KR20160077030A - Naturally aspirated common rail diesel engine meeting ultra low pm emission by passive exhaust after treatment - Google Patents

Abstract

자연 흡기식 엔진에서 배기 가스들의 배출을 제어하기 위한 시스템 (100) 이 개시되어 있다. 상기 시스템은 개방 루프 배기 가스 재순환 유동을 포함한다. 상기 시스템 (100) 은, 엔진의 배기 매니폴드 (106) 에 장착된 촉매 (102) 를 추가로 포함한다. 더욱이, 상기 시스템 (100) 은 흡기 엘보우 (104) (혼합 튜브) 에 삽입된 배기 가스 혼합 튜브를 포함한다. 상기 시스템 (100) 은 EGR 냉각기의 냉각측에 장착된 배기 가스 재순환 밸브 (110) 를 추가로 포함한다. 더욱이, 상기 시스템 (100) 은 다양한 다른 엔진 미세조정 파라미터들에 따라서 배기 가스 재순환 밸브 (110) 를 제어하도록 전자 제어 유닛을 포함한다.A system (100) for controlling the exhaust of exhaust gases in a naturally aspirated engine is disclosed. The system includes an open loop exhaust gas recirculation flow. The system 100 further includes a catalyst 102 mounted on an exhaust manifold 106 of the engine. Moreover, the system 100 includes an exhaust gas mixing tube inserted into the intake elbow 104 (mixing tube). The system 100 further includes an exhaust gas recirculation valve 110 mounted on the cooling side of the EGR cooler. Furthermore, the system 100 includes an electronic control unit to control the exhaust gas recirculation valve 110 in accordance with various other engine fine tuning parameters.

Description

패시브 배출물 후처리에 의한 초저 PM 배출을 만족시키는 자연 흡기식 커먼 레일 디젤 엔진 {NATURALLY ASPIRATED COMMON RAIL DIESEL ENGINE MEETING ULTRA LOW PM EMISSION BY PASSIVE EXHAUST AFTER TREATMENT}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a common rail diesel engine, and more particularly, to a naturally aspirated common rail diesel engine that satisfies low-

본 명세서에서 실시형태들은 내연 엔진용 배출물 제어 시스템 (emission control system), 그리고 더 구체적으로, 내연 엔진들로부터 입자 물질의 배출물들을 최소화하면서 NOx 및 다른 배출물들을 최소화하는 내연 엔진들을 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.Embodiments herein are directed to an emission control system for an internal combustion engine and, more particularly, to a method and system for internal combustion engines that minimize NOx and other emissions while minimizing emissions of particulate matter from internal combustion engines. will be.

탄화수소류, 일산화탄소 및 산화질소류와 같은 대기 오염물질들로 고려되는 소량의 물질들을 함유하는 다양한 가스 스트림들의 촉매 처리는 수년간 상업적 기반으로 실시되어 왔다. 이들 오염물질들을 덜 독성이 있는 물질들, 이산화탄소, 물 및 질소로 전환하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 처리되는 가스 스트림들은 다량으로 대기 중으로 방출되는 유출 또는 폐 가스 스트림들이고, 그리고 이런 처리들 중 가장 중요한 실시예는 팔라듐 (Pd), 백금 (Pt), 로듐 (Rh) 등과 같은 귀금속들이 로딩된 (loaded) 촉매와의 내연 엔진들의 배기 가스들의 고온 접촉이다. 초기에는, 대부분의 관심이 상업적인 기반으로 가스 스트림들의 탄화수소와 일산화탄소 성분들의 산화에 쏠려 있었고, 그리고 일반적으로 처리 시스템은 이들 성분들의 이산화탄소와 물로의 완전 연소에 근거하여 과잉 산소를 포함하였다. 사용된 촉매들은 또한 환원 반응들을 촉진시키는 능력을 갖고 있기 때문에, 생성물들 중의 질소 및/또는 암모니아 물질의 존재가 바람직하지는 않지만, 처리 동안 산화질소류의 질소 및/또는 암모니아로의 약간의 환원이 발생될 수도 있다. Catalytic treatment of various gas streams containing small amounts of materials considered as air pollutants such as hydrocarbons, carbon monoxide and nitrogen oxides has been conducted on a commercial basis for many years. It is desirable to convert these pollutants to less toxic substances, carbon dioxide, water and nitrogen. Generally, the treated gas streams are effluent or waste gas streams that are released into the atmosphere in large quantities, and the most important embodiment of these processes is the loading of precious metals such as palladium (Pd), platinum (Pt), rhodium Temperature contact of the exhaust gases of the internal combustion engines with the loaded catalyst. Initially, most interest was focused on the oxidation of hydrocarbons and carbon monoxide components of gas streams on a commercial basis, and in general the treatment system contained excess oxygen based on complete combustion of these components with carbon dioxide and water. The presence of nitrogen and / or ammonia material in the products is not desirable, since the catalysts used also have the ability to catalyze reduction reactions, but some reduction of nitrogen oxides to nitrogen and / or ammonia occurs during the process .

또한, 배기 가스 재순환은 내연 엔진들의 작동시 바람직하지 않은 오염 가스들의 생성을 제어하는데 공통적으로 사용된 기술이다. 이런 기술은 승용차들 (passenger cars), 소형 트럭들 및 다른 노상용 (on-road) 모터 장비와 같은 자동차들에서 사용된 내연 엔진들에서 특히 유용한 것으로 증명되었다. 배기 가스 재순환 기술은 배기 가스 부산물들의 내연 엔진의 흡기 공급물로의 재순환을 주로 수반한다. 엔진 실린더로 이렇게 재도입된 이런 배기 가스는 엔진 실린더 내의 산소의 농도를 감소시키고, 결과적으로 엔진 실린더 내의 최대 연소 온도를 낮추고 연소 프로세스의 화학적 반응을 느리게 하여 아산화질소의 형성을 감소시킨다. 또한, 배기 가스들은 일반적으로 실린더 내로의 재도입으로 연소되는 미연소된 탄화수소를 약간 함유하고, 이런 재도입은 또한 내연 엔진으로부터 바람직하지 않은 오염물질들로서 배출되는 배기 가스 부산물들의 배출을 감소시킨다. In addition, exhaust gas recirculation is a technique commonly used to control the generation of undesirable contaminant gases in the operation of internal combustion engines. This technique has proven particularly useful in internal combustion engines used in automobiles such as passenger cars, light trucks and other on-road motor equipment. Exhaust gas recirculation technology mainly involves recirculation of the exhaust gas byproducts to the intake feed of the internal combustion engine. This exhaust gas, thus reintroduced into the engine cylinder, reduces the concentration of oxygen in the engine cylinder and consequently lowers the maximum combustion temperature in the engine cylinder and slows the chemical reaction of the combustion process, thereby reducing the formation of nitrous oxide. In addition, the exhaust gases generally contain some unburned hydrocarbons that are burned by reintroduction into the cylinder, and this reintroduction also reduces the emissions of exhaust gas byproducts that are discharged as undesirable contaminants from the internal combustion engine.

게다가, 현재 복수의 촉매들을 포함하는 다수의 배기 가스 처리 시스템들이 제안되어 있고, 그리고 그 작동들은 종종 산화질소류의 질소로의 전환을 최대화하는 환원 조건들 하에서 하나의 촉매의 사용을 수반하고, 그리고 별도의 촉매는 일산화탄소와 탄화수소류의 이산화탄소와 물로의 전환을 최대화하는 산화 조건들 하에서 사용된다. 이런 시스템들은 고가이므로 일반적으로 비포장도로용 차량들 (Off-Highway Vehicles) 인 경우와 같이 촉매 장비를 포함하는데 이용가능한 공간의 크기 (amount) 가 제한적인 경우에 특히 바람직하지 않다. 하지만, 시간이 지남에 따라 대기로의 수용가능하게 부여될 수도 있는 오염물질들의 레벨들은 정부 규제들이 만족된다면 일산화탄소와 탄화수소류의 산화와 산화질소류의 환원 양자가 높은 정도로 달성되도록 낮춰지고 있다. 따라서, 이런 가스들을 가장 효과적으로 그리고 경제적으로 매력적인 조건들 하에서 처리하기 위한 촉매 시스템들을 개발하는게 아주 중요하다. In addition, a large number of exhaust gas treatment systems now including a plurality of catalysts have been proposed, and their operations often involve the use of a single catalyst under reducing conditions to maximize the conversion of nitrogen oxides to nitrogen, and Separate catalysts are used under oxidizing conditions that maximize the conversion of carbon monoxide and hydrocarbons to carbon dioxide and water. These systems are expensive and are particularly undesirable when the amount of space available to include the catalytic equipment is limited, such as in the case of off-highway vehicles. However, levels of contaminants that may be acceptable to the atmosphere over time are being lowered to a high degree, both for the oxidation of carbon monoxide and hydrocarbons and for the reduction of nitrogen oxides, if government regulations are met. Therefore, it is very important to develop catalyst systems to treat these gases under the most effective and economically attractive conditions.

본 발명의 주요 목적은 배기 가스 유로에 디젤 산화 촉매를 구비한 자연 흡기식 커먼 레일 디젤 엔진용 배출물 제어 시스템을 제공하는 것이다.A main object of the present invention is to provide an emission control system for a naturally aspirated common rail diesel engine having a diesel oxidation catalyst in an exhaust gas passage.

본 발명의 다른 목적은 자연 흡기식 디젤 엔진의 흡기부로 배기 가스의 제어된 공급을 위한 개방 루프 배기 가스 재순환 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an open loop exhaust gas recirculation system for the controlled supply of exhaust gas to the intake portion of a naturally aspirated diesel engine.

본 발명의 또다른 목적은 양호한 운전성 (good drivability) 으로 필드 연료 (field fuel) 소비를 최적화하고 동시에 아산화질소와 같은 배출물을 최소화하고 바람직하지 못한 입자 물질의 방출을 최소화한 배출물 제어 시스템을 제공하는 것이다.It is a further object of the present invention to provide an emission control system that optimizes field fuel consumption with good drivability and at the same time minimizes emissions such as nitrous oxide and minimizes the emission of undesirable particulate matter will be.

본 발명의 다른 목적은 배기 가스 재순환을 통해 보다 정확한 제어를 제공하는 배출물 제어 시스템을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide an emission control system that provides more accurate control through exhaust gas recirculation.

본 발명의 또다른 목적은 배기 가스 유로에 디젤 산화 촉매를 제공함으로써 자연 흡기식 디젤 엔진의 배출물을 제어하는 방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a method for controlling emissions of a natural-gas-intake diesel engine by providing a diesel oxidation catalyst in an exhaust gas passage.

본원의 실시형태들의 상기 목적들과 그밖의 다른 목적들은 하기 설명 및 첨부 도면과 함께 고려할 때 더 잘 알게 되고 이해될 것이다. 하지만, 하기 설명은, 바람직한 실시형태들 및 그것의 다수의 특정 세부사항들을 나타내지만, 예로써 제공되는 것으로 제한하지 않는다. 본원의 실시형태들의 범위 내에서 그것의 사상에서 벗어나지 않으면서 많은 변화들 및 변경들이 이루어질 수 있고, 본원의 실시형태들은 이러한 모든 변형예들을 포함한다.These and other objects of embodiments of the present disclosure will be better understood and understood when considered in conjunction with the following description and the accompanying drawings. However, the following description illustrates preferred embodiments and many specific details thereof, but is not limited to what is provided by way of example. Many changes and modifications can be made without departing from its spirit and scope of embodiments of the invention, and the embodiments herein include all such modifications.

따라서, 주입 연료의 개방 루프 제어 및 배기 가스 재순환 유동 (EGR) 을 이용한 처리 후 DOC 를 가지는 커먼 레일 자연 흡기식 엔진에서 배기 가스의 배출을 제어하기 위한 시스템이 개시된다. 상기 시스템은 배기 매니폴드에서 밀접 결합된 디젤 산화 촉매 (DOC) 의 통합을 포함하고 EGR 유로는 EGP 파이프에 의해 배기 및 흡기측 사이에 연결된다. EGR 가스는, EGR 가스와 새로운 공기의 균일한 혼합을 가능하게 하는 혼합 튜브를 통하여 흡기 엘보우로 들어오고 이 균질한 충전물은 개별 실린더 포트들로 들어온다. 상기 시스템은 엔진의 전자 제어 유닛 (ECU) 에 의해 최적화된 EGR 맵을 기반으로 배기 가스 유동을 제어하는 전자 배기 가스 재순환 밸브 (EEGR) 를 추가로 포함한다.Accordingly, a system for controlling exhaust emissions in a common rail naturally aspirated engine having DOC after treatment with open loop control of injected fuel and exhaust gas recirculation flow (EGR) is disclosed. The system includes the integration of a diesel oxidation catalyst (DOC) tightly coupled at the exhaust manifold and the EGR flow path is connected between the exhaust and intake sides by an EGP pipe. The EGR gas enters the intake elbow through a mixing tube that allows uniform mixing of EGR gas and fresh air, and the homogeneous charge enters the individual cylinder ports. The system further includes an electronic exhaust gas recirculation valve (EEGR) for controlling the exhaust gas flow based on an EGR map optimized by an electronic control unit (ECU) of the engine.

또한, 개방 루프 EGR 제어를 가지는 자연 흡기식 엔진에서 배기 가스의 배출을 제어하기 위한 방법이 개시된다. 상기 방법은 엔진 속도 및 스로틀 요구에 따라 연료 주입량 및 요구된 EGR 밸브 위치를 맵핑하는 것을 포함한다. 실제 EEGR 밸브 위치는 위치 피드백 기구에 의해 제어된다. 여기에서 시스템은, 미세조정된 (calibrated) 베이스 및/또는 보정 맵들을 통하여 배출 제어가 이루어지는 개방 루프 시스템으로서 작동한다. 보정 맵들은 엔진 냉각제 온도를 기반으로 선택된다.Also disclosed is a method for controlling exhaust emissions in a naturally aspirated engine having open loop EGR control. The method includes mapping a fuel injection amount and a desired EGR valve position according to engine speed and throttle requirements. The actual EEGR valve position is controlled by a position feedback mechanism. Wherein the system operates as an open loop system in which emissions control is effected through calibrated bases and / or correction maps. The correction maps are selected based on the engine coolant temperature.

본 발명은 첨부 도면들에 도시되고, 이 도면들 전체에서 같은 도면 부호들은 다양한 도면들에서 대응하는 부분들을 나타낸다. 본원의 실시형태들은 도면들을 참조한 하기 설명으로 더 잘 이해될 것이다.The present invention is illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals designate corresponding parts throughout the several views. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Embodiments of the present invention will be better understood from the following description with reference to the drawings.

도 1 은 본원에 개시된 바와 같은 실시형태에 따른 DOC 및 EGR 시스템을 구비한 전형적인 엔진 흡기, 배기 시스템의 배치를 도시한다.
도 2 는 본원에 개시된 실시형태에 따른 흡기 매니폴드에 삽입된 EGR 혼합 튜브의 배열을 도시한다.
도 3 은 본원에 개시된 실시형태에 따른 전체 시스템의 사시도를 보여준다.1 shows an arrangement of a typical engine intake and exhaust system with a DOC and an EGR system according to an embodiment as disclosed herein.
Figure 2 shows an arrangement of EGR mixing tubes inserted in an intake manifold according to the embodiments disclosed herein.
Figure 3 shows a perspective view of the overall system according to the embodiment disclosed herein.

본원의 실시형태들 및 그의 다양한 특징들과 유리한 세부사항들은, 첨부 도면에 도시되고 이하의 설명에서 설명되는 비제한적인 실시형태들을 참조하여 상세하게 설명된다. 본원의 실시형태를 불필요하게 모호하게 만들지 않기 위해, 잘 알려진 부품들과 처리 기술들에 대한 설명은 생략한다. 본원에서 사용된 예들은 단지, 본원의 실시형태들이 실시될 수 있는 방식의 이해를 용이하게 하고 또한 본 기술분야의 통상의 기술자가 본원의 실시형태들을 실시할 수 있게 하려는 것이다. 예컨대, 일부 실시형태들은 촉매를 사용하여 자연 흡기식 엔진의 배출을 제어하기 위한 시스템에 대해 설명되지만, 임의의 다른 엔진도 거의 또는 전혀 수정 없이 본 발명의 주제를 또한 포함할 수도 있다는 것에 유의해야 한다. 따라서, 예들은 본원의 실시형태의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Embodiments of the present invention and its various features and advantageous details are described in detail with reference to the non-limiting embodiments shown in the accompanying drawings and described in the following description. In order not to unnecessarily obscure the embodiments of the present invention, a description of well known components and processing techniques is omitted. The examples used herein are merely intended to facilitate an understanding of the manner in which the embodiments of the invention may be practiced and to enable those of ordinary skill in the art to practice the embodiments herein. For example, it should be noted that while some embodiments are described for a system for controlling the emission of a naturally aspirated engine using a catalyst, any other engine may also include the subject matter of the present invention with little or no modification . Accordingly, the examples should not be construed as limiting the scope of the embodiments herein.

본원의 실시형태들은 본원에서 후술하는 바와 같이 배기 가스 유로에 디젤 산화 촉매 (102) 를 제공함으로써 자연 흡기식 디젤 엔진용의 배출 제어 시스템 (100) 을 달성한다. 본원의 실시형태들은, 아산화질소와 같은 배출물을 최소화하고 바람직하지 않은 입자 물질의 방출을 최소화하는 동시에 최적의 필드 연료 소비와 양호한 차량 운전성을 갖는 배출 제어 시스템 (100) 을 달성한다. 본원의 실시형태들은 배기 가스 유로에 디젤 산화 촉매 (102) 를 제공함으로써 자연 흡기식 디젤 엔진의 배출을 제어하는 방법을 달성한다. 이제 도면들, 더 구체적으로 도 1 내지 도 3 을 참조하여 실시형태들을 설명하는데, 유사한 도면 부호는 도면들 전체에 걸쳐 일관하여 대응 특징을 가리킨다.Embodiments of the present invention achieve an emission control system 100 for a natural-ash diesel engine by providing a diesel oxidation catalyst 102 in an exhaust gas flow path as described herein below. Embodiments of the present invention achieve an emission control system 100 that minimizes emissions such as nitrous oxide and minimizes the emission of undesirable particulate matter while having optimal field fuel consumption and good vehicle drivability. Embodiments of the present invention achieve a method of controlling emissions of a natural-ash diesel engine by providing a diesel oxidation catalyst (102) in an exhaust gas passage. DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments will now be described with reference to the drawings, and more particularly to Figs. 1 to 3, wherein like reference numerals refer to corresponding features throughout the drawings.

도 1 및 도 3 은 본원에 개시된 바와 같은 실시형태들에 따른 전형적인 엔진 브리딩 (breathing), 배기 및 EGR 시스템 (100) 을 도시한다. 시스템 (100) 은 흡기 매니폴드 (108), 흡기 엘보우 (104), 배기 매니폴드 (106), 배기 가스 파이프 (112), EGR 혼합 튜브 (114), 배기 가스 재순환 (EGR) 밸브 (110) 및 전자 제어 유닛 (ECU) (113) 을 포함한다. 일 실시형태에서, 엔진은 일반적으로 공기 청정기, 흡기 엘보우와 흡기 매니폴드인 흡기 유로, 및 배기 가스용의 배기 가스 유로를 포함한다. EGR 파이프 (112) 는 배기 매니폴드 (106), 및 흡기 엘보우 (104) 에 연결된 EGR 냉각기 (115) 를 연결한다. EGR 밸브 (110) 는 흡기 엘보우 (104) 에 공지된 방식으로 작동식으로 위치되고, EGR 유동을 제어한다. EGR 유동 제어는 개방 루프이다. 흡기 엘보우에 삽입된 혼합 튜브 (114) 는 개별 실린더 헤드를 균질하게 충전함으로써 균일하게 그리고 거기에서 신선한 공기에의 EGR 가스의 균일한 혼합을 용이하게 한다. EGR 밸브 (110) 개방은, 배기 가스에서 배출되는 입자의 레벨을 소정의 범위 내에 유지하기 위해 ECU 를 통해 제어되는 미세조정된 EGR 맵에 기초한다. 전자 제어 유닛은 엔진 속도, 스로틀 요구, 냉각제 온도 및 대기압 등에 따라 연료 분사량 제어 및 흡기 엘보우 (104) 내로의 EGR 의 조절된 유동을 제공하기 위한 개방 루프 제어 로직을 특히 포함한다.Figures 1 and 3 illustrate exemplary engine breathing, exhaust and EGR system 100 in accordance with embodiments as disclosed herein. The system 100 includes an intake manifold 108, an intake elbow 104, an exhaust manifold 106, an exhaust gas pipe 112, an EGR mixing tube 114, an exhaust gas recirculation (EGR) valve 110, And an electronic control unit (ECU) In one embodiment, the engine generally includes an air purifier, an intake passage that is an intake elbow and an intake manifold, and an exhaust gas passage for exhaust gas. The EGR pipe 112 connects the exhaust manifold 106 and the EGR cooler 115 connected to the intake elbow 104. The EGR valve 110 is operatively located in a known manner in the intake elbow 104 and controls the flow of EGR. The EGR flow control is an open loop. The mixing tube 114 inserted in the intake elbow uniformly fills the individual cylinder heads to facilitate uniform mixing of the EGR gas uniformly and fresh there into the fresh air. The opening of the EGR valve 110 is based on a fine-tuned EGR map that is controlled through the ECU to maintain the level of particles exiting the exhaust gas within a predetermined range. The electronic control unit specifically includes open loop control logic for controlling the fuel injection amount according to engine speed, throttle requirement, coolant temperature and atmospheric pressure, and the like and a regulated flow of EGR into the intake elbow 104.

엔진 배출 제어를 위해, 적절한 압축비가 선택된다. 보울 (bowl) 형상, 분사기 노즐, 분사 압력들, 분사 파라미터들 및 실린더 헤드 소용돌이는 엔진 배출을 최소화하려는 의도로 상호작용 효과를 연구한 후에 선택된다. 엔진 배출의 휘발성 유기 분획물은 DOC 에서 더 산화된다. 정상 상태 (NRSC), NTE 및 과도 사이클 (transient cycle; NRTC) 하에서의 테일 파이프 배출은 엔진 하드웨어의 조합에 의해 그리고 분사 파라미터와 EGR 율의 미세조정으로 제어된다.For engine discharge control, an appropriate compression ratio is selected. The bowl shape, injector nozzles, injection pressures, injection parameters, and cylinder head vortex are selected after studying the interaction effect with the intention of minimizing engine emissions. Volatile organic fractions of engine emissions are further oxidized in DOC. Tailpipe emissions under steady state (NRSC), NTE and transient cycles (NRTC) are controlled by the combination of engine hardware and by fine adjustment of injection parameters and EGR rates.

베이스 맵에서의 보정들은 냉각제 온도 및 주위 압력에 기초되어 행해진다. 배출 제어는 개방 루프 시스템으로 달성된다.The corrections in the base map are made based on coolant temperature and ambient pressure. Discharge control is achieved with an open loop system.

베이스 엔진은 타당한 기계적인 구성을 가져야만 한다. 오일 소모 제어 및 블로바이 가스 환원 장치 (Positive crankcase ventilation) 구성은 배기 배출물에서 휘발성 오일 분획물들을 제어하는 데 적절하다. 엔진을 나오는 HC 제어를 위해, 적절한 압축비가 선택된다. The base engine must have a reasonable mechanical configuration. The control of oil consumption and the construction of positive crankcase ventilation are suitable for controlling volatile oil fractions in exhaust emissions. For HC control exiting the engine, an appropriate compression ratio is selected.

도 2 는 흡기 엘보우 (104) 내에 제공된 EGR 혼합 튜브 (114) 의 배열을 도시한다. 혼합 튜브를 갖는 흡기 엘보우는 배기 가스와 새로운 공기의 균질한 혼합을 달성하도록 구성된다. 흡기 엘보우에 연결된 EGR 밸브 (110) 는 ECU 로부터 획득된 신호에 기초되어 작동한다. 2 shows an arrangement of EGR mixing tubes 114 provided in the intake elbow 104. Fig. The intake elbow with the mixing tube is configured to achieve homogeneous mixing of exhaust gas and fresh air. The EGR valve 110 connected to the intake elbow operates based on the signal obtained from the ECU.

본 기술 분야의 통상의 기술자는 부가적인 구성품들이 본원에 예시된 것과 같은 그러한 엔진에 전형적으로 포함된다는 것을 인식하고 있을 것이다. 그러한 엔진과 연관된 다른 장치는 윤활, 냉각, 파워 트레인, 기어 트레인, 밸브 트레인, 구조체 등과 같은 엔진 시스템들을 포함한다. 본 기술 분야의 통상의 기술자는 그러한 장치에 대해 잘 알고 있고 엔진의 만족스러운 구성 및 작동에 필요한 그러한 장치를 선택하는 것을 용이할 수 있다고 여겨진다. 특정 형태의 그러한 타입의 연관된 장치는 본 기술 분야에서 일반적으로 채용되는 것을 제외하고는 엔진의 작동에 반드시 필수적인 것은 아니고 따라서 그러한 장치는 본원에서 추가로 논의되지 않는다. 게다가, 당연히, 본 대상 발명은 복수의 실린더 엔진들에 동등한 적합성으로 적용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 본원에 개시된 바와 같은 엔진은 예시적으로 고려되어야 하며 제한적으로 고려되어서는 안된다. 추가로 본 예시에서 사용된 엔진은 커먼 레일 주입 시스템 (common rail injection system) 이다. Those of ordinary skill in the art will recognize that additional components are typically included in such engines as illustrated herein. Other devices associated with such engines include engine systems such as lubrication, cooling, powertrain, gear train, valve train, structure, and the like. It is contemplated by one of ordinary skill in the art that it is well known to such devices and may facilitate the selection of such devices for satisfactory configuration and operation of the engine. Certain types of associated devices of this type are not necessarily essential to the operation of the engine except as generally employed in the art, and such devices are therefore not discussed further herein. Furthermore, it will of course be understood that the subject invention may be applied with equivalent conformity to a plurality of cylinder engines. Thus, the engine as disclosed herein should be considered exemplary and should not be considered limiting. In addition, the engine used in this example is a common rail injection system.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, EGR 냉각기 (115) 는 배기 가스들이 EGR 밸브 (110) 에 도달하기 전에 엔진 배기 가스들을 냉각하기 위해 흡기 엘보우 (104) 와 EGR 파이프 (112) 사이에 배치된다. The EGR cooler 115 is disposed between the intake elbow 104 and the EGR pipe 112 to cool the engine exhaust gases before the exhaust gases reach the EGR valve 110. In other embodiments,

실시형태에서 전자 제어 유닛은 엔진 및 그 작동들과 연통하도록 제공된다. 본 기술 분야의 통상의 기술자에 공지된 바와 같은 전자 제어 유닛은, 엔진에 배치되고 엔진과 관련된 다양한 센서들에 의해 전자 제어 유닛에 제공되는 바와 같은, 엔진의 다양한 작동 파라미터들의 감지된 측정들에 응답하여 엔진의 작동을 제어하기 위한 수단을 전형적으로 포함할 것이다. 본 발명과 관련되는 바와 같이, 전자 제어 유닛에는, 본 기술 분야의 통상의 기술자에 공지된 바와 같은, 크랭크 샤프트에 의해 엔진의 작동 속도 및 부하를 감지하기 위한 수단, 전형적으로 엔진 크랭크 샤프트의 분당 회전의 관점에서 순간 회전 속도를 나타내기 위한 엔진 작동 센서가 제공된다. 전자 제어 유닛은 또한 엔진의 연소 챔버 내로 분사되는 연료의 양, 타이밍 및 지속 시간을 제어하도록 연료 분사기를 제어하도록 되어 있다.In an embodiment, the electronic control unit is provided to communicate with the engine and its operations. An electronic control unit as known to those of ordinary skill in the art can be configured to respond to sensed measurements of various operating parameters of the engine, such as those provided in the engine and provided to the electronic control unit by various sensors associated with the engine Thereby typically controlling the operation of the engine. As related to the present invention, the electronic control unit includes means for sensing the operating speed and load of the engine by means of a crankshaft, as is commonly known to those of ordinary skill in the art, typically the rotation of the engine crankshaft per minute There is provided an engine operation sensor for indicating an instantaneous rotational speed from the viewpoint of the engine speed. The electronic control unit is also adapted to control the fuel injector to control the amount, timing and duration of fuel injected into the combustion chamber of the engine.

EGR 밸브 위치 피드백 및 밸브 폐쇄 위치 학습 (learning) 은 엔진 미세조정 로직에 통합된다. ECU 베이스 맵에서의 냉각제 온도에 기초된 보정은 차가운 NRTC & 차가운 주위 엔진 시동을 위해 행해진다. 과열 보호, 과속 보호, 오버 런 (over run) 모니터링 등과 같은 엔진 보호 기능들은, ECU 제어형 커먼 레일 엔진에 있어서 그러한 유연성이 사용 가능하기 때문에 활성화된다. EGR valve position feedback and valve closing position learning are integrated into the engine fine tuning logic. Calibration based on the coolant temperature in the ECU base map is done for cold NRTC & cold ambient engine startup. Engine protection functions such as overtemperature protection, overspeed protection and overrun monitoring are activated because of the flexibility available in ECU controlled common rail engines.

실시형태에서, 디젤 산화 촉매기 (102) (DOC) 는 엔진을 나오는 배출물들로부터 유기 휘발성 분획물들을 산화시키도록 배기 매니폴드 (106) 에 장착된다. DOC 에서 이러한 산화 반응은 휘발성 유기 분획물들의 산화로 인해 PM 을 저감시킬 뿐만 아니라 테일 파이프 HC 및 CO 배출물들을 저감시키는 것을 돕는다. 배기 매니폴드에 장착된 밀접 결합된 DOC 는 가벼운 부하들에서 조차 DOC 의 보다 빠른 활성화를 돕는다. 적절한 비율로 그리고 로딩 (loading) 시 귀금속들 (Pt +Pd) 의 조합은 엔진의 전체 사용 수명에 걸쳐 법적 배출물 요구 조건을 만족하도록 보장한다.In an embodiment, the diesel oxidation catalyst 102 (DOC) is mounted to the exhaust manifold 106 to oxidize the organic volatile fractions from the emissions leaving the engine. This oxidation reaction in DOC not only reduces PM due to oxidation of volatile organic fractions, but also helps to reduce tail pipe HC and CO emissions. The tightly coupled DOC mounted on the exhaust manifold helps to activate the DOC even faster, even at light loads. The combination of noble metals (Pt + Pd) at an appropriate rate and upon loading ensures that the legal emission requirements are met over the entire service life of the engine.

자연 흡기식 디젤 엔진에 대한 일반적인 배기 가스 온도는 200 ~ 650 ℃ 이다. DOC 의 활성 개시 온도 (light-off temperature) 는 약 250 ℃ 이다. 팔라듐이 가벼운 부하에서 더 빠른 활성화에 도움이 되므로, 팔라듐은 고온 가스 작동에서 더 우수한 내열성을 제공한다. 이러한 적용을 위해, 미리 규정된 Pt:Pd 조합은 엔진 작동을 통틀어 PM 방출을 제어하는데 사용된다.Typical exhaust gas temperatures for naturally aspirated diesel engines range from 200 to 650 ° C. The light-off temperature of the DOC is about 250 ° C. Palladium provides better heat resistance in hot gas operation, as palladium helps faster activation at light loads. For this application, the predefined Pt: Pd combination is used to control PM emissions throughout engine operation.

실시형태에서, 사이클 BSFC 타겟을 만족하는 엔진 맵을 통틀어 최적인 NOx/PM 균형을 얻기 위하여 상기 엔진에 과도 미세조정이 실시된다. 추가로, 실시형태에서, EGR 유량의 보정에 근거한 물의 온도, 전체 엔진 맵에 걸친 EGR 속도, 파일럿 주입의 개시 및 그 양, 메인 주입의 개시 및 레일 압력이 엔진을 미세조정하도록 조절된다.In an embodiment, transient fine tuning is applied to the engine to obtain an optimal NOx / PM balance throughout the engine map that satisfies the cyclic BSFC target. Additionally, in an embodiment, the temperature of the water based on the correction of the EGR flow rate, the EGR rate across the entire engine map, the start and amount of pilot injection, the start of main injection and the rail pressure are adjusted to fine tune the engine.

추가로, 통상의 기술자들은 추가의 작동 파라미터들이 본 명세서에서 예시한 바와 같은 이러한 엔진에 일반적으로 포함된다는 것을 인지할 것이다. 이러한 엔진과 관련된 다른 작동 파라미터들은 서브 시스템의 적절한 구성과 통합, 하드웨어의 선택 및 주입 파라미터들의 최적화를 포함한다. 통상의 기술자가 이러한 장비를 잘 숙지하고 있어서 엔진의 만족스러운 구성 및 작동에 필요한 바와 같은 이러한 작동 파라미터들을 손쉽게 선택할 수 있을 것으로 여겨진다. 이러한 관련 파라미터들의 특정 형태의 유형은 종래 기술에서 흔히 사용된 것과는 상이한 엔진의 작동에는 불필요하고, 따라서 이러한 장비는 본 명세서에서 추가로 논의되지 않는다. 실시형태에서, 노즐 팁 돌출부 (NTP), 노즐 관통 유동부 (NTF), 스프레이 원뿔각, 및 구멍들의 개수와 같은 주입기 파라미터들은 매연 및 BSFC 에 근거하여 선택된다. 추가로, 미리 결정된 압축비를 가진 특정 보올 형상의 피스톤은 NOx/수트 (soot) 균형을 저감시키도록 선택된다. 추가로 공지된 강한 소용돌이의 흡기 포트 실린더, 밸브 작동 및 밸브 타이밍은 표준 상태로 유지된다. 대상 발명이 필드 작동들에서 뿐만 아니라 동력계 테스트 (dynamometer test) 에서 엔진의 신속한 과도 응답을 포함하는 많은 이점들을 제공한다는 것을 볼 수 있다. 일시적인 매연 미세조정은 개방 루프 시스템이다.Additionally, one of ordinary skill in the art will recognize that additional operating parameters are generally included in such engines as illustrated herein. Other operational parameters associated with such engines include proper configuration and integration of subsystems, selection of hardware, and optimization of injection parameters. It is believed that one skilled in the art will be familiar with such equipment and will readily be able to select such operating parameters as are necessary for satisfactory configuration and operation of the engine. The specific type of these related parameters is not necessary for the operation of the engine, which is different from that commonly used in the prior art, and thus such equipment is not discussed further herein. In an embodiment, injector parameters such as nozzle tip projection (NTP), nozzle through flow portion (NTF), spray cone angle, and number of holes are selected based on soot and BSFC. In addition, a specific ball-shaped piston with a predetermined compression ratio is selected to reduce NOx / soot balance. Further known intensive vortex intake port cylinders, valve operation and valve timing are maintained in the standardized state. It can be seen that the subject invention offers many advantages including fast transient response of the engine in dynamometer tests as well as field operations. Temporary smoke fine tuning is an open loop system.

추가의 이점은 배기 가스 배출로부터 원치 않은 배기 가스 부산물들의 방출의 우수한 제어이다. 추가로, 이러한 구성은, 차량의 개발에 있어서 상당한 투자를 감소시킨 기존의 차량 배치 내에서 용이하게 조정될 수 있다. 피스톤 보울 형상, 주입기, EGR 밸브, EGR 냉각기, 및 전제 엔진 작동에 걸친 최적의 레일 압력, 메인 주입 타이밍 및 EGR 맵들을 갖는 DOC 의 최적의 선택은 본 발명을 달성하기 위한 주요 인자들이다.A further advantage is an excellent control of the release of unwanted exhaust gas byproducts from the exhaust emissions. In addition, this configuration can be easily adjusted within existing vehicle layouts, which has reduced significant investment in vehicle development. Optimal choice of DOC with piston bowl geometry, injector, EGR valve, EGR cooler, and optimal rail pressure over main engine operation, main injection timing and EGR maps are key factors for achieving the present invention.

전술한 특정 실시형태들의 설명은, 본원의 실시형태들의 일반적인 특성을 충분히 나타내므로, 이러한 현재의 지식을 적용함으로써, 다른 실시형태들은 일반적인 개념을 벗어나지 않고 이러한 특정 실시형태들을 다양하게 적용하기 위해 손쉽게 변형 및/또는 조정할 수 있고, 그리하여 이러한 조정들 및 변형들은 개시된 실시형태들의 등가물들의 의미와 범위 내에서 이해되어야 하고 또한 이해되도록 되어 있다. 본원에 사용된 어구 또는 용어는 설명을 위한 것이지 제한하려는 것이 아니다. 따라서, 본원의 실시형태들은 바람직한 실시형태들에 관하여 설명되었지만, 본 기술분야의 통상의 기술자는 본원의 실시형태들이 본원에 개시된 실시형태들의 사상과 범위 내에서 변형되어 실시될 수 있음을 알 수 있을 것이다.The foregoing description of specific embodiments fully illustrates the general characteristics of the embodiments of the present application and, therefore, by applying this present knowledge, it is understood that other embodiments may be readily transformed And / or adjustments, and thus, such adjustments and modifications are to be understood and understood within the meaning and range of equivalents of the disclosed embodiments. The phrase or terminology employed herein is for the purpose of description and not of limitation. Accordingly, while the embodiments herein have been described with respect to preferred embodiments, those skilled in the art will recognize that the embodiments herein may be practiced with modification within the spirit and scope of the embodiments disclosed herein will be.

Claims (6)

배기 가스 재순환 유동의 개방 루프 제어를 가진 내연 엔진에서 배기 가스들의 배출을 제어하기 위한 시스템 (100) 으로서,
패시브 입자 물질 필터를 가진 엔진의 배기 매니폴드 (106) 에 밀접하게 결합된 촉매 (102),
새로운 공기와 배기 가스를 균일하게 혼합하기 위해 흡기 엘보우 (104) (혼합 파이프) 에 삽입된 배기 가스 혼합 튜브, 및
EGR 회로의 냉각측에 통합된 배기 가스 재순환 밸브 (110) 를 포함하고,
상기 배기 가스 재순환 밸브 (110) 는 엔진 속도, 스로틀 위치, 주위 압력 및 냉각제 온도 조건에 따라서 필요한 EGR 율을 산출하도록 위치 제어 메카니즘으로 구성되는, 내연 엔진에서 배기 가스들의 배출을 제어하기 위한 시스템 (100).A system (100) for controlling emissions of exhaust gases in an internal combustion engine having open loop control of an exhaust gas recirculation flow,
A catalyst 102 tightly coupled to an exhaust manifold 106 of an engine having a passive particulate matter filter,
An exhaust gas mixing tube inserted in the intake elbow 104 (mixing pipe) to uniformly mix fresh air and exhaust gas, and
And an exhaust gas recirculation valve (110) integrated on the cooling side of the EGR circuit,
The exhaust gas recirculation valve (110) is configured with a position control mechanism to calculate the required EGR rate in accordance with engine speed, throttle position, ambient pressure and coolant temperature conditions. A system 100 for controlling the exhaust of exhaust gases in an internal combustion engine ). 제 1 항에 있어서,
상기 촉매 (102) 는 귀금속의 가능한 조합 및 로딩을 포함하는 그룹으로부터 선택되는, 내연 엔진에서 배기 가스들의 배출을 제어하기 위한 시스템 (100).The method according to claim 1,
The system (100) for controlling the evacuation of exhaust gases in an internal combustion engine, wherein the catalyst (102) is selected from the group comprising possible combinations and loading of noble metals. 제 1 항에 있어서,
커먼 레일 연료 주입 시스템은 연료를 주입하는데 사용되는, 내연 엔진에서 배기 가스들의 배출을 제어하기 위한 시스템 (100).The method according to claim 1,
A common rail fuel injection system (100) for use in injecting fuel, the system (100) for controlling the exhaust of exhaust gases in an internal combustion engine. 제 1 항에 있어서,
상기 배기 가스 재순환 밸브 (110) 의 상류측에는, 엔진 배기 가스들이 흡기 엘보우에 도달하기 전에 상기 엔진 배기 가스들을 냉각시키기 위한 EGR 냉각기 (115) 가 장착되는, 내연 엔진에서 배기 가스들의 배출을 제어하기 위한 시스템 (100).The method according to claim 1,
On the upstream side of the exhaust gas recirculation valve 110 there is disposed an EGR cooler 115 for cooling the engine exhaust gases before engine exhaust gases reach the intake elbow, (100). 제 1 항에 있어서,
상기 시스템 (100) 은 비포장도로 (Off High Way) US EPA TIER-4(F) 배출 놈 (norms) 을 만족하는, 내연 엔진에서 배기 가스들의 배출을 제어하기 위한 시스템 (100).The method according to claim 1,
The system (100) satisfies the US EPA TIER-4 (F) emission norms in an Off High Way system (100) for controlling emissions of exhaust gases in an internal combustion engine. 개방 루프 EGR 을 구비한 자연 흡기식 엔진에서 배기 가스들의 배출들을 제어하기 위한 방법으로서,
엔진 속도 및 스로틀 요구에 따라서 연료 주입량 및 요구되는 EGR 밸브 위치를 맵핑하는 것, 및
위치 피드백 메카니즘에 의해 EEGR 밸브 위치를 제어하는 것을 포함하고,
상기 시스템은 미세조정된 베이스 또는 보정 맵들에 기초하여 배출 제어를 실시하는 개방 루프 EGR 시스템으로 작동하며,
상기 보정 맵들은 엔진 냉각제 온도에 기초로 하여 선택되는, 자연 흡기식 엔진에서 배기 가스들의 배출들을 제어하기 위한 방법.A method for controlling emissions of exhaust gases in a naturally aspirated engine with open loop EGR,
Mapping the fuel injection amount and the required EGR valve position according to the engine speed and the throttle demand, and
Controlling an EEGR valve position by a position feedback mechanism,
The system operates as an open loop EGR system that performs emission control based on fine-tuned bass or correction maps,
Wherein the correction maps are selected based on the engine coolant temperature.

Images