JP2002180911A - 内燃機関における排気ガス再循環システム - Google Patents

内燃機関における排気ガス再循環システム

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 EGRシステムにおいて、燃焼用空気と混合
されて吸気マニホルドに導入される排気ガスの量を微調
整すること。 【解決手段】 排気ガス再循環システムが、複数の燃焼
シリンダー、少なくとも1つの排気マニホルド、及び少
なくとも1つの吸気マニホルドを備える。各排気マニホ
ルドは複数の燃焼シリンダーと連結し、各吸気マニホル
ドは複数の燃焼シリンダーと連結している。第1ターボ
チャージャーは少なくとも1つの入口と出口を有する第
1タービンと、入口と出口を有する第1圧縮機を備え
る。少なくとも1つの第1タービン入口は、対応する排
気マニホルドと流体的に連結する。第2ターボチャージ
ャーは、入口と出口を有する第2タービンと、入口と出
口を有する第2圧縮機を備える。第2タービン入口は、
対応する排気マニホルドと流体的に連結する。バルブ組
立体は入口、第1出口、第2出口を備える。バルブ入口
は、対応する第1タービン入口と流体的に連結し、バル
ブ第1出口は吸気マニホルドと流体的に連結される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関において
使用されるための排気ガス再循環システムに関するもの
であり、更に特定すれば、多数のターボチャージャーを
有する内燃機関において使用されるための排気ガス再循
環システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】内燃機関には、燃焼シリンダー内の1ま
たはそれ以上の燃焼チャンバに対応して1またはそれ以
上のターボチャージャーを備えているものがある。各タ
ーボチャージャーは、通常はエンジンの排気ガスにより
駆動されるタービンとタービンにより駆動される圧縮機
を備えている。圧縮機は、圧縮されるべき流体を受け取
り、圧縮された流体を燃焼チャンバに供給する。圧縮機
によって圧縮された流体は、燃焼用空気または燃料と空
気の混合物の形態である。
【0003】内燃機関におけるターボチャージャーシス
テムに多数のターボチャージャーを備えることは既知で
ある。例えば、アメリカ合衆国特許第3250068号
(Vulliamy)は、2つのターボチャージャーを
備えた内燃機関を開示している。第1ターボチャージャ
ーは、内燃機関上の単一の排気マニホルドによって駆動
されるタービンを備える。第1ターボチャージャーのタ
ービンからの使用後の排気ガスは、続いて第2ターボチ
ャージャーのタービンの入口へ送られる。そして使用後
の排気ガスは、第2ターボチャージャーのタービンから
周囲の環境へと排出される。第2ターボチャージャーの
圧縮機は大気からの燃焼用空気を圧縮し、圧縮された燃
焼用空気を続いて第1ターボチャージャーの圧縮機に供
給し、今度は圧縮された燃焼用空気をエンジンの吸気マ
ニホルドに送る。
【0004】排気ガス再循環(EGR)システムは、内
燃機関の作動における望ましくない汚染ガスと微粒状物
質の発生を制御するために用いられる。そのようなシス
テムは、乗用車、小積載量のトラック、その他の道路上
の動力付き設備のような動力車に用いられる内燃機関に
おいて特に有用であることを証明している。EGRシス
テムは、主として内燃機関の吸入空気に排気ガス副産物
を再循環させる。エンジンシリンダーに再導入される排
気ガスは、その中の酸素濃度を低下させ、次にシリンダ
ーの中の最高燃焼温度を下げ、燃焼過程の化学反応を遅
らせ、窒素酸化物(NOx)の発生を減少させる。更に
は、排気ガスは通常は未燃焼の炭化水素を含んでおり、
これがエンジンシリンダーに再導入されて燃焼され、内
燃機関から望ましくない汚染物質として放出されるはず
の排気ガス副産物の排出をさらに削減する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述のEGRシステム
において、燃焼用空気と混合されて吸気マニホルドに導
入される排気ガスの量を制御することは周知である。通
常は、ベンチュリ型混合機などの混合機が、燃焼用空気
と混合する排気ガスの量を制御するのに使用される。し
かしながら、混合機のみを使用して、燃焼用空気と混合
する排気ガスの量を制御することは、燃焼用空気と排気
ガスの混合比に微調整を与えるのには充分ではない場合
がある。
【0006】本発明は、上述の問題の1またはそれ以上
を解決することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の1つの態様にお
いて、内燃機関には複数の燃焼シリンダー、少なくとも
1つの排気マニホルド、そして少なくとも1つの吸気マ
ニホルドが備えられている。各排気マニホルドは、複数
の燃焼シリンダーと連結し、各吸気マニホルドは、複数
の燃焼シリンダーと連結している。第1ターボチャージ
ャーは、少なくとも1つの入口と出口を有する第1ター
ビンと、入口と出口を有する第1圧縮機とを備えてい
る。少なくとも1つの第1タービン入口は、対応する排
気マニホルドと流体的に連結している。第2ターボチャ
ージャーは、少なくとも1つの入口と1つの出口を有す
る第2タービンと、1つの入口と1つの出口を有する第
2圧縮機とを備えている。少なくとも1つの第2タービ
ンの入口は、対応する排気マニホルドと流体的に連結し
ている。バルブ組立体は1つの入口、第1出口及び第2
出口を備えている。バルブ入口は、対応する第1タービ
ン入口と流体的に連結し、バルブ第1出口は、第2ター
ビン入口と流体的に連結し、そしてバルブ第2出口は、
少なくとも1つの吸気マニホルドと流体的に連結してい
る。
【0008】本発明の別の態様においては、内燃機関の
排気ガス再循環システムにおける排気ガスを再循環する
方法は、少なくとも1つの入口と出口を有し該入口が対
応する排気マニホルドと流体的に連結された第1タービ
ンと、1つの入口と1つの出口を有する第1圧縮機とを
備えた第1ターボチャージャー設け、少なくとも1つの
入口と出口を有し該入口が対応する排気マニホルドと流
体的に連結された第2タービンと、1つの入口と1つの
出口を有する第2圧縮機とを備えた第2ターボチャージ
ャーを設け、対応する排気マニホルド及び第1タービン
入口と流体的に連結された1つの入口と、第2タービン
入口に流体的に連結された第1出口と、第1出口に関連
させられた第1バルブと、少なくとも1つの吸気マニホ
ルドに流体的に連結された第2出口と、第2出口に関連
させられた第2バルブとを有するバルブ組立体を設け、
バルブ第1出口とバルブ第2出口を選択的に開閉する工
程を含む。
【0009】
【発明の実施の形態】ここで、図において特に図1を参
照すると、本発明の実施の形態である排気ガス再循環シ
ステム12を含む内燃機関10の実施の形態が示されて
いる。
【0010】内燃機関10は、図1に示されている6個
の燃焼シリンダー14のような、複数の燃焼シリンダー
14を備えている。ディーゼル油のような燃料は、各燃
焼シリンダー14へ噴射され、その中で既知の方法によ
って燃焼される。
【0011】内燃機関10はまた、少なくとも1つの吸
気マニホルド16を備えており、各吸気マニホルドは複
数の燃焼シリンダー14と流体で連通するように配置さ
れている。図示されている実施の形態においては、内燃
機関10は、6個の各燃焼シリンダー14と流体で連通
するように配置された単一の吸気マニホルド16を備え
ている。吸気マニホルド16は、後述されるように、空
気混合物を各燃焼シリンダー14に供給する。
【0012】内燃機関10はまた、少なくとも1つの排
気マニホルドを備えており、各排気マニホルドは複数の
燃焼シリンダー14と流体的に連結されている。図示さ
れている実施の形態では、内燃機関10は、第1排気マ
ニホルド18と第2排気マニホルド20を備えており、
各排気マニホルド18、20は6個の燃焼シリンダー1
4のうちの3個と流体的に連結されている。
【0013】EGRシステム12は、ターボチャージャ
ーシステム22、アフタークーラー24、混合機26、
EGRクーラー28及びバルブ組立体30を備えてい
る。
【0014】ターボチャージャーシステム22は、第1
ターボチャージャー32と第2ターボチャージャー34
を備えている。第1ターボチャージャー32は、少なく
とも1つの入口38と出口40を有する第1タービン3
6を備えている。入口38は、第1排気マニホルド18
と流体的に連結し、第1タービン36の中に配置されて
いるタービンホイール(図示せず)を回転駆動するため
に排気ガスを受け取る。入口38は、具体的用途に応じ
て、固定幾何学的形状の入口または可変ノズル入口の形
状とすることができる。
【0015】第1ターボチャージャー32はまた、シャ
フト44を通じて第1タービン36の中でタービンホイ
ールと機械的に連結し、該タービンホイールによって駆
動されている圧縮機ホイール(図示せず)を有する第1
圧縮機42を備える。第1圧縮機42は、入口46と出
口48を備えている。第1圧縮機42は、入口46で燃
焼用空気を受け取り、圧縮された燃焼用空気を出口48
に供給する。
【0016】第2ターボチャージャー34は、少なくと
も1つの入口52と出口54を有する第2タービン50
を備える。入口52は、各第2排気マニホルド20及び
第1タービン出口40と流体的に連結されている。従っ
て、第2タービン50は、第2排気マニホルドから直接
排気ガスを受け取り、第1タービン36を通して第1排
気マニホルドから間接的に排気ガスを受け取る。図示さ
れている実施の形態において、第2タービン50は、各
第2排気マニホルド20及び第1タービン出口40から
排気ガスを受け取る単一の入口52を備える。しかしな
がら、並列的に、第2排気マニホルド20及び第1ター
ビン出口40から排気ガスを受け取る別の入口を備える
第2タービン50を形成することも可能である。各入口
は、特定の用途に応じて、固定された幾何学的形状の入
口または可変の幾何学的形状のノズルの形状にすること
ができる。第2タービン出口54は、排出システム(図
示せず)を通じて、使用後の排気ガスを周囲の環境に排
出する。
【0017】第2ターボチャージャー34はまた、入口
58と出口60を有する第2圧縮機56を備える。第2
圧縮機56は、シャフト62を通して第2タービン50
の中でタービンホイールによって機械的に連結し、ター
ビンホイールによって駆動される圧縮機ホイール(図示
せず)を備えている。第2圧縮機56は、入口58で周
囲の環境から燃焼用空気を受け取り、出口60で圧縮さ
れた燃焼用空気を排出する。出口60は、次に第1圧縮
機入口46と流体的に連結された。従って、第2圧縮機
56と第1圧縮機42は、周囲の燃焼用空気を圧縮する
ために2段階の圧縮機を構成する。
【0018】本発明の一態様によると、EGRシステム
12のバルブ組立体30は、吸気マニホルド16に送ら
れる燃焼用空気と混合される排気ガス流量を調整すると
ともに、排気ガスを第2タービン50に供給する。吸気
マニホルド16に送られる排気ガス量を制御または調整
することは、内燃機関10における効率的な排気ガス再
循環システムをもたらす。更に、第2タービン50への
排気ガスの流量を制御することは、第2タービン50を
駆動するために吸気マニホルド16に送られろことがな
い排気ガスからのエネルギーを利用するものとなる。
【0019】更に詳しく言えば、図2を参照すると、バ
ルブ組立体30は長手方向軸68をもった長手方向の軸
穴66を有する本体64を備える。本体64は、入口7
0、第1出口72、第2出口74を備える。入口70
は、軸穴66の長手方向軸68に対してほぼ直角に延
び、第1排気マニホルド18と第1タービン入口38を
相互接続する流体ライン76と流体的に連結された。バ
ルブ入口70は従って、並列流方式で、第1排気マニホ
ルド18から排気ガスを受け取る。
【0020】バルブ第1出口72は、軸穴66の長手方
向軸68とほぼ同軸に位置決めされ、第2排気マニホル
ド20と第2タービン入口52を相互接続する流体ライ
ン78と流体的に連結された。バルブ第2出口74は、
軸穴66の長手方向軸68にほぼ直角に位置決めされ、
吸気マニホルド16と流体的に連結されている。
【0021】シャフト80は、穴66の中に摺動自在に
配置される。第1バルブ82は、第1バルブ出口72に
関連するようにシャフト80に支持され、第2バルブ8
4は、バルブ第2出口に関連するようにシャフト80に
支持される。図示されている実施の形態では、第1バル
ブ82と第2バルブ84は、シャフト80と単一体に形
成されるが、また別々に形成され、シャフト80に支持
されるようにしてもよい。第1バルブ82と第2バルブ
84はそれぞれ、第1バルブ出口72と第2バルブ出口
74を選択的に開閉し、同時に第1バルブ72及びもし
くは第2バルブ74から流れる排気ガスに好ましい流体
流量特性を与える所定の形状を有する。図示の実施の形
態では、第1バルブ82は、ほぼ円錐台形の形状であ
り、第2バルブ84はほぼディスク状の形状である。
【0022】第1バルブ82は、第1バルブ出口72を
構成するインサート86に対して可動である。インサー
ト86は、第1出口72に所定の内方形状を与えるため
に本体64に着脱自在に装着される。図示の実施の形態
では、インサート86は、第1出口72の排出側でガス
膨張と圧力上昇を生じさせる拡がった表面88を備え
る。第1バルブ82のほぼ円錐台形の形状は、インサー
ト86の中でベンチュリを構成する補助になる。従っ
て、排気ガスフローは、第1バルブ82越しの低下した
圧力の下で加速し、インサート86の排出側で高くなる
圧力の下で膨張する。
【0023】第2バルブ84は、該第2バルブ84が排
気ガスを第2バルブ出口74へ流れるように位置決めさ
れるときに、本体64に対して環状開口部を構成するほ
ぼディスク状の形状を持つ。本体64の軸穴66は、イ
ンサート86のスロート領域内の直径92よりも長い直
径90によって形成される。直径90と直径92の比
は、バルブ第1出口とバルブ第2出口74それぞれから
の望ましい容積流量を供給するために選択することがで
きる。直径90と直径92の値は、用途により異なる場
合があり、比較的容易に経験値によって求めることがで
きる。
【0024】バルブガイド94は、本体64の軸穴66
の中に支持され、軸穴66の中のシャフト80を摺動自
在に支持する。バルブガイド94は、水入口98と水出
口100と流体的に連通する流体経路を構成する円周溝
を備える。バルブ組立体30は、従って、その中を通っ
て流れる排気ガスによって発生する熱を除去するために
冷却された水である。
【0025】コレット102は、バルブガイド94から
離れてシャフト80に固定される。圧縮ばね104は、
バルブガイド94とコレット102それぞれに対して反
対方向の軸力を及ぼし、それによって、図2に示されて
いるように、第2バルブ84をバルブ第2出口74を閉
める位置に付勢する。
【0026】アクチュエーター106はシャフト80に
連結され、第1バルブ82がバルブ第1出口72を閉め
る第1位置と、第2バルブ84がバルブ第2出口74を
閉める第2位置(図2)、もしくはそれら位置の間の選
択された位置に選択的にシャフト80を移動させる。ア
クチュエーター106は、例えば圧力差に基づいて選択
された位置にシャフト80を移動させる機械的アクチュ
エーターの形状とすることができ、或いは、ソレノイド
のような電気アクチュエーターの形状とすることもでき
る。図示の実施の形態では、アクチュエーター106
は、バルブ第1出口72を閉める第1位置と、バルブ第
2出口74を閉める第2位置に、またはそれらの間の位
置にシャフト80を移動する電気アクチュエーターの形
状である。
【0027】アフタークーラー24は、第1圧縮機出口
48から排出する圧縮された燃焼用空気を冷却し、EG
Rクーラー28は、バルブ30の第2出口74から流れ
る排気ガスを冷却する。混合機26は、排気ガスを燃焼
用空気と混合する。アフタークーラー24、混合機2
6、そしてEGRクーラー28は、それぞれ従来の設計
であり、従ってこれ以上の説明はしない。
【0028】使用中、ディーゼル油のような燃料が各燃
焼シリンダー14に噴射され、その中で燃焼される。排
気ガスは、第1タービン36を回転駆動するために、第
1排気マニホルド18から第1タービン36へと流れ
る。同時に、第1排気マニホルド18からの排気ガス
は、バルブ組立体30の入口70へ並列的に流れる。第
1タービン36からの使用後の排気ガスは、第2排気マ
ニホルド20からの排気ガスと混合され、第2タービン
50を回転駆動するために第2タービン50に供給され
る。第2タービン50からの使用後の排気ガスは、周囲
の環境へと排出される。第1圧縮機42と第2圧縮機5
6は、それぞれ第1タービン36と第2タービン50に
よって回転駆動される。周囲の燃焼用空気は、第2圧縮
機56へと流れ、その中で圧縮される。圧縮された燃焼
用空気は、燃焼用空気の2段階燃焼を行うために、続い
て第2圧縮機56から第1圧縮機42へと排出される。
そして圧縮された燃焼用空気はアフタークーラー24の
中で冷却され、混合機26へ送られる。
【0029】バルブ30は、バルブ第1出口72及びま
たはもしくはバルブ第2出口74からの排出ガスの流量
を制御するために選択的に作動する。バルブ第1出口7
2から流れる排気ガスは、第2排気マニホルド20から
の排気ガスと混合し、第2タービン入口52へと流れ
る。バルブ第2出口74からの排気ガスは、EGRクー
ラー28の中で冷却され、そして燃焼用空気と混合する
ために混合機26へと送られる。燃焼用空気と排気ガス
の混合物は、それから吸気マニホルド16へと送られ
る。
【0030】本発明は、第1ターボチャージャー32と
第2ターボチャージャー34とを有するターボチャージ
ャーシステムとともに利用されるEGRシステム12を
与える。バルブ第1出口72及び/またはバルブ第2出
口74から送られる排気ガスの量は、軸穴66及び/ま
たはバルブ82、84に選択されたサイズ及び/または
形状を与えることによって制御可能である。バルブは、
機械的あるいは電気アクチュエーターを使用し、それに
よってEGRシステム12の実行のために融通性を与え
て選択的、部分的、あるいは完全に開閉される。穴66
とバルブ82、84の特定のサイズと形状は、具体的用
途によって選択され、経験によってある用途から別の用
途へ容易に定められうる。
【0031】本発明の他の特徴、目的、及び利点は、図
面、以上の説明及び特許請求の範囲の記載を検討するこ
とにより理解できるるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる排気ガス再循環システムの実施
の形態を備えた内燃機関を示す図である。
【図2】図1に示されているバルブ組立体の側面断面図
である。
【符号の説明】
10 内燃機関 12 EGRシステム 14 燃焼シリンダー 16 吸気マニホルド 18 第1排気マニホルド 20 第2排気マニホルド 22 ターボチャージャーシステム 24 アフタークーラー 26 混合機 28 EGRクーラー 30 バルブ組立体 32 第1ターボチャージャー 34 第2ターボチャージャー 36 第1タービン 42 第1圧縮機 50 第2タービン 56 第2圧縮機
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F02D 21/08 301 F02D 21/08 311B 311 F02B 37/00 301C (72)発明者 ジェイムズ ジェイ ファレッティ アメリカ合衆国 イリノイ州 61362 ス プリング ヴァレイ ウェスト アイオワ ストリート 331 (72)発明者 デニス ディー ファーシェ アメリカ合衆国 イリノイ州 61550 モ ートン ノース サード アベニュー 317 (72)発明者 ディヴィッド エイ ピアポント アメリカ合衆国 イリノイ州 61614 ピ オーリア ウェスト ウォーウィック ド ライヴ 2203 Fターム(参考) 3G005 DA02 EA23 EA26 FA35 GA02 GB10 GB24 HA12 HA13 3G062 AA01 AA05 EA01 EA10 EC01 ED01 ED08 ED10 ED11 3G092 AA02 AA17 AB03 DB03 DC08 FA17

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の燃焼シリンダーと、 複数の前記燃焼シリンダーと連結された少なくとも1つ
    の排気マニホルドと、 複数の前記燃焼シリンダーと連結された少なくとも1つ
    の吸気マニホルドと、 少なくとも1つの入口及び出口を有し前記入口が対応す
    る前記排気マニホルドと流体的に連結された第1タービ
    ンと、入口及び出口を有する第1圧縮機とを備えた第1
    ターボチャージャーと、 少なくとも1つの入口及び出口を有し前記入口が対応す
    る前記排気マニホルドと流体的に連結された第2タービ
    ンと、入口と出口を有する第2圧縮機とを備えた第2タ
    ーボチャージャーと、 対応する前記第1タービン入口と流体的に連結された入
    口、前記第2タービン入口と流体的に連結された第1出
    口、及び少なくとも1つの前記吸気マニホルドと流体的
    に連結された第2出口を有するバルブ組立体と、を備え
    ることを特徴とする内燃機関。
  2. 【請求項2】 前記バルブが長手方向の軸穴を持つ本体
    と、前記軸穴内に配置されたシャフトと、前記バルブ第
    1出口と関連するように前記シャフトに支持された第1
    バルブと、前記バルブ第2出口と関連するように前記シ
    ャフトに支持された第2バルブを備えることを特徴とす
    る請求項1に記載の内燃機関。
  3. 【請求項3】 前記シャフトが前記第1バルブと前記第
    2バルブと共に単一体であることを特徴とする請求項2
    に記載の内燃機関。
  4. 【請求項4】 前記バルブ第1出口がほぼ円錐形の形状
    を持ち、前記バルブ第2出口がほぼディスク状の形状を
    持つことを特徴とする請求項2に記載の内燃機関。
  5. 【請求項5】 前記第1バルブが前記バルブ第1出口を
    閉める第1位置と前記第2バルブが前記バルブ第2出口
    を閉める第2位置、及びそれら位置の間に前記シャフト
    を選択的に移動するためのアクチュエーターを備えてい
    ることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関。
  6. 【請求項6】 前記アクチュエーターが機械式アクチュ
    エーター及び電気アクチュエーターの一つであることを
    特徴とする請求項5に記載の内燃機関。
  7. 【請求項7】 前記第2バルブが前記バルブ第2出口を
    閉める第1位置に向けて前記シャフトを付勢するばねを
    備えることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関。
  8. 【請求項8】 前記軸穴が前記バルブ第1出口に隣接す
    る第1直径と前記バルブ第2出口に隣接する第2直径を
    備えており、前記第2直径は前記第1直径よりも大きい
    ことを特徴とする請求項2に記載の内燃機関。
  9. 【請求項9】 前記バルブ第1出口が拡がった表面を有
    することを特徴とする請求項8に記載の内燃機関。
  10. 【請求項10】 前記バルブが、前記拡がった表面を定
    める前記第1出口にインサートを有することを特徴とす
    る請求項9に記載の内燃機関。
  11. 【請求項11】 前記バルブ入口と前記バルブ第2出口
    が前記軸穴の長手方向軸に対してほぼ直角に延び、前記
    バルブ第1出口が前記軸穴の前記長手方向軸に対してほ
    ぼ同軸に延びることを特徴とする請求項2に記載の内燃
    機関。
  12. 【請求項12】 複数の燃焼シリンダー、少なくとも1
    つの排気マニホルド、及び少なくとも1つの吸気マニホ
    ルドを備える内燃機関における排気ガス再循環システム
    であって、 少なくとも1つの入口及び出口を有し前記入口が対応す
    る前記排気マニホルドと流体的に連結された第1タービ
    ンと、入口及び出口を有する第1圧縮機を備えた第1タ
    ーボチャージャーと、 少なくとも1つの入口及び出口を有し前記入口が対応す
    る前記排気マニホルドと流体的に連結された第2タービ
    ンと、入口と出口を有する第2圧縮機を備えた第2ター
    ボチャージャーと、 対応する前記第1タービン入口と流体的に連結された入
    口、前記第2タービン入口と流体的に連結された第1出
    口、及び少なくとも1つの前記吸気マニホルドと流体的
    に連結している第2出口を有するバルブ組立体と、を備
    えることを特徴とする排気ガス再循環システム。
  13. 【請求項13】 前記バルブが長手方向の軸穴を持つ本
    体と、前記軸穴に位置決めされたシャフトと、前記バル
    ブ第1出口と関連するように前記シャフトに支持される
    第1バルブと、前記バルブ第2出口と関連するように前
    記シャフトに支持される第2バルブを備えることを特徴
    とする請求項12に記載の排気ガス再循環システム。
  14. 【請求項14】 前記シャフトが前記第1バルブと前記
    第2バルブと共に単一体であることを特徴とする請求項
    13に記載の排気ガス再循環システム。
  15. 【請求項15】 前記バルブ第1出口がほぼ円錐形の形
    状を持ち、前記バルブ第2出口がほぼディスク状の形状
    を持つことを特徴とする請求項13に記載の排気ガス再
    循環システム。
  16. 【請求項16】 前記第1バルブが前記バルブ第1出口
    を閉める第1位置と前記第2バルブが前記バルブ第2出
    口を閉める第2位置、及びそれら位置の間に前記シャフ
    トを選択的に移動するためのアクチュエーターを備える
    ことを特徴とする請求項13に記載の排気ガス再循環シ
    ステム。
  17. 【請求項17】 前記アクチュエーターが機械式アクチ
    ュエーター及び電気アクチュエーターの一つであること
    を特徴とする請求項16に記載の排気ガス再循環システ
    ム。
  18. 【請求項18】 前記第2バルブが前記バルブ第2出口
    を閉めるところの第1位置へ前記シャフトを付勢するば
    ねを備えることを特徴とする請求項13に記載の排気ガ
    ス再循環システム。
  19. 【請求項19】 前記軸穴が前記バルブ第1出口に隣接
    する第1直径と前記バルブ第2出口に隣接する第2直径
    を備え、前記第2直径は前記第1直径よりも大きいこと
    を特徴とする請求項13に記載の排気ガス再循環システ
    ム。
  20. 【請求項20】 前記バルブ第1出口が拡がった表面を
    有することを特徴とする請求項19に記載の排気ガス再
    循環システム。
  21. 【請求項21】 前記バルブが、前記拡がった表面を定
    める前記第1出口にインサートを有することを特徴とす
    る請求項20に記載の排気ガス再循環システム。
  22. 【請求項22】 前記バルブ入口、前記バルブ第1出口
    及び前記バルブ第2出口が前記軸穴の長手方向軸に対し
    てほぼ直角に延びることを特徴とする請求項13に記載
    の排気ガス再循環システム。
  23. 【請求項23】 少なくとも1つの入口及び出口を有し
    前記入口が対応する前記排気マニホルドに流体的に連結
    された第1タービンと、入口及び出口を有する第1圧縮
    機とを備えた第1ターボチャージャーを設け、 少なくとも1つの入口及び出口を有し前記入口が対応す
    る前記排気マニホルドと流体的に連結された第2タービ
    ンと、入口と出口を有する第2圧縮機とを備えた第2タ
    ーボチャージャーを設け、 対応する前記第1タービン入口と流体的に連結された入
    口、前記第2タービン入口と流体的に連結された第1出
    口、及び少なくとも1つの前記吸気マニホルドと流体的
    に連結された第2出口を有するバルブ組立体を設け、 前記バルブ第1出口と前記バルブ第2出口を選択的に開
    閉する、工程を含む、内燃機関の排気ガス再循環システ
    ムにおける排気ガスを再循環する方法。
  24. 【請求項24】 前記バルブが、長手方向の軸穴を持つ
    本体と、前記軸穴に配置されたシャフトと、前記バルブ
    第1出口と関連するように前記シャフトに支持される第
    1バルブと、前記バルブ第2出口と関連するように前記
    シャフトに支持される第2バルブとを備え、 前記第1バルブが前記バルブ第1出口を閉める第1位置
    と前記第2バルブが前記バルブ第2出口を閉める第2位
    置、及びそれら位置の間に前記シャフトを選択的に移動
    させるための工程を備えることを特徴とする請求項23
    に記載の方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009021084A1 (en) * 2007-08-07 2009-02-12 Modine Manufacturing Company Exhaust gas recirculating system and method of operating the same

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6460519B1 (en) * 2000-10-04 2002-10-08 Caterpillar Inc Twin turbine exhaust gas re-circulation system having fixed geometry turbines
US6418721B1 (en) * 2001-01-05 2002-07-16 Caterpillar Inc. Two turbocharger exhaust gas re-circulation system having a first stage variable nozzle turbine
WO2003006815A1 (fr) * 2001-07-09 2003-01-23 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Dispositif annexe pour soupape de recirculation des gaz d'echappement
US6484500B1 (en) * 2001-08-27 2002-11-26 Caterpillar, Inc Two turbocharger engine emission control system
US6748905B2 (en) 2002-03-04 2004-06-15 The Lubrizol Corporation Process for reducing engine wear in the operation of an internal combustion engine
AU2003260101A1 (en) * 2002-08-21 2004-03-11 Honeywell International Inc. Egr system for turbocharged engines
DE10340062A1 (de) * 2003-08-28 2005-03-24 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
DE102004009794A1 (de) 2004-02-28 2005-09-22 Daimlerchrysler Ag Brennkraftmaschine mit zwei Abgasturboladern
US20070227143A1 (en) * 2004-11-08 2007-10-04 Robel Wade J Exhaust purification with on-board ammonia production
WO2006050746A1 (en) * 2004-11-11 2006-05-18 Honeywell International Inc. Turbocharger system and control methods for controlling a turbocharger system
US20060174621A1 (en) * 2005-02-04 2006-08-10 Kai Chen Two-turbocharger engine and method
US7788923B2 (en) * 2006-02-02 2010-09-07 International Engine Intellectual Property Company, Llc Constant EGR rate engine and method
US7490462B2 (en) * 2006-02-21 2009-02-17 Caterpillar Inc. Turbocharged exhaust gas recirculation system
DE102006034177A1 (de) * 2006-05-02 2007-11-08 Arvinmeritor Emissions Technologies Gmbh Vorrichtung zur Beeinflussung einer Abgasströmung
US20080000228A1 (en) * 2006-06-30 2008-01-03 Caterpillar Inc. System and method for exhaust recirculation
US8297053B2 (en) * 2008-07-31 2012-10-30 Caterpillar Inc. Exhaust system having parallel asymmetric turbochargers and EGR
US8176737B2 (en) 2008-07-31 2012-05-15 Caterpillar Inc. Exhaust system having 3-way valve
US8161747B2 (en) 2008-07-31 2012-04-24 Caterpillar Inc. Exhaust system having series turbochargers and EGR
US8196403B2 (en) * 2008-07-31 2012-06-12 Caterpillar Inc. Turbocharger having balance valve, wastegate, and common actuator
FR3001786B1 (fr) 2013-02-07 2016-03-04 Valeo Sys Controle Moteur Sas Vanne de decharge et dispositif associe
US9546591B2 (en) 2014-11-26 2017-01-17 Caterpillar Inc. Exhaust system with exhaust gas recirculation and multiple turbochargers, and method for operating same
US10138822B2 (en) * 2016-12-16 2018-11-27 Ford Global Technologies, Llc Systems and methods for a split exhaust engine system
EP3617491B1 (en) * 2018-08-28 2023-05-31 Borgwarner Inc. High efficiency turbocharger with egr system
US11022028B2 (en) * 2019-05-07 2021-06-01 Caterpillar Inc. Engine system and method including first and second turbochargers

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0772496B2 (ja) * 1989-08-31 1995-08-02 マツダ株式会社 ターボ過給機付エンジンの排気制御装置
US5277029A (en) * 1991-06-18 1994-01-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Internal combustion engine with a dual turbocharger system
US5207063A (en) * 1991-10-21 1993-05-04 Alliedsignal Inc. Turbocharger system for internal combustion engine and method of operation

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009021084A1 (en) * 2007-08-07 2009-02-12 Modine Manufacturing Company Exhaust gas recirculating system and method of operating the same

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