KR20110112287A - 내연 열 엔진, 제어 시스템, 엔진의 치수 설정 방법, 및 이러한 엔진을 포함하는 자동차 - Google Patents

Abstract

본 발명은 휘발유와 같은 연료와 공기와 같은 산화제의 혼합물을 포함하는 흡입 가스를 위한 적어도 하나의 연소 챔버를 갖는 내연 열 엔진에 관한 것이고, 상기 흡입 가스를 상기 챔버내로 흡입하기 위한 흡기 회로(A) 및 상기 챔버 외부로 연소 가스를 배기하는 배기 회로(B)와 연결되고, 배기 가스 재순환 회로(C,D)는 상기 배기 회로와 흡기 회로 및 배기 가스의 재순환 제어 시스템을 연결한다. 상기 제어 시스템은 상기 배기 가스의 재순환이 상기 엔진에 의한 토크 출력 및 엔진 속도에 의해 정의되는 적어도 하나의 작동점에 대해 수행되고, 이러한 토크 출력은 최대 엔진 토크의 50%이상이 되도록 배치된다. 본 발명은 떨림 없는 점화 어드밴스 및 최적의 화학양론적 혼합물을 갖는 엔진을 작동하기 위해 사용될 수 있다.

Description

내연 열 엔진, 제어 시스템, 엔진의 치수 설정 방법, 및 이러한 엔진을 포함하는 자동차{INTERNAL COMBUSTION HEAT ENGINE, CONTROL SYSTEM, METHOD FOR DIMENSIONING THE ENGINE, AND AUTOMOBILE WITH SAID ENGINE}

본 발명은 내연 엔진에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 가솔린 엔진, 바람직하게는 과급식(supercharged) 엔진에 관한 것이다.

자동차용 내연 엔진은 일반적으로 하나 이상의 실린더의 형태를 하고 연료와 공기의 혼합물이 연소되어 엔진 일을 생성하는 연소 챔버를 포함한다. 흡입 혼합물은 엔진이 과급 압축기(supercharger compressor)를 포함하는지 여부에 따라 압축되거나 압축되지 않을 수 있다.

피스톤은 실린더 내에서 움직일 수 있도록 장착되어 샤프트와 함께 회전하는 크랭크샤프트를 구동한다. 당업자에게 잘 알려진 것처럼, 엔진 속도는 주어진 순간에서의 엔진 샤프트의 회전수로 정의되고, 또한 엔진에 의해 공급되는 토크는 엔진 샤프트 상에서 측정된 토크의 모멘트(moment)로 정의된다.

압축기 또는 터보압축기와 같은 압축 수단을 포함하는 과급식 엔진의 경우, 혼합물은 엔진에 의해 흡입되고 압축기에 의해 압축되어 실린더로 들어와 연소된 후 배기 회로에 의해 제거된다. 압축수단이 터보압축기를 포함하는 경우, 배기 가스는 터빈을 구동하며, 이 터빈은 압축기에 기계적으로 고정되어 압축기를 구동한다.

대부분의 내연 엔진, 특히 디젤 엔진 및 직접 분사 가솔린 엔진은, 일반적으로 NOx로 표시되고 특히 환경에 해로운 영향을 주는 질소 산화물을 생성한다는 것도 잘 알려져 있다. 질소 산화물의 생성을 제한하는 하나의 알려진 수단은 배기 가스의 일부를 재순환시키고 이러한 배기 가스를 엔진의 흡기측에 주입하는 것이다. 이것은 배기 가스 재순환으로 알려진 것이고, 보통 영어 약어로 EGR로 알려져 있다. 배기 가스 재순환에 의해 달성되는 NOx의 감소는 연소 챔버의 온도를 낮춘 결과인데, 이는 배기 가스(주로 CO₂ 및 수증기로 구성됨)의 열용량이 신선 가스의 열용량보다 약 20% 더 높기 때문이다("신선 가스"라는 표현은 재순환된 배기 가스의 재주입에 앞서 엔진으로 흡입되는 가스 혼합물을 표시한다; 따라서 신선 가스는 일반적으로 공기 및 가솔린 증기의 형태를 취한다; 신선 가스는 재순환되는 배기 가스와 혼합되어 흡입 가스를 구성한다). 배기 가스는 일반적으로 연소 챔버로 재도입되기 전에 열교환기에서 냉각된다.

이러한 EGR 기술은 차량이 도시 사이클(urban cycle)에서 사용될 때 NOx 배출을 피할 수 있도록 근본적으로 저속(일반적으로 2 내지 3000rpm 이하로, 다시 말해 아이들(idle) 속도의 약 세배) 및 가벼운 부하(엔진이 전달 가능한 최대 토크의 반보다 작은 토크로 특정될 수 있음)에서 수행된다. 이는 또한 이러한 저속 및 가벼운 부하의 작동점에서 연료의 소비를 줄일 수 있는 부가적인 이점을 가진다. 재주입되는 가스로 인해, 흡입 가스의 압력은 약 1 대기압인 반면, 엔진이 신선 가스만 흡입하는 경우 같은 질량의 흡입되는 신선 가스는 0.7 또는 0.8기압 미만이고; 따라서 엔진은 가스를 흡입하는 데 더 적은 일을 공급하고 따라서 더 적은 연료를 소비한다.

배기 가스 재순환은 배기 가스가 터빈 다음에서 꺼내지고 압축기 전에 다시 도입되게 수행될 때 "저압"으로 불릴 수 있고, 또는 가스가 터빈 전에 꺼내지고 압축기 다음에 다시 도입되게 수행될 때 "고압"으로 불릴 수 있다.

저압 또는 고압의 재순환 중 어떠한 것이더라도, 재순환은 예컨대 3방향 밸브와 같은 애드 혹(ad hoc) 수단에 의해 제어되고, 엔진 제어 유닛에 의해 이러한 밸브를 제어한다.

자동차 생산자는 끊임없이 그들의 엔진의 연료 소비를 줄이고자 하며 점점더 엄격해지는 NOx 배출과 같은 오염물질의 배출 기준을 맞추려고 한다. 검토될 수 있는 방향 중 하나는 과급된 가솔린 엔진을 개선하여 이러한 가솔린 엔진이 연료 소비의 측면에서 디젤 엔진과 경쟁할 수 있도록 하는 것이다. 확실히 과급과 결합되는 가스 압축은 엔진의 부피를 감소시키고 그에 따라 마찰 손실을 감소시킨다.

과급식 가솔린 엔진이 마주한 문제 중 하나는 가솔린 엔진이 화학양론적 조건(일반적으로 1g의 연료에 대해 14g의 공기)하에 사용되는 공기/연료 혼합물로 최적화되는 그 최대 성능 실현을 못 하게 하는 핑잉(pinging) 현상에 대한 가솔린 엔진의 민감성이다. 핑잉은 점화 제어식 엔진에서의 비정상 연소 현상으로서, 이는 엔진으로부터 나오는 금속성 소음에 의해 외부에서 알아차릴 수 있고 엔진의 피스톤을 파괴할 수 있다. 이것은 연소 챔버 내에서의 충격파의 결과이고, 충격파는 미처 연소되지 않은 가스의 자가 점화에 의해 시작된다. 압축비(즉, 피스톤이 하사점에 있을 때 연소 챔버의 부피와 피스톤이 상사점에 있을 때 연소 챔버의 부피의 비)의 상승은 사실 핑잉 현상을 악화시킨다. 자연적으로 흡기하는 엔진, 즉 비 과급식 엔진에서 압축비는 흔히 대략 11이 얻어지는데 반하여, 과급식 엔진은 현재에 실제로 대략적인 9의 비율로 제한된다.

핑잉 개시에 대비하고 압축비를 높이기 위한 다양한 해결책이 모색되어 왔다. 예컨대, 점화 어드밴스(ignition advance)를 늦추는 것(backed off)이 제안되었는데, 이는 피스톤이 상사점을 통과한 후, 또는 환언하면 가스가 그 최대 압력에 도달한 후로 공기 연료 혼합물이 점화되는 순간을 지연시키는 아이디어이다. 화학양론적 조건을 위해 필요한 것보다 더 많은 연료를 주입함으로써 혼합물의 부유함(richness)을 증가하는 것도 제안되었는데, 초과 연료는 핑잉을 초래할 수 있는 에너지를 흡수한다[부유함은 주입된 연료의 양과 화학양론적 혼합물에 대응하는 연료의 양 사이의 비를 의미함(따라서 화학양론에서, 부유함은 1과 같음)].

이러한 해결책은 주입된 연료의 최적화되지 않은 사용을 초래하고 따라서 과도한 연료 소비를 초래한다.

본 발명의 목적은 가솔린 엔진, 특히 고 압축비를 갖는 과급식 엔진에 대한 향상된 작동을 제안하는 것에 의해 상기 단점들을 해결하는 것이다. 본 발명은 이러한 엔진이 상사점을 통하는 피스톤의 통과점(point of passage)에 대해 최적 어드밴스에서 점화되는 화학양론적 조건 하의 혼합물을 사용하여 핑잉 없이 어떠한 속도에서도 작동할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

이를 위해, 본 발명의 주제는 가솔린과 같은 연료와 공기와 같은 산화제의 혼합물을 포함하는 흡입 가스용의 적어도 하나의 연소 챔버를 갖는 내연 엔진으로서, 연소 챔버는 상기 흡입 가스를 상기 챔버내로 들여보내는 흡기 회로(A) 및 상기 챔버로부터 연소 가스를 배기하는 배기 회로(B)와 연결되며, 상기 배기 회로를 흡기 회로 및 배기 가스의 재순환 제어 시스템에 연결하는 배기 가스 재순환 회로(C,D)를 포함하고, 상기 제어 시스템은 상기 배기 가스의 재순환이 상기 엔진에 의해 발생된 토크 및 엔진 속도에 의해 정의되는 적어도 하나의 작동점에 대해 수행되고, 이러한 작동점에서 전달되는 토크는 최대 엔진 토크의 50%를 넘도록 구성되는 것을 특징으로 하는 내연 엔진이다.

높은 부하(즉 높은 토크)에서 배기 가스를 재순환하는 것은 핑잉 현상의 회피를 가능하게 한다. 그러면 엔진의 최고 성능을 얻는 것 및 연료 소비의 측면에서 최적의 조건 하에서 엔진을 작동하는 것이 가능하다.

임의의 엔진에 대해 작동 다이어그램이 정의되는데, 이 다이어그램은 엔진이 회전하는 속도에서 엔진에 의해 공급되는 토크와 관계 있다; 각각의 속도는 엔진이 전달할 수 있는 최대 토크와 관계된다. 다양한 속도에 대한 최대 토크와 관계된 커브는 최대점을 갖고, 이러한 최대점은 최대 엔진 토크라는 이름으로 알려져 있다; 이러한 최대 토크는 최대 토크 속도로 알려진 특정 속도에서 전달된다.

바람직한 실시예에서, 제어 시스템은 배기 가스의 재순환이 엔진의 최저 속도의 세배보다 더 빠른 속도에서 수행되도록 설계된다. 핑잉 현상은 이러한 속도 미만에서는 무시해도 좋다. 낮은 아이들 속도는 가속기를 작동할 필요 없이 엔진이 계속 동작하도록 의도된 낮은 엔진 속도(엔진에 따라 대략 약 1000rpm임)로서 종래의 방식으로 정의된다.

상기 작동점에 대해 연료와 산화제의 혼합물은 실질적으로 화학양론적 비율(stoichiometric proportions)로 계량되어, 최적 점화 어드밴스 조건에 실질적으로 대응하는 순간에 점화되는 것이 바람직하다. 따라서, 최대로 가능한 엔진 성능은 어떠한 속도에서도 토크로서 얻어지고, 최소 연료 소비도 마찬가지이다. 당업자에게 잘 알려진 것처럼, 점화 어드밴스는 크랭크샤프트의 상사점에서의 위치에 대하여 혼합물의 점화시(예컨대, 실린더에서 점화 플러그를 작동시키는 것에 의함), 즉 혼합물에 주어지는 실린더의 부피가 최소인 순간에, 크랭크샤프트에 의해 형성된 각도로 정의된다. 최적 점화 어드밴스 조건은 점화 어드밴스의 설정에 대응하는데, 이는 속도에 따라 해당 속도에서 최대 토크를 얻게 해준다.

하나의 특정 실시예에 따르면, 연소 엔진은 흡입 가스를 압축하여 작동하는 과급식 엔진이다. 배기 가스를 재주입하는 것은 과급식 엔진에 더욱 효과적인데 이는 과급식 엔진이 특히 핑잉 현상에 민감하기 때문이다.

엔진 작동은 연소 챔버 압축비와 배기 가스 재순환비라는 파라미터로 나타내는 것이 바람직한데, 상기 제어 시스템은 질량 백분율로 나타내는 작동점에서의 재순환비가 2의 공차를 갖고 엔진 압축비의 세배에서 13을 뺀 것과 같도록 설계된다. EGR 비는 단위 시간당 흡기 회로로 들어가는 재주입되는 배기 가스의 질량과 단위 시간당 연소 챔버로 들어가는 가스의 전체 질량 사이의 비로서 정의된다. 본 출원인 회사는 고부하에서의 최적 EGR 비와 압축비 사이에 관계가 있는지에 대한 연구에 매진하였고; 그러한 관계가 존재함을 발견하였으며 이러한 EGR 비는 연료 소비의 측면에서, 핑잉 없이 고부하에서의 작동 범위에서 최적의 엔진 작동을 보장한다(공급되는 토크는 최대 토크의 50%보다 큼).

제어 시스템은 전달되는 토크가 최대 엔진 토크의 50%보다 적은 작동점에 대해 EGR 비가 5의 공차를 갖고 엔진 압축비의 세배에서 13을 뺀 것과 같도록 설계되는 것이 바람직하다. 따라서, 저부하에서 EGR 비는 핑잉의 우려 없이 더 넓은 범위의 값으로부터 선택될 수 있고 연료 소비를 줄이도록 최적화 될 수 있다.

본 발명은 앞에서 정의한 엔진에 대해 배기 가스의 재순환을 제어하는 제어 시스템에 관한 것으로, 이 제어 시스템은 적어도 하나의 배기 가스 재순환 제어 밸브 및 상기 밸브를 제어하는 제어 모듈을 포함한다.

본 발명은 앞서 정의한 엔진의 배기 가스 재순환 회로의 치수 설정(dimensioning) 방법에 관한 것으로, 이 방법은 상기 EGR 회로의 치수 설정이 질량 백분율로 표현하였을 때 2의 공차를 갖고 엔진 압축비의 세배에서 13을 뺀 것과 같은 재순환비가 고려되는 것에 특징이 있다.

본 발명은 앞서 정의한 엔진의 배기 가스 재순환의 제어에 대한 제어 법칙을 정의하는 방법에 관한 것으로, 이 방법에서 배기 가스 재순환은 전달되는 토크가 최대 엔진 토크의 50%보다 더 큰 작동점에 대해 정의된다. 이러한 방법으로 인해, 엔진 제어는 핑잉이 일어나지 않고 연료 소비의 측면에서 최적의 엔진 작동이 가능해지는 것을 보장하도록 정해진다.

본 발명의 또 다른 주제는 앞서 정의한 엔진의 특징을 포함하는 내연 엔진에 의해 추진되는 차량이다.

이하의 본 발명의 실시예를 수반하는 상세한 설명을 통하여 본 발명이 잘 이해되고 그 밖의 목적이나 발명의 상세와 특징 및 장점이 보다 명확해지는데, 첨부 도면을 참조하는 이 실시예는 예시적이며 비제한적인 것이다.

도 1은 고압용 및 저압용의 2개의 배기 가스 재순환 장치를 갖춘 과급식 엔진의 개략도;
도 2는 속도-토크 다이어그램에서 내연 엔진의 작동점의 위치를 나타내는 그래프;
도 3은 주어진 엔진 속도에서 점화 어드밴스의 함수로 내연 엔진의 토크의 변화를 나타내는 그래프이다.

도 1에서는 흡기 파이프(11)에 의해 엔진에 부착된 흡기 회로(A)에 의해 흡입 가스를 공급받으며, 연소 가스를 배기 하는, 특히 배기 가스 매니폴드(16)를 포함하는 배기 회로(B)에 연결되는 네 개의 실린더-모두 연소 챔버를 형성함-를 포함하는 과급식 엔진(13)을 도시한다. 신선 가스는 흡입관(2)에 의해 엔진으로 보내진 후에 터보압축기(3)의 압축기(3a)에 의해 압축되어 흡기 파이프(11)로 보내진다; 압축기(3a)는 기계적으로 터빈(3b)에 연결된다. 배기 가스는 배기 매니폴드(16)를 떠나 배기덕트(15)를 통해 터보압축기(3)의 터빈(3b)을 향해 보내지는데, 터빈에서 배기가스는 압축기(3a)의 구동에 필요한 동력을 공급하도록 팽창된다. 그 다음 배기 가스는 재순환되거나 덕트(6)를 거쳐 차량의 배기 파이프를 통해 배출될 수 있다.

고압 EGR 장치(C) 및 저압 EGR 장치(D)의 두 독립적인 배기 가스 재순환(EGR) 장치가 제공된다. 본 발명은 이러한 장치(C, D) 중 어느 하나에만 적용되거나 함께 사용되는 두 장치에 적용된다.

고압 장치(C)는 배기 가스 매니폴드(16)로부터 배기 가스를 추출하는 제1 바이패스 덕트(17)를 포함한다. 제1 제어 밸브(18)가 이 덕트(17)에 장착되고 제1 열 교환기(19)에 연결된다. 배기 가스가 제1 덕트(17), 제어 밸브(18) 및 제1 교환기(19)를 따라 흐를 때, 배기 가스는 재주입 덕트(17')를 통해 흡기 파이프(11)로 재주입된다.

저압 장치(D)는 터보압축기(3)의 터빈(3b)의 하류로부터 배기 가스를 추출하는 제2 바이패스 덕트(7)를 포함한다. 제2 제어 밸브(8)는 이 덕트에 장착되고 제2 열 교환기(9)에 연결된다. 배기 가스가 제2 덕트(7), 제어 밸브(8), 및 제2 교환기(9)를 따라 흐를 때, 배기 가스는 재주입 덕트(7')를 통해 터보압축기(3)의 압축기(3a)의 상류의 흡기 덕트(2)로 재주입된다.

제어 밸브(8, 18)는 EGR 비를 제어하도록 설계된다. 이를 위해 제어 밸브는 배기 회로(B)로부터 많거나 적은 양의 배기 가스를 추출하는 방식으로 제어 밸브(8, 18)를 제어하는 EGR 비 제어 시스템(20)에 연결된다. 제어 시스템(20)은 특히 기존처럼 마이크로제어기(microcontroller)를 포함할 수 있다.

흡입 가스-즉 신선 가스와 재주입된 배기 가스의 조합-의 온도를 제어하는 장치도 제공되고, 특히 흡입 가스를 냉각시키는 데 사용될 수 있는 제3 열 교환기(14)로 흡입 가스를 향하게 하거나 교환기(14)를 우회하여 가스를 흡기 파이프(11)로 바로 안내하는 라인(14')으로 향하게 하는 제3 제어 밸브(10)를 포함한다; 가스는 전체적으로 또는 부분적으로 상기 루트 중 하나 또는 다른 것을 따라 흐른다.

도 2는 당업자에게 잘 알려진 과급식 엔진에 대해 회전 속도(N;분당 회전수;rpm)의 함수로서의 토크(N.m)를 보여주는 작동 다이어그램을 도시한다. "엔진 작동점"은 주어진 순간에 엔진 속도(N)와 엔진이 제공하는 토크(C)에 의해 정의되는 이러한 다이어그램상의 지점으로 정의된다. 임의의 순간에 엔진 작동점은 주어진 엔진 속도로 회전하는 엔진에 의해 공급되는 토크와 이러한 속도에서 전달될 수 있는 최대 토크 사이의 비로부터 얻어질 수 있는 엔진 부하를 가리키는 위치에 놓인다.

커브 E₁은 종래 기술에서 얻을 수 있는 최대 토크를 속도의 함수로서 정의하는데, 이는 상술한 것처럼 점화 어드밴스를 늦추거나 또는 화학양론적 조건 하에서 혼합물을 부유하게 함으로써, 핑잉이 오는 것을 피하면서도 얻을 수 있는 것이다. 커브 E₂는, 공칭 조건 하에, 핑잉 현상이 존재하지 않고 핑잉이 오는 것을 막을 필요가 없다고 가정한 상태에서 엔진이 전달할 수 있는 최대 토크를 정의한다. 따라서 이러한 두 커브 E₁, E₂의 사이에 해칭된 영역은 핑잉 때문에 종래 기술에서 금지된 작동의 영역을 나타낸다. E₃에 의해 범위가 정해진 영역은 종래 기술에서 배기 가스 재순환이 채용되었던 작동점(본질적으로 낮은 아이들 속도의 세배보다 작고 50%보다 작은 부하 부분)에 상응한다. "최대 엔진 토크"(C_max)는 커브 E₂의 최고점으로 정의되고, 즉 모든 엔진 속도를 고려했을 때, 엔진이 공급할 수 있는 최대의 토크로 정의된다.

도 3은 주어진 속도에서 엔진에 의해 전달되는 토크를 적용된 점화 어드밴스의 함수로서 나타내는데, 엔진은 화학양론적 비율로 연료와 산화물의 혼합물이 공급된다. 배기 가스의 재주입 없이, 어드밴스는 핑잉 현상이 일어나는 값을 넘어서 A₁ 까지 증가될 수 있다. 전달되는 토크는 점화 어드밴스에 따라 어드밴스 A₁ 로 얻어지는 C₁ 값까지 증가하는데, 이는 핑잉이 존재하지 않는다면 엔진이 전달할 수 있는 최대 토크 C₀보다 작다. 이 값은 A₁ 보다 큰 어드밴스 A₀에 대해 얻어진다.

본 발명에 따르면, 배기 가스 재순환은 최대 엔진 토크의 50%보다 큰 토크, 즉 0.5 C_max보다 크거나 환언하면 0.5보다 큰 엔진 부하에 상응하는 엔진 작동점에 대해 수행된다.

그러한 배기 가스 재순환은 어떠한 엔진 속도에서도 A₀와 동일한 어드밴스로 그 속도에서의 최대 토크 C₀에 대해 핑잉이 일어나지 않는 작동을 얻을 수 있게 하는데, 이는 혼합물을 부유하게 하는 일 없이, 즉 가솔린과 공기 사이의 화학양론적 비율에 의해 생성된 혼합물을 사용하여 이루어진다.

달리 말하여, 다양한 과급식 가솔린 엔진 작동 시나리오의 연구에서, 어드밴스 또는 부유함의 측면에서 엔진의 작동을 저하시키는 일 없이 높은 부하에서 핑잉을 제거하는 것이 가능함을 발견하였다. 이러한 결과는 엔진 작동 범위에 걸쳐 배기 가스를 재주입하는 것에 의해 얻어졌고, 즉 심지어 엔진이 전달할 수 있는 최대 토크의 50%보다 큰 토크에 상응하는 부하에서도 얻어졌다.

일 실시예에 따르면, 이러한 배기 가스에 의해 높은 속도에서 추가적인 열 공급을 보상하기 위한 EGR 가스 냉각의 증가는 이러한 작동 모드와 관련 있다.

임의의 엔진 속도에서 재주입되는 것이 필요한 EGR 비(이 비율은 단위 시간당 흡입 가스의 총 질량에 재주입되는 배기 가스의 질량의 백분율로서 측정됨)와 엔진 압축비 사이의 간단한 관계를 확립하는 것도 가능하다.

따라서 최적 EGR 비(T_EGR)는 아래 관계식을 통해 엔진 압축비(T_C)와 결부된다.

T_EGR = 3·T_C-13

예컨대, 압축비가 9 라면, 최대 토크는 어드밴스의 낮춤 없이 그리고 혼합물의 부유함 없이 14 내지 15% 사이의 EGR비를 사용하여 어떠한 속도에서도 얻어진다. 11의 엔진 압축비를 갖는 엔진에 있어서 최적의 EGR 비는 20%이다.

다른 무엇보다도 이러한 관계식은 엔진 설계자들이 선택된 압축비를 기초로 시험대에서 기나긴 개발 작업을 수행할 필요 없이 미리 배기 가스 재주입 회로의 치수 설정하는 것을 가능하게 한다. 이러한 치수 설정은 흡입측에 배기 가스를 재주입하는 배기 가스 분기 덕트(7, 17) 및 덕트(7', 17')의 크기에 관련 있고 관련된 제어 밸브(8 또는 18)에 대한 제어 시스템(20)에 의해 사용되는 제어 법칙의 정의에 관련 있다.

이러한 값들은 엔진의 최적화로부터 상당히 먼 엔진 작동 없이, 즉 어떠한 심각한 핑잉도 없이 근사화(approximated)될 수 있다는 것은 매우 분명하다. 일반적인 법칙과 같이, 상기 관계식의 결과는 대략 2의 근사값에 대하여 유효하다. 따라서, 예컨대, 엔진의 압축비가 8인 경우에, 재주입에 대한 최적 EGR 비는 9 내지 13% 사이의 범위에 있지만, 최적값은 11이다.

엔진이 전달할 수 있는 최대 토크 C_MAX의 50%보다 작은 토크에 상응하는 엔진 작동점에 대하여는 요구사항이 달라지고, 특히 핑잉이 없어지고 가솔린 소비를 줄이기 위해 배기 가스 재순환이 첫째로 그리고 우선적으로 사용되기 때문에 배기 가스 재순환은 낮추어져 다시 검출될 수 있다. 따라서, EFR 비(T_EGR)와 압축비(T_C) 사이의 관계식은 이러한 작동점에 대하여 다음과 같이 나타난다.

T_EGR = 3·T_C-13, 공차 5

본 발명은 과급식 엔진의 경우에 대해 설명되었는데, 이는 본 발명이 특히 과급식 엔진이 특별히 민감한 핑잉 문제에 효과적인 해결책을 제공하기 때문이다. 그러나, 본 발명은 비슷한 장점을 갖고 자연 흡기식 엔진(naturally aspirated engine)에도 동등하게 적용될 수 있다.

여러 특정 실시예와 관련하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 그것들에 제한되지 않고 본 발명의 범위에 속하는 설명된 수단의 모든 기술적 등가물과 그들의 조합을 포함하는 것은 분명하다.

Claims (10)

1. 가솔린과 같은 연료 및 공기와 같은 산화제로 이루어지는 혼합물을 포함하는 흡입 가스용의 적어도 하나의 연소 챔버를 갖는 내연 엔진으로서, 상기 연소 챔버는 상기 흡입 가스를 상기 연소챔버 내로 들여보내는 흡기 회로(A) 및 상기 연소챔버로부터 연소 가스를 배기하는 배기 회로(B)와 연결되며, 상기 배기 회로를 흡기 회로 및 배기 가스의 재순환 제어 시스템에 연결하는 배기 가스 재순환 회로(C,D)를 포함하고, 상기 제어 시스템은, 상기 배기 가스의 재순환이 상기 엔진에 의해 발생된 토크 및 엔진 속도에 의해 정의되는 적어도 하나의 작동점에 대해 수행되고 이러한 작동점에 전달된 토크는 최대 엔진 토크의 50%를 넘도록 되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 내연 엔진.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어 시스템은 배기 가스의 재순환이 상기 엔진의 낮은 아이들 속도의 세배보다 더 빠른 속도에서 수행되도록 설계되는 것인 내연 엔진.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연료와 산화제의 혼합물은 상기 작동점에 대해 실질적으로 화학양론적 비율로 계량되고, 바람직하게는 최적 점화 어드밴스 조건에 실질적으로 대응하는 순간에 점화되는 것인 내연 엔진.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 흡입 가스의 압축에 의해 과급되는 것인 내연 엔진.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 엔진 작동은 연소 챔버 압축비와 배기 가스 재순환비를 파라미터로 하고, 상기 제어 시스템은 상기 작동점에서 상기 재순환비가, 질량 백분율로 표시할 때 2의 공차를 갖고 엔진 압축비의 세배에서 13을 뺀 것과 같도록 설계되는 것인 내연 엔진.
6. 제5항에 있어서, 상기 제어 시스템은 전달되는 토크가 최대 엔진 토크의 50%보다 적은 작동점에 대해 상기 재순환비가 5의 공차를 갖고 엔진 압축비의 세배에서 13을 뺀 것과 같도록 설계되는 것인 내연 엔진.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에서 청구하는 내연 엔진용의 배기 가스 재순환 제어 시스템으로서, 적어도 하나의 배기 가스 재순환 제어 밸브(8, 18) 및 상기 밸브를 제어하는 제어 모듈(20)을 포함하는 것인, 배기 가스 재순환 제어 시스템.
8. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에서 청구하는 내연 엔진의 배기 가스 재순환 EGR 회로(C,D)의 치수 설정 방법으로서, 상기 EGR 회로의 치수 설정은 질량 백분율로 표시했을 때 2의 공차를 갖고 엔진 압축비의 세배에서 13을 뺀 것과 같을 때 재순환비가 고려되는 것을 특징으로 하는 것인, 배기 가스 재순환 EGR 회로(C,D)의 치수 설정 방법.
9. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에서 청구하는 내연 엔진의 배기 가스 재순환의 제어에 대한 제어 법칙의 정의 방법으로서, 배기 가스 재순환은, 전달되는 토크가 최대 엔진 토크의 50%보다 더 큰 작동점에 대해 정의되는 것인, 배기 가스 재순환의 제어에 대한 제어 법칙 정의 방법.
10. 제1항 내지 제6항 중 어느 하나의 항에서 청구하는 내연 엔진을 장착한 자동차.
    

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