DE102022108526A1 - Engine system - Google Patents

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Andreas Kuske
Michael Forsting
Hanno Friederichs
Jörg Kemmerling
Helmut Kindl
Frank Krämer
Vanco Smiljanovski
Franz Arnd Sommerhoff
Frank Wunderlich
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Ford Global Technologies LLC
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    • F02D41/0007Controlling intake air for control of turbo-charged or super-charged engines

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Motorsystem (1), aufweisend einen Verbrennungsmotor (2), einen Ansaugtrakt (3) mit einer Ventilanordnung (10), einen Abgastrakt (20) sowie eine den Abgastrakt (20) mit dem Ansaugtrakt (3) verbindende Rückführleitung (22). Um die Temperierung des Gasstroms bei einem aufgeladenen Motor mit Abgasrückführung zu optimieren, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Ventilanordnung (10) verstellbar ist zwischen einem ersten Zustand (A) und einem zweiten Zustand (B), in denen ein wenigstens schaltbarer Schaltkompressor (15) und ein Ansaugluftkühler (16) stromabwärts der Rückführleitung (22) im Ansaugtrakt (3) angeordnet sind, wobei im ersten Zustand (A) der Ansaugluftkühler (16) stromaufwärts des Schaltkompressors (15) angeordnet ist, während im zweiten Zustand (B) der Ansaugluftkühler (16) stromabwärts des Schaltkompressors (15) angeordnet ist.The invention relates to an engine system (1), comprising an internal combustion engine (2), an intake tract (3) with a valve arrangement (10), an exhaust tract (20) and a return line (22) connecting the exhaust tract (20) with the intake tract (3). ). In order to optimize the temperature control of the gas flow in a supercharged engine with exhaust gas recirculation, the valve arrangement (10) is adjustable between a first state (A) and a second state (B), in which an at least switchable switching compressor (15) and an intake air cooler (16) is arranged downstream of the return line (22) in the intake tract (3), wherein in the first state (A) the intake air cooler (16) is arranged upstream of the switching compressor (15), while in the second state (B) the intake air cooler (16) is arranged downstream of the switching compressor (15).

Description

Die Erfindung betrifft ein Motorsystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.The invention relates to a motor system with the features of the preamble of claim 1.

Moderne Verbrennungsmotoren benötigen ein hochentwickeltes Abgasnachbehandlungssystem, um geltende Abgasstandards zu erfüllen. Ein solches System enthält in der Regel neben einem regulären Oxidationskatalysator und einem Dieselpartikelfilter (DPF) auch eine Stickoxidfalle (Lean NOx Trap; LNT) und einen SCR-Katalysator (Selective Catalytic Reduction). Abgesehen von der Abgasnachbehandlung hat sich die Abgasrückführung (AGR) als wirksame Maßnahme etabliert, namentlich die Bildung von Stickoxiden im Abgas zu verringern. Dabei wird ein Teil der Abgase, die bei der Verbrennung freigesetzt werden, der angesaugten Frischluft beigefügt, so dass bei einer nachfolgenden Verbrennung eine verminderte Sauerstoffkonzentration gegeben ist. Dies führt letztlich zu einer verringerten Verbrennungstemperatur und daher zu einer Verringerung der Bildung von Stickoxiden, insbesondere bei Kompressionszündungsmotoren wie Dieselmotoren. Bei Fremdzündungsmotoren wie Ottomotoren kann durch AGR der Treibstoffverbrauch bei mittlerer und hoher Motorlast gesenkt werden.Modern combustion engines require a sophisticated exhaust aftertreatment system to meet applicable emissions standards. In addition to a regular oxidation catalyst and a diesel particulate filter (DPF), such a system usually also contains a nitrogen oxide trap (Lean NOx Trap; LNT) and an SCR catalyst (Selective Catalytic Reduction). Apart from exhaust gas aftertreatment, exhaust gas recirculation (EGR) has established itself as an effective measure, namely to reduce the formation of nitrogen oxides in the exhaust gas. Some of the exhaust gases released during combustion are added to the fresh air sucked in, so that there is a reduced oxygen concentration during subsequent combustion. This ultimately leads to a reduced combustion temperature and therefore a reduction in the formation of nitrogen oxides, particularly in compression ignition engines such as diesel engines. In spark ignition engines such as gasoline engines, EGR can reduce fuel consumption at medium and high engine loads.

Neben der internen AGR, bei der das Abgas direkt wieder in den Zylinder gesaugt wird, ist bei modernen Verbrennungsmotoren vor allem die externe AGR von Bedeutung, die sowohl bei Diesel- als auch bei Ottomotoren Anwendung findet. Hierbei wird ein Teil der Abgase aus dem Abgastrakt über eine Rückführleitung bzw. AGR-Leitung in den Ansaugtrakt zurückgeführt. Um die Verbrennungstemperatur weiter zu senken, ist in der AGR-Leitung oftmals noch ein AGR-Kühler vorgesehen, der die rückgeführten Abgase kühlt. Bei aufgeladenen Motoren kann man zwischen Hochdruck-AGR und Niederdruck-AGR unterscheiden. Bei ersterer zweigt die AGR-Leitung stromaufwärts der Turbine von der Abgasleitung ab und mündet stromabwärts des Kompressors in die Ansaugleitung ein, während bei letzterer die AGR-Leitung stromabwärts der Turbine vom Abgasstrang abzweigt und stromaufwärts des Kompressors in den Ansaugtrakt einmündet.In addition to the internal EGR, in which the exhaust gas is sucked directly back into the cylinder, external EGR is particularly important in modern combustion engines and is used in both diesel and gasoline engines. Here, part of the exhaust gases from the exhaust tract are returned to the intake tract via a return line or EGR line. In order to further reduce the combustion temperature, an EGR cooler is often provided in the EGR line, which cools the recirculated exhaust gases. For turbocharged engines, a distinction can be made between high-pressure EGR and low-pressure EGR. In the former, the EGR line branches off from the exhaust line upstream of the turbine and flows into the intake line downstream of the compressor, while in the latter, the EGR line branches off from the exhaust line downstream of the turbine and flows into the intake line upstream of the compressor.

Um die zukünftigen Emissions- und CO2-Anforderungen zu erfüllen, insbesondere für Real Drive Emission (RDE), müssen die Auspuffemissionen in einem weiten Bereich des Motorkennfeldes unter einem bestimmten Grenzwert bleiben. Das bedeutet eine Ausweitung der AGR-Nutzung, kombiniert mit Abgasnachbehandlung. Um ausreichende Umwandlungsraten zu erzielen, muss das Nachbehandlungssystem innerhalb eines bestimmten Temperaturfensters arbeiten.To meet future emissions and CO2 requirements, particularly for Real Drive Emission (RDE), tailpipe emissions must remain below a certain limit over a wide range of the engine map. This means expanding the use of EGR, combined with exhaust aftertreatment. In order to achieve sufficient conversion rates, the aftertreatment system must operate within a certain temperature window.

Bei aufgeladenen Motoren ist im Ansaugtrakt ein Ladeluftkühler bzw. Ansaugluftkühler vorgesehen, der notwendig ist, um bei Volllast einen optimalen Wirkungsgrad des Motors zu gewährleisten. Im Falle einer Abgasrückführung stellt er auch sicher, dass eine optimale Verringerung der Stickoxide erreicht wird. Zum Warmlaufen des Motors kann der Ansaugluftkühler umgangen werden, um die Ansaugtemperatur zu erhöhen, so dass die Abgastemperatur die Light-off-Temperatur des Katalysators überschreiten kann.In turbocharged engines, an intercooler or intake air cooler is provided in the intake tract, which is necessary to ensure optimal engine efficiency at full load. In the case of exhaust gas recirculation, it also ensures that an optimal reduction in nitrogen oxides is achieved. To warm up the engine, the intake air cooler can be bypassed to increase the intake temperature so that the exhaust gas temperature can exceed the light-off temperature of the catalytic converter.

Bei hoher Last oder Volllast muss sichergestellt sein, dass die Abgastemperatur unter einer Obergrenze bleibt, um die optimale Funktionsfähigkeit der Abgasnachbehandlung zu gewährleisten. Das Abgas kann z.B. durch Erhöhung des Luftmassenstroms durch den Motor gekühlt werden. Ein hoher Luftmassenstrom wiederum lässt sich durch hohen Ladedruck erreichen. Eine Niederdruck-AGR erhöht allerdings die Temperatur am Ausgang des Kompressors, was bei hohem Ladedruck leicht zu einer Überschreitung der Temperaturgrenzen der Komponenten hinter dem Kompressor führen kann.At high loads or full loads, it must be ensured that the exhaust gas temperature remains below an upper limit in order to ensure optimal functionality of the exhaust gas aftertreatment. The exhaust gas can be cooled, for example, by increasing the air mass flow through the engine. A high air mass flow can be achieved through high boost pressure. However, low-pressure EGR increases the temperature at the compressor outlet, which can easily lead to the temperature limits of the components behind the compressor being exceeded at high boost pressure.

Einige Motorsysteme weisen - normalerweise zusätzlich zu einem an eine Turbine gekoppelten - Turbokompressor einen elektrischen Kompressor oder schaltbaren mechanischen Kompressor auf, der entweder vor und hinter dem Ansaugluftkühler angeordnet sein kann. Eine Position vor dem Ansaugluftkühler ist vorteilhaft, um die Temperatur im Ansaugkrümmer niedrig zu halten. Eine Position hinter dem Ansaugluftkühler ist hingegen vorteilhaft, um den genannten Kompressor vor hohen Einlasstemperaturen zu schützen.Some engine systems have - usually in addition to a turbo compressor coupled to a turbine - an electric compressor or switchable mechanical compressor, which can be arranged either before or after the intake air cooler. A position in front of the intake air cooler is advantageous to keep the temperature in the intake manifold low. A position behind the intake air cooler, however, is advantageous in order to protect the compressor from high inlet temperatures.

Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet die optimale Temperierung des Gasstroms bei einem aufgeladenen Motor mit Abgasrückführung durchaus noch Raum für Verbesserungen.In view of the state of the art shown, the optimal temperature control of the gas flow in a turbocharged engine with exhaust gas recirculation still offers room for improvement.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Temperierung des Gasstroms bei einem aufgeladenen Motor mit Abgasrückführung zu optimieren.The invention is based on the object of optimizing the temperature control of the gas flow in a supercharged engine with exhaust gas recirculation.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Motorsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, wobei die Unteransprüche vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung betreffen.According to the invention, the object is achieved by a motor system with the features of claim 1, the subclaims relating to advantageous embodiments of the invention.

Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.It should be noted that the features and measures listed individually in the following description can be combined with one another in any technically sensible manner and show further refinements of the invention. The description additionally characterizes and specifies the invention, particularly in connection with the figures.

Durch die Erfindung wird ein Motorsystem zur Verfügung gestellt. Das Motorsystem ist normalerweise für Kraftfahrzeuge wie Lkw oder Pkw vorgesehen, allerdings wäre z.B. auch eine Anwendung für Schienen- oder Wasserfahrzeuge denkbar. Das Motorsystem weist einen Verbrennungsmotor auf. Der Verbrennungsmotor (nachfolgend auch: Motor) kann insbesondere ein Ottomotor oder ein Dieselmotor sein, allerdings sind weder die Erfindung noch ihre Vorteile hierauf beschränkt.The invention provides a motor system. The motor system is normally intended for motor vehicles such as trucks or cars, although an application for rail or watercraft, for example, would also be conceivable. The engine system has an internal combustion engine. The internal combustion engine (hereinafter also: engine) can in particular be a gasoline engine or a diesel engine, but neither the invention nor its advantages are limited to this.

Weiterhin weist das Motorsystem einen (zum Verbrennungsmotor führenden) Ansaugtrakt mit einer Ventilanordnung auf, einen (vom Verbrennungsmotor abgehenden) Abgastrakt sowie eine den Abgastrakt mit dem Ansaugtrakt verbindende Rückführleitung. Der Ansaugtrakt, der Abgastrakt sowie die Rückführleitung dienen zur Führung von Gasen, bevorzugt Abgasen und sind daher zumindest weitgehend gasdicht ausgebildet. Sie können ganz oder abschnittsweise unverzweigt oder verzweigt sein. Des Weiteren können Sie jeweils aus einem Teil oder aus mehreren miteinander verbundenen Teilen gebildet sein. Der Ansaugtrakt dient dazu, den Verbrennungsmotor mit Frischluft zu versorgen, wobei die eigentliche Verbindung zum Motor typischerweise durch einen verzweigten Ansaugkrümmer gegeben ist, welcher als Teil des Ansaugtrakts angesehen werden kann. Der Ansaugtrakt weist eine Ventilanordnung auf, die wenigstens ein Ventil, normalerweise eine Mehrzahl von Ventilen, aufweist. Jedes Ventil kann dazu ausgebildet sein, einen Abschnitt des Ansaugtrakts wahlweise zu sperren oder ganz bzw. teilweise freizugeben. Dies schließt auch die Möglichkeit ein, z.B. nach Art eines Wegeventils, unterschiedliche Verbindungen zwischen an das Ventil angrenzenden Abschnitten des Ansaugtrakts bzw. Leitungen herzustellen. Der Abgastrakt dient zum Abführen von Abgas aus dem Verbrennungsmotor, wobei die Verbindung zum Motor typischerweise durch einen ebenfalls verzweigten Abgaskrümmer gegeben ist, der als Teil des Abgastrakts angesehen werden kann.Furthermore, the engine system has an intake tract (leading to the internal combustion engine) with a valve arrangement, an exhaust tract (leading from the internal combustion engine) and a return line connecting the exhaust tract with the intake tract. The intake tract, the exhaust tract and the return line serve to guide gases, preferably exhaust gases, and are therefore at least largely gas-tight. They can be completely or partially unbranched or branched. Furthermore, they can each be formed from one part or from several parts connected to one another. The intake tract serves to supply the internal combustion engine with fresh air, with the actual connection to the engine typically being provided by a branched intake manifold, which can be viewed as part of the intake tract. The intake tract has a valve arrangement that has at least one valve, usually a plurality of valves. Each valve can be designed to selectively block or completely or partially release a section of the intake tract. This also includes the possibility, for example in the manner of a directional control valve, of establishing different connections between sections of the intake tract or lines adjacent to the valve. The exhaust tract serves to remove exhaust gas from the internal combustion engine, with the connection to the engine typically being provided by a branched exhaust manifold, which can be viewed as part of the exhaust tract.

Die Rückführleitung, welche auch als Abgasrückführleitung oder AGR-Leitung bezeichnet werden kann, verbindet den Abgastrakt mit dem Ansaugtrakt und dient dazu, einen Teil des Abgases der angesaugten Frischluft beizumengen, so dass sich diese im Ansaugtrakt bzw. im Verbrennungsmotor vermischen können. Die Zielsetzung kann insbesondere eine Verringerung der Verbrennungstemperatur sein, was zu einer verringerten Bildung von Stickoxiden führt. Die AGR-Leitung kann ein AGR-Ventil aufweisen, durch das sie gesperrt oder ganz oder teilweise freigegeben werden kann. Das Abgas im Abgastrakt sowie in der Rückführleitung hat im Allgemeinen eine deutlich höhere Temperatur als aus der Umgebung angesaugte Frischluft. Dieser Umstand steht einer beabsichtigten Verringerung der Verbrennungstemperatur entgegen, weshalb es wünschenswert sein kann, das zurückgeführte Abgas zu kühlen, bevor es dem Ansaugtrakt und dem Verbrennungsmotor zugeführt wird. Hierfür kann die Rückführleitung einen Abgasrückführungskühler bzw. AGR-Kühler aufweisen, also einen Wärmetauscher, mittels dessen das rückgeführte Abgas gekühlt werden kann, bevor es in den Ansaugtrakt gelangt.The return line, which can also be referred to as the exhaust gas recirculation line or EGR line, connects the exhaust tract with the intake tract and serves to add part of the exhaust gas to the fresh air sucked in so that they can mix in the intake tract or in the internal combustion engine. The objective can in particular be a reduction in the combustion temperature, which leads to a reduced formation of nitrogen oxides. The EGR line may have an EGR valve through which it can be blocked or fully or partially released. The exhaust gas in the exhaust tract and in the return line generally has a significantly higher temperature than fresh air drawn in from the environment. This circumstance is contrary to an intended reduction in the combustion temperature, which is why it may be desirable to cool the recirculated exhaust gas before it is fed to the intake tract and the internal combustion engine. For this purpose, the return line can have an exhaust gas recirculation cooler or EGR cooler, i.e. a heat exchanger, by means of which the recirculated exhaust gas can be cooled before it enters the intake tract.

Erfindungsgemäß ist die Ventilanordnung verstellbar zwischen einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand, in denen ein wenigstens schaltbarer Schaltkompressor und ein Ansaugluftkühler stromabwärts der Rückführleitung im Ansaugtrakt angeordnet sind, wobei im ersten Zustand der Ansaugluftkühler stromaufwärts des Schaltkompressors angeordnet ist, während im zweiten Zustand der Ansaugluftkühler stromabwärts des Schaltkompressors angeordnet ist. Der Schaltkompressor ist ein wenigstens schaltbarer Kompressor. Er kann also wenigstens an- und abgeschaltet werden, wobei zusätzlich auch noch eine Einstellung der Drehzahl bzw. Leistung möglich sein kann. Es kann sich z.B. um einen schaltbaren mechanisch betriebenen Kompressor handeln oder bevorzugt um einen elektrischen bzw. elektrisch betreibbaren Kompressor (Elektrokompressor). In jedem Fall ist er dazu eingerichtet, Gas (also z.B. ein Luft-Abgas-Gemisch) innerhalb des Ansaugtrakts zu komprimieren. Er kann als Elektrokompressor über eine Fahrzeugbatterie versorgt werden bzw. zumindest zeitweise auch über einen Generator, der an den Verbrennungsmotor gekoppelt ist. Als schaltbarer mechanischer Kompressor kann er direkt vom Verbrennungsmotor (z.B. von dessen Kurbelwelle) angetrieben werden, z.B. über Ketten-, Riemen- oder Zahnradgetriebe, wobei die Schaltbarkeit über eine zwischengeschaltete Kupplung realisiert ist. Der Ansaugluftkühler ist ein Wärmetauscher, der dazu eingerichtet ist, Gas innerhalb des Ansaugtrakts zu kühlen, z.B. durch Wärmeaustausch mit einem flüssigen Kühlmedium. Der Ansaugluftkühler kann u.U. auch als Ladeluftkühler bezeichnet werden, insbesondere wenn er innerhalb des Ansaugtrakts einem Kompressor nachgeordnet ist. In diesem Fall kann das vom Kompressor komprimierte und dadurch aufgeheizte Gas durch den Ansaugluftkühler gekühlt werden. Abgesehen von einer Kompression kann Gas im Ansaugtrakt auch durch Beimengung von Abgas aus der Rückführleitung eine erhöhte Temperatur aufweisen. Insofern kann der Ansaugluftkühler die Wirkung eines AGR-Kühlers ergänzen.According to the invention, the valve arrangement is adjustable between a first state and a second state, in which an at least switchable switching compressor and an intake air cooler are arranged downstream of the return line in the intake tract, wherein in the first state the intake air cooler is arranged upstream of the switching compressor, while in the second state the intake air cooler is arranged downstream of the switching compressor is arranged. The switching compressor is at least a switchable compressor. So it can at least be switched on and off, and the speed or power can also be adjusted. It can be, for example, a switchable mechanically operated compressor or preferably an electrical or electrically operated compressor (electric compressor). In any case, it is designed to compress gas (e.g. an air-exhaust gas mixture) within the intake tract. It can be powered as an electric compressor via a vehicle battery or, at least temporarily, via a generator that is coupled to the internal combustion engine. As a switchable mechanical compressor, it can be driven directly by the internal combustion engine (e.g. by its crankshaft), e.g. via chain, belt or gear transmission, with the switchability being achieved via an intermediate clutch. The intake air cooler is a heat exchanger that is designed to cool gas within the intake tract, for example by exchanging heat with a liquid cooling medium. The intake air cooler can also be referred to as an intercooler, especially if it is located downstream of a compressor within the intake tract. In this case, the gas compressed and thereby heated by the compressor can be cooled by the intake air cooler. Apart from compression, gas in the intake tract can also have an increased temperature due to the addition of exhaust gas from the return line. In this respect, the intake air cooler can complement the effect of an EGR cooler.

Die Ventilanordnung kann wenigstens zwei Zustände annehmen. In beiden Zuständen sind der Schaltkompressor und der Ansaugluftkühler im Ansaugtrakt stromabwärts der Rückführleitung (bzw. des Einmündungspunktes der Rückführleitung in den Ansaugtrakt) angeordnet. D.h. Abgas aus der Rückführleitung gelangt zwangsläufig - zusammen mit angesaugter Luft - durch den Schaltkompressor und den Ansaugluftkühler in den Motor. Hier und im Folgenden bezeichnen die Begriffe „stromaufwärts“ und „stromabwärts“ die Anordnung bezüglich des Gasstroms im bestimmungsgemäßen Betriebszustand des Motorsystems. Die beiden Zustände unterscheiden sich durch die relative Anordnung von Ansaugluftkühler und Schaltkompressor bezüglich des Gasstroms im Ansaugtrakt. Im ersten Zustand ist der Ansaugkühler stromaufwärts des Schaltkompressors angeordnet, so dass der Gasstrom zunächst den Ansaugkühler durchläuft, dort gekühlt werden kann und anschließend im Schaltkompressor komprimiert wird. Dies kann bei warmgelaufenem Motor und hoher Last (hohem Drehmoment) vorteilhaft sein, da der Gasstrom durch die rückgeführten Abgase bereits eine erhöhte Temperatur aufweisen kann, welche für den Schaltkompressor schädlich sein könnte. Diese Gefahr wird durch die Kühlung im Ansaugluftkühler beseitigt. Im zweiten Zustand ist der Schaltkompressor im Ansaugtrakt vor dem Ansaugluftkühler angeordnet, wodurch der Gasstrom nach dem Durchlaufen des Schaltkompressors gekühlt wird. Dies führt zu besonders niedrigen Temperaturen beim Eintritt in den Motor bzw. an einem Ansaugkrümmer, der in den Motor einmündet. Dies kann i.Allg. bei im Verhältnis zum ersten Zustand niedrigerer Motorlast sinnvoll sein, wenn weniger der Bauteilschutz des Schaltkompressors, sondern eher die Verringerung von Stickoxidemissionen im Vordergrund steht.The valve arrangement can assume at least two states. In both states, the switching compressor and the intake air cooler are arranged in the intake tract downstream of the return line (or the point where the return line enters the intake tract). This means that exhaust gas from the return line inevitably comes together with air sucked in - through the switching compressor and the intake air cooler into the engine. Here and below, the terms “upstream” and “downstream” refer to the arrangement of the gas flow in the intended operating state of the engine system. The two states differ in the relative arrangement of the intake air cooler and switching compressor with respect to the gas flow in the intake tract. In the first state, the intake cooler is arranged upstream of the switching compressor, so that the gas flow first passes through the intake cooler, can be cooled there and is then compressed in the switching compressor. This can be advantageous when the engine has warmed up and has a high load (high torque), since the gas flow due to the recirculated exhaust gases can already have an increased temperature, which could be harmful to the switching compressor. This danger is eliminated by cooling in the intake air cooler. In the second state, the switching compressor is arranged in the intake tract in front of the intake air cooler, whereby the gas flow is cooled after it has passed through the switching compressor. This leads to particularly low temperatures when entering the engine or at an intake manifold that opens into the engine. This can generally be When the engine load is lower than in the first state, it makes sense if the focus is less on protecting components of the switching compressor and more on reducing nitrogen oxide emissions.

Die unterschiedlichen Anordnungen bezüglich des Gasstroms im Ansaugtrakt werden nur durch ein Verstellen der Ventilanordnung ermöglicht. Es erfolgt keine Umstrukturierung von Leitungen bzw. Abschnitten des Ansaugtrakts. Die Ventilanordnung wird zwischen den einzelnen Zuständen verstellt, was bedeutet, dass wenigstens ein Ventil der Ventilanordnung verstellt wird. Zumindest in einigen Ausführungsformen kann man auch von einem Umschalten der Ventilanordnung bzw. eines Ventils sprechen. Das Verstellen erfolgt zielführend aktorisch, also über wenigstens einen Aktor, der der Ventilanordnung zugeordnet ist. Der jeweilige Aktor kann durch eine Steuereinheit, z.B. eine Motorsteuerung, betätigt werden. Das erfindungsgemäße Motorsystem ermöglicht eine flexible Anpassung gemäß der wenigstens zwei genannten Zustände, wobei dennoch lediglich ein Schaltkompressor und ein Ansaugluftkühler benötigt werden, so dass die Anzahl der benötigten Komponenten gering ist und auch der benötigte Bauraum beschränkt bleibt. Zudem lässt sich die Ventilanordnung mit einer vergleichsweise geringen Anzahl von Ventilen realisieren, was ebenfalls zu einer einfachen Konstruktion und niedrigen Kosten beiträgt.The different arrangements regarding the gas flow in the intake tract are only made possible by adjusting the valve arrangement. There is no restructuring of lines or sections of the intake tract. The valve arrangement is adjusted between the individual states, which means that at least one valve of the valve arrangement is adjusted. At least in some embodiments one can also speak of switching the valve arrangement or a valve. The adjustment is carried out effectively by actuators, i.e. via at least one actuator that is assigned to the valve arrangement. The respective actuator can be operated by a control unit, e.g. a motor control. The engine system according to the invention enables flexible adaptation according to the at least two states mentioned, although only a switching compressor and an intake air cooler are required, so that the number of components required is small and the required installation space also remains limited. In addition, the valve arrangement can be implemented with a comparatively small number of valves, which also contributes to a simple design and low costs.

Allgemein lässt sich das erfindungsgemäße Motorsystem für unterschiedliche Arten von Abgasrückführung einsetzen, z.B. für aufgeladene Motoren mit Hochdruck- oder Niederdruck-AGR. Vorteilhaft weist das Motorsystem eine im Abgastrakt angeordnete Turbine sowie einen hiermit mechanisch gekoppelten Turbokompressor auf, welcher im ersten und zweiten Zustand stromaufwärts des Ansaugluftkühlers sowie des Schaltkompressors angeordnet ist. Der Turbokompressor wird im Unterschied zum Schaltkompressor nicht elektrisch angetrieben, sondern über eine mechanische Kopplung durch die Turbine, die ihrerseits durch den Druck des Abgases im Abgastrakt angetrieben wird. Der Turbokompressor ist sowohl im ersten als auch im zweiten Zustand stromaufwärts des Schaltkompressors angeordnet, so dass also eine zweistufige Kompression erfolgt. Im Falle einer Hochdruck-Abgasrückführung zweigt die Rückführleitung stromaufwärts der Turbine vom Abgastrakt ab, also in einem Bereich, in dem das Abgas noch keine Energie an die Turbine abgegeben hat. Die Rückführleitung mündet stromabwärts des Turbokompressors in den Ansaugtrakt ein, also in einem Bereich, in dem der Turbokompressor bereits einen (positiven) Überdruck aufgebaut hat. Demgegenüber zweigt bei einer Niederdruck-Abgasrückführung die Rückführleitung stromabwärts der Turbine vom Abgastrakt ab und mündet stromaufwärts des Turbokompressors den Ansaugtrakt ein, also jeweils in einem Niederdruckbereich.In general, the engine system according to the invention can be used for different types of exhaust gas recirculation, for example for turbocharged engines with high-pressure or low-pressure EGR. The engine system advantageously has a turbine arranged in the exhaust tract and a turbo compressor mechanically coupled thereto, which in the first and second states is arranged upstream of the intake air cooler and the switching compressor. In contrast to the switching compressor, the turbo compressor is not driven electrically, but rather via a mechanical coupling through the turbine, which in turn is driven by the pressure of the exhaust gas in the exhaust tract. The turbo compressor is arranged upstream of the switching compressor in both the first and second states, so that a two-stage compression takes place. In the case of high-pressure exhaust gas recirculation, the return line branches off from the exhaust tract upstream of the turbine, i.e. in an area in which the exhaust gas has not yet released any energy to the turbine. The return line opens into the intake tract downstream of the turbo compressor, i.e. in an area in which the turbo compressor has already built up a (positive) overpressure. In contrast, with low-pressure exhaust gas recirculation, the return line branches off from the exhaust tract downstream of the turbine and opens into the intake tract upstream of the turbo compressor, i.e. in a low-pressure area.

Bevorzugt ist die Ventilanordnung in einen dritten Zustand verstellbar, in welchem der Ansaugluftkühler im Ansaugtrakt eingebunden ist und der Schaltkompressor umgangen wird. Dabei ist der Ansaugluftkühler wie im ersten und zweiten Zustand stromabwärts der Rückführleitung angeordnet, so dass rückgeführtes Abgas ebenso wie angesaugte Frischluft den Ansaugluftkühler durchlaufen, bevor sie zum Motor gelangen. Allerdings wird der Schaltkompressor umgangen, derart, dass der Gasstrom durch den Ansaugtrakt nicht durch den Schaltkompressor geführt wird. Man könnte auch sagen, dass der Schaltkompressor bezüglich des Gasstroms vom Ansaugtrakt getrennt ist. Während der Schaltkompressor im ersten und zweiten Zustand mit dem Ansaugtrakt verbunden ist, ist im dritten Zustand wenigstens eine dieser Verbindungen getrennt, was sich selbstverständlich auf die Möglichkeit eines (nennenswerten) Gasaustauschs bezieht. Wenigstens ein Ventil der Ventilanordnung sperrt die Verbindung zwischen dem Schaltkompressor und dem Ansaugtrakt bzw. dessen aktiven, also vom Gasstrom durchflossenen Bereichen. Der dritte Zustand kann dann angenommen werden, wenn der Schaltkompressor vorübergehend nicht benötigt wird und deaktiviert ist. Dies kann z.B. bei moderater Last sowie bei hoher Drehzahl der Fall sein. In diesem Fall kann eine Umgehung des Schaltkompressors unnötige Strömungsverluste verhindern.The valve arrangement is preferably adjustable to a third state, in which the intake air cooler is integrated in the intake tract and the switching compressor is bypassed. As in the first and second states, the intake air cooler is arranged downstream of the return line, so that recirculated exhaust gas as well as sucked-in fresh air pass through the intake air cooler before they reach the engine. However, the switching compressor is bypassed in such a way that the gas flow through the intake tract is not led through the switching compressor. You could also say that the switching compressor is separated from the intake tract with regard to the gas flow. While the switching compressor is connected to the intake tract in the first and second states, at least one of these connections is separated in the third state, which of course relates to the possibility of a (significant) gas exchange. At least one valve of the valve arrangement blocks the connection between the switching compressor and the intake tract or its active areas, i.e. through which the gas flow flows. The third state can be assumed when the switching compressor is temporarily not needed and is deactivated. This can be the case, for example, with moderate loads and high speeds. In this case, bypassing the switching compressor can prevent unnecessary flow losses.

Ebenfalls vorteilhaft ist die Ventilanordnung in einen vierten Zustand verstellbar, in welchem der Schaltkompressor im Ansaugtrakt eingebunden ist und der Ansaugluftkühler umgangen wird. Der Begriff „vierter“ Zustand bedeutet nicht, dass diese Ausführungsform nur in Kombination mit dem o.g. dritten Zustand möglich oder sinnvoll ist. Insgesamt dient die Bezeichnung der Zustände lediglich zur Unterscheidung und legt weder eine zeitliche Reihenfolge noch eine Rangordnung der Zustände fest. Im vierten Zustand ist der Schaltkompressor wie im ersten und zweiten Zustand stromabwärts der Rückführleitung angeordnet, so dass rückgeführtes Abgas ebenso wie angesaugte Frischluft den Schaltkompressor durchlaufen, bevor sie zum Motor gelangen. Allerdings wird der Ansaugluftkühler umgangen, derart, dass der Gasstrom durch den Ansaugtrakt nicht durch den Ansaugluftkühler geführt wird. Diese Einstellung kann bspw. während einer Aufwärmphase des Verbrennungsmotors sinnvoll sein oder auch bei niedriger Motorlast und Motordrehzahl, d.h. in allen Situationen, in denen der Verbrennungsmotor sowie andere Teile des Motorsystems eine eher niedrige Temperatur aufweisen können. Durch die Umgehung des Ansaugluftkühlers können unterschiedliche Effekte erzielt werden, bspw. eine Erhöhung der Abgastemperatur, die helfen kann, Abgasnachbehandlungskomponenten schneller zu aktivieren bzw. diese aktiv zu halten.The valve arrangement can also be advantageously adjusted to a fourth state, in which the switching compressor is integrated in the intake tract and the intake air cooler is bypassed. The term “fourth” state does not mean that this embodiment is only possible or useful in combination with the third state mentioned above. Overall, the designation of the states only serves to differentiate and does not specify a chronological order or a ranking of the states. In the fourth state, the switching compressor is arranged downstream of the return line, as in the first and second states, so that recirculated exhaust gas as well as sucked-in fresh air pass through the switching compressor before reaching the engine. However, the intake air cooler is bypassed in such a way that the gas flow through the intake tract is not guided through the intake air cooler. This setting can be useful, for example, during a warm-up phase of the internal combustion engine or at low engine load and engine speed, ie in all situations in which the internal combustion engine and other parts of the engine system can have a rather low temperature. By bypassing the intake air cooler, different effects can be achieved, for example an increase in the exhaust gas temperature, which can help to activate exhaust gas aftertreatment components more quickly or to keep them active.

Des Weiteren kann die Ventilanordnung in einen fünften Zustand verstellbar sein, in welchem weder der Schaltkompressor noch der Ansaugluftkühler im Ansaugtrakt eingebunden ist, sondern beide umgangen werden. Auch hier dient der Begriff „fünfter“ Zustand lediglich der begrifflichen Unterscheidung und bedeutet nicht, dass diese Ausführungsform nur in Kombination mit dem o.g. dritten oder vierten Zustand möglich oder sinnvoll ist. Im fünften Zustand werden weder der Schaltkompressor noch der Ansaugluftkühler vom Gasstrom durchströmt, d.h. beide werden umgangen. Dies kann z.B. dann vorteilhaft sein, wenn der Schaltkompressor eine interne Wasserkühlung aufweist. Dies könnte beim Motorstart bzw. kaltem Verbrennungsmotor und kaltem Kühlwasser zu einer unerwünschten Abkühlung des Gasstroms im Ansaugtrakt führen, was im fünften Zustand durch die Umgehung des Schaltkompressors (zusätzlich zur Umgehung des Ansaugluftkühlers) vermieden wird.Furthermore, the valve arrangement can be adjustable to a fifth state, in which neither the switching compressor nor the intake air cooler is integrated in the intake tract, but both are bypassed. Here too, the term “fifth” state merely serves as a conceptual distinction and does not mean that this embodiment is only possible or useful in combination with the above-mentioned third or fourth state. In the fifth state, neither the switching compressor nor the intake air cooler is flowed through by the gas flow, i.e. both are bypassed. This can be advantageous, for example, if the switching compressor has internal water cooling. When starting the engine or when the internal combustion engine is cold and the cooling water is cold, this could lead to an undesirable cooling of the gas flow in the intake tract, which is avoided in the fifth state by bypassing the switching compressor (in addition to bypassing the intake air cooler).

Bevorzugt weist der Ansaugtrakt eine zu einem Eingang des Schaltkompressors führende Kompressor-Zuführleitung auf sowie eine zu einem Eingang des Ansaugluftkühlers führende Kühler-Zuführleitung, welche durch die Ventilanordnung alternativ freigebbar sind. Die Kompressor-Zuführleitung ist (unmittelbar) stromaufwärts des Schaltkompressors angeordnet, so dass ein Gasstrom durch die Kompressor-Zuführleitung fließen muss, um zum Eingang des Schaltkompressors und somit in den Schaltkompressor zu gelangen. Entsprechend ist die Kühler-Zuführleitung stromaufwärts des Ansaugluftkühlers angeordnet und muss vom Gasstrom durchlaufen werden, um zum Ansaugluftkühler zu gelangen. Der Eingang des Schaltkompressors bzw. des Ansaugluftkühlers ist dabei diejenige Öffnung, durch die beim bestimmungsgemäßen Betrieb der Gasstrom eintritt. Die Kompressor-Zuführleitung und die Kühler-Zuführleitung sind durch die Ventilanordnung alternativ bzw. wechselweise freigebbar, d.h. die Ventilanordnung ist dazu eingerichtet, jeweils eine Zuführleitung freizugeben und währenddessen die andere zu sperren. Dies schließt allerdings nicht aus, dass die Ventilanordnung auch beide Zuführleitungen gleichzeitig freigeben und/oder sperren kann. Eine derartige gleichzeitige Sperrung bzw. Freigabe beider Zuführleitungen ist jedoch nicht notwendig und in der Regel auch nicht sinnvoll.The intake tract preferably has a compressor supply line leading to an inlet of the switching compressor and a cooler supply line leading to an inlet of the intake air cooler, which can alternatively be released by the valve arrangement. The compressor supply line is arranged (immediately) upstream of the switching compressor, so that a gas stream must flow through the compressor supply line in order to reach the inlet of the switching compressor and thus into the switching compressor. Accordingly, the cooler supply line is arranged upstream of the intake air cooler and must be passed through by the gas flow in order to reach the intake air cooler. The inlet of the switching compressor or the intake air cooler is the opening through which the gas flow enters during normal operation. The compressor supply line and the cooler supply line can be released alternatively or alternately by the valve arrangement, i.e. the valve arrangement is set up to release one supply line and at the same time block the other. However, this does not exclude the possibility that the valve arrangement can also release and/or block both supply lines at the same time. However, such a simultaneous blocking or releasing of both supply lines is not necessary and generally does not make sense.

Ebenfalls bevorzugt weist der Ansaugtrakt eine von einem Ausgang des Schaltkompressors abgehende Kompressor-Abführleitung auf sowie eine von einem Ausgang des Ansaugluftkühlers abgehende Kühler-Abführleitung, welche durch die Ventilanordnung alternativ freigebbar sind. Die Kompressor-Abführleitung ist (unmittelbar) stromabwärts des Schaltkompressors angeordnet, so dass ein Gasstrom durch die Kompressor-Abführleitung fließen muss, um durch den Ausgang des Schaltkompressors hinauszugelangen. Entsprechend ist die Kühler-Abführleitung stromabwärts des Ansaugluftkühlers angeordnet und muss vom Gasstrom durchlaufen werden, damit dieser aus dem Ansaugluftkühler herausgelangen kann. Der Ausgang des Schaltkompressors bzw. des Ansaugluftkühlers ist dabei diejenige Öffnung, durch die beim bestimmungsgemäßen Betrieb der Gasstrom austritt. Die Kompressor-Abführleitung und die Kühler-Abführleitung sind durch die Ventilanordnung alternativ freigebbar, d.h. die Ventilanordnung ist dazu eingerichtet, jeweils eine Abführleitung freizugeben und währenddessen die andere zu sperren. Dies schließt allerdings nicht aus, dass die Ventilanordnung auch beide Abführleitungen gleichzeitig freigeben und/oder sperren kann, wenngleich dies nicht notwendig und in der Regel auch nicht sinnvoll ist.The intake tract also preferably has a compressor discharge line leading from an output of the switching compressor and a cooler discharge line leading from an output of the intake air cooler, which can alternatively be released by the valve arrangement. The compressor discharge line is located (immediately) downstream of the switching compressor, so that a gas stream must flow through the compressor discharge line in order to exit through the output of the switching compressor. Accordingly, the cooler discharge line is arranged downstream of the intake air cooler and must be passed through by the gas stream so that it can exit the intake air cooler. The output of the switching compressor or the intake air cooler is the opening through which the gas flow exits during normal operation. The compressor discharge line and the cooler discharge line can be released alternatively by the valve arrangement, i.e. the valve arrangement is set up to release one discharge line and at the same time to block the other. However, this does not exclude the possibility that the valve arrangement can also release and/or block both discharge lines at the same time, although this is not necessary and generally does not make sense.

Weiterhin vorteilhaft weist der Ansaugtrakt eine vom Ausgang des Ansaugluftkühlers zum Eingang des Schaltkompressors führende erste Verbindungsleitung auf sowie eine vom Ausgang des Schaltkompressors zum Eingang des Ansaugluftkühlers führende zweite Verbindungsleitung, welche durch die Ventilanordnung wenigstens alternativ freigebbar sind. Dabei impliziert die Formulierung, dass eine Leitung „von einem ersten Punkt zu einem zweiten Punkt führt“, weder hier noch im Folgenden, dass ein Gasstrom nur vom ersten zum zweiten Punkt möglich ist. Grundsätzlich ist auch die umgekehrte Richtung möglich. D.h. die Formulierung bedeutet, dass die entsprechende Leitung den ersten und den zweiten Punkt verbindet. Da die erste Verbindungsleitung den Ausgang des Ansaugluftkühlers mit dem Eingang des Schaltkompressors verbindet, ist sie vor allem für den ersten Zustand von Bedeutung. Entsprechend ist die zweite Verbindungsleitung, die den Ausgang des Schaltkompressors mit dem Eingang des Ansaugluftkühlers verbindet, vor allem für den zweiten Zustand von Bedeutung, in welchem der Schaltkompressor stromaufwärts des Ansaugluftkühlers angeordnet ist. Die beiden Verbindungsleitungen sind durch die Ventilanordnung wenigstens alternativ freigebbar, d.h. die Ventilanordnung kann zumindest jeweils eine der Verbindungsleitungen freigeben, während sie die andere sperrt. Darüber hinaus wäre es prinzipiell denkbar, dass die Ventilanordnung beide Verbindungsleitungen gleichzeitig sperren und/oder freigeben kann, wenngleich dies nicht notwendig und in der Regel auch nicht sinnvoll ist.Furthermore, the intake tract advantageously has a first connecting line leading from the outlet of the intake air cooler to the inlet of the switching compressor and a second connecting line leading from the outlet of the switching compressor to the inlet of the intake air cooler, which can be released at least alternatively by the valve arrangement. The wording that a line “leads from a first point to a second point” does not imply here or below that a gas flow is only possible from the first to the second point. Basically, the reverse is also the case Direction possible. Ie the formulation means that the corresponding line connects the first and second points. Since the first connecting line connects the output of the intake air cooler with the input of the switching compressor, it is particularly important for the first state. Accordingly, the second connecting line, which connects the output of the switching compressor with the input of the intake air cooler, is particularly important for the second state in which the switching compressor is arranged upstream of the intake air cooler. The two connecting lines can be released at least alternatively by the valve arrangement, ie the valve arrangement can release at least one of the connecting lines while blocking the other. In addition, it would in principle be conceivable for the valve arrangement to be able to block and/or enable both connecting lines at the same time, although this is not necessary and generally does not make sense.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Ventilanordnung eine erste Ventileinheit aufweist, die dazu eingerichtet ist, die Kühler-Zuführleitung im ersten und dritten Zustand freizugeben und die Kompressor-Zuführleitung im zweiten und vierten Zustand freizugeben. Der Begriff „Ventileinheit“ bedeutet hier und im Folgenden, dass diese Einheit wenigstens ein Ventil, ggf. auch eine Mehrzahl von Ventilen, aufweist. Der Begriff ist allerdings nicht dahingehend auszulegen, dass die Ventileinheit insgesamt physisch zusammenhängend ausgebildet sein muss. Sie könnte bspw. eine Mehrzahl von Ventilen aufweisen, die räumlich getrennt sind, aber koordiniert angesteuert werden können. Die erste Ventileinheit gibt im ersten und dritten Zustand (sofern dieser vorgesehen ist) die Kühler-Zuführleitung frei, so dass ein unmittelbarer Gasfluss in den Ansaugluftkühler möglich ist. Im zweiten und vierten Zustand hingegen ist die Kühler-Zuführleitung durch die erste Ventileinheit gesperrt, so dass ein Gasfluss in den Ansaugluftkühler nicht unmittelbar möglich ist, sondern allenfalls über den Umweg durch den Schaltkompressor. Im zweiten und vierten Zustand (sofern vorgesehen) ist die Kompressor-Zuführleitung freigeben. Im ersten und dritten Zustand sperrt die erste Ventileinheit die Kompressor-Zuführleitung hingegen. Somit ist im ersten und dritten Zustand ein Gasfluss zum Schaltkompressor entweder unterbunden oder nur über den Umweg durch den Ansaugluftkühler möglich. Im zweiten und vierten Zustand hingegen ist ein unmittelbarer Gasfluss in den Schaltkompressor möglich. Hinsichtlich der Realisierung des fünften Zustands sind insbesondere zwei Optionen gegeben. Eine erste Option besteht darin, die Kompressor-Zuführleitung, die Kühler-Abführleitung und die erste Verbindungsleitung freizugeben, während die Kühler-Zuführleitung, die Kompressor-Abführleitung und die zweite Verbindungsleitung gesperrt sind. Eine zweite Option besteht darin, die Kühler-Zuführleitung, die Kompressor-Abführleitung und die zweite Verbindungsleitung freizugeben, während die Kompressor-Zuführleitung, die Kühler-Abführleitung und die erste Verbindungsleitung gesperrt sind. Im Falle der ersten Option ist die erste Ventileinheit dazu eingerichtet, im fünften Zustand die Kompressor-Zuführleitung freizugeben und die Kühler-Zuführleitung zu sperren. Im Falle der zweiten Option ist die erste Ventileinheit dazu eingerichtet, im fünften Zustand die Kühler-Zuführleitung freizugeben und die Kompressor-Zuführleitung zu sperren. Man könnte die zweite Option auch als sechsten Zustand bezeichnen, in welchem weder der Schaltkompressor noch der Ansaugluftkühler im Ansaugtrakt eingebunden ist, sondern beide umgangen werden.An embodiment of the invention provides that the valve arrangement has a first valve unit which is designed to release the cooler supply line in the first and third states and to release the compressor supply line in the second and fourth states. The term “valve unit” means here and below that this unit has at least one valve, possibly also a plurality of valves. However, the term should not be interpreted to mean that the valve unit as a whole must be physically coherent. For example, it could have a plurality of valves that are spatially separated but can be controlled in a coordinated manner. The first valve unit releases the cooler supply line in the first and third states (if this is provided), so that a direct flow of gas into the intake air cooler is possible. In the second and fourth states, however, the cooler supply line is blocked by the first valve unit, so that gas flow into the intake air cooler is not possible directly, but rather via a detour through the switching compressor. In the second and fourth states (if provided), the compressor supply line is released. In the first and third states, however, the first valve unit blocks the compressor supply line. In the first and third states, gas flow to the switching compressor is either prevented or only possible via a detour through the intake air cooler. In the second and fourth states, however, a direct flow of gas into the switching compressor is possible. With regard to the realization of the fifth state, there are two options in particular. A first option is to enable the compressor supply line, the cooler discharge line and the first connection line, while the cooler supply line, the compressor discharge line and the second connection line are blocked. A second option is to enable the cooler supply line, the compressor discharge line and the second connection line, while the compressor supply line, the cooler discharge line and the first connection line are blocked. In the case of the first option, the first valve unit is set up to release the compressor supply line and block the cooler supply line in the fifth state. In the case of the second option, the first valve unit is set up to release the cooler supply line and block the compressor supply line in the fifth state. You could also describe the second option as the sixth state, in which neither the switching compressor nor the intake air cooler is integrated into the intake tract, but both are bypassed.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Ventilanordnung eine zweite Ventileinheit aufweist, die dazu eingerichtet ist, die Kompressor-Abführleitung im ersten und vierten Zustand freizugeben und die Kühler-Abführleitung im zweiten und dritten Zustand freizugeben. Die zweite Ventileinheit kann die Kompressor-Abführleitung im ersten und vierten Zustand freigeben, sofern der vierte Zustand vorgesehen ist. Im zweiten und dritten Zustand (sofern Letzterer vorgesehen ist) sperrt die zweite Ventileinheit die Kompressor-Abführleitung hingegen. Somit ist im zweiten und dritten Zustand ein Gasfluss vom Schaltkompressor zum Motor entweder unterbunden oder nur über den Umweg durch den Ansaugluftkühler möglich. Im ersten und vierten Zustand hingegen ist ein unmittelbarer Gasfluss vom Schaltkompressor zum Motor möglich. Andererseits ist im zweiten und dritten Zustand ein unmittelbarer Gasfluss vom Ansaugluftkühler zum Motor möglich. Im ersten und vierten Zustand hingegen ist die Kühler-Abführleitung durch die zweite Ventileinheit gesperrt, so dass ein Gasfluss vom Ansaugluftkühler zum Motor nicht unmittelbar möglich ist, sondern allenfalls über den Umweg durch den Schaltkompressor. Im Falle der o.g. ersten Option ist die zweite Ventileinheit dazu eingerichtet, im fünften Zustand die Kühler-Abführleitung freizugeben und die Kompressor-Abführleitung zu sperren. Im Falle der zweiten Option ist die erste Ventileinheit dazu eingerichtet, im fünften Zustand die Kompressor-Abführleitung freizugeben und die Kühler-Abführleitung zu sperren.A further embodiment provides that the valve arrangement has a second valve unit which is designed to release the compressor discharge line in the first and fourth states and to release the cooler discharge line in the second and third states. The second valve unit can release the compressor discharge line in the first and fourth states, provided the fourth state is provided. However, in the second and third states (if the latter is provided), the second valve unit blocks the compressor discharge line. In the second and third states, gas flow from the switching compressor to the engine is either prevented or only possible via a detour through the intake air cooler. In the first and fourth states, however, a direct flow of gas from the switching compressor to the engine is possible. On the other hand, in the second and third states, a direct gas flow from the intake air cooler to the engine is possible. In the first and fourth states, however, the cooler discharge line is blocked by the second valve unit, so that gas flow from the intake air cooler to the engine is not possible directly, but rather via a detour through the switching compressor. In the case of the above-mentioned first option, the second valve unit is set up to release the cooler discharge line and block the compressor discharge line in the fifth state. In the case of the second option, the first valve unit is set up to release the compressor discharge line and block the cooler discharge line in the fifth state.

Des Weiteren ist bevorzugt, dass die Ventilanordnung eine dritte Ventileinheit aufweist, die dazu eingerichtet ist, die erste Verbindungsleitung im ersten Zustand freizugeben und die zweite Verbindungsleitung im zweiten Zustand freizugeben. Da die zweite Verbindungsleitung den Ausgang des Schaltkompressors mit dem Eingang des Ansaugluftkühlers verbindet, bedeutet ihre Freigabe, dass der Gasstrom vom Schaltkompressor zum Ansaugluftkühler (und von dort weiter zum Motor) verlaufen kann. Entsprechend bedeutet die Freigabe der ersten Verbindungsleitung, die den Ausgang des Ansaugluftkühlers mit dem Eingang des Schaltkompressors verbindet, dass der Gasstrom vom Ansaugluftkühler zum Schaltkompressor (und weiter zum Motor) verlaufen kann. Bevorzugt ist die dritte Ventileinheit dazu eingerichtet, die zweite Verbindungsleitung im ersten Zustand zu sperren und die erste Verbindungsleitung im zweiten Zustand zu sperren. Sofern diese Zustände vorgesehen sind, kann die dritte Ventileinheit weiterhin dazu eingerichtet sein, die erste Verbindungsleitung im dritten Zustand zu sperren und die zweite Verbindungsleitung im vierten Zustand zu sperren. Im Falle der o.g. ersten Option ist die dritte Ventileinheit dazu eingerichtet, im fünften Zustand die erste Verbindungsleitung freizugeben und die zweite Verbindungsleitung zu sperren. Im Falle der zweiten Option ist die dritte Ventileinheit dazu eingerichtet, im fünften Zustand die zweite Verbindungsleitung freizugeben und die erste Verbindungsleitung zu sperren.Furthermore, it is preferred that the valve arrangement has a third valve unit which is designed to release the first connecting line in the first state and to release the second connecting line in the second state. Since the second connecting line connects the output of the switching compressor with the inlet of the intake air cooler, its release means that the gas flow runs from the switching compressor to the intake air cooler (and from there on to the engine). can. Accordingly, the release of the first connecting line, which connects the output of the intake air cooler with the input of the switching compressor, means that the gas flow can run from the intake air cooler to the switching compressor (and on to the engine). The third valve unit is preferably set up to block the second connecting line in the first state and to block the first connecting line in the second state. If these states are provided, the third valve unit can further be set up to block the first connecting line in the third state and to block the second connecting line in the fourth state. In the case of the first option mentioned above, the third valve unit is set up to release the first connecting line and block the second connecting line in the fifth state. In the case of the second option, the third valve unit is set up to release the second connecting line and block the first connecting line in the fifth state.

Bevorzugt weist die Ventilanordnung die erste, zweite und dritte Ventileinheit auf. Grundsätzlich sind Ausführungsformen denkbar, die lediglich eine oder zwei der beschriebenen Ventileinheiten aufweisen, ohne dass die Nummerierung eine bestimmte bevorzugte Auswahl bezeichnet.The valve arrangement preferably has the first, second and third valve units. In principle, embodiments are conceivable that have only one or two of the valve units described, without the numbering designating a specific preferred selection.

Weitere vorteilhafte Einzelheiten und Wirkungen der Erfindung sind im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

  • 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Motorsystems mit einer Ventilanordnung in einem ersten Zustand;
  • 2 eine Darstellung des Motorsystems aus 1 mit der Ventilanordnung in einem zweiten Zustand;
  • 3 eine Darstellung des Motorsystems aus 1 mit der Ventilanordnung in einem dritten Zustand;
  • 4 eine Darstellung des Motorsystems aus 1 mit der Ventilanordnung in einem vierten Zustand;
  • 5 eine Darstellung des Motorsystems aus 1 mit der Ventilanordnung in einem fünften Zustand; sowie
  • 6 eine graphische Darstellung eines Motorkennfelds.
Further advantageous details and effects of the invention are explained in more detail below using an exemplary embodiment shown in the figures. Show it
  • 1 a schematic representation of an engine system according to the invention with a valve arrangement in a first state;
  • 2 a representation of the engine system 1 with the valve arrangement in a second state;
  • 3 a representation of the engine system 1 with the valve arrangement in a third state;
  • 4 a representation of the engine system 1 with the valve arrangement in a fourth state;
  • 5 a representation of the engine system 1 with the valve arrangement in a fifth state; as well as
  • 6 a graphical representation of an engine map.

In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.In the different figures, the same parts are always provided with the same reference numbers, which is why they are usually only described once.

1-5 zeigen eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Motorsystems 1, das in diesem Fall zum Antrieb eines Pkws gehört. Schematisch dargestellt ist ein Verbrennungsmotor 2. Dieser ist zur Luftzufuhr mit einem Ansaugtrakt 3 verbunden sowie zum Abführen von Abgasen mit einem Abgastrakt 20. Im Ansaugtrakt 3 ist ein Turbokompressor 26 angeordnet, der mechanisch an eine im Abgastrakt 20 angeordnete Turbine 25 gekoppelt und somit durch diese antreibbar ist. Die Turbine 25 kann eine variable Geometrie aufweisen. Weiterhin weist der Abgastrakt 20 eine Nachbehandlungsvorrichtung 21 für Abgas (z.B. einen Dieselpartikelfilter) auf, wobei selbstverständlich eine Mehrzahl solcher Nachbehandlungsvorrichtungen 21 hintereinander angeordnet sein könnten. 1-5 show an embodiment of an engine system 1 according to the invention, which in this case is part of the drive of a car. An internal combustion engine 2 is shown schematically. This is connected to an intake tract 3 for air supply and to an exhaust tract 20 for discharging exhaust gases. A turbo compressor 26 is arranged in the intake tract 3 and is mechanically coupled to a turbine 25 arranged in the exhaust tract 20 and thus through it can be driven. The turbine 25 can have a variable geometry. Furthermore, the exhaust tract 20 has an aftertreatment device 21 for exhaust gas (eg a diesel particulate filter), although of course a plurality of such aftertreatment devices 21 could be arranged one behind the other.

Eine als Niederdruck-Rückführleitung ausgebildete Rückführleitung 22 zweigt stromabwärts der Turbine 25 vom Abgastrakt 20 ab und mündet stromaufwärts des Kompressors 26 in den Ansaugtrakt 3 ein. Sie dient dazu, Abgas aus dem Abgastrakt 20 zum Ansaugtrakt 3 zurückzuführen. Durch diese Maßnahme wird die Reaktionsgeschwindigkeit der Verbrennung im Verbrennungsmotor 2 verringert und eine Bildung von Stickoxiden wird reduziert. Durch ein Rückführventil 24 kann die Menge des Abgases, welches die Rückführleitung 22 durchströmt, verändert werden. Dabei durchläuft die Rückführleitung 22 einen Abgasrückführkühler 23, der die aus dem Abgastrakt 20 entnommenen Abgase kühlen kann, bevor sie in den Ansaugtrakt 3 gelangen. Optional könnte auch eine hier nicht dargestellte Umgehungsleitung zur Umgehung des Abgasrückführkühlers 23 vorgesehen sein. Es wäre auch denkbar, dass der Abgasrückführkühler 23 entfällt. In diesem Beispiel zweigt die Rückführleitung 22 stromabwärts der Nachbehandlungsvorrichtung 21 vom Abgastrakt 20 ab, sie könnte aber auch stromaufwärts derselben abzweigen.A return line 22 designed as a low-pressure return line branches off from the exhaust tract 20 downstream of the turbine 25 and opens into the intake tract 3 upstream of the compressor 26. It serves to return exhaust gas from the exhaust tract 20 to the intake tract 3. This measure reduces the combustion reaction rate in the internal combustion engine 2 and reduces the formation of nitrogen oxides. The amount of exhaust gas that flows through the return line 22 can be changed using a return valve 24. The return line 22 passes through an exhaust gas recirculation cooler 23, which can cool the exhaust gases removed from the exhaust tract 20 before they reach the intake tract 3. Optionally, a bypass line (not shown here) could also be provided to bypass the exhaust gas recirculation cooler 23. It would also be conceivable for the exhaust gas recirculation cooler 23 to be omitted. In this example, the return line 22 branches off from the exhaust gas tract 20 downstream of the aftertreatment device 21, but it could also branch off upstream of the same.

Stromabwärts der Rückführleitung 22 weist der Ansaugtrakt 3 einen als Schaltkompressor dienenden Elektrokompressor 15, einen Ansaugluftkühler 16 sowie eine Ventilanordnung 10 mit drei Ventileinheiten 11-13 auf. Die Ventileinheiten 11-13 sind hierbei jeweils schematisch dargestellt und können in der Realität durch ein oder mehrere Ventile gebildet sein. Jede Ventileinheit 11-13, und somit die Ventilanordnung 10 insgesamt, ist durch eine Steuereinheit 30 steuerbar. Die Steuereinheit 30 kann bspw. durch eine Motorsteuerung realisiert sein und entscheidet in Abhängigkeit vom aktuellen Zustand des Verbrennungsmotors sowie anderer Parameter über die Einstellung der Ventilanordnung. Bei dem Schaltkompressor kann es sich um einen mechanisch betriebenen Kompressor handeln.Downstream of the return line 22, the intake tract 3 has an electric compressor 15 serving as a switching compressor, an intake air cooler 16 and a valve arrangement 10 with three valve units 11-13. The valve units 11-13 are each shown schematically and can in reality be formed by one or more valves. Each valve unit 11-13, and thus the valve arrangement 10 as a whole, can be controlled by a control unit 30. The control unit 30 can be implemented, for example, by an engine control and decides on the setting of the valve arrangement depending on the current state of the internal combustion engine and other parameters. The switching compressor can be a mechanically operated compressor.

Stromabwärts des Turbokompressors 26 zweigt der Ansaugtrakt 3 auf, und zwar in eine zu einem Eingang 15.1 des Elektrokompressors 15 führende Kompressor-Zuführleitung 4 sowie eine zu einem Eingang 16.1 des Ansaugluftkühlers 16 führende Kühler-Zuführleitung 5. Diesen Zuführleitungen 4, 5 ist eine erste Ventileinheit 11 zugeordnet. Stromaufwärts des Verbrennungsmotors 2 weist der Ansaugtrakt 3 eine von einem Ausgang 15.2 des Elektrokompressors 15 abgehende Kompressor-Abführleitung 6 auf sowie eine von einem Ausgang 16.2 des Ansaugluftkühlers 16 abgehende Kühler-Abführleitung 7. Die beiden Abführleitungen 6, 7 können an einem beliebigen Punkt stromaufwärts des Verbrennungsmotors 2 zusammengeführt sein. Ihnen ist eine zweite Ventileinheit 12 zugeordnet. Eine erste Verbindungsleitung 8 führt vom Ausgang 16.2 des Ansaugluftkühlers 16 zum Eingang 15.1 des Elektrokompressors 15, während eine zweite Verbindungsleitung 9 vom Ausgang 15.2 des Elektrokompressors 15 zum Eingang 16.1 des Ansaugluftkühlers 16 führt. Den Verbindungsleitungen 8, 9 ist eine dritte Ventileinheit 13 zugeordnet.Downstream of the turbo compressor 26, the intake tract 3 branches off into one a compressor supply line 4 leading to an input 15.1 of the electric compressor 15 and a cooler supply line 5 leading to an input 16.1 of the intake air cooler 16. A first valve unit 11 is assigned to these supply lines 4, 5. Upstream of the internal combustion engine 2, the intake tract 3 has a compressor discharge line 6 leading from an output 15.2 of the electric compressor 15 and a cooler discharge line 7 leading from an output 16.2 of the intake air cooler 16. The two discharge lines 6, 7 can be at any point upstream of the Internal combustion engine 2 be merged. A second valve unit 12 is assigned to them. A first connecting line 8 leads from the output 16.2 of the intake air cooler 16 to the input 15.1 of the electric compressor 15, while a second connecting line 9 leads from the output 15.2 of the electric compressor 15 to the input 16.1 of the intake air cooler 16. A third valve unit 13 is assigned to the connecting lines 8, 9.

Die Ventilanordnung 10 kann wenigstens fünf Zustände A-E annehmen. 1 zeigt einen ersten Zustand A. Hier und im Folgenden sind vom Gasstrom durchflossene Abschnitte grau dargestellt, während gesperrte bzw. nicht-durchflossene Abschnitte weiß dargestellt sind. In diesem erste Zustand A ist die Kühler-Zuführleitung 5 durch die erste Ventileinheit 11 freigegeben, die Kompressor-Abführleitung 6 ist durch die zweite Ventileinheit 12 freigegeben und die erste Verbindungsleitung 8 ist durch die dritte Ventileinheit 13 freigegeben. Dagegen sind die Kompressor-Zuführleitung 4, die Kühler-Abführleitung 7 und die zweite Verbindungsleitung 9 gesperrt. Somit ist der Ansaugluftkühler 16 im Ansaugtrakt 3 stromaufwärts des Elektrokompressors 16 angeordnet. Der im Ansaugtrakt 3 geführte Gasstrom, welcher entweder aus Luft besteht oder aus einem Gemisch von Luft und rückgeführten Abgasen, wird zunächst im Turbokompressor 26 komprimiert und dann im Ansaugluftkühler 16 gekühlt, bevor er durch den Elektrokompressor 15 zum Verbrennungsmotor 2 gelangt. Der erste Zustand A kann insbesondere bei warmgelaufenem Verbrennungsmotor 2 und hoher Last vorteilhaft sein, wie in 6 dargestellt ist, welche beispielhaft die Bereich des Motorkennfelds darstellt, in denen die einzelnen Zustände A-D angenommen werden können, wobei in bekannter Weise als Abszisse die Motordrehzahl N und als Ordinate das Drehmoment M (also die Motorlast) aufgetragen ist. Da bei hoher Last der Gasstrom durch die Kompression im Turbokompressor 26 und ggf. durch die zurückgeführten Abgase bereits eine erhöhte Temperatur aufweisen kann, welche für den Elektrokompressor 15 schädlich sein könnte, ist eine vorherige Kühlung sinnvoll.The valve arrangement 10 can assume at least five states AE. 1 shows a first state A. Here and below, sections through which the gas flow flows are shown in gray, while blocked or non-flow-through sections are shown in white. In this first state A, the cooler supply line 5 is released by the first valve unit 11, the compressor discharge line 6 is released by the second valve unit 12 and the first connecting line 8 is released by the third valve unit 13. In contrast, the compressor supply line 4, the cooler discharge line 7 and the second connecting line 9 are blocked. The intake air cooler 16 is thus arranged in the intake tract 3 upstream of the electric compressor 16. The gas flow guided in the intake tract 3, which consists either of air or of a mixture of air and recirculated exhaust gases, is first compressed in the turbo compressor 26 and then cooled in the intake air cooler 16 before it reaches the internal combustion engine 2 through the electric compressor 15. The first state A can be particularly advantageous when the internal combustion engine 2 has warmed up and is under high load, as in 6 is shown, which exemplifies the area of the engine map in which the individual states AD can be assumed, the engine speed N being plotted in a known manner as the abscissa and the torque M (i.e. the engine load) as the ordinate. Since at high load the gas flow can already have an increased temperature due to the compression in the turbo compressor 26 and possibly due to the recirculated exhaust gases, which could be harmful to the electric compressor 15, prior cooling makes sense.

2 zeigt einen zweiten Zustand B. Dabei ist die Kompressor-Zuführleitung 4 durch die erste Ventileinheit 11 freigegeben, die Kühler-Abführleitung 7 ist durch die zweite Ventileinheit 12 freigegeben und die zweite Verbindungsleitung 9 ist durch die dritte Ventileinheit 13 freigegeben. Dagegen sind die Kühler-Zuführleitung 5, die Kompressor-Abführleitung 6 und die erste Verbindungsleitung 8 gesperrt. Somit ist der Elektrokompressor 15 im Ansaugtrakt 3 stromaufwärts des Ansaugluftkühlers 16 angeordnet. Der im Ansaugtrakt 3 geführte Gasstrom wird zunächst im Turbokompressor 26 komprimiert und dann in einer zweiten Stufe im Elektrokompressor 15 nochmals komprimiert, bevor er im Ansaugluftkühler 16 gekühlt wird und zum Verbrennungsmotor 2 gelangt. Der Gasstrom hat hierdurch beim Eintritt in den Verbrennungsmotor 2 eine besonders niedrige Temperatur. Der zweite Zustand B kann z.B. bei mittlerer bis hoher Motorlast eingesetzt werden, wenn die Temperatur des Gasstroms auch ohne Kühlung niedrig genug ist, um keine Gefahr für den Elektrokompressor 15 darzustellen. 2 shows a second state B. The compressor supply line 4 is released by the first valve unit 11, the cooler discharge line 7 is released by the second valve unit 12 and the second connecting line 9 is released by the third valve unit 13. In contrast, the cooler supply line 5, the compressor discharge line 6 and the first connecting line 8 are blocked. The electric compressor 15 is thus arranged in the intake tract 3 upstream of the intake air cooler 16. The gas flow guided in the intake tract 3 is first compressed in the turbo compressor 26 and then compressed again in a second stage in the electric compressor 15 before it is cooled in the intake air cooler 16 and reaches the internal combustion engine 2. As a result, the gas stream has a particularly low temperature when it enters the internal combustion engine 2. The second state B can be used, for example, at medium to high engine loads if the temperature of the gas stream is low enough, even without cooling, to pose no danger to the electric compressor 15.

3 zeigt einen dritten Zustand C. Dabei ist die Kühler-Zuführleitung 5 durch die erste Ventileinheit 11 freigegeben, die Kühler-Abführleitung 7 ist durch die zweite Ventileinheit 12 freigegeben und die zweite Verbindungsleitung 9 ist durch die dritte Ventileinheit 13 freigegeben. Die zweite Verbindungsleitung 9 könnte auch gesperrt sein, was allerding unnötig ist. Die Kompressor-Zuführleitung 4, die Kompressor-Abführleitung 6 und die erste Verbindungsleitung 8 sind gesperrt. Dadurch ist der Ansaugluftkühler 16 in den Ansaugtrakt 3 eingebunden, während der Elektrokompressor 15 ausgeschlossen ist bzw. umgangen wird. Der dritte Zustand C kann gewählt werden, wenn der Elektrokompressor 15 abgeschaltet ist und durch seine Umgehung unnötige Strömungsverluste verhindert werden können. Dies kann z.B. bei moderater Motorlast oder bei hoher Drehzahl der Fall sein, wie in 6 dargestellt ist. 3 shows a third state C. The cooler supply line 5 is released by the first valve unit 11, the cooler discharge line 7 is released by the second valve unit 12 and the second connecting line 9 is released by the third valve unit 13. The second connecting line 9 could also be blocked, but this is unnecessary. The compressor supply line 4, the compressor discharge line 6 and the first connecting line 8 are blocked. As a result, the intake air cooler 16 is integrated into the intake tract 3, while the electric compressor 15 is excluded or bypassed. The third state C can be selected when the electric compressor 15 is switched off and unnecessary flow losses can be prevented by bypassing it. This can be the case, for example, with moderate engine load or at high speed, as in 6 is shown.

4 zeigt einen vierten Zustand D. Dabei ist die Kompressor-Zuführleitung 4 durch die erste Ventileinheit 11 freigegeben, die Kompressor-Abführleitung 6 ist durch die zweite Ventileinheit 12 freigegeben und die erste Verbindungsleitung 8 ist durch die dritte Ventileinheit 13 freigegeben. Die erste Verbindungsleitung 8 könnte auch gesperrt sein, was allerdings unnötig ist. Die Kühler-Zuführleitung 5, die Kühler-Abführleitung 7 und die zweite Verbindungsleitung 9 sind gesperrt. Dadurch ist der Elektrokompressor 15 in den Ansaugtrakt 3 eingebunden, während der Ansaugluftkühler 16 umgangen wird. Wie in 6 erkennbar, kann der vierte Zustand D bei niedriger Last und niedriger Geschwindigkeit bzw. bei einem Kaltstart gewählt werden, um die Aufwärmphase des Motorsystems 1 zu begünstigen, indem die Ansaugluft nicht gekühlt wird. Mit dieser Einstellung der Ventilanordnung 10 ist bei Bedarf weiterhin der Einsatz des Elektrokompressors 15 möglich, um z.B. den Verbrennungsmotor 2 mit ausreichend Sauerstoff für eine effektive Verbrennung zu versorgen. 4 shows a fourth state D. The compressor supply line 4 is released by the first valve unit 11, the compressor discharge line 6 is released by the second valve unit 12 and the first connecting line 8 is released by the third valve unit 13. The first connecting line 8 could also be blocked, but this is unnecessary. The cooler supply line 5, the cooler discharge line 7 and the second connecting line 9 are blocked. As a result, the electric compressor 15 is integrated into the intake tract 3, while the intake air cooler 16 is bypassed. As in 6 As can be seen, the fourth state D can be selected at low load and low speed or at a cold start in order to promote the warm-up phase of the engine system 1 by not cooling the intake air. With this setting of the valve arrangement 10, the electrocom can still be used if necessary pressors 15 possible, for example to supply the internal combustion engine 2 with sufficient oxygen for effective combustion.

5 zeigt den fünften Zustand E. Dabei ist die Kompressor-Zuführleitung 4 durch die erste Ventileinheit 11 freigegeben, die Kühler-Abführleitung 7 ist durch die zweite Ventileinheit 12 freigegeben und die erste Verbindungsleitung 8 ist durch die dritte Ventileinheit 13 freigegeben. Dagegen sind die Kühler-Zuführleitung 5, die Kompressor-Abführleitung 6 und die zweite Verbindungsleitung 9 gesperrt. Somit werden weder der Elektrokompressor 15 noch der Ansaugluftkühler 16 durchströmt, d.h. beide werden umgangen. Dieser Zustand kann z.B. dann vorteilhaft sein, wenn der Elektrokompressor 15 zum Bauteilschutz eine interne Wasserkühlung aufweist. Dann kann im fünften Zustand E beim Motorstart bzw. kaltem Verbrennungsmotor 2 und kaltem Kühlwasser eine unerwünschte Abkühlung der Ansaugluft vermieden werden. 5 shows the fifth state E. The compressor supply line 4 is released by the first valve unit 11, the cooler discharge line 7 is released by the second valve unit 12 and the first connecting line 8 is released by the third valve unit 13. In contrast, the cooler supply line 5, the compressor discharge line 6 and the second connecting line 9 are blocked. This means that neither the electric compressor 15 nor the intake air cooler 16 is flowed through, ie both are bypassed. This state can be advantageous, for example, if the electric compressor 15 has internal water cooling to protect components. Then, in the fifth state E, undesirable cooling of the intake air can be avoided when the engine is started or when the internal combustion engine 2 is cold and the cooling water is cold.

Alternativ ließe sich der fünfte Zustand E auch dadurch realisieren, dass die Kühler-Zuführleitung 5 durch die erste Ventileinheit 11 freigegeben ist, die Kompressor-Abführleitung 6 durch die zweite Ventileinheit 12 freigegeben ist und die zweite Verbindungsleitung 9 durch die dritte Ventileinheit 13 freigegeben ist, während die Kompressor-Zuführleitung 4, die Kühler-Abführleitung 7 und die erste Verbindungsleitung 8 gesperrt sind.Alternatively, the fifth state E could also be realized in that the cooler supply line 5 is released by the first valve unit 11, the compressor discharge line 6 is released by the second valve unit 12 and the second connecting line 9 is released by the third valve unit 13, while the compressor supply line 4, the cooler discharge line 7 and the first connecting line 8 are blocked.

Bezugszeichenliste:List of reference symbols:

11
MotorsystemEngine system
22
VerbrennungsmotorInternal combustion engine
33
Ansaugtraktintake tract
44
Kühler-ZuführleitungCooler supply line
55
Kompressor-ZuführleitungCompressor feed line
66
Kühler-AbführleitungRadiator discharge line
77
Kompressor-AbführleitungCompressor discharge line
8, 98, 9
Verbindungsleitungconnecting line
1010
VentilanordnungValve arrangement
11-1311-13
VentileinheitValve unit
1515
ElektrokompressorElectric compressor
15.1, 16.115.1, 16.1
EingangEntrance
15.2, 16.215.2, 16.2
AusgangExit
1616
AnsaugluftkühlerIntake air cooler
2020
AbgastraktExhaust tract
2121
NachbehandlungsvorrichtungAftertreatment device
2222
Rückführleitungreturn line
2323
RückführkühlerReturn cooler
2424
Rückführventilreturn valve
2525
Turbineturbine
2626
TurbokompressorTurbo compressor
3030
SteuereinheitControl unit
A-EA-E
ZustandCondition

Claims (10)

Motorsystem (1), aufweisend einen Verbrennungsmotor (2), einen Ansaugtrakt (3) mit einer Ventilanordnung (10), einen Abgastrakt (20) sowie eine den Abgastrakt (20) mit dem Ansaugtrakt (3) verbindende Rückführleitung (22), dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung (10) verstellbar ist zwischen einem ersten Zustand (A) und einem zweiten Zustand (B), in denen ein wenigstens schaltbarer Schaltkompressor (15) und ein Ansaugluftkühler (16) stromabwärts der Rückführleitung (22) im Ansaugtrakt (3) angeordnet sind, wobei im ersten Zustand (A) der Ansaugluftkühler (16) stromaufwärts des Schaltkompressors (15) angeordnet ist, während im zweiten Zustand (B) der Ansaugluftkühler (16) stromabwärts des Schaltkompressors (15) angeordnet ist.Motor system (1), comprising an internal combustion engine (2), an intake tract (3) with a valve arrangement (10), an exhaust tract (20) and a return line (22) connecting the exhaust tract (20) to the intake tract (3), characterized in that the valve arrangement (10) is adjustable between a first state (A) and a second state (B), in which an at least switchable switching compressor (15) and an intake air cooler (16) downstream of the return line (22) in the intake tract (3) are arranged, wherein in the first state (A) the intake air cooler (16) is arranged upstream of the switching compressor (15), while in the second state (B) the intake air cooler (16) is arranged downstream of the switching compressor (15). Motorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung (10) in einen dritten Zustand (C) verstellbar ist, in welchem der Ansaugluftkühler (16) im Ansaugtrakt (3) eingebunden ist und der Schaltkompressor (15) umgangen wird.engine system Claim 1 , characterized in that the valve arrangement (10) can be adjusted to a third state (C), in which the intake air cooler (16) is integrated in the intake tract (3) and the switching compressor (15) is bypassed. Motorsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung (10) in einen vierten Zustand (D) verstellbar ist, in welchem der Schaltkompressor (15) im Ansaugtrakt (3) eingebunden ist und der Ansaugluftkühler (16) umgangen wird.Engine system according to one of the preceding claims, characterized in that the valve arrangement (10) can be adjusted to a fourth state (D), in which the switching compressor (15) is integrated in the intake tract (3) and the intake air cooler (16) is bypassed. Motorsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung (10) in einen fünften Zustand (E) verstellbar ist, in welchem weder der Schaltkompressor (15) noch der Ansaugluftkühler (16) im Ansaugtrakt (3) eingebunden ist, sondern beide umgangen werden.Engine system according to one of the preceding claims, characterized in that the valve arrangement (10) can be adjusted to a fifth state (E), in which neither the switching compressor (15) nor the intake air cooler (16) is integrated in the intake tract (3), but both be bypassed. Motorsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansaugtrakt (3) eine zu einem Eingang (15.1) des Schaltkompressors (15) führende Kompressor-Zuführleitung (4) aufweist sowie eine zu einem Eingang (16.1) des Ansaugluftkühlers (16) führende Kühler-Zuführleitung (5), welche durch die Ventilanordnung (10) alternativ freigebbar sind.Engine system according to one of the preceding claims, characterized in that the intake tract (3) has a compressor supply line (4) leading to an inlet (15.1) of the switching compressor (15) and one leading to an inlet (16.1) of the intake air cooler (16). Cooler supply line (5), which can alternatively be released by the valve arrangement (10). Motorsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansaugtrakt (3) eine von einem Ausgang (15.2) des Schaltkompressors (15) abgehende Kompressor-Abführleitung (6) aufweist sowie eine von einem Ausgang (16.2) des Ansaugluftkühlers (16) abgehende Kühler-Abführleitung (7), welche durch die Ventilanordnung (10) alternativ freigebbar sind.Motor system according to one of the preceding claims, characterized in that the Intake tract (3) has a compressor discharge line (6) extending from an outlet (15.2) of the switching compressor (15) and a cooler discharge line (7) extending from an outlet (16.2) of the intake air cooler (16), which passes through the valve arrangement ( 10) can alternatively be released. Motorsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansaugtrakt (3) eine vom Ausgang (16.2) des Ansaugluftkühlers (16) zum Eingang (15.1) des Schaltkompressors (15) führende erste Verbindungsleitung (8) aufweist sowie eine vom Ausgang (15.2) des Schaltkompressors (15) zum Eingang (16.1) des Ansaugluftkühlers (16) führende zweite Verbindungsleitung (9), welche durch die Ventilanordnung (10) wenigstens alternativ freigebbar sind.Engine system according to one of the preceding claims, characterized in that the intake tract (3) has a first connecting line (8) leading from the outlet (16.2) of the intake air cooler (16) to the inlet (15.1) of the switching compressor (15) and one from the outlet (15.2 ) of the switching compressor (15) leading to the inlet (16.1) of the intake air cooler (16) second connecting line (9), which can be released at least alternatively by the valve arrangement (10). Motorsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung (10) eine erste Ventileinheit (11) aufweist, die dazu eingerichtet ist, die Kompressor-Zuführleitung (4) im zweiten (B) und vierten Zustand (D) freizugeben und die Kühler-Zuführleitung (5) im ersten (A) und dritten Zustand (C) freizugeben.Engine system according to one of the preceding claims, characterized in that the valve arrangement (10) has a first valve unit (11) which is designed to release the compressor supply line (4) in the second (B) and fourth state (D) and the To release the cooler supply line (5) in the first (A) and third states (C). Motorsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung (10) eine zweite Ventileinheit (12) aufweist, die dazu eingerichtet ist, die Kompressor-Abführleitung (6) im ersten (A) und vierten Zustand (D) freizugeben und die Kühler-Abführleitung (7) im zweiten (B) und dritten Zustand (C) freizugeben.Engine system according to one of the preceding claims, characterized in that the valve arrangement (10) has a second valve unit (12) which is designed to release the compressor discharge line (6) in the first (A) and fourth states (D) and the To release the cooler discharge line (7) in the second (B) and third state (C). Motorsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilanordnung (10) eine dritte Ventileinheit (13) aufweist, die dazu eingerichtet ist, die erste Verbindungsleitung (8) im ersten Zustand (A) freizugeben und die zweite Verbindungsleitung (9) im zweiten Zustand (B) freizugeben.Motor system according to one of the preceding claims, characterized in that the valve arrangement (10) has a third valve unit (13) which is designed to release the first connecting line (8) in the first state (A) and the second connecting line (9) in to release the second state (B).
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP2179154B1 (en) 2007-07-17 2015-12-09 Volkswagen Aktiengesellschaft Internal combustion engine
US20170226938A1 (en) 2016-02-05 2017-08-10 Ford Global Technologies, Llc Auto-ignition internal combustion engine suitable for hcci operation, and method for operating an internal combustion engine of said type

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