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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 8 mit doppelter Kompression und doppelter Expansion, der zur internen Abgasrückführung konfiguriert ist, und auf ein Verfahren gemäß Anspruch 10 zum Zurückführen von Abgas, wie beispielsweise aus der
DE 101 97 229 T5 bekannt.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Um den Volumenwirkungsgrad von modernen Verbrennungsmotoren, ob vom Funkenzündtyp oder Kompressionszündtyp (Dieseltyp), zu verbessern, werden Aufladungsvorrichtungen wie z. B. Turbolader und Superlader zum Motor hinzugefügt. Ferner verwenden die meisten modernen Verbrennungsmotoren ein Abgasrückführungssystem (AGR-System), in dem ein Teil des Abgases eines Motors zu den Motorzylindern zurückgeführt wird. Die AGR wird hauptsächlich verwendet, um Stickoxidemissionen (NOx-Emissionen) zu verringern. Durch Mischen der einströmenden Luft mit zurückgeführtem Abgas wird das Fluidgemisch mit Inertgas (dem zurückgeführten Gas) verdünnt, was die Flammtemperatur senkt und die Menge an überschüssigem Sauerstoff in Dieselmotoren verringert. Das Abgas erhöht auch die spezifische Wärmekapazität des Gemisches, was die Spitzenverbrennungstemperatur senkt, wodurch die Bildung von NOx begrenzt wird.
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Ein externes AGR-System leitet Abgas vom Auslasskrümmer zum Einlasskrümmer. Ein Steuerventil (AGR-Ventil) innerhalb des Systems regelt und steuert die Abgasströmung zeitlich. Einige Motorkonstruktionen fangen Abgas innerhalb des Zylinders ein, indem sie es während des Auslasshubs nicht vollständig ausstoßen. Dies wird als internes AGR-System bezeichnet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen sparsamen und emissionsarmen Verbrennungsmotor sowie ein Verfahren zum Betreiben desselben anzugeben.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Diese Aufgabe wird mit einem Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder des Anspruch 8 sowie mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
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Ein internes AGR-System wird an einem Verbrennungsmotor mit fluidtechnisch miteinander verbundenen Zylindern geschaffen. Insbesondere wird ein Verbrennungsmotor geschaffen, der vier Zylinder aufweist, in denen jeweils ein jeweiliger Kolben angeordnet ist, der mit einer Kurbelwelle zur Bewegung im jeweiligen Zylinder verbunden ist. Jeder Zylinder weist mehrere Kanäle mit mehreren Ventilen auf, die zu öffnen und zu schließen sind, um die Fluidströmung in den und aus dem Zylinder durch die Kanäle zu steuern. Eine Verbrennung findet nur in ersten zwei der vier Zylinder (als Arbeitszylinder bezeichnet) statt, die jeweils wirksam in Fluidströmungsverbindung zwischen zweiten zwei der vier Zylinder (als Ansaugzylinder bezeichnet) über Durchgänge verbunden sind, die Kanäle der jeweiligen Zylinder verbinden. Die Fluidströmung durch die Durchgänge wird durch die Ventile gesteuert. Das Öffnen und Schließen der Ventile wird zeitlich gesteuert, um eine interne Abgasrückführung durchzuführen, d. h. so dass Fluid, das nach der Verbrennung von den Arbeitszylindern über die Durchgänge zu den Ansaugzylindern gelenkt wird, über die Durchgänge von den Ansaugzylindern zu den Arbeitszylindern umgeleitet wird. Die interne Abgasrückführung kann durch Neukompression in den Ansaugzylindern, Auslassventil-Neuansaugung oder Einlassventil-Neuansaugung stattfinden.
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Ein Verfahren zur internen Abgasrückführung für einen Motor, wie vorstehend beschrieben, wird ebenfalls geschaffen. Das Verfahren umfasst das Lenken von Fluid von einem ersten der zwei Arbeitszylinder zu einem ersten der zwei Ansaugzylinder. Die Verbrennung findet nur in den zwei Arbeitszylindern statt und ein Lufteinlass und -auslass findet nur in den zwei Ansaugzylindern statt. Die zwei Arbeitszylinder werden jeweils separat selektiv mit den zwei Ansaugzylindern über jeweilige Durchgänge und Ventile verbunden. Das Verfahren umfasst ferner das Zeitsteuern des Öffnens und Schließens von Einlass- und Auslassventilen des ersten Ansaugzylinders, so dass zumindest einiges Fluid, das vom ersten Arbeitszylinder überführt wird, nach einem Auslasshub und einem anschließenden Einlasshub im ersten Ansaugzylinder im ersten Ansaugzylinder bleibt, d. h. eine interne Abgasrückführung wird durchgeführt. Das Verfahren umfasst ferner das Lenken des Fluids im ersten Ansaugzylinder zum zweiten Arbeitszylinder, so dass das Fluid wieder einer Verbrennung im zweiten Arbeitszylinder unterzogen wird.
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Bei dem oben beschriebenen Motor ist keine externe AGR-Schleife erforderlich. Folglich können Kosteneinsparungen verwirklicht werden, da externe Durchgänge, ein AGR-Ventil und ein AGR-Kühler nicht erforderlich sind. Zugehörige externe AGR-Verschmutzungsprobleme werden somit vermieden. Außerdem wird der Volumenwirkungsgrad bei der zweistufigen Expansion und Kompression verbessert, so dass ein Turbolader nicht erforderlich sein braucht. Emissionen werden verbessert, indem ein höherer AGR-Prozentsatz ermöglicht wird, während ein hohes Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufrechterhalten wird.
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Die obigen Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Arten zur Ausführung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen leicht ersichtlich.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische perspektivische Darstellung einer Ausführungsform eines Motors, der vier Zylinder jeweils mit einem Viertaktzyklus, verwendet, die miteinander verbunden sind und Ventile aufweisen, die zeitgesteuert sind, um eine doppelte Kompression, doppelte Expansion und interne Abgasrückführung zu schaffen;
- 2A ist eine schematische Draufsichtdarstellung des Motors von 1, die die Ventile und Fluidströmungsdurchgänge in Bezug auf die Zylinder zeigt;
- 2B ist ein Diagramm, das den Zustand jedes Zylinders des Motors von 1 entsprechend zwölf aufeinander folgenden Hüben der Kolben innerhalb der Zylinder zeigt;
- 3 ist eine schematische perspektivische Darstellung der Zylinder, Kolben, Ventile und Fluidströmungsdurchgänge des Motors von 1, die die Richtung der Kolbenbewegung in jedem Zylinder, die Fluidüberführung zwischen den Zylindern und den Zustand jedes Ventils während des ersten Hubs des Diagramms von 2B darstellt;
- 4 ist eine schematische perspektivische Darstellung der Zylinder, Kolben, Ventile und Fluidströmungsdurchgänge des Motors von 1, die die Richtung der Kolbenbewegung in jedem Zylinder, die Fluidüberführung zwischen den Zylindern und den Zustand jedes Ventils während des zweiten Hubs des Diagramms von 2B darstellt;
- 5 ist eine schematische perspektivische Darstellung der Zylinder, Kolben, Ventile und Fluidströmungsdurchgänge des Motors von 1, die die Richtung der Kolbenbewegung in jedem Zylinder, die Fluidüberführung zwischen den Zylindern und den Zustand jedes Ventils während des dritten Hubs des Diagramms von 2B darstellt;
- 6 ist eine schematische perspektivische Darstellung der Zylinder, Kolben, Ventile und Fluidströmungsdurchgänge des Motors von 1, die die Richtung der Kolbenbewegung in jedem Zylinder, die Fluidüberführung zwischen den Zylindern und den Zustand jedes Ventils während des vierten Hubs des Diagramms von 2B darstellt;
- 7 ist eine schematische perspektivische Darstellung der Zylinder, Kolben, Ventile und Fluidströmungsdurchgänge des Motors von 1, die die Richtung der Kolbenbewegung in jedem Zylinder, die Fluidüberführung zwischen den Zylindern und den Zustand jedes Ventils während des fünften Hubs des Diagramms von 2B darstellt;
- 8 ist eine schematische perspektivische Darstellung der Zylinder, Kolben, Ventile und Fluidströmungsdurchgänge des Motors von 1, die die Richtung der Kolbenbewegung in jedem Zylinder, die Fluidüberführung zwischen den Zylindern und den Zustand jedes Ventils während des sechsten Hubs des Diagramms von 2B darstellt;
- 9 ist eine schematische perspektivische Darstellung der Zylinder, Kolben, Ventile und Fluidströmungsdurchgänge des Motors von 1, die die Richtung der Kolbenbewegung in jedem Zylinder, die Fluidüberführung zwischen den Zylindern und den Zustand jedes Ventils während des siebten Hubs des Diagramms von 2B darstellt;
- 10 ist eine schematische perspektivische Darstellung der Zylinder, Kolben, Ventile und Fluidströmungsdurchgänge des Motors von 1, die die Richtung der Kolbenbewegung in jedem Zylinder, die Fluidüberführung zwischen den Zylindern und den Zustand jedes Ventils während des achten Hubs des Diagramms von 2B darstellt;
- 11 ist eine schematische perspektivische Darstellung der Zylinder, Kolben, Ventile und Fluidströmungsdurchgänge des Motors von 1, die die Richtung der Kolbenbewegung in jedem Zylinder, die Fluidüberführung zwischen den Zylindern und den Zustand jedes Ventils während des neunten Hubs des Diagramms von 2B darstellt;
- 12 ist eine schematische perspektivische Darstellung der Zylinder, Kolben, Ventile und Fluidströmungsdurchgänge des Motors von 1, die die Richtung der Kolbenbewegung in jedem Zylinder, die Fluidüberführung zwischen den Zylindern und den Zustand jedes Ventils während des zehnten Hubs des Diagramms von 2B darstellt;
- 13 ist eine schematische perspektivische Darstellung der Zylinder, Kolben, Ventile und Fluidströmungsdurchgänge des Motors von 1, die die Richtung der Kolbenbewegung in jedem Zylinder, die Fluidüberführung zwischen den Zylindern und den Zustand jedes Ventils während des elften Hubs des Diagramms von 2B darstellt;
- 14 ist eine schematische perspektivische Darstellung der Zylinder, Kolben, Ventile und Fluidströmungsdurchgänge des Motors von 1, die die Richtung der Kolbenbewegung in jedem Zylinder, die Fluidüberführung zwischen den Zylindern und den Zustand jedes Ventils während des zwölften Hubs des Diagramms von 2B darstellt;
- 15 ist ein Diagramm der Ventilerhebung als Funktion des Kurbelwinkels für die Auslass- und Einlassventile von einem der Zylinder des Motors von 1 während des sechsten und des siebten Hubs von 8 und 9, um die interne Abgasrückführung durch Neukompression durchzuführen;
- 16 ist ein Diagramm der Ventilerhebung als Funktion des Kurbelwinkels für die Auslass- und Einlassventile von einem der Zylinder des Motors von 1 während des sechsten und des siebten Hubs von 8 und 9, um die interne Abgasrückführung durch Abgasneuansaugung durch das Auslassventil durchzuführen;
- 17 ist ein Diagramm der Ventilerhebung als Funktion des Kurbelwinkels für die Auslass- und Einlassventile von einem der Zylinder des Motors von 1 während des sechsten und des siebten Hubs von 8 und 9, um die interne Abgasrückführung durch Abgasneuansaugung durch das Einlassventil durchzuführen; und
- 18 ist ein Ablaufplan, der ein Verfahren zur internen Abgasrückführung für den Motor von 1 darstellt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Mit Bezug auf die Zeichnungen, in denen in den ganzen verschiedenen Ansichten gleiche Bezugszeichen gleiche Komponenten darstellen, zeigt 1 einen Motor 10 mit einem Motorblock 12, einem Zylinderkopf 14 und einer Kurbelwelle 16, die zur Drehung innerhalb des Motorblocks 12 abgestützt ist. Der Motor 10 weist vier Zylinder 18A, 18B, 18C, 18D auf, die in den Motorblock 12 gebohrt oder anderweitig darin vorgesehen sind. Jeder Zylinder 18A, 18B, 18C, 18D weist einen jeweiligen Kolben 22A, 22B, 22C, 22D auf, der mit der Kurbelwelle 16 wirksam verbunden ist, so dass die Drehung der Kurbelwelle 16 bewirkt, dass sich die Kolben 22A, 22B, 22C, 22D innerhalb der Zylinder 18A, 18B, 18C, 18D nach oben und unten bewegen. Ein Ingenieur auf dem Fachgebiet versteht leicht die vielen bekannten Weisen, in denen die Kolben 22A, 22B, 22C, 22D mit der Kurbelwelle 16 wirksam verbunden werden können, wie z. B. durch Verbindungsstangen.
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Die Zylinder 18A, 18B, 18C, 18D sind durch einen ersten, zweiten, dritten bzw. vierten Durchgang P1, P2, P3, P4 miteinander verbunden, die im Motorblock 12 und/oder Zylinderkopf 14 maschinell bearbeitet oder ausgebildet sind, wobei verschiedene Ventile die Strömung zwischen den Zylindern 18A, 18B, 18C, 18D durch die Durchgänge P1, P2, P3, P4 steuern, wie nachstehend weiter beschrieben. Zusätzliche Durchgänge P1i und P1e dienen als Lufteinlass- bzw. Luftauslassdurchgänge für den Zylinder 18A. Ebenso dienen Durchgänge P2i und P2e als Lufteinlass- bzw. Luftauslassdurchgänge für den Zylinder 18D.
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Mit Bezug auf 2A ist eine schematische Darstellung der Richtung der Fluidströmung durch die Zylinder dargestellt. Der Zylinder 18A, der hierin als Ansaugzylinder bezeichnet wird, weist vier Kanäle auf, die vier Ventile V1i, V1e, V2a und V2b enthalten. Das Ventil V1i ist ein Einlassventil und kann selektiv geöffnet werden, um einen Lufteinlass in den Zylinder 18A von einem Einlassdurchgang P1i, der mit einem Einlasskrümmer wirksam verbunden ist, zu ermöglichen. Das Ventil V1e ist ein Auslassventil und kann selektiv geöffnet werden, um einen Auslass aus dem Zylinder 18A an einen Auslassdurchgang P1e, der mit einem Auslasssystem eines Fahrzeugs, an dem der Motor 10 angebracht ist, wirksam verbunden ist, zu ermöglichen. Das Ventil V2a ist ein erstes Überführungsventil und wird als solches bezeichnet, da es selektiv geöffnet werden kann, um eine Überführung von Fluid vom Zylinder 18A zum Zylinder 18B durch den ersten Durchgang P1 zu ermöglichen. Das Ventil V2b ist ein zweites Überführungsventil und wird als solches bezeichnet, da es selektiv geöffnet werden kann, um eine Überführung von Fluid vom Zylinder 18C zum Zylinder 18A über den vierten Durchgang P4 zu ermöglichen.
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Der Arbeitszylinder 18B weist zwei Kanäle auf, die zwei jeweilige Ventile V3a, V4a enthalten, die als erstes Ventil bzw. zweites Ventil des Zylinders 18B bezeichnet werden. Das Ventil V3a kann selektiv geöffnet werden, um eine Fluidströmung vom Zylinder 18A zum Zylinder 18B durch den Durchgang P1 zu ermöglichen. Das Ventil V4a kann selektiv geöffnet werden, um eine Fluidströmung vom Zylinder 18B zum Zylinder 18D durch den Durchgang P2 zu ermöglichen.
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Der Arbeitszylinder 18C weist zwei Kanäle auf, die zwei jeweilige Ventile V4b, V3b enthalten, die als erstes Ventil bzw. zweites Ventil des Zylinders 18C bezeichnet werden. Das Ventil V4b kann selektiv geöffnet werden, um eine Fluidströmung vom Zylinder 18D zum Zylinder 18C durch den Durchgang P3 zu ermöglichen. Das Ventil V3b kann selektiv geöffnet werden, um eine Fluidströmung vom Zylinder 18C zum Zylinder 18A durch den Durchgang P4 zu ermöglichen.
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Der Zylinder 18D weist vier Kanäle auf, die vier Ventile V5a, V5b, V6i und V6e enthalten. Das Ventil V6i ist ein Einlassventil und kann selektiv geöffnet werden, um einen Lufteinlass in den Zylinder 18D von einem Einlassdurchgang P2i, der mit einem Einlasskrümmer wirksam verbunden ist, zu ermöglichen. Das Ventil V6e ist ein Auslassventil und kann selektiv geöffnet werden, um einen Auslass vom Zylinder 18D an einen Auslassdurchgang P2e, der mit einem Auslasssystem eines Fahrzeugs, an dem der Motor 10 angebracht ist, wirksam verbunden ist, zu ermöglichen. Das Ventil V5b ist ein erstes Überführungsventil und wird als solches bezeichnet, da es selektiv geöffnet werden kann, um eine Überführung von Fluid vom Zylinder 18D zum Zylinder 18C durch den dritten Überführungsdurchgang P3 zu ermöglichen. Das Ventil V5a ist ein zweites Überführungsventil und wird als solches bezeichnet, da es selektiv geöffnet werden kann, um eine Überführung von Fluid vom Zylinder 18B zum Zylinder 18D über den zweiten Überführungsdurchgang P2 zu ermöglichen.
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Die Zeitsteuerung des Öffnens und Schließens der Ventile sowie der Ventilerhebung und der Kraftstoffeinführung wird durch eine Motorsteuereinheit (nicht dargestellt) elektronisch, hydraulisch, durch eine oder mehrere Nockenwellen oder durch eine Kombination davon in Verbindung mit der Drehzahl und Drehposition der Kurbelwelle 16 gesteuert, um eine zweistufige Kompression, Verbrennung, zweistufige Expansion und interne Abgasrückführung zu bewirken, wie nachstehend beschrieben. Der Fachmann auf dem Gebiet versteht leicht die Steuerung von Motorventilen.
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Mit Bezug auf 2B sind Stufen des Betriebszyklus, die in jedem Zylinder 18A, 18B, 18C, 18D stattfinden, in Anbetracht der Ventilzustände (offen oder geschlossen) für die mit Bezug auf 2A beschriebenen verschiedenen Ventile, für sechs Kurbeldrehungen der Kurbelwelle 16 gezeigt, wobei zwei Hübe pro Kurbelwellendrehung stattfinden. Der Motor 10 arbeitet in einem 4-Takt Zyklus mit zwei Umdrehungen/720 Grad Kurbelwinkel. Zwölf aufeinander folgende Hübe werden hierin beschrieben, aber die Hübe 1, 5 und 9 sind gleich, die Hübe 2, 6 und 10 sind gleich, die Hübe 3, 7 und 11 sind gleich und die Hübe 4, 8 und 12 sind gleich. Zwölf Hübe werden beschrieben, da es für ein gegebenes Muster von Luftgemisch drei vollständige Zyklen braucht, um es vollständig durch den Motor 10 zu bewegen. Wie in 2B dargelegt, bezieht sich INT auf einen Einlasszustand des Zylinders, während dessen Frischluft aufgenommen wird, C1 bezieht sich auf eine erste Kompressionsstufe, C2 bezieht sich auf eine zweite Kompressionsstufe, E1 bezieht sich auf eine erste Expansionsstufe, in der die Verbrennung stattfindet, die auch als Verbrennungsstufe bezeichnet wird, E2 bezieht sich auf eine zweite Expansionsstufe und EX bezieht sich auf einen Auslasszustand. Wie in 2B und der nachstehenden Beschreibung ersichtlich ist, geschieht die Verbrennung in den Zylindern 18B und 18C; folglich können die Zylinder 18B und 18C als Arbeitszylinder bezeichnet werden. Der Lufteinlass und -auslass geschieht nur in den Zylindern 18A und 18D; folglich können die Zylinder 18A und 18D als Ansaugzylinder bezeichnet werden. Während einiger Hübe wirkt der Zylinder 18A als Einlasszylinder und der Zylinder 18D wirkt als Auslasszylinder. Während anderer Hübe wirkt der Zylinder 18A als Auslasszylinder und der Zylinder 18D wirkt als Einlasszylinder. Brennbarer Kraftstoff wird zur Brennkammer des Zylinders, der als Arbeitszylinder wirkt, zu einer Stelle benachbart zum Einlassventil des Arbeitszylinders, zum Ansaugzylinder, der als Expansionszylinder der zweiten Stufe wirkt, zu einer Stelle benachbart zum Einlassventil des Expansionszylinders, zum Ansaugzylinder, der als Kompressionszylinder der ersten Stufe wirkt, oder zu einer Stelle benachbart zum Einlassventil des Kompressionszylinders der ersten Stufe geliefert.
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Die Zylinder 18A, 18B, 18C, 18D sind miteinander verbunden und relativ zueinander derart bemessen, dass die Kompression und Expansion über zwei Stufen in zwei verschiedenen Zylindern stattfinden. In einigen Ausführungsformen ist das Volumen der Zylinder 18A und 18D relativ zu den Zylindern 18C und 18D derart, dass das Hubraumverhältnis der Zylinder 18A und 18D zu den Zylindern 18C und 18D nicht größer ist als 5:1 und nicht geringer ist als 1,1:1, obwohl sie nicht so begrenzt sind. Folglich kann die Kompression über zwei Stufen stattfinden, beginnend mit einer ersten Stufe in entweder dem Zylinder 18A oder 18D nach dem Lufteinlass und mit Fortsetzung mit einer zweiten Stufe im kleineren Zylinder 18B bzw. 18C während des anschließenden Hubs. Ebenso kann die Expansion über zwei Stufen stattfinden, beginnend entweder im Zylinder 18B oder 18C und mit Fortsetzung mit einer zweiten Stufe im größeren Zylinder 18D bzw. 18A.
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Mit Bezug auf 3 ist ein Abschnitt des Motors 10 durch Zylinder 18A-18D mit Kolben 22A-22D darin dargestellt. Die Richtung der Kolbenbewegung (aufwärts oder abwärts) im jeweiligen Zylinder 18A-18D ist durch einen Pfeil unmittelbar benachbart zum jeweiligen Kolben angegeben. Pfeile sind auch gezeigt, um die Bewegung von Fluid in die und aus den Zylindern und zwischen den Zylindern darzustellen. Ein offener Kanal stellt einen offenen Zustand des jeweiligen Ventils dar, der eine Fluidströmung durch den Kanal ermöglicht, während ein „X“ einen geschlossenen Zustand des jeweiligen Ventils darstellt, der eine Fluidströmung durch den Kanal verhindert. Während des Hubs 1 sind die Ventile V1i, V4a und V5a offen und alle anderen Ventile sind geschlossen (außer dass das Ventil V1e in Abhängigkeit vom implementierten Abgasrückführungsverfahren während eines Teils des Hubs offen sein kann, wie nachstehend weiter beschrieben). Folglich saugt der Zylinder 18A Frischluft durch den Durchgang P1i an, während der Zylinder 18B einer Expansion der zweiten Stufe durch den Durchgang P2 über den Zylinder 18D unterzogen wird und der Zylinder 18C einer Kompression der zweiten Stufe unterzogen wird. Obwohl ein Luftgemisch in allen vier Zylindern 18A, 18B, 18C und 18D vorhanden ist, ist in 3 bis 14 nur ein ausgewählter Teil des Luftgemisches in 3-14 mit einer kreisförmigen Schattierung (in 3 im Durchgang P1i und Zylinder 18A gezeigt) mit einer Dichte, die im Allgemeinen darstellt, ob eine Expansion oder Kompression stattfindet, dargestellt, wie das Luftgemisch verfolgt wird, wenn es sich vom Einlass durch den Durchgang P1i, durch die Zylinder 18A, 18B und 18D bewegt und am Zylinder 18D ausgelassen wird, wobei zumindest ein Teil vom Zylinder 18D durch die Zylinder 18C und 18D zurückgeführt wird.
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Während eines anschließenden Hubs 2, der in Bezug auf 4 dargestellt ist, sind die Ventile V2a, V3a und V6e offen und alle anderen Ventile sind geschlossen (außer dass das Ventil V6i in Abhängigkeit vom implementierten Abgasrückführungsverfahren während eines Teils des Hubs offen sein kann, wie nachstehend weiter beschrieben). Folglich komprimiert der Zylinder 18A die Ladung in den Zylinder 18B durch den Durchgang P1, während der Zylinder 18D durch den Durchgang P2e auslässt. Der Zylinder 18C wird einem Arbeitshub und einer ersten Stufe der Expansion unterzogen. Ein Teil des Abgases im Zylinder 18D wird über irgendeines der nachstehend beschriebenen Abgasrückführungsverfahren zwischen dem Hub 2 und dem Hub 3 zurückgeführt.
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Während eines anschließenden Hubs 3, der in Bezug auf 5 dargestellt ist, sind die Ventile V6i, V3b und V2b offen und alle anderen Ventile sind geschlossen (außer dass das Ventil V6e in Abhängigkeit vom implementierten Abgasrückführungsverfahren während eines Teils des Hubs offen sein kann, wie nachstehend weiter beschrieben). Folglich saugt der Zylinder 18D Frischluft durch den Durchgang P2i ein, während der Zylinder 18C einer Expansion der zweiten Stufe über den Zylinder 18A durch den Durchgang P4 unterzogen wird. Der Zylinder 18B wird einer Kompression der zweiten Stufe unterzogen.
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Während eines anschließenden Hubs 4, der in Bezug auf 6 dargestellt ist, sind die Ventile V1e, V5b und V4b offen, während alle anderen Ventile geschlossen sind (außer dass das Ventil V1i in Abhängigkeit vom implementierten Abgasrückführungsverfahren während eines Teils des Hubs offen sein kann, wie nachstehend weiter beschrieben). Folglich komprimiert der Zylinder 18D eine Ladung in den Zylinder 18C über den Durchgang P3, während der Zylinder 18A auslässt und der Zylinder 18B einem Arbeitshub und einer Expansion der ersten Stufe unterzogen wird.
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Während eines anschließenden Hubs 5, der in Bezug auf 7 dargestellt ist, sind die Ventile V1i, V4a und V5a offen, während alle anderen Ventile geschlossen sind (außer dass das Ventil V1e in Abhängigkeit vom implementierten Abgasrückführungsverfahren während eines Teils des Hubs offen sein kann, wie nachstehend weiter beschrieben). Folglich saugt der Zylinder 18A Frischluft durch den Durchgang P1i an, während der Zylinder 18B einer Expansion der zweiten Stufe über den Zylinder 18D durch den Durchgang P2 unterzogen wird. Der Zylinder 18C wird einer Kompression der zweiten Stufe unterzogen.
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Während eines anschließenden Hubs 6, der in Bezug auf 8 dargestellt ist, sind die Ventile V2a, V3a und V6e offen, während alle anderen Ventile geschlossen sind (außer das das Ventil V6i in Abhängigkeit vom implementierten Abgasrückführungsverfahren während eines Teils des Hubs offen sein kann, wie nachstehend weiter beschrieben). Folglich komprimiert der Zylinder 18A eine Ladung in den Zylinder 18B über den Durchgang P1, während der Zylinder 18D auslässt. Der Zylinder 18C wird dem Arbeitshub und der Expansion der ersten Stufe unterzogen.
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Während eines anschließenden Hubs 7, der in Bezug auf 9 dargestellt ist, sind die Ventile V2b, V3b und V6i offen, während alle anderen Ventile geschlossen sind (außer dass das Ventil V6e in Abhängigkeit vom implementierten Abgasrückführungsverfahren während eines Teils des Hubs offen sein kann, wie nachstehend weiter beschrieben). Folglich saugt der Zylinder 18D Frischluft durch den Durchgang P2i an, während der Zylinder 18C einer Expansion der zweiten Stufe über den Zylinder 18A durch den Durchgang P4 unterzogen wird. Der Zylinder 18B wird einer Kompression der zweiten Stufe unterzogen. Die in den Zylinder 18D eingesaugte Frischluft ist mit kleinen „+“-Markierungen dargestellt, um sie vom zurückgeführten Abgas zu unterscheiden, das mit kreisförmigen Markierungen gezeigt ist.
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Während eines anschließenden Hubs 8, der in Bezug auf 10 dargestellt ist, sind die Ventile V1e, V4b und V5b offen, während alle anderen Ventile geschlossen sind (außer dass das Ventil V1i in Abhängigkeit vom implementierten Abgasrückführungsverfahren während eines Teils des Hubs offen sein kann, wie nachstehend weiter beschrieben). Folglich komprimiert der Zylinder 18D eine Ladung in den Zylinder 18C über den Durchgang P3, während der Zylinder 18A durch den Durchgang P1e auslässt. Der Zylinder 18B wird einem Arbeitshub und einer Expansion der ersten Stufe unterzogen.
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Während eines anschließenden Hubs 9, der in Bezug auf 11 dargestellt ist, sind die Ventile V1i, V4a und V5a offen, während alle anderen Ventile geschlossen sind (außer dass das Ventil V1e in Abhängigkeit vom implementierten Abgasrückführungsverfahren während eines Teils des Hubs offen sein kann, wie nachstehend weiter beschrieben). Folglich saugt der Zylinder 18A Frischluft durch den Durchgang P1i an, während der Zylinder 18B einer Expansion der zweiten Stufe über den Zylinder 18D durch den Durchgang P2 unterzogen wird. Der Zylinder 18C wird einer Kompression der zweiten Stufe unterzogen.
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Während eines anschließenden Hubs 10, der in Bezug auf 12 dargestellt ist, sind die Ventile V2a, V3a und V6e offen, während alle anderen Ventile geschlossen sind (außer dass das Ventil V6i in Abhängigkeit vom implementierten Abgasrückführungsverfahren während eines Teils des Hubs offen sein kann, wie nachstehend weiter beschrieben). Folglich komprimiert der Zylinder 18A eine Ladung in den Zylinder 18B über den Durchgang P1, während der Zylinder 18D über den Durchgang P2e auslässt. Der Zylinder 18C wird einem Arbeitshub und einer Expansion der ersten Stufe unterzogen.
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Während eines anschließenden Hubs 11, der in Bezug auf 13 dargestellt ist, sind die Ventile V2b, V3b und V6i offen, während alle anderen Ventile geschlossen sind (außer dass das Ventil V6e in Abhängigkeit vom implementierten Abgasrückführungsverfahren während eines Teils des Hubs offen sein kann, wie nachstehend weiter beschrieben). Folglich saugt der Zylinder 18D Frischluft über den Durchgang P2i an, während der Zylinder 18C einer Expansion der zweiten Stufe über den Zylinder 18A durch den Durchgang P4 unterzogen wird. Der Zylinder 18B wird einer Kompression der zweiten Stufe unterzogen.
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Während eines anschließenden Hubs 12, der in Bezug auf 14 dargestellt ist, sind die Ventile V4b, V5b und V1e offen, während alle anderen Ventile geschlossen sind (außer dass das Ventil V1i in Abhängigkeit vom implementierten Abgasrückführungsverfahren während eines Teils des Hubs offen sein kann, wie nachstehend weiter beschrieben). Folglich komprimiert der Zylinder 18D eine Ladung in den Zylinder 18C über den Durchgang P3, während der Zylinder 18A über den Durchgang P1e auslässt. Der Zylinder 18B wird dem Arbeitshub und der Expansion der ersten Stufe unterzogen. Nach dem Hub 12 geschieht ein Hub, in dem die Zylinder und Ventile wie mit Bezug auf den Hub 1 beschrieben funktionieren, und die anschließenden Hübe 2-12 finden in einem sich wiederholenden Zyklus statt.
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Mit Bezug auf 15-17 können drei verschiedene Verfahren zur internen Abgasrückführung im Motor 10 implementiert werden, einschließlich Neukompression (15), Auslassventil-Neuansaugung (16) und Einlassventil-Neuansaugung (17). Die Verfahren unterscheiden sich in der gesteuerten Zeitsteuerung der Einlass- und Auslassventile. Alle Verfahren führen eine interne Rückführung von einigem des Abgases vom Auslasszylinder zum damit verbundenen Arbeitszylinder durch, wenn der Auslasszylinder als Ansaugzylinder (Frischlufteinlasszylinder) bei einem anschließenden Hub fungiert. Jedes der Verfahren wird nachstehend mit Bezug auf die Hübe 6 und 7 von 8 und 9 beschrieben, obwohl die Verfahren gleichermaßen auf irgendwelche Paare von Hüben anwendbar sind, in denen ein Auslass von einem der Zylinder 18A, 18D stattfindet, wobei der Einlass beim folgenden Hub im gleichen Zylinder stattfindet.
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Mit Bezug auf 15 ist die Erhebung des Auslassventils V6e während der Hübe 6 und 7 durch die mit „Auslass“ bezeichnete Kurve angegeben, während die Erhebung des Einlassventils V6i während der Hübe 6 und 7 durch die mit „Einlass“ bezeichnete Kurve angegeben ist. Das Ventil V6e ist während zumindest eines Teils des Hubs 6 offen, schließt sich jedoch, bevor der Kolben im Zylinder 18D die Oberseite seiner Bewegung beim Kurbelwinkel von 360 Grad erreicht. Das Ventil V6i wird so gesteuert, dass es sich während des Hubs 7 erst öffnet, nachdem das Ventil V6e vollständig geschlossen ist, nachdem der Kolben im Zylinder 18D begonnen hat sich abzusenken. Folglich bleibt einiges des Abgases (d. h. Fluid, das bereits einer Verbrennung im Zylinder 18B während des Hubs 4 unterzogen wurde) im Zylinder 18D und wird nicht durch eines der Ventile V6e, V6i ausgelassen. Das verbleibende Abgas vermischt sich mit der Einlassluft, die durch das Ventil V6i während des Hubs 7 eingelassen wird, und wird durch die Zylinder 18D und 18C in den Hüben 8 und 9 erneut komprimiert und dann einer Verbrennung im Zylinder 18C im Hub 10 unterzogen.
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Mit Bezug auf 16 ist die Abgasrückführung durch ein Auslassventil-Neuansaugungsverfahren dargestellt. Das Ventil V6e wird während der Erhebung des Einlassventils V6i während des Hubs 7 erneut geöffnet. Folglich wird einiges des an den Durchgang P2e abgeführten Abgases während des Ansaughubs 7 in den Zylinder 18D zurück gesaugt und mit der Frischluft vermischt, die durch das Einlassventil V6i eintritt. Das Fluidgemisch, das durch die Zylinder 18D, 18C und 18A während der anschließenden Hübe 8-12 verarbeitet wird, umfasst folglich Abgas, das durch das Auslassventil V6e erneut angesaugt wird.
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Mit Bezug auf 17 ist eine Abgasrückführung durch ein Einlassventil-Neuansaugungsverfahren dargestellt. Das Ventil V6i ist während eines Teils der Erhebung des Auslassventils V6e während des Hubs 6 offen. Folglich wird einiges des Abgases während des Hubs 6 in den Durchgang P2i abgeführt und wird dann während des anschließenden Hubs 7 zusammen mit Frischluft durch das Ventil V6i in den Zylinder zurückgesaugt, wenn das Einlassventil V6i angehoben wird, während das Auslassventil V6e geschlossen ist. Das Fluidgemisch, das durch die Zylinder 18D, 18C und 18A während der anschließenden Hübe 8-12 verarbeitet wird, umfasst somit das Abgas, das durch das Einlassventil V6i erneut angesaugt wird.
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Folglich umfasst ein Verfahren 100, das in 18 gezeigt ist, zur internen Abgasrückführung für den Motor von 1 einen Block 102, der zwei Arbeitszylinder 18B, 18C und zwei Ansaugzylinder 18A, 18D, die für eine zweistufige Kompression und zweistufige Expansion konfiguriert sind, wie mit Bezug auf den Motor 10 in 1-14 beschrieben, vorsieht. Das Verfahren 100 umfasst einen Block 104, der Fluid von einem ersten Arbeitszylinder 18B zu einem ersten Ansaugzylinder 18D lenkt, wie mit Bezug auf den Hub 5 von 7 beschrieben. Als nächstes umfasst das Verfahren 100 einen Block 106, der das Einlassventil V6i und das Auslassventil V6e des ersten Arbeitszylinders 18D zeitlich steuert, um eine interne Abgasrückführung durchzuführen. Der Block 106 kann durch Neukompression, Block 108, wie mit Bezug auf 15 beschrieben, durchgeführt werden. Alternativ kann der Block 106 durch Auslassventil-Neuansaugung, Block 110, wie mit Bezug auf 16 beschrieben, durchgeführt werden. Alternativ kann der Block 106 noch durch Einlassventil-Neuansaugung, Block 112, wie mit Bezug auf 17 beschrieben, durchgeführt werden.
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Im Block 114 wird Fluid, einschließlich eines Gemisches des zurückgeführten Abgases und von frischer Einlassluft, vom ersten Ansaugzylinder 18D zum zweiten Arbeitszylinder 18C gelenkt, wie mit Bezug auf den Hub 8 von 10 beschrieben. Im Block 116 wird Fluid vom zweiten Arbeitszylinder 18C zum zweiten Ansaugzylinder 18A gelenkt, wie mit Bezug auf den Hub 11 von 13 beschrieben. Schließlich umfasst das Verfahren einen Block 118, der das Auslassventil V1e und das Einlassventil V1i des zweiten Ansaugzylinders 18A zeitlich steuert, um die interne Abgasrückführung durchzuführen, die durch irgendeines der Verfahren der Blöcke 108, 110 und 112 stattfinden kann.
