DE102013100065A1 - Combustion engine system i.e. diesel engine system, for use in vehicle, has valve phase shift device performing backward or forward operation of high pressure exhaust valve or low pressure exhaust valve relative to crankshaft - Google Patents

Combustion engine system i.e. diesel engine system, for use in vehicle, has valve phase shift device performing backward or forward operation of high pressure exhaust valve or low pressure exhaust valve relative to crankshaft Download PDF

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Abstract

The system (100) has a high pressure exhaust valve control device (121) coupled with a high pressure exhaust valve (120). A low pressure exhaust valve (122) is arranged between a combustion cylinder and a low pressure exhaust gas manifold (118). A low pressure exhaust valve control device (123) is coupled with the low pressure exhaust valve. A valve phase shift device is coupled with the high pressure and low pressure exhaust valve control devices and performs backward or forward operation of the high pressure exhaust valve or the low pressure exhaust valve relative to a crankshaft (105). An independent claim is also included for a method for controlling an exhaust gas flow of a combustion engine system.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE PATENTANMELDUNGCROSS REFERENCE TO RELATED PATENT APPLICATION

Die vorliegende Patentanmeldung beansprucht den Vorteil der am 06. Januar 2012 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/584,016, deren Lehren und Offenbarung hiermit in ihrer Gesamtheit durch Querverweis einbezogen werden.The present patent application claims the benefit of US Provisional Patent Application No. 61 / 584,016, filed Jan. 6, 2012, the teachings and disclosures of which are hereby incorporated by reference in their entirety by reference.

GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Diese Erfindung betrifft allgemein Abgasanlagen für Verbrennungsanlagen und insbesondere Abgasanlagen für Verbrennungsanlagen, welche Abgasrückführung sowie einen oder mehrere Turbolader nutzen, um die Motorleistung zu erhöhen und die Abgase zu reduzieren.This invention relates generally to combustion system exhaust systems, and more particularly to combustion system exhaust systems which utilize exhaust gas recirculation and one or more turbochargers to increase engine output and reduce exhaust emissions.

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIKGENERAL PRIOR ART

Verbrennungsmotoren verwenden einen Verbrennungszyklus, um Kraftstoff und Sauerstoff zu verbrennen, um die Energie der Kraftstoffe in mechanische Energie zum Antrieb von Vorrichtungen wie Automobilen, Lokomotiven, Generatoren und vielen anderen Vorrichtungen umzuwandeln.Internal combustion engines use a combustion cycle to combust fuel and oxygen to convert the energy of the fuels into mechanical energy for powering devices such as automobiles, locomotives, generators, and many other devices.

Viele moderne Motoren (mit Fremdzündung und mit Eigenzündung) nutzen die von dem Motor ausgestoßenen Abgase für verschiedene nützliche Aktivitäten. Eine spezielle Aktivität ist die Verwendung der Abgase für den Antrieb eines Turboladers. Der Strom der Abgase treibt eine Turbine des Turboladers an, welcher wiederum einen Verdichter antreibt, um die dem Motor zugeführte Luftmenge zu erhöhen. Die dem Motor zugeführte erhöhte Luftmenge ermöglicht eine höhere Leistungsdichte, welche die Kraftstoffwirtschaftlichkeit sowie das Einschwingverhalten verbessert.Many modern engines (spark-ignition and self-ignition) use the exhaust gases emitted by the engine for various useful activities. A special activity is the use of the exhaust gases for the drive of a turbocharger. The flow of exhaust gases drives a turbine of the turbocharger, which in turn drives a compressor to increase the amount of air supplied to the engine. The increased amount of air supplied to the engine allows a higher power density, which improves fuel economy and transient response.

Abgase werden auch verwendet, um Emissionen zu verringern. Ein Problem bei Verbrennungsmotoren und insbesondere Dieselmotoren ist, dass bei hohen Verbrennungstemperaturen NOx erzeugt werden. Ferner ist die Erzeugung von NOx typischerweise nichtlinear, so dass eine inkrementelle Erhöhung der Temperatur die NOx-Erzeugungsrate wesentlich erhöhen kann.Exhaust gases are also used to reduce emissions. One problem with internal combustion engines, and especially diesel engines, is that NOx is generated at high combustion temperatures. Further, the generation of NOx is typically nonlinear, so that an incremental increase in temperature may significantly increase the NOx production rate.

Ein weiteres Problem bei Verbrennungsmotoren und insbesondere Dieselmotoren ist, dass, wenn der Verbrennungszyklus relativ kraftstoffreich, d. h. in der Nähe des stöchiometrischen Verhältnisses für eine vollständige Verbrennung abläuft (jedoch noch mit einem Überschuss an Sauerstoff), der Motor eine große Menge an Ruß erzeugt. Der Ruß kann den Betrieb des Motors und stromabwärts angeordneter Komponenten der Abgasanlage beeinträchtigen sowie unerwünschte Emissionen liefern.Another problem with internal combustion engines, and particularly diesel engines, is that when the combustion cycle is relatively rich in fuel, i. H. close to the stoichiometric ratio for complete combustion (but still with an excess of oxygen), the engine produces a large amount of soot. The soot may interfere with the operation of the engine and downstream components of the exhaust system and provide undesirable emissions.

In Anbetracht ständig steigender Energie/Kraftstoffkosten sowie immer strenger werdender Emissionsvorschriften ist es wünschenswert, die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu erhöhen und gleichzeitig die Menge an erzeugten Emissionen zu verringern.In view of ever-increasing energy / fuel costs and increasingly stringent emissions regulations, it is desirable to increase fuel economy while reducing the amount of emissions produced.

Um NOx-Emissionen zu verringern, wird Abgas zurückgeführt, was als ”Abgasrückführung” bekannt ist (der Begriff ”AGR-Gas” wird im Weiteren verwendet, um das Abgas selbst, welches zurückgeführt wird, zu bezeichnen), um die Temperaturen im Zylinder während der Verbrennung zu verringern. Die primären Bestandteile von AGR-Gas sind Kohlendioxid (”CO2”) und Wasserdampf, plus Stickstoff und Restsauerstoff, welcher nicht durch den Kraftstoff in einem vorhergehenden Zyklus verbraucht wurde. Im Allgemeinen ist das Abgas im Wesentlichen inert. Kohlendioxid und Wasserdampf weisen hohe spezifische Wärmen gegenüber Luft auf. Insofern wird eine größere Menge an Energie benötigt, um die Temperatur dieser Komponenten zu erhöhen. Daher sind die Temperaturen im Zylinder während der Verbrennung niedriger, wenn diese Gase vorhanden sind, als dann, wenn sie nicht vorhanden sind. AGR-Gas kann verwendet werden, um Temperaturen im Zylinder zu verringernIn order to reduce NOx emissions, exhaust gas is recirculated, known as "exhaust gas recirculation" (the term "EGR gas" is used hereafter to refer to the exhaust gas itself being recirculated) to the temperatures in the cylinder during reduce the combustion. The primary constituents of EGR gas are carbon dioxide ("CO 2 ") and water vapor, plus nitrogen and residual oxygen, which was not consumed by the fuel in a previous cycle. In general, the exhaust gas is substantially inert. Carbon dioxide and water vapor have high specific heat to air. In this respect, a larger amount of energy is needed to increase the temperature of these components. Therefore, the temperatures in the cylinder during combustion are lower when these gases are present than when they are absent. EGR gas can be used to reduce temperatures in the cylinder

Um die Fähigkeit der AGR zu verbessern, die Temperatur im Zylinder zu steuern oder zu begrenzen, wird das AGR-Gas gewöhnlich durch einen AGR-Kühler geleitet, welcher Wärmeenergie von dem AGR-Gas abführt, bevor das AGR-Gas mit dem Ansauggas gemischt wird. Dies verringert die Temperatur des AGR-Gases und ermöglicht damit, dass das AGR-Gas während der Verbrennung mehr Energie aufnimmt, um die Temperatur im Zylinder wirksamer zu steuern und aufrechtzuerhalten.To improve the ability of the EGR to control or limit the temperature in the cylinder, the EGR gas is usually passed through an EGR cooler which dissipates heat energy from the EGR gas before the EGR gas is mixed with the intake gas , This reduces the temperature of the EGR gas and thereby allows the EGR gas to consume more energy during combustion to more effectively control and maintain the temperature in the cylinder.

Eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Viertakt-Verbrennungsmotors 10 zeigt 1. Wie dargestellt, weist der Motor 10 einen einzigen Abgaskrümmer 12 auf, der mit sämtlichen Auslassventilen 14 des Motors 10 gekoppelt ist. Der einzige Abgaskrümmer 12 sammelt alle Abgase, die von dem Motor 10 erzeugt werden. Ein Turbo-Strömungsweg (turbo flow path) 15 verbindet den Abgaskrümmer 12 mit der Turbine 16 des Turboladers 18. Ein AGR-Strömungsweg 20 verbindet den Abgaskrümmer 12 funktionsfähig mit dem Ansaugströmungsweg 22, um das AGR-Gas mit den Ansauggasen zu mischen. A schematic representation of a conventional four-stroke internal combustion engine 10 shows 1 , As shown, the engine points 10 a single exhaust manifold 12 on that with all the exhaust valves 14 of the motor 10 is coupled. The only exhaust manifold 12 collects all the exhaust gases from the engine 10 be generated. A turbo flow path 15 connects the exhaust manifold 12 with the turbine 16 of the turbocharger 18 , An EGR flow path 20 connects the exhaust manifold 12 functional with the intake flow path 22 to mix the EGR gas with the intake gases.

Ein Problem bei dieser gegenwärtigen Anordnung ist, dass das gesamte Motorabgas in einen einzigen Abgaskrümmer eingespeist wird, welcher sowohl mit dem AGR-Strömungsweg als auch mit dem Turbineneinlass-Strömungsweg verbunden ist. Das Problem besteht darin, dass jeder dieser Strömungswege spezifische Anforderungen für optimale Bedingungen stellt: (a) Für den AGR-Strömungsweg sind Abgase mit niedriger Temperatur und mit einem Druck wünschenswert, der gerade ausreichend ist, um den Ansaugkrümmerdruck zu überwinden und einen gerade ausreichenden AGR-Durchfluss aus dem Abgaskrümmer zum Ansaugkrümmer zu leiten, während (b) für die Turbine eine hohe Temperatur, ein hoher Druck und ein hoher Massendurchsatz wünschenswert sind, um die Leistung des Turboladers zu verbessern und den Druck im Ansaugkrümmer durch Turboaufladung zu erzeugen. Gegenwärtig sind die beiden Funktionen durch Verwendung des gemeinsamen Abgaskrümmers kombiniert, was zu einem Kompromiss führt. Der AGR-Kreis ist zu heiß und erfordert einen hohen Druck, um das AGR-Gas anzutreiben, während der Turbinenkreis zu kühl ist und der Druck zu niedrig ist, da der AGR-Kreis einen Teil des verfügbaren Druckes verbraucht hat. Die Notwendigkeit einer Unabhängigkeit wird deutlich, wenn man berücksichtigt, dass der Turbinenkreis den Ladedruck erzeugt, welchen der AGR-Kreis überwinden muss, und dass die zusätzliche Temperatur in dem AGR-Kreis über einen Wärmetauscher beseitigt werden muss. In Anbetracht dessen ist es klar, dass es sehr unwahrscheinlich ist, dass eine einzige Auslassventilsteuerung bei Verwendung eines gemeinsamen Krümmers sowohl die Anforderungen der AGR als auch die Anforderungen der Turbine gut erfüllen wird.A problem with this current arrangement is that all the engine exhaust gas is fed into a single exhaust manifold which is connected to both the EGR flowpath and the turbine inlet flowpath. The problem is that each of these flowpaths makes specific demands for optimal conditions: (a) For the EGR flowpath, low temperature exhaust gases and at a pressure just sufficient to overcome intake manifold pressure and just sufficient EGR are desirable To direct flow from the exhaust manifold to the intake manifold while (b) a high temperature, high pressure, and high mass flow rate are desirable for the turbine to improve turbocharger performance and turbocharging pressure in the intake manifold. At present, the two functions are combined by using the common exhaust manifold, resulting in a compromise. The EGR loop is too hot and requires a high pressure to drive the EGR gas while the turbine circuit is too cool and the pressure is too low as the EGR loop has consumed some of the available pressure. The need for independence becomes clear when one considers that the turbine circuit generates the boost pressure which the EGR cycle must overcome and that the additional temperature in the EGR cycle must be eliminated via a heat exchanger. In view of this, it is clear that it is very unlikely that a single exhaust valve control using a common manifold will well meet both the requirements of the EGR and the requirements of the turbine.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen Verbesserungen gegenüber dem gegenwärtigen Stand der Technik bereit, um die Verteilung der Abgase zur Turbine sowie zur Verwendung als AGR-Gase zu verbessern, zur Verbesserung der Kraftstoffwirtschaftlichkeit bei gleichzeitiger Reduzierung der Emissionen. Diese und weitere Vorteile der Erfindung sowie zusätzliche erfinderische Merkmale werden aus der hier gegebenen Beschreibung ersichtlich.Embodiments of the present invention provide improvements over the current state of the art to improve the distribution of exhaust gases to the turbine as well as for use as EGR gases to improve fuel economy while reducing emissions. These and other advantages of the invention as well as additional inventive features will be apparent from the description given herein.

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNGBRIEF SUMMARY OF THE INVENTION

Es werden neue und verbesserte Verbrennungsmotorsysteme und Verfahren zur Steuerung des Abgasstroms von Verbrennungsmotorsystemen bereitgestellt. Genauer, es werden neue und verbesserte Verbrennungsmotorsysteme und Verfahren zur Steuerung des Abgasstroms, welche einen geteilten Angasstrom verwenden, bereitgestellt. Die neuen und verbesserten Systeme und Verfahren sind dafür ausgebildet, das Abgas auf der Basis seines thermodynamischen Zustands zu trennen. Daher kann das thermodynamisch am besten geeignete Abgas verwendet werden, um die Turbine eines Turboladers anzutreiben, und das thermodynamisch am besten geeignete Abgas wird als AGR-Gas verwendet, um unter anderem die NOx-Emissionen zu reduzieren. Eine Erhöhung der Luftmenge in Dieselmotoren, die aufgrund einer erhöhten Turbinenleistung erreichbar ist, ermöglicht einen magereren Betrieb und eine potentiell verringerte Rußerzeugung.New and improved internal combustion engine systems and methods for controlling exhaust flow of internal combustion engine systems are provided. More specifically, new and improved combustion engine systems and methods of controlling exhaust flow using a split flow of ana are provided. The new and improved systems and methods are adapted to separate the exhaust gas based on its thermodynamic state. Therefore, the thermodynamically most suitable exhaust gas can be used to drive the turbine of a turbocharger, and the thermodynamically most suitable exhaust gas is used as the EGR gas, inter alia, to reduce NOx emissions. Increasing the amount of air in diesel engines, achievable due to increased turbine performance, allows for leaner operation and potentially reduced soot production.

Bei einer speziellen Ausführungsform wird ein Verbrennungsmotorsystem bereitgestellt, das einen Motorblock, ein Gasansaugsystem, eine Abgasanlage (Gasauslasssystem), eine Kurbelwelle und eine Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung (valve phaser device) aufweist. Der Motorblock definiert einen Zylinder. Das Gasansaugsystem weist einen Ansaugkrümmer, mindestens ein Einlassventil, das zwischen dem Zylinder und dem Ansaugkrümmer angeordnet ist, und eine Einlassventil-Steuerungsvorrichtung, die mit dem mindestens einen Einlassventil betriebsfähig gekoppelt ist, um das Öffnen und Schließen des Einlassventils zu steuern, auf. Die Abgasanlage weist einen Hochdruck-Abgaskrümmer, mindestens ein Hochdruckauslassventil, das zwischen dem Zylinder und dem Hochdruck-Abgaskrümmer angeordnet ist, und eine Hochdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung, die mit dem mindestens einen Hochdruckauslassventil betriebsfähig gekoppelt ist, um das Öffnen und Schließen des mindestens einen Hochdruckauslassventils zu steuern, auf. Die Abgasanlage weist außerdem einen Niederdruck-Abgaskrümmer, mindestens ein Niederdruckauslassventil, das zwischen dem Zylinder und dem Niederdruck-Abgaskrümmer angeordnet ist, und eine Niederdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung, die mit dem mindestens einen Niederdruckauslassventil betriebsfähig gekoppelt ist, um das Öffnen und Schließen des mindestens einen Niederdruckauslassventils zu steuern, auf. Die Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung ist mit der Einlassventil-Steuerungsvorrichtung und der Niederdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung betriebsfähig gekoppelt und ist dafür ausgebildet, die Betätigung des mindestens einen Einlassventils und des mindestens einen Niederdruckauslassventils relativ zu der Kurbelwelle gleichzeitig zurückzuverstellen oder vorzuverstellen.In a specific embodiment, an internal combustion engine system is provided that includes an engine block, a gas intake system, an exhaust system, a crankshaft, and a valve phaser device. The engine block defines a cylinder. The gas intake system includes an intake manifold, at least one intake valve disposed between the cylinder and the intake manifold, and an intake valve control device operably coupled to the at least one intake valve to control the opening and closing of the intake valve. The exhaust system includes a high pressure exhaust manifold, at least one high pressure exhaust valve disposed between the cylinder and the high pressure exhaust manifold, and a high pressure exhaust valve control device operably coupled to the at least one high pressure exhaust valve to open and close the at least one high pressure exhaust valve control, up. The exhaust system further includes a low pressure exhaust manifold, at least one low pressure exhaust valve disposed between the cylinder and the low pressure exhaust manifold, and a low pressure exhaust valve control device operably coupled to the at least one low pressure exhaust valve to open and close the at least one low pressure exhaust valve to control. The valve phase displacement device is operably coupled to the inlet valve control device and the low pressure outlet valve control device and is configured to control the actuation of the at least one of At the same time, the intake valve and the at least one low pressure exhaust valve are retarded or advanced relative to the crankshaft.

Durch Kopplung der Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung sowohl mit der Einlassventil-Steuerungsvorrichtung als auch mit mindestens der Niederdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung kann ein einfacheres und kostengünstigeres Steuerungssystem bereitgestellt werden, ohne den Motorwirkungsgrad oder die NOx- und Rußverringerung wesentlich zu beeinträchtigen.By coupling the valve phase displacement device with both the intake valve control device and at least the low pressure exhaust valve control device, a simpler and less expensive control system can be provided without significantly affecting engine efficiency or NOx and soot reduction.

Bei einer spezielleren Ausführungsform sind die Einlassventil-Steuerungsvorrichtung und die Niederdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung Nockenerhebungen auf einer Nockenwelle, und die Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung ist ein einziger Nockenwellen-Phasenschieber (cam phaser). Bei einer spezielleren Ausführungsform sind die Einlassventil-Steuerungsvorrichtung, die Hochdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung und die Niederdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung separate Nockenerhebungen auf einer einzigen Nockenwelle, und die einzige Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung ist ein einziger Nockenwellen-Phasenschieber.In a more specific embodiment, the intake valve control device and the low pressure exhaust valve control device are cam lobes on a camshaft, and the valve phase shifter is a single cam phaser. In a more specific embodiment, the intake valve control device, the high pressure exhaust valve control device, and the low pressure exhaust valve control device are separate cam lobes on a single camshaft, and the single valve phase shifter is a single camshaft phase shifter.

Bei einer Ausführungsform ist die einzige Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung ebenfalls mit der Einlassventil-Steuerungsvorrichtung, der Hochdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung und der Niederdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung betriebsfähig gekoppelt, und die einzige Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung ist dafür ausgebildet, die Betätigung des mindestens einen Einlassventils, des mindestens einen Hochdruckauslassventils und des mindestens einen Niederdruckauslassventils relativ zu der Kurbelwelle gleichzeitig zurückzuverstellen oder vorzuverstellen.In one embodiment, the single valve phase displacement device is also operably coupled to the inlet valve control device, the high pressure outlet valve control device, and the low pressure outlet valve control device, and the single valve phase displacement device is configured to control actuation of the at least one inlet valve, the at least one high pressure outlet valve, and of the at least one low-pressure exhaust valve relative to the crankshaft zurückverstellen or vorzuverstellen simultaneously.

Bei einer spezielleren Ausführungsform ist die Einlassventil-Steuerungsvorrichtung eine Nockenerhebung auf einer ersten Nockenwelle; die Hochdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung ist mindestens eine erste Nockenerhebung auf einer zweiten Nockenwelle, die dafür ausgebildet ist, die Betätigung des mindestens einen Hochdruckauslassventils zu steuern; und die Niederdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung ist mindestens eine zweite Nockenerhebung auf der zweiten Nockenwelle, die dafür ausgebildet ist, die Betätigung des mindestens einen Niederdruckauslassventils zu steuern. Die mindestens eine zweite Nockenerhebung auf der zweiten Nockenwelle ist anders gestaltet als die mindestens eine erste Nockenerhebung auf der zweiten Nockenwelle.In a more specific embodiment, the intake valve control device is a cam lobe on a first camshaft; the high pressure outlet valve control device is at least a first cam lobe on a second camshaft configured to control the actuation of the at least one high pressure outlet valve; and the low pressure outlet valve control device is at least one second cam lobe on the second camshaft configured to control the actuation of the at least one low pressure outlet valve. The at least one second cam lobe on the second camshaft is configured differently than the at least one first cam lobe on the second camshaft.

Bei einer Ausführungsform definiert der Motorblock mehrere Verbrennungszylinder. Bei dem mindestens einen Hochdruckauslassventil handelt es sich um mehrere Hochdruckauslassventile, wobei jeder Verbrennungszylinder mindestens ein Hochdruckauslassventil aufweist. Bei dem mindestens einen Niederdruckauslassventil handelt es sich um mehrere Niederdruckauslassventile, wobei jeder Verbrennungszylinder mindestens ein Niederdruckauslassventil aufweist. Bei der mindestens einen ersten Nockenerhebung auf der zweiten Nockenwelle handelt es sich um mehrere erste Nockenerhebungen, die den mehreren Hochdruckauslassventilen zugeordnet sind, und bei der mindestens einen zweiten Nockenerhebung auf der zweiten Nockenwelle handelt es sich um mehrere zweite Nockenerhebungen.In one embodiment, the engine block defines a plurality of combustion cylinders. The at least one high-pressure outlet valve is a plurality of high-pressure outlet valves, with each combustion cylinder having at least one high-pressure outlet valve. The at least one low-pressure outlet valve is a plurality of low-pressure outlet valves, each combustion cylinder having at least one low-pressure outlet valve. The at least one first cam lobe on the second camshaft is a plurality of first cam lobes associated with the plurality of high pressure exhaust valves, and the at least one second cam lobe on the second camshaft is a plurality of second cam lobes.

Bei einer weiteren Ausführungsform wird ein Verbrennungsmotorsystem bereitgestellt, das einen Verbrennungsmotor, ein Ansaugsystem, eine Abgasanlage, einen Turbolader und ein Abgasrückführsystem aufweist. Der Verbrennungsmotor definiert einen Verbrennungszylinder. Das Ansaugsystem führt dem Motor Ansauggase zu. Die Abgasanlage führt Abgase von dem Motor ab. Die Abgasanlage umfasst einen Hochdruck-Abgaskrümmer; ein Hochdruckauslassventil, das zwischen dem Verbrennungszylinder und dem Hochdruck-Abgaskrümmer angeordnet ist; einen Niederdruck-Abgaskrümmer; und ein Niederdruckauslassventil, das zwischen dem Verbrennungszylinder und dem Niederdruck-Abgaskrümmer angeordnet ist. Der Turbolader weist eine Turbine in der Abgasanlage auf, die mit dem Hochdruck-Abgaskrümmer in Fluidverbindung steht. Das Abgasrückführsystem (AGR-System) koppelt den Niederdruck-Abgaskrümmer fluidisch mit dem Luftansaugsystem. Das AGR-System weist kein zwischen dem Niederdruck-Abgaskrümmer und dem Luftansaugsystem angeordnetes Abgasrückführventil (AGR-Ventil) auf.In another embodiment, an internal combustion engine system is provided that includes an internal combustion engine, an intake system, an exhaust system, a turbocharger, and an exhaust gas recirculation system. The internal combustion engine defines a combustion cylinder. The intake system supplies the engine with intake gases. The exhaust system removes exhaust gases from the engine. The exhaust system includes a high pressure exhaust manifold; a high pressure exhaust valve disposed between the combustion cylinder and the high pressure exhaust manifold; a low pressure exhaust manifold; and a low pressure exhaust valve disposed between the combustion cylinder and the low pressure exhaust manifold. The turbocharger has a turbine in the exhaust system in fluid communication with the high pressure exhaust manifold. The exhaust gas recirculation (EGR) system fluidly couples the low pressure exhaust manifold to the air intake system. The EGR system does not include an exhaust gas recirculation (EGR) valve disposed between the low pressure exhaust manifold and the air intake system.

Bei dieser Ausführungsform entfällt das AGR-Ventil, womit ein teures Bauteil, das häufig Garantiereparaturen erfordert, aus dem Motorsystem entfernt wird. Auf das AGR-Ventil kann verzichtet werden, weil der Strom von AGR-Gas von der Abgasanlage zum Einlasssystem hauptsächlich durch die Niederdruckauslassventile gesteuert wird.In this embodiment eliminates the EGR valve, which is an expensive component that often requires warranty repairs, is removed from the engine system. The EGR valve may be eliminated because the flow of EGR gas from the exhaust system to the intake system is primarily controlled by the low pressure exhaust valves.

Bei einer spezielleren Ausführungsform weist das AGR-System einen Abgasrückführungskühler (AGR-Kühler) auf.In a more specific embodiment, the EGR system includes an exhaust gas recirculation cooler (EGR cooler).

Bei einer weiteren Ausführungsform wird ein Ventilsteuerungssystem bereitgestellt. Das Ventilsteuerungssystem ist dafür ausgebildet, das Öffnen und Schließen des Hochdruckauslassventils zu steuern und das Öffnen und Schließen des Niederdruckauslassventils zu steuern. Das Ventilsteuerungssystem ist dafür ausgebildet, den Öffnungs- und den Schließwinkel des Hochdruckauslassventils zu variieren, und dafür ausgebildet, den Öffnungs- und den Schließwinkel des Niederdruckauslassventils zu variieren. Dadurch werden die Teilmengen des Abgases eingestellt, die in den Hochdruck- bzw. in den Niederdruck-Abgaskrümmer eingelassen werden. In another embodiment, a valve control system is provided. The valve control system is configured to control the opening and closing of the high pressure outlet valve and to control the opening and closing of the low pressure outlet valve. The valve control system is configured to vary the opening and closing angles of the high pressure outlet valve and configured to vary the opening and closing angles of the low pressure outlet valve. As a result, the subsets of the exhaust gas are set, which are admitted into the high-pressure or in the low-pressure exhaust manifold.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Ventilsteuerungssystem dafür ausgebildet, das Öffnen und Schließen des Hochdruckauslassventils unabhängig von dem Öffnen und Schließen des Niederdruckauslassventils einzustellen. Insofern erfolgt die Steuerung des Hochdruck- und des Niederdruckauslassventils vollständig unabhängig und ohne eine mechanische Verbindung.In another embodiment, the valve control system is configured to adjust the opening and closing of the high pressure exhaust valve independently of the opening and closing of the low pressure exhaust valve. In this respect, the control of the high-pressure and the low-pressure outlet valve is completely independent and without a mechanical connection.

Bei einer Ausführungsform ist das Ventilsteuerungssystem dafür ausgebildet, das Öffnen und Schließen des Hochdruckauslassventils zurückzuverstellen oder vorzuverstellen, und ist dafür ausgebildet, das Öffnen und Schließen des Niederdruckauslassventils zurückzuverstellen oder vorzuverstellen.In one embodiment, the valve control system is configured to retract or advance the opening and closing of the high pressure exhaust valve and is configured to retract or advance the opening and closing of the low pressure exhaust valve.

Bei einer Ausführungsform ist ein Einlassventil vorgesehen. Das Ventilsteuerungssystem ist dafür ausgebildet, das Öffnen und Schließen des Einlassventils zu steuern.In one embodiment, an inlet valve is provided. The valve control system is configured to control the opening and closing of the intake valve.

Bei einer spezielleren Ausführungsform ist das Ventilsteuerungssystem dafür ausgebildet, gemeinsam das Öffnen und Schließen des Einlassventils zurückzuverstellen oder vorzuverstellen und das Öffnen und Schließen des Niederdruckauslassventils zurückzuverstellen oder vorzuverstellen, so dass die Steuerzeiten des Einlassventils und des Niederdruckauslassventils zusammen vorverstellt oder zurückverstellt werden müssen.In a more specific embodiment, the valve control system is configured to retard or advance the opening and closing of the intake valve and to retard or advance the opening and closing of the low pressure exhaust valve such that the timing of the intake valve and the low pressure exhaust valve must be advanced or retracted together.

Bei einer sogar noch spezielleren Ausführungsform ist das Ventilsteuerungssystem dafür ausgebildet, das Öffnen und Schließen des Hochdruckauslassventils unabhängig von einer eventuellen Zurückverstellung oder Vorverstellung des Öffnens und Schließens des Einlassventils zurückzuverstellen oder vorzuverstellen.In an even more specific embodiment, the valve control system is configured to retard or advance the opening and closing of the high pressure exhaust valve independently of any retard or advance of the opening and closing of the intake valve.

Bei einer Ausführungsform ist ein Umschaltsystem innerhalb des AGR-Systems vorgesehen. Das Umschaltsystem ist dafür ausgebildet, in einem ersten Zustand den Niederdruck-Abgaskrümmer mit dem Luftansaugsystem fluidisch zu verbinden und in einem zweiten Zustand den Niederdruck-Abgaskrümmer mit einem Abgasauslass stromabwärts der Turbine fluidisch zu verbinden. Das Umschaltsystem ist nicht in der Lage, die Durchflussmenge von dem Niederdruck-Abgaskrümmer zu dem Luftansaugsystem durch das Umschaltsystem hindurch inkrementell einzustellen. Bei dieser Ausführungsform weist das Umschaltsystem kein AGR-Ventil auf.In one embodiment, a switching system is provided within the EGR system. The switching system is configured to fluidly connect the low pressure exhaust manifold to the air induction system in a first state and fluidly connect the low pressure exhaust manifold to an exhaust outlet downstream of the turbine in a second state. The switching system is incapable of incrementally adjusting the flow rate from the low pressure exhaust manifold to the air induction system through the switching system. In this embodiment, the switching system does not have an EGR valve.

Bei einer Ausführungsform weist das AGR-System ein Umschaltsystem auf. Das Umschaltsystem ist dafür ausgebildet, in einem ersten Zustand den Niederdruck-Abgaskrümmer mit dem Luftansaugsystem fluidisch zu verbinden und in einem zweiten Zustand den Niederdruck-Abgaskrümmer mit der Abgasanlage stromaufwärts der Turbine fluidisch zu verbinden. Das Umschaltsystem ist nicht in der Lage, seine Durchflussmenge inkrementell einzustellen.In one embodiment, the EGR system includes a switching system. The switching system is configured to fluidly connect the low pressure exhaust manifold to the air induction system in a first state and fluidly connect the low pressure exhaust manifold to the exhaust system upstream of the turbine in a second state. The transfer system is unable to incrementally adjust its flow rate.

Bei einer spezielleren Ausführungsform ist das Umschaltsystem ferner dafür ausgebildet, in einem dritten Zustand den Niederdruck-Abgaskrümmer mit der Abgasanlage stromabwärts der Turbine fluidisch zu verbinden.In a more specific embodiment, the switching system is further configured to fluidly connect the low pressure exhaust manifold to the exhaust system downstream of the turbine in a third state.

Bei einer Ausführungsform ist die fluidische Kopplung zwischen dem Niederdruck-Abgaskrümmer und dem Luftansaugsystem frei von Ventilen.In one embodiment, the fluidic coupling between the low pressure exhaust manifold and the air intake system is free of valves.

Bei einer Ausführungsform ist eine Niederdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung mit dem mindestens einen Niederdruckauslassventil betriebsfähig gekoppelt, um das Öffnen und Schließen des Niederdruckauslassventils zu steuern. Die Niederdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung ist dafür ausgebildet, die Niederdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung an oder nach einem unteren Totpunkt eines Kolbens innerhalb des Verbrennungszylinders eines Viertaktmotors zu öffnen.In one embodiment, a low pressure outlet valve control device is operably coupled to the at least one low pressure outlet valve to control the opening and closing of the low pressure outlet valve. The low-pressure outlet valve control device is configured to open the low-pressure outlet valve control device at or after a bottom dead center of a piston within the combustion cylinder of a four-cycle engine.

Bei einer weiteren spezielleren Ausführungsform wird ein Verfahren zur Steuerung des Abgasstroms von einem Verbrennungsmotorsystem bereitgestellt. Das Motorsystem umfasst ein Ansaugsystem; eine Hochdruck-Abgasanlage, die ein Hochdruckauslassventil aufweist, das betriebsfähig mit einer Turbine eines Turboladers in Fluidverbindung steht; und eine Niederdruck-Abgasanlage, die ein Niederdruckauslassventil aufweist, das durch ein Abgasrückführsystem (AGR-System) betriebsfähig mit dem Ansaugsystem in Fluidverbindung steht. Das Verfahren umfasst das Antreiben der Turbine mit einem ersten Abgasstrom, der durch die Hochdruck-Abgasanlage strömt und eine erste thermodynamische Kenngröße mit einem ersten Wert aufweist; und das Rückführen eines zweiten Abgasstroms zu dem Ansaugsystem über das AGR-System von der Niederdruck-Abgasanlage, wobei der zweite Abgasstrom einen zweiten Wert der ersten thermodynamischen Kenngröße aufweist, wobei der zweite Wert von dem ersten Wert verschieden ist.In another more specific embodiment, a method of controlling exhaust flow from an internal combustion engine system is provided. The engine system includes an intake system; a high pressure exhaust system having a high pressure outlet valve operable with a turbine of a Turbocharger is in fluid communication; and a low pressure exhaust system including a low pressure exhaust valve operatively connected to the intake system by an exhaust gas recirculation (EGR) system. The method includes driving the turbine with a first exhaust stream flowing through the high pressure exhaust system and having a first thermodynamic characteristic having a first value; and returning a second exhaust stream to the intake system via the EGR system from the low pressure exhaust system, the second exhaust stream having a second value of the first thermodynamic characteristic, the second value being different from the first value.

Bei einem spezielleren Verfahren ist die erste thermodynamische Kenngröße die Entropie, und der erste Wert ist größer als der zweite Wert. Bei einem weiteren Verfahren ist der erste Wert um mindestens 50 J/(kg·K) größer als der zweite Wert.In a more specific method, the first thermodynamic characteristic is entropy and the first value is greater than the second value. In another method, the first value is at least 50 J / (kg · K) greater than the second value.

Bei einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zur Steuerung des Abgasstroms von einem Verbrennungsmotorsystem bereitgestellt. Das Motorsystem umfasst ein Ansaugsystem; eine Hochdruck-Abgasanlage, die ein Hochdruckauslassventil (”HD-Auslassventil”) aufweist, das betriebsfähig mit einer Turbine eines Turboladers in Fluidverbindung steht, und eine Niederdruck-Abgasanlage, die ein Niederdruckauslassventil aufweist, das durch ein Abgasrückführsystem (AGR-System) betriebsfähig mit dem Ansaugsystem in Fluidverbindung steht. Das Verfahren umfasst das Antreiben der Turbine des Turboladers mit einer ersten Teilmenge von Abgas, die aus dem Verbrennungsmotor über das HD-Auslassventil ausgestoßen wird; das Rückführen einer zweiten Teilmenge von Abgas, die aus dem Verbrennungsmotor über das ND-Auslassventil in das Ansaugsystem über das AGR-System ausgestoßen wird; das Empfangen eines Ansauggasdruck-Sollwertes, der einen gewünschten Ansauggasdruck darstellt; und das Phasing (Verschiebung der Steuerzeiten, Phasenverschiebung) des HD-Auslassventils auf der Basis des Ansauggasdruck-Sollwertes, um einen Durchfluss der ersten Teilmenge von Abgas mit einer ausreichenden Durchflussrate bereitzustellen, um die Turbine mit ausreichender Energie anzutreiben, um den gewünschten Ansauggasdruck zu gewährleisten.In another embodiment, a method of controlling exhaust flow from an internal combustion engine system is provided. The engine system includes an intake system; a high pressure exhaust system including a high pressure exhaust valve ("HP exhaust valve") operably fluidly connected to a turbine of a turbocharger and a low pressure exhaust system including a low pressure exhaust valve operable by an exhaust gas recirculation (EGR) system the suction system is in fluid communication. The method includes driving the turbine of the turbocharger with a first subset of exhaust gas expelled from the internal combustion engine via the HP exhaust valve; returning a second subset of exhaust gas expelled from the internal combustion engine via the LP exhaust valve to the intake system via the EGR system; receiving an intake gas pressure setpoint representing a desired intake gas pressure; and phasing (shifting the timing, phase shifting) the HP exhaust valve based on the intake gas pressure setpoint to provide flow of the first portion of exhaust gas at a sufficient flow rate to drive the turbine with sufficient energy to provide the desired intake gas pressure ,

Bei einer spezielleren Ausführungsform umfasst das Verfahren das Messen eines Ansauggasdruck-Istwertes; das Vergleichen des Ansauggasdruck-Istwertes mit dem Ansauggasdruck-Sollwert; und das Verstellen des Phasings des HD-Auslassventils, falls der Ansauggasdruck-Istwert außerhalb eines vorgegebenen Bereiches des Ansauggasdruck-Sollwertes liegt.In a more specific embodiment, the method includes measuring an intake gas pressure actual value; comparing the intake gas pressure actual value with the intake gas pressure target value; and adjusting the phasing of the HP exhaust valve if the intake gas pressure actual value is out of a predetermined range of the intake gas pressure setpoint.

Bei einer Ausführungsform umfasst der Schritt des Verstellens des Phasings des HD-Auslassventils das Vorverstellen des Phasings des HD-Auslassventils, falls der Ansauggasdruck-Istwert kleiner als der vorgegebene Bereich ist. Zusätzlich kann der Schritt des Verstellens des Phasings des HD-Auslassventils das Zurückverstellen des Phasings des HD-Auslassventils beinhalten, falls der Ansauggasdruck-Istwert größer als der vorgegebene Bereich ist.In one embodiment, the step of adjusting the phasing of the HP exhaust valve includes advancing the phasing of the HP exhaust valve if the intake gas pressure actual value is less than the predetermined range. In addition, the step of adjusting the phasing of the high-pressure exhaust valve may include retarding the phasing of the high-pressure exhaust valve if the intake gas pressure actual value is larger than the predetermined range.

Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner das Messen des Druckes und der Temperatur der ersten Teilmenge von Abgas. Außerdem umfasst das Phasing des HD-Auslassventils das Bestimmen einer Phase unter Verwendung des Ansauggasdruck-Sollwertes, des gemessenen Druckes, der gemessenen Temperatur und eines theoretischen Modells der Steuerung des Ansauggasdruckes. Das Verfahren umfasst außerdem das Messen eines Ansauggasdruck-Istwertes; das Vergleichen des Ansauggasdruck-Sollwertes mit dem Ansauggasdruck-Istwert; und das Modifizieren des theoretischen Modells der Steuerung des Ansauggasdruckes auf der Basis von Abweichungen zwischen dem Ansauggasdruck-Sollwert und dem Ansauggasdruck-Istwert. Dieses Verfahren ermöglicht eine adaptive Vorwärtsregelung (adaptive feedforward control).In an embodiment, the method further comprises measuring the pressure and the temperature of the first subset of exhaust gas. In addition, the phasing of the HP exhaust valve includes determining a phase using the intake gas pressure setpoint, the measured pressure, the measured temperature, and a theoretical model of intake gas pressure control. The method also includes measuring an intake gas pressure actual value; comparing the intake gas pressure setpoint with the intake gas pressure actual value; and modifying the theoretical model of control of intake gas pressure based on deviations between the intake gas pressure setpoint and the intake gas pressure actual value. This method allows for adaptive feedforward control.

Bei einer spezielleren Ausführungsform werden der Druck und die Temperatur der ersten Teilmenge von Abgas innerhalb eines HD-Abgaskrümmers abgetastet, der zwischen dem HD-Auslassventil und der Turbine des Turboladers angeordnet ist.In a more specific embodiment, the pressure and temperature of the first subset of exhaust gas are sensed within an HP exhaust manifold disposed between the HP exhaust valve and the turbine of the turbocharger.

Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst der Schritt des Modifizierens des theoretischen Modells der Steuerung des Ansauggasdruckes das Einstellen von Konstanten innerhalb des theoretischen Modells der Steuerung des Ansauggasdruckes.In another embodiment, the step of modifying the theoretical model of intake gas pressure control comprises adjusting constants within the theoretical model of intake gas pressure control.

Bei einer Ausführungsform umfasst der Schritt des Phasings des HD-Auslassventils das Bestimmen eines vorhergesagten Phasings des HD-Auslassventils unter Verwendung eines theoretischen Modells der Steuerung des Ansauggasdruckes.In one embodiment, the step of phasing the HP exhaust valve includes determining a predicted phasing of the HP exhaust valve using a theoretical model of intake gas pressure control.

Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner: Messen des Druckes und der Temperatur der ersten Teilmenge von Abgas; und wobei das Bestimmen des Phasings des HD-Auslassventils das Verwenden des Ansauggasdruck-Sollwertes, des gemessenen Druckes und der gemessenen Temperatur der ersten Teilmenge von Abgas und des theoretischen Modells der Steuerung des Ansauggasdruckes beinhaltet.In an embodiment, the method further comprises: measuring the pressure and the temperature of the first subset of exhaust gas; and wherein determining the phasing of the HP exhaust valve is using of the suction gas pressure target value, the measured pressure and the measured temperature of the first subset of exhaust gas, and the theoretical model of the control of the intake gas pressure.

Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner: Messen eines Ansauggasdruck-Istwertes; Vergleichen des Ansauggasdruck-Sollwertes mit dem Ansauggasdruck-Istwert; und Modifizieren des theoretischen Modells der Steuerung des Ansauggasdruckes auf der Basis von Abweichungen zwischen dem Ansauggasdruck-Sollwert und dem Ansauggasdruck-Istwert.In one embodiment, the method further comprises: measuring an intake gas pressure actual value; Comparing the intake gas pressure setpoint with the intake gas pressure actual value; and modifying the theoretical model of control of intake gas pressure based on deviations between the intake gas pressure setpoint and the intake gas pressure actual value.

Bei einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zur Steuerung des Abgasstroms von einem Verbrennungsmotorsystem bereitgestellt. Das Motorsystem umfasst ein Ansaugsystem; eine Hochdruck-Abgasanlage, die ein Hochdruckauslassventil (”HD-Auslassventil”) aufweist, das betriebsfähig mit einer Turbine eines Turboladers in Fluidverbindung steht, und eine Niederdruck-Abgasanlage, die ein Niederdruckauslassventil aufweist, das durch ein Abgasrückführsystem (AGR-System) betriebsfähig mit dem Ansaugsystem in Fluidverbindung steht. Das Verfahren umfasst das Antreiben der Turbine des Turboladers mit einer ersten Teilmenge von Abgas, die aus dem Verbrennungsmotor über das HD-Auslassventil ausgestoßen wird; das Rückführen einer zweiten Teilmenge von Abgas, die aus dem Verbrennungsmotor über das ND-Auslassventil in das Ansaugsystem über das AGR-System ausgestoßen wird; das Empfangen eines Sollwertes der AGR-Durchflussrate; und das Phasing des ND-Auslassventils, um eine Durchflussrate der zweiten Teilmenge von Abgas bei einer ausreichenden Durchflussrate und einem thermodynamischem Zustand bereitzustellen, um dem Ansaugsystem AGR-Gas bei dem Sollwert der AGR-Durchflussrate zuzuführen.In another embodiment, a method of controlling exhaust flow from an internal combustion engine system is provided. The engine system includes an intake system; a high pressure exhaust system including a high pressure exhaust valve ("HP exhaust valve") operably fluidly connected to a turbine of a turbocharger and a low pressure exhaust system including a low pressure exhaust valve operable by an exhaust gas recirculation (EGR) system the suction system is in fluid communication. The method includes driving the turbine of the turbocharger with a first subset of exhaust gas expelled from the internal combustion engine via the HP exhaust valve; returning a second subset of exhaust gas expelled from the internal combustion engine via the LP exhaust valve to the intake system via the EGR system; receiving a setpoint of the EGR flow rate; and phasing the LP exhaust valve to provide a flow rate of the second subset of exhaust gas at a sufficient flow rate and thermodynamic state to supply the intake system with EGR gas at the EGR flow rate set point.

Bei einer spezielleren Ausführungsform umfasst das Verfahren das Messen eines Temperaturistwertes der zweiten Teilmenge von Abgas; das Vergleichen des Temperaturistwertes mit einem Temperatursollwert; und das Verstellen des Phasings des HD- und/oder ND-Auslassventils, falls der Temperaturistwert nicht innerhalb eines vorgegebenen Bereiches des Temperatursollwertes liegt.In a more specific embodiment, the method comprises measuring a temperature actual value of the second subset of exhaust gas; comparing the actual temperature value with a temperature setpoint value; and adjusting the phasing of the HP and / or LP exhaust valves if the actual temperature value is not within a predetermined range of the temperature setpoint.

Bei einer sogar noch spezielleren Ausführungsform umfasst der Schritt des Verstellens des Phasings des HD- und/oder ND-Auslassventils das Zurückverstellen des Phasings des HD-Auslassventils und entweder das Vorverstellen oder das Zurückverstellen des ND-Auslassventils, falls die AGR-Isttemperatur größer als der vorgegebene Bereich ist.In an even more specific embodiment, the step of adjusting the phasing of the HP and / or LP exhaust valves includes retarding the phasing of the HP exhaust valve and either advancing or retarding the LP exhaust valve if the actual EGR temperature is greater than that given range is.

Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst der Schritt des Verstellens des Phasings des HD- und/oder ND-Auslassventils das Vorverstellen des Phasings des HD-Auslassventils und entweder das Vorverstellen oder das Zurückverstellen des ND-Auslassventils, falls die AGR-Isttemperatur kleiner als der vorgegebene Bereich ist.In another embodiment, the step of adjusting the phasing of the HP and / or LP exhaust valves includes advancing the phasing of the HP exhaust valve and either advancing or retarding the LP exhaust valve if the actual EGR temperature is less than the predetermined range is.

Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Messen eines Istwertes der AGR-Durchflussrate der zweiten Teilmenge von Abgas; das Vergleichen des Istwertes der AGR-Durchflussrate mit dem Sollwert der AGR-Durchflussrate; und das Verstellen des Phasings des HD- und/oder ND-Auslassventils, falls der Istwert der AGR-Durchflussrate nicht innerhalb eines vorgegebenen Bereiches des Sollwertes der AGR-Durchflussrate liegt.In an embodiment, the method includes measuring an actual EGR flow rate of the second subset of exhaust gas; comparing the actual value of the EGR flow rate with the target value of the EGR flow rate; and adjusting the phasing of the HP and / or LP exhaust valves if the actual EGR flow rate is not within a predetermined range of the EGR flow rate setpoint.

Bei einer Ausführungsform umfasst der Schritt des Verstellens des Phasings des HD- und/oder ND-Auslassventils das Zurückverstellen des Phasings des HD-Auslassventils und entweder das Vorverstellen oder das Zurückverstellen des ND-Auslassventils, falls der Istwert der AGR-Durchflussrate größer als der vorgegebene Bereich ist.In one embodiment, the step of adjusting the phasing of the HP and / or LP exhaust valves comprises re-adjusting the phasing of the HP exhaust valve and either advancing or retarding the LP exhaust valve if the actual EGR flow rate is greater than the predetermined one Area is.

Bei einer anderen Ausführungsform umfasst der Schritt des Verstellens des Phasings des HD- und/oder ND-Auslassventils das Vorverstellen des Phasings des HD-Auslassventils und entweder das Vorverstellen oder das Zurückverstellen des ND-Auslassventils, falls der Istwert der AGR-Durchflussrate kleiner als der vorgegebene Bereich ist.In another embodiment, the step of adjusting the phasing of the HP and / or LP exhaust valves includes advancing the phasing of the HP exhaust valve and either advancing or retarding the LP exhaust valve if the actual EGR flow rate is less than that given range is.

Bei einer anderen Ausführungsform umfasst das Verfahren das Messen eines Druckistwertes und eines Temperaturistwertes der zweiten Teilmenge von Abgas, und das Phasing des HD- und/oder ND-Auslassventils umfasst das Bestimmen einer Phase unter Verwendung des Sollwertes der AGR-Durchflussrate, des Druckistwertes, des Temperaturistwertes und eines theoretischen Modells der Steuerung des AGR-Durchflusses. Das Verfahren umfasst ferner das Messen eines Istwertes der AGR-Durchflussrate; das Vergleichen des Sollwertes der AGR-Durchflussrate mit dem Istwert der AGR-Durchflussrate; und das Modifizieren des theoretischen Modells der Steuerung des AGR-Durchflusses auf der Basis von Abweichungen zwischen dem Sollwert der AGR-Durchflussrate und dem Istwert der AGR-Durchflussrate.In another embodiment, the method includes measuring a pressure actual value and a temperature actual value of the second subset of exhaust gas, and phasing the HP and / or LP exhaust valves comprises determining a phase using the setpoint EGR flow rate, pressure actual value, Temperature actual value and a theoretical model of the control of the EGR flow. The method further comprises measuring an actual value of the EGR flow rate; comparing the setpoint value of the EGR flow rate with the actual value of the EGR flow rate; and modifying the theoretical model of EGR flow control based on deviations between the EGR flow rate setpoint and the EGR flowrate actual value.

Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren das Vergleichen des Temperaturistwertes mit einem Temperatursollwert; und das Verstellen des Phasings des HD- und/oder ND-Auslassventils, falls der Temperaturistwert nicht innerhalb eines vorgegebenen Bereiches des Temperatursollwertes liegt. In a further embodiment, the method comprises comparing the actual temperature value with a temperature setpoint value; and adjusting the phasing of the HP and / or LP exhaust valves if the actual temperature value is not within a predetermined range of the temperature setpoint.

Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst der Schritt des Verstellens des Phasings des HD- und/oder ND-Auslassventils das Zurückverstellen des Phasings des HD-Auslassventils und entweder das Vorverstellen oder das Zurückverstellen des ND-Auslassventils, falls die AGR-Isttemperatur größer als der vorgegebene Bereich ist.In another embodiment, the step of adjusting the phasing of the HP and / or LP exhaust valves includes retarding the phasing of the HP exhaust valve and either advancing or retarding the LP exhaust valve if the actual EGR temperature is greater than the predetermined range is.

Bei einer anderen Ausführungsform umfasst das Verfahren das Vergleichen des Temperaturistwertes mit einem Temperatursollwert; und das Modifizieren des theoretischen Modells der Steuerung des AGR-Durchflusses, falls der Temperaturistwert nicht innerhalb eines vorgegebenen Bereiches des Temperatursollwertes liegt.In another embodiment, the method includes comparing the actual temperature value to a temperature setpoint value; and modifying the theoretical model of EGR flow control if the actual temperature value is not within a predetermined range of the temperature setpoint.

Bei weiteren Ausführungsformen kann die NOx-Erzeugung überwacht werden, und die Ventilsteuerzeiten sowohl des Hochdruck- als auch des Niederdruckauslassventils können verstellt werden, wenn die NOx-Pegel über einem vorgegebenen Schwellenwert liegen. In manchen Fällen umfasst der Schritt des Verstellens des Phasings des HD- und/oder ND-Auslassventils das Vorverstellen des Phasings des HD-Auslassventils und entweder das Vorverstellen oder das Zurückverstellen des Phasings des ND-Auslassventils, falls ein gemessener Pegel von NOx größer als der vorgegebene Schwellenwert ist. Dies bewirkt dann, dass eine größere Menge an Abgasen als AGR-Gas verwendet wird, was zusätzlich zur Reduzierung der NOx-Emissionen beitragen sollte.In other embodiments, the NOx generation may be monitored, and the valve timing of both the high pressure and low pressure exhaust valves may be adjusted when the NOx levels are above a predetermined threshold. In some cases, the step of adjusting the phasing of the HP and / or LP exhaust valves includes advancing the phasing of the HP exhaust valve and either advancing or retarding the phasing of the LP exhaust valve if a measured level of NOx is greater than that is predetermined threshold. This then causes a greater amount of exhaust gases to be used as the EGR gas, which should additionally contribute to reducing NOx emissions.

Ferner können die gemessenen NOx-Pegel verwendet werden, um beliebige theoretische Modelle anzupassen, welche die AGR-Steuerung betreffen, und insbesondere ein theoretisches Modell der Steuerung des AGR-Durchflusses.Further, the measured NOx levels may be used to adjust any theoretical models pertaining to EGR control and, in particular, a theoretical model of EGR flow control.

Bei einem spezielleren Verfahren umfasst das Verfahren ferner: Messen eines gemessenen NOx-Wertes in dem Abgas; und Vergleichen des gemessenen NOx-Wertes mit einem vorgegebenen NOx-Schwellenwert; und Verstellen des Phasings des HD-Auslassventils, falls der gemessene NOx-Wert über dem vorgegebenen NOx-Schwellenwert liegt.In a more specific method, the method further comprises: measuring a measured NOx value in the exhaust gas; and comparing the measured NOx value with a predetermined NOx threshold value; and adjusting the phasing of the HP exhaust valve if the measured NOx value is above the predetermined NOx threshold.

Bei einem weiteren, spezielleren Verfahren umfasst der Schritt des Verstellens des Phasings des HD-Auslassventils das Zurückverstellen des Phasings des HD-Auslassventils.In another, more specific method, the step of adjusting the phasing of the HP exhaust valve includes re-adjusting the phasing of the HP exhaust valve.

Bei einem spezielleren Verfahren umfasst das Verfahren ferner das Modifizieren eines theoretischen Modells der Steuerung des AGR-Durchflusses auf der Basis von Abweichungen zwischen dem gemessenen NOx-Wert und dem vorgegebenen NOx-Schwellenwert.In a more specific method, the method further comprises modifying a theoretical model of EGR flow control based on deviations between the measured NOx value and the predetermined NOx threshold.

Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner das Verstellen des Phasings des ND-Auslassventils, falls der gemessene NOx-Wert über dem vorgegebenen NOx-Schwellenwert liegt.In one embodiment, the method further comprises adjusting the phasing of the LP exhaust valve if the measured NOx value is above the predetermined NOx threshold.

Bei einer Ausführungsform umfassen die Schritte des Verstellens des Phasings des HD- und des ND-Auslassventils das Vorverstellen oder Zurückverstellen des HD-Auslassventils, während das Phasing des ND-Auslassventils vorverstellt wird.In one embodiment, the steps of adjusting the phasing of the HP and LP exhaust valves include advancing or retarding the HP exhaust valve while advancing the phasing of the LP exhaust valve.

Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner: Messen eines gemessenen NOx-Wertes in dem Abgas; und Vergleichen des gemessenen NOx-Wertes mit einem vorgegebenen NOx-Schwellenwert; und Verstellen des Phasings des ND-Auslassventils, falls der gemessene NOx-Wert über dem vorgegebenen NOx-Schwellenwert liegt.In an embodiment, the method further comprises: measuring a measured NOx value in the exhaust gas; and comparing the measured NOx value with a predetermined NOx threshold value; and adjusting the phasing of the LP exhaust valve if the measured NOx value is above the predetermined NOx threshold.

Bei einer anderen Ausführungsform wird ein Verbrennungsmotorsystem bereitgestellt, das vollständig unabhängige variable Ventilsteuerzeiten gewährleistet. Der Verbrennungsmotor weist einen Motorblock, ein Gasansaugsystem, eine Abgasanlage, eine Kurbelwelle und mindestens eine Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung (valve phaser device) auf. Der Motorblock definiert einen Verbrennungszylinder. Das Gasansaugsystem weist einen Ansaugkrümmer, mindestens ein Einlassventil, das zwischen dem Zylinder und dem Ansaugkrümmer angeordnet ist, und eine Einlassventil-Steuerungsvorrichtung, die mit dem mindestens einen Einlassventil betriebsfähig gekoppelt ist, um das Öffnen und Schließen des Einlassventils zu steuern, auf. Die Abgasanlage weist einen Hochdruck-Abgaskrümmer, mindestens ein Hochdruckauslassventil, das zwischen dem Zylinder und dem Hochdruck-Abgaskrümmer angeordnet ist, und eine Hochdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung, die mit dem mindestens einen Hochdruckauslassventil betriebsfähig gekoppelt ist, um das Öffnen und Schließen des mindestens einen Hochdruckauslassventils zu steuern, auf. Die Abgasanlage weist ferner einen Niederdruck-Abgaskrümmer, mindestens ein Niederdruckauslassventil, das zwischen dem Zylinder und dem Niederdruck-Abgaskrümmer angeordnet ist, und eine Niederdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung, die mit dem mindestens einen Niederdruckauslassventil betriebsfähig gekoppelt ist, um das Öffnen und Schließen des mindestens einen Niederdruckauslassventils zu steuern, auf. Die mindestens eine Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung ist mit der Einlassventil-Steuerungsvorrichtung, der Hochdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung und der Niederdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung betriebsfähig gekoppelt und ist dafür ausgebildet, die Betätigung des mindestens einen Einlassventils, des mindestens einen Hochdruckauslassventils und des mindestens einen Niederdruckauslassventils unabhängig relativ zu der Kurbelwelle zurückzuverstellen oder vorzuverstellen.In another embodiment, an internal combustion engine system is provided that ensures fully independent variable valve timing. The internal combustion engine includes an engine block, a gas intake system, an exhaust system, a crankshaft and at least one valve phaser device. The engine block defines a combustion cylinder. The gas intake system includes an intake manifold, at least one intake valve disposed between the cylinder and the intake manifold, and an intake valve. A control device operably coupled to the at least one intake valve to control the opening and closing of the intake valve. The exhaust system includes a high pressure exhaust manifold, at least one high pressure exhaust valve disposed between the cylinder and the high pressure exhaust manifold, and a high pressure exhaust valve control device operably coupled to the at least one high pressure exhaust valve to open and close the at least one high pressure exhaust valve control, up. The exhaust system further includes a low pressure exhaust manifold, at least one low pressure exhaust valve disposed between the cylinder and the low pressure exhaust manifold, and a low pressure exhaust valve control device operably coupled to the at least one low pressure exhaust valve to open and close the at least one low pressure exhaust valve to control. The at least one valve-phase shifting device is operably coupled to the intake valve control device, the high-pressure exhaust valve control device, and the low-pressure exhaust valve control device, and is configured to independently actuate the at least one intake valve, the at least one high-pressure exhaust valve, and the at least one low-pressure exhaust valve relative to the crankshaft retract or advance.

Bei der mindestens einen Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung kann es sich um eine oder mehrere Vorrichtungen handeln. Zum Beispiel weist bei einer spezielleren Ausführungsform die Einlassventil-Steuerungsvorrichtung eine erste Nockenwelle auf, die Hochdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung weist eine zweite Nockenwelle auf, und die Niederdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung weist eine dritte Nockenwelle auf. Die mindestens eine Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung umfasst eine Vielzahl von Vorrichtungen, wobei jede der Vorrichtungen nur die Steuerzeiten einer der Nockenwellen steuert. Genauer, die mindestens eine Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung weist einen ersten, einen zweiten und einen dritten Nockenwellen-Phasenschieber (cam phaser) auf. Der erste Nockenwellen-Phasenschieber ist nur mit der ersten Nockenwelle betriebsfähig gekoppelt, um die Betätigung nur des mindestens einen Einlassventils zurückzuverstellen oder vorzuverstellen, unabhängig von dem mindestens einen Hochdruckauslassventil und dem mindestens einen Niederdruckauslassventil. Der zweite Nockenwellen-Phasenschieber ist nur mit der zweiten Nockenwelle betriebsfähig gekoppelt, um die Betätigung nur des mindestens einen Hochdruckauslassventils zurückzuverstellen oder vorzuverstellen, unabhängig von dem mindestens einen Niederdruckauslassventil und dem mindestens einen Einlassventil. Der dritte Nockenwellen-Phasenschieber ist nur mit der dritten Nockenwelle betriebsfähig gekoppelt, um die Betätigung nur des mindestens einen Niederdruckauslassventils zurückzuverstellen oder vorzuverstellen, unabhängig von dem mindestens einen Hochdruckauslassventil und dem mindestens einen Einlassventil.The at least one valve-phase shifting device may be one or more devices. For example, in a more specific embodiment, the intake valve control device has a first camshaft, the high pressure exhaust valve control device has a second camshaft, and the low pressure exhaust valve control device has a third camshaft. The at least one valve-phase shifting device comprises a plurality of devices, each of which controls only the timing of one of the camshafts. More specifically, the at least one valve-phase shifter includes first, second, and third camshaft phasers. The first camshaft phaser is operably coupled only to the first camshaft to retard or advance actuation of only the at least one intake valve independently of the at least one high pressure exhaust valve and the at least one low pressure exhaust valve. The second camshaft phaser is operably coupled to only the second camshaft to retard or advance the actuation of only the at least one high pressure exhaust valve independently of the at least one low pressure exhaust valve and the at least one inlet valve. The third camshaft phaser is operably coupled only to the third camshaft to retard or advance the actuation of only the at least one low pressure exhaust valve independently of the at least one high pressure outlet valve and the at least one inlet valve.

Bei einer alternativen Ausführungsform können die erfinderischen Aspekte auf einen Verbrennungsmotor angewendet werden, welcher keine einstellbaren Einlassventile aufweist, wie etwa einen Zweitakt-Dieselmotor. Das Verbrennungsmotorsystem weist einen Motorblock, der einen Verbrennungszylinder definiert, ein Gasansaugsystem, das einen Ansaugkrümmer aufweist, eine Abgasanlage, eine Kurbelwelle und mindestens eine Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung auf. Die Abgasanlage weist einen Hochdruck-Abgaskrümmer, mindestens ein Hochdruckauslassventil, das zwischen dem Zylinder und dem Hochdruck-Abgaskrümmer angeordnet ist, und eine Hochdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung, die mit dem mindestens einen Hochdruckauslassventil betriebsfähig gekoppelt ist, um das Öffnen und Schließen des mindestens einen Hochdruckauslassventils zu steuern, auf. Die Abgasanlage weist außerdem einen Niederdruck-Abgaskrümmer, mindestens ein Niederdruckauslassventil, das zwischen dem Zylinder und dem Niederdruck-Abgaskrümmer angeordnet ist, und eine Niederdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung, die mit dem mindestens einen Niederdruckauslassventil betriebsfähig gekoppelt ist, um das Öffnen und Schließen des mindestens einen Niederdruckauslassventils zu steuern, auf. Die mindestens eine Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung ist mit der Hochdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung und der Niederdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung betriebsfähig gekoppelt und ist dafür ausgebildet, die Betätigung des mindestens einen Hochdruckauslassventils und des mindestens einen Niederdruckauslassventils unabhängig relativ zu der Kurbelwelle zurückzuverstellen oder vorzuverstellen.In an alternative embodiment, the inventive aspects may be applied to an internal combustion engine having no adjustable intake valves, such as a two-stroke diesel engine. The internal combustion engine system includes an engine block defining a combustion cylinder, a gas intake system having an intake manifold, an exhaust system, a crankshaft, and at least one valve-phase shifting device. The exhaust system includes a high pressure exhaust manifold, at least one high pressure exhaust valve disposed between the cylinder and the high pressure exhaust manifold, and a high pressure exhaust valve control device operably coupled to the at least one high pressure exhaust valve to open and close the at least one high pressure exhaust valve control, up. The exhaust system further includes a low pressure exhaust manifold, at least one low pressure exhaust valve disposed between the cylinder and the low pressure exhaust manifold, and a low pressure exhaust valve control device operably coupled to the at least one low pressure exhaust valve to open and close the at least one low pressure exhaust valve to control. The at least one valve phase displacement device is operably coupled to the high pressure outlet valve control device and the low pressure outlet valve control device and is configured to independently retard or advance the actuation of the at least one high pressure outlet valve and the at least one low pressure outlet valve relative to the crankshaft.

Bei der mindestens einen Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung kann es sich um eine oder mehrere Vorrichtungen handeln. Zum Beispiel weist bei einer Ausführungsform die Hochdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung eine erste Nockenwelle auf, und die Niederdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung weist eine zweite Nockenwelle auf. Die mindestens eine Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung weist einen ersten und einen zweiten Nockenwellen-Phasenschieber auf. Der erste Nockenwellen-Phasenschieber ist nur mit der ersten Nockenwelle betriebsfähig gekoppelt, um die Betätigung nur des mindestens einen Hochdruckauslassventils zurückzuverstellen oder vorzuverstellen, unabhängig von dem mindestens einen Niederdruckauslassventil. Der zweite Nockenwellen-Phasenschieber ist nur mit der zweiten Nockenwelle betriebsfähig gekoppelt, um die Betätigung nur des mindestens einen Niederdruckauslassventils zurückzuverstellen oder vorzuverstellen, unabhängig von dem mindestens einen Hochdruckauslassventil.The at least one valve-phase shifting device may be one or more devices. For example, in one embodiment, the high pressure exhaust valve control device has a first camshaft, and the low pressure exhaust valve control device has a second camshaft. The at least one valve-phase shifting device has first and second camshaft phase shifters. The first cam phaser is operably coupled only to the first camshaft to retard or advance the actuation of only the at least one high pressure exhaust valve, independently of the at least one low pressure exhaust valve. The second camshaft phaser is operably coupled to only the second camshaft to retard or advance actuation of only the at least one low pressure exhaust valve, independently of the at least one high pressure exhaust valve.

Bei einer alternativen Ausführungsform können die Ventilsteuerzeiten des Hochdruckauslassventils (der Hochdruckauslassventile) und des Niederdruckauslassventils (der Niederdruckauslassventile) gekoppelt sein, wie etwa bei einem Zweitakt-Dieselmotor. Das Verbrennungsmotorsystem weist einen Motorblock, der einen Verbrennungszylinder definiert, ein Gasansaugsystem, das einen Ansaugkrümmer aufweist, eine Abgasanlage, eine Kurbelwelle und eine einzige Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung auf. Die Abgasanlage weist einen Hochdruck-Abgaskrümmer, mindestens ein Hochdruckauslassventil, das zwischen dem Zylinder und dem Hochdruck-Abgaskrümmer angeordnet ist, und eine Hochdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung, die mit dem mindestens einen Hochdruckauslassventil betriebsfähig gekoppelt ist, um das Öffnen und Schließen des mindestens einen Hochdruckauslassventils zu steuern, auf. Die Abgasanlage weist außerdem einen Niederdruck-Abgaskrümmer, mindestens ein Niederdruckauslassventil, das zwischen dem Zylinder und dem Niederdruck-Abgaskrümmer angeordnet ist, und eine Niederdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung, die mit dem mindestens einen Niederdruckauslassventil betriebsfähig gekoppelt ist, um das Öffnen und Schließen des mindestens einen Niederdruckauslassventils zu steuern, auf. Die einzige Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung ist mit der Hochdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung und der Niederdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung betriebsfähig gekoppelt und ist dafür ausgebildet, die Betätigung des mindestens einen Hochdruckauslassventils und des mindestens einen Niederdruckauslassventils relativ zu der Kurbelwelle gleichzeitig zurückzuverstellen oder vorzuverstellen. In an alternative embodiment, the valve timings of the high pressure exhaust valve (the high pressure exhaust valves) and the low pressure exhaust valve (the low pressure exhaust valves) may be coupled, such as in a two stroke diesel engine. The internal combustion engine system includes an engine block defining a combustion cylinder, a gas intake system having an intake manifold, an exhaust system, a crankshaft, and a single valve phase displacement device. The exhaust system includes a high pressure exhaust manifold, at least one high pressure exhaust valve disposed between the cylinder and the high pressure exhaust manifold, and a high pressure exhaust valve control device operably coupled to the at least one high pressure exhaust valve to open and close the at least one high pressure exhaust valve control, up. The exhaust system further includes a low pressure exhaust manifold, at least one low pressure exhaust valve disposed between the cylinder and the low pressure exhaust manifold, and a low pressure exhaust valve control device operably coupled to the at least one low pressure exhaust valve to open and close the at least one low pressure exhaust valve to control. The single valve phase displacement device is operably coupled to the high pressure outlet valve control device and the low pressure outlet valve control device and configured to simultaneously retard or advance the actuation of the at least one high pressure exhaust valve and the at least one low pressure exhaust valve relative to the crankshaft.

Bei einer Ausführungsform sind die Hochdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung und der Niederdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung durch verschiedene Nockenerhebungen einer einzigen Nockenwelle vorgesehen. Die einzige Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung ist mit der einzigen Nockenwelle betriebsfähig gekoppelt.In one embodiment, the high pressure outlet valve control device and the low pressure outlet valve control device are provided by different cam lobes of a single camshaft. The single valve phase shifter is operably coupled to the single camshaft.

Andere Aspekte, Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen noch deutlicher ersichtlich.Other aspects, objects, and advantages of the invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Die beigefügten Zeichnungen, die in die Patentbeschreibung einbezogen sind und einen Bestandteil derselben darstellen, veranschaulichen verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern. In den Zeichnungen zeigen:The accompanying drawings, which are incorporated in and form a part of the specification, illustrate several aspects of the present invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention. In the drawings show:

1 eine schematische Darstellung eines Motorsystems nach dem Stand der Technik; 1 a schematic representation of a motor system according to the prior art;

2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Motorsystems gemäß der vorliegenden Erfindung, das eine Abgasanlage mit geteiltem Strom aufweist; 2 a schematic representation of an embodiment of an engine system according to the present invention, having a split-flow exhaust system;

3 ein Entropie-Temperatur-Diagramm zum Vergleich der thermodynamischen Eigenschaften der in die Turbine einströmenden und als AGR-Gase verwendeten Abgase für ein herkömmliches Motorsystem und ein Motorsystem gemäß 2; 3 an entropy-temperature diagram for comparing the thermodynamic properties of the exhaust gases flowing into the turbine and used as EGR gases for a conventional engine system and an engine system according to 2 ;

4 einen schematischen Turbinenregelkreis zur Steuerung von HD-Auslassventilen zum Antrieb der Turbine von Ausführungsformen von Motorsystemen gemäß der vorliegenden Erfindung; 4 a schematic turbine control circuit for controlling HD exhaust valves for driving the turbine of embodiments of engine systems according to the present invention;

5 einen schematischen AGR-Regelkreis zur Steuerung von ND-Auslassventilen zur Zuführung von AGR-Gas zum Ansaugsystem von Ausführungsformen von Motorsystemen gemäß der vorliegenden Erfindung; 5 a schematic EGR control circuit for controlling ND exhaust valves for supplying EGR gas to the intake system of embodiments of engine systems according to the present invention;

6 eine Ausführungsform eines Ventilsteuerungssystems zum Verstellen der Ventilsteuerzeiten der Einlass-, HD-Auslass- und ND-Auslassventile des Motorsystems, wobei das Phasing der Ventilsteuerzeiten der HD-Auslassventile unabhängig von dem Phasing der Ventilsteuerzeiten der ND-Auslassventile und der Einlassventile ist; 6 an embodiment of a valve timing system for adjusting the valve timing of the intake, HP exhaust and LP exhaust valves of the engine system, wherein the phasing of the valve timing of the HP exhaust valves is independent of the phasing of the valve timing of the LP exhaust valves and the intake valves;

7 eine Ausführungsform eines Ventilsteuerungssystems zum Verstellen der Ventilsteuerzeiten der Einlass-, HD-Auslass- und ND-Auslassventile des Motorsystems, wobei das Phasing sämtlicher Ventile gleich ist; 7 an embodiment of a valve control system for adjusting the valve timing of the intake, HP exhaust and LP exhaust valves of the engine system, wherein the phasing of all valves is the same;

8 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform eines Motorsystems gemäß der vorliegenden Erfindung, das eine Abgasanlage mit geteiltem Strom aufweist, die eine Umschaltventilanordnung aufweist; 8th a schematic representation of an alternative embodiment of an engine system according to the present invention having a split flow exhaust system having a Umschaltventilanordnung;

9 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Motorsystems gemäß der vorliegenden Erfindung, das eine Abgasanlage mit geteiltem Strom aufweist, wobei das Motorsystem ein Uniflow(Gleichstrom-)Zweitaktmotorsystem ist; 9 a schematic representation of an embodiment of an engine system according to the present invention having a split-flow exhaust system, the engine system is a Uniflow (two-stroke) DC engine system;

10 eine vereinfachte Darstellung des Verbrennungsmotors des Motorsystems von 9; 10 a simplified representation of the internal combustion engine of the engine system of 9 ;

11 ein Diagramm, das den Kurbelwellenwinkel für verschiedene Operationen des Verbrennungsmotors des Motorsystems von 9 veranschaulicht; 11 a diagram showing the crankshaft angle for various operations of the internal combustion engine of the engine system of 9 illustrated;

12 eine grafische Darstellung der Verfügbarkeit in Abhängigkeit von der Enthalpie zum Vergleich der thermodynamischen Eigenschaften der in die Turbine einströmenden und als AGR-Gase verwendeten Abgase für ein herkömmliches Motorsystem und ein Motorsystem gemäß 2; und 12 a plot of enthalpy availability to compare the thermodynamic properties of exhaust gases entering the turbine and used as EGR gases for a conventional engine system and engine system, respectively 2 ; and

13 eine Ausführungsform eines Ventilsteuerungssystems zum Verstellen der Ventilsteuerzeiten der Einlass-, HD-Auslass- und ND-Auslassventile des Motorsystems, wobei das Phasing sämtlicher Ventile unabhängig ist. 13 an embodiment of a valve control system for adjusting the valve timing of the intake, HP exhaust and LP exhaust valves of the engine system, wherein the phasing of all valves is independent.

Obwohl die Erfindung in Verbindung mit gewissen bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wird, ist nicht beabsichtigt, sie auf diese Ausführungsformen zu beschränken. Vielmehr ist beabsichtigt, alle Alternativen, Modifikationen und Äquivalente abzudecken, die in der Grundidee und im Schutzbereich der Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert wird, enthalten sind.Although the invention will be described in connection with certain preferred embodiments, it is not intended to be limited to these embodiments. Rather, it is intended to cover all alternatives, modifications, and equivalents, which are included in the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

2 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Motorsystems 100 gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung. Das Motorsystem 100 ist dafür ausgebildet, die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern und die Emissionen zu verringern, indem eine Abgasanlage mit geteiltem Strom zur Steuerung der Verwendung von Abgasen verwendet wird. Dieser Typ von Systemen kann hier auch als ”Bauform mit geteiltem Strom” bezeichnet werden. Das Motorsystem 100 steuert die Verwendung der Abgase, um die thermodynamischen Eigenschaften der Abgase für verschiedene Vorgänge zu maximieren, darunter das Antreiben eines Turboladers sowie das Gewährleisten einer Abgasrückführung (AGR), um unter anderem NOx-Emissionen und Rußerzeugung zu verringern. Wie oben erwähnt, wird der Begriff ”AGR-Gas” im Weiteren verwendet, um das Abgas selbst zu bezeichnen, welches zu der Frischluftansaugseite des Motorsystems 100 zurückgeführt wird. 2 is a schematic representation of an embodiment of an engine system 100 according to the teachings of the present invention. The engine system 100 is designed to improve fuel economy and reduce emissions by using a split flow exhaust system to control the use of exhaust gases. This type of system may also be referred to herein as a "split current design." The engine system 100 controls the use of the exhaust gases to maximize the thermodynamic properties of the exhaust gases for various operations, including driving a turbocharger and ensuring exhaust gas recirculation (EGR), inter alia, to reduce NOx emissions and soot production. As mentioned above, the term "EGR gas" will be used hereafter to refer to the exhaust gas itself, which is to the fresh air intake side of the engine system 100 is returned.

Zunächst werden das Motorsystem 100 und verschiedene Teilsysteme und Komponenten des Motorsystems 100 erläutert.First, the engine system 100 and various subsystems and components of the engine system 100 explained.

Bekanntlich umfasst das Motorsystem 100 im Wesentlichen einen Verbrennungsmotor 102, welcher dafür ausgebildet ist, Ansauggase mit Kraftstoff zu verbrennen, um mechanische Energie zu erzeugen. Die Verbrennung findet innerhalb von Verbrennungszylindern 103 (”Zylinder 103”) eines Motorblocks 101 des Verbrennungsmotors 102 statt. Die Verbrennung des Gemisches aus Kraftstoff und Ansauggas treibt Kolben (nicht dargestellt) an, welche mit einer Kurbelwelle 105 betriebsfähig gekoppelt sind, um mittels der verbrannten Gase eine Drehbewegung zu erzeugen. Die Bewegung der Kurbelwelle 105 kann dann verwendet werden, um eine Vorrichtung wie etwa ein Fahrzeug, einen Generator, eine andere Maschine usw. anzutreiben. Der Motorblock 101, die Kolben und ein Zylinderkopf (nicht dargestellt) definieren Brennräume, wo die mit dem Kraftstoff gemischten Ansauggase verdichtet und dann verbrannt werden.As is known, the engine system includes 100 essentially an internal combustion engine 102 , which is adapted to burn suction gases with fuel to generate mechanical energy. The combustion takes place inside combustion cylinders 103 ("Cylinder 103 ") Of an engine block 101 of the internal combustion engine 102 instead of. The combustion of the mixture of fuel and intake gas drives pistons (not shown) which are connected to a crankshaft 105 are operatively coupled to produce a rotary motion by means of the burned gases. The movement of the crankshaft 105 can then be used to drive a device such as a vehicle, a generator, another machine, etc. The engine block 101 , the pistons and a cylinder head (not shown) define combustion chambers where the intake gases mixed with the fuel are compressed and then burned.

Das Motorsystem 100 umfasst ein Ansaugsystem 104 zur Zuführung von Ansauggasen zu den Zylindern 103, damit sie zur Umwandlung in mechanische Energie mit Kraftstoff gemischt werden. Das Ansaugsystem 104 weist typischerweise einen Einlass 106 auf, der einer Quelle von Ansauggasen ausgesetzt ist, typischerweise der Umgebungsluft, welche das Motorsystem 100 umgibt. Der Einlass 106 steht mit einem Ansaugkrümmer 108 über ein Netz von Rohren zwischen dem Einlass und dem Ansaugkrümmer 108 betriebsfähig in Fluidverbindung.The engine system 100 includes an intake system 104 for supplying suction gases to the cylinders 103 so that they are mixed with fuel to convert to mechanical energy. The intake system 104 typically has an inlet 106 which is exposed to a source of intake gases, typically the ambient air, which is the engine system 100 surrounds. The inlet 106 stands with an intake manifold 108 via a network of pipes between the inlet and the intake manifold 108 operable in fluid communication.

Mehrere Einlassventile 110 sind betriebsfähig zwischen dem Ansaugkrümmer 108 und den Zylindern 103 angeordnet, um die Zuführung der Ansauggase zu den Zylindern 103 selektiv zu steuern. Die Einlassventile 110 können verschiedene Formen annehmen und könnten zum Beispiel nockenbetätigte oder elektromagnetisch betätigte Ventile sein. Ferner können, obwohl jeder Zylinder 103 mit zwei Einlassventilen dargestellt ist, andere Ausführungsformen mehr oder weniger Einlassventile aufweisen, die einem gegebenen Zylinder 103 zugeordnet sind.Several inlet valves 110 are operable between the intake manifold 108 and the cylinders 103 arranged to supply the intake gases to the cylinders 103 to control selectively. The intake valves 110 can take various forms and could be, for example, cam actuated or solenoid actuated valves. Furthermore, although every cylinder 103 shown with two inlet valves For example, other embodiments have more or fewer intake valves that correspond to a given cylinder 103 assigned.

Eine Einlassventil-Steuerungsvorrichtung 109 (”EV-Steuerungsvorrichtung 109”) ist mit den Einlassventilen 110 betriebsfähig gekoppelt und interagiert mit ihnen, um das Öffnen und Schließen der Einlassventile 110 zu steuern. Im einfachsten Fall könnte die Einlassventil-Steuerungsvorrichtung 109 die Form einer mit Nockenerhebungen versehenen Nockenwelle annehmen, die mit der Kurbelwelle 105 betriebsfähig gekoppelt ist, wie zum Beispiel durch einen Steuerriemen, eine Steuerkette oder möglicherweise über Zahnräder. Bei alternativen Ausführungsformen kann die EV-Steuerungsvorrichtung 109 eine Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung (valve phasing device) zum Verstellen der Steuerzeiten für das Öffnen und Schließen der Einlassventile 110 aufweisen, wie etwa einen Nockenwellen-Phasenschieber (cam phaser). Ferner könnte die Einlassventil-Steuerungsvorrichtung 109 elektronische Steuerungselemente aufweisen oder Teil einer elektronischen Steuereinheit 134 des Motorsystems 100 sein oder mit einer solchen gekoppelt sein, um das Öffnen und Schließen der Ventile zu steuern sowie die Steuerzeiten derselben zu verstellen. Ferner könnte die Einlassventil-Steuerungsvorrichtung 109 elektromagnetische oder andere Ventilaktuatoren, bei denen es sich nicht um Nockenaktuatoren handelt, aufweisen, wie sie in der Technik allgemein bekannt sind.An intake valve control device 109 ( "EV-control device 109 ") Is with the inlet valves 110 Operationally coupled and interacts with them to open and close the intake valves 110 to control. In the simplest case, the intake valve control device could 109 take the form of a cam lobe camshaft, with the crankshaft 105 operatively coupled, such as by a timing belt, a timing chain or possibly via gears. In alternative embodiments, the EV control device 109 a valve phasing device for adjusting the timing of opening and closing the intake valves 110 such as a camshaft phase shifter (cam phaser). Furthermore, the intake valve control device could 109 have electronic control elements or part of an electronic control unit 134 of the engine system 100 be or be coupled with such to control the opening and closing of the valves and to adjust the timing of the same. Furthermore, the intake valve control device could 109 electromagnetic or other valve actuators other than cam actuators, as are well known in the art.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist ein Ansaugkühler 111 zwischen dem Turboladerverdichter 128 und dem Ansaugkrümmer angeordnet, um die Ansauggase vor der Zuführung zu den Zylindern 103 zu kühlen. Der Ansaugkühler 111 ist typischerweise ein Luft-Luft-Wärmetauscher; es könnten jedoch auch andere Kühlvorrichtungen implementiert sein.In the illustrated embodiment is a suction cooler 111 between the turbocharger compressor 128 and the intake manifold to supply the intake gases prior to delivery to the cylinders 103 to cool. The suction cooler 111 is typically an air-to-air heat exchanger; however, other cooling devices could be implemented.

Das Motorsystem 100 weist außerdem eine Abgasanlage 112 auf, die im Wesentlichen dafür ausgebildet ist, Abgase aus dem Verbrennungsmotor 102 abzuführen. Die Abgasanlage 112 weist einen Auslass 114 auf, über welchen die Abgase letztendlich aus dem Motorsystem 100 ausgestoßen werden. Typischerweise werden die Abgase zurück in die Umgebungsluft ausgestoßen, welche den Verbrennungsmotor 102 umgibt.The engine system 100 also has an exhaust system 112 essentially designed for exhaust gases from the internal combustion engine 102 dissipate. The exhaust system 112 has an outlet 114 on which the exhaust gases ultimately from the engine system 100 be ejected. Typically, the exhaust gases are expelled back into the ambient air, which is the internal combustion engine 102 surrounds.

Die Abgasanlage 112 ist im Wesentlichen eine Abgasanlage mit geteiltem Strom, welche einen Hochdruck-Abgaskrümmer 116 (”HD-Abgaskrümmer 116”) und einen Niederdruck-Abgaskrümmer 118 (”ND-Abgaskrümmer 118”) aufweist, welche getrennte Teilmengen der Abgase sammeln, wenn die Abgase aus den Zylindern 103 ausströmen. Mehrere Hochdruckauslassventile 120 (”HD-Auslassventile 120) sind fluidisch zwischen dem HD-Abgaskrümmer 116 und den Zylindern 103 angeordnet, um selektiv das Ausströmen einer ersten Teilmenge der Abgase aus den Zylindern 103 in den HD-Abgaskrümmer 116 zu ermöglichen. In ähnlicher Weise sind mehrere Niederdruckauslassventile 122 (”ND-Auslassventile 122”) fluidisch zwischen dem ND-Abgaskrümmer 118 und den Zylindern 103 angeordnet, um selektiv das Ausströmen einer zweiten Teilmenge der Abgase aus den Zylindern 103 in den ND-Abgaskrümmer 118 zu ermöglichen.The exhaust system 112 is essentially a split-flow exhaust system, which is a high-pressure exhaust manifold 116 ( "HD exhaust manifold 116 ") And a low-pressure exhaust manifold 118 ( "ND-exhaust manifold 118 "), Which collect separate subsets of the exhaust gases when the exhaust gases from the cylinders 103 flow out. Several high pressure outlet valves 120 ( "HD exhaust valves 120 ) are fluid between the HP exhaust manifold 116 and the cylinders 103 arranged to selectively flow out a first subset of the exhaust gases from the cylinders 103 in the HD exhaust manifold 116 to enable. Similarly, there are several low pressure exhaust valves 122 ( "ND-exhaust valves 122 ") Fluidly between the LP exhaust manifold 118 and the cylinders 103 arranged to selectively flow out a second subset of the exhaust gases from the cylinders 103 in the LP exhaust manifold 118 to enable.

Die HD- und ND-Auslassventile 120, 122 können verschiedene Formen annehmen und könnten zum Beispiel nockenbetätigte oder elektromagnetisch betätigte Ventile sein. Ferner können, obwohl jeder Zylinder 103 mit einem HD-Auslassventil und einem ND-Auslassventil dargestellt ist, andere Ausführungsformen mehr HD-Auslassventile oder mehr ND-Auslassventile 120, 122 aufweisen, die einem gegebenen Zylinder 103 zugeordnet sind. Ferner muss ein einzelner Zylinder 103 nicht dieselbe Anzahl von HD-Auslassventilen 120 wie von ND-Auslassventilen 122 aufweisen. Die HD- und ND-Auslassventile 120, 122 können hinsichtlich Form, Größe, Hub usw. unterschiedlich gestaltet sein.The HD and LP exhaust valves 120 . 122 can take various forms and could be, for example, cam actuated or solenoid actuated valves. Furthermore, although every cylinder 103 shown with an HP exhaust valve and a ND exhaust valve, other embodiments more HD exhaust valves or more LP exhaust valves 120 . 122 have a given cylinder 103 assigned. Furthermore, a single cylinder needs 103 not the same number of HP exhaust valves 120 like ND exhaust valves 122 exhibit. The HD and LP exhaust valves 120 . 122 may be different in shape, size, stroke, etc.

Eine Hochdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung 121 (”HDAV-Steuerungsvorrichtung 121”) ist mit den Hochdruckauslassventilen 120 betriebsfähig gekoppelt und interagiert mit ihnen, um das Öffnen und Schließen der Hochdruckauslassventile 120 zu steuern. Eine Niederdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung 123 (”NDAV-Steuerungsvorrichtung 123”) ist mit den Niederdruckauslassventilen 122 betriebsfähig gekoppelt und interagiert mit ihnen, um das Öffnen und Schließen der Niederdruckauslassventile 122 zu steuern. Die HDAV-Steuerungsvorrichtung 121 und die NDAV-Steuerungsvorrichtung 123 könnten die Form separater, mit Nockenerhebungen versehener Nockenwellen annehmen, die mit der Kurbelwelle 105 betriebsfähig gekoppelt sind, wie zum Beispiel durch einen Steuerriemen oder eine Steuerkette. Bei alternativen Ausführungsformen können die HDAV-Steuerungsvorrichtung 121 und die NDAV-Steuerungsvorrichtung 123 Ventilphasen-Verschiebungsmechanismen wie etwa Nockenwellen-Phasenschieber zum Verstellen der Steuerzeiten für das Öffnen und Schließen der HD-Auslassventile 120 bzw. der ND-Auslassventile 122 aufweisen. Ferner könnten die HDAV-Steuerungsvorrichtung 121 und die NDAV-Steuerungsvorrichtung 123 elektronische Steuerungselemente aufweisen oder Teil der elektronischen Steuereinheit 134 des Motorsystems 100 sein oder mit dieser gekoppelt sein, um das Öffnen und Schließen der Ventile zu steuern sowie die Steuerzeiten derselben zu verstellen. Ferner könnten die HDAV-Steuerungsvorrichtung 121 und die NDAV-Steuerungsvorrichtung 123 elektromagnetische oder andere Ventilaktuatoren, bei denen es sich nicht um Nockenaktuatoren handelt, wie sie in der Technik allgemein bekannt sind, zum Verstellen der Ventilsteuerzeiten aufweisen. Wenn Nockenwellen als Teil der HDAV-Steuerungsvorrichtung 121 und der NDAV-Steuerungsvorrichtung 123 verwendet werden, sind die Nockenwellen typischerweise voneinander getrennt, wie etwa bei einer Verwendung völlig unabhängiger variabler Ventilsteuerzeiten. Wenn jedoch gleiche variable Ventilsteuerzeiten verwendet werden, könnten die HDAV-Steuerungsvorrichtung und die NDAV-Steuerungsvorrichtung separate Gruppen von Nockenerhebungen auf einer einzigen Nockenwelle sein. Eine Gruppe von Nockenerhebungen wäre für das Betätigen der HD-Auslassventile 120 ausgebildet, und die andere Gruppe von Nockenerhebungen wäre für das Betätigen der ND-Auslassventile 122 ausgebildet.A high pressure outlet valve control device 121 ( "HDAV control device 121 ") Is with the high pressure outlet valves 120 Operationally coupled and interacts with them to open and close the high pressure outlet valves 120 to control. A low pressure outlet valve control device 123 ( "NDAV control device 123 ") Is with the low pressure outlet valves 122 Operationally coupled and interacts with them to open and close the low-pressure outlet valves 122 to control. The HDAV control device 121 and the NDAV control device 123 could take the form of separate cam lobed camshafts with the crankshaft 105 operatively coupled, such as by a timing belt or a timing chain. In alternative embodiments, the HDAV control device 121 and the NDAV control device 123 Valve phase shift mechanisms such as camshaft phase shifters for adjusting the timing for opening and closing the HP exhaust valves 120 or the LP exhaust valves 122 exhibit. Furthermore, the HDAV control device could 121 and the NDAV control device 123 have electronic control elements or part of the electronic control unit 134 of the engine system 100 be or coupled with this to control the opening and closing of the valves and to adjust the timing of the same. Furthermore, the HDAV control device could 121 and the NDAV control device 123 electromagnetic or other valve actuators that are not cam actuators, as are well known in the art, for adjusting valve timing. If camshafts as part of the HDAV control device 121 and the NDAV control device 123 are used, the camshafts are typically separated from each other, such as using fully independent variable valve timing. However, if equal variable valve timing is used, the HDAV controller and the NDAV controller could be separate sets of cam lobes on a single camshaft. A group of cam lobes would be for operating the HP exhaust valves 120 trained, and the other group of cam lobes would be for operating the LP exhaust valves 122 educated.

Wenn gleiche variable Ventilsteuerzeiten für die Auslassventile ebenso wie für die Einlassventile verwendet werden, könnte dieselbe Nockenwälle drei verschiedene Gruppen von Nockenerhebungen aufweisen, wobei eine Gruppe von Nockenerhebungen als die EV-Steuerungsvorrichtung 109 zum Betätigen der Einlassventile ausgebildet ist, die zweite Gruppe von Nockenerhebungen als die HDAV-Steuerungsvorrichtung 121 zum Steuern der HD-Auslassventile 120 ausgebildet ist und die dritte Gruppe von Nockenerhebungen als die NDAV-Steuerungsvorrichtung 123 zum Steuern der ND-Auslassventile 122 ausgebildet ist. Alternativ dazu könnten verschiedene von den Nockenwellen, welche die Einlassventile, die HD-Auslassventile und die ND-Auslassventile steuern, mechanisch gekoppelt sein, etwa durch Steuerketten oder Zahnräder, so dass sie die Steuerzeiten gleich verstellen.If the same variable valve timings are used for the exhaust valves as well as for the intake valves, the same cam walls could have three different groups of cam lobes, with a group of cam lobes as the EV control device 109 is configured to actuate the intake valves, the second group of cam lobes as the HDAV control device 121 for controlling the HP exhaust valves 120 is formed and the third group of cam lobes as the NDAV control device 123 for controlling the LP exhaust valves 122 is trained. Alternatively, various of the camshafts that control the intake valves, the HP exhaust valves and the ND exhaust valves could be mechanically coupled, such as by timing chains or gears, to adjust the timing of the same.

Bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können auch andere Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtungen als Nockenwellen-Phasenschieber verwendet werden. Zum Beispiel könnten die Exzenterhülsen-Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtungen (excentric sleeve valve phasing devices), die in der US-Patentschrift Nr. 6,155,216 von Riley mit dem Titel ”Variable Valve Apparatus” (im Weiteren ”die Patentschrift '216”) offenbart werden, deren Lehren und Offenbarung in ihrer Gesamtheit durch Querverweis in die vorliegende Anmeldung einbezogen sind, zum Verstellen der Ventilsteuerzeiten verwendet werden. Falls zum Beispiel das System vollständig unabhängige Ventilsteuerzeiten verwendet, kann die EV-Steuerungsvorrichtung 109 eine Nockenwelle und einen Nockenwellen-Phasenschieber aufweisen, wie oben erläutert. Die HDAV-Steuerungsvorrichtung 121 und die NDAV-Steuerungsvorrichtung 123 könnten dann durch einen Mechanismus vorgesehen sein, der die Exzenterhülsen-Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtungen der Patentschrift '216 verwendet.In embodiments of the present invention, other valve phase displacement devices may also be used as the camshaft phase shifter. For example, the eccentric sleeve valve phasing devices disclosed in U.S. Patent Nos. 5,316,355 and 5,355,347 could be used U.S. Patent No. 6,155,216 by Riley, entitled "Variable Valve Apparatus" (hereinafter "the '216 patent), the teachings and disclosure of which are incorporated herein by reference in their entirety, for adjusting valve timing. For example, if the system uses fully independent valve timing, the EV control device may 109 a camshaft and a camshaft phase shifter, as explained above. The HDAV control device 121 and the NDAV control device 123 could then be provided by a mechanism utilizing the eccentric sleeve valve phase displacement devices of the '216 patent.

Es können weitere Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtungen verwendet werden. Zum Beispiel eine Vorrichtung, welche die Position eines Kipphebels zum Verstellen der Ventilsteuerzeiten einstellt, wie sie in der US-Offenlegungsschrift Nr. US 2010/0083922 von Riley mit dem Titel ”Varying the Phase and Lift of a Rocker Arm an a Camshaft Actuating a Valve or Injector” (im Weiteren ”die Offenlegungsschrift '922”) offenbart wird, deren Lehren und Offenbarungen in ihrer Gesamtheit durch Querverweis in die vorliegende Anmeldung einbezogen sind.Other valve phase displacement devices may be used. For example, a device that adjusts the position of a rocker arm to adjust the valve timing, as described in US Patent Application Publication No. US 2010/0083922 by Riley, entitled "Varying the Phase and Lift of a Rocker Arm to a Camshaft Actuating a Valve or Injector" (hereinafter "the '922 patent), the teachings and disclosures of which are incorporated herein by reference in their entirety are involved.

Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtungen können auch elektrohydraulische oder elektromechanische Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtungen darstellen.Valve-phase displacement devices may also be electro-hydraulic or electro-mechanical valve-phase displacement devices.

Insofern können Ausführungsformen der Erfindung alternative Mechanismen zum Verstellen der Ventilsteuerzeiten verwenden.As such, embodiments of the invention may employ alternative mechanisms for adjusting valve timing.

Das Motorsystem 100 enthält einen Turbolader 124, welcher eine Turbine 126 aufweist, die betriebsfähig innerhalb der Abgasanlage 112 positioniert ist und in Fluidverbindung mit den Abgasen steht, so dass Abgase, die aus dem Verbrennungsmotor 102 durch mindestens und typischerweise nur durch den HD-Abgaskrümmer 116 ausströmen, die Turbine 126 antreiben. Die Turbine 126 ist fluidisch zwischen dem HD-Abgaskrümmer 116 und dem Abgasauslass 114 angeordnet, und insbesondere stromaufwärts des Abgasauslasses 114 und stromabwärts des HD-Abgaskrümmers 116.The engine system 100 contains a turbocharger 124 which is a turbine 126 which is operable within the exhaust system 112 is positioned and in fluid communication with the exhaust gases, leaving exhaust gases from the internal combustion engine 102 by at least and typically only by the HP exhaust manifold 116 emanate, the turbine 126 drive. The turbine 126 is fluid between the HP exhaust manifold 116 and the exhaust outlet 114 arranged, and in particular upstream of the exhaust outlet 114 and downstream of the HP exhaust manifold 116 ,

Der Turbolader kann eine Turbine mit fester Geometrie verwenden, wie etwa bei einem Turbolader mit freier Strömung oder einem Wastegate-Turbolader, verwendet jedoch vorzugsweise eine Turbine mit variabler Geometrie (variable geometry turbine, ”VTG-Turbine”), wobei die Öffnung in die Turbine variabel ist, unter anderem um Abgase zu drosseln und eine Steuerung des Gegendruckes zu ermöglichen. Außerdem könnte der Turbolader eine Turbine mit variabler Düse verwenden.The turbocharger may use a fixed geometry turbine, such as a free flow turbocharger or a wastegate turbocharger, but preferably employs a variable geometry turbine ("VTG turbine") with the opening in the turbine is variable, among other things to restrict exhaust gases and to allow control of the back pressure. In addition, the turbocharger could use a variable nozzle turbine.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Turbine 126 betriebsfähig mit einem Verdichter 128 des Turboladers 124 gekoppelt, welcher betriebsfähig innerhalb des Ansaugsystems 104 positioniert ist, um die Erhöhung der Masse und des Druckes der Ansauggase zu unterstützen, die dem Verbrennungsmotor 102 zugeführt werden. Der Verdichter 128 ist vorzugsweise stromaufwärts des Ansaugkühlers 111 angeordnet, so dass den Ansauggasen zugeführte Wärmeenergie mit Hilfe des Ansaugkühlers 111 abgeführt werden kann. Bei alternativen Ausführungsformen könnte die Turbine 126 betriebsfähig mit einem Turbocompound-Antrieb gekoppelt sein, so dass die Turbinenwelle betriebsfähig mit der Kurbelwelle des Motors 102 gekoppelt sein kann. Der Begriff ”Turbolader” wird hier als ein Gattungsbegriff verwendet, der mindestens diejenigen Konfigurationen umfassen soll, bei denen eine Turbine einen Verdichter antreibt oder ein Turbocompound-Antrieb ist.In the illustrated embodiment, the turbine is 126 operable with a compressor 128 of the turbocharger 124 coupled, which is operable within the intake system 104 is positioned to assist the increase in mass and pressure of the intake gases that the internal combustion engine 102 be supplied. The compressor 128 is preferably upstream of the suction cooler 111 arranged, so that the intake gases supplied heat energy by means of the suction cooler 111 can be dissipated. In alternative embodiments, the turbine could 126 operatively coupled to a turbocompound drive so that the turbine shaft is operable with the crankshaft of the engine 102 can be coupled. The term "turbocharger" is used herein as a generic term to include at least those configurations in which a turbine drives a compressor or is a turbocompound drive.

Das Motorsystem 100 weist ein Abgasrückführsystem 130 (”AGR-System 130) zur Zuführung von AGR-Gas zu dem Ansaugsystem 104 auf. Das AGR-System 130 koppelt den ND-Abgaskrümmer 118 fluidisch mit dem Ansaugsystem 104, so dass Abgase, die in dem ND-Abgaskrümmer 118 gesammelt werden, die Zuführung von AGR-Gas gewährleisten. Weiterhin kann das AGR-Gas verwendet werden, um die Zylindertemperatur zu verringern und dadurch die NOx-Erzeugung des Motorsystems 100 zu verringern.The engine system 100 has an exhaust gas recirculation system 130 ( "EGR system 130 ) for supplying EGR gas to the intake system 104 on. The EGR system 130 couples the LP exhaust manifold 118 fluidic with the intake system 104 , leaving exhaust gases in the LP exhaust manifold 118 ensure the supply of EGR gas. Furthermore, the EGR gas may be used to reduce the cylinder temperature and thereby the NOx generation of the engine system 100 to reduce.

Das AGR-System 130 weist einen AGR-Kühler 132 auf, durch welchen das AGR-Gas geleitet und in dem es gekühlt wird, bevor das AGR-Gas dem Ansaugsystem 104 zugeführt wird. Der AGR-Kühler 132 kann verschiedene Formen annehmen, wie etwa die von Luft-Flüssigkeit- oder Luft-Luft-Wärmetauschern.The EGR system 130 has an EGR cooler 132 through which the EGR gas is passed and cooled, before the EGR gas enters the intake system 104 is supplied. The EGR cooler 132 can take various forms, such as those of air-liquid or air-to-air heat exchangers.

Einige Ausführungsformen des Motorsystems 100 weisen eine elektronische Steuereinheit 134 (electronic control unit, ”ECU 134”) auf, welche mit den Komponenten des Motorsystems 100 betriebsfähig gekoppelt ist, um die Funktionen der verschiedenen Komponenten und des Systems als Ganzem zu steuern und zu überwachen. Die ECU 134 kann mit den verschiedenen Sensoren zur Überwachung des Motorsystems 100 betriebsfähig gekoppelt sein; diese Sensoren können Drosselklappenposition, Kurbelwellenposition, Nockensensoren, Kühlmitteltemperatur, HD- und ND-Auslasskanaltemperaturen, HD- und ND-Abgasdruck und -temperatur, NOx-Messwert vor einem eventuellen NOx-Nachbehandlungssystem, Position des variablen Ventiltriebs (VVT), falls sie nicht aus der Nockenposition hervorgeht, Zylinderdruck, AGR-Durchflussrate, AGR-Druck und -Temperatur, Motordrehzahl und anderes erfassen. Ferner kann die ECU 134 betriebsfähig mit der Einlassventil-Steuerungsvorrichtung 109, der HDAV-Steuerungsvorrichtung 121 und der NDAV-Steuerungsvorrichtung 123 verbunden sein, um die Steuerzeiten des Öffnens und Schließens der Einlassventile 110, der HD-Auslassventile 120 bzw. der ND-Auslassventile 122 zu steuern, d. h. zurückzuverstellen und/oder vorzuverstellen.Some embodiments of the engine system 100 have an electronic control unit 134 (electronic control unit, "ECU 134 "), Which with the components of the engine system 100 is operably coupled to control and monitor the functions of the various components and the system as a whole. The ECU 134 can with the various sensors to monitor the engine system 100 be operably coupled; These sensors may include throttle position, crankshaft position, cam sensors, coolant temperature, HP and LP exhaust duct temperatures, HP and LP exhaust pressure and temperature, NOx reading before any NOx aftertreatment system, position of variable valve train (VVT) if not off cam position, cylinder pressure, EGR flow rate, EGR pressure and temperature, engine speed, and others. Furthermore, the ECU 134 operable with the intake valve control device 109 , the HDAV control device 121 and the NDAV control device 123 be connected to the timing of opening and closing the intake valves 110 , the HD exhaust valves 120 or the LP exhaust valves 122 to control, ie zurückverstellen and / or vorzuverstellen.

Ein Vorteil der Abgasanlage mit geteiltem Strom ist es, dass, falls sie richtig abgestimmt und gestaltet ist, keine Notwendigkeit besteht, ein AGR-Ventil in das AGR-System zu integrieren. Insofern wird kein aktives Ventil zum inkrementellen Drosseln der Menge an AGR-Gas, welche rückgeführt wird, benötigt, im Unterschied zu früheren Systemen wie dem in 1 dargestellten. Stattdessen können die ND-Auslassventile 122 und die HDAV-Steuerungsvorrichtung 123 dafür ausgebildet sein, die Menge an AGR-Gas zu steuern, welche zu dem Ansaugsystem 104 rückgeführt wird, und das Motorsystem 100 weist keinerlei zwischen dem Niederdruck-Abgaskrümmer und dem Ansaugsystem angeordnetes AGR-Ventil auf. Indem ein Verzicht auf das AGR-Ventil ermöglicht wird, kann ein häufig Garantiereparaturen erforderndes/teures Bauteil aus dem System entfernt werden, und die Steuerung der AGR erfolgt durch die Auslassventile.An advantage of the shared flow exhaust system is that, if properly tuned and designed, there is no need to integrate an EGR valve into the EGR system. Thus, no active valve is needed for incrementally throttling the amount of EGR gas that is recycled, unlike earlier systems such as those in US Pat 1 shown. Instead, the LP exhaust valves 122 and the HDAV control device 123 be configured to control the amount of EGR gas, which to the intake system 104 is returned, and the engine system 100 does not have any EGR valve disposed between the low-pressure exhaust manifold and the intake system. By eliminating the EGR valve, a component frequently requiring warranty repairs may be removed from the system and EGR controlled by the exhaust valves.

Indem eine Abgasanlage mit geteiltem Strom wie die in 2 dargestellte verwendet wird, die getrennte, unabhängige Abgaskrümmer verwendet, die mit getrennten, unabhängigen Gruppen von Auslassventilen 120, 122 gekoppelt sind, kann die Steuerung, welches Abgas für welchen Zweck verwendet wird, optimiert werden, so dass das thermodynamisch am besten geeignete Abgas verwendet wird, um die Turbine 126 des Turboladers 124 anzutreiben, während das thermodynamisch am besten geeignete Abgas als AGR-Gas verwendet wird.By having a shared-flow exhaust system like the one in 2 is used, which uses separate, independent exhaust manifold, with separate, independent groups of exhaust valves 120 . 122 coupled, the control of which exhaust gas is used for which purpose can be optimized so that the thermodynamically most suitable exhaust gas is used to the turbine 126 of the turbocharger 124 while the thermodynamically most suitable exhaust gas is used as the EGR gas.

Die Abgasanlage mit geteiltem Strom trennt das Abgas entsprechend seinem Potential, um die Strömungsarbeit in der Turbine zu optimieren und gleichzeitig einen in einem gewünschten Bereich liegenden Massendurchfluss von AGR-Gas zum Ansaugkrümmer rückzuführen. Es wurde ermittelt, dass die anfänglichen Abgase, welche aus den Zylindern 103 des Verbrennungsmotors 102 ausströmen, eine hohe anfängliche Druckspitze aufweisen und typischerweise eine höhere Temperatur besitzen und daher ein höheres Arbeitspotential aufweisen. Insofern können, wenn die oben beschriebene Bauform der Abgasanlage mit geteiltem Strom verwendet wird, die anfänglichen Hochdruck-Abgase (”HD-Abgase”) zu der Turbine 126 des Turboladers 124 geleitet werden. Dieses HD-Abgas wird aus den Zylindern 103 durch die HD-Auslassventile 120 ausgestoßen und zu der Turbine 126 des Turboladers geleitet, um die für den Antrieb des Turboladers 124 verfügbare Energie zu optimieren und dadurch das Aufladungspotential für das System zu erhöhen.The split flow exhaust system separates the exhaust gas according to its potential to optimize the flow work in the turbine while returning a desired mass flow range of EGR gas to the intake manifold. It was determined that the initial exhaust gases coming out of the cylinders 103 of the internal combustion engine 102 outflow, have a high initial pressure peak and typically have a higher temperature and therefore have a higher working potential. As such, when the split flow type exhaust system described above is used, the initial high pressure ("high pressure") exhaust gases may be delivered to the turbine 126 of the turbocharger 124 be directed. This HD exhaust is from the cylinders 103 through the HD exhaust valves 120 ejected and to the turbine 126 the turbocharger passed to the for the drive of the turbocharger 124 optimize available energy and thereby increase the charging potential for the system.

Anschließend können nachfolgend ausgestoßene Niederdruck-Abgase (”ND-Abgase”), welche tendenziell kühler sind und einen niedrigeren Druck aufweisen, aus den Zylindern 103 durch die ND-Auslassventile 122 ausgestoßen und durch das AGR-System 130 zu dem Ansaugsystem 104 geleitet und als AGR-Gas verwendet werden. Da die ND-Abgase tendenziell eine geringere Temperatur aufweisen, sind die ND-Abgase für eine AGR besser geeignet. Ein unmittelbarer Vorteil ist, dass weniger Wärmeenergie aus dem AGR-Gas entnommen werden muss. Insofern kann ein kleinerer AGR-Kühler 132 mit einer kleineren Nennkühlleistung vorgesehen werden, was die Kosten verringert. Subsequently, subsequently ejected low pressure exhaust gases ("LP exhaust gases"), which tend to be cooler and lower in pressure, may be discharged from the cylinders 103 through the LP exhaust valves 122 expelled and through the EGR system 130 to the intake system 104 directed and used as EGR gas. Since the LP exhaust gases tend to have a lower temperature, the LP exhaust gases are more suitable for EGR. An immediate advantage is that less heat energy has to be removed from the EGR gas. In this respect can a smaller EGR cooler 132 be provided with a smaller rated cooling capacity, which reduces the cost.

Die Verwendung einer solchen Abgasanlage mit geteiltem Strom kann eine erhöhte Kraftstoffwirtschaftlichkeit und ein verbessertes Luft-Kraftstoff-Verhältnis gewährleisten, ohne dass die Gefahr einer Erhöhung der NOx-Erzeugung besteht. Dies gilt insbesondere, wenn eine messbare Differenz zwischen den thermodynamischen Eigenschaften der HD-Abgase und der ND-Abgase vorhanden ist. Eine solche messbare Differenz ist, dass eine mittlere Entropiedifferenz von mindestens 50 J/(kg·K) zwischen dem AGR- und dem Turbinenabgasstrom für einen Motorbetrieb über ca. 20% Volllast vorhanden ist. In diesem Betriebszustand weist das System signifikante Vorteile auf, was die Kraftstoffwirtschaftlichkeit und die Emissionen von Verbrennungsmotoren und insbesondere von Dieselbrennkraftmaschinen betrifft.The use of such a shared flow exhaust system can provide increased fuel economy and improved air-fuel ratio without the risk of increasing NOx production. This is especially true when there is a measurable difference between the thermodynamic properties of the HD exhaust gases and the LP exhaust gases. One such measurable difference is that there is a mean entropy difference of at least 50 J / (kg · K) between the EGR and turbine exhaust gas flow for engine operation above about 20% full load. In this mode of operation, the system has significant advantages in terms of fuel economy and emissions of internal combustion engines and, in particular, diesel internal combustion engines.

3 zeigt ein T-s-Diagramm (Temperatur in Abhängigkeit von der Entropie), welches verwendet wird, um das Arbeitspotential eines Gaszustands zu bestimmen. Gaszustände im oberen rechten Bereich (hohe Temperatur und hohe Entropie) weisen das höchste Potential auf, um Arbeit zu verrichten. Gaszustände im unteren linken Bereich (niedrige Temperatur – niedrige Entropie) weisen das niedrigste Arbeitspotential auf. Das T-s-Diagramm vergleicht ein herkömmliches Motorsystem, wie in 1 dargestellt, mit einem Motorsystem wie dem oben erläuterten Motorsystem 100. In diesem Diagramm ist ein Dieselmotor mit Turboaufladung dargestellt, der mit hoher Last betrieben wird. Die Ergebnisse sind eine schematische Darstellung eines Motor-Simulationsmodells, das darauf abzielt, dieselben NOx-Emissionen wie bei einem herkömmlichen Motor zu erzeugen, jedoch bei verbesserter Kraftstoffwirtschaftlichkeit und einem höheren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zur Erzielung geringerer Rußemissionen. 3 shows a Ts (temperature versus entropy) graph, which is used to determine the working potential of a gas state. Gas states in the upper right area (high temperature and high entropy) have the highest potential to do work. Gas states in the lower left area (low temperature - low entropy) have the lowest working potential. The Ts diagram compares a conventional engine system as in 1 shown with an engine system such as the engine system discussed above 100 , This diagram shows a turbocharged diesel engine operating at high load. The results are a schematic of an engine simulation model aimed at producing the same NOx emissions as a conventional engine, but with improved fuel economy and higher air-fuel ratio to achieve lower soot emissions.

Wie in 3 dargestellt, weisen die Abgase 150 am Einlass des Turboladers des herkömmlichen Motors im Durchschnitt eine höhere Temperatur auf, jedoch, was am wichtigsten ist, eine wesentlich niedrigere Entropie als die Abgase 152 am Einlass der Turbine 126 des Turboladers 124 (d. h. der HD-Abgase) bei der Bauform mit geteiltem Strom. Die Temperaturunterschiede sind teilweise auf die zusätzliche Luft bei der Bauform mit geteiltem Strom zuzuführen. Durch Pumpen von zusätzlicher Luft sowie annähernd derselben Menge von AGR-Gas werden bei der Bauform mit geteiltem Strom im Allgemeinen geringfügig niedrigere Temperaturen der aus dem Motor ausströmenden Abgase erzeugt als bei dem herkömmlichen Motor unter denselben Drehzahl- und Lastbedingungen. Außerdem weisen die AGR-Gase 154 des herkömmlichen Motors im Durchschnitt eine höhere Temperatur und eine höhere Entropie auf als die AGR-Abgase 156 (d. h. die ND-Abgase) bei der Bauform mit geteiltem Strom.As in 3 shown, have the exhaust gases 150 at the inlet of the turbocharger of the conventional engine, on average, a higher temperature, but, most importantly, a substantially lower entropy than the exhaust gases 152 at the inlet of the turbine 126 of the turbocharger 124 (ie the HD exhaust) in the split current design. The temperature differences are partly due to the additional air in the split current design. By pumping additional air and approximately the same amount of EGR gas, the split-flow design generally produces slightly lower exhaust gas effluent temperatures than the conventional engine under the same speed and load conditions. In addition, the EGR gases point 154 of the conventional engine, on average, has a higher temperature and a higher entropy than the EGR exhaust gases 156 (ie the LP exhaust gases) in the split current design.

Daher wird bei richtiger Einstellung der Öffnungszeit der HD-Auslassventile 120 durch die HDAV-Steuerungsvorrichtung 121 das Gas mit hohem Arbeitspotential entsprechend den Aufladeanforderungen zum Turbolader 124 gesendet, während die richtig phasenverstellten ND-Auslassventile 122, die durch die NDAV-Steuerungsvorrichtung 123 gesteuert werden, Gas mit niedrigerer Entropie und niedriger Temperatur als AGR-Gas zu dem AGR-Kühler 132 und weiter zu dem Ansaugkrümmer 108 senden.Therefore, if the opening time of the HP exhaust valves is properly set, then 120 by the HDAV control device 121 the gas with high working potential according to the turbocharger charging requirements 124 sent while the properly phased ND exhaust valves 122 generated by the NDAV control device 123 controlled, lower entropy and lower temperature gas than EGR gas to the EGR cooler 132 and on to the intake manifold 108 send.

12 zeigt eine grafische Darstellung der Verfügbarkeit in Abhängigkeit von der Enthalpie der Abgasströme für denselben Betriebszustand, wie er in 3 verwendet wurde. ”Verfügbarkeit” ist in diesem Falle im Wesentlichen die Fähigkeit der Abgasströme, Arbeit zu verrichten, wie zum Beispiel, wenn der Gasstrom durch eine Turbine eines Turboladers geleitet wird. Die grafische Darstellung veranschaulicht, dass für den herkömmlichen Motor die Verfügbarkeit und die Enthalpie des AGR-Gasstroms 410 und des Einlassstroms 412 des Turboladers sehr ähnlich sind. Dagegen bewirkt die Bauform mit geteiltem Strom eine Trennung der Enthalpien des AGR-Gasstroms 414 und des Einlassstroms 416 des Turboladers, wobei Gase mit höherer Enthalpie mit einer im Allgemeinen größeren Verfügbarkeit dem Turbolader zugeführt werden. 12 shows a graphical representation of the availability as a function of the enthalpy of the exhaust gas streams for the same operating state as in 3 has been used. "Availability" in this case is essentially the ability of the exhaust streams to do work, such as when the gas stream is passed through a turbine of a turbocharger. The graph illustrates that for the conventional engine, the availability and enthalpy of the EGR gas flow 410 and the inlet stream 412 of the turbocharger are very similar. In contrast, the split current design separates the enthalpies of the EGR gas flow 414 and the inlet stream 416 turbocharger, wherein higher enthalpy gases are supplied to the turbocharger with generally greater availability.

Verfahren gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beinhalten eine Steuerungsstrategie zur Steuerung des Abgasstroms auf der Basis von Sollwerten der AGR-Durchflussrate und des Ansauggasdruckes, die von der Haupt-ECU 134 gesendet werden. Diese Sollwerte werden auf der Basis der Motorbetriebsparameter bestimmt, darunter unter anderem Drehzahl, Last, Anforderungen hinsichtlich des Einschwingverhaltens, NOx, Rußerzeugung, Umgebungsdruck und -temperatur.Methods in accordance with embodiments of the present invention include a control strategy for controlling exhaust gas flow based on EGR flow rate and intake gas pressure setpoint values provided by the main ECU 134 be sent. These setpoints are determined based on engine operating parameters including, but not limited to, speed, load, transient response requirements, NOx, soot generation, ambient pressure, and temperature.

Der Ansauggasdruck-Sollwert gibt den erforderlichen Ansauggasdruck an. Die Ansauggasdruck-Anforderung wird verwendet, um die Turbinenleistung zu bestimmen, die erforderlich ist, um die Ansauggasdruck-Anforderung zu erfüllen, so dass der Turbolader 124 die geeignete Aufladung gewährleisten kann. Anzumerken ist, dass Aufladung typischerweise die Druckänderung gegenüber dem atmosphärischen Druck ist, während Ansauggasdruck typischerweise Absolutdruck ist. Jedoch sind die Begriffe ”Aufladung” und ”Ansaugdruck”, wie sie hier verwendet werden, im Wesentlichen synonym. Aus der Turbinenleistung, die erforderlich ist, um die Ansauggasdruck-Anforderung zu erfüllen, ergeben sich die Durchflussrate und der Gaszustand (z. B. der thermodynamische Zustand) der HD-Abgase. Mit diesen Informationen stellt die HDAV-Steuerungsvorrichtung 121 die Steuerzeiten der Hochdruckauslassventile (”HD-Ventilsteuerzeiten”) ein, um die Turbinen-Eingangsleistung bereitzustellen (auf der Basis einer thermodynamischen Berechnung), um die Ansauggasdruck-Anforderung zu erfüllen. The intake gas pressure setpoint indicates the required intake gas pressure. The intake gas pressure demand is used to determine the turbine power required to meet the intake gas pressure requirement, such that the turbocharger 124 can ensure the appropriate charge. It should be noted that charge is typically the pressure change from atmospheric pressure, while intake gas pressure is typically absolute pressure. However, the terms "charge" and "suction pressure" as used herein are essentially synonymous. The turbine power required to meet the intake gas pressure requirement results in the flow rate and gas state (eg, thermodynamic state) of the HP exhaust gases. This information is provided by the HDAV control device 121 the high pressure exhaust valve timing ("HP valve timing") to provide the turbine input power (based on a thermodynamic calculation) to meet the intake gas pressure requirement.

4 ist ein schematischer Turbinenregelkreis 160 (”TRK 160”) zur Implementierung einer Ansauggasdruck-Steuerungsstrategie zur Bestimmung der HD-Ventilsteuerzeiten auf der Basis eines gewünschten Ansauggasdruckes. Zuerst wird ein Ansauggasdruck-Sollwert 162 von der ECU 134 abgerufen. Dieser Sollwert wird typischerweise durch einen Hauptregelkreis bestimmt, der unter anderem Motorlast und Motordrehzahl verwendet, um den gewünschten Ansauggasdruck zu bestimmen. Der TRK 160 misst und analysiert dann den Ist-Ansauggasdruck 164. Falls der Ansauggasdruck-Istwert nicht gleich dem Ansauggasdruck-Sollwert 162 ist und auch nicht innerhalb eines vorgegebenen Bereiches um den Sollwert herum liegt, werden die HD-Ventilsteuerzeiten für die HD-Auslassventile 120 verstellt. Falls der Ansauggasdruck-Istwert kleiner als der Ansauggasdruck-Sollwert ist, werden die HD-Ventilsteuerzeiten vorverstellt, um Gas mit höherem Druck und höherer Temperatur in die Turbine 126 einzulassen, um die Eingangsleistung zu erhöhen und somit die Turbinen-/Verdichterdrehzahl zu erhöhen, und folglich die Aufladung des Turboladers und folglich den Ansauggasdruck. In ähnlicher Weise werden, wenn der Ansauggasdruck-Istwert über dem Ansauggasdruck-Sollwert liegt, die HD-Ventilsteuerzeiten zurückverstellt, um die thermodynamische Leistung des der Turbine 126 zugeführten Abgases zu verringern und folglich die Turbinen-/Verdichterdrehzahl und somit die Aufladung und folglich den Ansauggasdruck zu verringern. 4 is a schematic turbine control loop 160 ( "TRK 160 ") For implementing an intake gas pressure control strategy to determine the HP valve timing based on a desired intake gas pressure. First, a suction gas pressure set point 162 from the ECU 134 accessed. This setpoint is typically determined by a master loop that uses, among other things, engine load and engine speed to determine the desired intake gas pressure. The TRK 160 then measures and analyzes the actual intake gas pressure 164 , If the intake gas pressure actual value is not equal to the intake gas pressure set value 162 is not within a predetermined range around the setpoint, the HP valve timing for the HD exhaust valves 120 adjusted. If the actual intake gas pressure is less than the intake gas pressure setpoint, the HP valve timing is advanced to deliver higher pressure, higher temperature gas to the turbine 126 to increase the input power and thus increase the turbine / compressor speed and consequently the turbocharger's supercharging and consequently the intake gas pressure. Similarly, if the actual intake gas pressure is above the intake gas pressure setpoint, the HP valve timings will be retarded to reflect the thermodynamic performance of the turbine 126 to reduce supplied exhaust gas and thus reduce the turbine / compressor speed and thus the charge and consequently the intake gas pressure.

In 4 ist eine detailliertere Ausführungsform dargestellt. Der TRK 160 ist eine modellbasierte Steuerung. Die modellbasierte Steuerung umfasst adaptive Vorwärtsregelung und Modelle der Turbinenleistung, darunter ein Modell der Steuerung des Ansauggasdruckes, welches die HD-Ventilsteuerzeiten steuert, um den Antrieb der Turbine des Turboladers 124 zu steuern. Bei dieser Ausführungsform werden der Druck 167 und die Temperatur 169 des HD-Abgases in dem HD-Abgaskrümmer 116 überwacht und verwendet, um die Turbinenleistung auf der Basis dieser Parameter 168 zu bestimmen. Diese Informationen werden in Kombination mit dem Ansauggasdruck-Sollwert verwendet, um das geeignete Phasing der HD-Auslassventile 120 zu bestimmen. Diese Informationen ermöglichen eine Vorwärtsregelung zum Verstellen der HD-Ventilsteuerzeiten durch Berechnen der thermodynamischen Turbinenleistung und eines berechneten Ladedruckes auf der Basis der thermodynamischen Eigenschaften des HD-Abgases.In 4 a more detailed embodiment is shown. The TRK 160 is a model-based control. Model-based control includes adaptive feed forward and turbine power models, including a model of intake gas pressure control that controls the HP valve timing to drive turbocharger turbine 124 to control. In this embodiment, the pressure 167 and the temperature 169 HD exhaust gas in the HP exhaust manifold 116 monitors and uses the turbine power based on these parameters 168 to determine. This information is used in combination with the intake gas pressure setpoint to ensure the appropriate phasing of the HP exhaust valves 120 to determine. This information provides feed-forward control for adjusting the HP valve timing by calculating the turbine thermodynamic output and a calculated boost based on the thermodynamic properties of the HP exhaust.

Bei einigen Ausführungsformen ist das Modell der Steuerung des Ansauggasdruckes adaptiv. Bei diesen adaptiven Modellen wird der Ist-Ansauggasdruck, der typischerweise im Ansaugkrümmer gemessen wird, mit dem Ansauggasdruck-Sollwert verglichen. Die Differenzen zwischen den Ist- und Sollwerten können verwendet werden, um Konstanten innerhalb des Modells der Steuerung des Ansauggasdruckes anzupassen, um die Modellgenauigkeit für eine Vorwärtsregelung aufrechtzuerhalten. Genauer, falls die Abweichung zwischen Ist-Aufladung und berechneter Aufladung einen vorgegebenen Wert übersteigt, kann die Abweichung verwendet werden, um das Modell zu modifizieren und seine Genauigkeit aufrechtzuerhalten. Es ist anzumerken, dass das Modell der Steuerung des Ansauggasdruckes, einschließlich der Modellkonstanten, in der ECU 134 oder in einer separaten Komponente, die mit der ECU 134 betriebsfähig gekoppelt ist, gespeichert sein kann.In some embodiments, the model of suction gas pressure control is adaptive. In these adaptive models, the actual intake gas pressure, typically measured in the intake manifold, is compared to the intake gas pressure setpoint. The differences between the actual and set values may be used to adjust constants within the intake manifold pressure control model to maintain model accuracy for feedforward control. Specifically, if the deviation between actual charge and calculated charge exceeds a predetermined value, the deviation may be used to modify the model and maintain its accuracy. It should be noted that the model of the control of the suction gas pressure, including the model constants, in the ECU 134 or in a separate component with the ECU 134 operably coupled, can be stored.

Es wird auf 5 Bezug genommen; es werden die Steuerzeiten der Niederdruckauslassventile (”ND-Ventilsteuerzeiten”) bestimmt, um die Menge an AGR-Gas bereitzustellen, die benötigt wird, um das Ansaugsystem 104 zu speisen. Dabei ist das beste Abgas für die AGR, anders als bei der Turbine, dasjenige mit der niedrigsten Enthalpie, welches nach dem untersten Punkt des Kolbenweges erhalten wird, d. h. am unteren Totpunkt (”UT”), wo die Verbrennungsgase innerhalb des Brennraums des Verbrennungsmotors 102 die vollständige Expansionskühlung erfahren haben. Insofern werden die ND-Auslassventile 122 vorzugsweise an oder nach dem UT geöffnet, und die Menge an AGR-Durchfluss wird dadurch gesteuert, wie lange die ND-Auslassventile 122 offen gelassen werden und Abgas in das AGR-System 130 ausstoßen. Die Steuerzeiten für das ND-Abgas können jedoch vorverstellt werden, so dass die ND-Auslassventile 122 zu einem früheren Zeitpunkt geöffnet werden können (d. h. bei einem früheren Kurbelwellenwinkel), um einen höheren Druck im Zylinder zum Treiben des AGR-Gases durch den ND-Abgaskrümmer 118 und das AGR-System 130 zu erhalten. Alternativ dazu können die Steuerzeiten für das ND-Abgas zurückverstellt werden, näher zum Ende des Auslasshubes hin, wo der Druck im Zylinder infolge der Verdichtung durch die Kolbenbewegung in Richtung des oberen Totpunktes zunimmt. Ein richtiges Phasing der ND-Auslassventile 122 ermöglicht eine Minimierung der Gesamt-Pumparbeit (zwischen Blowdown und Auslasshub), die erforderlich ist, um das AGR-Gas durch das AGR-System 130 zu treiben.It will open 5 Reference is made; the low pressure exhaust valve timing ("ND valve timing") is determined to provide the amount of EGR gas needed to supply the intake system 104 to dine. In this case, the best exhaust gas for the EGR, unlike the turbine, is the one with the lowest enthalpy, which is obtained after the lowest point of the piston stroke, ie at bottom dead center ("UT"), where the combustion gases within the combustion chamber of the internal combustion engine 102 have experienced the full expansion cooling. In this respect, the LP exhaust valves 122 preferably open at or after UT, and the amount of EGR flow is controlled by how long the LP exhaust valves 122 be left open and exhaust into the EGR system 130 emit. However, the timing for the LP exhaust may be advanced so that the LP exhaust valves 122 may be opened earlier (ie, at an earlier crankshaft angle) to provide a higher pressure in the cylinder for propelling the EGR gas through the LP exhaust manifold 118 and the EGR system 130 to receive. Alternatively, the timing for the LP exhaust may be retarded, closer to the end of the exhaust stroke, where the pressure in the cylinder increases due to compression by the piston movement toward top dead center. A proper phasing of LP exhaust valves 122 allows for minimizing the total pumping work (between blowdown and exhaust stroke) required to recycle the EGR gas through the EGR system 130 to drive.

Die Anforderungen an den AGR-Durchfluss, zusammen mit der Temperatur des Niederdruck-Abgases, werden überwacht, und die Ventilöffnungs- und -schließzeit wird bestimmt, um die niedrigste mittlere Temperatur des AGR-Gases sicherzustellen, während gleichzeitig die Anforderung an die Gesamt-Massenfluss für eine korrekte NOx-Reduzierung erfüllt wird. Ein zusätzlicher Vorteil der Verwendung von vollständig expandiertem Abgas für die AGR ist, dass mit der niedrigeren Enthalpie unerwünschte Pumpverluste reduziert werden, wenn das AGR-Gas durch das AGR-System 130 hindurch bewegt wird.The EGR flow rate requirements, along with the low pressure exhaust gas temperature, are monitored and the valve opening and closing times are determined to ensure the lowest average temperature of the EGR gas, while at the same time meeting the requirement for total mass flow for a correct NOx reduction is met. An additional advantage of using fully expanded exhaust gas for the EGR is that with the lower enthalpy undesirable pumping losses are reduced when the EGR gas is exhausted through the EGR system 130 is moved through.

5 ist ein schematischer AGR-Regelkreis 170 (”AGRRK 160”) zur Implementierung einer AGR-Steuerungsstrategie zur Bestimmung der ND-Ventilsteuerzeiten auf der Basis einer gewünschten AGR-Durchflussrate. Auch hier besteht die Funktion des AGRRK 170 darin, die ND-Ventilsteuerzeiten so einzustellen, dass ein ausreichender Druck bei der niedrigsten Temperatur erzeugt wird, um den Sollwert der AGR-Durchflussrate zu erreichen. Der AGRRK ruft den Sollwert der AGR-Durchflussrate 172 von der ECU 134 ab. Der Sollwert der AGR-Durchflussrate 172 wird durch einen Hauptregelkreis einer höheren Ebene bestimmt, unter Verwendung, unter anderem, von Motordrehzahl und Motorlast. 5 is a schematic EGR control loop 170 ( "AGRRK 160 ") For implementing an EGR control strategy for determining LP valve timing based on a desired EGR flow rate. Again, the function of the AGRRK exists 170 This is to set the LP valve timings to produce sufficient pressure at the lowest temperature to reach the EGR flow rate setpoint. The AGRRK calls the setpoint of the EGR flow rate 172 from the ECU 134 from. The setpoint of the EGR flow rate 172 is determined by a higher level main loop using, among other things, engine speed and engine load.

Bei der einfachsten Ausführungsform werden die ND-Ventilsteuerzeiten eingestellt, um den Sollwert der AGR-Durchflussrate 172 zu realisieren. Wie im Wesentlichen oben angegeben wurde, erzeugt ein Vorverstellen der ND-Ventilsteuerzeiten während des Arbeitshubes mehr Druck, um den AGR-Strom durch das AGR-System 130 zu treiben, jedoch auf Kosten einer höheren AGR-Enthalpie. Eine zeitliche Steuerung des Übergangs zwischen dem Öffnen des ND-Auslassventils und den Schließen des HD-Auslassventils steuert dann die Menge an AGR-Gas, die dem Ansaugkrümmer zugeführt wird. Das ND-Auslassventil bei einem Viertaktmotor öffnet sich nahezu immer beim Aufwärtshub. In einer solchen Situation wird der Transfer des AGR-Gases unter Verwendung des Aufwärts-Auslasshubes des Kolbens durchgeführt. Insofern werden Probleme im Zusammenhang mit einem erforderlichen Druckabfall zwischen dem AGR-System 130 und dem Ansaugsystem 104 durch die Tatsache gemildert, dass das AGR-Gas durch den Kolben zu dem Ansaugsystem 104 getrieben werden kann. Ferner existiert, anders als bei Systemen nach dem Stand der Technik, für das AGR-Gas kein anderer Strömungsweg, d. h. kein Strömungsweg durch die Turbine 126, da dieser Weg an diesem Punkt während des Kolbenzyklus im Wesentlichen von dem AGR-Weg abgeriegelt ist.In the simplest embodiment, the ND valve timings are adjusted to the setpoint of the EGR flow rate 172 to realize. As essentially stated above, advancing the ND valve timing during the power stroke creates more pressure to increase the EGR flow through the EGR system 130 but at the cost of higher EGR enthalpy. Timing the transition between opening the LP exhaust valve and closing the HP exhaust valve then controls the amount of EGR gas supplied to the intake manifold. The LP exhaust valve on a four-stroke engine almost always opens on the upstroke. In such a situation, the transfer of the EGR gas is performed by using the upward exhaust stroke of the piston. In that respect, problems associated with a required pressure drop between the EGR system 130 and the intake system 104 tempered by the fact that the EGR gas through the piston to the intake system 104 can be driven. Further, unlike prior art systems, there is no other flow path for the EGR gas, ie no flow path through the turbine 126 because at this point, during the piston cycle, this path is substantially sealed off from the EGR path.

Anders als bei Bauformen nach dem Stand der Technik, wo der einzige Abgaskrümmer sowohl an das AGR-System als auch die Turbine des Turboladers angeschlossen war, kann bei der Bauform mit geteiltem Strom das Motorsystem 100 so konfiguriert sein, dass der einzige Strömungsweg für das ND-Abgas durch das AGR-System verläuft. Insofern entfällt die Notwendigkeit eines ausreichenden Druckunterschiedes, um das ND-Abgas als AGR-Gas durch das AGR-System zu treiben, da die Kolben das AGR-Gas durch das AGR-System treiben können.Unlike the prior art designs, where the single exhaust manifold was connected to both the EGR system and the turbine of the turbocharger, in the split-flow design, the engine system can 100 be configured so that the only flow path for the LP exhaust gas passes through the EGR system. As such, there is no need for a sufficient pressure differential to drive the LP exhaust as EGR gas through the EGR system because the pistons can drive the EGR gas through the EGR system.

Bei einer weiterentwickelten Ausführungsform des AGRRK wird eine modellbasierte Steuerung verwendet, um in Berechnungen innerhalb des AGRRK 170 den AGR-Durchfluss und die Pumpleistung des Motors zu modellieren und die Ventilsteuerzeiten sowie potentiell die Schaufelpositionen der Turbine mit variabler Geometrie (variable geometry turbine, VTG) zu optimieren.In a more advanced embodiment of the AGRRK, model-based control is used to perform calculations within the AGRRK 170 to model the engine EGR flow and pump power and to optimize valve timing and potentially the variable geometry turbine (VTG) blade positions.

Genauer, der AGRRK 170 kann ein Modell der Steuerung des AGR-Durchflusses verwenden, welches ein theoretisches Fluidstrom-Modell für den AGR-Durchfluss durch eine Durchflussöffnung (Blende) hindurch (z. B. die minimale Fläche oder maximale Verengung in dem Strömungsweg des AGR-Systems 130) sein kann. Das Modell kann die AGR-Temperatur, den ND-Abgaskrümmerdruck, den Ansaugkrümmerdruck sowie eine Durchflussbegrenzungsfläche und einen Durchflusskoeffizienten oder Abflusskoeffizienten verwenden. Das Modell kann auch einen Abgas-Impulsmultiplikator enthalten. Wenn das Modell kalibriert wird, werden der Durchflusskoeffizient oder Abflusskoeffizient und der Abgas-Impulsmultiplikator so eingestellt, dass die AGR-Durchflussrate für einen weiten Bereich von Motordrehzahl- und Motorlast-Betriebsbedingungen am besten modelliert wird. Alternativ dazu kann das System kalibriert werden, indem eine Massenfluss-Messvorrichtung (z. B. ein Sensors für die AGR-Durchflussrate) in dem AGR-System 130, wie etwa ein virtueller Sensor, ein Algorithmus, der einen Druckabfall über einer bekannten Durchflussöffnung analysiert, eine Hitzdraht- oder eine Membranauslenkungsvorrichtung, um zu bestimmen, ob eine korrekte AGR-Durchflussrate gewährleistet ist, verwendet wird. Diese Erfassung findet dann innerhalb des AGR-Systems 130 statt, bevor das AGR-Gas in das Ansaugsystem einströmt.More precisely, the AGRRK 170 For example, a model of EGR flow control utilizing a theoretical fluid flow model for EGR flow through a flow orifice (eg, minimum area or maximum restriction in the flow path of the EGR system 130 ) can be. The model may use the EGR temperature, the LP exhaust manifold pressure, the intake manifold pressure, as well as a flow restriction area and a flow coefficient or outflow coefficient. The model may also include an exhaust pulse multiplier. When the model is calibrated, the flow coefficient or effluent coefficient and exhaust pulse multiplier are adjusted to best model the EGR flow rate over a wide range of engine speed and engine load operating conditions. Alternatively, the system may be calibrated by using a mass flow meter (eg, an EGR flow rate sensor) in the EGR system 130 such as a virtual sensor, an algorithm that analyzes a pressure drop over a known flow orifice, a hot wire or a membrane deflection device to determine if a correct EGR flow rate is warranted is used. This detection then takes place within the EGR system 130 instead of before the EGR gas enters the intake system.

Das Modell der Steuerung des AGR-Durchflusses verwendet die ND-Abgastemperatur und den ND-Abgasdruck zusätzlich zu dem Sollwert der AGR-Durchflussrate 172, um die ND-Auslassventilsteuerzeiten zu bestimmen.The EGR flow control model uses the LP exhaust temperature and the LP exhaust pressure in addition to the EGR flow rate set point 172 to determine the LP exhaust valve timing.

Der AGRRK 170 kann adaptiv sein, wobei dann das Modell der Steuerung des AGR-Durchflusses die Abweichung zwischen dem Istwert der AGR-Durchflussrate und dem Sollwert der AGR-Durchflussrate verwendet, um die Konstanten des Modells der Steuerung des AGR-Durchflusses anzupassen. Genauer, der AGRRK 170 kann den Istwert der AGR-Durchflussrate messen und ihn mit dem Sollwert der AGR-Durchflussrate vergleichen. Falls dieser Fehler außerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt, können die Konstanten des Modells der Steuerung des AGR-Durchflusses aktualisiert werden, um die Genauigkeit des On-Board-Modells der Steuerung des AGR-Durchflusses aufrechtzuerhalten. Der für die Kalibrierung verwendete Sensor für die AGR-Durchflussrate kann auch für die an Ort und Stelle durchgeführte Echtzeit-Kalibrierung der Konstanten des Modells der Steuerung des AGR-Durchflusses verwendet werden.The AGRRK 170 may be adaptive, in which case the EGR flow control model uses the deviation between the actual EGR flow rate and the EGR flow rate set point to adjust the constants of the EGR flow control model. More precisely, the AGRRK 170 can measure the actual EGR flow rate and compare it to the EGR flow rate setpoint. If this error is outside a predetermined range, the constants of the EGR flow control model may be updated to maintain the accuracy of the on-board model of EGR flow control. The EGR flow rate sensor used for the calibration may also be used for the on-site real-time calibration of the EGR flow rate control model constants.

Zusätzlich zum Analysieren lediglich der AGR-Durchflussrate kann auch die Isttemperatur des AGR-Gases analysiert und verwendet werden, um die ND-Ventilsteuerzeiten einzustellen. Zum Beispiel kann der AGR-Sollwert einen AGR-Temperatursollwert umfassen. Verfahren zur Steuerung des Durchflusses von Abgas können das Vergleichen der Isttemperatur des Abgases mit einem Temperatursollwert beinhalten. Die Abweichung zwischen dem Istwert und dem Sollwert kann verwendet werden, um sowohl die ND-Ventilsteuerzeiten zu verstellen als auch das Modell der Steuerung des AGR-Durchflusses zu modifizieren, falls der Fehler außerhalb vorgegebener Bereiche liegt.In addition to analyzing only the EGR flow rate, the actual temperature of the EGR gas may also be analyzed and used to adjust the LP valve timing. For example, the EGR setpoint may include an EGR temperature setpoint. Methods for controlling the flow of exhaust gas may include comparing the actual temperature of the exhaust gas with a temperature setpoint. The deviation between the actual value and the target value may be used to both adjust the ND valve timing and to modify the EGR flow rate control model if the error is outside predefined ranges.

Die NOx-Erzeugung kann ebenfalls überwacht und verwendet werden, um das Phasing der HD-Auslassventile und der ND-Auslassventile einzustellen. Genauer, es können Istwerte des NOx-Pegels innerhalb des aus dem Motor ausströmenden Abgases gemessen werden. Die gemessenen NOx-Pegel können mit Schwellenwerten für den NOx-Pegel verglichen werden, um zu bestimmen, ob das AGR-System ausreichend AGR-Gas mit der richtigen Durchflussrate und dem richtigen thermodynamischen Zustand liefert, um den NOx-Pegel unter den Schwellenwert für akzeptable NOx-Pegel zu senken.NOx production may also be monitored and used to adjust the phasing of the HP exhaust valves and the LP exhaust valves. More specifically, actual values of the NOx level can be measured within the exhaust gas flowing out of the engine. The measured NOx levels may be compared to NOx level thresholds to determine if the EGR system is supplying sufficient EGR gas at the correct flow rate and thermodynamic state to lower the NOx level below the acceptable level Reduce NOx level.

Falls die gemessenen NOx-Pegel zu hoch sind, kann das Phasing der HD- und ND-Auslassventile verstellt werden, um die Teilmenge oder den Zustand des Abgases anzupassen, welches als AGR-Gas verwendet wird. Typischerweise können, falls die gemessenen NOx-Pegel zu hoch sind, die Steuerzeiten des HD-Auslassventils zurückverstellt werden, um zu versuchen, Abgas zu erhalten, welches eine stärkere Expansion durchlaufen und mehr Arbeit an den Kolben des Motors verrichtet hat, so dass es eine niedrigere Temperatur aufweist und für eine Verwendung als AGR-Gas besser geeignet ist. Alternativ dazu können sowohl das HD- als auch das ND-Auslassventil vorverstellt werden, um zu ermöglichen, dass mehr Abgas in den AGR-Kreis eingespeist wird, oder das HD-Auslassventil kann in der einen oder anderen Richtung phasenverstellt werden, während das ND-Auslassventil vorverstellt wird, wodurch möglicherweise ihre Überschneidung vergrößert wird und dabei eine größere Menge an AGR ermöglicht wird.If the measured NOx levels are too high, the phasing of the HP and LP exhaust valves may be adjusted to adjust the subset or condition of the exhaust gas used as the EGR gas. Typically, if the measured NOx levels are too high, the timing of the HP exhaust valve may be retarded to try to obtain exhaust that has undergone greater expansion and done more work on the piston of the engine, so that there is a lower temperature and more suitable for use as EGR gas. Alternatively, both the HP and LP exhaust valves may be advanced to allow more exhaust gas to be fed into the EGR loop, or the HP exhaust valve may be phased in one direction or the other while the LPD Exhaust valve is advanced, which may increase their overlap, thereby allowing a larger amount of EGR.

Die gemessenen NOx-Pegel können auch verwendet werden, um beliebige theoretische Modelle der Steuerung des AGR-Durchflusses anzupassen und zu modifizieren. Falls zum Beispiel gemessene NOx-Pegel für eine gegebene Menge von Betriebsparametern des Motors größer als gewünscht sind, können die Modelle der Steuerung des AGR-Durchflusses angepasst werden, um die AGR zu erhöhen oder die Qualität des als AGR-Gas verwendeten Abgases zu verbessern.The measured NOx levels may also be used to adjust and modify any theoretical models of EGR flow control. For example, if measured NOx levels are greater than desired for a given set of operating parameters of the engine, the EGR flow control models may be adjusted to increase EGR or improve the quality of exhaust gas used as EGR gas.

Zusätzlich können die HD-Ventilsteuerzeiten und ND-Ventilsteuerzeiten gleichzeitig unter Verwendung einer modellbasierten mehrparametrigen Steuerung gesteuert werden, um mit einer Kombination der Einstellungen der HD-Ventilsteuerzeiten und ND-Ventilsteuerzeiten sowohl Ansauggasdruck-Sollwerte als auch Sollwerte der AGR-Durchflussrate zu erreichen.Additionally, the HP valve timing and LP valve timing may be concurrently controlled using model-based multi-parameter control to achieve both intake gas pressure setpoints and EGR flow rate setpoints with a combination of the HP valve timing and LP valve timing adjustments.

Das Motorsystem 100 ist dafür ausgebildet, die HD-Auslassventile 120 innerhalb eines Bereiches von 120° Kurbelwelle bis 160° Kurbelwelle nach dem oberen Totpunkt (n. OT) zu öffnen, ohne eine Ermöglichung von Turboaufladung. Eine Ermöglichung von Turboaufladung kann das Öffnen der HD-Auslassventile 120 um zusätzliche 5° Kurbelwelle bis 10° Kurbelwelle in Bezug auf diesen Steuerzeitenbereich vorverstellen. Indem sogar noch weiter vorverstellt wird, kann das Einschwingverhalten verbessert werden. Die Öffnungsdauer des HD-Auslassventils beträgt typischerweise etwa 65–75% von derjenigen bei herkömmlichen Motoren. Die Öffnungsdauer des ND-Auslassventils beträgt typischerweise etwa 40–50% von derjenigen bei herkömmlichen Motoren. Ferner kann die Überschneidung zwischen dem Öffnen der ND-Auslassventile 122 und dem Schließen der HD-Auslassventile 120 zwischen 30° Kurbelwelle und 65° Kurbelwelle betragen.The engine system 100 is designed for the HD exhaust valves 120 Within a range of 120 ° crankshaft to 160 ° crankshaft after top dead center (n. OT) to open, without enabling turbocharging. Enabling turbocharging can be done by opening the HP exhaust valves 120 to advance an additional 5 ° crankshaft to 10 ° crankshaft with respect to this timing range. By advancing even further, the transient response can be improved. The opening duration of the HP exhaust valve is typically about 65-75% of that of conventional engines. The Opening period of the LP exhaust valve is typically about 40-50% of that of conventional engines. Furthermore, the overlap between the opening of the LP exhaust valves 122 and closing the HP exhaust valves 120 between 30 ° crankshaft and 65 ° crankshaft.

Die Einlassventile 110 sind in einem Bereich von 60° Kurbelwelle bis 10° Kurbelwelle vor dem oberen Totpunkt (v. OT) geöffnet. Die Öffnungsdauer ist jedoch um bis zu etwa 10% länger als bei herkömmlichen Motoren.The intake valves 110 are open in a range from 60 ° crankshaft to 10 ° crankshaft before top dead center (v. However, the opening time is up to about 10% longer than with conventional engines.

Die Anmelder haben durch Modellierung ermittelt, dass bei Anwendung dieser Betriebsverfahren wesentliche Verbesserungen hinsichtlich der Motorleistung erzielt werden können.Applicants have determined through modeling that significant improvements in engine performance can be achieved using these operating methods.

Auf der Grundlage der beschriebenen allgemeinen Betriebsumgebung und Steuerungstheorie werden nun speziellere Merkmale, alternative Ausführungsformen und Betriebsverfahren beschrieben.On the basis of the described general operating environment and control theory, more specific features, alternative embodiments, and operating methods will now be described.

6 und 7 zeigen Ventilsteuerungssysteme, welche weniger als vollständig unabhängige variable Ventilsteuerzeiten für sämtliche des Motorsystems verwenden. Stattdessen sind mindestens zwei Gruppen von Ventilen, wenn nicht alle, unter Verwendung dieser Ventilsteuerungssysteme um einen gleichen Betrag phasenverstellt (d. h. vorverstellt oder zurückverstellt). Obwohl die folgenden Ausführungsformen im Allgemeinen als Nockenwellen-Phasenschieber verwendend beschrieben werden, sind die folgenden Beispiele auch für die oben erläuterten anderen Typen von Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtungen anwendbar. Ferner könnten die verschiedenen Ausführungsformen auch eine Kombination der verschiedenen Typen von Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtungen verwenden. 6 and 7 show valve control systems using less than fully independent variable valve timing for all of the engine system. Instead, at least two sets of valves, if not all, are phase shifted (ie, advanced or retarded) by an equal amount using these valve timing systems. Although the following embodiments will be described generally using camshaft phase shifters, the following examples are also applicable to the other types of valve phase shift devices discussed above. Further, the various embodiments could also use a combination of the different types of valve-phase shifting devices.

6 ist eine vereinfachte schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Ventilsteuerungssystems 174. Das Ventilsteuerungssystem 174 ist funktionsmäßig dafür ausgebildet, den Betrieb, das heißt das Öffnen und Schließen, der Einlassventile 110, der HD-Auslassventile 120 und der ND-Auslassventile 122, soweit zutreffend, vorzuverstellen oder zurückzuverstellen. 6 is a simplified schematic representation of an embodiment of a valve control system 174 , The valve control system 174 is functionally designed to operate, that is, to open and close the intake valves 110 , the HD exhaust valves 120 and the LP exhaust valves 122 if applicable, advance or retract.

Das Ventilsteuerungssystem 174 weist bei dieser Ausführungsform ein Paar von Nockenwellen-Phasenschiebern 176, 178 auf, die verwendet werden, um Ventilsteuerzeiten zu verstellen. Die ECU 134 kann als ein Bestandteil des Ventilsteuerungssystems 174 betrachtet werden und führt dann die oben skizzierten Schritte aus, und sie kann funktionswirksam mit den Nockenwellen-Phasenschiebern 176, 178 kommunizieren oder den Betrieb derselben steuern, um Ventilsteuerzeiten zu verstellen.The valve control system 174 In this embodiment, there is a pair of camshaft phasers 176 . 178 which are used to adjust valve timing. The ECU 134 can be considered part of the valve control system 174 and then performs the steps outlined above, and operatively operable with the camshaft phasers 176 . 178 communicate or control their operation to adjust valve timing.

Der erste Nockenwellen-Phasenschieber 176 ist zwischen der Kurbelwelle 105 und der EV-Steuerungsvorrichtung 109, welche bei dieser Ausführungsform eine Nockenwelle umfasst, betriebsfähig gekoppelt. Der erste Nockenwellen-Phasenschieber 176 ist außerdem zwischen der Kurbelwelle 105 und der NDAV-Steuerungsvorrichtung 123, welche bei dieser Ausführungsform eine Nockenwelle umfasst, betriebsfähig gekoppelt. Der erste Nockenwellen-Phasenschieber 176 ist dafür ausgebildet, den Kurbelwellenwinkel des Öffnens und Schließens für die Einlassventile 110 und die ND-Auslassventile 122 um denselben Betrag selektiv vorzuverstellen oder zurückzuverstellen. Insofern werden, wenn der erste Nockenwellen-Phasenschieber 176 zum Beispiel die Steuerzeiten um 4° Kurbelwelle vorverstellt, sowohl die Einlassventilsteuerzeiten als auch die ND-Ventilsteuerzeiten um 4° Kurbelwelle vorverstellt. Insofern sind die Einlassventilsteuerzeiten und die ND-Ventilsteuerzeiten mechanisch gekoppelt. Jedoch werden die Ventilsteuerzeiten für die HD-Auslassventile 120 nicht infolge von Verstellungen, die unter Verwendung des ersten Nockenwellen-Phasenschiebers 176 implementiert werden, verstellt.The first camshaft phase shifter 176 is between the crankshaft 105 and the EV control device 109 which in this embodiment comprises a camshaft operably coupled. The first camshaft phase shifter 176 is also between the crankshaft 105 and the NDAV control device 123 which in this embodiment comprises a camshaft operably coupled. The first camshaft phase shifter 176 is adapted to the crankshaft angle of opening and closing for the intake valves 110 and the LP exhaust valves 122 to selectively advance or retract the same amount. In this respect, if the first camshaft phase shifter 176 For example, the timing adjusted by 4 ° crankshaft, both the intake valve timing and the ND valve timing by 4 ° crankshaft vorverstellt. In this respect, the intake valve timing and the ND valve timing are mechanically coupled. However, the valve timings for the HP exhaust valves become 120 not as a result of adjustments made using the first camshaft phase shifter 176 be implemented, adjusted.

Der zweite Nockenwellen-Phasenschieber 178 ist zwischen der Kurbelwelle 105 und der HDAV-Steuerungsvorrichtung 121, welche bei dieser Ausführungsform eine Nockenwelle umfasst, betriebsfähig gekoppelt. Der zweite Nockenwellen-Phasenschieber 178 ist dafür ausgebildet, den Kurbelwellenwinkel des Öffnens und Schließens für die HD-Auslassventile 120 selektiv vorzuverstellen oder zurückzuverstellen. Diese Verstellung der HD-Auslassventilsteuerzeiten erfolgt vollständig mechanisch, unabhängig von irgendeiner Verstellung der Ventilsteuerzeiten für die Einlassventile 110 oder die ND-Auslassventile 122.The second camshaft phase shifter 178 is between the crankshaft 105 and the HDAV control device 121 which in this embodiment comprises a camshaft operably coupled. The second camshaft phase shifter 178 is designed to control the crankshaft angle of opening and closing the HP exhaust valves 120 to selectively advance or retract. This adjustment of the HP exhaust valve timing is completely mechanical, regardless of any adjustment of valve timing for the intake valves 110 or the LP exhaust valves 122 ,

Obwohl die Nockenwellen-Phasenschieber 176, 178 schematisch als Zahnräder/Kettenräder dargestellt sind, die zwischen Zahnrädern/Kettenrädern der EV-Steuerungsvorrichtung 109, der HDAV-Steuerungsvorrichtung 121 und der NDAV-Steuerungsvorrichtung 123 angeordnet sind, könnten die Nockenwellen-Phasenschieber 176, 178 auch betriebsfähig an einzelnen Nockenwellen befestigt sein. Zum Beispiel könnte das Zahnrad/Kettenrad, das als Teil der HDAV-Steuerungsvorrichtung 121 dargestellt ist, vollständig durch den zweiten Nockenwellen-Phasenschieber 178 ersetzt werden. In ähnlicher Weise könnte das Zahnrad/Kettenrad, das als Teil der EV-Steuerungsvorrichtung 109 oder der NDAV-Steuerungsvorrichtung 123 dargestellt ist, durch den ersten Nockenwellen-Phasenschieber 176 ersetzt werden.Although the camshaft phase shifter 176 . 178 are shown schematically as gears / sprockets, the between gears / sprockets of the EV control device 109 , the HDAV control device 121 and the NDAV control device 123 are arranged, could the camshaft phase shifter 176 . 178 also be operably attached to individual camshafts. For example, the gear / sprocket included as part of the HDAV control device 121 is shown completely by the second camshaft phase shifter 178 be replaced. Similarly, the gear / Sprocket as part of the EV control device 109 or the NDAV control device 123 is represented by the first camshaft phase shifter 176 be replaced.

Ferner könnten, obwohl der Nockenwellen-Phasenschieber 176 als mit zwei separaten Zahnrädern/Kettenrädern betriebsfähig im Eingriff befindlich dargestellt ist, die EV-Steuerungsvorrichtung 109 und die NDAV-Steuerungsvorrichtung 123 durch eine einzige Nockenwelle bereitgestellt werden, wobei die EV-Steuerungsvorrichtung 109 eine erste Gruppe von Nockenerhebungen auf der Nockenwelle ist und die NDAV-Steuerungsvorrichtung 123 eine zweite Gruppe von Nockenerhebungen auf derselben Nockenwelle sein könnte. Alternativ dazu könnten auch andere Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtungen verwendet werden, wie die oben erläuterten.Further, although the camshaft phase shifter 176 is shown operatively engaged with two separate gears / sprockets, the EV control device 109 and the NDAV control device 123 be provided by a single camshaft, wherein the EV control device 109 is a first group of cam lobes on the camshaft and the NDAV control device 123 could be a second group of cam lobes on the same camshaft. Alternatively, other valve phase shifting devices could be used, such as those discussed above.

7 ist eine vereinfachte schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform eines Ventilsteuerungssystems 182. Wie das vorhergehende Ventilsteuerungssystem 174 ist das Ventilsteuerungssystem 182 funktionsmäßig dafür ausgebildet, den Betrieb, das heißt das Öffnen und Schließen, der Einlassventile 110, der HD-Auslassventile 120 und der ND-Auslassventile 122 vorzuverstellen oder zurückzuverstellen. Das Ventilsteuerungssystem 182 ist jedoch stärker vereinfacht als das Ventilsteuerungssystem 174. 7 is a simplified schematic representation of another embodiment of a valve control system 182 , Like the previous valve control system 174 is the valve control system 182 functionally adapted to the operation, that is the opening and closing, of the intake valves 110 , the HD exhaust valves 120 and the LP exhaust valves 122 to advance or retract. The valve control system 182 however, is more simplified than the valve control system 174 ,

Das Ventilsteuerungssystem 182 weist bei dieser Ausführungsform einen einzigen Nockenwellen-Phasenschieber 184 auf, der verwendet wird, um Ventilsteuerzeiten zu verstellen. Auch in diesem Falle kann die ECU 134 als ein Bestandteil des Ventilsteuerungssystems 182 betrachtet werden und führt dann die oben skizzierten Schritte aus, und sie kann funktionswirksam mit dem Nockenwellen-Phasenschieber 184 kommunizieren oder den Betrieb desselben steuern.The valve control system 182 has a single camshaft phase shifter in this embodiment 184 which is used to adjust valve timing. Also in this case, the ECU 134 as part of the valve control system 182 can be viewed and then performs the steps outlined above, and it can functionally with the camshaft phase shifter 184 communicate or control its operation.

Der Nockenwellen-Phasenschieber 184 ist als an der Kurbelwelle 105 befestigt dargestellt, und er ist mit der EV-Steuerungsvorrichtung 109, der NDAV-Steuerungsvorrichtung 123 und der HDAV-Steuerungsvorrichtung 121 betriebsfähig gekoppelt. Obwohl er als direkt mit jeder der drei Ventilsteuerungsvorrichtungen 109, 121, 123 gekoppelt dargestellt ist, könnte der Nockenwellen-Phasenschieber 184 auch mit einer der drei Ventilsteuerungsvorrichtungen 109, 121, 123 direkt gekoppelt sein, und dann können die drei Ventilsteuerungsvorrichtungen 109, 121, 123 betriebsfähig miteinander verbunden sein, anstatt jeweils direkt mit dem Nockenwellen-Phasenschieber 184 gekoppelt zu sein.The camshaft phase shifter 184 is as on the crankshaft 105 shown attached, and he is with the EV control device 109 , the NDAV control device 123 and the HDAV control device 121 operably coupled. Although he considered being direct with each of the three valve control devices 109 . 121 . 123 shown coupled, could be the camshaft phase shifter 184 also with one of the three valve control devices 109 . 121 . 123 be directly coupled, and then the three valve control devices 109 . 121 . 123 operatively connected to each other instead of directly with the camshaft phase shifter 184 to be coupled.

Bei dieser Ausführungsform ist der einzige Nockenwellen-Phasenschieber 184 dafür ausgebildet, den Betrieb, d. h. den Kurbelwellenwinkel des Öffnens und Schließens, der Einlassventile 110, der HD-Auslassventile 120 und der ND-Auslassventile 122 um denselben Betrag relativ zu der Kurbelwelle 105 selektiv vorzuverstellen oder zurückzuverstellen. Dieses Ventilsteuerungssystem 182 kann daher als Steuerungssystem mit gleicher Steuerung aller variablen Ventilsteuerzeiten (all-equal variable valve timing control system, ”all-equal VVT control system”) bezeichnet werden.In this embodiment, the only camshaft phase shifter 184 adapted to the operation, ie the crankshaft angle of the opening and closing, the intake valves 110 , the HD exhaust valves 120 and the LP exhaust valves 122 by the same amount relative to the crankshaft 105 to selectively advance or retract. This valve control system 182 can therefore be referred to as a control system with the same control of all variable valve timing ("all-equal VVT control system").

Bei diesem Ventilsteuerungssystems 182 werden, wenn der Nockenwellen-Phasenschieber 184 zum Beispiel die Steuerzeiten um 4° Kurbelwelle vorverstellt, die Einlassventilsteuerzeiten, die HD-Ventilsteuerzeiten und die ND-Ventilsteuerzeiten jeweils um 4° Kurbelwelle vorverstellt. Insofern sind die Einlassventilsteuerzeiten, die HD-Ventilsteuerzeiten und die ND-Ventilsteuerzeiten mechanisch gekoppelt, so dass eine Verstellung der Steuerzeiten bei einer dieser Ventilgruppen eine Verstellung bei allen zur Folge hat.In this valve control system 182 when the camshaft phase shifter 184 For example, the timing advance by 4 ° crankshaft, the intake valve timing, the HP valve timing and the ND valve timing each advanced by 4 ° crankshaft. In this respect, the intake valve timing, the HP valve timing and the ND valve timing are mechanically coupled, so that an adjustment of the timing of one of these valve groups has an adjustment at all result.

Ferner könnten, obwohl der Nockenwellen-Phasenschieber 184 als mit drei separaten Zahnrädern/Kettenrädern betriebsfähig im Eingriff befindlich dargestellt ist, die EV-Steuerungsvorrichtung 109, die HDAV-Steuerungsvorrichtung 121 und die NDAV-Steuerungsvorrichtung 123 durch eine einzige Nockenwelle bereitgestellt werden, wobei die EV-Steuerungsvorrichtung 109 eine erste Gruppe von Nockenerhebungen auf der Nockenwelle ist, die HDAV-Steuerungsvorrichtung 121 eine zweite Gruppe von Nockenerhebungen auf der Nockenwelle ist und die NDAV-Steuerungsvorrichtung 123 eine dritte Gruppe von Nockenerhebungen auf dieser Nockenwelle ist. Der Nockenwellen-Phasenschieber könnte dann direkt auf dem Ende dieser Nockenwelle befestigt oder angebracht sein. Alternativ dazu könnten auch andere Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtungen verwendet werden, wie die oben erläuterten.Further, although the camshaft phase shifter 184 is shown operatively engaged with three separate gears / sprockets, the EV control device 109 , the HDAV control device 121 and the NDAV control device 123 be provided by a single camshaft, wherein the EV control device 109 a first group of cam lobes on the camshaft is the HDAV control device 121 is a second group of cam lobes on the camshaft and the NDAV control device 123 is a third group of cam lobes on this camshaft. The camshaft phase shifter could then be mounted or mounted directly on the end of this camshaft. Alternatively, other valve phase shifting devices could be used, such as those discussed above.

Diese beiden Ventilsteuerungssysteme 174, 182 sind einfacher als die Verwendung vollständig unabhängiger Ventilsteuerzeiten für jede der drei verschiedenen Gruppen von Ventilen 110, 120, 122. Daher bewirkt jede Reduzierung beim Nockenwellen-Phasenschieber einen Vorteil in Form einer Vereinfachung der Konstruktion und einer Verringerung des Wartungsaufwands sowie der Gefahr einer Beschädigung.These two valve control systems 174 . 182 are simpler than using fully independent valve timing for each of the three different groups of valves 110 . 120 . 122 , Therefore, any reduction in the camshaft phase shifter provides an advantage in terms of simplifying the design and reducing the maintenance effort as well as the risk of damage.

Es ist anzumerken, dass es durchaus auch möglich ist, dass Ausführungsformen der Erfindung vollständig unabhängige Ventilsteuerzeiten für jede der drei Gruppen von Ventilen 110, 120, 122 verwenden. 13 zeigt eine solche Ausführungsform eines vollständig unabhängigen Ventilsteuerungssystems 179, welches drei Nockenwellen-Phasenschieber 185187 aufweist. Jeder Nockenwellen-Phasenschieber steuert unabhängig die Ventilsteuerzeiten einer einzelnen Gruppe von Ventilen. Zum Beispiel kann der Nockenwellen-Phasenschieber 185 die Ventilsteuerzeiten der Einlassventile 110 steuern, der Nockenwellen-Phasenschieber 186 kann die Ventilsteuerzeiten der HD-Auslassventile 120 steuern, und der Nockenwellen-Phasenschieber 187 kann die Ventilsteuerzeiten der ND-Auslassventile 122 steuern. Auch hier könnten auch andere Typen von Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtungen verwendet werden, um die vollständig unabhängigen Ventilsteuerzeiten zu gewährleisten. Ferner könnte eine Mischung von Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtungen implementiert werden, um einzelne von den Einlassventilen, HD- und ND-Auslassventilen 110, 120, 122 zu steuern. It should be noted that it is quite possible for embodiments of the invention to have completely independent valve timing for each of the three groups of valves 110 . 120 . 122 use. 13 shows such an embodiment of a fully independent valve control system 179 , which has three camshaft phase shifters 185 - 187 having. Each camshaft phase shifter independently controls the valve timing of a single group of valves. For example, the camshaft phase shifter 185 the valve timing of the intake valves 110 control, the camshaft phase shifter 186 can control the valve timing of the HP exhaust valves 120 control, and the camshaft phase shifter 187 can control the valve timing of the ND exhaust valves 122 Taxes. Again, other types of valve-phasing devices could be used to ensure fully independent valve timing. Further, a mixture of valve-phase shifters could be implemented to separate individual ones from the intake valves, HP and LP exhaust valves 110 . 120 . 122 to control.

Andere Ausführungsformen der Erfindung können feste Ventilsteuerzeiten für die Einlassventile 110 verwenden, während sie ein Phasing der HD-Auslassventile 120 und ND-Auslassventile 122 ermöglichen. (Dies könnte zum Beispiel bei den unten erörterten Uniflow(Gleichstrom-)Zweitakt-Dieselmotoren der Fall sein, wo die Einlasssteuerzeiten fest sind.) Die Phasings der HD-Auslassventile 120 und ND-Auslassventile 122 könnten miteinander gekoppelt sein oder voneinander unabhängig sein. Zum Beispiel könnte eine einzige Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung verwendet werden, um gleichzeitig sowohl die HD- als auch die ND-Auslassventile 120, 122 zu verstellen (d. h. ein einziger Nockenwellen-Phasenschieber, der mit einer einzigen Nockenwelle mit zwei verschiedenen Gruppen von Nockenerhebungen gekoppelt ist). Alternativ dazu könnten zwei separate Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtungen verwendet werden, um die Steuerzeiten der HD-Auslassventile 120 unabhängig von den ND-Auslassventilen 122 zu verstellen. Zum Beispiel könnten zwei separate Nockenwellen zusammen mit zwei separaten Nockenwellen-Phasenschiebern verwendet werden. Eine Nockenwelle steuert die HD-Auslassventile 120, und die andere Nockenwelle steuert die ND-Auslassventile 122. Jede Nockenwelle würde ihre eigene Phasenverschiebungsvorrichtung aufweisen, wie etwa separate Nockenwellen-Phasenschieber. Es könnten auch alternative Mittel zur Phasenverschiebung (Phasing) der Ventilsteuerzeiten der HD- und ND-Auslassventile 120, 122 verwendet werden. Wenn die HD-Auslassventile 120 unabhängig von den ND-Auslassventilen 122 verstellt werden, könnten die Phasenverschiebungsvorrichtungen, welche deren Phasing steuern, für die verschiedenen Typen von Ventilen von unterschiedlichem Typ sein.Other embodiments of the invention may include fixed valve timing for the intake valves 110 use while phasing the HD exhaust valves 120 and LP exhaust valves 122 enable. (This could be the case, for example, with the Uniflow (DC) two-stroke diesel engines discussed below, where the intake timing is fixed.) The phasing of the HP exhaust valves 120 and LP exhaust valves 122 could be coupled or independent of each other. For example, a single valve phase shifter could be used to simultaneously control both the HP and LP exhaust valves 120 . 122 (ie, a single camshaft phase shifter coupled to a single camshaft with two different groups of cam lobes). Alternatively, two separate valve phase shifters could be used to control the timing of the HP exhaust valves 120 independent of the LP exhaust valves 122 to adjust. For example, two separate camshafts could be used with two separate camshaft phasers. A camshaft controls the HP exhaust valves 120 , and the other camshaft controls the LP exhaust valves 122 , Each camshaft would have its own phase shifting device, such as separate camshaft phase shifters. There could also be alternative means of phasing the valve timing of the HP and LP exhaust valves 120 . 122 be used. If the HD exhaust valves 120 independent of the LP exhaust valves 122 For example, the phase shifting devices which control their phasing could be of different types for the different types of valves.

Die folgende Tabelle ist eine keinen Anspruch auf Vollständigkeit erhebende Liste einiger verschiedener Kombinationen für verschiedene Konfigurationen von Phasing/Ventilsteuerzeiten: Einlass- und Auslassteuerzeiten variabel Auslassteuerzeiten variabel (EV fest) Alle gleich (EV + HDAV + NDAV) 2 verschiedene Steuerzeiten-Einstellungen (EV + NDAV unabhängig von HDAV) Alle Ventile unabhängig Alle gleich Unabhängig 1 NWPS (1, 2 oder 3 Nockenwellen) 2 NWPS (2 oder 3 Nockenwellen) 3 NWPS (3 Nockenwellen) 1 NWPS (1 oder 2 Nockenwellen) 2 NWPS (2 Nockenwellen) 1 gekoppelter UPM 1 NWPS + 1 UPM 2 NWPS (2 Nockenwellen + 1 UPM) 1 UPM 1 NWPS (1 Nockenwelle) + 1 UPM EH 2 UPM 1 NWPS + 2 UPM EH 2 UPM EM EH 3 UPM EM EH EM EM The following table is a non-exhaustive list of some different combinations for different phasing / valve timing configurations: Inlet and exhaust control times variable Auslassteuerzeiten variable (EV fixed) All the same (EV + HDAV + NDAV) 2 different timing settings (EV + NDAV independent of HDAV) All valves independent All the same Independently 1 NWPS (1, 2 or 3 camshafts) 2 NWPS (2 or 3 camshafts) 3 NWPS (3 camshafts) 1 NWPS (1 or 2 camshafts) 2 NWPS (2 camshafts) 1 coupled UPM 1 NWPS + 1 rpm 2 NWPS (2 camshafts + 1 rpm) 1 rpm 1 NWPS (1 camshaft) + 1 rpm EH 2 rpm 1 NWPS + 2 RPM EH 2 rpm EM EH 3 rpm EM EH EM EM

In der obigen Tabelle steht NWPS für einen Nockenwellen-Phasenschieber, UPM steht für einen unabhängigen Phasenmechanismus wie etwa die oben erläuterten alternativen Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtungen, EH steht für eine elektrohydraulische Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung und EM steht für eine elektromechanische Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung.In the above table, NWPS stands for a camshaft phase shifter, UPM stands for an independent phase mechanism such as the alternative valve-phase shifters discussed above, EH stands for an electrohydraulic valve-phase shifter, and EM stands for an electromechanical valve-phase shifter.

8 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Motorsystems 200 gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung. 8th shows a further embodiment of an engine system 200 according to the teachings of the present invention.

Das Motorsystem 200 verwendet eine ähnliche Abgasanlage mit geteiltem Strom wie das Motorsystem 100, mit dem Unterschied, dass es ein modifiziertes AGR-System 230 aufweist, welches ein Ablassen von AGR-Gas ermöglicht. Das AGR-System 230 weist ein Umschaltsystem auf, das ein Umschaltventil 240 umfasst, welches den Strom von ND-Abgas lenkt, der zu dem ND-Abgaskrümmer 218 ausgestoßen wird. Bei dieser Ausführungsform ist das Umschaltventil 240 kein AGR-Ventil. Das Umschaltventil 240 wird nicht verwendet, um die AGR inkrementell zu drosseln, sondern nur dazu umzuschalten, wohin das AGR-Gas strömt. Daher wird das Umschaltventil nur in den Zuständen ”offen” und ”geschlossen” betrieben. Das Umschaltventil definiert, im Gegensatz zu einem AGR-Ventil, nicht einen weiten Bereich von Fluiddurchflüssen. Ferner muss das Umschaltventil 240 nicht ein Einwegeventil sein, um einem Ansaugdruck entgegenzuwirken, was darauf zurückzuführen ist, dass das AGR-System 230 nicht das Ansaugsystem 204 mit dem Turbolader 224 koppelt. The engine system 200 uses a similar split-flow exhaust system like the engine system 100 , with the difference that it is a modified EGR system 230 which allows a discharge of EGR gas. The EGR system 230 has a switching system, which is a switching valve 240 which directs the flow of LP exhaust gas to the LP exhaust manifold 218 is ejected. In this embodiment, the switching valve 240 no EGR valve. The changeover valve 240 is not used to incrementally throttle the EGR, but only to switch to where the EGR gas flows. Therefore, the switching valve is operated only in the states "open" and "closed". The changeover valve does not define a wide range of fluid flow rates, unlike an EGR valve. Furthermore, the changeover valve 240 not be a one-way valve to counteract suction pressure, which is due to the fact that the EGR system 230 not the intake system 204 with the turbocharger 224 coupled.

Das AGR-System 230 weist einen stromaufwärtigen Kanal 242 stromaufwärts des Umschaltventils 240 auf, welcher die ND-Abgase zu dem Umschaltventil 240 lenkt. Ein erster stromabwärtiger Kanal 244 verbindet das Umschaltventil 240 fluidisch mit dem Ansaugsystem 204 des Motorsystems 200. Wenn das Umschaltventil 240 den stromaufwärtigen Kanal 242 mit dem ersten stromabwärtigen Kanal 244 koppelt, bilden die ND-Abgase AGR-Gas und werden zu dem Ansaugsystem 204 geleitet.The EGR system 230 has an upstream channel 242 upstream of the changeover valve 240 on which the LP exhaust gases to the switching valve 240 directs. A first downstream channel 244 connects the changeover valve 240 fluidic with the intake system 204 of the engine system 200 , When the switching valve 240 the upstream channel 242 with the first downstream channel 244 coupled, the LP exhaust gases form EGR gas and become the intake system 204 directed.

Ein zweiter stromabwärtiger Kanal 246 ist fluidisch zwischen dem Abgasauslass 214 und dem Umschaltventil 240 angeordnet. Der zweite stromabwärtige Kanal 246 ist zwischen den Abgasauslass 214 und die Turbine 226 des Turboladers 224 gekoppelt. Wenn das Umschaltventil 240 den stromaufwärtigen Kanal 242 mit dem zweiten stromabwärtigen Kanal 246 koppelt, werden die ND-Abgase lediglich über den Abgasauslass 214 aus dem Motorsystem 200 abgelassen und werden nicht als AGR-Gas verwendet.A second downstream channel 246 is fluidly between the exhaust outlet 214 and the switching valve 240 arranged. The second downstream channel 246 is between the exhaust outlet 214 and the turbine 226 of the turbocharger 224 coupled. When the switching valve 240 the upstream channel 242 with the second downstream channel 246 coupled, the LP exhaust gases are only via the exhaust outlet 214 from the engine system 200 drained and are not used as EGR gas.

Ein dritter stromabwärtiger Kanal 248 kann optional ebenfalls vorhanden sein. Daher ist dieser dritte stromabwärtige Kanal 248 durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Der dritte stromabwärtige Kanal 248 ist fluidisch zwischen dem Umschaltventil 240 und dem Strömungsweg zwischen dem HD-Abgaskrümmer 216 und der Turbine 226 angeordnet. Wenn das Umschaltventil 240 den stromaufwärtigen Kanal 242 mit dem dritten stromabwärtigen Kanal 248 koppelt, werden die ND-Abgase zu der Turbine 226 geleitet, um durch zusätzliches Antreiben des Turboladers 224 die Erzeugung einer Aufladung zu unterstützen.A third downstream channel 248 Optionally available as well. Therefore, this third downstream channel 248 represented by a dashed line. The third downstream channel 248 is fluid between the switching valve 240 and the flow path between the HP exhaust manifold 216 and the turbine 226 arranged. When the switching valve 240 the upstream channel 242 with the third downstream channel 248 coupled, the LP exhaust gases to the turbine 226 directed to by additionally driving the turbocharger 224 to support the generation of a charge.

Auch in diesem Falle öffnet und schließt das Umschaltventil 240 lediglich einzelne Strömungswege und bewirkt keine inkrementelle Drosselung der Durchflussmenge durch die einzelnen Strömungswege zwischen ”vollständig geöffnet” und ”vollständig geschlossen”. Die ND-Auslassventile 222 steuern den Durchfluss von Abgasen aus den Zylindern in den ND-Abgaskrümmer 218 und folglich zu dem Umschaltventil 240. Somit arbeitet das Umschaltventil 240 nach einem Prinzip ”alles oder nichts”.Also in this case opens and closes the switching valve 240 only individual flow paths and causes no incremental throttling of the flow rate through the individual flow paths between "fully open" and "fully closed". The LP exhaust valves 222 Control the flow of exhaust gases from the cylinders into the LP exhaust manifold 218 and thus to the switching valve 240 , Thus, the switching valve works 240 according to a principle "all or nothing".

Die bisher beschriebenen Motorsysteme 100, 200 werden typischerweise für Viertaktmotor-Systeme verwendet. Jedoch ist eine weitere Ausführungsform eines Motorsystems 300 gemäß der Erfindung in 9 dargestellt. Dieses Motorsystem 300 ist ein Uniflow(Gleichstrom-)Zweitaktmotor.The previously described engine systems 100 . 200 are typically used for four-stroke engine systems. However, another embodiment of an engine system 300 in accordance with the invention 9 shown. This engine system 300 is a Uniflow (DC) two-stroke engine.

Das Motorsystem 300 ist den oben beschriebenen Motorsystemen 100, 200 in vielerlei Hinsicht ähnlich, und es werden nur die hauptsächlichen Unterschiede beschrieben.The engine system 300 is the engine systems described above 100 . 200 similar in many ways, and only the main differences are described.

Bei dieser Ausführungsform weist das Motorsystem 300 einen Verbrennungsmotor 302 auf, welcher eine Reihe von Zylindern 303 umfasst, in denen Kolben angeordnet sind. Die Zylinder 303 kommunizieren mit einem Ansaugsystem 304 zur Aufnahme von Ansauggasen und einer Abgasanlage 312 zum Abführen der verbrannten Abgase im Allgemeinen weg von dem Verbrennungsmotor 302. Die Abgasanlage 312 ist in einer Bauform mit geteiltem Strom ausgeführt und weist einen HD-Abgaskrümmer 316 sowie einen ND-Abgaskrümmer 318 auf. Ein als V-Motor ausgeführter Motor (nicht dargestellt) kann mehrere HD- und/oder ND-Abgaskrümmer aufweisen, welche verbunden sein können oder nicht.In this embodiment, the engine system 300 an internal combustion engine 302 on which a number of cylinders 303 includes, in which pistons are arranged. The cylinders 303 communicate with an intake system 304 for receiving intake gases and an exhaust system 312 for exhausting the burned exhaust gases generally away from the internal combustion engine 302 , The exhaust system 312 is a split-flow design with an HP exhaust manifold 316 and a LP exhaust manifold 318 on. An engine designed as a V-type engine (not shown) may include a plurality of HP and / or LP exhaust manifolds, which may or may not be connected.

Bei dieser Ausführungsform weist der Verbrennungsmotor 302 vier bewegliche Ventile in der Nähe der Oberseite des Brennraums auf. Jedoch sind alle diese Ventile Auslassventile. Genauer, jeder Zylinder weist zwei HD-Auslassventile 320 und zwei ND-Auslassventile 322 auf. Bei alternativen Ausführungsformen ist jedoch nur mindestens ein HD-Auslassventil und mindestens ein ND-Auslassventil erforderlich. Die HD-Auslassventile 320 sind zwischen dem Zylinder 303 und dem HD-Abgaskrümmer 316 angeordnet. Die ND-Auslassventile 322 sind zwischen dem Zylinder 303 und dem ND-Abgaskrümmer 318 angeordnet.In this embodiment, the internal combustion engine 302 four movable valves near the top of the combustion chamber. However, all these valves are exhaust valves. More precisely, each cylinder has two HD exhaust valves 320 and two LP exhaust valves 322 on. However, in alternative embodiments, only at least one HP exhaust valve and at least one LP exhaust valve is required. The HD exhaust valves 320 are between the cylinder 303 and the HD exhaust manifold 316 arranged. The LP exhaust valves 322 are between the cylinder 303 and the LP exhaust manifold 318 arranged.

Ein Turbolader 324 weist eine Turbine 326 innerhalb der Abgasanlage 312 stromabwärts des HD-Abgaskrümmers 316 und einen Verdichter 328 innerhalb des Ansaugsystems 304 stromaufwärts von dem Plenum des Ansaugkrümmers 308 des Ansaugsystems 304 auf. A turbocharger 324 has a turbine 326 inside the exhaust system 312 downstream of the HP exhaust manifold 316 and a compressor 328 within the intake system 304 upstream of the plenum of the intake manifold 308 of the intake system 304 on.

Der ND-Abgaskrümmer 318 steht mit dem Ansaugsystem 304 durch ein AGR-System 330 in Fluidverbindung.The LP exhaust manifold 318 stands with the intake system 304 through an EGR system 330 in fluid communication.

Es wird zusätzlich auf die vereinfachte Darstellung von 10 Bezug genommen; anders als bei den oben beschriebenen Motorsystemen 100, 200 werden bei dem Verbrennungsmotor 302 ein oder mehrere Ansaugkanäle 313 verwendet, welche den Brennraum 317 mit dem Ansaugkrümmer 308 fluidisch verbinden, um dem Brennraum 317 Ansauggase zuzuführen. Die Ansaugkanäle 313 sind im Allgemeinen nahe dem Boden oder Unterteil der Zylinder (nicht dargestellt) unter den Brennräumen 317 angeordnet.It is additionally based on the simplified representation of 10 Reference is made; unlike the engine systems described above 100 . 200 be with the internal combustion engine 302 one or more intake ducts 313 used the combustion chamber 317 with the intake manifold 308 fluidly connect to the combustion chamber 317 Feed intake gases. The intake channels 313 are generally near the bottom or bottom of the cylinders (not shown) under the combustion chambers 317 arranged.

Da sich die Gase durch den Zylinder 303 und insbesondere den Brennraum 317 in nur einer Richtung bewegen, wird dieser Motor 312 als ein Uniflow(Gleichstrom-)Motor betrachtet.As the gases pass through the cylinder 303 and in particular the combustion chamber 317 moving in one direction only, will this engine 312 considered as a Uniflow (DC) engine.

Die Ventilsteuerzeiten und das Öffnen und Schließen der Ansaugkanäle für das Motorsystem 300 sind in 11 dargestellt. Der Arbeitszyklus für den Verbrennungsmotor 302 wird unter Bezugnahme auf 11 erläutert.The valve timing and the opening and closing of the intake ports for the engine system 300 are in 11 shown. The working cycle for the internal combustion engine 302 is referring to 11 explained.

Unmittelbar vor dem oberen Totpunkt (”OT”) erfolgt der Beginn der Kraftstoffeinspritzung 340. Nachdem die Abwärtsbewegung des Kolbens begonnen hat, und etwas nach dem OT, wird die Kraftstoffeinspritzung beendet 342. Anschließend erfolgt der Arbeitshub 344, wobei das Gemisch aus Kraftstoff und Ansauggasen (plus AGR-Gase) verbrennt und den Kolben in Richtung des unteren Totpunktes (”UT”) treibt. Bei einem Kurbelwellenwinkel von ungefähr 100° n. OT öffnen 346 die HD-Auslassventile 320. Bei geöffneten Auslassventilen passiert der Kolben den Ansaugkanal 313 bei ungefähr 135° n. OT, und es öffnen sich die Ansaugkanäle 348 in der Seitenwand des Zylinders 303.Immediately before top dead center ("TDC"), fuel injection begins 340 , After the downward movement of the piston has started, and slightly after TDC, fuel injection is stopped 342 , Then the working stroke takes place 344 wherein the mixture of fuel and intake gases (plus EGR gases) burns and drives the piston toward bottom dead center ("UT"). Open at a crankshaft angle of approximately 100 ° n. OT 346 the HD exhaust valves 320 , When the exhaust valves are open, the piston passes through the intake port 313 at about 135 ° N. OT, and the intake ports open 348 in the sidewall of the cylinder 303 ,

Innerhalb eines Bereiches von 30° Kurbelwelle vor bis 30° nach dem UT öffnen 350 die ND-Auslassventile 322. Innerhalb eines Bereiches bis 30° Kurbelwelle nach dem Öffnen der ND-Auslassventile 322 schließen 352 die HD-Auslassventile 320. Danach schließen sich 354 die Ansaugkanäle 313, wenn sich der Kolben zurück in Richtung des OT bewegt und dabei die Ansaugkanäle 313 passiert. Kurz nach dem Schließen der Ansaugkanäle 313 schließen 356 die ND-Auslassventile 322. Zu diesem Zeitpunkt sind dann alle Ventile und Kanäle geschlossen, und es findet der Verdichtungshub 358 statt.Within a range of 30 ° crankshaft open before to 30 ° after the UT 350 the LP exhaust valves 322 , Within a range up to 30 ° crankshaft after opening the LP exhaust valves 322 shut down 352 the HD exhaust valves 320 , Then close 354 the intake ducts 313 when the piston moves back toward the TDC and the intake ports 313 happens. Shortly after closing the intake ports 313 shut down 356 the LP exhaust valves 322 , At this time, all valves and channels are closed, and there is the compression stroke 358 instead of.

Wie im Falle eines Viertaktmotors werden die Ventilsteuerzeiten der Zweitakt-HD- und ND-Auslassventile variiert, in diesem Falle entweder unabhängig oder synchron. Der Bereich der Änderung der Ventilsteuerzeiten ist typischerweise kleiner als 30° Kurbelwelle. Eine Turbine mit variabler Geometrie ist für die größtmögliche Erhöhung der Leistung vorteilhaft. Die erläuterten verschiedenen Anordnungen und Mechanismen zur Einstellung der Ventilsteuerzeiten können in die Zweitaktmotoren integriert werden. Es ist jedoch kein Mechanismus zum Verstellen der Steuerzeiten des Einlasses vorhanden, da diese bei Zweitaktmotoren ein fester Parameter sind.As in the case of a four-stroke engine, the valve timing of the two-stroke HP and LP exhaust valves is varied, in this case either independently or synchronously. The range of valve timing change is typically less than 30 ° crankshaft. A variable geometry turbine is advantageous for maximizing performance. The described various arrangements and mechanisms for adjusting the valve timing can be integrated into the two-stroke engines. However, there is no mechanism for adjusting the timing of the intake since these are a fixed parameter in two-stroke engines.

Alle hierin zitierten Referenzen, einschließlich Veröffentlichungen, Patentanmeldungen und Patente, werden hiermit durch Bezugnahme in den vorliegenden Text in demselben Umfang aufgenommen, als wäre jede Referenz einzeln und speziell als durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen angeführt und in ihrer Gesamtheit hierin dargelegt.All references cited herein, including publications, patent applications and patents, are hereby incorporated by reference in the present text to the same extent as if each reference were individually and specifically cited by reference herein and are set forth in their entireties herein.

Die Verwendung der Termini ”ein” und ”eine” sowie ”der/die/das” und ähnlicher Bezugswörter im Kontext der Beschreibung der Erfindung (insbesondere im Kontext der nachfolgenden Patentansprüche) ist in dem Sinne auszulegen, dass sie sowohl den Singular als auch den Plural beinhalten, sofern hierin nichts anderes angegeben ist oder der Kontext dem nicht klar widerspricht. Die Termini ”umfassend”, ”aufweisend”, ”beinhaltend” und ”enthaltend” sind als Termini ”mit unbestimmtem Ende” auszulegen (d. h. mit der Bedeutung ”einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf”), sofern nichts anderes angegeben ist. Die Angabe von Wertebereichen soll hierin lediglich als eine Kurzschreibweise zur separaten Bezugnahme auf jeden einzelnen Wert dienen, der in den Bereich fällt, sofern hierin nichts anderes angegeben ist, und jeder einzelne Wert ist in die Beschreibung aufgenommen, als ob er hierin einzeln aufgeführt wäre. Alle hierin beschriebenen Verfahren können auf eine beliebige geeignete Weise durchgeführt werden, sofern hierin nichts anderes angegeben ist oder der Kontext dem nicht klar widerspricht. Die Verwendung jedweder Beispiele oder einer auf Beispiele bezogenen Formulierung (z. B. ”wie etwa”), die hier erfolgt, ist lediglich dazu bestimmt, die Erfindung besser zu verdeutlichen, und erlegt dem Geltungsbereich der Erfindung keine Einschränkung auf, sofern nichts anderes beansprucht wird. Keine Formulierung in der Beschreibung darf dahingehend ausgelegt werden, dass sie irgendein nicht beanspruchtes Element als wesentlich für die praktische Realisierung der Erfindung angibt.The use of the terms "a" and "a" and "the" and similar reference words in the context of the description of the invention (in particular in the context of the following claims) is to be construed as including both the singular and the abstract Plural, unless otherwise stated herein or the context does not clearly contradict. The terms "comprising,""having,""including," and "containing" are to be construed as "indefinite" terms (ie, "including, but not limited to,") unless otherwise specified. The indication of ranges of values herein is intended to be merely a shorthand way of referring separately to any particular value that falls within the scope unless otherwise specified herein, and each individual value is included in the description as if individually set forth herein. All methods described herein may be performed in any suitable manner, unless otherwise specified herein or the context clearly not contradicted. The use of any examples or example-based formulation (eg, "such as") herein is merely intended to make the invention better to clarify, and imposes no limitation on the scope of the invention, unless otherwise claimed. No language in the specification may be construed as indicating any unclaimed element as essential to the practice of the invention.

Bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung werden hierin beschrieben, darunter die beste Art und Weise, die den Erfindern für die Ausführung der Erfindung bekannt ist. Varianten dieser bevorzugten Ausführungsformen können für den Durchschnittsfachmann beim Studium der vorstehenden Beschreibung offensichtlich werden. Die Erfinder erwarten, dass Fachleute solche Varianten dementsprechend anwenden, und die Erfinder beabsichtigen, dass die Erfindung auch auf andere Weise praktisch realisiert wird, als hier speziell beschrieben ist. Dementsprechend umfasst diese Erfindung alle Modifikationen und Äquivalente des Gegenstandes, der in den beigefügten Patentansprüchen genannt ist, soweit das anwendbare Recht dies gestattet. Außerdem werden beliebige Kombinationen der oben beschriebenen Elemente in allen möglichen Varianten derselben von der Erfindung mit umfasst, sofern hier nichts anderes angegeben ist oder der Kontext dem nicht klar widerspricht.Preferred embodiments of this invention are described herein, including the best mode known to the inventors for carrying out the invention. Variants of these preferred embodiments may become apparent to one of ordinary skill in the art upon reading the foregoing description. The inventors expect those skilled in the art to apply such variations accordingly, and the inventors intend that the invention be practiced otherwise than as specifically described herein. Accordingly, this invention includes all modifications and equivalents of the subject matter specified in the appended claims, as the applicable law so permits. In addition, any combinations of the above-described elements in all possible variants thereof are included in the invention, unless stated otherwise or the context is not clearly contradicted.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 6155216 [0098] US 6155216 [0098]
  • US 2010/0083922 [0099] US 2010/0083922 [0099]

Claims (19)

Verbrennungsmotorsystem, welches umfasst: einen Motorblock, der einen Verbrennungszylinder definiert; ein Gasansaugsystem, das einen Ansaugkrümmer aufweist; eine Abgasanlage, welche umfasst: einen Hochdruck-Abgaskrümmer, mindestens ein Hochdruckauslassventil, das zwischen dem Zylinder und dem Hochdruck-Abgaskrümmer angeordnet ist, und eine Hochdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung, die mit dem mindestens einen Hochdruckauslassventil betriebsfähig gekoppelt ist, um das Öffnen und Schließen des mindestens einen Hochdruckauslassventils zu steuern; einen Niederdruck-Abgaskrümmer, mindestens ein Niederdruckauslassventil, das zwischen dem Zylinder und dem Niederdruck-Abgaskrümmer angeordnet ist, und eine Niederdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung, die mit dem mindestens einen Niederdruckauslassventil betriebsfähig gekoppelt ist, um das Öffnen und Schließen des mindestens einen Niederdruckauslassventils zu steuern; eine Kurbelwelle; und mindestens eine Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung, die mit mindestens einer von der Hochdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung und der Niederdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung gekoppelt ist und dafür ausgebildet ist, die Betätigung mindestens eines von dem mindestens einen Hochdruckauslassventil oder dem mindestens einen Niederdruckauslassventil relativ zu der Kurbelwelle zurückzuverstellen oder vorzuverstellen.Internal combustion engine system comprising: an engine block defining a combustion cylinder; a gas intake system having an intake manifold; an exhaust system comprising: a high pressure exhaust manifold, at least one high pressure exhaust valve disposed between the cylinder and the high pressure exhaust manifold, and a high pressure exhaust valve control device operably coupled to the at least one high pressure exhaust valve to control the opening and closing of the at least one high pressure exhaust valve; a low pressure exhaust manifold, at least one low pressure exhaust valve disposed between the cylinder and the low pressure exhaust manifold, and a low pressure exhaust valve control device operably coupled to the at least one low pressure exhaust valve to control the opening and closing of the at least one low pressure exhaust valve; a crankshaft; and at least one valve phase displacement device coupled to at least one of the high pressure outlet valve control device and the low pressure outlet valve control device and configured to retard or advance the actuation of at least one of the at least one high pressure outlet valve or the at least one low pressure outlet valve relative to the crankshaft. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei: das Gasansaugsystem ferner mindestens ein Einlassventil, das zwischen dem Zylinder und dem Ansaugkrümmer angeordnet ist, und eine Einlassventil-Steuerungsvorrichtung, die mit dem mindestens einen Einlassventil betriebsfähig gekoppelt ist, um das Öffnen und Schließen des Einlassventils zu steuern, aufweist; die mindestens eine Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung auch mit der Einlassventil-Steuerungsvorrichtung betriebsfähig gekoppelt ist und die mindestens eine Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung auch dafür ausgebildet ist, die Betätigung des mindestens einen Einlassventils zurückzuverstellen oder vorzuverstellen.An internal combustion engine according to claim 1, wherein: the gas intake system further comprises at least one intake valve disposed between the cylinder and the intake manifold, and an intake valve control device operably coupled to the at least one intake valve to control the opening and closing of the intake valve; the at least one valve phase displacement device is also operatively coupled to the inlet valve control device and the at least one valve phase displacement device is also configured to retract or advance the actuation of the at least one inlet valve. Verbrennungsmotorsystem nach Anspruch 2, wobei die mindestens eine Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung eine einzige Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung umfasst, die einzige Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung mit der Einlassventil-Steuerungsvorrichtung und der Niederdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung betriebsfähig gekoppelt ist und dafür ausgebildet ist, die Betätigung des mindestens einen Einlassventils und des mindestens einen Niederdruckauslassventils relativ zu der Kurbelwelle gleichzeitig zurückzuverstellen oder vorzuverstellen, und es sich bei der Einlassventil-Steuerungsvorrichtung und bei der Niederdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung um Nockenwellen handelt und die einzige Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung ein einziger Nockenwellen-Phasenschieber (cam phaser) ist.2. The internal combustion engine system of claim 2, wherein the at least one valve phase displacement device comprises a single valve phase displacement device, the single valve phase displacement device is operatively coupled to the inlet valve control device and the low pressure outlet valve control device configured to control actuation of the at least one inlet valve and the at least one inlet valve Simultaneously retract or advance at least one low pressure exhaust valve relative to the crankshaft, and wherein the intake valve control device and the low pressure exhaust valve control device are camshafts and the single valve phase shifter is a single cam phaser. Verbrennungsmotorsystem nach Anspruch 2, wobei die mindestens eine Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung eine einzige Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung umfasst, die einzige Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung mit der Einlassventil-Steuerungsvorrichtung, der Hochdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung und der Niederdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung betriebsfähig gekoppelt ist und dafür ausgebildet ist, die Betätigung des mindestens einen Einlassventils, des mindestens einen Hochdruckauslassventils und des mindestens einen Niederdruckauslassventils relativ zu der Kurbelwelle gleichzeitig zurückzuverstellen oder vorzuverstellen.2. The internal combustion engine system of claim 2, wherein the at least one valve phase displacement device comprises a single valve phase displacement device, the single valve phase displacement device is operably coupled to the inlet valve control device, the high pressure outlet valve control device, and the low pressure outlet valve control device configured to control the actuation of the valve at least one intake valve, the at least one high-pressure exhaust valve and the at least one low-pressure exhaust valve relative to the crankshaft zurückzustellen or vorzuverstellen simultaneously. Verbrennungsmotorsystem nach Anspruch 4, wobei die Einlassventil-Steuerungsvorrichtung, die Hochdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung und die Niederdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung separate Nockenerhebungen auf einer einzigen Nockenwelle sind und die einzige Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung ein einziger Nockenwellen-Phasenschieber ist.The internal combustion engine system of claim 4, wherein the inlet valve control device, the high pressure outlet valve control device and the low pressure outlet valve control device are separate cam lobes on a single camshaft and the single valve phase displacement device is a single camshaft phase shifter. Verbrennungsmotorsystem nach Anspruch 4, wobei die Einlassventil-Steuerungsvorrichtung eine erste Nockenerhebung auf einer ersten Nockenwelle ist, die Hochdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung mindestens eine erste Nockenerhebung auf einer zweiten Nockenwelle ist, die dafür ausgebildet ist, die Betätigung des mindestens einen Hochdruckauslassventils zu steuern, und die Niederdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung mindestens eine zweite Nockenerhebung auf der zweiten Nockenwelle ist, die dafür ausgebildet ist, die Betätigung des mindestens einen Niederdruckauslassventils auf andere Weise zu steuern, als die mindestens eine erste Nockenerhebung das mindestens eine Hochdruckauslassventil steuert.The internal combustion engine system of claim 4, wherein the intake valve control device is a first cam lobe on a first camshaft, the high pressure exhaust valve control device is at least a first cam lobe on a second camshaft configured to control the actuation of the at least one high pressure exhaust valve, and the low pressure exhaust valve Control device is at least one second cam lobe on the second camshaft configured to control the actuation of the at least one low pressure outlet valve in a manner other than the at least one first cam lobe controlling the at least one high pressure outlet valve. Verbrennungsmotorsystem nach Anspruch 6, wobei der Motorblock mehrere Verbrennungszylinder definiert und es sich bei dem mindestens einen Hochdruckauslassventil um mehrere Hochdruckauslassventile handelt, wobei jeder Verbrennungszylinder mindestens ein Hochdruckauslassventil aufweist; wobei es sich bei dem mindestens einen Niederdruckauslassventil um mehrere Niederdruckauslassventile handelt, wobei jeder Verbrennungszylinder mindestens ein Niederdruckauslassventil aufweist, und wobei es sich bei der mindestens einen ersten Nockenerhebung auf der zweiten Nockenwelle um mehrere erste Nockenerhebungen handelt, die den mehreren Hochdruckauslassventilen zugeordnet sind, und es sich bei der mindestens einen zweiten Nockenerhebung auf der zweiten Nockenwelle um mehrere zweite Nockenerhebungen handelt. The internal combustion engine system of claim 6, wherein the engine block defines a plurality of combustion cylinders and the at least one high pressure exhaust valve is a plurality of high pressure exhaust valves, each combustion cylinder having at least one high pressure exhaust valve; wherein the at least one low pressure exhaust valve is a plurality of low pressure exhaust valves, each combustion cylinder having at least one low pressure exhaust valve, and wherein the at least one first cam lobe on the second camshaft is a plurality of first cam lobes associated with the plurality of high pressure exhaust valves At the at least one second cam lobe on the second camshaft is a plurality of second cam lobes. Verbrennungsmotorsystem nach Anspruch 1, welches ferner umfasst: einen Turbolader, der eine Turbine in der Abgasanlage aufweist, die mit dem Hochdruck-Abgaskrümmer in Fluidverbindung steht; ein Abgasrückführsystem (AGR-System), das den Niederdruck-Abgaskrümmer fluidisch mit dem Luftansaugsystem koppelt, wobei das AGR-System kein zwischen dem Niederdruck-Abgaskrümmer und dem Luftansaugsystem angeordnetes Abgasrückführventil (AGR-Ventil) aufweist.The internal combustion engine system of claim 1, further comprising: a turbocharger having a turbine in the exhaust system in fluid communication with the high pressure exhaust manifold; an exhaust gas recirculation (EGR) system fluidly coupling the low pressure exhaust manifold to the air induction system, the EGR system having no exhaust gas recirculation (EGR) valve disposed between the low pressure exhaust manifold and the air induction system. System nach Anspruch 8, wobei das AGR-System einen Abgasrückführungskühler (AGR-Kühler) aufweist.The system of claim 8, wherein the EGR system comprises an exhaust gas recirculation cooler (EGR cooler). System nach Anspruch 8, welches ferner ein Umschaltsystem innerhalb des AGR-Systems umfasst, wobei das Umschaltsystem dafür ausgebildet ist, in einem ersten Zustand den Niederdruck-Abgaskrümmer mit dem Luftansaugsystem fluidisch zu verbinden und in einem zweiten Zustand den Niederdruck-Abgaskrümmer mit einem Abgasauslass stromabwärts der Turbine fluidisch zu verbinden, wobei das Umschaltsystem nicht in der Lage ist, die Durchflussmenge von dem Niederdruck-Abgaskrümmer zu dem Luftansaugsystem durch das Umschaltsystem hindurch inkrementell einzustellen; oder welches ferner ein Umschaltsystem innerhalb des AGR-Systems umfasst, wobei das Umschaltsystem dafür ausgebildet ist, in einem ersten Zustand den Niederdruck-Abgaskrümmer mit dem Luftansaugsystem fluidisch zu verbinden und in einem zweiten Zustand den Niederdruck-Abgaskrümmer mit der Abgasanlage stromaufwärts der Turbine fluidisch zu verbinden, wobei das Umschaltsystem nicht in der Lage ist, seine Durchflussmenge inkrementell einzustellen.The system of claim 8 further comprising a switching system within the EGR system, wherein the switching system is configured to fluidly connect the low pressure exhaust manifold to the air induction system in a first state and the low pressure exhaust manifold to a downstream exhaust gas in a second state fluidly connecting the turbine, wherein the switching system is incapable of incrementally adjusting the flow rate from the low pressure exhaust manifold to the air induction system through the switching system; or further comprising a switching system within the EGR system, wherein the switching system is configured to fluidly connect the low pressure exhaust manifold to the air induction system in a first state and to fluidly connect the low pressure exhaust manifold to the exhaust system upstream of the turbine in a second state connect, wherein the switching system is not able to adjust its flow rate incrementally. System nach Anspruch 8, wobei die fluidische Kopplung zwischen dem Niederdruck-Abgaskrümmer und dem Luftansaugsystem frei von Ventilen ist.The system of claim 8, wherein the fluidic coupling between the low pressure exhaust manifold and the air induction system is free of valves. System nach Anspruch 8, wobei die Niederdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung dafür ausgebildet ist, die Niederdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung an oder nach einem unteren Totpunkt eines Kolbens innerhalb des Verbrennungszylinders eines Viertaktmotors zu öffnen.The system of claim 8, wherein the low-pressure outlet valve control device is configured to open the low-pressure outlet valve control device at or after a bottom dead center of a piston within the combustion cylinder of a four-stroke engine. Verfahren zur Steuerung des Abgasstroms von einem Verbrennungsmotorsystem, welches ein Ansaugsystem; eine Hochdruck-Abgasanlage, die ein Hochdruckauslassventil aufweist, das betriebsfähig mit einer Turbine eines Turboladers in Fluidverbindung steht; und eine Niederdruck-Abgasanlage, die ein Niederdruckauslassventil aufweist, das durch ein Abgasrückführsystem (AGR-System) betriebsfähig mit dem Ansaugsystem in Fluidverbindung steht, aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Antreiben der Turbine mit einem ersten Abgasstrom, der durch die Hochdruck-Abgasanlage strömt und eine erste thermodynamische Kenngröße mit einem ersten Wert aufweist; und Rückführen eines zweiten Abgasstroms zu dem Ansaugsystem über das AGR-System von der Niederdruck-Abgasanlage, wobei der zweite Abgasstrom einen zweiten Wert der ersten thermodynamischen Kenngröße aufweist, wobei der zweite Wert von dem ersten Wert verschieden ist.A method of controlling exhaust flow from an internal combustion engine system including an intake system; a high pressure exhaust system including a high pressure outlet valve operably fluidly connected to a turbine of a turbocharger; and a low pressure exhaust system including a low pressure exhaust valve operatively connected to the intake system by an exhaust gas recirculation (EGR) system, the method comprising: Driving the turbine with a first exhaust stream flowing through the high pressure exhaust system and having a first thermodynamic characteristic having a first value; and Returning a second exhaust stream to the intake system via the EGR system from the low pressure exhaust system, the second exhaust stream having a second value of the first thermodynamic characteristic, the second value being different from the first value. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die erste thermodynamische Kenngröße die Entropie ist und der erste Wert größer als der zweite Wert ist.The method of claim 13, wherein the first thermodynamic characteristic is entropy and the first value is greater than the second value. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der erste Wert um mindestens 50 J/(kg·K) größer als der zweite Wert ist.The method of claim 13, wherein the first value is greater than the second value by at least 50 J / (kg · K). Verbrennungsmotorsystem nach Anspruch 2, wobei die mindestens eine Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung eine einzige Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung umfasst, die einzige Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung mit der Einlassventil-Steuerungsvorrichtung und der Niederdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung betriebsfähig gekoppelt ist und dafür ausgebildet ist, die Betätigung des mindestens einen Einlassventils und des mindestens einen Niederdruckauslassventils relativ zu der Kurbelwelle gleichzeitig zurückzuverstellen oder vorzuverstellen; oder wobei die mindestens eine Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung mit der Einlassventil-Steuerungsvorrichtung, der Hochdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung und der Niederdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung betriebsfähig gekoppelt ist und dafür ausgebildet ist, die Betätigung des mindestens einen Einlassventils, des mindestens einen Hochdruckauslassventils und des mindestens einen Niederdruckauslassventils relativ zu der Kurbelwelle unabhängig zurückzuverstellen oder vorzuverstellen.2. The internal combustion engine system of claim 2, wherein the at least one valve phase displacement device comprises a single valve phase displacement device, the single valve phase displacement device is operably coupled to the inlet valve control device and the low pressure outlet valve control device and configured to control actuation of the at least one inlet valve and the at least one inlet valve simultaneously retracting or advancing at least one low pressure exhaust valve relative to the crankshaft; or wherein the at least one valve phase displacement device with the inlet valve control device, the high pressure outlet valve control device and the low pressure outlet valve control device is operably coupled and adapted to independently retard or advance the actuation of the at least one inlet valve, the at least one high pressure outlet valve, and the at least one low pressure outlet valve relative to the crankshaft. Verbrennungsmotorsystem nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung nur eine einzige Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung umfasst, die mit der Hochdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung und der Niederdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung betriebsfähig gekoppelt ist und dafür ausgebildet ist, die Betätigung des mindestens einen Hochdruckauslassventils und des mindestens einen Niederdruckauslassventils relativ zu der Kurbelwelle gleichzeitig zurückzuverstellen oder vorzuverstellen; oder wobei die mindestens eine Ventilphasen-Verschiebungsvorrichtung mit der Hochdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung und der Niederdruckauslassventil-Steuerungsvorrichtung betriebsfähig gekoppelt ist und dafür ausgebildet ist, die Betätigung des mindestens einen Hochdruckauslassventils und des mindestens einen Niederdruckauslassventils relativ zu der Kurbelwelle unabhängig zurückzuverstellen oder vorzuverstellen.2. The internal combustion engine system of claim 1, wherein the at least one valve phase displacement device comprises only a single valve phase displacement device operably coupled to the high pressure outlet valve control device and the low pressure outlet valve control device configured to actuate the at least one high pressure outlet valve and the at least one low pressure outlet valve retract or advance simultaneously relative to the crankshaft; or wherein the at least one valve phase displacement device is operably coupled to the high pressure outlet valve control device and the low pressure outlet valve control device and adapted to independently retard or advance the actuation of the at least one high pressure exhaust valve and the at least one low pressure exhaust valve relative to the crankshaft. Verfahren nach Anspruch 13, welches ferner umfasst: Empfangen eines Sollwertes der AGR-Durchflussrate; und Phasing des Niederdruckauslassventils, um eine Durchflussrate der zweiten Teilmenge von Abgas bei einer ausreichenden Durchflussrate und einem thermodynamischem Zustand bereitzustellen, um dem Ansaugsystem AGR-Gas bei dem Sollwert der AGR-Durchflussrate zuzuführen.The method of claim 13, further comprising: Receiving a setpoint of the EGR flow rate; and Phasing the low pressure exhaust valve to provide a flow rate of the second subset of exhaust at a sufficient flow rate and thermodynamic state to supply EGR gas to the intake system at the EGR flow rate setpoint. Verfahren nach Anspruch 13, welches ferner umfasst: Empfangen eines Ansauggasdruck-Sollwertes, der einen gewünschten Ansauggasdruck darstellt; und Phasing des Hochdruckauslassventils auf der Basis des Ansauggasdruck-Sollwertes, um einen Durchfluss der ersten Teilmenge von Abgas mit einer ausreichenden Durchflussrate bereitzustellen, um die Turbine mit ausreichender Energie anzutreiben, um den gewünschten Ansauggasdruck zu gewährleisten.The method of claim 13, further comprising: Receiving an intake gas pressure setpoint representing a desired intake gas pressure; and Phasing the high pressure exhaust valve based on the intake gas pressure setpoint to provide flow of the first portion of exhaust gas at a sufficient flow rate to drive the turbine with sufficient energy to provide the desired intake gas pressure.
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