KR102604965B1 - 이차 밸브 이벤트를 이용한 양의 동력과 실린더 비활성화의 결합된 작동 - Google Patents
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Abstract
내연기관은 비활성화 가능 실린더를 위한 적어도 하나의 밸브 트레인에 작동 가능하게 연결된 적어도 하나의 비활성화기 어셈블리를 갖는 적어도 하나의 비활성화 가능 실린더를 포함하는 복수의 실린더를 포함한다. 이러한 내연기관에서, 엔진 밸브들을 작동시키기 위한 방법은 메인 밸브 작동에 따라 양의 동력 생성을 제공하기 위해 복수의 실린더 중 적어도 하나의 실린더를 작동시키는 단계와, 추가적으로, 적어도 하나의 비활성화 가능 실린더 중 하나의 비활성화 가능 실린더를 위한 적어도 하나의 비활성화기 어셈블리를 비활성화 상태로 놓는 단계를 포함한다. 본 방법은, 비활성화 가능 실린더를 위한 적어도 하나의 비활성화기 어셈블리가 비활성화 상태에 있고 적어도 하나의 실린더가 메인 밸브 작동에 따라 양의 동력 생성을 제공하도록 작동하는 동안, 비활성화 가능 실린더를 위한 적어도 하나의 엔진 밸브를 통해 적어도 한 번의 이차 밸브 이벤트를 수행하는 단계를 포함한다.
Description
본 개시내용은 일반적으로 내연기관을 위한 실린더 비활성화에 관한 것으로, 특히 한 번 이상의 이차 밸브 이벤트를 이용한 양의 동력 생성 실린더들과 비활성화된 실린더들의 결합된 작동을 제공하기 위한 내연기관의 제어에 관한 것이다.
실린더 비활성화(CDA: cylinder deactivation)는 내연기관의 실린더에 의한 양의 동력 생산을 중단하는 기술을 말하며, 냉간 엔진 시동, 저부하 작동, 또는 기타 엔진 작동 상태 동안 연료 소비를 줄이기 위한 목적으로 흔히 사용된다. 이러한 시동 시나리오들에서, 가용 엔진 실린더들의 일부를 양의 동력 생성(즉, 연료 공급) 모드로 작동시키고 가용 실린더들 중 나머지를 CDA 모드로 작동시키는 것이 알려져 있다. 실린더에 연료 공급을 차단하는 것과 결합하여, 당업계에 공지된 실린더 비활성화를 위한 기술들은 일반적으로 비활성화될 각 실린더를 위한 제어 솔레노이드를 활용한다. 이러한 시스템들에서, 양의 동력 생산을 제공하는 데 통상적으로 사용되는 엔진 밸브 작동 운동(종종, "메인" 밸브 이벤트라고 지칭됨)이 엔진 밸브로 전달되는 활성/잠금(locked)/비붕괴(un-collapsed) 상태와 이러한 밸브 작동 운동이 엔진 밸브로 전달되지 않는 비활성/잠금-해제(unlocked)/붕괴(collapsed) 상태 사이에서 전환됨으로써 대응하는 실린더를 효과적으로 비활성화할 수 있는 엔진 밸브 트레인(예를 들어, 리프터, 로커 암, 밸브 브리지 등)의 유압 제어 비활성화 구성요소가 일반적으로 제공된다. 또한, 엔진 밸브에 보조 밸브 이벤트를 제공하는 것도 알려져 있는데, 여기서 "보조"라는 서술어는 양의 동력 생성 이외의 목적(예를 들어, 압축 해제 제동, 블리더 제동, 실린더 감압, 브레이크 가스 재순환(BGR) 등)이나 또는 양의 동력 생성(예를 들어, 내부 배기 가스 재순환(IEGR), 가변 밸브 작동(VVA), 밀러/애트킨슨(Miller/Atkinson) 사이클, 스월(swirl) 제어 등)에 추가할 목적의 다른 엔진 밸브 운동을 지칭한다.
또한, 유해 배출물을 줄이는 후처리 시스템이 내연기관에 사용된 지는 오래되었다. 적절한 작동을 위해서는, 충분히 고온인 배기 가스의 제공을 통해 이러한 후처리 시스템을 비교적 높은 온도로 유지해야 할 필요가 종종 있다. 테스트에 따르면, 저부하 작동에서는, CDA의 통합은 배기 가스의 온도를 증가시켜 후처리 시스템이 너무 많이 냉각되는 것을 방지하는, 즉 이미 가열된 후처리 시스템을 충분히 온난하게 유지하는 일을 잘 수행한다는 것이 밝혀졌다. 그러나, 냉간 엔진 시동 시 CDA를 이용하는 경우에는, 테스트에 따르면, CDA 작동 하에 있는 실린더들은 배기 가스의 유량을 감소시킬 것이며 다운스트림 후처리 시스템의 온도를 상승시키는 시간을 연장시킬 것이라는 것도 또한 밝혀졌다.
또한, 일부 엔진들은 실린더를 진공에서 오일 소비 수준이 높지 않게 작동시킬 수 없다. 종래의 실린더 비활성화는 대개의 경우는 실린더의 작동을 제어함에 있어서, 밸브 트레인을 비활성화하기 직전에 공기의 흡입을 제공함으로써 실린더 내에 가압된 가스가 포획되도록 하는 방식으로 비활성화되도록, 제어한다. 그러나 시간이 경과함에 따라 실린더 압력이 감쇠되어서 실린더가 진공을 끌어들이기 시작하여 결국에는 윤활유가 실린더로 유입되어 소비됨으로써 가용 오일이 감소하고 원하지 않는 배출물이 생성된다. 이러한 감쇠의 예는 CDA 시점에 안에 가스가 포획되어 있는 실린더에 대해 시간에 따른 평균 피크 실린더 압력을 예시하는 도 1에 예시되어 있다. 예시된 바와 같이, 피크 실린더 압력(102)은 시간 T0에서 개시되는 CDA 작동 이전에 비교적 일정하다. 그러나 예시된 예에서, 대략 T0 + 8초 후에, 포획된 가스가 제거되어서, 실린더는 피스톤 상사점(TDC)에서의 압력이 주변 압력과 엔진 압축비의 곱보다 낮은 때에 진공에서 작동한다. 예를 들어, TDC에서 대략 16 내지 20 바(bar)의 실린더 압력은 하사점(BDC)에서 유입되는 얼마의 진공을 일으킨다. 현재의 시스템들은 이러한 압력 감쇠와 그에 수반되는 빈약한 진공을 방지하기 위해 실린더들이 가스로 "재충전"되게 할 수 있도록 실린더 비활성화를 껐다가 다시 켜지도록 제어한다. 많은 CDA 시스템들이 솔레노이드를 통해 유압식으로 제어되는 한도에서, 이러한 지속적인 켜고 끔은 이러한 솔레노이드의 전원 사이클의 횟수를 상당한 수로 초래하여, 결국에는 솔레노이드의 조기 마모 및 고장을 일으킨다.
따라서, CDA를 열 관리 또는 다른 용도를 위해 사용하는 것을 용이하게 하는 동시에 종래 기술 기법들의 전술한 단점을 극복하는 해결책은 당해 기술의 환영할 만한 진보를 나타내게 될 것이다.
본 개시내용은 실린더들이 양의 동력 생성 모드와 실린더 비활성화 모드에서 동시에 작동되는 내연기관에서 실린더들을 작동시키는 기술을 설명한다. 일 실시예에서, 내연기관은 복수의 실린더를 포함한다. 다음으로, 복수의 실린더의 각 실린더는 적어도 하나의 엔진 밸브를 포함하고, 그 실린더와 관련된 적어도 하나의 메인 밸브 작동 운동원(motion source)을 갖는다. 적어도 하나의 메인 밸브 작동 운동원은 해당 실린더에 의한 양의 동력 생성을 지원하기에 충분한 메인 밸브 작동을, 적어도 하나의 밸브 트레인을 통해, 적어도 하나의 엔진 밸브에 제공하도록 구성된다. 또한, 복수의 실린더는 적어도 하나의 비활성화 가능 실린더를 포함하고, 적어도 하나의 비활성화 가능 실린더 각각은 그 비활성화 가능 실린더를 위한 적어도 하나의 밸브 트레인에 작동 가능하게 연결된 적어도 하나의 비활성화기 어셈블리를 갖는다. 적어도 하나의 비활성화기 어셈블리 각각은, 비활성화 가능 실린더에 대해 적어도 하나의 엔진 밸브의 메인 밸브 작동이 허용되는 활성화 상태로, 또는 비활성화 가능 실린더에 대해 적어도 하나의 엔진 밸브의 메인 밸브 작동이 금지되는 비활성화 상태로, 작동되도록 구성된다. 이러한 내연기관에서, 엔진 밸브들을 작동시키기 위한 방법은, 메인 밸브 작동에 따라 양의 동력 생성을 제공하기 위해 복수의 실린더 중 적어도 하나의 실린더를 작동시키는 단계와, 추가적으로, 적어도 하나의 비활성화 가능 실린더 중 하나의 비활성화 가능 실린더를 위한 적어도 하나의 비활성화기 어셈블리를 비활성화 상태로 놓는 단계를 포함한다. 이 방법은, 비활성화 가능 실린더를 위한 적어도 하나의 비활성화기 어셈블리가 비활성화 상태에 있고 적어도 하나의 실린더가 메인 밸브 작동에 따라 양의 동력 생성을 제공하도록 작동하는 동안에 적어도 한 번의 이차 밸브 이벤트를, 비활성화 가능 실린더를 위한 적어도 하나의 엔진 밸브를 통해 수행하는 단계를 더 포함한다.
다른 실시예에서, 내연기관은 비활성화 가능 실린더와 연관된 적어도 하나의 보조 밸브 작동 운동원을 더 포함하고, 상기 적어도 하나의 보조 밸브 작동 운동원은 밸브 작동 운동을, 비활성화 가능 실린더를 위한 적어도 하나의 밸브 트레인을 통해, 적어도 하나의 엔진 밸브에 제공하도록 구성된다. 이 시스템에서, 적어도 한 번의 이차 밸브 이벤트는 적어도 하나의 보조 밸브 작동 운동원에 의해 제공될 수 있다.
다른 실시예에서, 비활성화 가능 실린더를 위한 적어도 하나의 비활성화기 어셈블리는 비활성화 상태에서 작동될 때에는 메인 밸브 작동에 의해 제공되는 피크 리프트보다 적은 양의 리프트를 손실한다. 이 경우, 적어도 한 번의 이차 밸브 이벤트가 비활성화 가능 실린더를 위한 적어도 하나의 비활성화기 어셈블리를 통해 메인 밸브 작동에 의해 제공될 수 있다.
다른 실시예에서, 비활성화 가능 실린더를 위한 적어도 하나의 엔진 밸브는 적어도 하나의 배기 밸브 또는 적어도 하나의 흡기 밸브를 포함한다. 그러면, 적어도 한 번의 이차 밸브 이벤트가 적어도 하나의 배기 밸브 또는 적어도 하나의 흡기 밸브에 의해 수행될 수 있다. 또한, 적어도 한 번의 이차 밸브 이벤트는 적어도 하나의 배기 밸브에 의해 수행되는 제1 이차 밸브 이벤트 및 적어도 하나의 흡기 밸브에 의해 수행되는 제2 이차 밸브 이벤트를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 적어도 한 번의 이차 밸브 이벤트는 실린더 내로의 가스 유입을 허용하거나 실린더로부터의 가스 배출을 허용하거나 또는 이들 둘 다를 허용하도록 구성될 수 있다.
또한, 적어도 하나의 비활성화 가능 실린더는 제1 비활성화 가능 실린더 및 제2 비활성화 가능 실린더를 포함할 수 있다. 적어도 한 번의 이차 밸브 이벤트는 마찬가지로 제1 비활성화 가능 실린더에만 적용 가능한 제1 이차 밸브 이벤트와, 제2 비활성화 가능 실린더에만 적용 가능한, 제1 이차 밸브 이벤트와 상이한, 제2 이차 밸브 이벤트를 포함한다. 이 경우에, 비활성화 가능 실린더를 위한 적어도 하나의 비활성화기 어셈블리를 비활성화 상태로 놓는 단계는 제1 비활성화 가능 실린더 또는 제2 비활성화 가능 실린더를 위한 적어도 하나의 비활성화기 어셈블리를 비활성화 상태로 놓는 단계를 더 포함하고, 추가적으로, 비활성화 가능 실린더를 위한 적어도 하나의 엔진 밸브를 통해 적어도 한 번의 이차 밸브 이벤트를 수행하는 단계는 제1 비활성화 가능 실린더를 위한 적어도 하나의 엔진 밸브를 통해 제1 이차 밸브 이벤트를 수행하거나 또는 제2 비활성화 가능 실린더를 위한 적어도 하나의 엔진 밸브를 통해 제2 이차 밸브 이벤트를 수행하는 단계를 더 포함한다.
상술한 그리고 다른 특징들 및 장점들은 첨부된 도면들과 관련하여 이하의 특정한 실시예들의 비제한적인 설명에서 상세히 논의할 것이다.
도 1은 종래 기술 기법들에 따른 내연기관에서 비활성화된 실린더들의 공기압의 감쇠를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 개시내용에 따른 기술을 구현하도록 사용될 수 있는 내연기관을 도시하는 개략적인 부분 단면도이다.
도 3은 본 개시내용에 따른 엔진 밸브 작동을 제어하기 위한 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 4 내지 도 10은 본 개시내용에 따른 이차 밸브 이벤트들의 다양한 예들을 도시하는 그래프들이다.
도 11은 본 개시내용의 실시예에 따른 인라인 6기통 엔진의 개략도이다.
도 12는 본 개시내용의 실시예에 따른 다른 인라인 6기통 엔진의 개략도이다.
도 13은 본 개시내용에 따른 도 12에 도시된 유형의 엔진에서 엔진 밸브 작동을 제어하기 위한 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 1은 종래 기술 기법들에 따른 내연기관에서 비활성화된 실린더들의 공기압의 감쇠를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 개시내용에 따른 기술을 구현하도록 사용될 수 있는 내연기관을 도시하는 개략적인 부분 단면도이다.
도 3은 본 개시내용에 따른 엔진 밸브 작동을 제어하기 위한 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 4 내지 도 10은 본 개시내용에 따른 이차 밸브 이벤트들의 다양한 예들을 도시하는 그래프들이다.
도 11은 본 개시내용의 실시예에 따른 인라인 6기통 엔진의 개략도이다.
도 12는 본 개시내용의 실시예에 따른 다른 인라인 6기통 엔진의 개략도이다.
도 13은 본 개시내용에 따른 도 12에 도시된 유형의 엔진에서 엔진 밸브 작동을 제어하기 위한 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 2는 본 개시내용에 따른 엔진 실린더(202) 및 관련된 밸브 작동 시스템들의 단면도를 포함하는 내연기관(200)의 부분 개략도이다. 단일 실린더(202)가 도 2에 도시되어 있지만, 이는 단지 도시의 용이함을 위한 것이고 내연기관은 종종 크랭크샤프트(미도시)를 구동하는 다수의 이러한 실린더들을 포함한다는 것을 이해할 것이다. 엔진 실린더(202)는 피스톤(204)을 그 안에 배치하고, 또한 실린더의 상단에 흡기 밸브(들)(206) 및 배기 밸브(들)(208)를 포함한다. 피스톤(204)은 실린더(202)의 양의 동력 작동(즉, 피스톤(204) 및 구동계를 구동하기 위한 연료의 연소), 엔진 제동 작동(즉, 공기 압축을 달성하고 구동계를 통해 동력을 흡수하기 위한 피스톤(204)의 사용) 또는 실린더 비활성화 작동(즉, 밸브들(206, 208)에 일반적으로 아무런 밸브 작동이 가해지지 않는 연료 미공급 상태에서) 동안 상하로 반복적으로 왕복한다. 흡기 밸브(들)(206) 및 배기 밸브(들)(208)는 각각 흡기 가스 통로(210) 및 배기 가스 통로(212)와 연통을 제공하도록 개폐(밸브 작동)된다. 흡기 밸브(206) 및 배기 밸브(208)를 개방하기 위한 밸브 작동력들은 각각의 밸브 트레인들(214, 216)에 의해 전달된다. 다음으로, 이러한 밸브 작동력들(파선 화살표로 도시됨)은 회전 캠들과 같은 각각의 메인 및/또는 보조 운동원(motion source)들(218, 220, 222, 224)에 의해 제공될 수 있다. 본원에서 사용된 바와 같이, "메인"이라는 서술어는 소위 메인 이벤트 엔진 밸브 운동, 즉 양의 동력 생성 동안 사용되는 밸브 운동을 지칭하는 반면, "보조"라는 서술어는 양의 동력 생성 이외의 목적(예를 들어, 압축 해제 제동, 블리더 제동, 실린더 감압, 브레이크 가스 재순환(BGR) 등)이나 또는 양의 동력 생성(예를 들어, 내부 배기 가스 재순환(IEGR), 가변 밸브 작동(VVA), 밀러/애트킨슨(Miller/Atkinson) 사이클, 스월(swirl) 제어 등)에 추가할 목적의 다른 엔진 밸브 운동을 지칭한다.
밸브 트레인들(214, 216)은 임의의 수의 기계식, 유압식, 유압 기계식, 전자기식, 또는 당업계에 공지된 다른 유형의 밸브 트레인 요소들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 밸브 트레인들(214, 216) 각각은 밸브들(206, 208)에 밸브 작동 운동을 전달하는 데 사용되는 하나 이상의 캠 종동자들, 푸시 튜브들, 로커 암들, 밸브 브리지들 등을 포함할 수 있다. 또한, 하나 이상의 손실 운동(lost motion) 구성요소들이 밸브 트레인들(214, 216) 중 하나 또는 양쪽 모두에 포함될 수 있으며, 이에 의해 밸브 트레인들(214, 216)에 의해 일반적으로 전달되는 밸브 작동 운동의 일부 또는 전부가 밸브들(206, 208)에 도달하는 것이 방지, 즉, 손실된다. 이러한 손실 운동을 이용하는 특정 기능은 실린더 비활성화이다.
위에서 언급한 바와 같이, 실린더 비활성화는 흔히 연료 소비를 줄이기 위한 목적으로 내연기관에서 실린더의 양의 동력 생산을 중단하는 기술을 지칭한다. 도 2의 맥락에서, 본원에서 "비활성화기"로 지칭되는 손실 운동 구성요소들(226, 228)은 실린더 비활성화를 실시하기 위해 각각의 흡기 및 배기 밸브 트레인들(214, 216)에 제공된다. 각각의 비활성화기(226, 228)는 엔진 제어기(230)에 작동 가능하게 연결되고 궁극적으로 그 엔진 제어기에 의해 제어된다. 엔진 제어기(234)는 비활성화기들(226, 228)의 작동을 제어하기 위한 임의의 전자식, 기계식, 유압식, 전자유압식 또는 다른 유형의 제어 디바이스를 포함할 수 있다. 예를 들어, 엔진 제어기(230)는, 당업계에 공지된 바와 같이, 마이크로프로세서 및 필요한 제어 기능들을 구현하는 데 사용되는 실행 가능 명령어들을 저장하는 대응하는 메모리에 의해 구현될 수 있다. 엔진 제어기(230)의 다른 기능적으로 균등한 구현예들, 예를 들어, 적절하게 프로그래밍된 ASIC(application specific integrated circuit) 등이 동일하게 이용될 수 있음을 이해할 것이다. 또한, 엔진 제어기(230)는 크랭크샤프트 위치, 엔진 속도, 차량 속도, 오일 온도, 냉각수 온도, 매니폴드(또는 포트) 온도, 매니폴드(또는 포트) 압력, 실린더 온도, 실린더 압력, 미립자 정보, 기타 배기 가스 파라미터들, 운전자 입력들(예를 들어, 엔진 제동 개시 요청들), 변속기 입력들, 차량 제어기 입력들, 엔진 크랭크 각도, 및 당업자에게 알려진 다양한 기타 엔진 및 차량 파라미터들에 대응하는 (필요한 제어 기능들에 사용될) 데이터를 얻기 위해 적절한 계기 장비에 접속될 수 있다. 마찬가지로, 엔진 밸브 작동이 엔진 밸브들로 전달되는 활성/잠금(locked)/비붕괴(un-collapsed) 상태(본원에서 종종 "활성화 상태"로 지칭됨) 및 밸브 작동 운동이 엔진 밸브들로 전달되지 않는 비활성/잠금-해제(unlocked)/붕괴(collapsed) 상태(본원에서 종종 "비활성화 상태"로 지칭됨) 간에 전환됨으로써, 대응하는 실린더를 효과적으로 비활성화하는 유압 제어 구성요소를 사용하여 이러한 비활성화기들(226, 228)을 구현하는 것이 당업계에 공지되어 있다.
이러한 유압 제어 구성요소의 예는 미국 특허 제9,790,824호(이하, '824 특허)에 도시 및 설명되어 있으며, 이는 통상적으로 잠금/비붕괴 또는 운동-전달(motion-conveying) 상태에 있고, 작동유를 가하는 경우 잠금-해제/붕괴 또는 운동-흡수(motion-absorbing) 상태로 전환되는 잠금 메커니즘(locking mechanism)을 설명하고 있다. 또한, 상기 '824 특허에 설명된 각 잠금 메커니즘은 개별 엔진 밸브들(예를 들어, 단일 엔진 밸브를 작동시키는 로커 암에서) 또는 다수의 엔진 밸브들(예를 들어, 둘 이상의 엔진 밸브들을 작동시키는 데 사용되는 밸브 브리지에서)에 적용될 수 있다. 도시의 용이성을 위해 도 2에 도시되지는 않았지만, 비활성화기들(226, 228)은 일반적으로 유압 제어 비활성화기로의 작동유(예를 들어, 모터 오일)의 흐름을 제어하는 솔레노이드를 사용하여 일반적으로 구현되는 하나 이상의 비활성화기 제어기들을 통해 제어된다. 이 경우에, 비활성화기 제어기들(솔레노이드들)은 엔진 제어기(230) 및 비활성화기들(226, 228)에 작동 가능하게 연결되어 엔진 제어기(230)에 의해 비활성화기 제어기들에 제공되는 전기 신호들이 비활성화기 제어기들을 작동시킨다. 어떻든, 본원에서 사용된 바와 같이, 용어 비활성화기 어셈블리는 비활성화기(226, 228)를 구현하는 데 사용되는 구성요소들뿐만 아니라 그 작동을 제어하는 데 필요한 구성요소들(예를 들어, 비활성화기 제어기들)을 집합적으로 지칭한다.
도 2의 밸브 작동 메커니즘들 및 본원에 설명된 다양한 밸브 리프트들을 구현하고 밸브 작동 메커니즘들을 구현하기 위한 디바이스들이 당업계에 공지되어 있다. 예를 들어, 이러한 시스템들은 하기 특허 문서들에 설명되어 있으며, 그의 교시내용은 본원에 원용되어 포함된다: 미국 특허 번호 8,851,048 B2; 유럽 특허 번호 0961018 B1; 및/또는 유럽 특허 번호 2959122 B1. 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 이들 문서들은 각각, 예를 들어 아래에 더 상세히 설명된 바와 같이, 이차 밸브 리프트들을 포함하여 실린더 비활성화를 구현하기 위해 상기 '824 특허에 설명된 비활성화기를 포함하도록 용이하게 수정될 수 있는 시스템들을 설명한다.
일반적으로, 본 개시내용은 일 실시예에서, 비활성화된 실린더들의 배기 밸브 및/또는 흡기 밸브들의 하나 이상의 밸브 개방 이벤트들을 제공함으로써 실린더 비활성화 워밍업(엔진 시동) 모드에서 생성된 열을 개선하기 위한 기술들을 설명한다. 아래에 설명된 바와 같이, 이러한 밸브 작동 이벤트들은 실린더 압력을 증가시킴으로써 비활성화된 실린더들에서 펌핑 일(pumping work)을 증가시켜서, 작동 온도를 엔진 워밍업에 더 유리한 범위로 올릴 수 있다. IEGR 작동 및/또는 후처리 재생을 용이하게 하기 위한 추가 실시예들이 설명된다.
도 3은 본 개시내용에 따른 실린더 비활성화 작동을 제공하기 위한 처리의 흐름도를 도시한다. 실시예에서, 도 3에 도시된 처리는 엔진 제어기(230)에 의해 수행되고, 바람직하게는 메모리 디바이스(들)에 작동 가능하게 연결된 적어도 하나의 처리 디바이스에 의해 실행되는, 하나 이상의 메모리 디바이스들에 저장된 실행 가능 명령어들의 형태로 구현된다. 또한, 도 3에 도시되어 있는 처리는, 실린더들 각각이 적어도 하나의 엔진 밸브를 포함하고 그 실린더와 연관된 적어도 하나의 메인 밸브 작동 운동원(motion source)을 갖는 복수의 실린더를 갖는 내연기관을 사용하여 구현된다. 본 개시내용의 목적을 위해, 각각의 실린더를 위한 적어도 하나의 엔진 밸브는 하나 이상의 배기 밸브들, 하나 이상의 흡기 밸브들 또는 양쪽 모두일 수 있다. 적어도 하나의 메인 밸브 작동 운동원은 해당 실린더에 의한 양의 동력 생성을 지원하기에 충분한 메인 밸브 작동을, 적어도 하나의 밸브 트레인을 통해, 적어도 하나의 엔진 밸브에 제공하도록 구성된다. 본원에서 사용된 바와 같이, 밸브 작동 이벤트는 실린더에서 연료의 제어된 연소를 허용하는 경우에 양의 동력 생성을 지원하기에 충분하다. 대조적으로, 밸브 작동 이벤트(본원에 설명된 이차 밸브 이벤트와 같은)는 연료 연소가 발생할 수 없는 경우에 실린더에 의한 양의 동력 생성을 지원하기에는 불충분하다. 예를 들어, 흡기 밸브 작동 이벤트는 충분한 외기(fresh air)를 실린더로 유입하여 충분한 연료를 연소시킴으로 피스톤을 변위시키고 크랭크축에 토크를 제공할 경우에 양의 동력 생성을 지원하기에 충분하다. 마찬가지로, 배기 밸브 작동 이벤트는 충분한 양의 배기 가스의 배출을 허용하여 다음 흡기 이벤트 동안 외기를 흡입할 수 있는 경우에 양의 동력 생성을 지원하기에 충분한다.
또한, 본 개시내용의 목적을 위해, 복수의 실린더는 적어도 하나의 비활성화 가능 실린더를 포함하고, 적어도 하나의 비활성화 가능 실린더 각각은 그 비활성화 가능 실린더를 위한 적어도 하나의 밸브 트레인에 작동 가능하게 연결된 적어도 하나의 비활성화기 어셈블리를 갖는다. 실린더 비활성화를 제공하기 위해, 이러한 비활성화기 어셈블리 각각은 비활성화 가능 실린더에 대해 적어도 하나의 엔진 밸브의 메인 밸브 작동이 허용되는 활성화 상태 또는 비활성화 가능 실린더에 대해 적어도 하나의 엔진 밸브의 메인 밸브 작동이 금지되는 비활성화 상태로 작동되도록 구성된다.
어떻든, 블록(302)에서 시작하여, 복수의 실린더 중 적어도 하나의 실린더는 양의 동력 생성을 제공하도록, 즉 연료가 공급된 실린더에서 양의 동력 생성을 지원하기에 충분한 메인 밸브 작동 이벤트들에 따라 작동된다. 당해 기술에 공지된 바와 같이, 이러한 양의 동력 작동은 해당 비활성화기들을 그들의 활성화 상태에서 작동하도록 단순히 제어함으로써 다른 방법으로 비활성화 가능 실린더에 의해 제공될 수 있다. 양의 동력 생성을 제공하기 위한 이러한 실린더들의 작동은 엔진 시동 시(예를 들어, 엔진을 더 빨리 가온하고 후처리 시스템에서 추구하는 경우와 같이) 또는 토크의 양의 동력 생성 동안 발생할 수 있다.
적어도 하나의 실린더가 양의 동력 생성을 제공하도록 작동하는 동안, 처리는 블록(304)에서 계속되고, 하나 이상의 비활성화 가능 실린더들이 비활성화될 필요가 있는지, 즉 해당 비활성화기들(226, 228)을 그들 각각의 비활성화 상태들에 둘 것인지 여부를 결정한다. 이러한 결정은 특정 조건들의 집합이 현재 존재한다는 결정에 대한 응답으로 (예를 들어, 엔진 제어기가 현재 차량 속도 및 부하가 연료 소비를 줄일 수 있는 기회를 제공한다고 결정하는 경우) 또는 명시적 요청에 대한 응답으로 (예를 들어, 실린더 비활성화를 통해 배기 후처리 온도를 바람직하게 증가시킬 수 있는 후처리 열 관리의 경우) 이루어질 수 있다. 또한, 단계 302가 단계 304 이전에 발생하는 것으로 도시되어 있음에도 불구하고, 단계 304에서 실린더를 비활성화하기 위한 결정은 이전에 양의 동력 생성 상태(즉, 활성화 상태)에 있었던 실린더들에 대해 조절될 필요가 없다. 즉, 단계 302와 단계 304의 수행은 반대로 될 수 있다. 예를 들어, 저온 엔진 시동 동안 디젤 엔진들에서 실린더 비활성화를 이용하는 것이 당업계에 공지되어 있다.
어떻든, 실린더 비활성화가 필요하다고 결정되면, 비활성화 가능 실린더(들)를 위한 비활성화기들을 비활성화 상태로 놓는 단계 306에서 처리가 계속된다. 예를 들어, 비활성화기들이 상기 '824 특허에 교시된 바와 같이 유압 작동식 잠금(locking)/잠금-해제(unlocking) 메커니즘에 따라 구현되는 경우, 이는 비활성화기들이 잠금-해제/붕괴되어 그들에게 가해지는 모든 밸브 작동 동작을 흡수할 수 있는 비활성화기들에 가압된 작동유를 제공하기 위해 대응하는 유압 솔레노이드를 제어함으로써 달성될 수 있다.
그 후, 단계 308에서, 단계 304의 비활성화기(들)가 비활성화 상태에 있고 단계 302의 적어도 하나의 실린더가 양의 동력 생성을 제공하도록 작동되는 동안, 적어도 한 번의 이차 밸브 이벤트가 비활성화된 실린더를 위한 엔진 밸브(들)에 대해 수행된다. 현재의 바람직한 실시예에서, 적어도 한 번의 이차 밸브 이벤트는 배기 가스 온도의 증가를 야기하도록 선택되지만, 일(work)의 수준이 내연기관에서 전체적인 양의 동력 생성이 방지될 정도로 높은 때에는 선택되지 않는다. 다른 실시예에서, 적어도 한 번의 이차 밸브 이벤트는 IEGR의 경우에서와 같이 실린더 안팎으로 바람직한 가스의 흐름을 대안적으로 또는 추가적으로 달성하도록 선택된다. 이러한 이차 밸브 이벤트의 다양한 예들이 아래에서 더 상세히 설명된다. 하나 이상의 가능한 유형의 이차 밸브 이벤트에서 선택하는 것이 가능한 경우(이에 대한 예는 아래에서 더 상세히 설명됨), 이러한 선택은 상응하는 임계값들에 대한 하나 이상의 엔진 작동 파라미터들(배기 온도, 냉각수 온도, 오일 온도 또는 후처리 시스템 온도를 포함하지만 이에 한정되지 않음)의 비교에 기초할 수 있다.
단계 310에서, 이전에 비활성화된 실린더들을 재활성화할지 여부가 결정된다. 비활성화된 실린더들이 예를 들어 엔진 워밍업 또는 후처리 열 관리를 제공하기 위해 사용된 경우, 이러한 결정은 원하는 온도 레벨들에 도달했을 때 이루어질 수 있다. 어떻든, 실린더를 재활성화하기로 결정되면, 비활성화된 실린더들의 한 번 이상의 이차 밸브 이벤트들이 중단되는 단계 312에서 처리가 계속된다. 그 후, 블록(314)에서, 비활성화된 실린더를 위한 비활성화기들은 그들의 활성화 상태에 놓인다. 상기 '824 특허에 교시된 바와 같은 유압 작동식 잠금/잠금-해제 메커니즘들의 예를 다시 한 번 참조하면, 비활성화기들에 가해진 모든 밸브 작동 동작이 그 비활성화기들을 통해 엔진 밸브들로 전달되도록 그 비활성화기들이 다시 한번 잠기거나 붕괴될 수 있게끔, 그 비활성화기들에 가압된 작동유를 제공하는 것이 중지되도록 대응하는 유압 솔레노이드를 제어함으로써 달성될 수 있다.
전술한 바와 같은 이차 밸브 이벤트들의 제공은 다양한 방식으로 달성될 수 있다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 이차 밸브 이벤트는 보조 밸브 작동 운동원에 의해 제공되는 디폴트 리프트에 의해 제공될 수 있다. 특히, 도 4는 일반적인 메인 배기 밸브 이벤트(402)에 더하여, 본 출원인에게 양도되었으며, 그 교시 내용이 본 참조에 의해 본원에 통합된, 미국 특허 제8,936,006호(이하, '006 특허) 및 미국 특허 출원 공개 제20140245992(이하, '992 출원)에 교시된 것과 같은 보조 배기 밸브 작동 운동원의 프로파일(404)을 도시한다. 상기 '006 특허 및 상기 '992 출원에서 교시된 바와 같이, 프로파일(404)은 디폴트 리프트 로브(lift lobe)(406)를 포함하여 2행정 압축-해제 엔진 제동을 달성하는 데 사용되는 다수의 밸브 작동을 제공한다. 당업계에 공지된 바와 같이, 배기 밸브에 이 프로파일(404)에 의해 다른 방식으로 제공될 밸브 작동은 통상적으로 엔진의 양의 동력 작동 동안 (엔진 실린더의 밸브 트레인들 내에 배치된 적절한 손실 운동 메커니즘들을 통해) 손실된다. 엔진 제동을 원하는 경우 엔진의 양의 동력 작동이 중단되고(즉, 실린더들에 더 이상 연료가 공급되지 않고 메인 밸브 작동 동작(402)이 손실됨) 해당 손실 운동 메커니즘이 제어되어 보조 프로파일(404)의 밸브 작동 동작을 배기 엔진 밸브(들)로 제공한다.
그러나, 프로파일(404)에 의해 제공되는 다른 하부 로브들과는 달리, 디폴트 리프트 로브(406)는 해당 손실 운동 메커니즘들이 프로파일(404)에 의해 제공되는 동작을 손실하도록 제어되는 경우에도 완전히 손실하지 않도록 충분한 높이를 갖는다. 달리 말하면, 보조 운동원 프로파일(404)에 적용 가능한 손실 운동 메커니즘들은 흡수할 수 있는 최대 운동의 양을 가지며 디폴트 리프트 로브(406)의 높이는 손실 운동의 최대량보다 크다. 이러한 배열의 최종 결과는 양의 동력 작동 동안에도 디폴트 밸브 리프트(408)가 항상 보조 운동원(404)에 의해 배기 밸브에 제공된다는 것이다. 그러나 양의 동력 작동 동안, 디폴트 밸브 리프트(408)의 존재는 더 큰 메인 배기 밸브 작동(402)에 의해 효과적으로 "은닉(hidden)"되어 있으므로 실린더 작동에 영향을 미치지 않는다. 이러한 디폴트 리프트(408)의 주요 이점은 양의 동력 생성으로부터 메인 이벤트(402)를 손실하는 손실 운동 구성요소들의 작동이 비교적 빠르게 발생할 수 있는 반면 엔진 제동 메커니즘들이 여러 엔진 사이클들 동안 완전히 결합되지 않을 수 있는 엔진 제동으로의 이행(transition)을 지원하는 것이다. 이러한 디폴트 이벤트(408)의 추가 이점들은 배기 메인 이벤트가 다시 잠기지 않거나 너무 느리게 다시 잠기는 경우에(엔진 제동에서 양의 동력 생성으로 다시 이행하는 동안) 실린더에 포획된 피크 압력을 제한하는 것이다. 이러한 디폴트 리프트(408)는 모든 상황들에서 배기 행정 동안 일부 실린더 압력의 배출을 보장함으로써 과도한 로딩(loading)으로부터 흡기 밸브 트레인 구성요소들을 보호한다. 디폴트 리프트(408)는 적절한 연소 및 양의 동력 생성을 지원하기에는 부적절하지만 엔진 브레이크를 켤 때 부하, 순간 소음(transient noise), 및 흡기 로딩을 줄일 수 있다.
본 개시내용의 맥락에서, 디폴트 리프트(408)를 제공하기 위해 사용된 동일한 기술들은 비활성화된 실린더의 작동 동안 이차 밸브 이벤트(들)를 제공하기 위해 마찬가지로 사용될 수 있다. 그러나 상기 '006 특허 및 상기 '992 출원과 달리, 디폴트 리프트(408)는 엔진의 엔진 제동 전용(engine braking-only) 작동 동안에는 제공되지 않지만, 엔진의 일부 실린더들에 양의 동력 작동이 제공되고(예를 들어, 위에 설명된 단계 302) 동시에 다른 실린더들이 (이차 밸브 이벤트들을 통해; 예를 들어, 단계 306, 단계 308) 비활성화되는 시간 동안에 제공된다. 이차 밸브 이벤트의 형태 및/또는 타이밍을 제어함으로써 다양한 바람직한 효과들을 달성할 수 있다.
이제 도 5를 참조하면, 실린더 비활성화 동안 중단되는 메인 배기(502) 및 흡기(504) 밸브 이벤트들과 함께, 본 개시내용에 따른 이차 밸브 이벤트(506)의 제1 예를 나타내고 있다. 특히, 이차 밸브 이벤트(506)는 하나 이상의 배기 밸브들에 적용되고 2개의 부분(508, 510)을 포함한다. 배기 행정의 시작에서 BDC 직전에 시작하는 제1 부분(508)은 공기를 가압된 배기 매니폴드로부터 다시 실린더 내로 유입시키도록 구성된다. 제2 부분(510)은 배기 행정의 나머지 부분에 대한 감소된 리프트 부분(당업계에 공지된 블리더 엔진 제동 밸브 리프트와 유사함)으로, 이전에 유입된 배기 가스가 피스톤에 의해 가압되어 다시 배기 매니폴드로 배출되게 한다. 이차 밸브 이벤트(506) 전체는 메인 배기 이벤트(502)에 의해 다시 한번 은닉된다는 것을 주지해야 한다. 이차 밸브 이벤트(506)의 제2 부분(510) 동안 이전에 유입된 배기 가스의 가압에 의해 일어난 일은 가스의 배출될 때의 온도를 증가시키고, 이에 의해 배기 시스템의 전체 온도가 증가된다. 예를 들어, 테스트에 따르면 3개의 실린더들이 양의 동력 생성 모드에서 작동되고 3개의 실린더들이 도시된 이차 밸브 이벤트(506)로 비활성화된 상태에서 작동되는 6기통 엔진에서, 이차 밸브 이벤트(506)를 이용하지 않은 비교 가능한 상황과 비교하여 약 38℃의 증가를 달성할 수 있다.
도 6은 본 개시내용에 따른 이차 밸브 이벤트(606)의 제2 예를 도시한다. 이러한 제2 예(606)는 상이한 리프트들의 배기 밸브 개구들이 제공되는 2개의 부분(608, 610)을 포함한다는 점에서 도 5의 제1 예(506)와 유사하지만, 이 경우 제1 부분 및 제2 부분(608, 610)은 제로 리프트가 제공되는 제3 부분(612)에 의해 분리된다. 제1 예시적인 이차 밸브 리프트(506)와 같이, 이차 밸브 리프트(608)의 제1 부분은 BDC 근처의 배기 행정 시작 시에, 가압된 배기 매니폴드 가스가 다시 실린더 내로 유입되게 한다. 제2 밸브 이벤트(606)의 제로 리프트 부분(612)은 제1 예시적인 이차 밸브 리프트(506)와 비교하여 실린더 압력을 훨씬 더 크게 증가시킨다. 그 후, 이차 밸브 이벤트(606)의 제2 부분(610)은 증가된 압력 배기 가스가 배기 행정 종료 시 TDC 위치 근처에서 배기 매니폴드로 다시 한 번 흐르게 한다. 도 5에서와 같이, 이러한 이차 밸브 이벤트(606)는 비활성화된 실린더로부터의 일을 흡수하고 그 일을 열로서 배기 시스템으로 방출한다. 제1 부분 및 제2 부분(608, 610)의 다양한 리프트들은 예를 들어 냉간 엔진 시동 동안 후처리 시스템의 워밍업을 위해 필요한 만큼 많은 일을 생성하도록 조정될 수 있다.
시뮬레이션들은 배기 행정의 말미 근처에서 발생하는 이차 밸브 이벤트(606)의 두 번째 부분(610)이 실린더에 포획된 일부 잔류 가스를 보장할 만큼 충분히 일찍 폐쇄되지 않으면 비활성화된 실린더에서 높은 진공 레벨들의 문제들을 초래할 수 있음을 보여주었다. 제2 부분(610)이 배기 행정의 말미 약간 전에 폐쇄되게 함으로써(예를 들어, 도 5의 제2 부분(510)의 말미와 비교하여), 실린더의 바람직하지 않은 진공 레벨들을 피하면서 여전히 열이득을 제공할 수 있다.
위에 설명된 이차 배기 밸브 이벤트들(506, 606)은 모두 피스톤의 배기 행정 동안 발생하지만 이는 요구 사항이 아니고; 이차 밸브 이벤트들은 또한 피스톤의 흡입 행정 동안 제공될 수 있다. 흡기 행정 동안 하나 이상의 흡기 밸브들에 대해 이러한 리프트가 제공되는 경우, 흡기 매니폴드로부터 외기는 비활성화된 실린더로 유입되어 하나 이상의 배기 밸브들에 대해 도 5 및 도 6에서 상술한 유형의 압축-해제 이벤트 동안(후속하는 엔진 사이클 상에서) 유사하게 가스를 공급하거나 비활성화된 실린더에 바람직하지 않은 높은 진공 레벨들이 형성되는 것을 방지할 수 있어, EGR(배기 가스 재순환)을 용이하게 하는 새로운 개념이 있다. 또한, 흡기 기반 이차 밸브 이벤트의 사용은 비활성화된 실린더를 통한 새로운 유형의 유리한 가스 흐름을 용이하게 할 수 있다.
당업계에 공지된 바와 같이, 실린더 비활성화 작동 동안, 배압에 대한 부스트 비율은 원하는 것보다 높을 수 있으며, 흡기 매니폴드로의 배기 가스의 적절한 흐름을 배기 가스 재순환(EGR) 작동의 일부로 제공하는 것은 불가능하다. 결과적으로 희망값 미만의 EGR 비율들은 NOx 배출물을 증가시킬 수 있으며 또한 실린더 비활성화의 이점을 감소시킬 수 있다. 배기 가스를 배기 매니폴드에서 흡기 매니폴드로 이동시키는 방법은 본원에 설명된 기술들에 거하여 일반적으로 내부 배기 가스 재순환(iEGR)이라고 하는 인실린더(in-cylinder) 방식으로 달성된다.
실린더의 일반적인 양의 동력 작동 동안, 배기 밸브를 개방하여 흡기 행정 동안 배기 가스를 실린더로 유입하거나, 배기 행정의 더 높은 압력 영역 동안 흡기 밸브를 개방할 수 있어 배기 가스를 흡기 매니폴드로 밀어 넣을 수 있고, 이 배기 가스는 나중에 다음 흡기 이벤트 동안 다시 실린더로 유입된다. 그러나 메인 흡기 및 배기 이벤트들 내에 "은닉"된 이차 밸브 이벤트들의 경우 EGR 작동은 아래에 설명된 바와 같이 은닉된 리프트 이벤트들의 간단한 시스템으로 실린더 비활성화 모드에서 제공될 수 있다.
iEGR을 달성하기 위해 사용될 수 있는 제3의 예시적인 이차 밸브 이벤트가 도 7에 도시된다. 비활성화된 실린더의 배기 행정 동안, 하나 이상의 배기 밸브들의 제1 이차 밸브 이벤트(702)는 위에 설명된 제1 부분들(508, 608)과 유사한 방식으로 실린더의 배기 매니폴드로부터 가스를 포획하도록 타이밍이 맞춰질 수 있다. 그러나, 이 경우에, 후속하는 흡기 행정 동안, 하나 이상의 흡기 밸브들의 제2 이차 밸브 이벤트(704)는 제1 이차 밸브 이벤트(702)로부터 포획된 가스가 흡기 매니폴드로 방출되도록 타이밍이 맞춰질 수 있다. 이러한 방식으로, 결합된 이차 밸브 이벤트들(702, 704)은 배기 가스가 배기 매니폴드에서 흡기 매니폴드로 역류하도록 함으로써 흡기 대 배기의 상대 압력이 EGR의 적절한 흐름을 정상적으로 허용하지 않는 때에 EGR을 효과적으로 제공한다. 이러한 작동 모드의 추가적인 잠재적 이점은 고온의 배기 가스를 흡기 매니폴드로 구동함으로써 초래되는 워밍업 작동을 위한 흡기 과급(intake charge)의 온도를 높일 수 있다는 것이다. 제2 이차 밸브 이벤트(704)는 실린더의 최대 EGR 비율 및 최대 일을 위해 최대 실린더 압력에서 압력을 해제하도록 타이밍이 맞춰질 수 있거나(도 7에 도시된 바와 같이) 지연될 수 있어(즉, 도 7에서 우측으로 시프트될 수 있지만 여전히 흡기 행정 내에 있음) iEGR 및 일을 감소시켜 특정 엔진의 요구 사항들을 최적화할 수 있다. 또한, 이러한 방식으로 수행되는 펌핑 일은 시스템 상의 부하를 증가시킴으로써, 엔진이 저온일 때와 부하가 후처리 온도를 적절한 기능 범위로 올리기에 부적절할 때에 워밍업을 지원한다.
제4 예시적인 이차 밸브 이벤트(도 7의 제3 예시적인 이차 밸브 이벤트와 유사함)가 도 8에 도시되어 있다. 도 7에서와 같이, 제4의 예시적인 이차 밸브 이벤트는 실질적으로 배기 행정 동안 발생하는 하나 이상의 배기 밸브들의 제1 이차 밸브 이벤트(802) 및 흡기 행정 동안 실질적으로 발생하는 하나 이상의 흡기 밸브들의 제2 이차 밸브 이벤트(804)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 제1 이차 밸브 이벤트 및 제2 이차 밸브 이벤트(802, 804)는 각각의 배기 및 흡기 행정들의 말미 부근에서 발생하지만, 제1 이차 밸브 이벤트 및 제2 이차 밸브 이벤트(802, 804)의 위치는 변동될 수 있다. 이는 비활성화된 실린더에 의한 높은 동력 흡수와 함께 (제2 이차 밸브 이벤트(804) 동안) 실린더로의 외기의 조절된 흡입 및 (제1 이차 밸브 이벤트(802) 동안) 압축-해제를 초래한다. 이는 배기 가스에 고온의 산소 농도가 높은 공기를 제공하여 다른 양의 동력 생성 실린더들의 고온 배기 가스와 결합할 수 있다. 예를 들어, 6기통 엔진에서, 3개의 양의 동력 생성 실린더들은 엔진에 부하를 가하고 고온 배기 가스를 생성하도록 마련될 수 있고, 3개의 비활성화된 실린더들은 양의 동력 생성 실린더들에 대한 로딩을 위해 로딩을 증가시키도록 마련될 수 있다. 이는 후처리 시스템의 적절한 작동을 보장하기 위해 높은 배기 온도가 이용되는 후처리 재생에 특히 유용할 수 있다. 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 압축-해제 동력 흡수 및 질량 유량(mass flow)은 재생 모드 동안 배기의 목표 온도와 필요한 질량의 균형을 맞추기 위해 제1 이차 밸브 이벤트 및 제2 이차 밸브 이벤트(802, 804)의 설계에서 제어될 수 있다.
일반적으로, 본원에 설명된 바와 같이 이차 밸브 이벤트들을 적용하기 위한 실제 접근 방식은 엔진 제동(즉, 전용 제동) 캠과 엔진 제동 로커 암을 사용하여 하나 이상의 배기 밸브들에 작용하는 것이다. 그러나 일부 상황들에서는, 배기 밸브가 아닌 하나 이상의 흡기 밸브들에 이차 밸브 이벤트들을 대신 적용하는 것이 더 합리적이고 그리고/또는 필요할 수 있다.
도 9는 실린더 압력이 낮을 때, 즉 흡기 행정의 말미에서 BDC 부근에서 개방되고, 실린더 비활성화 동안 실린더 내로 외기를 유입하여 진공을 방지할 수 있는 제5의 예시적인 이차 밸브 이벤트(902)를 도시한다. 대안적인 제6의 예시적인 이차 밸브 이벤트(1002)가 도 10에 도시되어 있는데, 여기서는 이차 밸브 이벤트(1002)의 전반부(흡기 행정의 TDC에 가장 가까운 부분)에서는 이전에 압축된 가스가 실린더에서 다시 흡기 매니폴드로 방출되는 반면에 이차 밸브 이벤트(1002)의 후반부(흡기 행정의 BDC에 가장 가까운 부분)에서는 외기가 실린더로 유입되도록 하는 개방이 이루어져서 포획된 진공이 방지되고 후속하는 압축-해제를 위한 과급이 제공되도록 한다. 가압된 가스의 흡기 매니폴드로의 방출은 급작스러운 난류가 되고 이로 인해 흡기 매니폴드 플레넘(plenum) 내의 공기와 혼합되어서, 압축된 가스의 열이 양의 동력 생성 모드에서 작동하는 다른 실린더들에 제공되는 외기와 혼합됨으로써, 추가 열 생성이 용이해진다. 제6의 예시적인 이차 밸브 이벤트(1002)에 의해 제공되는 이러한 사이클은 이벤트의 개폐 타이밍을 조정하고 제6의 예시적인 이차 밸브 이벤트(1002)의 전반부와 후반부 사이에서 가능한 재폐쇄(즉, 제로 리프트) 타이밍을 조정하여 실린더의 충전(filling)을 감소시키도록 함으로써 압축-해제 일을 원하는 만큼 적게 또는 많이, 또는 실린더 압력을 원하는 만큼 많이 제공하도록 최적화될 수 있다. 제6의 예시적인 이차 밸브 이벤트(1002)는 비활성화된 실린더들로부터의 순 질량 유량(net mass flow) 없이 열 생성 일을 생성할 수 있기 때문에 결합된 흡기 및 배기 이차 밸브 이벤트(예를 들어, 도 8)와 비교하여 추가 이점을 갖는다. 즉, 전술한 도 8의 흡배기 이차 밸브 결합 이벤트들은 실린더를 통한 질량 유량 증가시켜서, 그 추가된 질량으로 인한 냉각 효과로 인해 온도를 낮출 수 있다.
상술한 바와 같이, 각각 그에 적용되는 적어도 한 번의 이차 밸브 이벤트를 갖는 다른 비활성화 가능 실린더들과 동시에 양의 동력 생성 모드에서 작동하는 일부 실린더들의 제공은 도 11에 나타낸 바와 같이 개략적으로 도시될 수 있다. 특히, 도 11은 3개의 실린더들이 양의 동력 생성 모드에서 작동 가능하고(실린더들(2, 4 및 6)) 다른 3개의 실린더들이 비활성화 가능한(실린더들(1, 3 및 5)) 6개의 실린더들(1102)을 포함하는 인라인 엔진(1100)을 도시하고 있다. 나타낸 바와 같이, 비활성화 가능 실린더들 각각은 그와 연관된 하나 이상의 비활성화기들을 갖고 있으며 전술한 바와 같이 이차 밸브 이벤트들(SVE)을 추가로 수신한다. 그러나 비활성화 가능 실린더들은 양의 동력 생성 모드들에서도 작동될 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 모든 실린더를 비활성화 가능하게 함으로써 비활성화된 실린더들의 상이한 유형의 이차 밸브 이벤트들이 양의 동력 생성 모드에서 작동하는 실린더들과 결합될 수 있는 다중 실린더 비활성화 모드들을 제공하는 것이 가능해진다.
이에 대한 예가 6개의 실린더들(1202)을 갖는 인라인 엔진(1200)을 다시 한번 개략적으로 도시하는 도 12에 예시되어 있다. 이 경우에, 실린더들(1202) 각각은 6개의 실린더 모두가 양의 동력 생성 모드 또는 실린더 비활성화 모드에서 작동될 수 있도록 그와 관련된 하나 이상의 비활성화기를 갖는다. 추가로 나타낸 바와 같이, 실린더들의 상이한 그룹들에는 상이한 이차 밸브 이벤트들이 제공될 수 있다. 도시된 예에는, 실린더들(도시된 예에서 실린더들(1, 3, 5))의 제1 그룹에만 적용 가능한 제1 이차 밸브 이벤트(SVE1)와 실린더들(도시된 예에서 실린더들(2, 4, 6))의 제2 그룹에만 적용 가능한 제2 이차 밸브 이벤트(SVE2)로 구분되는 두 그룹의 실린더들이 있다. 이러한 방식으로 구성하면 특정 요구들에 따라 두 가지 상이한 실린더 비활성화 전략들을 이용할 수 있다. 예를 들어, SVE1은 (엔진 워밍업 또는 후처리 재생의 경우와 같이) 열 생성을 최대화하도록 구성될 수 있는 반면, SVE2는 (이미 고온의 후처리의 경우와 같이) 부하를 최소화하여 연비를 최대화하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 최대 열 생성을 이용하는 것이 바람직할 경우, 실린더들의 제1 그룹은 SVE1이 그에 적용되는 실린더 비활성화 모드로 작동되는 반면, 실린더들의 제2 그룹은 양의 동력 생성 모드로 작동된다. 한편, 최소 로딩/최대 연비를 이용하는 것이 바람직한 경우, 실린더들의 제1 그룹은 양의 동력 생성 모드로 작동되는 반면, 실린더들의 제2 그룹은 SVE2가 그에 적용되는 실린더 비활성화 모드로 작동된다.
이러한 전략에 기초한 제어 방법의 일 예가 작동의 실린더 비활성화 모드에 들어갈 때 엔진 제어기에 의해 구현되는 도 13에 도시되어 있다. 특히, 블록(1302)에서, 배기 온도가 특정 임계값 이상인지 여부를 결정한다. 예를 들어, 임계값은 이미 고온의 후처리 시스템을 유지하는 데 필요한 배기 온도에 따라 선택될 수 있다. 배기 온도가 임계값을 초과하지 않는다는 결정이 내려지면, SVE1(최대 열 생성)이 그에 적용되도록 비활성화된 실린더들이 작동되는 단계 1304에서 처리가 계속될 수 있다. 대안적으로, 배기 온도가 임계값을 초과한다는 결정이 내려지면, SVE2(최소 부하/최대 연비)가 그에 적용되도록 비활성화된 실린더들이 작동되는 단계 1306에서 처리가 계속될 수 있다. 비록 도 13의 예는 임계값에 대한 배기 온도의 비교에 근거하고 있지만, 하나 이상의 다른 엔진 작동 파라미터들이 동일하게 이용될 수 있음을 이해할 것이다. 비제한적인 예로서, 이러한 엔진 작동 파라미터들은 냉각수 온도, 오일 온도, 후처리 시스템 온도 등을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 사용할 이차 밸브 이벤트의 선택적인 결정은 임의의 수의 엔진 파라미터들에 기초할 수 있다.
또 다른 전략으로, 도 12에 도시된 구성은 모든 실린더들이 제로 연료 소비 및 최소 마찰을 위해 비활성화되는 "코스팅(coasting) 모드"(즉, 엔진의 피스톤들이 구동 트레인을 통해 엔진에 가해지는 차량의 운동량에 의해 구동됨)를 제공할 수 있다. 이차 밸브 이벤트들이 비활성화된 실린더에 선택적으로 적용(또는 미적용)될 수 있는 한도에서, 비활성화된 실린더들 중 일부는, 이차 밸브 이벤트들이 이러한 비활성화된 실린더들에 적용되지 않는 경우와 같이, 실린더들을 통한 질량 유량이 영이 되도록 작동될 수 있다. 한편, 비활성화된 실린더들 중 나머지에는 예를 들어 비활성화된 실린더 안팎으로의 배기 가스의 재순환을 일으키는 이차 밸브 이벤트들이 제공될 수 있고, 이에 의해 열이 배기 시스템으로 방출되어 매니폴드, 터보 과급기(turbocharger), 및 인접 구성요소들이 온난하게 유지되어서 양의 동력 생성으로 되돌아 가는 이행에는 저온 배기 시스템이 있지 않을 것이다.
특정한 바람직한 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 당업자는 본 발명의 교시들을 벗어나지 않고 변경들 및 수정들이 이루어질 수 있음을 이해할 것이다. 따라서, 위에 설명된 교시들의 임의의 그리고 모든 수정들, 변형들 또는 균등물들이, 상기 개시되고 본원에서 청구되는 기본적인 근본 원리들의 범위 내에 있음이 고려될 것이다.
예를 들어 위에서 설명한 바와 같이, 해당 엔진 밸브들에 항상 제공되지만 상기 '006 특허 및 상기 '992 출원에서 교시된 바와 같이 메인 밸브 이벤트들에 의해 항상 "은닉"되는 "디폴트" 밸브 리프트들을 갖는 보조 밸브 작동 운동원의 사용을 통해 다양한 이차 밸브 이벤트들이 구현될 수 있다. 그러나, "항상 존재하는" 디폴트 밸브 이벤트와는 대조적으로, 보조 밸브 작동 운동원의 더 선택 가능한 버전을 또한 이용할 수 있음을 이해할 것이다. 이러한 선택 가능성은, 예를 들어 실린더의 양의 동력 작동 동안 선택되지 않은 경우에는 보조 밸브 이벤트들의 전부 또는 일부를 손실하지만 예를 들어 실린더 비활성화 작동 동안 선택된 경우에는 보조(이차) 밸브 이벤트들을 제공하는 적절한 손실 운동 메커니즘의 사용을 통해, 제공될 수 있다. 이러한 시스템은 선택 가능 기능을 제공하기 위해 필연적으로 더 복잡하지만, 또한 실린더 비활성화와 연동하여 이차 밸브 작동이 사용될 수 있는 경우에 대해 더 큰 유연성을 제공한다.
또한, 이차 밸브 이벤트들을 제공하기 위해 본원에 설명된 시스템들은 보조 밸브 작동 운동원의 사용("디폴트" 또는 선택 가능한 밸브 이벤트들에 의한 것인지의 여부)에 기초해 있다. 그러나, 이차 밸브 이벤트들이 메인 밸브 이벤트들에서 파생될 수 있는 경우 이는 요구 사항이 될 필요가 없다. 예를 들어, 소위 "중심(centered)" 밸브 이벤트들은 메인 밸브 작동에 의해 제공되는 피크 리프트보다 단지 적은 양의 리프트를 손실할 수 있는 손실 운동 구성요소들(예를 들어, 위에서 설명한 비활성화기들)의 사용을 통해 제공되는 메인 밸브 이벤트들의 감소된 리프트(reduced-lift) 버전들이다. 예를 들어, 주어진 메인 밸브 리프트가 14 mm의 피크 리프트를 갖지만 대응하는 밸브 트레인에 배치된 비활성화기가 10 mm의 비활성화 스트로크 길이를 갖는 경우, 밸브 트레인은 여전히 메인 밸브 이벤트의 피크 리프트 부분을 중심으로 4 mm 리프트를 제공하며, 이러한 4 mm 리프트는 일부 상황에서 이차 밸브 이벤트로 이용될 수 있다.
또한 본원에 도시된 다양한 이차 밸브 이벤트들은 소위 온 및 오프 램프(ramp)들 - 즉, 엔진 밸브들의 원활한 승강(lifting) 및 안착(seating)을 보장하기 위해 엔진 밸브 속도를 제어하도록 설계된 주어진 이차 밸브 이벤트의 시작 및 말미 각각에서의 이행 영역들 - 을 이용할 수 있음에 유의할 수 있다.
위에 설명된 기능 외에도, 이차 밸브 이벤트들은 터보 과급기(turbo charger) 베어링들이 유막(oil film)에 대해 적절하게 지지될 수 있도록 임계값 이상으로 터보 과급기 속도를 유지하고, 급격한 부하 요구 증가에 대한 순간 터보 응답(transient turbo response)을 개선하는 데 필요한 최소 질량 유량 레벨을 생성하는 데 사용될 수 있다.
더 나아가, 위의 본 개시내용은 배기 및 흡기 행정들 동안에만 제공되는, 즉 메인 밸브 이벤트들 내에 "은닉"된, 다양한 이차 밸브 이벤트들을 설명했다. 그러나 이는 피스톤의 동일한 상하 운동에 의하여 유사한 "흡기" 및 "배기" 특성들을 나타내는 경우에 엔진의 팽창 및/또는 압축 행정들 동안 (실린더 비활성화 작동 동안) 실질적으로 유사한 이차 밸브 이벤트들을 또한 또는 대안적으로 통합하는 것이 가능하기 때문에 요구 사항이 아님을 이해할 것이다.
Claims (13)
- 복수의 실린더를 포함하는 내연기관에서 엔진 밸브들을 작동시키는 방법으로서,
상기 복수의 실린더의 각 실린더는 적어도 하나의 엔진 밸브를 포함하고, 그 실린더와 연관된 적어도 하나의 메인 밸브 작동 운동원(motion source)을 가지며, 상기 적어도 하나의 메인 밸브 작동 운동원은 해당 실린더에 의한 양의 동력 생성을 지원하기에 충분한 메인 밸브 작동을, 적어도 하나의 밸브 트레인을 통해, 적어도 하나의 엔진 밸브에 제공하도록 구성되며,
상기 복수의 실린더는 적어도 하나의 비활성화 가능 실린더를 포함하고, 상기 적어도 하나의 비활성화 가능 실린더 각각은 그 비활성화 가능 실린더를 위한 상기 적어도 하나의 밸브 트레인을 통해 상기 적어도 하나의 엔진 밸브에 밸브 작동 운동을 항상 제공하도록 구성된 적어도 하나의 보조 밸브 작동 운동원, 및 그 비활성화 가능 실린더를 위한 적어도 하나의 밸브 트레인에 작동 가능하게 연결된 적어도 하나의 비활성화기 어셈블리를 가지며, 상기 적어도 하나의 비활성화기 어셈블리 각각은 해당 비활성화 가능 실린더를 위한 적어도 하나의 엔진 밸브의 메인 밸브 작동이 허용되는 활성화 상태에서, 또는 해당 비활성화 가능 실린더를 위한 적어도 하나의 엔진 밸브의 메인 밸브 작동이 금지되는 비활성화 상태에서, 작동되도록 구성되고,
상기 적어도 하나의 보조 밸브 작동 운동원에 의해 제공되는 상기 밸브 작동 운동은 상기 적어도 하나의 비활성화기 어셈블리의 상기 활성화 상태 동안 상기 메인 밸브 작동에 의해 은닉된 적어도 한 번의 이차 밸브 이벤트를 포함하고,
당해 방법은,
상기 복수의 실린더 중 적어도 하나의 실린더를 메인 밸브 작동에 따라 양의 동력 생성을 제공하도록 작동시키는 단계;
상기 적어도 하나의 비활성화 가능 실린더 중 하나의 비활성화 가능 실린더를 위한 적어도 하나의 비활성화기 어셈블리를 비활성화 상태로 놓는 단계; 및
상기 비활성화 가능 실린더를 위한 상기 적어도 하나의 비활성화기 어셈블리가 비활성화 상태에 있고 상기 적어도 하나의 실린더가 메인 밸브 작동에 따라 양의 동력 생성을 제공하도록 작동하는 동안, 상기 비활성화 가능 실린더를 위한 상기 적어도 하나 엔진 밸브의 배기 밸브를 통해, 상기 적어도 하나의 보조 밸브 작동 운동원에 의해 제공되는, 상기 적어도 한 번의 이차 밸브 이벤트를 수행하는 단계를 포함하고,
상기 적어도 한 번의 이차 밸브 이벤트는 상기 내연기관의 배기 매니폴드로부터 배기 가스를 상기 비활성화 가능 실린더 내로 흡인하고 상기 비활성화 가능 실린더로부터 상기 배기 가스를 다시 상기 배기 매니폴드로 압출하도록 구성되는, 방법. - 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 비활성화 가능 실린더를 위한 상기 적어도 하나의 비활성화기 어셈블리는 상기 메인 밸브 작동에 의해 제공되는 피크 리프트보다 적은 양의 리프트를 비활성화 상태에서 손실하고,
상기 적어도 한 번의 이차 밸브 이벤트는 상기 비활성화 가능 실린더를 위한 상기 적어도 하나의 비활성화기 어셈블리를 통해 상기 메인 밸브 작동에 의해 제공되는, 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 한 번의 이차 밸브 이벤트는 배기 온도, 냉각수 온도, 오일 온도, 또는 후처리 시스템 온도를 포함하는 하나 이상의 엔진 작동 파라미터들에 기초하여 결정되는, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 비활성화 가능 실린더는 제1 비활성화 가능 실린더 및 제2 비활성화 가능 실린더를 포함하고, 상기 적어도 한 번의 이차 밸브 이벤트는 상기 제1 비활성화 가능 실린더에만 적용 가능한 제1 이차 밸브 이벤트 및 상기 제2 비활성화 가능 실린더에만 적용 가능한, 상기 제1 이차 밸브 이벤트와 상이한, 제2 이차 밸브 이벤트를 포함하고,
상기 비활성화 가능 실린더를 위한 상기 적어도 하나의 비활성화기 어셈블리를 비활성화 상태로 놓는 단계는 상기 제1 비활성화 가능 실린더 또는 상기 제2 비활성화 가능 실린더를 위한 상기 적어도 하나의 비활성화기 어셈블리를 비활성화 상태로 놓는 단계를 더 포함하고,
상기 비활성화 가능 실린더를 위한 상기 적어도 하나의 엔진 밸브를 통해 상기 적어도 한 번의 이차 밸브 이벤트를 수행하는 단계는 상기 제1 비활성화 가능 실린더를 위한 상기 적어도 하나의 엔진 밸브를 통해 상기 제1 이차 밸브 이벤트를 수행하거나 또는 상기 제2 비활성화 가능 실린더를 위한 상기 적어도 하나의 엔진 밸브를 통해 상기 제2 이차 밸브 이벤트를 수행하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제10항에 있어서, 상기 적어도 한 번의 이차 밸브 이벤트를 수행하는 단계는 배기 온도, 냉각수 온도, 오일 온도, 또는 후처리 시스템 온도를 포함하는 하나 이상의 엔진 작동 파라미터들에 근거하여 상기 제1 이차 밸브 이벤트 또는 상기 제2 이차 밸브 이벤트를 선택하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 비활성화 가능 실린더를 위한 상기 적어도 하나의 비활성화기 어셈블리가 비활성화 상태에 있고 상기 적어도 하나의 실린더가 메인 밸브 작동에 따라 양의 동력 생성을 제공하도록 작동하는 동안, 상기 비활성화 가능 실린더를 위한 상기 적어도 하나 엔진 밸브를 통해, 상기 적어도 하나의 보조 밸브 작동 운동원에 의해 제공되는, 적어도 한 번의 추가적인 이차 밸브 이벤트를 수행하는 단계를 더 포함하고,
상기 적어도 한 번의 추가적인 이차 밸브 이벤트는 상기 적어도 하나의 비활성화기 어셈블리의 상기 비활성화 상태 동안 상기 메인 밸브 작동에 의해 은닉되지 않으며, 상기 적어도 한 번의 추가적인 이차 밸브 이벤트는 상기 내연기관의 배기 매니폴드로부터 추가적인 배기 가스를 상기 비활성화 가능 실린더 내로 흡인하고 상기 비활성화 가능 실린더로부터 상기 추가적인 배기 가스를 다시 상기 배기 매니폴드로 압출하도록 구성되는, 방법. - 제1항에 있어서, 상기 적어도 한 번의 이차 밸브 이벤트는 제1, 제2 비제로(non-zero) 리프트 이차 밸브 이벤트를 포함하고, 상기 제1, 제2 비제로 리프트 이차 밸브 이벤트 사이에 제로 밸브 리프트 구간을 갖는, 방법.
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