KR102337334B1 - 과급된 내연기관 엔진을 제어하는 방법 - Google Patents

과급된 내연기관 엔진을 제어하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 과급된 내연기관엔진을 제어하는 방법으로서, 상기 엔진은 압축기(22)의 엔진 상류의 흡기 회로 내부로 개방된 연소 가스를 재순환시키는 회로(38) 및 상기 압축기의 흡기부에 배치된 쓰로틀링 버터플라이 밸브(40)를 구비한다. 연소 가스의 재순환이 필요한 엔진 작동 조건하에서, 엔진 부하 표시가 임계값(MEPstall) 미만인 것으로 판단되면, 상기 쓰로틀링 버터플라이 밸브는 상기 엔진 내부로 공급되는 재순환된 연소 가스의 유동을 증가시키도록 작동되며, 상기 연소 가스의 재순환을 적게 필요로 하거나 필요로 하지 않는 엔진 작동 조건하에서, 상기 엔진 부하 표시가 임계값(MEPstall)을 초과하는 것으로 판단되면, 상기 쓰로틀링 버터플라이 밸브는 상기 압축기(22)의 작동 안정성을 향상시키기 위하여 상기 압축기의 흡입부로 공급되는 가스의 난류 헬리컬 운동을 생성시키도록 작동된다.

Description

과급된 내연기관 엔진을 제어하는 방법
본 발명은 과급 내연 엔진을 제어하는 방법에 관한 것으로, 상기 엔진은 연소 실린더, 및 상기 실린더에 연결되고 압축기를 포함하는 흡기 매니폴드로 개방된 흡기 회로, 및 실린더에 연결되고 압축기에 회전 가능하게 연결된 터빈을 포함하는 배기 매니폴드의 추구에서 개구된 배기 회로를 포함한다.
터보 압축기에 의해 내연 기관을 과급하는 시스템에서 통상적으로 발견되는 한계 중 하나는 '스톨링'(stalling)으로 알려진 압축기에서의 불안정성 발생으로 인해 저속에서의 성능에 관한 것이다. 특히, 과급된 엔진이 최대 부하 및 낮은 회전 속도(일반적으로 1000 ~ 2000 rpm)에서 작동하는 경우, 압축기의 스톨링 현상은 엔진 성능을 제한하는 주요 요인이 된다. 이 현상은 압축기 임펠러와 압축기 디퓨저(공기 역학적 분리라고도 함)의 유동 불안정성과 더 정확하게 연계되어 압축비의 추가 증가를 방지한다. 압축기를 통한 흡입 가스의 유동이 불안정해져서 엔진의 유동 및 엔진 토크의 불안정성을 초래하게 된다.
따라서 저속에서 터보 압축기에 의해 엔진을 과급하는 시스템의 작동은 이러한 스톨링 현상이 없는 구역에서의 작동을 허용하는 압축기의 작동 조건에 의해 제한된다.
문헌 KR101240940은 흡기 회로의 유입구에서 압축기에 대한 흡기 가스의 난류 나선형 운동의 발생을 제어함으로써, 터보 압축기에 의해 과급되는 엔진의 저속 성능을 개선할 수 있는 시스템을 개시하고 있는데, 그 효과는 압축기 임펠러 내부에서 공기역학적 분리를 방지하고 압축기가 스톨링되는 것을 방지하는 것이다. 이를 달성하기 위해, 한 세트의 지향성 블레이드가 압축기 유입구로 이어지는 흡기 채널에 위치되고, 블레이드의 배향을 제어하기 위한 액츄에이터가 작동하여, 엔진 작동 조건의 함수로서 압축기에 대하여 유입구에서의 원하는 난류 운동을 달성하게 된다. 압축기 유입구에서 흡기 가스의 난류 헬리컬 운동을 생성하기 위한 특정 수단을 제공해야 하는 이러한 솔루션은 구현이 복잡하고 무시할 수 없는 비용을 수반한다.
본 발명의 목적은 터보 압축기에 의해 과급되는 엔진을 제어하는 방법을 제안함으로써 기존 장치의 단점을 해결하는 것이며, 이는 압축기를 저속으로 스톨링시키는 현상을 이러한 방법을 구체화하기 위한 추가적인 비용을 수반하지 않고서도 압축기 유입구에서 이러한 난류 헬리컬 운동을 생성하는 제어 가능한 수단의 제공에 의해 배제할 수 있게 하는 것이다.
이러한 목적은 연소 실린더, 실린더에 연결되어 있고 압축기를 포함하는 흡기 매니폴드 내로 개방된 흡기 회로와 상기 실린더에 연결되어 있고 상기 압축기에 회전가능하게 연결된 터빈과 하나 이상의 연소 가스 후처리 시스템을 포함하는 배기 매니폴드의 배기구에서 개방된 배기 회로를 포함하는 과급된 내연기관 엔진을 제어하는 방법에 의해 달성되되, 적어도 하나의 재순환 회로는 후처리 시스템으로부터 배기구에서 출발하여 상기 압축기의 흡기 회로 상류 내부로 개방되며, 상기 재순환 회로 내부로 재순환되는 연소 가스의 유동을 제어하는 재순환 밸브를 포함하되, 조절 버터플라이 밸브는 상기 압축기의 유입구의 상부 및 상기 재순환 회로의 유출구의 하류에서 흡기 덕트에 배치되며, 상기 방법은 연소 가스의 재순환이 필요한 엔진 작동 조건하에서 엔진 부하 표시가 임계값 아래인 것으로 결정될 때, 상기 조절 버터플라이 밸브는 제 1 작동 모드에 따라 작동하여 상기 엔진 내부로 공급되는 재순환된 연소 가스의 유동을 증가시키게 되는 타입으로 되며, 상기 방법은 연소 가스의 재순환이 작거나 없을 것을 필요로 하는 엔진 작동 조건하에서 엔진 부하 표시가 임계값을 초과하는 것으로 결정될 때, 상기 조절 버터플라이 밸브는 제2 모드에서 작동하여 상기 압축기의 작동 안정성을 향상시키기 위하여 압축기의 흡기시에 공급되는 가스의 난류 헬리컬 운동을 생성하도록 배치된다.
바람직하게는, 상기 조절 버터플라이 밸브의 상기 제 2 작동 모드는 다음 단계를 포함한다 :
- 상기 압축기를 통한 가스 유동 및 압축기의 압축률 각각에 대한 값 쌍의 테이블을 메모리 저장하는 단계로서, 값 쌍의 세트는 상기 압축기의 스톨 한계를 정의하는 압축기의 작동 지점에 대응하여 메모리 저장되는, 메모리 저장하는 단계;
- 상기 압축기를 통한 유량의 현재 값 및 상기 압축기의 압축률을 센서에 의해 결정하는 단계;
- 상기 값 쌍의 표와 연계되고, 상기 유량 및 압축률의 현재 값의 함수로서 상기 압축기의 스톨링 위험을 검출하는 단계로서,
- 스톨링 위험이 검출될 때, 상기 스톨링 한계로부터 멀어지도록 상기 조절 버터플라이 밸브의 개방 위치 설정하는 단계.
바람직하게는, 상기 스톨링 위험이 검출될 때, 상기 조절 버터플라이 밸브의 상기 개방 위치는 압축기를 통한 유동 및 압축기의 압축비의 쌍의 값의 함수로서 상기 조절 버터플라이 밸브의 개방 각을 제공하는 미리 설정된 맵에 의해 제어된다.
바람직하게는, 상기 조절 버터플라이 밸브는 스톨링 위험이 감지되지 않으면 완전히 열린 위치에 유지된다.
일 실시예에 따르면, 상기 조절 버터플라이 밸브의 상기 제 2 작동 모드에서, 상기 재순환 밸브는 완전 폐쇄 위치로 설정된다.
다른 실시예에 따르면, 상기 조절 버터플라이 밸브의 상기 제 2 작동 모드에서, 상기 재순환 밸브는 부분적으로 열린 위치로 설정된다.
바람직하게는, 상기 조절 버터플라이 밸브의 상기 제 1 작동 모드에서, 흡입 회로 내로 재순환된 연소 가스의 레벨에 대해 목표 값이 제공되고, 상기 조절 버터플라이 밸브는 상기 재순환 연소의 유동을 증가시키기 위해 상기 목표값에 도달할 때까지 개방 위치로 설정된다.
바람직하게는, 상기 조절 버터플라이 밸브의 상기 제 1 작동 모드에서, 상기 재순환 밸브는 완전 개방 위치로 설정된다.
본 발명은 또한 과급된 내연기관 엔진을 제어하기 위한 장치에 관한 것으로, 상기 엔진은 연소 실린더, 상기 실린더에 연결되고 압축기를 포함하는 흡기 매니 폴드 내부로 개구된 흡기 회로와, 상기 실린더에 연결되고 상기 압축기에 회전가능하게 연결된 터빈 및 하나 이상의 연소가스 후처리 시스템을 포함하는 배기 매니폴드의 유출구로 개방된 배기회로를 포함하되, 상기 엔진에는 하나 이상의 연소 가스 재순환 회로가 장착되고, 하나 이상의 상기 재순환 회로는 상기 후처리 시스템으로부터 유출구에서 시작하여 상기 압축기의 상류에서 흡기 회로 내부로 개방되며, 상기 재순환 회로 내부로 연소 가스의 유동을 제어하는 재순환 밸브를 포함하며, 조절 버터플라이 밸브는 압축기의 유입구의 상류 및 재순환 회로의 유출구의 하류에서 흡기 덕트에 배열되며, 상기 장치는 연소 가스의 재순환이 필요한 엔진 작동 조건하의 제 1 작동 모드에서 엔진 부하 표시가 임계값 미만인 것으로 결정되면, 엔진으로 공급되는 재순환된 연소 가스의 유동을 증가시키도록 버터플라이 밸브를 설정할 수 있는 제어 모듈을 포함하되, 상기 장치는 연소 가스의 재순환이 작거나 없을 것을 필요로 하는 엔진 작동 조건하에서 엔진 부하가 임계값을 초과하는 것으로 되면, 상기 제어 모듈은 제 2 작동 모드에서 상기 압축기의 작업 안정성을 향상시키기 위하여 압축기의 흡기시에 공급되는 가스의 난류 헬리컬 운동을 생성시키도록 조절 버터플라이 밸브를 설정한다.
바람직하게는, 상기 장치는 압축기를 통한 가스 유동 및 압축기의 압축률 각각의 값 쌍(Qstall,(P2 / P1)stall)의 테이블을 메모리 저장하기 위한 메모리를 포함하며, 일련의 값 쌍은 압축기의 스톨링 한계를 형성하는 압축기의 자동 지점에 대응하여 저장되며, 센서는 압축기를 통한 유량의 현재 값 및 상기 압축기의 압축률의 결정을 허용하되, 상기 제어 모듈은 상기 메모리 및 상기 센서와 협력하여, 상기 스톨링 한계로부터 멀어지도록 하기 위하여, 압축기를 통과하는 유량의 현재 값과 압축률의 함수로서 상기 압축기의 스톨링 위험을 탐지하여, 탐지시에, 상기 값 쌍의 테이블에 연계하여 상기 조절 버터플라이 밸브를 개방 위치로 설정하게 된다.
본 발명에 의하면, 터보 압축기에 의해 과급되는 엔진을 제어하는 방법을 제안함으로써 기존 장치의 단점을 해결하게 되며, 이는 압축기를 저속으로 스톨링시키는 현상을 이러한 방법을 구체화하기 위한 추가적인 비용을 수반하지 않고서도 압축기 유입구에서 이러한 난류 헬리컬 운동을 생성하는 제어 가능한 수단의 제공에 의해 배제할 수 있게 한다.
본 발명의 다른 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 단지 정보를 제공하기 위한 것이며 제한적이지 않은 목적으로 아래 설명을 통하여 현출될 것이다.
도 1은 본 발명의 제어 전략이 기초한 예시적인 엔진 아키텍처를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 제어 전략을 설명하는 유동도이다.
도 3은 수용 가능한 작동 구역의 끝을 나타내는 압축기 필드의 작동 지점에 대응하여 저장된 스톨링 한계에 대한 압축기의 수용 가능한 작동 구역을 도시하는 도면이다.
도 1은 도시된 예에서 4 개의 연소 실린더(10, 12, 14, 16)를 갖는 유형의 과급된 내연 기관 엔진(1)을 도시한다.
실린더의 상류에서, 내연 기관 엔진(1)은 대기로부터 신선한 공기를 취하여 공기 분배기(25) 또는 엔진 블록의 4개의 실린더 각각에 대하여 공기를 배분하도록 배치된 흡기 매니폴드(25)로 개방되는 흡기 회로(20)를 포함한다. 이 흡기 회로(20)는 공기 유동 방향으로 대기로부터 취한 신선한 공기를 여과하는 공기 필터(21), 공기 필터(21)에 의해 여과된 신선한 공기를 압축하는 압축기(22), 이러한 신선한 압축 공기를 냉각시키는 공기 냉각기(23) 및 흡기 매니 폴드(25)로 공급되는 신선한 공기의 유동을 제어할 수 있게 하는 흡기 밸브(24)를 포함한다. 상기 흡기 회로(20)는 공기 필터(21)의 하류에 압축기(22)에 대한 유입구에서의 공기 유량(Qair)을 측정하기 위해 공기 필터(21)의 하류에 유량계(28)를 갖는다.
내연 기관 엔진(1)은, 실린더의 출구에서, 배기 매니 폴드(31)로부터 연장되어 배기 가스가 대기로 소기되도록 하는 배기 밸브(34)와 체결된 배기 유출 파이프(33)까지 실린더에서 이전에 연소된 가스가 공급되는 배기 회로(30)를 구비한다. 배기 회로는 또한 가스 유동 방향으로 터빈(32) 및 하나 이상의 연소 가스 후처리 시스템(35)을 포함한다.
터빈(32)은 배기 매니폴드(31)를 떠나는 연소 가스의 유동에 의해 회전 구동되며, 압축기(22)는 변속 샤프트와 같은 기계적 결합 수단을 통해 회전 구동된다.
여기서, 내연 기관 엔진(1)은 배기 회로(30)로부터 흡기 회로(20) 로의 고압 연소 가스 재순환 회로(36)를 포함한다. 상기 재순환 회로는 "배기 가스 재순환-고압"을 위해 일반적으로 EGR-HP로 불린다. 이 회로는 배기 매니폴드(31)와 터빈(32) 사이의 배기 회로(30)에서 시작하여 흡기 밸브(24)와 공기 분배기(25) 사이의 흡기 회로(20)로 개방된다.
EGR-HP 회로(36)는 엔진으로부터의 오염 배출, 특히 질소 산화물, 그을음, 및 탄화 수소 입자 배출을 감소시키기 위하여 실린더 내부로의 재분사에 대한 재순환 가스 또는 EGR 가스로 알려진, 배기 회로(30)에서 순환하는 배기 가스의 일부를 추출한다.
이러한 EGR-HP 회로(36)는 공기 분배기(25)로 공급되는 재순환된 배기 가스 또는 EGR 가스의 유동을 조절하기 위한 EGR-HP 밸브(37)를 포함한다.
추가적인 예 또는 변형예로서, EGR-HP 회로는 일반적으로 "배기 가스 재순환-저압"의 의미로 'EGR-LP' 회로 라고 불리는 저압 연소 가스 재순환 회로(38)에 의해 보충되거나 대체된다. 이러한 EGR-LP 회로(38)는 연소 가스 후처리 시스템(35)으로부터 유출구의 배기 회로에서 시작하여 공기 필터(31)와 압축기(22) 사이의 흡기 회로(20)로 개방된다. 신선한 공기와 혼합되는 흡기 회로(20)로 공급되는 EGR 가스의 유동을 조절하기 위한 EGR-LP 재순환 밸브(39)를 포함한다. 재순환 밸브(39)는 재순환 회로(38)의 유출구의 상류에 배치된다. 신선한 공기 및 재순환된 EGR 가스로부터 형성된 흡기 가스는 압축기(22)에 의해 압축된 후 흡기 매니폴드(25)로 도입된다. 후처리 시스템(35)을 떠나 압축기(22)의 상류의 흡기 매니폴드로 분사되도록 EGR-LP를 통해 재순환되지 않는 재순환된 가스는 배기 밸브(34)를 탑재하고 있는 배기 출구 파이프(33) 내부로 배기된다.
또한, 조절 버터플라이 밸브(40)는 압축기(22)의 유입구의 상류에서 흡입 덕트(41)에 제공된다. 보다 정확하게는, 조절 버터플라이 밸브(40)는 EGR 가스의 입구의 하류 또는 흡기 회로(20)의 EGR-LP의 출구의 하류에 위치된다. 이는 유입구에서 압축기(22)에 대한 흡기 가스의 유동을 제어할 수 있게 한다. 이는 통상적으로 EGR-LP 회로(38)로부터 엔진으로 진입하는 EGR 가스의 유동을 증가시키기 위해 독점적으로 사용되어, 질소 산화물(NOx)을 줄이게 된다. 이러한 조절 버터플라이 밸브(40)를 통한 흡기의 조절은 실제로 흡기 덕트의 감소된 압력에 의해 반영되어, EGR 가스의 유동을 증가시키고, 이 밸브의 작동은 엔진의 오염 제거 구역에 걸쳐 더 높은 EGR 속도의 도입을 허용한다.
조절 버터플라이 밸브(40)는 차량의 보드 상의 엔진 제어 유닛(50)에 의해 제어된다. 상기 버터플라이 밸브 제어 모듈을 구성하는 엔진 제어 유닛(50)은 또한 온도(T1, T2) 및 압력(P1, P2)을 각각 측정하기 위하여 압축기(22)의 상류와 하류 각각에서 센서(26, 27)에 연결되고, 이러한 센서에 의해 제공되는 측정값을 수신하기 위하여 엔진 흡입부에서 공기 유동 값(Qair)을 공급하는 공기 필터(21)의 엔진 하류의 유동계(28)에 연결된다.
엔진 제어 유닛(50)은 조절 버터플라이 밸브(40)의 제어 전략을 구현한다. 이 전략은 조절 버터플라이 밸브(40)가 2 개의 작동 모드 각각에서 작동하도록 되어 있는데, 여기서 2개의 작동 모드 중 제 1 작동 모드는 상기 조절 버터플라이 밸브(40)의 일반적인 사용에 대응하는데, 여기서, 밸브(40)는 흡입부에서 감소된 압력을 생성하고 EGR-LP 재순환 밸브(39)가 완전히 개방되는 동안 엔진으로 EGR 가스가 유입되는 양의 증가를 허용하기 위하여, 높은 EGR 가스가 필요할 때 부분적인 엔진 부하에서 실질적으로 사용되며, 2개의 작동 모드 중 제 2 작동 모드에서, 상기 조절 버터플라이 밸브(40)는 압축기(22)의 스톨링을 배제하도록 압축기(22)의 유입구 내부로 공급되는 흡기 가스의 난류 헬리컬 운동을 생성하기 위하여 압축기의 스톨링 한계에 인접하게 사용되되, 조절 버터플라이 밸브(40)가 그것이 배치된 흡기 덕트의 축에 대하여 정확하게 배향될 때, 조절 버터플라이 밸브(40)는 압축기(22)에 대하여 유입구에서 유체의 예비 회전을 생성할 수 있는 디플렉터로서 작동한다. 이러한 예비 회전은 속도 델타를 수정하여 압축기 임펠러 내의 축 성분의 강화를 허용하고 압축기 임펠러 내부의 유동의 공기 역학적 분리를 억제하게 된다. 전형적으로, 조절 버터플라이 밸브(40)는 압축기 유입구로부터 2D 내지 10D의 거리에 배치되며, 여기서 D는 조절 버터플라이 밸브가 배치되는 흡기 덕트의 직경을 나타낸다. 따라서 스톨링 현상이 배제되어, 그렇지 않았으면 발생될 압축기 스톨에 의해 제한되는 엔진 성능을 향상시킬 수 있게 된다. 조절 버터플라이 밸브(40)의 제 2 작동 모드에서, 엔진 오염 제거 요구에 따라, EGR-LP 재순환 밸브(39)는 완전히 폐쇄되거나(흡입부로 EGR 가스의 재순환이 없음) 또는 약간 개방될 수 있다(흡입부로 저속의 EGR 가스가 재순환됨).
이제 도 2를 참조하여 보다 상세하게 제어 전략이 설명될 것이다. 제 1 단계(E0)는 엔진 작동 조건이 전술한 바와 같이 엔진 작동 조건이 제 1 또는 제 2 작동 모드에서 조절 버터플라이 밸브를 사용하는 것을 필요로 하는지 여부를 결정하는 단계; 즉, 조절 버터플라이 밸브를 사용하여 흡기부에서 EGR 속도를 높이거나 조절 버터플라이 밸브를 사용하여 압축기 스톨링을 배제하게 된다.
작동 조건은 적용된 토크의 함수로서 엔진 샤프트의 회전 속도(엔진 회전 수 N) 및 엔진 부하 표시기와 실질적으로 연계될 수 있으며, 이 두 파라미터의 조합은 엔진의 작동점을 정의한다. 제어 전략의 기초가 되는 엔진 부하 표시는 예를 들어 엔진의 평균 유효 압력(MEP)에 의해 정의될 수 있다.
낮은 엔진 부하에서 높은 EGR 속도를 사용해야 하는 한, 'MEPregulation'이라고 알려진 한계 MEP에 해당하는 임계값을 정의할 수 있다. 이 범위를 초과하면 조절 버터플라이 밸브가 더 이상 흡입을 조절하는 데 사용되지 않는데, 환언하면, 압축기에 대한 유입구에서 또는 EGR-LP 회로로부터 유출구에서 흡기 덕트의 레벨에서 EGR-LP 회로를 통해 EGR 가스의 유입을 강제하는데 더 이상 사용되지 않는다.
따라서, 엔진 MEP가 이러한 임계값(MEPregulation)보다 작은 것으로 판단되면, 이러한 방법은 조절 버터플라이 밸브(40)가 흡기시 EGR 가스 속도(τerg)를 증가시키기 위해 사용되는 제 1 작동 모드(E10)로 전환된다. 이 경우에, EGR-LP 회로(38)의 재순환 밸브(39)는 개방 상태로 설정되고, 단계 E11에서 다음의 조건들이 검증된다면, EGR 속도 목표 값(τerg _target)이 설정된다.
- τerg < τerg _target
- EGR-LP 회로의 재순환 밸브가 개방 상태에 있는 경우.
단계(E12)에서, 조절 버터플라이 밸브의 개방은 EGR 속도의 목표 값에 도달할 때까지 EGR 속도를 증가 시키도록 명령된다. 단계 E13에서, EGR 속도가 EGR 목표값(τerg_target)에 도달하지 않는 한 계속되는 조절 버터플라이 밸브(40)의 개방을 제어함으로써 EGR 속도(τerg )의 조절이 구현된다. 이를 위해, EGR 속도와 EGR 속도 목표값의 차이의 함수로서 개방 명령에 대한 새로운 값을 결정하는 기능이 정의된다. 이 기능은 예를 들어 최적의 조절을 보장하기 위한 PID 유형 조절 시스템(비례, 적분, 차동)을 사용한다.
그러나, 단계(E0)에서 엔진의 MEP 부하가 임계값 MEPregulation 보다 크다고 판단되면, 이 방법은 조절 제어 밸브(40)가 압축기(22)의 스톨링 제한을 변속하는 데 사용되는 제 2 작동 모드(E20)로 전환된다.
우선, 단계(E21)에서, 표는 각각 압축기(22)를 순환하는 유체의 유량과 압축기(22)의 압축률 각각에 대한 값 쌍(Qstall,(P2 / P1))으로 메모리 저장된다 스톨링 한계를 정의하는 압축기(22)의 작동점에 대응하여 상기 값 쌍의 조합이 메모리 저장된다. 이 스톨링 한계는 도 3에 표시된 곡선 C1의 지점에 해당하며, 입축기의 배향을 위한 압축기를 통과하는 유동(Q, (m3/s))와 압축비의 허용가능한 값(P2/P1)을 나타내는 압축기 필드에 대한 압축기의 안정적인 작동 구간의 끝에 대응한다. 따라서, 곡선(C) 상의 지점들은 압축기 필드에서 수용가능한 기능 구간을 한정하는, 테이블에 메모리 저장된 압축기의 작동 지점들의 세트(Qstall, (P2/P1)stall)에 대응한다.
이러한 목표는 압축기 작동 지점이 압축기 필드의 한계 스톨링 영역(C1)으로 이동하거나 이 영역을 넘어서지 않도록 하는 것이다. 다시 말해서 도 3에 표시된 압축기 필드에서 작동점이 왼쪽으로 너무 멀리 있지 않도록 한다.
압축기(22)의 작동 조건은 엔진의 압축기 및 유량계(28)의 상류 및 하류에서의 압력 및 온도를 측정하기 위해 센서(26 및 27)를 사용하여 단계(E22)에서 측정된다. 각 순간에, 압축기(22)를 통한 유량(Q)은 엔진의 유량계(28)에서 측정된 공기 유량(Qair) 및 EGR-LP 회로(38)로부터의 EGR 가스의 유동으로부터 계산된다. 압축기(22)의 상류와 하류 각각에서 측정된 압력(P1 및 P2)은 압축비(P2 / P1)의 계산을 가능하게 한다.
압축기(22)를 통한 유량(Q)의 값은 또한 압축기(22)의 상류 및 하류에서 측정된 압력(P1, P2) 및 온도(T1, T2)로부터 추정될 수 있으며, 이 경우 유량계(28)는 생략될 수 있다.
각 순간에, 센서에 의해 측정된 값으로부터 획득된 값 쌍(Q, P2 / P1)은 압축기의 스톨링 위험을 탐지하기 위하여, 압축기의 스톨링 한계를 정의하는 압축기 작동 지점 세트(Qstall, (P2 / P1)stall)를 저장한 메모리 테이블과 비교된다. 수집된 값 쌍(Q, P2 / P1)에 해당하는 압축기의 작동 지점이 압축기 필드의 왼쪽에 너무 멀면 스톨링 위험이 감지된다. 보다 정확하게는, 압축기를 통한 유동 및 압축기의 압축률에 대해 획득된 값 쌍(Q, P2 / P1)은 압축기의 스톨링 한계(C1)를 정의하는 값 쌍(Qstall,(P2 / P1)stall)과 연계되어 다음 조건 중 하나를 감지하게 된다.
Q <k.Qstall
(P2/P1)> k'(P2 / P1)stall.
따라서 압축기의 스톨링 한계(C1)를 정의하는 값 쌍(Qstall, (P2 / P1) stall)의 테이블과 압축기를 통한 유동의 획득 값의 상관 관계는 획득된 값과 유동의 기준값(k.Qstall)의 비교를 사용하는데, 상기 기준값은 안전 마진의 설정을 허용하거나 스톨링 한계(C1)에 대한 스톨링 마진을 설정하는 것을 허용하도록 하는 계수(k)에 의해 평가된 대응 압축비에 대한 표에 메모리 저장된 값(Qstall)에 대응한다. 계수(k)의 값이 달성될 스톨링 마진에 적응되도록, 계수(k)는 바람직하게는 1보다 크고 1.1 이하이며, 더욱 바람직하게는 1.05와 1.1 사이의 값 범위 내에서 선택된다.
같은 방식으로, 압축률 획득 값과 테이블(Qstall, (P2 / P1)stall)의 상관 관계는 획득된 값과 스톨링 한계(C1)에 대한 안전 마진을 설정하게 허용하는 계수(k')에 의해 평가된 대응 유동에 대한 표에 메모리 저장된 값((P2/P1)stall)에 대응하는 압축률(k'(P2/P1stall))에 대한 기준값을 비교하는 것을 이용한다. 계수(k')는 달성될 스톨링 마진에 계수(k')의 값을 맞추기 위해, 예를 들어 0.92 내지 0.98 사이의 값 범위 내에서 바람직하게는 0.9 초과 및 1 미만으로 선택된다.
이러한 방식으로, 압축기의 스톨링 한계에 도달하기 전에, 즉 압축기의 작동 지점이 압축기의 스톨링 한계 영역으로 또는 심지어 이 영역을 넘어서기 전에 압축기의 임계 작동 지점이 검출될 수 있다.
메모리 저장된 스톨링 한계에 대한 압축기 필드에서의 압축기의 현재 작동 지점을 고려하여, 상기 두개의 불평형 중 하나 또는 다른 것을 검증한 후 단계(E22)에서 스톨링 위험이 검출되면, 본 방법은 단계(E23)로 진행하는데, 여기서 조절 버터플라이 밸브(40)의 개구는 압축기 작동 지점을 스톨링 한계로부터 멀어지게 하도록 설정된다.
이를 위해, 상기 조절 버터플라이 밸브의 개방은 압축기를 통한 유량 값 및 압축률의 함수로서 조절 버터플라이 밸브의 개방을 위한 각도 값을 제공하는 사전 설정된 맵에 의해 주어진 위치로 설정된다. 상기 버터플라이 밸브의 상기 개방 위치는 압축기를 통한 속도 델타의 손실 성분을 향상시키도록 정의되어서, 압축기를 통한 유동 Q는 다시 k.Qstall 보다 커진다.
그러나, 단계(E22)에서 스톨링 위험이 검출되지 않으면, 조절 버터플라이 밸브(40)는 단계(E24)에서 완전 개방 위치로 유지된다.
10, 12, 14, 16; 실린더
20: 흡기 회로
21: 공기 필터
22: 압축기
25: 공기 분배기

Claims (10)

  1. 과급된 내연기관엔진을 제어하는 방법으로서, 상기 엔진은,
    연소 실린더(10-16);
    상기 실린더에 연결되어 있으며 압축기(22)를 구비하는 흡기 매니폴드(25) 내부로 개방된 흡기 회로(20); 및
    상기 실린더에 연결되어 있으며 상기 압축기에 회전가능하게 연결된 터빈(32) 및 하나 이상의 연소 가스 후처리 시스템(35)을 구비하는 배기 매니폴드(31)의 유출구로 개방된 배기 회로(30);를 포함하되,
    상기 엔진은 적어도 하나의 연소 가스 재순환 회로(38)를 구비하되,
    적어도 하나의 상기 재순환 회로는 상기 후처리 시스템(35)으로부터 상기 유출구에서 시작하고 상기 압축기(22)의 상류에서 흡기 회로 내부로 개방되며 상기 재순환 회로(38) 내부로 재순환되는 연소 가스의 유동을 제어하는 재순환 밸브(39)를 구비하되, 상기 재순환 밸브(39)는 상기 재순환 회로(38)의 유출구의 상류에 배치되며,
    상기 압축기(22)에 대한 유입구의 상류와 상기 재순환 회로(38)의 유출구의 하류의 흡기 덕트(41)에 조절 버터플라이 밸브(40)가 배치되며,
    연소 가스의 재순환이 필요한 엔진 작동 조건하에서, 엔진 부하 표시가 임계값(MEPstall) 미만인 것으로 판단되면, 상기 조절 버터플라이 밸브(40)는 상기 엔진 내부로 공급되는 재순환된 연소 가스의 유동을 증가시키도록 제1 작동 모드(E10)에 따라 작동되며,
    상기 연소 가스의 재순환을 적게 필요로 하거나 필요로 하지 않는 엔진 작동 조건하에서, 상기 엔진 부하 표시가 임계값(MEPstall)을 초과하는 것으로 판단되면, 상기 조절 버터플라이 밸브(40)는 상기 압축기(22)의 작동 안정성을 향상시키기 위하여 상기 압축기(22)의 흡입부로 공급되는 가스의 난류 헬리컬 운동을 생성시키도록 제 2 작동 모드(E20)에 따라 작동되는 것을 특징으로 하는 과급된 내연기관엔진을 제어하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 조절 버터플라이 밸브(40)의 상기 제 2 작동 모드(E20)는,
    - 상기 압축기를 통한 가스 유량과 상기 압축기의 압축률의 각각의 값의 쌍(Qstall, (P2/P2)stall)의 표를 메모리 저장하는 단계로서, 상기 값의 쌍의 세트는 상기 압축기의 스톨링 한계(C1)를 정의하는 상기 압축기의 작동 지점에 대응하여 메모리 저장되는, 메모리 저장하고(E21);
    - 상기 압축기를 통과하는 유량 및 상기 압축기의 압축률의 현재 값을 센서 수단(26, 27, 28)에 의해 결정하고(E22);
    - 상기 값의 쌍의 표에 연계하여 유량 및 압축률의 현재 값의 함수로서 상기 압축기의 스톨링 위험을 탐지하고(E22); 스톨링의 위험이 탐지되면,
    - 스톨링 한계로부터 멀어지도록 하기 위하여 상기 조절 버터플라이 밸브(40)의 개방 위치를 설정하는(E23) 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 과급된 내연기관엔진을 제어하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    스톨링 위험이 탐지되면, 상기 조절 버터플라이 밸브(40)의 개방 위치는 상기 압축기를 통과하는 유량 및 압축기의 압축률의 값의 쌍의 함수로서 상기 조절 버터플라이 밸브의 개방 각도를 제공하는 사전 설정된 맵에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 과급된 내연기관엔진을 제어하는 방법.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    스톨링 위험이 탐지되면, 상기 조절 버터플라이 밸브(40)는 완전 개방 위치에 유지되는 것을 특징으로 하는 과급된 내연기관엔진을 제어하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 조절 버터플라이 밸브(40)의 제 2 작동 모드(E20)에서, 상기 재순환 밸브(39)는 완전 폐쇄 위치에 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 과급된 내연기관엔진을 제어하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 조절 버터플라이 밸브(40)의 제 2 작동 모드(E20)에서, 상기 재순환 밸브(39)는 부분 개방 위치에 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 과급된 내연기관엔진을 제어하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 조절 버터플라이 밸브(40)의 제 1 작동 모드(E10)에서,
    상기 흡기 회로 내부로 재순환된 연소 가스의 레벨에 대한 목표값이 제공되고,
    상기 목표값에 도달할 때까지, 재순환된 연소가스의 유동을 증가시키기 위하여 상기 조절 버터플라이 밸브(40)는 개방 위치에 설정(E12)되는 것을 특징으로 하는 과급된 내연기관엔진을 제어하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 조절 버터플라이 밸브(40)의 제 1 작동 모드(E10)에서,
    상기 재순환 밸브(39)는 완전 개방 위치에 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 과급된 내연기관엔진을 제어하는 방법.
  9. 과급된 내연기관엔진을 제어하는 장치로서, 상기 엔진은,
    연소 실린더(10-16);
    상기 실린더에 연결되어 있으며 압축기(22)를 구비하는 흡기 매니폴드(25) 내부로 개방된 흡기 회로(20); 및
    상기 실린더에 연결되어 있으며 상기 압축기에 회전가능하게 연결된 터빈(32) 및 하나 이상의 연소 가스 후처리 시스템(35)을 구비하는 배기 매니폴드(31)의 유출구에서 개방된 배기 회로(30);를 포함하되,
    상기 엔진은 적어도 하나의 연소 가스 재순환 회로(38)를 구비하되,
    적어도 하나의 상기 재순환 회로는 상기 후처리 시스템(35)으로부터 상기 유출구에서 시작하고 상기 압축기(22)의 상류에서 흡기 회로 내부로 개방되며 상기 재순환 회로(38) 내부로 연소 가스의 유동을 제어하는 재순환 밸브(39)를 구비하되, 상기 재순환 밸브(39)는 상기 재순환 회로(38)의 유출구의 상류에 배치되며,
    상기 압축기(22)에 대한 유입구의 상류와 상기 재순환 회로(38)의 유출구의 하류의 흡기 덕트(41)에 조절 버터플라이 밸브(40)가 배치되며,
    연소 가스의 재순환이 필요한 엔진 작동 조건하에서, 엔진 부하 표시가 임계값(MEPstall) 미만인 것으로 판단되면, 상기 엔진 내부로 공급되는 재순환된 연소 가스의 유동을 증가시키도록 상기 조절 버터플라이 밸브(40)를 제1 작동 모드(E10)으로 설정하는 제어 모듈(50)을 포함하고,
    상기 연소 가스의 재순환을 적게 필요로 하거나 필요로 하지 않는 엔진 작동 조건하에서, 상기 엔진 부하 표시가 임계값(MEPstall)을 초과하면, 상기 제어 모듈(50)은 상기 압축기(22)의 작동 안정성을 향상시키기 위하여 상기 압축기(22)의 흡입부로 공급되는 가스의 난류 헬리컬 운동을 생성시키도록 상기 조절 버터플라이 밸브(40)를 제 2 작동 모드(E20)로 설정하는 것을 특징으로 하는 과급된 내연기관엔진을 제어하는 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 조절 버터플라이 밸브(40)의 상기 제 2 작동 모드(E20)는,
    - 상기 압축기를 통한 가스 유량과 상기 압축기의 압축률의 각각의 값의 쌍(Qstall, (P2/P2)stall)의 표를 저장하는 메모리를 구비하되,
    상기 값의 쌍의 세트는 상기 압축기의 스톨링 한계(C1)를 정의하는 상기 압축기의 작동 지점에 대응하여 메모리에 저장되고,
    상기 압축기를 통과하는 유량 및 상기 압축기의 압축률의 현재 값을 결정하는 센서 수단(26, 27, 28)을 구비하고,
    상기 제어 모듈(50)은 상기 메모리와 상기 센서와 협력하여 작동하며, 사이 압축기를 통과하는 유량 및 압축률의 현재 값의 함수로서 상기 압축기의 스톨링 위험을 탐지하며, 상기 값의 쌍(Qstall, (P2/P2)stall)의 표에 연계되어 있으며, 위험이 탐지되면, 상기 스톨링 한계로부터 멀어지도록 하기 위하여 상기 조절 버터플라이 밸브(40)를 개방 위치로 설정하는 것을 특징으로 하는 과급된 내연기관엔진을 제어하는 장치.
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