KR20080059499A - 내부 ｅｇｒ 시스템을 갖는 엔진 - Google Patents

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Abstract

가변 형상 터버차저 및 미립자 필터가 설치된 EGR 시스템을 갖는 엔진이 제공되며, 가변 형상 터보 차저의 노즐 각도(노즐 영역)는 미립자 필터 내의 미립자 물질의 퇴적에 따른 내부 EGR 비율의 변화에 따라서 간단한 수단에 의해 정확하게 산출될 수 있고, NOx 배출을 저감시키는 EGR의 효과는 엔진의 내구성을 저하시키는 일없이 엔진의 전체 운전 범위에서 얻어진다.
가변 형상 터버차저, 미립자 필터, 내부 EGR 시스템, 디젤 입자 필터

Description

내부 ＥＧＲ 시스템을 갖는 엔진 {ENGINE WITH INTERNAL EGR SYSTEM}
본 발명은 주로 4행정 사이클 디젤 엔진에 관한 것이며, 특히 DPF(디젤 입자 필터), 가변 형상 터보 차져 및 흡기 행정에서 배기 밸브를 약간 리프트시킴으로써 배기 가스 단편이 엔진의 실린더에 가해진 공기와 함께 결합하는 내부 EGR(배기 가스 재순환) 시스템을 구비한 엔진에 관한 것이다.
4행정 사이클 디젤 엔진과 4행정 가솔린 엔진은, 흡입 행정에서 약간의 리프트에 의해 배기 밸브를 리프트시킴으로써 엔진의 실린더 내에 가해진 공기와 함께 배기 가스의 단편이 결합하는 내부 EGR 시스템이 적용된다. 이는 서브 리프트형 내부 EGR 시스템으로 지칭된다.
배기 밸브 서브 리프트형 내부 EGR 시스템은 도6을 참조하여 설명될 것이다. 도6에서, 배기 밸브(7)와 흡기 밸브(5)의 밸브 리프트 선도 대 크랭크 각이 각각 Es와 In으로 지시된다. 배기 행정에서 배기 밸브 리프트(Ex)는 본원에서 주 배기 밸브 리프트로 지칭된다. 배기 밸브(7)는 배기 밸브(7)의 서브 리프트(Es)로 도시된 바와 같이 흡입 행정에서 작은 리프트(Hs)량 만큼 다시 리프트된다. 흡입 행정에서 작은 리프트량만큼 배기 밸브를 리프트함으로써, 배기 통로 내의 배기 가스의 단편은 실린더 내로 재유동한다. 따라서, 내부 EGR이 수행되고 NOx의 발생이 감소된다.
내연 엔진의 EGR 시스템의 몇 가지 형식이 개시되었다. 예를 들어, 일본 특허 출원 공개 평7-133726호(특허 문헌 1)는 내연 엔진의 흡기 공기 제어 시스템을 개시한다. 이러한 시스템에 따라, 흡기 제어 밸브가 흡기 공기 통로에 제공된다. 흡입 행정의 종료 직전에 흡기 제어 밸브와 흡기 밸브를 순서대로 폐쇄함으로써 흡기 공기 통로에 부압이 형성된다. 배기 행정의 종료 직전에 흡기 제어 밸브가 개방되기 전에 흡기 밸브가 개방되면, 실린더 내의 연소 가스는 피스톤의 상향 운동에 의해 조력된 부압으로 보유된 흡기 통로 내로 유동한다. 흡기 통로 내로 유동한 연소 가스는 EGR 가스로써 흡입 행정에서 흡기 공기와 함께 실린더 내로 유동한다. 이러한 방식으로 내부 EGR이 수행된다. 엔진 부하와 흡기 제어 밸브의 제어를 통한 회전수와 같은 엔진 작동 상태에 따라 또는 다른 수단에 따라 흡기 통로의 부압을 제어함으로써, EGR 가스 비율이 제어될 수 있다.
일본 특허 출원 공개 제2005-48743호(특허 문헌 2)는 촉매 변환기 및 디젤 입자 필터(DPF)와 같은 배기 가스의 후처리 장치를 구비한 터보 차지 엔진의 제어 시스템을 개시한다. 이러한 시스템에서, DPF의 입자 물질의 퇴적에 의해 감소된 DPF의 등가 유동 면적을 계산하기 위한 수단과, DPF의 등가 유동 면적의 감소에 따른 가변 형상 터보 차저의 노즐각을 제어하기 위한 수단이 있다. DPF의 입자 물질의 퇴적에 의해 배기 배압(backpressure)이 증가하면, 노즐 각도가 증가하고, 즉 노즐 베인의 팁 사이의 면적이 증가되어, 배기 배압은 감소되고 EGR 비율의 상승은 억제된다.
배기 밸브 서브 리프트형 내부 EGR 시스템을 구비한 엔진에서, 배기 밸브는 도6에 도시된 바와 같이 작은 리프트(Hs)만큼 흡입 행정에서 다시 리프트되어, 배기 통로의 배기 가스의 단편이 가해진 공기와 혼합되도록 실린더 내로 다시 유동한다. 터보 차저의 하류에 위치한 DPF의 유동 저항이 입자 물질의 퇴적에 의해 증가될 때, 배기 배압은 증가하고, 엔진으로의 흡입 공기 유동이 감소하고, 그 결과로써 초과 배기 가스 재순환이 발생하고, 이는 주로 카본 입자로 구성된 입자 물질의 발생을 개선시키고 DPF 내의 입자 물질의 퇴적을 개선시킨다. 또한, 내부 EGR 비율이 과도하게 커지면, 연소 온도가 증가되고, EGR에 의한 NOx 발생의 감소 효과가 증가된 연소 온도만큼 감소된다.
특히, 입자 필터를 구비한 엔진에서, 입자 필터 내의 입자 물질의 퇴적이 증가되면, 입자 필터의 유동 저항의 증가로 인해 배기 배압이 증가된다. 배기 배압의 증가는 내부 EGR 비율의 증가를 야기하는 공기 공급의 감소를 야기한다.
특허 문헌 1에 개시된 시스템에서, 내부 EGR 비율은 흡기 제어 밸브와 흡기 밸브 사이의 흡기 공기 통로의 부압을 제어함으로써 제어된다. 그러나, 내부 EGR 비율에 의한 연소 온도의 증가에 의해 발생되는 문제점을 다루기 위한 수단은 개시하고 있지 않다.
특허 문헌 2에 개시된 시스템에서, 시스템은 가변 형상 터보 차저를 구비한 엔진에 적용되고, 입자 물질의 퇴적에 의해 감소된 DPF의 등가 유동 면적에 따라 노즐 면적을 증가시키도록 터빈의 노즐각이 증가된다. 그러나, 이러한 시스템은 매우 복잡하고, 높은 정밀도로 노즐각을 제어하기 어렵고, 증가된 EGR 비율에 의한 연소 온도의 증가에 의해 발생되는 문제점을 다루기 위한 수단은 특허 문헌 2에서 개시하지 않고 있다.
본 발명은 전술한 문제점의 견지에서 이루어진 것이고, 본 발명의 목적은 가변 형상 터보 차저를 구비하고, 입자 필터에 입자 물질이 퇴적됨에 따른 내부 EGR 비율의 변화에 따른 단순한 수단에 의해 가변 형상 터보 차저의 노즐각(노즐 면적)이 정확하게 제어되는 엔진을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 NOx 배출을 감소시키기 위한 EGR의 효과가 엔진의 내구성을 저하시키지 않고 얻어지는 내부 EGR 시스템을 갖는 엔진을 제공하는 것이다.
내부 EGR 시스템을 갖는 엔진은 배기 가스의 입자 물질을 제거하기 위한 DPF와, 노즐각을 변화시킴으로써 터보 차저의 터빈을 통과하는 배기 유동량의 변화를 가능하게 하는 가변 형상 터보 차저를 구비한다. 엔진에서, 배기 밸브가 흡입 행정에서 작은 리프트량만큼 리프트되는 배기 밸브 서브 리프트형 내부 EGR 방법이 적용되고, 배기 가스 흡기와 DPF 배기 사이의 차압(DPF 차압)을 검출하기 위한 수단이 제공되고,
DPF 차압 검출 수단에 의해 검출된 DPF 차압에 기초하여 가변 형상 터보 차저의 적절한 VG 노즐각이 계산되어 이러한 DPF 차압이 허용되는 내부 EGR 비율과 맞도록(즉, VG 노즐각에서, 터빈의 흡기구에서의 배기 압력이 DPF의 차압이 기준 차압이 되는 압력이 되도록) 된다. 엔진은 터빈의 노즐각을 제어하기 위한 액추에이터를 제어하기 위한 내부 EGR 제어기를 구비하여 계산된 적절한 노즐각으로 설정된다.
보다 상세히는, 내부 EGR 제어기에는 허용 EGR 비율 사이에서 배기 온도의 허용 제한 또는 그 이하로 NOx 배출의 소정의 감소가 얻어지는 EGR 비율인 허용 EGR 비율과, DPF의 허용 차압(최대 허용 DPF 차압)이 허용 EGR 비율과 일치하는 관계가 성립되고, DPF 차압과 VG 노즐각 사이에서 터빈의 흡기구에서의 배기 가스 압력이 DPF 차압이 DPF 차압이 되는 압력이 되는 관계가 성립한다.
내부 EGR 제어기는 검출된 DPF 차압과 DPF 기준 차압을 비교하여 DPF 차압이 DPF 기준 차압이 되도록 적절한 VG 노즐각을 계산하고, VG 노즐각이 계산된 적절한 VG 노즐각으로 설정하도록 액추에이터를 제어한다.
또한, 본 발명에서, 엔진으로 압축 공기를 공급하기 위한 가변 용량 압축기가 제공되고, 내부 EGR 제어기는 VG 노즐각이 엔진 작동 상태에 따라 설정된 각도보다 커질 때 공기 공급 압력이 가변 용량 압축기에 의해 증가되도록 가변 용량 압축기를 제어한다.
가변 용량은 바람직하게는 가변 압축기에 의해 가압된 공기가 터보 차저의 압축기에 의해 더 가압되는 2단계 슈퍼 차지 시스템을 구성하도록 가변 형상 터보 차저의 압축기와 직렬로 연결된다.
가변 형상 터보 차저의 노즐 각도가 미립자 필터 내의 미립자 물질의 퇴적에 따른 내부 EGR 비율의 변화에 따라서 간단한 수단에 의해 정확하게 산출될 수 있고, NOx 배출을 저감시키는 EGR의 효과는 엔진의 내구성을 저하시키는 일없이 엔진의 전체 운전 범위에서 얻어진다.
본 발명의 바람직한 실시예가 첨부 도면을 참조하여 이제 상세히 설명될 것이다. 그러나, 특정되지 않는 한, 본 실시예의 구성부의 치수, 재료, 상대 위치 등은 본 발명의 범주를 제한하는 것이 아닌 도시를 위한 것으로만 해석될 것으로 의도된다.
도1은 본 발명의 제1 실시예의 내부 EGR 시스템을 구비한 4행정 사이클 디젤 엔진의 전체 구조를 나타내는 개략도이다.
도1에서, 도면부호 100은 엔진(4행정 사이클 디젤 엔진)이고, 1은 엔진의 실린더(100)의 연소실이고, 2는 피스톤이고, 39는 크랭크 샤프트이다. 도면부호 4 및 6은 각각 엔진의 실린더 헤드의 흡기 및 배기 통로이다. 도면부호 5 및 7은 각각 흡기 및 배기 밸브이다. 도면부호 11 및 12는 각각 배기 및 흡기 매니폴드이다. 도면부호 10은 배기 터빈(10a)과 공기 압축기(10b)로 구성된 터보 차저이다. 도면부호 8은 압축기(11b)로부터 압축된 공기를 냉각하기 위한 공기 냉각기이다.
터보 차저(10)는 노즐각을 변화시키기 위한 노즐 베인 이동 기구를 구비한 가변 형상(VG) 터보 차저이다. 터빈(10a)은 배기 매니폴드(11)로부터 배출되어 터빈(10a)으로 진입하는 배기 가스에 의해 구동되고, 터빈(10a)에 연결된 압축 기(10b)는 흡기 매니폴드(12)로 압축된 공기를 공급하도록 터빈(10a)에 의해 구동된다.
도면부호 3은 터빈(10b)의 노즐 베인의 노즐 면적을 변화시키도록 노즐각을 변화시키기 위한 기구를 작동시킴으로써 노즐각을 제어하기 위한 액추에이터이다.
가변 형상 터보 차저는 도7 및 8에 도시된다.
도7은 가변 형상(VG) 터보 차저의 주요부의 단면도이다. 도7에서, 도면부호 600은 VG 배기 터빈이고, 18은 터빈 휠이고, 19는 터빈 케이싱이고, 41은 팁 사이의 면적이 노즐 베인 이동 기구를 작동시킴으로써 변경될 수 있는 복수의 노즐 베인의 노즐 베인이다. 도면부호 42는 배기 가스의 흡기구에서 터빈 휠(18)로의 환형 공간이고, 43은 배기 가스 출구이고, 46은 노즐 베인 이동 기구이고, 44는 노즐 베인 이동 기구(46)에 각각의 노즐 베인을 연결하기 위한 노즐 베인 각각의 노즐 샤프트이다. 도면부호 g는 엔진의 배기 가스를 지시한다. 도8은 도7의 화살표 X-X의 방향에서 본 도면이다.
다시 도1로 돌아가서, 터빈(10a)의 배기 출구에 연결된 배기 파이프(13)는 배기 가스에 함유된 입자 물질(주로 카본 입자들로 구성됨)을 제거하기 위한 DPF(디젤 입자 필터)를 구비한다.
VG 터보 차저(10)의 압축기(10b)에 의해 공급된 공기는 공기 냉각기(8)에서 냉각되고, 흡기 밸브(5)가 개방될 때 각각의 실린더의 연소실 내로 도입되도록 흡기 매니폴드(12)를 거쳐 각각의 실린더의 흡기 통로(4)로 도입된다.
연소실(1)내로 연료가 주입된 후에 배기 가스는 연소실(1)로부터 연소되어 배출되고, 터보 차저(10)를 구동하도록 배기 통로와 배기 매니폴드(11)를 거쳐 터빈(10a)으로 도입된다. 터보 차저(10)로부터 배출된 배기 가스는 배기 가스의 입자 물질이 제거되는 DPF(14)로 진입하고, 배기 가스는 촉매 기재를 구비한 배기 가스 탈오염 장치에 의해 정화되어 대기로 배출된다.
흡기 밸브(5)와 배기 밸브(7)는 크랭크 샤프트(39)에 의해 구동된 캠의 회전에 의해 각각 흡기 통로(4)와 배기 통로(6)를 개폐하도록 흡기 캠 및 배기 캠에 의해 구동된다. 배기 밸브 서브 리프트형 내부 EGR 시스템에서, 배기 밸브(7)는 배기 가스가 실린더 내에 가해진 공기와 혼합되도록 배기 통로에서 연소실 내로 배기 가스의 단편을 도입하도록 도6에 도시된 바와 같이 흡입 행정에서 다시 작은 리프트량만큼 리프트시킨다. 이러한 형식의 내부 EGR 방법은 본 발명에서 배기 밸브 서브 리프트형 EGR이라고 지칭된다.
본 발명은 전술한 바와 같이 가변 형상 배기 가스 터보 차저(10)를 구비한 4행정 사이클 엔진의 배기 밸브 서브 리프트형 내부 EGR 시스템의 실시에 관한 것이다.
도1을 참조하면, 내부 EGR 제어기는 도면부호 20으로 지칭된다. 내부 EGR 제어기(20)는 부하 검출 센서(19)에 의해 검출된 엔진 부하, 회전 검출 센서(18)에 의해 검출된 엔진 회전 속도를 입력받는다.
또한, DPF 흡기 압력 센서(15)와 DPF 배기 압력 센서(16)가 DPF(14)의 배기 가스 흡기 및 배기부에 각각 제공된다. DPF 흡기 압력 센서(15)와 DPF 배기 압력 센서(16)에 의해 검출된 압력들은 제어기(20)로 입력된다.
다음에, 내부 EGR 시스템의 제어 작동이 도2 내지 4를 참조하여 설명될 것이다.
흡기 압력 센서(15)와 배기 압력 센서(16)에 의해 각각 검출된 DPF 흡기 압력(P1)과 DPF 배기 압력(P2)은 각각 제어기(20)의 DPF 차압 산출부(21)로 입력된다. DPF 산출부는 DPF 흡기 압력(P1)과 DPF 배기 압력(P2) 사이의 차압(P1-P2)을 계산하고, 계산된 차압값은 VG 노즐각 조절량 산출부(25)로 출력한다.
부하 검출 센서(19)로부터 송신된 검출된 엔진 부하와 회전 속도 검출기(18)로부터 송신된 엔진 회전수는 VG 노즐각 설정부(23)로 입력된다. VG 노즐각 설정부(23)는 검출된 엔진 부하와 회전 속도에 의해 나타내어진 엔진 작동 상태에 따라 VG 노즐각을 계산하여 계산된 노즐각은 VG 노즐각 산출부(26)로 출력한다.
DPF 기준 차압/EGR 비율 설정부(22)에는, 도3에 나타나 있는 바와 같이, 허용 EGR 비율, 즉 배기 온도의 허용 한계 또는 이하에서 소정의 NOx 배출 저감이 얻어지는 EGR 비율과, 허용 EGR 비율에 상응하는 DPF의 허용 차압(최대 허용 DPF 차압) 사이의 관계가 설정되어 있다.
DPF 차압/VG 노즐각 설정부(24)에는, DPF 차압과, 터빈의 입구에서의 배기 가스 압력이 압력으로 되고 DPF 차압이 DPF 차압으로 되는 VG 노즐 각도 사이의 관계가 설정되어 있다.
VG 노즐각 조절량 산출부(25)에 있어서는, DPF 차압 산출부(21)로부터 입력된 DPF 차압이 기준 차압과 비교되어, 기준 차압과의 편차가 산출된다. 또한, DPF 차압의 편차가 DPF 차압/VG 노즐각 설정부(24)에서의 설정 관계와 크로스 체크되어 VG 노즐 조절 각도가 DPF 차압의 편차에 따라서 산출되고, 산출된 노즐 조절 각도는 VG 노즐각 산출부(26)에 입력된다.
VG 노즐각 산출부(26)는 엔진 운전 조건에 따라 VG 노즐각 설정부(23)에서 산출된 VG 노즐 각도를 VG 노즐각 조절량 산출부(25)에서 얻어진 VG 노즐 조절 각도에 의해 보정하고, 조절된 VG 노즐 각도를 VG 노즐각 제어용 액추에이터(3)에 입력한다.
액츄에이터(3)는 노즐 베인 이동 기구를 구동하여 조절된 VG 노즐 각도로 VG 노즐 각도를 설정한다.
전술된 제1 실시예에 따르면, 배기 가스가 유출입하는 DPF(14)의 입구와 출구 사이의 차압(P1-P2)을 산출하는 DPF 차압 검출 수단이 마련되며, DPF 차압 검출 수단에 의해 검출된 DPF 차압에 기초하여 DPF 차압이 허용 내부 EGR 비율에 상응하는 DPF 기준 차압으로 되도록 가변 형상 터보 차저(10)의 적정 VG 노즐 각도(즉, 터빈의 입구에서의 배기 압력이 압력으로 되고, DPF에서의 차압이 기준 차압으로 되는 VG 노즐 각도)가 산출되고, VG 노즐 각도 제어용 액추에이터(3)는 VG 노즐 각도가 적정 VG 노즐 각도로 설정되도록 노즐 베인을 회전시키도록 제어된다. 내부 제어기(20)에서는 허용 내부 EGR 비율 대 DPF 기준 차압과, VG 노즐 각도 대 DPF 차압을 설정하여 터빈 입구에서의 배기 가스 압력이 DPF 차압이 얻어지는 압력으로 되고, 노즐 각도 제어용 액추에이터(3)는 VG 노즐 각도가 적정 VG 노즐 각도로 설정되어 DPF 차압이 내부 EGR 제어기(20)에 의해 DPF 기준 차압과 일치하도록 제어된다. 따라서, 검출된 DPF 차압이 DPF 기준 차압으로 되도록 적정 VG 노즐 각도를 산출하고, VG 노즐 각도를 증가, 즉 DPF(14)에 미립자 물질의 퇴적에 따른 DPF(14)내의 DPF 차압의 증가에 따라 노즐 베인의 선단 사이의 영역을 증가시킴으로써, 과도한 내브 EGR 발생을 방지할 수 있다.
따라서, 제1 실시예에 의하면, DPF 차압을 검출하고, 검출된 DPF 차압에 기초하여 가변 형상 터보 차저(10)의 VG 노즐 각도를 제어함으로써, 엔진의 내부 EGR 비율이 종래기술과 비교하여 높은 정밀도로 소정 범위내에 있도록 VG 노즐 각도가 제어될 수 있다.
[제2 실시예]
도5는 본원 발명의 제2 실시예의 내부 EGR 시스템이 설치된 4 행정 사이클 디젤 엔진의 개략적인 전체 구성도이다.
제2 실시예에 있어서, 전기 모터(32)에 의해 구동되며 토출 압력이 변할 수 있는 가변 용량 압축기(31)가, 도1 내지 도4에 도시된 제1 실시예에 더욱 추가되고, 가변 형상 터보 차저(10)의 압축기(10b)와 직렬로 연결된다. 따라서, 제2 실시예의 급기 시스템은 전기 모터로 구동되는 압축기(31)에 의해 가압된 공기가 터버차저(10)의 압축기(10b)에 의해 더욱 가압되는 2단 과급 시스템으로 구성된다.
내부 EGR 제어기(20)는, VG 노즐 각도가 부하 검출 센서(19)에 의해 검출된 엔진 부하 및 회전 속도 검출기(18)에 의해 검출된 엔진 회전 속도를 포함하는 엔진 운전 조건에 따라서 설정된 VG 노즐 각도보다 큰 경우, 가변 용량 압축기(31)가 공기 공급 압력을 상승시키도록 제어한다.
제2 실시예의 다른 구성은 제1 실시예와 동일하고, 동일 구성은 제1 실시예 와 동일한 참조부호로 나타낸다.
제2 실시예에 의하면, 전기 모터(32)에 의해 구동되는 가변 용량 및 가변 토출 압력 압축기(31)를 설치함으로써, 공기 공급 압력이 더욱 증가될 수 있다. 그리고 VG 노즐 각도가 엔진 운전 조건에 대응해 설정된 VG 노즐 각도보다 큰 경우, 공기 공급 압력은 전기 모터에 의해 구동되는 압축기(31)를 내부 EGR 제어기(20)에 의해 제어함으로써 증가될 수 있다. 또한, 전기 모터에 의해 구동되는 압축기(31)는 가변 형상 터보 차저(10)의 압축기(10b)에 직렬로 연결되어, 전기 모터에 의해 구동되는 압축기(31)에 의해 가압된 공기가 가변 형상 터보 차저(10)의 압축기(10b)에 의해 더욱 압축되는 2단 과급 시스템을 구성한다. 이러한 구성에 따르면, DPF(14)에서 미립자 물질의 퇴적에 의해 야기되는 과도한 내부 EGR의 발생은 증가된 VG 노즐 각도(즉, 노즐 베인의 선단 사이의 증가된 영역)에 의해 야기된 감소된 공기 공급 압력을 전기 모터에 의해 구동되는 압축기(31)에 의해 가압 공기를 공급하여 보상함으로써 방지될 수 있다.
이러한 방법에 있어서, 과도한 EGR의 발생은 엔진에 대해 공기 공급 압력의 저하를 수반하지 않고서 방지될 수 있다.
본 발명에 의한 엔진은 DPF의 출입구에서의 배기 가스 압력 사이의 차압을 검출하는 차압 검출 수단과, 터빈 입구에서의 배기 가스 압력이, DPF 차압 검출 수단에 의해 검출된 DPF 차압에 기초하여, DPF 차압과 DPF 기준 차압이 일치하는 압력으로 되는 적정 VG 노즐 각도를 산출함으로써, VG 노즐 각도가 엔진 운전 조건에 따라 적절한 각도로 설정되어 제어될 수 있도록 VG 노즐 각도를 제어하는 액추에이 터를 제어하는 내부 EGR 제어기로 구성된다. 보다 구체적으로는, 본 발명의 엔진에 있어서, 허용 내부 EGR 비율 대 DPF 기준 차압 그리고 VG 노즐 각도 대 DPF 차압은 제어기에서 설정된다. 검출된 DPF 차압은 얻어진 DPF 기준 차압과 비교되고, 노즐 각도를 제어하기 위한 액추에이터는 DPF 차압이 DPF 기준 차압과 일치하게끔 노즐 각도가 적정 노즐 각도로 설정되도록 제어된다. 이를 위해, 검출된 DPF 차압은 DPF 기준 차압과 비교된다. DPF 차압이 DPF 기준 차압과 일치하는 적정 VG 노즐 각도를 산출하는 것만으로, 과도한 배기 가스 산출 발생이 방지될 수 있다.
따라서, 본 발명의 엔진에 따르면, DPF(14) 내의 미립자 물질의 퇴적에 의해서 DPF(14)의 증가된 차압에 의해 발생되는 증가된 배기 배압으로 인해 엔진에 공급되는 공기의 감소에 의해 발생되는 과도한 배기 가스 순환의 발생은 미립자 필터에서 차압을 검출하고 검출된 DPF의 차압에 기초하여 가변 형상 터보 차저의 VG 노즐 각도를 제어하는 매우 간단한 수단에 의해 방지될 수 있다.
또한, 본 발명의 엔진에 따르면, 가압 공기를 공급하기 위해서 토출 압력이 변할 수 있는 가변 용량 공기 압축기가 제공되며, VG 노즐 각도가 엔진의 엔진 운전 조건에 따라 설정된 VG 노즐 각도보다 큰 경우, 토출 압력이 변할 수 있는 가변 용량 압축기는 엔진에 대한 공기 공급 압력을 증가시키도록 내부 VGR 제어기에 의해 제어된다.
가변 용량 압축기는 바람직하게는 터보 차저의 압축기에 가압 공기를 공급하도록 가변 형상 처보차저의 압축기에 직렬로 연결된다. 가변 용량 압축기를 제공함으로써, 과도한 배기 가스 재순환 비율의 발생을 방지하기 위한 증가된 VG 노즐 각도(증가된 노즐 영역)에 의해 야기되는 엔진 실린더에 대한 급기 압력의 저하는 가변 용량 압축기에 의한 압축 공기를 터보 차저의 압축기에 공급하여 보상될 수 있다.
이에 의해, 과도한 EGR의 발생은 엔진에 대한 공기 공급 압력의 저하를 수반하지 않고서 방지될 수 있다.
전술한 바와 같이, 내부 EGR 시스템이 설치된 엔진에 의하면, 가변 형상 터보 차저의 노즐 각도(노즐 영역)의 제어는 미립자 필터 내의 미립자 물질의 퇴적 정도에 따라서 간단한 수단으로 정확하게 실시될 수 있어, 엔진을 항상 적절한 EGR 비율로 작동시킨다. 미립자 필터 내의 미립자 물지의 퇴적에 의해 야기되는 내부 배기 가스 재순환의 과도한 발생이 방지될 수 있으며, 배기 온도의 과도한 증가로 인한 엔진의 열 부하의 증가 및 과도한 배기 가스 재순환 에 인한 NOx 저감 효과의 감소가 방지될 수 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 내부 EGR 시스템을 구비한 4행정 사이클 디젤 엔진의 전체 구성을 나타내는 개략도.
도2는 제1 실시예의 내부 EGR 시스템의 제어 블록도.
도3은 DPF(디젤 입자 필터)의 기준 차압과 내부 EGR 비율 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도4는 DPF의 차압과 VG(가변 형상) 노즐각 사이의 관계를 도시하는 그래프.
도5는 본 발명의 제2 실시예의 내부 EGR 시스템을 구비한 4행정 사이클 디젤 엔진의 전체 구성을 나타내는 개략도.
도6은 배기 밸브 서브 리프트형 내부 EGR 시스템을 구비한 4행정 사이클 엔진의 크랭크각 대 배기 및 흡기 밸브의 리프트를 도시하는 그래프.
도7은 가변 형상(VG) 터보 차저의 주요부의 단면도.
도8은 도7의 화살표 X-X 방향에서 본 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 터보 차저
14 : DPF(디젤 입자 필터)
19 : 부하 검출 센서
20 : 내부 EGR 제어기
21 : DPF 차압 산출부
22 : DPF 기준 차압/EGR 비율 설정부
23 : VG 노즐각 설정부
24 : DPF 차압/VG 노즐각 설정부
25 : VG 노즐각 조절량 산출부
26 : VG 노즐각 산출부

Claims (4)

  1. 가변 형상 터보 차저 및 터보 차저의 하류측에 위치한 미립자 필터를 설치된 EGR 시스템을 갖는 엔진이며,
    상기 엔진은 배기 밸브 서브 리프트형 EGR(배기 가스 재순환)이 엔진의 실린더에 있어서 흡기 통로내의 배기 가스중 일부를 다시 실린더 내로 유동시키기 위해 흡입 행정에서 소량의 리프트 만큼 배기 밸브 또는 밸브들을 리프트하도록 함으로써 실시되도록 구성되고,
    미립자 필터에 있어서 배기 가스 차압을 검출하는 수단과,
    검출된 차압에 기초하여 허용 내부 EGR 비율이 달성되는 미립자 필터 내의 차압이 얻어지도록 가변 형상 터보 차저의 노즐 각도를 산출하는 내부 EGR 제어기와,
    산출된 노즐 각도로 설정되도록 노즐 각도를 제어하는 액추에이터를 구비하는 EGR 시스템을 갖는 엔진.
  2. 제1항에 있어서,
    내부 EGR 제어기는 허용 EGR 비율 대 기준 차압 및 노즐 각도 대 미립자 필터내의 차압을 설정하고, 상기 제어기는 검출된 차압과 기준 차압을 비교해 허용 내부 EGR 비율이 달성되는 미립자 필터 내의 차압이 얻어지도록 가변 형상 터보 차저의 노즐 각도를 산출하고, 산출된 노즐 각도로 설정되도록 노즐 각도를 제어하는 액추에이터를 제어하도록 구성되는 EGR 시스템을 갖는 엔진.
  3. 제1항에 있어서, 가변 용량 압축기는 토출 압력을 변화시켜 가압 공기를 엔진에 공급할 수 있고, 노즐 각도가 엔진 운전 조건에 따라 설정된 각도보다 큰 경우 내부 EGR 제어기는 엔진에 공급되는 공기 압력이 가변 용량 압축기에 의해 증가되도록 가변 용량 압축기를 제어하는 EGR 시스템을 갖는 엔진.
  4. 제1항에 있어서, 가변 용량 압축기는 가변 용량 압축기에 의해 가압된 공기가 가변 형상 터보 차저의 압축기에 의해 더욱 압축되도록 가변 형상 터보 차저의 압축기에 직렬로 연결되는 EGR 시스템을 갖는 엔진.
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