로 도시된다.

리큐퍼레이터(160)의 고압 및 저압 열교환 통로는 서로 인접하게 위치한다. 단순화를 위해 이들은 도 2에 서로 접하고 병렬로 이어지는 두 개의 통로로 도시하였다. 다만, (예를 들어, 두 통로 사이의 열교환을 증가시키기 위해) 다른 배치가 제공될 수 있음을 인지하여야 한다.

압축 실린더(110)의 유출 밸브(116)는 리큐퍼레이터(160)의 고압 열교환 통로(161)와 고압 리큐퍼레이터 바이패스 통로(163)를 통해 연소 실린더(120)의 유입 밸브(124)에 결합된다. 즉, 압축 실린더(110)의 유출 밸브(116)와 연소 실린더(120)의 유입 밸브(124) 사이에는 두 개의 통로가 마련된다. 이들 통로 중 하나(고압 열교환 통로(161)는 리큐퍼레이터(160)를 관통하여 작동 유체를 배기된 유체에 근접하게 하여 서로 열교환을 제공하는 등의 통로이다. 이들 통로 중 다른 하나(고압 리큐퍼레이터 바이패스 통로(163)는 리큐퍼레이터(160)를 관통하는 것을 피하며(배기된 유체로부터 이격되어 위치하여 서로 열교환을 감소시키는) 통로를 제공한다.

연소 실린더(120)의 유출 밸브(126)는 리큐퍼레이터(160)의 저압 열교환 통로(162)와 저압 리큐퍼레이터 바이패스 통로(164)를 통해 엔진(100)의 배기에 결합된다. 도 2의 예에서도 터빈(152)과 터빈 바이패스 통로(154)가 포함되며, 이들은 연소 실린더(120)의 유출 밸브(126)와 2개의 저압 통로 사이에 배치된다(그렇지 않아도 된다는 것을 인지하고 있음에도 불구하고, 예를 들어, 터빈(152/터빈 바이패스 통로(154)에 도달하기 전에 배기된 유체가 저압 통로를 먼저 흐르도록 배치를 반대로 할 수도 있다). 저압 열교환 통로(162)는 리큐퍼레이터(160)를 관통하여 연소 실린더(120)로부터의 배기된 유체를 압축 실린더(110)로부터의 압축된 작동 유체에 근접하게 하여 이들 사이의 열교환을 제공한다. 저압 리큐퍼레이터 바이패스 통로(164)는 리큐퍼레이터(160)를 통한 주행을 회피하는(그리고 압축 실린더(110)로부터 압축된 작동 유체로부터 멀리 위치하여 이들 사이의 열교환을 감소시키는) 통로를 제공한다.

제1 및 제2 가스 수집점은 가압된 가스를 가압된 가스 저장 유닛으로 채널링하기 위한 밸브 및/또는 펌프를 포함할 수 있다. 이들은 엔진(100)의 고압 영역에서 도 2에 도시되어 있다. 제1 가스 수집점(171)은 압축 실린더(110) 내에서 방금 압축된 가스를 수용하도록 배치된다. 도 2에서, 제1 가스 수집점(171)은 압축 실린더(110)의 바로 하류에 도시되어 있다(즉, 압축 실린더(110)의 유출 밸브(116) 및/또는 그로부터 연장되는 도관에 결합된다). 제2 가스 수집점(172)은 연소 실린더(120) 내에서 방금 압축된 가스를 수용하도록 배치되어 있다. 도 2에서, 제2 가스 수집점(172)은 유출 밸브(126)에 인접하여(예를 들어, 유출 밸브(126)의 고압측에, 또는 가스 압력이 높도록 유출 밸브(126) 내에) 도시되어 있다. 각각의 가스 수집점은 다른 도관을 통해 가압된 가스 저장 탱크에 결합될 수 있다. 엔진(100)은 하나 이상의 가압된 가스 저장 탱크(예를 들어, 양쪽 수집점이 동일한 탱크에 결합될 수 있거나, 또는 각각의 수집점이 각각의 탱크에 결합될 수 있다)를 포함할 수 있다.

터보차저(150)는 연소 실린더(120)로부터 배기된 작동 유체에 의해 추가의 작업이 추출될 수 있도록 배치된다. 엔진(100)은 이러한 배기된 유체가 연소 실린더(120)로부터 흘러 터빈(152)을 지나 터빈(152)의 회전을 구동할 수 있도록 배치된다. 터보차저(150)는 터빈(152)의 회전이 샤프트(153)의 회전을 구동하고, 이는 다시 압축기(151)의 회전을 구동하도록 배치된다. 압축기(151)는 압축 실린더(110)의 유입 밸브(114)를 향해 작동 유체를 선택적으로 구동하도록 배치된다. 압축기(151)의 증가된 회전은 압축 실린더(110)를 향해 더 많은 작동 유체를 구동할 것이다(예를 들어, 압축 실린더(110)로 전달되는 작동 유체의 압력을 증가시킬 것이다). 다시 말해서, 터보차저(150)는 압축 실린더(110)로 공급되는 작동 유체의 압축을 증가시키기 위해 연소 실린더(120)로부터 배기된 작동 유체의 터빈(152)을 지난 흐름으로부터 에너지를 사용하도록 구성된다.

터빈 바이패스 통로(154)는 해당 배기 유체와 터빈(152) 사이의 상호 작용을 회피 또는 적어도 감소시키는 연소 실린더(120)로부터의 배기 유체의 대체 통로를 제공하도록 배치된다. 다시 말해, 터빈 바이패스 통로(154)는 터빈(152)을 우회하면서 연소 실린더(120)로부터의 배기 유체가 엔진(100)의 배기를 향해 이동하는 통로를 제공하도록 배치된다. 터보차저(150)는 배기 유체가 터빈 바이패스 통로(154)를 통해 유동하는지 여부를 선택적으로 제어하도록 구성될 수 있다. 터보차저(150)는 터빈 바이패스 통로(154)를 통해 유동되는 배기 유체의 양 또는 비율을 선택(예를 들어, 가변)하도록 배치될 수 있다. 일 예로, 배기 유체 중 어느 것도, 일부 또는 전부는 터빈 바이패스 통로(154)를 통해 지향(directed)될 수 있다. 제어기는 터빈 바이패스 통로(154)의 작동을 제어하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 제어기는 압축기(151)에 의한 선택된 압축량을 제공하도록(예를 들어, 엔진(100)을 통과하는 작동 유체의 양 또는 비율을 조절하도록) 터빈 바이패스 통로(154)를 통과하는 작동 유체의 양 또는 비율을 조절하도록 구성될 수 있다.

추가적으로, 또는 대안적으로, 엔진(100)은 압력(및 엔진(100)의 온도)을 조절하기 위해 압축 가스를 벤팅하도록 선택적으로 작동 가능한 하나 이상의 벤트를 포함할 수 있다. 예컨대, 벤트가 유입 가스(예컨대, 압축 실린더(110)의 유입 밸브(114)의 상류)를 위해 제공될 수 있다. 이러한 벤트는 엔진을 통해 유동하는 가스의 압력을 감소시키도록 사용될 수 있다. 예컨대, 벤트된 가스의 양을 증가시킴으로써, 엔진을 통해 유동하는 가스의 압력이 감소될 수 있다. 엔진을 통해 유동하는 것이 제거될 임의의 가스가 예컨대, 흡기를 냉각하기 위해 엔진 내에서 사용될 수 있다.

리큐퍼레이터(160)는 연소실린더(120)에서 배출된 배기유체와 압축실린더(110)와 연소실린더(120) 사이에서 압축유체를 열교환시키도록 배치된다. 일 예로, 저압 열교환통로(162)를 흐르는 배기유체는 통상적으로 고압 열교환통로(161)를 흐르는 압축유체보다 더 뜨거울 것이다. 리큐퍼레이터(160)는 저압 열교환통로(162)에서 더 뜨거운 배기유체와 고압 열교환통로(161)에서 더 차가운 압축유체 사이에서 열이 전달되도록 배치된다.

리큐퍼레이터 바이패스 통로들은 리큐퍼레이터(160)를 회피하는(예를 들어, 배기된 유체와 압축된 유체 사이에 제공되는 열교환량을 감소시키도록) 유체 유동 경로들을 제공하도록 배열된다. 다시 말해서, 각각의 리큐퍼레이터 바이패스 통로는 리큐퍼레이터(160)를 회피하는 유체를 위한 대체 유동 경로를 제공할 수 있다. 엔진(100)은 각각의 리큐퍼레이터 바이패스 통로를 통과하는 유체의 양 또는 비율을 선택하도록 제어될 수 있다. 리큐퍼레이터 바이패스 통로들만이 제공될 수 있다는 것이 본 발명 내용의 맥락에서 인식될 것이다.

엔진(100)은 고압 리큐퍼레이터 바이패스 통로(163)를 흐르는 압축 실린더(110)로부터 압축 유체의 양 또는 비율을 선택(예를 들어, 가변)하도록 배치될 수 있다. 일 예로, 이 압축 유체 중 어느 것도, 일부 또는 전부는 고압 리큐퍼레이터 바이패스 통로(163)를 통해 지향될 수 있다. 제어기는 고압 리큐퍼레이터 바이패스 통로(163)의 작동을 제어하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 제어기는 압축 작동 유체의 선택된 가열량 및/또는 선택된 냉각량이 리큐퍼레이터(160)에 제공되도록 고압 바이패스 통로를 통과하는 작동 유체의 양 또는 비율을 조절하도록 구성될 수 있다.

엔진(100)은 저압 리큐퍼레이터 바이패스 통로(164)를 흐르는 연소 실린더(120)로부터 배기된 유체의 양 또는 비율을 선택(예를 들어, 가변)하도록 배치될 수 있다. 예컨대, 이 배기된 유체의 어느 것도, 일부 또는 전부는 저압 리큐퍼레이터 바이패스 통로(164)를 통해 지향될 수 있다. 제어기는 저압 리큐퍼레이터 바이패스 통로(164)의 작동을 제어하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 제어기는 리큐퍼레이터(160)에 제공되는 압축된 작동 유체의 선택된 가열량 및/또는 선택된 냉각량을 제공하도록 저압 바이패스 통로를 통과하는 작동 유체의 양 또는 비율을 조절하도록 구성될 수 있다.

가스 수집점들은 압축된 가스가 엔진(100)의 가압된 가스 저장 유닛으로 전달될 수 있도록 배치될 수 있다. 가스 수집점들은 가스 압력이 높을 엔진의 영역들로부터 가압된 가스가 수집되도록 위치될 수 있다. 가압된 가스 저장 유닛은 가압된 가스를 저장하고, 가압된 가스가 엔진(100)으로 리턴될 수 있도록 구성될 수 있다. 예컨대, 엔진(100)은 가스를 저장 유닛에 제공하고, 저장 유닛으로부터 엔진(100)으로 다시 제공하기 위한 가스 흡입점들 및 가스 리턴점들을 각각 압축할 수 있다. 가스 수집점들은 그러한 흡입점들 및 리턴점들 모두를 포함할 수 있다. 대안적으로, 하나 이상의 가스 리턴점들은 가스 압력이 더 낮은, 예컨대, 연소 실린더(120)의 유출 밸브의 하류(downstream)에 제공될 수 있다. 예컨대, 엔진(100)은 가압된 가스가 엔진(100)을 통한 유동 동안의 위치로부터 취해지도록(예컨대, 가스가 압축 실린더(110) 및/또는 연소 실린더(120)에서 압축되고 저장부에 저장되는 압력을 받도록) 구성될 수 있다. 엔진(100)은 엔진(100)의 작동 동안 추가 사용을 위해 가압된 가스를 엔진(100)으로 리턴하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 엔진(100)은 가압된 가스가 터빈(152)을 구동하기 위해 리턴될 수 있도록 구성될 수 있다.

도 1의 엔진(100)과 마찬가지로, 엔진(100)은 도시되지 않은 제어기를 포함한다. 엔진(100)은 또한 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 예컨대, 센서들은 엔진(100)의 하나 이상의 구성요소들에 대한 온도 및/또는 압력의 지시를 획득하도록 마련될 수 있다. 예컨대, 제어기는 리큐퍼레이터(160)의 온도 및/또는 엔진(100)을 흐르는 작동 유체의 압력의 지시를 수신하도록 구성될 수 있다. 제어기는 이러한 수신된 지시에 기초하여 엔진(100)의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다.

제어기는 엔진(100)에 대한 선택된 동작 특성들을 제공하도록 엔진(100)의 하나 이상의 컴포넌트들을 제어하도록 구성될 수 있다. 도 1의 엔진(100)과 마찬가지로, 제어기는 액티브 모드와 엔진 제동 모드 사이에서 엔진(100)의 스위칭을 제어하도록 구성된다. 추가로, 제어기는 이러한 동작 모드들 중 하나 또는 둘 모두에서 엔진(100)에 대한 선택된 동작 특성들을 제공하도록 엔진(100)의 상이한 컴포넌트들 중 하나 이상의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 특히, 제어기는 엔진 제동 모드에서 엔진(100)의 동작을 제어하도록 배치되어 리큐퍼레이터(160)의 온도를 조절할 수 있다. 예컨대, 엔진 제동 모드에서 리큐퍼레이터(160)를 선택된 온도 범위(예를 들어, 리큐퍼레이터(160)를 고온으로 유지하고, 및/또는 리큐퍼레이터(160)를 과열을 피하는 것이 유익할 수 있다.

엔진(100)의 동작을 제어하기 위한 피드백 루프들의 일부 예들이 이하에서 기술될 것이다. 특히, 이러한 예들 중 일부는 엔진 제동 모드일 때 엔진(100)의 동작을 제어하기 위한 메커니즘에 관한 것이다. 제어 루프들이 기술되기 전에, 먼저 엔진(100)의 상이한 구성요소들 및 그 동작이 엔진(100)의 작업 조건들에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지에 대해 언급될 것이다.

엔진의 상이한 컴포넌트들에 대해 제공되는 가열량은 엔진을 통해 흐르는 압축된 작동 유체의 양에 기초하여 변할 것이다. 사이클당 더 많은 유체가 압축됨에 따라(예컨대, 엔진 내의 가스 압력이 증가함에 따라), 이것은 또한 엔진의 컴포넌트들에 더 큰 가열 효과를 제공할 수 있다. 예컨대, 더 많은 작동 유체가 압축 실린더(110)에서 압축되면, 이것은 리큐퍼레이터(160)를 통해 흐를 때 그 유체의 온도를 증가시킬 것이다(따라서 리큐퍼레이터(160) 자체의 온도를 증가시킬 것이다). 유사하게, 리큐퍼레이터를 통과하는 더 뜨거운 유체가 많을수록, 리큐퍼레이터는 더 뜨거워질 것이다(그리고 그 반대도 마찬가지이다). 엔진의 컴포넌트들은 원하는 대로, 엔진(100)의 온도를 제어하기 위해 이러한 특성들을 조절하도록 작동될 수 있다.

터보차저(150)는 엔진의 한 사이클 동안 엔진(100)을 통과하는 작동 유체의 양에 영향을 미치도록 배치된다. 터보차저(150)는 압축 실린더(110) 내로 강제되는 작동 유체의 양을 조절하도록 구성된다. 터빈(152)을 통해 흐르는 더 많은 공기는 압축기(151)로 더 많은 공기를 압축 실린더(110) 내로 강제하게 할 것이다(그리고 그 반대도 마찬가지이다). 압축 실린더(110) 내에서 압축되는 공기의 양을 증가시키면 이러한 작동 유체의 온도 및/또는 리큐퍼레이터(160)를 가열하는 용량이 증가할 수 있다. 이와 같이, 터빈 바이패스 통로(154)를 흐르는 공기의 양을 조절함으로써, 작동 유체의 양 및 그 가열 용량도 조절할 수 있다. 즉, 엔진을 통과하는 작동 유체의 가열 효과를 조절하도록(예를 들어, 리큐퍼레이터(160)의 온도를 조절하도록) 터빈 바이패스 통로(154)의 작동을 제어할 수 있다. 예컨대, 리큐퍼레이터(160)의 온도를 높이기 위해, 엔진(100)은 터빈(152)을 통과하는 작동 유체의 양을 증가시키도록(즉, 터빈 바이패스 통로(154)를 통과하는 유체의 양을 감소시키도록) 구성될 수 있다.

리큐퍼레이터(160)의 고압측은 고압 리큐퍼레이터 열교환 통로(161)를 통과하는 압축 실린더(110)로부터의 압축된 작동 유체의 양에 영향을 미치도록 제어될 수 있다. 리큐퍼레이터(160)의 고압측(161)을 통과하는 작동 유체가 리큐퍼레이터(160)보다 차가우면, 이는 리큐퍼레이터(160)에 냉각 효과를 미칠 수 있다. 리큐퍼레이터(160)의 저압측(162)을 통과하는 배기 유체가 리큐퍼레이터(160)보다 뜨거우면, 이는 리큐퍼레이터(160)에 가열 효과를 미칠 수 있다. 엔진(100)은 리큐퍼레이터에게 원하는 온도를 제공하기 위해 이 두 가지 성질을 가변(예를 들어, 리큐퍼레이터(160)에 대한 가열 효과와 균형을 이루도록) 구성될 수 있다.

압축된 작동 유체가 리큐퍼레이터에 냉각 효과를 미칠 리큐퍼레이터의 고압측(161)에 대해, 고압 리큐퍼레이터 바이패스 통로(163)를 통해 이 압축된 작동 유체를 더 많이 지시하는 것은 리큐퍼레이터(160)에 더 높은 온도를 제공하도록(예를 들어, 리큐퍼레이터 온도가 그만큼 떨어지는 것을 피하기 위해) 작용할 수 있다. 배기된 작동 유체가 리큐퍼레이터(160)의 가열 효과를 가질 리큐퍼레이터(160)의 저압측(162)에 대해, 저압 리큐퍼레이터 바이패스 통로(164)를 통해 이 뜨거운 작동 유체를 더 많이 지시하는 것은 리큐퍼레이터(160)에 냉각 효과를 가질 수 있다.

리큐퍼레이터(160)의 저압측은 저압 리큐퍼레이터 열교환 통로(162)를 통과하는 연소 실린더(120)로부터의 열 배출 유체의 양에 영향을 미치도록 제어될 수 있다. 더 많은 양의 더 뜨거운 배출 유체가 리큐퍼레이터(160)를 통과하여 더 냉각된 압축 작동 유체와 열교환함에 따라, 리큐퍼레이터(160)의 온도는 상승(또는 감소)할 수 있다. 저압 리큐퍼레이터 바이패스 통로(164)를 통해 더 많은 압축 작동 유체를 지시하는 것은 리큐퍼레이터(160)에게 더 낮은 온도를 제공하도록(예를 들어, 리큐퍼레이터 온도가 그만큼 상승하는 것을 방지하도록) 작용할 수 있다.

연소 실린더(120)의 유입 및/또는 유출 밸브들에 대한 개방 및/또는 폐쇄 시간들을 제어하는 것은 리큐퍼레이터(160)의 온도에 영향을 미칠 수 있다. 연소 실린더(120)에서 압축의 양을 변화시키는 것이 온도 상승의 양을 변화시킬 것(예를 들어, 더 많은 압축이 더 큰 온도 상승으로 이어질 수 있음)이라는 것이 본 개시내용의 맥락에서 인식될 것이다. 유입 및 유출 밸브 개방/폐쇄는 선택된 양의 압축 유도 온도 상승을 제공하도록 제어될 수 있다. 부가적으로, 또는 대안적으로, 유출 밸브(126)가 개방 및 폐쇄되는 위치를 제어하는 것은 추가 압축(및 추가 가열)을 위해 연소 실린더(120) 내로 다시 인출되는 연소 실린더(120)로부터 배기된 더 뜨거운 유체의 양에 영향을 미칠 수 있다. 연소 피스톤(122)이 유출 밸브(126)가 개방된 상태에서 그의 BDC 위치를 향해 이동함에 따라, 일부 배기된 유체는 다시 연소 실린더(120) 내로 인출될 것이다. 배기된 유체가 추가 압축을 위해 반복적으로 인입됨에 따라, 그의 온도가 상승할 것이다. 이러한 재압축(및 재가열)의 양을 제어함으로써, 리큐퍼레이터(160)의 온도는 (배기된 유체로서, 그리고 따라서 리큐퍼레이터(160)의 저압 측은 연소 실린더(120)에서 발생하는 배기된 유체의 더 많은 재압축으로 온도가 상승할 수 있다) 다양할 것이다.

압축 가스 저장 유닛으로 이동하는 압축 가스의 양을 증가시키는 것은 엔진(100)을 통과하는 압축 작동 유체의 양을 감소시킬 수 있다. 리큐퍼레이터(160)의 온도는 이에 의존하여 변할 수 있다(예를 들어, 압축 실린더(110)로부터의 더 냉각기 압축 유체가 대신 가스 저장 유닛으로 우회됨에 따라, 더 적은 유체가 시스템을 통과할 것이다). 압축 가스가 가스 저장 유닛으로부터 엔진(100) 내로 다시 방출됨에 따라, 이는 엔진 출력을 증가시킬 수 있다(및 엔진 온도를 상승시킬 수 있다).

엔진(100)은 온도를 조절하기 위한 다른 특징들을 포함할 수 있다. 예컨대, 엔진(100)은 냉각제 시스템(예를 들어, 압축 실린더(110) 내로 냉각제를 분사하도록 구성됨)을 포함할 수 있다. 냉각제 분사량을 증가시키는 것은 엔진(100)의 온도를 감소시킬 수 있다. 엔진(100)은 상변화에 의해 열을 저장하도록 구성된 하나 이상의 상변화 물질을 포함할 수 있다. 상변화 물질은 액티브 모드에서의 작동 중에 저장된 열이 엔진 제동 모드에서의 작동 중에(또는 어떤 모드가 더 높은 온도를 제공하는지에 따라 그 반대도 가능) 방출되도록 하는 데 사용될 수 있다.

엔진(100)의 잠재적인 기능성을 예시하기 위해 몇몇 예시적인 피드백 루프들 및 제어 방법들이 이제 기술될 것이다.

제어기는 리큐퍼레이터(160)의 온도를 나타내는 신호를 수신하고, 수신된 신호에 기초하여 엔진(100)의 동작을 제어한다. 제어기는 엔진(100)의 동작을 엔진 제동 모드로 제어할 수 있다. 제어기는 엔진 제동 모드에서 리큐퍼레이터(160)의 온도를 선택된 범위 내로 유지하도록 엔진(100)의 동작을 제어할 수 있다. 예컨대, 제어기는 리큐퍼레이터 온도를 최소 임계 온도 이상으로 유지하고/하거나 리큐퍼레이터 온도를 최대 임계 온도 이하로 유지할 수 있다. 제어기(및 센서들)는 엔진(100)의 동작을 위한 동적 피드백 루프를 제공하도록 구성될 수 있다. 즉, 제어기는 리큐퍼레이터 온도를 나타내는 신호를 계속 수신하고, 리큐퍼레이터 온도를 선택된 범위 내로 유지하도록 엔진(100)의 동작을 계속 제어할 수 있다.

제어기는 엔진 제동모드 동작시 리큐퍼레이터 온도가 선택된 범위를 벗어남을 알리는 신호를 수신한 경우, 엔진(100)의 동작을 제어하여 리큐퍼레이터(160)를 통한 작동유체의 흐름을 제어한다. 이를 위해, 제어기는 리큐퍼레이터 바이패스 통로의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 제어기는 리큐퍼레이터 온도의 지시에 기초하여 리큐퍼레이터 바이패스 통로를 통과하는 더 뜨거운 및/또는 더 차가운 유체의 비율을 조절하도록 동작을 제어할 수 있다. 예컨대, 제어기는 더 뜨거운 유체가 제공하는 리큐퍼레이터(160)에 대한 가열 효과와 더 차가운 유체가 제공하는 리큐퍼레이터(160)에 대한 냉각 효과가 균형을 이루도록 엔진의 동작을 제어할 수 있다.

제어기는 리큐퍼레이터 온도가 너무 낮은 경우 리큐퍼레이터(160)를 통과하는 더 뜨거운 유체의 양을 증가시키고/시키거나 리큐퍼레이터(160)를 통과하는 더 차가운 유체의 양을 감소시키도록 구성된다. 예컨대, 제어기는 엔진의 작동이 리큐퍼레이터(160)에 더 큰 가열 효과 및/또는 더 작은 냉각 효과를 제공하도록 작용하도록 구성될 수 있다. 관련된 경우, 제어기는 저압 리큐퍼레이터 열교환 통로(162)를 통과하는 더 뜨거운 배기 유체의 양을 증가시키거나 또는 고압 리큐퍼레이터 열교환 통로(161)를 통과하는 더 차가운 압축 유체의 양을 감소시켜 리큐퍼레이터 온도를 증가시키도록 엔진(100)의 작동을 제어할 수 있다. 이를 위해, 제어기는 저압 리큐퍼레이터 바이패스 통로(164)를 선택적으로 더 적게 사용 및/또는 고압 리큐퍼레이터 바이패스 통로(163)를 더 사용하도록 구성된다.

제어기는 리큐퍼레이터 온도 표시와 임계 온도의 차이(예를 들어, 온도 변화가 더 필요한 경우 리큐퍼레이터 바이패스 통로가 더/더 적게 사용되도록)에 따라 리큐퍼레이터 바이패스 통로를 통과하는 유체의 비율을 가변하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 제어기는 엔진 제동 모드로 동작할 때 적어도 일부 유체가 리큐퍼레이터 바이패스 통로를 통과하도록 엔진(100)의 동작을 제어할 수 있다. 저압 바이패스 통로는 리큐퍼레이터 온도가 너무 낮은 경우에 사용될 수 있고, 및/또는 고압 리큐퍼레이터 바이패스 통로(163)는 리큐퍼레이터 온도가 너무 높은 경우에 사용될 수 있다.

제어기는 엔진 제동 모드로 작동할 때 리큐퍼레이터 온도가 선택된 범위를 벗어남을 지시하는 신호를 수신할 경우, 추가 압축(및 가열)을 위해 연소 실린더(120)로 다시 흡입되는 연소 실린더(120)로부터의 고온 배기 유체의 양을 조절하도록 엔진(100)의 작동을 제어하도록 구성된다. 이를 위해, 제어기는 연소 실린더(120)의 유출 밸브(126)의 개방 및/또는 폐쇄 위치를 제어하도록 구성될 수 있다. 제어기는 연소 실린더(120)의 유출 밸브(126)에 대한 개방 및/또는 폐쇄 위치를 선택하여 그 내부의 추가 압축을 위해 연소 실린더(120)로 다시 흡입되는 고온 배기 유체의 양을 조절할 수 있다. 예컨대, 제어기는 지시된 온도에 기초하여 개방 및/또는 폐쇄 위치를 제어할 수 있다. 리큐퍼레이터 온도가 너무 낮은 경우, 연소 피스톤(122)이 (TDC 위치로부터) 자신의 BDC 위치를 향해 이동함에 따라 연소 실린더(120)의 유출 밸브(126)가 보다 장기간 개방될 수 있다. 예컨대, 제어기는 리큐퍼레이터(160)의 온도를 상승시키기 위해 TDC보다 BDC에 가깝게 위치를 선택할 수 있다(및 그 반대도 마찬가지이다). 제어기는 리큐퍼레이터 온도에 의존하여(예를 들어, 리큐퍼레이터 온도와 임계 온도의 온도 차이에 기초하여 선택된 양만큼 위치가 변화하도록) 개방 및/또는 폐쇄 위치를 동적으로 조절할 수 있다.

제어기는 엔진 제동 모드로 동작할 때 리큐퍼레이터 온도가 선택된 범위를 벗어남을 나타내는 신호를 수신한 경우, 터빈(152)을 구동하기 위한 작동 유체의 흐름을 조절하도록 엔진(100)의 동작을 제어하도록 구성된다. 이를 위해, 제어기는 터빈 바이패스 통로(154)의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 제어기는 리큐퍼레이터 온도의 표시에 기초하여 터빈 바이패스 통로(154)를 통과하는 유체의 비율을 조절하도록 동작을 제어할 수 있다. 리큐퍼레이터 온도가 너무 낮은 경우, 제어기는 가열 효과를 증가시키도록 터빈 바이패스 통로(154)의 동작을 제어하도록 구성된다. 제어기는 터빈 바이패스 통로(154)를 통해 흐르는 배기 유체의 양을 감소시키도록(예를 들어, 터빈(152)을 통과하는 유체의 흐름을 증가시키도록) 구성된다. 이와 같이, 터빈(152)은 압축기(151)의 더 많은 일을 구동할 것이고, 더 많은 작동 유체가 압축 실린더(110)에서 압축될 것이고, 더 큰 가열 효과가 제공될 것이다.

제어기는 리큐퍼레이터 온도의 표시와 임계 온도의 차이에 기초하여 터빈 바이패스 통로(154)를 통과하는 배기 유체의 비율을 가변하도록 구성될 수 있다(예를 들어, 온도가 더/덜 변화할 필요가 있을 때 터빈 바이패스 통로(154)가 더/덜 사용되도록). 일 예로, 제어기는 엔진 제동 모드로 동작할 때 적어도 일부 유체가 터빈 바이패스 통로(154)를 통과하도록 엔진(100)의 동작을 제어할 수 있다.

제어기는 엔진 제동 모드 작동 시 리큐퍼레이터 온도가 선택된 범위를 벗어났음을 나타내는 신호를 수신하면, 엔진(100)의 작동을 제어하여 엔진(100)에 공급되는 냉각수의 양을 조절하고/하거나 엔진(100)을 통과하는 작동유체의 양을 조절할 수 있다. 이를 위해 제어기는 냉각수 시스템의 작동을 제어(예를 들어, 온도를 감소시키거나 증가시키기 위해 공급되는 냉각수의 양을 각각 증가시키거나 감소시키는)할 수 있다. 제어기는 엔진(100)을 통과하는 작동유체의 양을 제어(예를 들어, 온도를 증가시키기 위해 더 많은 압축유체를 저장하도록)하도록 압축가스 저장부에 저장되는 작동유체의 양을 제어할 수 있다. 저압 바이패스 통로는 리큐퍼레이터 온도가 너무 낮아지는 경우에 사용될 수 있고, 및/또는 고압 리큐퍼레이터 바이패스 통로(163)는 리큐퍼레이터 온도가 너무 높아지는 경우에 사용될 수 있다.

제어기는 엔진 제동 모드 작동 시 리큐퍼레이터 온도가 선택된 범위를 벗어났음을 나타내는 신호를 수신하면, 엔진(100)의 작동을 제어하여 엔진(100)에 공급되는 냉각수의 양을 조절하고/하거나 엔진(100)을 통과하는 작동유체의 양을 조절할 수 있다. 이를 위해 제어기는 냉각수 시스템의 작동을 제어(예를 들어, 온도를 감소시키거나 증가시키기 위해 공급되는 냉각수의 양을 각각 증가시키거나 감소시키는)할 수 있다. 제어기는 엔진(100)을 통과하는 작동유체의 양을 제어(예를 들어, 온도를 증가시키기 위해 더 많은 압축유체를 저장하도록)하도록 압축가스 저장부에 저장되는 작동유체의 양을 제어할 수 있다. 저압 바이패스 통로는 리큐퍼레이터 온도가 너무 낮아지는 경우에 사용될 수 있고, 그리고/또는 고압 리큐퍼레이터 바이패스 통로(163)는 리큐퍼레이터 온도가 너무 높아지는 경우에 사용될 수 있다.

제어기는 엔진 제동 모드 작동 시 리큐퍼레이터 온도가 선택된 범위를 벗어났음을 나타내는 신호를 수신하면, 엔진(100)의 작동을 제어하여 엔진(100)에 공급되는 냉각수의 양을 조절하고/하거나 엔진(100)을 통과하는 작동유체의 양을 조절할 수 있다. 이를 위해 제어기는 냉각수 시스템의 작동을 제어(예를 들어, 온도를 감소시키거나 증가시키기 위해 공급되는 냉각수의 양을 각각 증가시키거나 감소시키는)할 수 있다. 제어기는 엔진(100)을 통과하는 작동유체의 양을 제어(예를 들어, 온도를 증가시키기 위해 더 많은 압축유체를 저장하도록)하도록 압축가스 저장유닛에 저장되는 작동유체의 양을 제어할 수 있다.

제어기는 리큐퍼레이터 온도의 표시와 임계 온도의 차이(예를 들어, 온도가 더/더 변화할 필요가 있는 경우 터빈 바이패스 통로(154)를 통과하는 배기 유체의 비율을 가변하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 제어기는 엔진 제동 모드로 동작할 때 적어도 일부 유체가 터빈 바이패스 통로(154)를 통과하도록 엔진(100)의 동작을 제어할 수 있다.

제어기는 엔진 제동 모드 작동 시 리큐퍼레이터 온도가 선택된 범위를 벗어났음을 나타내는 신호를 수신하면, 엔진(100)의 작동을 제어하여 엔진(100)에 공급되는 냉각수의 양을 조절하고/하거나 엔진(100)을 통과하는 작동유체의 양을 조절할 수 있다. 이를 위해 제어기는 냉각수 시스템의 작동을 제어(예를 들어, 온도를 감소시키거나 증가시키기 위해 공급되는 냉각수의 양을 각각 증가시키거나 감소시키는)할 수 있다. 제어기는 엔진(100)을 통과하는 작동유체의 양을 제어(예를 들어, 온도를 증가시키기 위해 더 많은 압축유체를 저장하도록)하도록 압축가스 저장부에 저장되는 작동유체의 양을 제어할 수 있다.

전술한 예시적인 피드백 루프들에서, 제어기는 엔진(100)의 온도의 지시를 수신하도록 구성된다. 예를 들어, 이것은 리큐퍼레이터(160)의 온도일 수 있다. 제어기는 이 온도를 제어하기 위해(예를 들어, 전술한 실시예들에 따라) 엔진(100)의 동작을 규제하도록 구성된다. 예컨대, 제어기는 리큐퍼레이터 온도를 임계값 이상으로 조절하여 엔진(100)이 액티브 모드로 동작할 때 리큐퍼레이터(160)가 엔진(100)의 효율적인 동작 조건을 제공할 수 있도록 충분히 보온할 수 있다.

추가적으로, 또는 대안적으로, 제어기는 상이한 이유들로 엔진(100)의 온도를 조절하도록 엔진(100)의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 엔진(100)의 동작은 엔진 제동 모드에서 동작할 때 엔진(100)의 유지 보수를 제공하도록 제어될 수 있다. 촉매는 리큐퍼레이터(160)의 일부로서(예컨대, 리큐퍼레이터(160) 내부에) 제공될 수 있다. 엔진 제동 모드에서, 제어기는 리큐퍼레이터(160)에서 촉매 반응(예컨대, 엔진 동작 동안 촉매의 성능을 돕기 위한 반응)을 제공하도록 동작을 제어할 수 있다. 예컨대, 온도는 이 반응을 제공하기 위한 임계 범위 내에 있도록 조절될 수 있다(예컨대, 리큐퍼레이터(160)의 온도는 촉매 반응을 제공하기 위한 임계 온도를 초과하도록 제어될 수 있다). 예컨대, 이러한 동작은 리큐퍼레이터(160)의 촉매 코팅으로부터 임의의 원치 않는 물질을 연소시키도록 작용할 수 있다. 엔진의 동작 동안, 촉매 코팅 상에 미립자가 축적될 수 있다. 예컨대, 리큐퍼레이터의 온도를 가열함으로써(예컨대, 엔진 제동 모드 동안), 이는 엔진(100)의 디수팅을 제공하도록(예컨대, 액티브 모드로 복귀할 때 미래의 엔진 성능을 향상시키도록 촉매 코팅으로부터 원치 않는 미립자 물질을 제거하도록) 작용할 수 있다. 제어기는 리큐퍼레이터(160)의 이러한 유지 보수를 제공하도록(예컨대, 디수팅을 위한/촉매 이벤트 제공을 위해) 액티브 모드에서 엔진(100)의 동작을 제어할 수 있다. 이를 위해, 제어기는 예컨대, 엔진 사이클의 나중 위치에서 일부 연소가 발생하도록, 이에 의해 연소 실린더(120)로부터 더 뜨거운 유체가 배기되도록, 연료 분사가 지연되도록 제어하도록 구성될 수 있다.

추가적으로, 또는 대안적으로, 리큐퍼레이터(160)에 대한 선택된 온도를 제공하도록 엔진 제동 모드에서 엔진(100)의 작동을 제어하기 위해, 제어기는 원하는 양의 엔진 제동을 제공하도록 엔진(100)의 작동을 제어하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 제어기는 작동 유체의 압력 및/또는 제공되는 엔진 제동의 양을 나타내는 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 제어기는 이에 따라 더 많거나 더 적은 엔진 제동을 제공하도록 이 수신된 신호에 기초하여 엔진(100)의 작동을 제어하도록 구성될 수 있다. 상술된 특징을 사용하여 작동이 제어될 수 있지만, 가변 엔진 제동을 제공하도록 본 발명 내용의 맥락에서 인식될 것이다.

추가적으로, 또는 대안적으로, 엔진(100)은 엔진 제동 모드로 동작할 때 압축 가스 저장 유닛에 압축 가스를 추출하여 저장하도록 제어될 수 있다. 추출 및/또는 저장되는 압축 가스의 양은 엔진(100)의 운전 조건 및/또는 저장 유닛(들)이 얼마나 가득 차 있는지에 따라 선택될 수 있다. 예컨대, 제어기는 엔진 제동 모드로 동작으로 전환할 때, 하나 이상의 가스 수집점의 동작을 제어하여 일부 압축 작동 유체를 엔진(100)의 가스 저장 유닛으로 지시하기 시작할 수 있다. 제어기는 액티브 모드가 활성화될 때까지, 또는 가스 저장 유닛이 가득 차 있을 때까지, 및/또는 엔진 제동 모드일 때 엔진(100)에 대해 상이한 양의 엔진 제동 및/또는 가열이 필요할 때까지 일부 가스를 계속 추출할 수 있다.

제어기는 액티브 모드에서 엔진(100)의 작동 동안 가스 저장부로부터 압축 가스를 선택적으로 방출하도록 구성될 수 있다. 압축 가스는 엔진(100)을 통한 작동 유체의 흐름을 지지하도록(예를 들어, 엔진(100)을 보충하도록) 방출될 수 있다. 예컨대, 제어기는 엔진(100)의 출력을 증가시키기 위해(예를 들어, 액티브 모드로의 복귀에 응답하여, 및/또는 엔진(100)의 가속에 응답하여) 압축 가스를 제공하도록 가스 저장부를 제어하도록 구성될 수 있다. 엔진(100)은 터보차저(150)의 터빈(152)을 구동하기 위해 압축 가스가 가스 저장부로부터 방출될 수 있도록 구성될 수 있다. 부가적으로, 또는 대안적으로, 압축 유체는 가스 저장부로부터 연소 실린더(120)를 향해 방출될 수 있다.

도 2와 관련하여 기술된 특징은 선택적이며, 보여지는 특징 모두가 조합되어 함께 제공될 필요는 없다는 것이 상술한 발명 내용의 맥락에서 이해될 것이다. 예컨대, 본 발명 내용의 엔진들은 도 2에 도시된 특징들의 전부는 아니지만 일부와 함께 제공될 수 있다. 예컨대, 하나의 리큐퍼레이터 바이패스 통로가 사용될 수도 있다. 다른 예로서, 터보 차저가 제공되지 않을 수도 있고, 터빈 바이패스 통로(154)를 포함하지 않을 수도 있다. 엔진들이 상술한 복수의 컴포넌트들과 함께 제공되는 경우, 상이한 컴포넌트들 중 임의의 또는 전부가 함께 제어될 수도 있다는 것도 이해될 것이다(예컨대, 하나 이상의 다른 컴포넌트들의 동작에 기초하여 컴포넌트들 중 하나 이상의 동작이 제어될 수 있도록, 예컨대, 리큐퍼레이터(160)의 온도를 증가시키기 위해, 고압 리큐퍼레이터 바이패스 통로(163)는 연소 실린더(120)에 대한 유출 밸브(126) 폐쇄 위치를 지연시키는 것과 조합되어 더 사용될 수 있다.

제어기는 엔진 파라미터들을 나타내는 하나 이상의 신호들에 기초하여 엔진의 동작을 제어하도록 구성될 수 있다. 엔진 파라미터의 임의의 적합한 표시가 사용될 수 있음이 인식될 것이다. 예컨대, 표시가 리큐퍼레이터 온도인 경우, 리큐퍼레이터(160)에 결합된 온도 센서를 사용하여 획득될 수 있지만, 리큐퍼레이터(160)를 통해 흐르는 작동 유체에 대한 온도 변화의 표시에 기초하는 등의 다른 수단을 사용하여 획득될 수도 있다.

각각의 실린더들 중 하나 이상이 제공될 수 있다는 것도 또한 인식될 것이다. 예컨대, 스플릿 사이클 엔진은 다수의 압축 및/또는 연소 실린더들을 포함할 수 있다. 제어기는 모든 상이한 실린더들의 동작을 함께 제어하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 액티브 모드에서, 연소 실린더들의 동작은 상이한 연소 피스톤들이 다른 연소 피스톤들로부터 오프셋된 시간에 각각의 BDC 위치를 향해 구동되도록 엇갈릴 수 있다. 마찬가지로, 연소 실린더들이 엔진 제동 모드로 전환하기 위한 유출 밸브(126) 타이밍들을 제어할 때, 이러한 타이밍들은 (예컨대, 각각의 연소 실린더가 다른 연소 실린더들에 상이한 시간에 엔진 제동을 제공하도록) 서로 오프셋될 수 있다. 압축 및 연소 실린더들의 수는 또한 동일할 필요가 없다. 예컨대, 크로스오버 통로(130)는 다수의 유입구들(각각의 압축 실린더들로부터의) 및 다수의 유출구들(각각의 연소 실린더들에 대한)을 가질 수 있다. 각각은 이를 통한 유체의 흐름을 제어하기 위한 각각의 밸브를 가질 수 있다. 유입구들 및 유출구들의 수는 예컨대, 5개의 압축 실린더들 및 3개의 연소 실린더들이 있을 수 있도록 상이할 수 있다.

도 3a 내지 도 3d는 엔진(100)의 예시적인 동작 모드들을 예시하기 위한 예시적인 타이밍 다이어그램들을 나타낸다. 이들 타이밍 다이어그램은 연소 피스톤(122)의 사이클을 0°(그 상사점 위치)에서 180°(그 하사점 위치)까지 그리고 다시 360°/0°로 보여준다. 원으로부터 반경방향 외측으로 연장되는 라인들은 유입 밸브(124) 및 유출 밸브(126)에 대한 개방 및 폐쇄 시간들을 예시한다. 참조 1241 및 1261은 일반적으로 각각의 유입 및 유출 밸브의 개방을 나타내기 위해 사용되고, 참조 1242 및 1262는 각각의 유입 및 유출 밸브의 폐쇄를 일반적으로 나타내기 위해 사용된다. 밸브가 언제 개방될 것인지(즉, 유체가 그 밸브를 통해 흐를 수 있을 때)를 보여주기 위한 각각의 밸브에 대한 개방 및 폐쇄 시간을 연결하는 화살표들이 도시된다.

도 3a는 액티브 모드에서의 동작을 위한 밸브 타이밍들을 예시한다. 유입 밸브(124)는 TDC의 직전인(예를 들어, TDC의 직전 0도 내지 20도 사이의 어딘가) 1241에서 개방된다. 유입 밸브(124)는 이어서 TDC의 직후인(예를 들어, TDC의 후 0도 내지 20도 사이의 어딘가) 1242에서 폐쇄된다. 유출 밸브(126)는 이어서 BDC와 TDC 사이의, 전형적으로 TDC보다 BDC에 더 가까운 위치에 있는, 1261에서 개방된다. 도 3a에서, 이것은 대략 140도 내지 150도에서 보여진다. 이어서 유출 밸브(126)는 유입 밸브(124)보다 더 긴 시간 동안 개방된 상태로 유지된다. 이어서 유출 밸브(126)는 유입 밸브(124)의 개방 직전에 폐쇄된다. 도 3a에서, 유출 밸브는 유입 밸브(124)가 1241에서 개방되기 직전인(예를 들어, TDC의 전 10도 내지 40도에서) 1262에서 폐쇄된다. 이와 같이, 압축된 유체는 1241과 1242 사이에 연소 실린더(120) 내로 유동할 것이다. 이어서 연소는 작동 유체의 팽창 및 그 TDC 위치를 향한 연소 피스톤(122)의 구동을 야기하는 것으로 발생할 것이다. 이어서 배기 밸브(126)는 이어서 1261과 1262 사이에서 개방된다. TDC로부터 BDC를 향한 연소 피스톤(122)의 이동은 연소 실린더(120) 내에 남아 있는 연소된 유체를 밀어내는(예를 들어, 사이클이 반복되기 전에 연소된 유체의 대부분이 연소 실린더(120)로부터 배기되고 새로운 작동 유체가 연소 실린더(120) 내로 인입되도록) 작용할 것이다.

도 3b는 엔진 제동 모드에서의 동작을 위한 예시적인 밸브 타이밍들의 제1 세트를 예시한다. 도 3b에서, 개폐 위치들은 변경되지만, 그들의 고정 오프셋은 동일하게 유지된다. 예컨대, 각각의 밸브들의 개폐는 캠 샤프트의 회전에 의해 작동될 수 있다(예를 들어, 선택된 회전 위상에서 개폐가 발생되도록). 이와 같이, 연소 피스톤(122)은 밸브들의 개폐 사이에서 동일한 크랭크 회전도를 통해 이동할 것이다. 다만, 개폐가 발생하는 위치는 변경될 것이다.

도 3b에서, 유입 밸브(124)는 BDC 직후인(예를 들어, BDC 후 0° 내지 40° 사이의 어딘가) 1241a에서 개방된다. 유입 밸브(124)는 그 다음 TDC와 BDC 사이, 전형적으로 TDC보다 BDC에 가까운 위치에 있는, 1242a에서 폐쇄된다. 도 3a에서, 이는 TDC 후 20° 내지 40° 사이의 어딘가에서 보여준다. 유출 밸브(126)는 그 다음 TDC와 BDC 사이, 전형적으로 BDC보다 TDC에 가까운 위치에 있는, 1261a에서 개방된다. 도 3b에서, 이는 TDC 전에 대략 50° 내지 70°에서 보여준다. 그 다음 유출 밸브(126)는 유입 밸브(124)보다 더 오랜 시간 동안 개방된 상태로 유지된다(개방 기간은 액티브 모드에 대한 것과 동일하지만, 이들의 위치는 상이하다). 그 다음 유출 밸브(126)는 TDC와 BDC 사이에 있는(예를 들어, TDC 전 20° 내지 60°에서의) 1262a에서 폐쇄된다. 이와 같이, 압축된 유체는 1241a와 1242a 사이에서 연소 실린더(120) 내로 유동할 것이다. 연소 피스톤(122)의 TDC로의 이동은 이 작동 유체의 추가 압축을 제공할 것이다.

그리고 나서 배기 밸브(126)는 1261a 내지 1262a 사이에서 개방된다. 연소 피스톤(122)의 TDC 방향으로의 이동은 유출 밸브(126)를 통해 추가 압축 유체의 일부를 연소 실린더(120) 밖으로 밀어내는 작용을 할 것이다. 그리고 나서 유출 밸브(126)가 여전히 개방된 상태에서, 연소 피스톤(122)이 TDC를 통과한 후 BDC를 향해 다시 이동은 연소 실린더(120)에서 배출된 추가 압축 유체의 일부를 다시 연소 실린더(120) 안으로 끌어들이는 작용을 할 것이다. 그리고 나서 다시 흡입되는 이러한 추가 압축 유체의 일부는 다시 연소 실린더(120)에서 추가 압축될 수 있다.

도 3c 및 도 3d는 도 3b와 약간 다른 개폐 위치를 나타낸다. 예컨대, 밸브들은 독립적으로 개폐될 수 있고, 이러한 개폐의 타이밍은 자유롭게(예컨대, 고정 오프셋을 필요로 하지 않음) 변경될 수 있다. 예컨대, 유압/공기압 작동식 밸브가 사용될 수 있다. 도 3c 및 도 3d 모두에서, 도 3b(1241a, 1242a, 1261a, 1262a)로부터의 밸브 개폐 위치는 개폐 위치들의 임의의 차이를 예시하도록 도시된다.

도 3c에서, 유일한 차이점은 유출 밸브가 (1262a라기 보다는) 1262b에서 폐쇄된다는 것이다. 위치(1262b)는 개방 위치(1261a)에 더 가깝게 발생한다. 따라서 이러한 폐쇄 위치는 또한 도 3b의 그것보다 TDC에 더 가깝다. 예컨대, 제어기는 엔진의 동작을 도 3b의 위치로부터 도 3c의 위치로 전환하여 연소 실린더 내로 다시 인입되는 연소 실린더로부터 배출되는 추가 압축 유체의 양을 감소시키도록 제어할 수 있다. 이것은 리큐퍼레이터의 온도를 조절하기 위해 수행될 수 있다 (예컨대, 그러한 유체가 더 많이 인입됨에 따라, 배기된 유체의 온도는 증가할 것이고, 이는 그것이 그것의 추가 압축을 더 뜨거운 온도에서 시작할 것이기 때문이다). 예컨대, 제어기는 리큐퍼레이터의 온도를 조절하기 위해 폐쇄 위치를 선택하도록 구성될 수 있다.

도 3d에서, 4개의 위치들이 모두 변경되었다. 유입 밸브는 1241c에서 열리고 1242c에서 닫히고, 이들 둘 모두는 도 3b에 대한 그들의 각각의 위치들보다 BDC에 더 가깝다(1241a 및 1242a). 유출 밸브는 1261c에서 열리고 1262c에서 닫히고, 이들 위치들 모두는 그들의 도 3b 대응물들(1261a 및 1262a)보다 늦게 발생한다. 예컨대, 제어기는 연소 실린더(120)에 제공되는 압축의 양을 증가시키기 위해(예컨대, 입구 폐쇄(1242c)와 출구 개방(1261c) 사이의 위치 차이를 최대화하기 위해) 그러한 위치들을 선택할 수 있다. 예컨대, 제어기는 더 뜨거운 배기 유체를 연소 실린더(120) 내로 다시 끌어들임으로써(예컨대, 유출 밸브가 개방된 상태에서, 유출 밸브가 폐쇄된 상태에서, TDC 사이의 위치 차이를 최대화하기 위해), 엔진(예컨대, 리큐퍼레이터)의 온도를 증가시키기 위해 그러한 위치들을 선택할 수 있다. 예를 들어, 제어기는 더 많은 고온 배기된 유체를 연소 실린더(120) 내로 다시 끌어들임으로써(예를 들어, 유출 밸브가 개방된 상태에서, 유출 밸브가 폐쇄된 상태에서, TDC 사이의 위치 차이를 최대화하기 위해), 엔진(예를 들어, 리큐퍼레이터)의 온도를 증가시키기 위해 그러한 위치들을 선택할 수 있다.

도 3a 및 도 3d에 나타낸 관련 위치는 기본 개념을 예시하기 위한 예시적인 것이지만 제한적인 것으로 간주되지 않음을 알 것이다. 정확한 개폐 위치는 다양할 수 있으며, 이들의 정확한 위치는 엔진에 대한 원하는 작동 조건에 기초하여 선택될 수 있다.

여기서 엔진들에 대한 기술은 TDC와 BDC 위치들 사이에서 실린더 내에서 피스톤의 왕복 이동이 있는 엔진들을 참조하여 왔음을 인지할 것이다. 이들 실시예들에서, 연소 피스톤은 효과적으로 (전후로) 1차원에서 이동한다. 다만, 이는 제한되지 않아야 함을 인지할 것이다. 예컨대, BDC와 TDC 위치들 사이에서 피스톤이 회전 방식으로 이동하는 Wankel 엔진이 제공될 수 있다.

도면에 나타난 예들은 단지 예시적인 것이며, 본원에 기술된 바와 같이 그리고 청구항들에 제시된 바와 같이 일반화, 제거 또는 대체될 수 있는 특징들을 포함한다는 것을 위의 논의로부터 알 수 있을 것이다. 일반적으로 도면들을 참조하여, 도식적인 기능 블록 다이어그램이 본원에 기술된 시스템 및 장치의 기능을 나타내는데 사용된다는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명 내용의 맥락에서 숙련된 판독기에 의해 알 수 있을 것처럼, 본 명세서에 기술된 예들 각각은 다양한 상이한 방식들로 구현될 수 있다. 발명내용의 임의의 양태들의 임의의 특징은 발명내용의 다른 양태들 중 임의의 양태들과 결합될 수 있다. 예를 들어, 방법 양태들은 장치 양태들과 결합될 수 있고, 장치의 특정 요소들의 동작과 관련하여 기술된 특징들은 그러한 특정 유형들의 장치를 사용하지 않는 방법들에서 제공될 수 있다. 게다가, 예들 각각의 특징들 각각은 일부 다른 특징이 그 동작에 필수적이라는 것이 명백하게 명시적으로 명시되지 않는 한, 그것이 기술되는 예들의 다른 특징들 중 임의의 것 또는 본 명세서에 기술된 임의의 다른 예들의 특징들의 조합과 분리가능하도록 의도된다. 나아가, 전술되지 않은 등가물들 및 수정들이 또한 본 발명으로부터 벗어나지 않으면서 채용될 수 있다.

본 명세서에 기술된 방법들의 특정한 특징들은 하드웨어로 구현될 수 있고, 장치의 하나 이상의 기능들은 방법 단계들에서 구현될 수 있다. 본 명세서에 기술된 방법들은 그것들이 기술되는 순서로 수행될 필요가 없다는 것이 본 발명 내용의 맥락에서 또한 인식될 것이다. 그에 따라, 제품들 또는 장치를 참조하여 기술되는 발명 내용의 양태들은 또한 방법들로서 그리고 그 반대로 구현되도록 의도된다. 본 명세서에 기술된 제어방법들의 양태들은 컴퓨터 프로그램들, 또는 하드웨어들로 또는 이들의 임의의 조합으로 구현될 수 있다. 컴퓨터 프로그램들은 소프트웨어, 미들웨어, 펌웨어, 및 이들의 임의의 조합을 포함한다. 이러한 프로그램들은 신호들 또는 네트워크 메시지들로서 제공될 수 있고, 컴퓨터 프로그램들을 비일시적 형태로 저장할 수 있는 유형의 컴퓨터 판독가능 매체와 같은 컴퓨터 판독가능 매체에 기록될 수 있다. 하드웨어는 컴퓨터들, 핸드헬드 디바이스들, 프로그램가능 프로세서들, 범용 프로세서들, 애플리케이션 특정 집적 회로들(ASIC들), 필드 프로그램가능 게이트 어레이들(FPGA들), 및 논리 게이트들의 어레이들을 포함한다. 예컨대, 본 명세서에 기술된 임의의 제어기는 본 명세서에 기술된 방법들 중 어느 하나에 따라 동작하도록 프로세서를 프로그램하도록 구성된 컴퓨터 프로그램 제품으로 구성된 범용 프로세서와 같은 임의의 제어 장치에 의해 제공될 수 있다. 게다가, 제어기의 기능은 애플리케이션 특정 집적 회로, ASIC, 또는 필드 프로그램가능 게이트 어레이, FPGA, 또는 논리 게이트들의 구성에 의해, 또는 임의의 다른 제어 장치에 의해 제공될 수 있다.

일부 예들에서, 하나 이상의 메모리 요소는 본 명세서에 기술된 동작들을 구현하는데 사용되는 데이터 및/또는 프로그램 명령어들을 저장할 수 있다. 개시내용의 실시예들은 본 명세서에 기술되고/되거나 청구된 방법들 중 임의의 하나 이상을 수행하도록 그리고/또는 본 명세서에 기술되고/되거나 청구된 데이터 처리 장치를 제공하도록 프로세서를 프로그램하도록 동작 가능한 프로그램 명령어들을 포함하는 유형의 비일시적 저장 매체를 제공한다.

개시물의 다른 예들 및 변형들은 본 개시물의 컨텍스트에서 숙련된 어드레스 수신자에게는 명백할 것이다.

Claims

스플릿 사이클 내연 엔진의 구성이, 압축된 작동 유체를 제공하도록 구성된 압축 피스톤을 수용하는 압축 실린더;
연소 피스톤을 수용하는 연소 실린더, 상기 연소 실린더는 상기 압축 실린더에 결합되어 그로부터 압축된 작동 유체를 공급받고, 상기 연소 실린더는: (i) 상기 연소 실린더 내로 압축된 작동 유체의 흡입을 제어하도록 구성된 유입 밸브 및 (ii) 상기 연소 실린더로부터 유체의 배기를 제어하도록 구성된 유출 밸브를 포함하고; 그리고
엔진 사이클 동안 상기 유입 및/또는 상기 유출 밸브가 열려 액티브 모드와 엔진 제동 모드 사이에서 엔진의 작동을 전환하는 위치를 변경하도록 구성된 제어기로 구성되되,
상기 제어기는, 상기 엔진 제동 모드에서 작동할 때가 상기 액티브 모드에서 작동할 때보다 하사점 BDC에 가까운 위치에서 개방하는 상기 유입 밸브; 및 상기 엔진 제동 모드에서 작동할 때가 상기 액티브 모드에서 작동할 때보다 상사점 TDC에 가까운 위치인 개방하는 상기 유출 밸브 가운데 적어도 하나를 제어하는 것을 특징으로 하는 스플릿 사이클 내연 엔진.
제1항에 있어서, 상기 제어기는,
상기 연소 피스톤의 상기 BDC 위치로부터 상기 TDC 위치로의 이동의 대부분 동안 상기 연소 실린더 내에서 작동 유체가 더 압축되도록, 상기 엔진 제동 모드에서 상기 유입 밸브의 개방 및/또는 폐쇄 위치를 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스플릿 사이클 내연 엔진.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제어기는,
상기 엔진 제동 모드에서 상기 유출 밸브가 개방 및/또는 폐쇄되는 위치를 제어하여 상기 연소 실린더로부터 압축된 유체가 더 배출되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스플릿 사이클 내연 엔진.
제3항에 있어서, 상기 제어기는,
상기 엔진 제동 모드에서 상기 TDC 위치 이전의 위치에서 상기 유출 밸브가 개방되게 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스플릿 사이클 내연엔진.
제1항 내지 제4항 가운데 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는,
상기 액티브 모드와 상기 엔진 제동 모드 사이의 작동 전환 시 상기 유입 및/또는 유출 밸브가 폐쇄되는 위치를 상기 엔진 사이클 동안 변경하도록 구성되고, 상기 제어기는, 상기 액티브 모드와 상기 엔진 제동 모드 사이의 작동 전환 시 상기 개폐 위치를 동일한 양만큼 변경하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스플릿 사이클 내연 엔진.
제1항 내지 제5항 가운데 어느 한 항에 있어서, 상기 엔진은,
연료 저장소를 더 포함하고, 상기 연소 실린더 내로 연소를 위한 연료를 주입하도록 구성되고; 그리고
상기 제어기가 상기 엔진 제동 모드에서 작동할 때 연료가 주입되지 않도록 연료 주입을 제어하게 구성되는 것을 특징으로 하는 스플릿 사이클 내연 엔진.
제1항 내지 제6항 가운데 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는,
상기 엔진으로부터 요구에 대한 요구 신호를 수신하도록 구성되되; 그리고
상기 제어기는 상기 요구 신호에 기초하여 상기 엔진의 작동을 상기 액티브 모드 또는 상기 엔진 제동 모드 중 어느 하나로 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스플릿 사이클 내연 엔진.
제7항에 있어서, 상기 제어기는,
상기 요구 신호에 기초하여 상기 유입 밸브 및 상기 유출 밸브 중 적어도 하나에 대한 개방 및/또는 폐쇄 위치들을 제어하도록 구성되고, 선택적으로 상기 엔진은 차량을 위한 것이고, 상기 요구 신호는 (i) 차량의 지연이 필요하고, (ii) 차량의 추가 가속이 필요하지 않다는 표시를 포함하는 것을 특징으로 하는 스플릿 사이클 내연 엔진.
제1항 내지 제8항 가운데 어느 한 항에 있어서,
상기 압축 실린더가 리큐퍼레이터를 통해 상기 연소 실린더에 결합되고; 그리고
상기 리큐퍼레이터는 상기 연소 실린더로부터 배출된 유체와 상기 압축 실린더로부터 연소 실린더로 이동하는 압축된 작동 유체 사이에 열교환을 제공하도록 배치된 것을 특징으로 하는 스플릿 사이클 내연 엔진.
제9항에 있어서, 상기 엔진은 리큐퍼레이터 바이패스 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 스플릿 사이클 내연 엔진.
제10항에 있어서, 상기 제어기는,
상기 리큐퍼레이터의 온도를 나타내는 신호를 수신하고, 상기 수신된 신호에 기초하여 상기 리큐퍼레이터 바이패스 통로의 작동을 제어하도록 구성되고, 선택적으로 상기 제어기는 수신된 신호에 의존하여 상기 리큐퍼레이터를 통해 흐르는 유체의 비율을 제어하도록 구성되고, 선택적으로 상기 제어기는 상기 엔진 제동 모드에서 작동할 때 적어도 일부 유체가 상기 리큐퍼레이터 바이패스 통로를 통해 이동하도록 상기 엔진의 작동을 제어하게 구성된 것을 특징으로 하는 스플릿 사이클 내연 엔진.
제10항 또는 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 리큐퍼레이터 바이패스 통로는,
상기 리큐퍼레이터를 회피하는 상기 압축 실린더에서 상기 연소 실린더로 압축된 유체의 유로를 제공하도록 배치된 고압 바이패스 통로; 그리고.
상기 리큐퍼레이터를 회피하는 상기 연소 실린더에서 배출되는 유체의 통로를 제공하도록 배치된 저압 바이패스 통로 가운데 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 스플릿 사이클 내연 엔진.
제12항에 있어서, 상기 제어기는,
상기 리큐퍼레이터와 관련된 온도가 임계값 이하로 떨어지는 경우 상기 유체가 상기 고압 바이패스 통로를 통해 흐르도록 상기 엔진의 작동을 제어하도록 구성되고, 그리고/또는
상기 제어기는 작동 유체와 연관된 온도 및/또는 압력이 임계값을 초과하는 경우에 상기 유체가 상기 저압 바이패스 통로를 통해 흐르도록 상기 엔진의 작동을 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 스플릿 사이클 내연 엔진.
제9항 내지 제13항 가운데 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는,
상기 리큐퍼레이터와 관련된 온도가 임계값 이하로 떨어지는 경우 유체가 상기 고압 바이패스 통로를 통해 흐르도록 엔진의 작동을 제어하도록 구성되고/되거나,
작동 유체와 연관된 온도 및/또는 압력이 임계값을 초과하는 경우에 유체가 상기 저압 바이패스 통로를 통해 흐르도록 엔진의 작동을 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 스플릿 사이클 내연 엔진.
제9항 내지 제14항 가운데 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는,
상기 리큐퍼레이터의 온도가 임계 값을 초과하도록 엔진의 동작을 제어하도록 구성되고, 선택적으로 상기 임계 값은 리큐퍼레이터에서 촉매 이벤트를 제공하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 스플릿 사이클 내연 엔진.
제1항 내지 제15항 가운데 어느 한 항에 있어서, 상기 엔진은,
(i) 상기 연소 실린더로부터 배출되는 유체에 의해 구동되도록 배치된 터빈 및 (ii) 추가 압축 유체를 상기 압축 실린더에 강제로 주입하도록 구성된 압축기를 포함하는 터보차저를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스플릿 사이클 내연 엔진.
제16항에 있어서, 상기 엔진은,
상기 터빈을 회피하는 상기 연소 실린더에서 배출되는 유체의 통로를 제공하도록 배치된 터빈 바이패스 통로를 더 포함하고; 그리고
상기 제어기가 상기 압축 실린더에 제공될 압축 작동 유체의 선택된 양을 제공하도록 상기 터빈 바이패스 통로의 작동을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스플릿 사이클 내연 엔진.
제17항에 있어서, 상기 제어기는,
상기 엔진 제동 모드에서 작동할 때 적어도 일부 유체가 상기 터빈 바이패스 통로를 통해 이동하도록 엔진 작동을 제어하게 구성되고,
선택적으로 상기 제어기는 엔진 사이클당 선택된 양의 엔진 제동을 제공하기 위해 상기 터빈 바이패스 통로를 통해 이동하는 유체의 비율을 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 스플릿 사이클 내연 엔진.
제1항 내지 제18항 가운데 어느 한 항에 있어서, 상기 엔진은,
상기 엔진에 의해 압축된 가스를 수용하도록 배치된 압축 가스 저장 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스플릿 사이클 내연 엔진.
제19항에 있어서, 상기 압축 가스 저장 유닛은,
상기 압축 실린더 내에서 압축된 압축 가스 및/또는 상기 연소 실린더 내에서 추가 압축된 추가 압축 가스를 수용하도록 마련된 하나 이상의 저장 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 스플릿 사이클 내연 엔진.
제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 제어기는,
상기 엔진 제동 모드에서 동작할 때 상기 압축 가스를 상기 압축 가스 저장유닛에 제공하도록 상기 엔진의 동작을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스플릿 사이클 내연 엔진.
제19항 내지 제21항 가운데 어느 한 항에 있어서, 상기 제어기는,
엔진 출력을 증가시키기 위해 상기 압축 가스 저장 유닛으로부터 가스를 선택적으로 방출할 수 있게 상기 압축 가스 저장 유닛의 작동을 제어하도록 구성되고, 선택적으로 상기 제어기는 상기 엔진 제동 모드로부터 상기 액티브 모드로의 전환에 응답하여 상기 압축 가스 저장 유닛으로부터 가스를 방출할 수 있게 상기 압축 가스 저장 유닛의 작동을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 스플릿 사이클 내연 엔진.
제1항 또는 제22항 가운데 어느 한 항에 있어서, 상기 엔진 제동 모드에서 작동할 때 상기 엔진으로부터의 초과 에너지를 저장하도록 구성된 하나 이상의 상 변화 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스플릿 사이클 내연 엔진.
스플릿 사이클 내연 엔진의 작동 방법에 있어서, 상기 스플릿 사이클 내연 엔진의 구성이:
압축된 작동 유체를 제공하도록 구성된 압축 피스톤을 수용하는 압축 실린더; 및
(ii) 연소 피스톤을 수용하는 연소 실린더로서, 상기 연소 실린더는 상기 압축 실린더에 결합되어 그로부터 압축된 작동 유체를 공급받고, 상기 연소 실린더는 (i) 상기 연소 실린더 내로 압축된 작동 유체의 흡입을 제어하도록 구성된 유입 밸브 및 (ii) 상기 연소 실린더로부터 유체의 배기를 제어하도록 구성된 유출 밸브를 포함하되;
상기 방법이 엔진 사이클 동안 유입 및/또는 유출 밸브가 열려 엔진의 작동을 액티브 모드와 엔진 제동 모드 사이에서 전환하는 위치를 변경하고,
상기 엔진 제동 모드에서 작동할 때가 상기 액티브 모드에서 작동할 때보다 하사점, BDC에 가까운 위치에서 개방되는 상기 유입 밸브; 및
상기 유출 밸브가 상기 엔진 제동 모드에서 작동할 때가 액티브 모드에서 작동할 때보다 상사점,TDC에 가까운 위치에서 개방되는 것: 가운데 적어도 하나를 제어함을 특징으로 하는 스플릿 사이클 내연 엔진의 작동 방법.
제24항의 방법을 수행하도록 스플릿 사이클 내연 엔진의 동작을 제어하도록 프로세서를 프로그램할 수 있게 구성된 컴퓨터 프로그램 명령어들을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.