JP2013501869A

JP2013501869A - 内燃機関

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Publication number: JP2013501869A
Application number: JP2012523210A
Authority: JP
Inventors: ハイコ・バイル; フローリアン・ヴェーゲナスト
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-08-08
Filing date: 2010-07-03
Publication date: 2013-01-17
Anticipated expiration: 2030-07-03
Also published as: WO2011018135A1; US8793997B2; JP5475129B2; CN102472206B; DE102009036743A1; EP2462333B1; EP2462333A1; US20120180479A1; CN102472206A

Abstract

内燃機関（１０）の排気ガス側（５０）に内燃機関（１０）の排気ガスが通過可能なタービン（６２、６８）を有する少なくとも１つのエグゾーストターボチャージャ（２２、２４）を備え、内燃機関（１０）の作動状態に応じて、第１の排気ガス再循環装置（７４）、特に高圧排気ガス再循環（７４）を用いて、及び／又は少なくとももう１つの排気ガス再循環装置（８０）、特に低圧排気ガス再循環（８０）を用いて排気ガスが取り出され、内燃機関（１０）の吸気側（３４）へ戻される内燃機関の作動方法であって、この方法では、内燃機関（１０）の回転数範囲に切替えリミット（１０４）が設けられ、この切替えリミットでは、少なくとももう１つの排気ガス再循環装置（８０）、特に低圧排気ガス再循環（８０）による排気ガスの再循環から、第１の排気ガス再循環装置（７４）、特に高圧排気ガス再循環（７４）と少なくとももう１つの排気ガス再循環装置（７４、８０）、特に低圧排気ガス再循環（８０）とによる排気ガスの再循環へと切り替えられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前提部分に基づく内燃機関の作動方法及び請求項１３の前提部分に基づく内燃機関に関する。

標準的な内燃機関が特許文献１から公知であり、この文献では、相前後して接続されている２つのエグゾーストターボチャージャを備える内燃機関が開示されており、内燃機関の排気ガスは、エンジン近くのエグゾーストターボチャージャのタービン上流の排気ガスシステムから内燃機関のインテークマニホールドに戻される。

この周知の内燃機関は、すでに良好な燃料消費及び排気ガス値を有しているが、将来の規定排気ガス規制値を実現するためには、より多くのコストをかける必要がある。

特許文献２から、エグゾーストターボチャージャのタービン上流に高圧排気ガス再循環が設けられ、エグゾーストターボチャージャのタービン下流に低圧排気ガス再循環が設けられている排気ガス再循環システムが知られている。

特許文献３は、排気ガス再循環を備える内燃機関を説明しており、この場合、同様にエグゾーストターボチャージャのタービン上流に高圧排気ガス再循環が設けられ、このタービン下流に低圧排気ガス再循環が設けられている。しかし、これらの公知の解決方法は、特に将来の排気ガス規制値の達成に関して課題を残している。

独国特許出願公開第１０２００５０４６５０７Ａ１号明細書米国特許第７０１３８７９Ｂ２号明細書国際公開第２００８／０５８５９６Ａ１号パンフレット

従って、本発明の課題は、僅かなコストによって排気ガスの低排出を実現する、冒頭に述べた種類の内燃機関の作動方法をさらに発展させることである。

この課題は、請求項１の特徴を有する内燃機関の作動方法および請求項１３の特徴を有する内燃機関によって解決される。本発明の適切かつ重要な発展形態を備える有利な実施形態は、従属請求項に示されている。

内燃機関の排気ガス側に内燃機関の排気ガスが通過可能なタービンを有する少なくとも１つのエグゾーストターボチャージャを備える、本発明に基づく内燃機関の作動方法の場合、内燃機関の作動状態に応じて、第１の排気ガス再循環装置、特に高圧排気ガス再循環を用いて、及び／又は少なくとももう１つの排気ガス再循環装置、特に低圧排気ガス再循環を用いて排気ガスが取り出され、内燃機関の吸気側へ戻され、内燃機関の回転数範囲内に切替えリミットが設けられ、この切替えリミットでは、少なくとももう１つの排気ガス再循環装置、特に低圧排気ガス再循環による排気ガスの再循環から、第１の排気ガス再循環装置、特に高圧排気ガス再循環と、少なくとももう１つの排気ガス再循環装置、特に低圧排気ガス再循環とによる排気ガスの再循環へと切り替えられることによって特徴づけられる。

この切替えリミットは、例えば毎分１０００回転以上２０００回転以内、特に毎分１２００回転以上１３００回転以内の回転数範囲にあり、特に主として毎分１２５０回転である。２つの排気ガス再循環経路を介する、内燃機関の排気ガス側から吸気側へのこうした排気ガスの再循環によって、行政によって規定される、現在及び特に将来の排気ガス規制値を達成することが可能である。特に、これにより、ＥＵ６排気ガス規制値を、窒素酸化物の排気ガス後処理（ＮＯｘ排気ガス後処理）を用いることなく遵守することができ、内燃機関の燃費の問題を考慮する必要もない。

さらに本発明は、内燃機関の排気ガス側に内燃機関の排気ガスが通過可能なタービンを有する少なくとも１つのエグゾーストターボチャージャを備える内燃機関に関し、第１の排気ガス再循環装置、特に高圧排気ガス再循環、及び少なくとももう１つの排気ガス再循環装置、特に低圧排気ガス再循環が設けられており、これらの装置を用いて、排気ガスを内燃機関の排気ガス側から吸気側へと戻すことができ、本発明に基づき、この内燃機関には制御装置が割り当てられており、この制御装置によって、内燃機関の回転数範囲において、少なくとももう１つの排気ガス再循環装置、特に低圧排気ガス再循環による排気ガスの再循環から、第１の排気ガス再循環装置、特に高圧排気ガス再循環と少なくとももう１つの排気ガス再循環装置、特に低圧の排気ガス再循環とによる排気ガスの再循環へと切替え可能であるように制御されている。本方法の有利な実施形態は、この場合、内燃機関の有利な実施形態として見なされ、その逆も可能である。

言及した制御装置は、例えば、独立の制御装置として形成することができる。同様に、この制御装置は、エンジンコントロールユニットで実施される既存のエンジンコントロール内に組み込むことによって、内燃機関に取り付けることも可能である。

本発明に基づく内燃機関及び本発明に基づく方法により、言及した規制値の遵守が僅かなコストで実現され、このことにより、内燃機関及び本方法のためのコストが低く抑えられるため、車両コストも低い範囲内に維持される。

本発明に基づく内燃機関は、この場合、特にディーゼルエンジンとして構成されており、この場合は、周知のように、窒素酸化物の回避が非常に重要となる。しかし、この内燃機関は、その他の燃焼エンジン、例えばガソリンエンジンとしても構成することができる。

本発明に基づく内燃機関及び方法の実施形態により、排気ガス再循環が同時に増加する場合、該当するエグゾーストターボチャージャのタービンを通る排気ガス流量の上昇によって、過給率の上昇が達成される。排気ガス再循環の流量を分割する場合、内燃機関の燃費と窒素酸化物排出との間で出来る限り最善の妥協点を探りださなければならない。

内燃機関の少なくとも１つのエグゾーストターボチャージャが高圧エグゾーストターボチャージャとして形成され、この下流に、直列に接続された低圧エグゾーストターボチャージャが設けられており、これらのエグゾーストターボチャージャは、内燃機関の排気ガスが通過可能なタービンを内燃機関の排気ガス側にそれぞれ有し、それによって、本発明に基づく内燃機関では、内燃機関と高圧エグゾーストターボチャージャのタービンとの間に第１の排気ガス再循環を配置することが可能である。これに応じて、少なくとももう１つの排気ガス再循環装置を低圧エグゾーストターボチャージャのタービンの下流及び排気ガス後処理システム、特に微粒子フィルタの下流に配置することができ、この微粒子フィルタは、低圧エグゾーストターボチャージャのタービンの下流に配置されている。そのように接続された低圧エグゾーストターボチャージャにより、タービンの駆動力が排気ガス流量の上昇によって増加するため、内燃機関のより高いチャージ圧を実現できる。この高いチャージ圧により、酸素濃度又は排気ガス再循環率が同じでもより高い空燃費を実現可能であり、そのことから、内燃機関燃焼時の高圧プロセスが改善される結果となる。

より高い排気ガスの背圧によって内燃機関のチャージサイクルで起こり得る課題は、高圧プロセスのこのような改善によって補整される。従って、本発明に基づく内燃機関の範囲内において、酸素濃度が一定の場合、内燃機関の燃費を改善することが可能となるか、又は一定した空燃費では、実質的に燃費が一定している場合に、低い酸素濃度と窒素酸化物の低排出とを実現することが可能である。

さらに、流量低下によって高圧エグゾーストターボチャージャのタービン前で内燃機関の排気ガスの応力が緩和されることに伴って、煤の排出と窒素酸化物排出との間で出来る限り最善の妥協点が生まれ、このことによって内燃機関のチャージサイクル動作が回避される。すでに指摘したように、２つの排気ガス再循環装置による複合排気ガス再循環モードによって、排気ガスと燃費との間で出来る限り最善の妥協点を見つけることが可能となる。

本発明のさらなる利点、特徴及び詳細は、好ましい実施例及び図によって説明される。ここまでの説明で述べた特徴及び特徴の組合せ、並びに以下の図の説明で述べられている、及び／又は図の中にのみ示されている特徴及び特徴の組合せは、それぞれに示された特徴の組合せだけではなく、本発明の範囲から出ることなく、その他の組合せ又は単独でも適用可能である。

高圧エグゾーストターボチャージャと、これに対して直列に接続された低圧エグゾーストターボチャージャとを備える内燃機関の図であり、内燃機関の排気ガス側には、高圧エグゾーストターボチャージャのタービン上流に第１の排気ガス再循環装置が設けられ、低圧エグゾーストターボチャージャのタービン下流に第２の排気ガス再循環装置が設けられている。図１による内燃機関の作動図であり、回転数に対する内燃機関の効果的な平均作動圧がグラフに示されている。図１による内燃機関の低圧排気ガス再循環の作動図であり、回転数に対する内燃機関の効果的な平均作動圧がグラフに示されている。図１による内燃機関の低圧排気ガス再循環せき止めフラップの作動図であり、回転数に対する内燃機関の効果的な平均作動圧がグラフに示されている。図１による内燃機関の高圧排気ガス再循環バルブの作動図であり、回転数に対する内燃機関の効果的な平均作動圧がグラフに示されている。

図１は、２方向排気ガス再循環を備える内燃機関図を示し、この内燃機関によって、ＥＵ６排気ガス規制値が簡単な方法で遵守可能であり、図２〜５には、低排気ガス及び低燃費を達成するための内燃機関又は内燃機関構成部品及び２方向排気ガス再循環の作動が示されている。

図１は内燃機関１０を示し、この内燃機関はディーゼルエンジンとして形成され、４つのシリンダ１２、１４、１６、１８を有し、これらのシリンダの中に高圧インジェクションシステム２０によって燃料が噴射される。この内燃機関１０には、高圧エグゾーストターボチャージャ２２と、その下流に直列に接続されている低圧エグゾーストターボチャージャ２４とが含まれている。矢印２６に従って、内燃機関によって吸気側３４に吸入され、エアフィルタ３９によってろ過された空気は、低圧エグゾーストターボチャージャ２４のコンプレッサ３６によって圧縮される。迂回装置４０の迂回フラップ３８の位置に応じて、圧縮された空気は、高圧エグゾーストターボチャージャ２２のコンプレッサ４２によって再び圧縮される。矢印２８、２９、３０、３２、３７は、この場合、吸気側３４の空気の流れを示している。

高圧エグゾーストターボチャージャ２２のコンプレッサ４２の下流では、圧縮されて加熱された空気が、この空気を冷却するインタークーラ４４を通って流れることができる。

内燃機関１０の排気ガス側５０では、燃料と空気の混合物の燃焼によって生じた排気ガスが、矢印５２、５４、５６、５８、６０に従って、排気ガス側５０を通り内燃機関１０から流出する。この場合、排気ガスは高圧エグゾーストターボチャージャのタービン６２を駆動し、このタービン６２はシャフトによってコンプレッサ４２に接続されているため、コンプレッサ４２も排気ガスによって駆動される。高圧エグゾーストターボチャージャ２２によって生じるチャージ圧は、調整フラップ６６を含む迂回装置６４によって調整可能であり、この調整フラップによって、迂回装置６４を通ってタービン６２を迂回する排気ガス流量を調整することができる。

低圧エグゾーストターボチャージャ２４のコンプレッサ３６を駆動するため、タービン６２の下流には、低圧エグゾーストターボチャージャ２４のタービン６８が排気ガス側５０に配置されており、このタービンは、同様にシャフトによってコンプレッサ３６に接続されている。

同様に、タービン６８を迂回するため、調整フラップ７２を含む迂回装置７０が設けられており、この調整フラップ７２はウェイストゲートとも呼ばれ、調整フラップ６６と同様の方法で、タービン６８を迂回する排気ガス流量を調整することができる。

排気ガスは、矢印５４に従って、さらに、排気ガスから炭化水素（ＨＣ）及びＣＯｘを取り除く酸化触媒コンバータと、排気ガスから特に微粒子を取り除く微粒子フィルタ７３とによる排気ガス後処理システムを流れ、矢印５６に従って、内燃機関１０の排気ガス側５０を出て、周辺に流出する。

排気ガス、特に窒素酸化物の排出（ＮＯｘ排出）を低減するため、この内燃機関１０は、高圧排気ガス再循環７４の形態による第１の排気ガス再循環装置を有し、この装置は、矢印５８に従って、内燃機関の直後で内燃機関の排気ガスを取り出し、矢印６０に従って、内燃機関の直前で排気ガスを吸気側３４に戻す。戻された排気ガスの流量を調整するため、高圧排気ガス再循環バルブ（高圧ＥＧＲバルブ）７６が設けられている。さらに、この高圧排気ガス再循環７４は、戻された排気ガスの温度を下げる排気ガス再循環クーラ（ＥＧＲクーラ）７８を含んでいる。戻された排気ガスは、内燃機関１０の燃焼時に不活性ガスとして作用し、窒素酸化物の形成を軽減する。

高圧排気ガス再循環７４は、ＥＧＲクーラ７８に割り当てられている迂回装置４６を有している。この迂回装置４６を用いて、ＥＧＲクーラ７８が迂回可能となり、この迂回可能性又は迂回する排気ガスの流量は、迂回装置４６の迂回バルブ４８によって調整される。

ＥＵ６規格などのより厳しい排気ガス規制値、特に窒素酸化物の規制値を遵守するため、この内燃機関１０は、さらに、低圧排気ガス再循環８０の形態による第２の排気ガス再循環装置を有し、この装置によって、排気ガス側５０の微粒子フィルタ７３の直後で内燃機関の排気ガスを取り出すことができ、この排気ガスは低圧エグゾーストターボチャージャ２４のコンプレッサ３６の直前で吸気側３４に戻される。この戻された排気ガスの流量を調整するため、低圧ＥＧＲバルブ８２の形態でもう１つのＥＧＲバルブが設けられている。この低圧排気ガス再循環８０もまた、戻された排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ８４を含んでいる。

さらに、低圧排気ガス再循環８０は排気ガスせき止めフラップ８６を含み、これによって、内燃機関の排気ガスを低圧排気ガス再循環８０の取出し箇所の直後でせき止めることができるため、排気ガス流量のもう１つの調整手段が得られる。

低圧排気ガス再循環８０によって戻された排気ガス流を作動点に応じて加えることにより、高圧排気ガス再循環に比べ、エグゾーストターボチャージャの過給を顕著に上昇させることができる。従って、低圧排気ガス再循環８０による排気ガス再循環は、過給措置である。

図２には、図１に基づく内燃機関１０の作動がグラフ８８に示されており、縦軸９０に内燃機関１０の効果的な平均作動圧が示され、横軸９２に内燃機関１０の回転数が示されている。この場合、効果的な平均作動圧力の単位はＢａｒであり、回転数の単位は回転毎分である。グラフ８８にそれぞれ示されている数値は、この場合、例としてのみ記載されている。領域９６は、排気ガス再循環が低圧排気ガス再循環８０によって実施される、内燃機関１０の作動範囲を示している。領域９８及び１００では、複合排気ガス再循環モードが実施され、この複合排気ガス再循環モードは、低圧排気ガス再循環８０と高圧排気ガス再循環７４との組合せによる排気ガス再循環を示している。この場合、領域１００では、低圧排気ガス再循環８０によって戻された排気ガスの冷却が必要である。

もう１つの領域１０２、すなわち内燃機関１０の上方の負荷範囲では、排気ガス再循環が高圧排気ガス再循環７４によって実施される。

図２に示された作動により、ＥＵ６の排気ガス規制値の遵守が可能である。

図３では、図１に基づく低圧排気ガス再循環８０の作動がグラフ８８’に示されており、図２との関連で説明されたそれぞれの単位で、縦軸９０’に内燃機関１０の効果的な平均作動圧が示され、横軸９２’に回転数が示されている。グラフ８８’に示されている数字の付いた等値線は、低圧排気ガス再循環率を示し、回転数範囲において、切替えリミット１０４の下方では低圧排気ガス再循環８０による排気ガス再循環が実施され、切替えリミット１０４の上方では、すでに図２のグラフ８８との関連で説明されたように、複合排気ガス再循環モードによって排気ガス再循環が実施される。

図４のグラフ８８’’’にも作動が示されているが、特に、低圧排気ガス再循環８０の排気ガスせき止めフラップ８６の作動が示され、グラフ８８’’’に示されている等値線は排気ガスせき止めフラップ８６のオン／オフレシオを単位パーセントで表示している。０％のオン／オフレシオは、この場合、排気ガスせき止めフラップ８６の開位置に該当し、一方、１００％のオン／オフレシオは排気ガスせき止めフラップ８６の閉位置を意味している。グラフ８８’’’の縦軸９０’’’には内燃機関１０の効果的な平均作動圧値が単位Ｂａｒで示され、一方、横軸９２’’’には内燃機関１０の回転数が単位回転毎分で示されている。グラフ８８’’’に記入されている切替えリミットには、前述のグラフ８８又は８８’との関連で述べたものと同様のことが該当する。

図５には、高圧排気ガス再循環７４の高圧ＥＧＲバルブ７６の作動がグラフ８８’’’’で示されており、縦軸９０’’’’に内燃機関１０の効果的な平均作動圧（単位Ｂａｒ）が示され、横軸９２’’’’に内燃機関の回転数（単位回転毎分）が示されている。グラフ８８’’’’に記入されている等値線は、高圧ＥＧＲバルブ７６のオン／オフレシオをパーセントで表示している。この場合、０％のオン／オフレシオは、高圧ＥＧＲバルブ７６の開位置に該当し、一方、１００％のオン／オフレシオは同バルブの閉位置に該当する。グラフ８８’’’’と、グラフ８８’の比較とから分かるように、高圧ＥＧＲバルブは、完全閉位置と完全開位置との間に中間位置を有している。これとは反対に、低圧ＥＧＲバルブ８２は、完全に閉められているか、又は完全に開かれているかのいずれかである。しかし、必要に応じて、低圧ＥＧＲバルブ８２にも同様に中間位置を設けることもできる。

さらに図５から、高圧ＥＧＲバルブ７６が、回転数範囲において、切替えリミット１０４の上方でのみ作動することが分かり、それは、既に述べたように、この範囲においては高圧排気ガス再循環７４と低圧排気ガス再循環８０とによる複合排気ガス再循環が実施され、一方、切替えリミット１０４の下方では低圧排気ガス再循環８０による排気ガス再循環のみが実施されるからである。従って、この下方の回転数範囲では、高圧ＥＧＲバルブ７６の作動は必要ないか、又は設定されていない。

ここにおいて、特にグラフ８８、８８’、８８’’’及び８８’’’’に記載されている等値線の数値は例であり、ある程度変動し得ることに留意されたい。同様のことが、内燃機関１０の効果的な平均作動圧および回転数にも該当する。

１０内燃機関
１２シリンダ
１４シリンダ
１６シリンダ
１８シリンダ
２０高圧インジェクションシステム
２２高圧エグゾーストターボチャージャ
２４低圧エグゾーストターボチャージャ
２６矢印
２８矢印
２９矢印
３０矢印
３２矢印
３４吸気側
３６コンプレッサ
３７矢印
３８迂回フラップ
３９エアフィルタ
４０迂回装置
４２コンプレッサ
４４インタークーラ
４６迂回装置
４８迂回バルブ
５０排気ガス側
５２矢印
５４矢印
５６矢印
５８矢印
６０矢印
６２タービン
６４迂回装置
６６調整フラップ
６８タービン
７０迂回装置
７２調整フラップ
７４高圧排気ガス再循環
７６高圧ＥＧＲバルブ
７８ＥＧＲクーラ
８０低圧排気ガス再循環
８２低圧ＥＧＲバルブ
８４ＥＧＲクーラ
８６排気ガスせき止めフラップ８６
８８グラフ
９０縦軸
９２横軸
９６領域
９８領域
１００領域
１０２領域
１０４切替えリミット

本発明は、請求項１の前提部分に基づく内燃機関の作動方法及び請求項８の前提部分に基づく内燃機関に関する。

特許文献１は、内燃機関の排気ガスが通過可能なタービンを内燃機関の排気ガス側に有する少なくとも１つのエグゾーストターボチャージャを備える内燃機関を示し、この場合、内燃機関の作動状態に応じて、高圧排気ガス再循環と低圧排気ガス再循環とを用いて排気ガスが取り出され、内燃機関の吸気側へ戻される。内燃機関の回転数範囲に切替えリミットが設けられ、この切替えリミットでは、低圧排気ガス再循環による排気ガスの再循環から、高圧排気ガス再循環と低圧排気ガス再循環とによる排気ガスの再循環へと切り替えられる。２０００ｒｐｍの回転数リミットの下方では高圧ＥＧＲが設定され、この回転数リミットの上方では低圧ＥＧＲと高圧ＥＧＲとの複合モードが設定されている。
特許文献２は、高圧及び低圧ＥＧＲと唯一のエグゾーストターボチャージャとを示している。切替えリミットの下方では、低／中負荷及び低／中回転数において高圧と低圧の複合排気ガス再循環モードが設定されている。これに対して、切替えリミットの下方では、低／中回転数及び高負荷において低圧排気ガス再循環モードのみが設定されている。切替えリミットの上方では、高回転数及び高負荷において高圧排気ガス再循環モードが設定されている。
さらに、特許文献３から、相前後して接続されている２つのエグゾーストターボチャージャを備える内燃機関が開示されており、内燃機関の排気ガスは、エンジン近くのエグゾーストターボチャージャのタービン上流の排気ガスシステムから内燃機関のインテークマニホールドに戻される。

特許文献４から、エグゾーストターボチャージャのタービン上流に高圧排気ガス再循環が設けられ、エグゾーストターボチャージャのタービン下流に低圧排気ガス再循環が設けられている排気ガス再循環システムが知られている。

特許文献５は、排気ガス再循環を備える内燃機関を説明しており、この場合、同様にエグゾーストターボチャージャのタービン上流に高圧排気ガス再循環が設けられ、このタービン下流に低圧排気ガス再循環が設けられている。しかし、これらの公知の解決方法は、特に将来の排気ガス規制値の達成に関して課題を残している。

国際公開第２００７／１０７８６５Ａ２号パンフレット特開第２００４−１５０３１９号明細書独国特許出願公開第１０２００５０４６５０７Ａ１号明細書米国特許第７０１３８７９Ｂ２号明細書国際公開第２００８／０５８５９６Ａ１号パンフレット

この課題は、請求項１の特徴を有する内燃機関の作動方法および請求項８の特徴を有する内燃機関によって解決される。本発明の適切かつ重要な発展形態を備える有利な実施形態は、従属請求項に示されている。

内燃機関の排気ガス側に内燃機関の排気ガスが通過可能なタービンを有する少なくとも１つのエグゾーストターボチャージャを備え、内燃機関の作動状態に応じて、高圧排気ガス再循環と低圧排気ガス再循環を用いて排気ガスが取り出され、内燃機関の吸気側へ戻され、内燃機関の回転数範囲内に切替えリミットが設けられ、この切替えリミットでは、低圧排気ガス再循環による排気ガスの再循環から、高圧排気ガス再循環と低圧排気ガス再循環とによる排気ガスの再循環へと切り替えられる、本発明に基づく内燃機関の作動方法の場合、少なくとも１つのエグゾーストターボチャージャが高圧エグゾーストターボチャージャとして形成され、この下流に、直列に接続された低圧エグゾーストターボチャージャが設けられており、内燃機関の回転数範囲１０００［１／ｍｉｎ］≦Ｕ／ｍｉｎ≦２０００［１／ｍｉｎ］に切替えリミットが設けられており、この切替えリミットでは、低圧排気ガス再循環による排気ガスの再循環から、高圧排気ガス再循環と低圧排気ガス再循環とによる排気ガスの再循環へと切り替えられ、内燃機関の回転数範囲において、切替えリミットの下方では、低圧排気ガス再循環のみによって排気ガスが取り出されて戻され、内燃機関の回転数範囲において、切替えリミットの上方では、高圧排気ガス再循環と低圧排気ガス再循環との組合せによって排気ガスが取り出されて戻され、内燃機関の上方の回転数範囲及び／又は負荷範囲では、高圧排気ガス再循環のみによって排気ガスが取り出されて戻されることを特徴とする。

さらに本発明は、内燃機関の排気ガス側に内燃機関の排気ガスが通過可能なタービンを有する少なくとも１つのエグゾーストターボチャージャを備え、高圧排気ガス再循環と低圧排気ガス再循環が設けられており、これらの装置を用いて、排気ガスを内燃機関の排気ガス側から吸気側へと戻すことができる内燃機関に関し、この内燃機関には制御装置が割り当てられており、この制御装置によって、内燃機関の回転数範囲において、低圧排気ガス再循環による排気ガスの再循環から、高圧排気ガス再循環と低圧排気ガス再循環とによる排気ガスの再循環へと切替え可能であり、本発明に基づき、少なくとも１つのエグゾーストターボチャージャが高圧エグゾーストターボチャージャとして形成され、この下流に直列に接続された低圧エグゾーストターボチャージャが設けられており、これらのエグゾーストターボチャージャは、内燃機関の排気ガスが通過可能なタービンを内燃機関の排気ガス側にそれぞれ有し、両方のエグゾーストターボチャージャの両方のタービンの少なくとも１つの下流に、低圧排気ガス再循環が配置され、内燃機関と高圧エグゾーストターボチャージャのタービンとの間に高圧排気ガス再循環が配置され、低圧排気ガス再循環は低圧エグゾーストターボチャージャのタービン下流に配置され、制御装置により、内燃機関の回転数範囲１０００［１／ｍｉｎ］≦Ｕ／ｍｉｎ≦２０００［１／ｍｉｎ］において、低圧排気ガス再循環による排気ガスの再循環から、高圧排気ガス再循環と低圧排気ガス再循環とによる前記排気ガスの再循環へと切り替えられることができ、この回転数範囲の下方では、低圧排気ガス再循環のみによって排気ガスが取り出され、戻されるように制御されている。本方法の有利な実施形態は、この場合、内燃機関の有利な実施形態として見なされ、その逆も可能である。

Claims

内燃機関（１０）の排気ガス側（５０）に前記内燃機関（１０）の排気ガスが通過可能なタービン（６２、６８）を有する少なくとも１つのエグゾーストターボチャージャ（２２、２４）を備え、前記内燃機関（１０）の作動状態に応じて、第１の排気ガス再循環装置（７４）、特に高圧排気ガス再循環（７４）を用いて、及び／又は少なくとももう１つの排気ガス再循環装置（８０）、特に低圧排気ガス再循環（８０）を用いて排気ガスが取り出され、前記内燃機関（１０）の吸気側（３４）へ戻される内燃機関の作動方法であって、
前記内燃機関（１０）の回転数範囲に切替えリミット（１０４）が設けられ、該切替えリミットで、前記少なくとももう１つの排気ガス再循環装置（８０）、特に前記低圧排気ガス再循環（８０）による排気ガスの再循環から、前記第１の排気ガス再循環装置（７４）、特に前記高圧排気ガス再循環（７４）と前記少なくとももう１つの排気ガス再循環装置（７４、８０）、特に前記低圧排気ガス再循環（８０）とによる排気ガスの再循環へと切り替えられることを特徴とする方法。
前記内燃機関（１０）の回転数範囲１０００［１／ｍｉｎ］≦Ｕ／ｍｉｎ≦２０００［１／ｍｉｎ］に前記切替えリミット（１０４）が設けられ、該切替えリミットでは、前記少なくとももう１つの排気ガス再循環装置（８０）、特に前記低圧排気ガス再循環（８０）による排気ガスの再循環から、前記第１の排気ガス再循環装置（７４）、特に前記高圧排気ガス再循環（７４）と前記少なくとももう１つの排気ガス再循環装置（７４、８０）、特に前記低圧排気ガス再循環（８０）とによる排気ガスの再循環へと切り替えられることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
回転数範囲１２００［１／ｍｉｎ］≦Ｕ／ｍｉｎ≦１６００［１／ｍｉｎ］に前記切替えリミット（１０４）が設けられ、該切替えリミットでは、前記少なくとももう１つの排気ガス再循環装置（８０）による排気ガスの再循環から、前記第１の再循環装置（７４）と前記少なくとももう１つの排気ガス再循環装置（７４、８０）とによる排気ガスの再循環へと切り替えられることを特徴とする、請求項１、２のいずれか一項に記載の方法。
主として１２５０［１／ｍｉｎ］に前記切替えリミット（１０４）が設けられ、該切替えリミットでは、前記少なくとももう１つの排気ガス再循環装置（８０）による排気ガスの再循環から、前記第１の再循環装置（７４）と前記少なくとももう１つの排気ガス再循環装置（７４、８０）とによる排気ガスの再循環へと切り替えられることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
前記内燃機関（１０）の回転数範囲において、前記切替えリミット（１０４）の下方では、前記少なくとももう１つの排気ガス再循環装置（８０）、特に前記低圧排気ガス再循環（８０）のみによって排気ガスが取り出され、戻されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
前記内燃機関（１０）の回転数範囲において、前記切替えリミット（１０４）の上方では、前記第１の排気ガス再循環装置（７４）、特に前記高圧排気ガス再循環（７４）と前記少なくとももう１つの排気ガス再循環装置（８０）、特に前記低圧排気ガス再循環（８０）との組合せによって排気ガスが取り出され、戻されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
前記少なくとももう１つの排気ガス再循環装置（８０）、特に前記低圧排気ガス再循環（８０）のバルブエレメント（８２）、特に低圧ＥＧＲバルブ（８２）が、実質的に完全に開かれた開位置と実質的に完全に閉じられた閉位置との間で切り替えられることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
前記内燃機関（１０）の上方の回転数範囲及び／又は負荷範囲では、前記第１の排気ガス再循環装置（７４）、特に前記高圧排気ガス再循環（７４）のみによって排気ガスが取り出され、戻されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
前記内燃機関（１０）の回転数範囲において、前記切替えリミット（１０４）の上方では、前記少なくとももう１つの排気ガス再循環装置（８０）、特に前記低圧排気ガス再循環（８０）によって取り出され、戻された排気ガスが、冷却装置（７８）、特にＥＧＲクーラ（７８）によって冷却されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
前記内燃機関（１０）の回転数範囲において、前記切替えリミット（１０４）の下方では、排気ガス再循環が０％〜６０％の排気ガス再循環率によって実施されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
前記内燃機関（１０）の回転数範囲において、前記切替えリミット（１０４）の上方では、排気ガス再循環が０％〜６０％の排気ガス再循環率によって実施されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
内燃機関（１０）の排気ガス側（５０）に前記内燃機関（１０）の排気ガスが通過可能なタービン（６２、６８）を有する少なくとも１つのエグゾーストターボチャージャ（２２、２４）を備え、第１の排気ガス再循環装置（７４）、特に高圧排気ガス再循環（７４）と、少なくとももう１つの排気ガス再循環装置（８０）、特に低圧排気ガス再循環（８０）とが設けられており、これらの装置を用いて排気ガスを前記内燃機関（１０）の排気ガス側（５０）から吸気側（３４）へと戻すことができる内燃機関（１０）であって、
前記内燃機関（１０）には制御装置が割り当てられ、該制御装置によって、前記内燃機関（１０）の回転数範囲において、前記少なくとももう１つの排気ガス再循環装置（８０）、特に低圧排気ガス再循環（８０）による排気ガスの再循環から、前記第１の排気ガス再循環装置（７４）、特に高圧排気ガス再循環（７４）と前記少なくとももう１つの排気ガス再循環装置（７４、８０）、特に低圧排気ガス再循環（８０）とによる排気ガスの再循環へと切替え可能であることを特徴とする内燃機関。
前記制御装置により、前記内燃機関（１０）の回転数範囲１０００［１／ｍｉｎ］≦Ｕ／ｍｉｎ≦２０００［１／ｍｉｎ］において、前記少なくとももう１つの排気ガス再循環装置（８０）、特に低圧排気ガス再循環（８０）による排気ガスの再循環から、前記第１の排気ガス再循環装置（７４）、特に高圧排気ガス再循環（７４）と前記少なくとももう１つの排気ガス再循環装置（７４、８０）、特に低圧排気ガス再循環（８０）とによる排気ガスの再循環へと切り替えられることを特徴とする、請求項１２に記載の内燃機関。
前記制御装置により、前記内燃機関（１０）の回転数範囲１２００［１／ｍｉｎ］≦Ｕ／ｍｉｎ≦１６００［１／ｍｉｎ］において、前記少なくとももう１つの排気ガス再循環装置（８０）、特に低圧排気ガス再循環（８０）による排気ガスの再循環から、前記第１の排気ガス再循環装置（７４）、特に高圧排気ガス再循環（７４）と前記少なくとももう１つの排気ガス再循環装置（７４、８０）、特に低圧排気ガス再循環（８０）とによる排気ガスの再循環へと切り替えられることを特徴とする、請求項１２又は１３のいずれか一項に記載の内燃機関。
前記制御装置により、主として１２５０［１／ｍｉｎ］の前記内燃機関（１０）の回転数範囲において、前記少なくとももう１つの排気ガス再循環装置（８０）、特に低圧排気ガス再循環（８０）による排気ガスの再循環から、前記第１の排気ガス再循環装置（７４）、特に高圧排気ガス再循環（７４）と前記少なくとももう１つの排気ガス再循環装置（７４、８０）、特に低圧排気ガス再循環（８０）とによる排気ガスの再循環へと切り替えられることを特徴とする、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の内燃機関。
少なくとも１つの前記エグゾーストターボチャージャ（２２）が高圧エグゾーストターボチャージャ（２２）として形成され、該エグゾーストターボチャージャの下流に、直列に接続された低圧エグゾーストターボチャージャ（２４）が設けられており、これらのエグゾーストターボチャージャは、前記内燃機関（１０）の排気ガスが通過可能なタービン（６２、６８）を前記内燃機関（１０）の排気ガス側（５０）にそれぞれ有し、前記内燃機関（１０）と前記低圧エグゾーストターボチャージャ（２４）のタービン（６８）との間に前記第１の排気ガス再循環装置（７４）、特に高圧排気ガス再循環（７４）が配置され、両方のエグゾーストターボチャージャ（２２、２４）の両方のタービン（６２、６８）の少なくとも１つの下流に、前記少なくとももう１つの排気ガス再循環装置（８０）、特に前記低圧排気ガス再循環（８０）が配置されていることを特徴とする、請求項１２〜１５のいずれか一項に記載の内燃機関。
前記内燃機関（１０）と前記高圧エグゾーストターボチャージャ（２４）のタービン（６２）との間に前記第１の排気ガス再循環装置（７４）が配置されていることを特徴とする、請求項１６に記載の内燃機関（１０）。
前記低圧エグゾーストターボチャージャ（２４）のタービン（６８）の下流に、前記少なくとももう１つの排気ガス再循環装置（８０）が配置されていることを特徴とする、請求項１６又は１７のいずれか一項に記載の内燃機関。
前記第１の排気ガス再循環装置（７４）が、冷却装置（７８）、特に排気ガス再循環クーラ（７８）を有していることを特徴とする、請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の内燃機関。
前記冷却装置（７８）が迂回装置（４６）を含み、該迂回装置によって、前記冷却装置（７８）が迂回可能であることを特徴とする、請求項１９に記載の内燃機関（１０）。
前記少なくとももう１つの排気ガス再循環装置（８０）が、冷却装置（８４）、特に排気ガス再循環クーラ（８４）を有していることを特徴とする、請求項１６〜２０のいずれか一項に記載の内燃機関。
前記低圧エグゾーストターボチャージャ（２４）のタービン（６８）の下流に、排気ガス浄化装置（７３）が配置されていることを特徴とする、請求項１６〜２１のいずれか一項に記載の内燃機関。
前記排気ガス浄化装置（７３）が、微粒子フィルタ（７３）を含んでいることを特徴とする、請求項２２に記載の内燃機関。
前記排気ガス浄化装置（７３）が、酸化触媒コンバータを含んでいることを特徴とする、請求項２２又は２３のいずれか一項に記載の内燃機関（１０）。
前記排気ガス浄化装置（７３）の下流、特に前記排気ガス浄化装置（７３）の微粒子フィルタ（７３）の下流に、前記少なくとももう１つの排気ガス再循環装置（８０）が配置されていることを特徴とする、請求項２２〜２４のいずれか一項に記載の内燃機関。
前記低圧エグゾーストターボチャージャ（２４）のタービン（６８）の下流に、せき止め装置（８６）、特にせき止めフラップ（８６）が配置されていることを特徴とする、請求項１６〜２５のいずれか一項に記載の内燃機関。
前記吸気側（３４）において、前記エグゾーストターボチャージャ（２２、２４）の少なくとも１つのコンプレッサ（３６、４２）の下流に、少なくとも１つの冷却装置（４４）、特にインタークーラ（４４）が配置されていることを特徴とする、請求項１６〜２６のいずれか一項に記載の内燃機関。
前記第１の排気ガス再循環装置（７４）によって、前記内燃機関（１０）の直前で前気ガスを前記吸気側（３４）に戻すことができることを特徴とする、請求項１６〜２７のいずれか一項に記載の内燃機関。
前記少なくとももう１つの排気ガス再循環装置（８０）によって、前記低圧エグゾーストターボチャージャ（２４）のコンプレッサ（３６）の直前で排気ガスを前記吸気側（３４）に戻すことができることを特徴とする、請求項１６〜２８のいずれか一項に記載の内燃機関。