내연 기관의 작동 방법(METHOD FOR OPERATING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE)
(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2013년12월17일
(11) 등록번호 10-1342815
(24) 등록일자 2013년12월11일
(51) 국제특허분류(Int. Cl.)
F02D 21/08 (2006.01) F02D 41/00 (2006.01)
F02M 25/07 (2006.01) F02D 13/02 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2012-7023309
(22) 출원일자(국제) 2010년12월18일
심사청구일자 2012년09월06일
(85) 번역문제출일자 2012년09월06일
(65) 공개번호 10-2012-0126090
(43) 공개일자 2012년11월20일
(86) 국제출원번호 PCT/EP2010/007777
(87) 국제공개번호 WO 2011/095197
국제공개일자 2011년08월11일
(30) 우선권주장
10 2010 007 071.8 2010년02월06일 독일(DE)
(56) 선행기술조사문헌
KR1020040104412 A
US06758195 B1
US07472696 B2
(73) 특허권자
폭스바겐 악티엔 게젤샤프트
독일 38440 볼프스부르크 베를리네르 링 2
(72) 발명자
그뢰넨디유크 악셀
독일 38518 기프호른 알벡커 슈트라쎄 8
(74) 대리인
안국찬, 양영준
전체 청구항 수 : 총 7 항 심사관 : 김길남
(54) 발명의 명칭 내연 기관의 작동 방법
(57) 요 약
본 발명은 하나 이상의 작동 실린더(12)와, -이때, 상기 작동 실린더의 내부에서는 피스톤이 상하 운동하므로,
크랭크 축의 720도의 작동 사이클 내에서 흡기 행정, 압축 행정, 동력 행정, 및 배기 행정이 연속적으로 실행되
고, 상기 작동 실린더에는 3개 이상의 가스 교환 밸브(14, 16, 18)가 할당된다- 배기 가스 라인(26)과, 흡기 밸
브(14)의 형태를 갖는 가스 교환 밸브로 이어져 이러한 흡기 밸브(14)를 통해 작동 실린더(12)에 적어도 연소 공
기를 공급하는 하나 이상의 유입 채널(22)과, 배기 밸브(16)의 형태를 갖는 가스 교환 밸브로 이어져 이러한 배
기 밸브(16)를 통해 작동 실린더(12)로부터 적어도 배기 가스를 배기 가스 라인으로 배출하는 하나 이상의 배출
채널(28)과, 내연 기관(10)의 배기 가스 라인(26)과 연결된 하나 이상의 배기 가스 재순환 라인(42)을 구비한 내
연 기관(10)의 작동 방법에 관한 것이며, 상기 가스 교환 밸브들 중 하나 이상은 작동 실린더들 중 하나 이상에
의해 EGR 밸브(18)로서 사용되고, 상기 가스 교환 밸브에는 배기 가스 재순환 라인으로부터의 배기 가스가 공급
된다. 이 경우, 내연 기관의 사전 설정된 작동 상태에서, 크랭크 축의 720도의 작동 사이클 내에서 EGR 밸브
(18)는 2차례 이상 개방되며, EGR 밸브(18)의 제1 개방의 개방 지속 시간은 시간적으로 배기 행정 동안 배기 밸
브(16)의 개방과 적어도 오버랩되고, EGR 밸브(18)의 제2 개방의 개방 지속 시간은 시간적으로 흡기 행정 동안
흡기 밸브(14)의 개방 지속 시간과 적어도 오버랩되며, EGR 밸브(18)는 제1 개방과 제2 개방 사이에 폐쇄된다.
대 표 도 - 도4
등록특허 10-1342815
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특허청구의 범위
청구항 1
하나 이상의 작동 실린더(12)와, -이때, 상기 작동 실린더의 내부에서는 피스톤이 상하 운동하므로, 크랭크 축
의 720도의 작동 사이클 내에서 흡기 행정, 압축 행정, 동력 행정, 및 배기 행정이 연속적으로 실행되고, 상기
작동 실린더에는 3개 이상의 가스 교환 밸브(14, 16, 18)가 할당된다- 배기 가스 라인(26)과, 흡기 밸브(14)의
형태를 갖는 가스 교환 밸브로 이어져 이러한 흡기 밸브(14)를 통해 작동 실린더(12)에 적어도 연소 공기를 공
급하는 하나 이상의 유입 채널(22)과, 배기 밸브(16)의 형태를 갖는 가스 교환 밸브로 이어져 이러한 배기 밸브
(16)를 통해 작동 실린더(12)로부터 적어도 배기 가스를 배기 가스 라인으로 배출하는 하나 이상의 배출 채널
(28)과, 내연 기관(10)의 배기 가스 라인(26)과 연결된 하나 이상의 배기 가스 재순환 라인(42)을 구비한 내연
기관(10)의 작동 방법이며, 상기 가스 교환 밸브들 중 하나 이상은 작동 실린더들 중 하나 이상에 의해 EGR 밸
브(18)로서 사용되고, 상기 가스 교환 밸브들 중 하나 이상에는 배기 가스 재순환 라인으로부터의 배기 가스가
공급되는, 내연 기관의 작동 방법에 있어서,
내연 기관의 사전 설정된 작동 상태에서, 크랭크 축의 720도의 작동 사이클 내에서 EGR 밸브(18)는 2차례 이상
개방되며, EGR 밸브(18)의 제1 개방의 개방 지속 시간은 시간적으로 배기 행정 동안 배기 밸브(16)의 개방과 적
어도 오버랩되고, EGR 밸브(18)의 제2 개방의 개방 지속 시간은 시간적으로 흡기 행정 동안 흡기 밸브(14)의 개
방 지속 시간과 적어도 오버랩되며, EGR 밸브(18)는 제1 개방과 제2 개방 사이에 폐쇄되는 것을 특징으로 하는,
내연 기관의 작동 방법.
청구항 2
제1항에 있어서, 내연 기관의 사전 설정된 작동 상태에서, 크랭크 축의 720도의 작동 사이클 내에서 EGR 밸브
(18)는 압축 행정이 시작되기 이전에 실린더 차지 일부가 배기 가스 재순환 라인(42) 내로 밀려나도록 시간적으
로 흡기 행정과 압축 행정 사이의 하사점 이후에 압축 행정의 시작 이후 그리고 시간적으로 흡기 밸브(14)의 폐
쇄 이후에 지연되어 폐쇄되므로, 내연 기관은 밀러-앳킨슨-사이클에 의해 작동되는 것을 특징으로 하는, 내연
기관의 작동 방법.
청구항 3
제1항 또는 제2항에 있어서, EGR 밸브(18)의 제1 개방의 개방 지속 시간은, 제1 개방을 위한 EGR 밸브(18)의 개
방 시점이 시간적으로 배기 행정을 위한 배기 밸브(16)의 개방 시점에 또는 개방 시점 이후에 위치하고, 제1 개
방을 위한 EGR 밸브(18)의 폐쇄 시점이 시간적으로 배기 행정을 위한 배기 밸브(16)의 폐쇄 시점에 또는 폐쇄
시점 이전에 위치하도록 선택되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 작동 방법.
청구항 4
제1항에 있어서, EGR 밸브(18)의 제2 개방의 개방 지속 시간은, 제2 개방을 위한 EGR 밸브(18)의 개방 시점이
시간적으로 흡기 행정을 위한 흡기 밸브(14)의 개방 시점에 또는 개방 시점 이후에 위치하고, 제2 개방을 위한
EGR 밸브(18)의 폐쇄 시점이 시간적으로 흡기 행정을 위한 흡기 밸브(14)의 폐쇄 시점에 또는 폐쇄 시점 이전에
위치하도록 선택되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 작동 방법.
청구항 5
제1항 또는 제2항에 있어서, 흡기 밸브(14)에는 오직 신선한 공기만이 공급되거나 기본량의 EGR이 공급되는 것
을 특징으로 하는, 내연 기관의 작동 방법.
청구항 6
제1항 또는 제2항에 있어서, EGR 밸브(18)에는 냉각되거나 냉각되지 않은 저압 EGR 회로로부터의 순수한 배기
가스 또는 신선한 공기가 혼합된 배기 가스가 공급되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 작동 방법.
청구항 7
제1항 또는 제2항에 있어서, EGR 밸브(18)에는 냉각되거나 냉각되지 않은 고압 EGR 회로로부터의 순수한 배기
등록특허 10-1342815
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가스 또는 신선한 공기가 혼합된 배기 가스가 공급되는 것을 특징으로 하는, 내연 기관의 작동 방법.
명 세 서
기 술 분 야
본 발명은 하나 이상의 작동 실린더와, -이때, 상기 작동 실린더의 내부에서는 피스톤이 상하 운동하므로, 크랭[0001]
크 축의 720도의 작동 사이클 내에서 흡기 행정, 압축 행정, 동력 행정, 및 배기 행정이 연속적으로 실행되고,
상기 작동 실린더에는 3개 이상의 가스 교환 밸브가 할당된다- 배기 가스 라인과, 흡기 밸브의 형태를 갖는 가
스 교환 밸브로 이어져 이러한 흡기 밸브를 통해 작동 실린더에 적어도 연소 공기를 공급하는 하나 이상의 유입
채널과, 배기 밸브의 형태를 갖는 가스 교환 밸브로 이어져 이러한 배기 밸브를 통해 작동 실린더로부터 적어도
배기 가스를 배기 가스 라인으로 배출하는 하나 이상의 배출 채널과, 내연 기관의 배기 가스 라인과 연결된 하
나 이상의 배기 가스 재순환 라인을 -이때, 상기 가스 교환 밸브들 중 하나 이상은 작동 실린더들 중 하나 이상
에 의해 EGR 밸브로서 사용되고, 상기 가스 교환 밸브들 중 하나 이상에는 배기 가스 재순환 라인으로부터의 배
기 가스가 공급된다- 구비한, 청구범위 제1항의 전제부에 따른 내연 기관의 작동 방법에 관한 것이다.
배 경 기 술
배기 가스 재순환은 디젤 엔진의 경우, 엔진 내부에서 이뤄지는 NOx 감소에 있어 중요한 요소들 중 하나이다.[0002]
예를 들어 DE 199 61 292 C2호에 공지된 바와 같은 "외부" 배기 가스 재순환(Exhaust Gas Recirculation, EG
R)은 냉각 및 비냉각의 차이에 의해 예를 들어 DE 10 2005 053 940 A1호에 공지된 바와 같은 "내부" EGR와 구분
된다. 내부 배기 가스 재순환의 경우 잔존 가스의 유지 또는 재순환은 대체로 흡기 밸브나 배기 밸브의 추가
개방에 의해 또는 가변적인 밸브 구동 장치를 통한 네거티브 밸브 오버랩에 의해 가스 교환 밸브의 제어 타이밍
에 영향을 줌으로써 구현된다. 이 경우, 외부 EGR에 비해 내부 EGR의 장점은 짧은 경로와, 신속한 반응
시간과, 직접적인 계량 조절 가능성에 있다. 그러나 외부 EGR에서와 같이, 잔존 가스가 효과적으로 냉각될 가
능성이 없다는 단점이 있다.
공지된 밀러-앳킨슨-사이클(Miller Atkinson Cycle)에서, "흡기 밸브 폐쇄(Intake Valve Closing, IVC)"의 시[0003]
점은 지각(retarded) 방향으로 변위된다. 이러한 방식으로, 이미 실린더 내에 존재하는 신선한 가스 또는 연소
공기(본원에서 실린더 차지로도 불림)는 부분적으로 재차 연소 공기를 위한 유입 채널 내로 밀려난다. 이는 충
전 상의 단점을 의미하지만, 이러한 단점은 적절한 과급압의 충전을 통해 상쇄된다. 이 경우, 각각의 밀러 작
동점에서, 즉 밀러-앳킨슨-사이클에서 사용되는 각각의 작동점에서, 흡기 밸브가 폐쇄되는 시점에 내연 기관의
작동 실린더 내의 이론상의 최종 압축 압력에 과급압이 상응하도록 과급기 배출부와 엔진 유입부 사이 체적 내
의 과급압이 폐회로 제어되어야 한다.
디젤 혼합기의 균일화 가능성과 NOx 배출에 있어서, 흡기 밸브의 폐쇄를 위해 진각(advanced) 시점 또는 지각[0004]
(retarded) 시점을 사용함으로써 얻어지는 밀러-앳킨슨-사이클의 긍정적인 효과가 공지되어 있다. 또한, 가솔
린 엔진의 적용예에서 충전율이 높을 때의 녹킹 성향은 확실히 감소될 수 있다. 구조적으로 강제되지 않음으로
써 포지티브 밸브 오버랩에 의해 작동될 수 있는 가솔린 엔진과는 대조적으로, 디젤 엔진에서는 위상 조절기를
이용해도 이러한 방법이 일반적으로 간단하게 구현되지 않는다. 그 이유는 진각 조절시에 밸브가 피스톤과 기
계적으로 충돌하고, 지각 조절시에 펌프 작동이 가중되기 때문이다.
또한, 대개 압축 시작 이전의 "밀러 단계"를 위해 단지 하나의 흡기 밸브가 이용 가능하며, 이러한 흡기[0005]
밸브는, 차지 변경 BDC -차지 변경 이후, 즉 배기 행정과 흡기 행정 사이에 왕복 피스톤의 하사점- 훨씬 이후의
크랭크 각도에 이르기까지, 압축 시작 이전의 "밀러 단계"를 구현하기 위해 개방된 채로 유지될 수 있다. 따라
서, 이에 상응하게 압축 시작 이전의 "밀러 단계" 동안 작동 실린더로부터 신선한 공기가 배출 유동하도록 각각
의 작동 실린더에 2개 이상의 유입 채널이 제공될 때에도 마찬가지로 한 개의 유입 채널의 체적만 제공된다.
발명의 내용
해결하려는 과제
본 발명의 목적은 배기 가스 재순환의 계량 조절 및 밀러-앳킨슨-사이클의 구현과 관련하여 상술한 유형의 방법[0006]
을 개선하는 것이다.
등록특허 10-1342815
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과제의 해결 수단
상기 목적은 본 발명에 따라 청구범위 제1항의 특징을 갖는 상술한 유형의 방법을 통해 달성된다. 본 발명의[0007]
바람직한 실시예들은 추가의 청구범위에 설명되어 있다.
발명의 효과
이를 위해, 상술한 유형의 방법에서 본 발명에 따르면, 내연 기관의 사전 설정된 작동 상태에서, 크랭크 축의[0008]
720도의 작동 사이클 내에서 EGR 밸브는 2차례 이상 개방되며, EGR 밸브의 제1 개방의 개방 지속 시간은 시간적
으로 배기 행정 동안 배기 밸브의 개방과 적어도 오버랩되고, EGR 밸브의 제2 개방의 개방 지속 시간은 시간적
으로 흡기 행정 동안 흡기 밸브의 개방 지속 시간과 적어도 오버랩되며, EGR 밸브는 제1 개방과 제2 개방 사이
에 폐쇄된다.
이는 추가의 밸브 또는 엑츄에이터없이 내연 기관의 작동 사이클 내에서, 재순환된 배기 가스를 위해 조절의 정[0009]
확성이 향상된 내부 배기 가스 재순환 및 외부 배기 가스 재순환이 동시에 구현된다는 장점이 있다.
추가의 밸브 또는 엑츄에이터없이 EGR 밸브에 의한 밀러-앳킨슨-사이클 및 배기 가스 재순환을 동시에 구현하는[0010]
것은 (이때 배기 가스 재순환 라인 형태로 제공되는 밀려나온 실린더 차지의 일시 저장을 위해 추가의 체적이
제공된다), 내연 기관이 밀러-앳킨슨-사이클에 의해 작동되도록 압축 행정이 시작되기 이전에 실린더 차지 일부
가 배기 가스 재순환 라인 내로 밀려나도록 내연 기관의 사전 설정된 작동 상태에서 크랭크 축의 720도의 작동
사이클 내에서 EGR 밸브가 시간적으로 흡기 행정과 압축 행정 사이의 하사점 이후에, 압축 행정의 시작 이후 그
리고 시간적으로 흡기 밸브의 폐쇄 이후에 지연되어 폐쇄됨으로써 제공된다.
EGR 밸브의 제1 개방의 개방 지속 시간은, 제1 개방을 위한 EGR 밸브의 개방 시점이 시간적으로 배기 행정을 위[0011]
한 배기 밸브의 개방 시점에 또는 그 이후에 위치하고, 제1 개방을 위한 EGR 밸브의 폐쇄 시점이 시간적으로 배
기 행정을 위한 배기 밸브의 폐쇄 시점에 또는 그 이전에 위치하도록 선택됨으로써, 내부 배기 가스 재순환이
구현된다.
EGR 밸브의 제2 개방의 개방 지속 시간은, 제2 개방을 위한 EGR 밸브의 개방 시점이 시간적으로 흡기 행정을 위[0012]
한 흡기 밸브의 개방 시점에 또는 그 이후에 위치하고, 제2 개방을 위한 EGR 밸브의 폐쇄 시점이 시간적으로 흡
기 행정을 위한 흡기 밸브의 폐쇄 시점에 또는 그 이전에 위치하도록 선택됨으로써, 외부 배기 가스 재순환이
구현된다.
흡기 밸브에는 오직 신선한 공기만이 공급되거나 기본량의 EGR이 공급되고, EGR 밸브에는 냉각되거나 냉각되지[0013]
않은 저압 EGR 회로로부터의 순수한 배기 가스 또는 신선한 공기가 혼합된 배기 가스가 공급되고 그리고/또는
EGR 밸브에는 냉각되거나 냉각되지 않은 고압 EGR 회로로부터의 순수한 배기 가스 또는 신선한 공기가 혼합된
배기 가스가 공급됨으로써, 오염 물질 배출이 최소화된 내연 기관의 작동점이 최적으로 설정된다.
본 발명은 하기에 도면에 의해 더 상세히 설명된다.[0014]
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위한 내연 기관의 바람직한 실시예를 개략적으로 도시한 블록 회로도이[0015]
다.
도 2는 흡기 밸브와, 배기 밸브와, EGR 밸브로서 사용되는 가스 교환 밸브의 밸브 운동과 피스톤 운동을 도시한
그래프로서, 적은 배기 가스 재순환으로 밀러-앳킨슨-사이클이 구현된 그래프이다.
도 3은 흡기 밸브와, 배기 밸브와, EGR 밸브로서 사용되는 가스 교환 밸브의 밸브 운동과 피스톤 운동을 도시한
그래프로서, 많은 배기 가스 재순환으로 밀러-앳킨슨-사이클이 구현된 그래프이다.
도 4는 흡기 밸브와, 배기 밸브와, EGR 밸브로서 사용되는 가스 교환 밸브의 밸브 운동과 피스톤 운동을 도시한
그래프로서, EGR 밸브가 2중 개방되는 내부 EGR 및 외부 EGR가 동시에 구현된 그래프이다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
도 1에는 본 발명에 따른 방법을 실행하기 위한 내연 기관(10)의 예시적인 실시예가 도시되어 있으며, 이러한[0016]
내연 기관은 작동 실린더(12)를 포함하고, 각각의 작동 실린더(12)에는 흡기 밸브(14) 및 배기 밸브(16)가 할당
등록특허 10-1342815
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된다. 또한, 각각의 작동 실린더(12)에는 추가의 가스 교환 밸브(18)가 할당된다. 신선한 공기 공급부(20)를
통해서 작동 실린더(12)에는 흡기 밸브(14)를 거쳐 그리고 흡기 밸브(14)로 이어지는 상응하는 유입 채널(22)을
거쳐 신선한 공기(24)가 연소 공기로서 공급되고, 배기 가스 라인(26)을 통해서는 작동 실린더(12)로부터 배기
밸브(16)를 거쳐 그리고 배기 밸브(16)로 이어지는 상응하는 배출 채널(28)을 거쳐 배기 가스(30)가 배출된다.
각각의 작동 실린더(12) 내에서는 피스톤(미도시)이 상하 운동 가능하게 배치되므로, 각각의 작동 실린더 내에
서는 크랭크 축의 720도의 작동 사이클 내에서 흡기 행정, 압축 행정, 동력 행정, 및 배기 행정이 연속적으로
실행된다.
신선한 공기 공급부(20) 내에는 배기가스 터보 차처(34)의 압축기(32) 및 차지 에어 쿨러(36)가 배치된다. 배[0017]
기 가스 라인(26) 내에는 배기가스 터보 차처(34)의 터빈(38)과, 예를 들어 디젤 입자 필터(diesel particulate
filter)와 같은 입자 필터(40)가 배치되어 있다. 또한, 작동 실린더(12) 내로의 연소 프로세스 내로 배기 가스
(30)를 재순환시키기 위한 배기 가스 재순환 라인(42)이 제공된다. 이러한 배기 가스 재순환 라인(42)은 터빈
(38) 하류에서 배기 가스 라인(26)과 연결되며, EGR를 위한 차지 에어 쿨러(46) 및 EGR 쿨러(44)를 포함하고,
이때, 이러한 차지 에어 쿨러는 경우에 따라 차지 에어 쿨러(36)를 구비한 모듈 내에 형성되기도 한다. 또한,
배기 가스 재순환 라인(42) 내에는 바이패스 라인(48)이 제공되며, 이러한 바이패스 라인은 EGR를 위한 차지 에
어 쿨러(46)와 EGR 쿨러(44)를 브릿지 연결하고, 바이패스 밸브(50)를 포함한다.
각각의 작동 실린더(12)의 각각의 제4 가스 교환 밸브(18)는 유입 채널(22)과도 배출 채널(28)과도 연결되지 않[0018]
고 배기 가스 재순환 라인(42)과 연결된다. 이러한 방식으로, 상응하는 캠축에 의해 작동되는 각각의 작동 실
린더의 가스 교환 밸브들 중 하나가 직접 EGR 밸브로서 사용된다.
도 2 내지 도 4에는 수평축(52) 상에 크랭크 각도가, 수직축(54) 상에 왕복 운동이 표시되어 있다. 수평축(52)[0019]
상에는 "56"에서 (동력 행정과 배기 행정 사이의) 차지 변경 이전에 왕복 피스톤의 하사점(BDC)과, "58"에서
(배기 행정과 흡기 행정 사이의) 차지 변경 중에 왕복 피스톤의 상사점(TDC)과, "60"에서 (흡기 행정과 압축 행
정 사이의) 차지 변경 이후에 왕복 피스톤의 하사점(BDC)이 표시되어 있다. 제1 그래프(62)는 피스톤에 대해
크랭크 각도(52)에 걸친 왕복 운동(54)을 도시하고, 제2 그래프(64)는 배기 밸브(16)에 대해 크랭크 각도(52)에
걸친 왕복 운동(54)을 도시하며, 제3 그래프(66)는 흡기 밸브(14)에 대해 크랭크 각도(52)에 걸친 왕복 운동
(54)을 도시하고, 제4 그래프(68)(파선)는 유입 채널(22)과도 배출 채널(28)과도 연결되지 않고 배기 가스 재순
환 라인(42)과 연결되는 가스 교환 밸브(18)(EGR 밸브)에 대해 크랭크 각도(52)에 걸친 왕복 운동(54)을 도시한
다.
도 2에 따른 제1 대안 실시예에서는 흡기 밸브(14)가 개방된 동안 그리고 그 이후에도 외부 배기 가스 재순환이[0020]
실행된다. 이 경우, 흡기 밸브(14)는 제3 그래프(66)에 따라 규칙적으로 폐쇄되지만, EGR 밸브(18)는 제4 그래
프(68)에 따라 더 오랫동안 개방된 채로 유지되어, 제3 그래프(66)에 따라 흡기 밸브(14)가 폐쇄된 이후 그리고
하사점(BDC)(60) 이후에야 비로소 폐쇄된다. 이러한 방식으로, BDC(60) 이후 압축 행정 중에 EGR 밸브(18)는
제4 그래프(68)에 따라 개방된 채로 유지되기 때문에 밀러-앳킨슨-사이클이 구현되므로, 마찬가지로 EGR 밸브
(18)의 폐쇄 이후 고유의 압축이 제4 그래프(68)에 따라 시작되기 이전에 사전에 흡기 밸브(14)를 통해 시작되
는 실린더 차지 일부가 배기 가스 재순환 라인(42) 내로 밀려난다. 화살표 방향(76)으로 EGR 밸브(18)의 개방
이 변위됨으로써, 밀러-앳킨슨-사이클은 다소 뚜렷해진다. 이와 동시에, 제4 그래프(68)의 높이와 개방 지속
시간은 외부 배기 가스 재순환의 양을 개회로 제어한다. 도 2에 따른 실시예에서는 적은 양의 배기 가스가 재
순환된다. 이에 따라, 전체적으로 EGR 밸브(18)에 의해, 밀러-앳킨슨-사이클과 EGR이 동시에 나타나므로, 흡기
밸브(14) 및 배기 밸브(16)에 대해 추가의 밸브 타이밍 조정(VVT)이 필요하지 않다. 흡기 밸브(14) 및 배기 밸
브(16)의 구동은 캠축 조정 등이 없는 상태로, 고정된 캠에 의해 실행될 수 있다.
도 3에 따른 제2 대안 실시예에서는 흡기 밸브(14)가 개방된 동안 그리고 그 이후에 외부 배기 가스 재순환이[0021]
실행된다. 도 2에 따른 제1 대안 실시예와는 다르게, 제4 그래프(68)는 훨씬 더 높고, EGR 밸브(18)의 개방 시
간은 훨씬 더 길므로, 많은 양의 배기 가스가 재순환된다. 밀러-앳킨슨-사이클은 도 2에 따른 제1 대안 실시예
에서와 마찬가지로 EGR 밸브(18)의 지연된 폐쇄를 통해 EGR과 동시에 구현된다. 흡기 밸브(14)는 규칙적으로
폐쇄되며, 즉 한번의 밀러-앳킨슨-사이클에 대해 폐쇄되지는 않는다. 도 2에 따른 실시예에서 뿐만 아니라 도
3에 따른 실시예에서도, 밀러-앳킨슨-사이클이 구현됨에도 불구하고 유입 채널(22) 내로 실린더 차지 일부가 밀
려나는 것이 아니라, EGR 라인(42) 내로 실린더 차지 일부가 밀려난다.
도 4에 따른 제3 대안 실시예에서 EGR 밸브들(18)은 크랭크 축의 720도의 작동 사이클 내에서 각각 2차례 개방[0022]
되며, 이때 각각의 작동 실린더에 대한 각각의 작동 사이클은 각각 흡기 행정, 압축 행정, 동력 행정, 및 배기
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행정을 포함한다. 제4 그래프(68)에 따른 EGR 밸브들(18)의 제1 개방은 배기 밸브(16)가 제2 그래프(64)에 따
라 개방된 동안 BDC(56)과 TDC(58) 사이에서 실행된다. 이로 인해, 배기 가스가 부분적으로 작동 실린더로부터
배출 채널(28) 내로 밀려나는 것이 아니라 EGR 라인(42) 내로 밀려나고 이후 재차 작동 실린더 내로 흡입되기
때문에, EGR 밸브(18)를 통한 내부 EGR가 실행된다. 제4 그래프(68)에 따른 EGR 밸브들(18)의 제2 개방은 흡기
밸브(14)가 제3 그래프(66)에 따라 개방된 동안 TDC(58)과 BDC(60) 사이에서 실행된다. 이 경우, 한편으로는
선행하는 작동 사이클의 EGR 라인(42) 내로 이전에 밀려난 배기 가스는 재차 작동 실린더 내로 흡입되고, 이와
동시에 외부에서 배기 가스가 재순환된다. EGR 밸브(18)의 제1 개방과 비교하여, 제2 개방에 대한 제4 그래프
(68)가 더 높이 형성됨으로써, 이전에 밀려난 배기 가스는 완전히 작동 실린더 내로 이송되고, 추가로 외부에서
배기 가스가 재순환된다. 이는 EGR 밸브(18)의 제1 개방에 대한 화살표(78)와, EGR 밸브(18)의 제2 개방에 대
한 화살표(80)에 의해 표시된다.
도시된 내연 기관의 경우, 작동 실린더(12) 당 2개를 초과하는 밸브들을 구비한 엔진 구성에서 가스 교환 밸브[0023]
(18)는 배기 가스 재순환/잔존 가스의 조절을 위해서만 사용된다. 별도의 유입 채널을 구비한 이러한 EGR 밸브
(18)의 충전은 예를 들어 하기의 여러 가지 변형에 대해 실행된다.
- 냉각된 (상황에 따라서는 고유의 압축기 단계를 가지는) 저압 EGR 회로로부터의 순수한 배기 가스[0024]
- 냉각된 고압 EGR 회로로부터의 순수한 배기 가스[0025]
- 냉각되지 않은 고압 EGR 회로로부터의 순수한 배기 가스[0026]
- 상술한 여러 가지 변형으로부터의 공기-배기 가스 혼합기[0027]
모든 변형예들에서 고유의 흡기 밸브에는 단지 신선한 공기만이 공급되거나 기본량의 EGR이 공급된다.[0028]
가스 교환 밸브(18)의 개회로 제어와, 상황에 따라서는 추가의 가스 교환 밸브(14, 16)의 개회로 제어는 가변적[0029]
인 밸브 구동 장치에 의해 (기계식으로, 전기식으로 또는 유압식으로) 구현되고, 시점에 있어 흡기와 병행해서
실행될 뿐만 아니라 시간적으로 옵셋되어 실행될 수도 있다. 따라서, 재순환된 배기 가스의 조절은 각각의 개
별 작동 실린더(12)에서, 가스 교환 밸브들(18 또는 14, 16)의 구동에 있어서의 스프레드 각도, 양정 높이, 위
치 설정을 통해 설정된다.
이러한 장치에서는 바람직하게 EGR을 정확한 사이클로 계량 조절 가능할 뿐만 아니라, 특히 터빈 측에서 전체[0030]
배기 가스 에너지가 활용되는 반면, 고전적인 저압 장치에 대해서는 신선한 공기 유동량만이 압축되어야 한다.
EGR 유동량은 EGR 밸브(18)를 거쳐 바로 엔진을 통해 흡입된다. 이 경우, 선택적인 쿨러(44, 46) 및 바이패스
(50)는 공기측 및 배기 가스측 온도 관리에 사용된다. 터빈(38) 상류의 배기 가스 라인(26)과 배기 가스 재순
환 라인(42) 사이의 연결 라인(72) 내의 선택적인 추가 전환 밸브(70)는 고압(HP)-EGR 및/또는 저압(LP)-EGR의
사용을 가능하게 한다. 선택적으로, 연결 라인(72) 내에는 하나의 추가 쿨러(74)가 배치된다.
완전 가변적인 EGR 밸브(18)는 EGR 밸브(18)의 지연된 흡기 차단에 의한 밀러-앳킨슨-사이클을 구현하기 위해[0031]
밸브 타이밍을 적절히 배치함으로써 사용된다. 작동 사이클 내에서 EGR 밸브(18)를 여러 번 작동함으로써, 단
하나의 밸브를 통한 내부 EGR과 외부 EGR의 조합이 달성된다. 이 경우, 모든 추가의 흡기 밸브 및 배기 밸브들
(14, 16)의 밸브 타이밍은 고정되어 유지되며, 캠에 의해 작동되는 간단한 개회로 제어 장치를 통해 작동될 수
있다. 공지된 밀러-앳킨슨-사이클과는 다르게, 실린더 차지는 흡기 구간이 아니라 EGR 구간 또는 EGR 라인(4
2)으로 되돌아간다. 이는 도 4에 도시된 바와 같이 EGR 밸브(18)의 2중 개방에 의한 내부 EGR에 동일하게 적용
된다.
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도면
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도면2
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