JP2002242685A - 第１段可変ノズルタービンを有する２つのターボ過給機排気ガス再循環システム - Google Patents

第１段可変ノズルタービンを有する２つのターボ過給機排気ガス再循環システム

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JP2002242685A JP2001396845A JP2001396845A JP2002242685A JP 2002242685 A JP2002242685 A JP 2002242685A JP 2001396845 A JP2001396845 A JP 2001396845A JP 2001396845 A JP2001396845 A JP 2001396845A JP 2002242685 A JP2002242685 A JP 2002242685A
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turbocharger
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エヌ コールマン ジェラルド
James J Faletti
ジェイ ファレッティ ジェイムス
Dennis D Feucht
ディー フォイヒト デニス
David A Pierpont
エイ ピアポイント デイヴィッド
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Caterpillar Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の燃焼シリンダと第１排気マニホルドと
第２排気マニホルドと吸気マニホルドとを備え、排気マ
ニホルド及び吸気マニホルドは、複数の燃焼シリンダと
連結された特に動力車両に適する内燃機関を提供する。 【解決手段】 第１ターボ過給機が、少なくとも１つの
入口及び出口を有する第１タービンと、入口及び出口を
有する第１圧縮機とを備える。第１タービン入口は、第
１排気マニホルドに流体的に連結し、制御可能な可変吸
気ノズルを備える。第２ターボ過給機は、入口及び出口
を有する第２タービンと、入口及び出口を有する第２圧
縮機とを備える。第２タービン入口は、第２排気マニホ
ルドと流体的に連結する。第１圧縮機出口は、第２圧縮
機入口と流体的に連結する。効率的でコンパクトなター
ボ過給機によって、内燃機関の性能と効率が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関ターボ過
給機及び排気ガス再循環システムに関し、より具体的に
は、多数の排気ガスマニホルドと、２つのターボ過給機
と、排気ガス再循環システムとを有する内燃機関に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関には、対応する燃焼シリンダ内
の１又はそれ以上の燃焼チャンバに供給すべき流体を圧
縮するための１又はそれ以上のターボ過給機を備えてい
るものがある。各ターボ過給機は、通常は内燃機関の排
気ガスにより駆動されるタービンと、タービンにより駆
動される圧縮機とを備える。圧縮機は、圧縮すべき流体
を受け入れ、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、燃焼用空気の形
態のみでもよく、燃料と空気の混合物の形態でもよい。
【０００３】内燃機関においてターボ過給機システムに
多数のターボ過給機を設けることは公知である。例え
ば、米国特許第３、２５０、０６８号（Ｖｕｌｌｉａｍ
ｙ）は、２つのターボ過給機を備えた内燃機関を開示し
ている。第１ターボ過給機は、内燃機関の単一の排気マ
ニホルドによって駆動されるタービンを備える。第１タ
ーボ過給機のタービンからの使用後の排気ガスは、続い
て第２ターボ過給機のタービンの入口に送られる。次い
で、使用後の排気ガスは、第２ターボ過給機のタービン
から周囲環境に排出される。第２ターボ過給機の圧縮機
は周囲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ターボ過給機の圧縮機に供給し、第１ターボ過
給機は、圧縮された燃焼用空気を内燃機関の吸気マニホ
ルドに送る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述のターボ過給機シ
ステムにおける問題は、第１ターボ過給機のタービンか
らの使用後の排気ガスが、第２ターボ過給機内において
所望の圧縮比率を供給するのに十分なエネルギーを有し
ていないことである。従って、ターボ過給機システムか
らの全体の圧縮比率は、第２ターボ過給機のタービンで
利用可能なエネルギー量によって制限される。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、排気ガス再循環（ＥＧＲ）システ
ムが用いられる。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
ことが証明されている。ＥＧＲシステムは、主として、
排気ガス副生物を内燃機関の吸入空気供給に再循環させ
る。内燃機関のシリンダに再導入される排気ガスは、そ
の中の酸素濃度が低下し、これによりシリンダ内の最高
燃焼温度を下げ、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生を減少さ
せる。更に、排気ガスは通常は未燃焼の炭化水素を含ん
でおり、これが内燃機関のシリンダ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
れる排気ガス副生物の量をさらに削減する。
【０００５】ディーゼル内燃機関に関連するある作動条
件においては、吸気マニホルドに送られる燃焼用空気中
の排気ガスのより高濃度のあるいはより低濃度の混合物
を供給するのが望ましい場合もある。燃焼用空気と混合
される排気ガスの量を制御する１つの公知の技術は、排
気マニホルドを、排気ガスを受け入れる圧縮機と互いに
接続する制御可能に操作できるバルブを利用する。燃焼
用空気と混合する排気ガスの所望の平均流量を供給すべ
く、第２圧縮機への排気ガス流量を完全に遮断するか、
或いはあるタイミングに基づいて制御することができ
る。もう１つの公知の技術は、燃焼用空気又は排気ガス
と関連するバイパス流体導管を設けることである。制御
可能に操作できるバタフライバルブ等がバイパス流体導
管内に配置され、燃焼用空気と混合する排気ガスの量を
制御するように制御される。このようなシステムはディ
ーゼル内燃機関において排気ガスの再循環を制御するの
には有効であるが、このようなシステムは通常、セン
サ、導管、バルブ及び関連するコントローラの形態の付
加的構造体を内燃機関に加えることを必要とする。本発
明は、上述の問題のうち１又はそれ以上を解決すること
に向けられる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の１つの態様で
は、内燃機関が、複数の燃焼シリンダと、複数の燃焼シ
リンダに各々が連結している第１排気マニホルド及び第
２排気マニホルドとを備えている。複数の燃焼シリンダ
と連結した少なくとも１つの吸気マニホルドが、設けら
れている。第１ターボ過給機が、入口及び出口を有する
第１タービンと、入口及び出口を有する第１圧縮機とを
備えている。第１タービン入口は、制御可能な可変吸気
ノズルを有し、第１排気マニホルドと流体的に連結して
いる。第２ターボ過給機が、入口及び出口を有する第２
タービンと、入口及び出口を有する第２圧縮機とを備え
ている。第２タービン入口は、第２排気マニホルドと流
体的に連結している。第２圧縮機入口は、第１圧縮機出
口と流体的に連結している。
【０００７】本発明の別の態様では、複数の燃焼シリン
ダと、吸気マニホルドと、第１及び第２排気マニホルド
とを有する内燃機関に使用されるターボ過給機システム
が提供される。ターボ過給機システムは、少なくとも１
つの入口及び出口を有する第１タービンと、入口及び出
口を有する第１圧縮機とを含む第１ターボ過給機を備え
る。少なくとも１つの第１タービン入口は、制御可能な
可変吸気ノズルを有し、第１排気マニホルドと流体的に
連結している。第２ターボ過給機は、入口及び出口を有
する第２タービンと、入口及び出口を有する第２圧縮機
とを含む。第２タービン入口は、第２排気マニホルドと
流体的に連結し、第２圧縮機入口は、第１圧縮機出口と
流体的に連結している。
【０００８】本発明の更に別の態様では、複数の燃焼シ
リンダと、燃焼ガスを複数の燃焼シリンダに供給する吸
気マニホルドとを設ける段階と、複数の燃焼シリンダか
らの排気ガスを、少なくとも１つの第１排気マニホルド
及び第２排気マニホルドに送る段階と、制御可能な可変
吸気ノズル付きの少なくとも１つの第１タービン入口及
び出口を有する第１タービンと、入口及び出口を有する
第１圧縮機とを含む第１ターボ過給機を設ける段階と、
入口及び出口を有する第２タービンと、入口及び出口を
有する第２圧縮機とを含む第２ターボ過給機を設ける段
階と、少なくとも１つの第１タービン入口のところで第
１排気マニホルドから導入された排気ガスによって、第
１タービンを回転駆動する段階と、第２タービン入口の
ところで第２排気マニホルドから導入された排気ガスに
よって、第２タービンを回転駆動する段階と、燃焼ガス
を第１圧縮機入口に導入する段階と、燃焼ガスを第１圧
縮機出口から第２圧縮機入口に送る段階と、燃焼ガスを
第２圧縮機出口から吸気マニホルドに送る段階と、内燃
機関の作動条件とターボ過給機の性能のうち少なくとも
一方を検知する段階と、内燃機関の作動条件とターボ過
給機の性能のうち少なくとも一方に応答して、制御可能
な可変吸気ノズルを制御する段階とを含むことを特徴と
する内燃機関の作動方法が提供される。
【０００９】本発明の更に別の態様では、複数の燃焼シ
リンダと吸気マニホルドと第１及び第２排気マニホルド
とを有する内燃機関に使用されるターボ過給機及び内燃
機関エミッション制御システムが提供される。第１ター
ボ過給機が、入口及び出口を有する第１タービンと、入
口及び出口を有する第１圧縮機とを備えている。第１タ
ービン入口は、制御可能な可変吸気ノズルを有し、第１
排気マニホルドと流体的に連結している。第２ターボ過
給機が、固定入口及び出口を有する第２タービンと、入
口及び出口を有する第２圧縮機とを備えている。第２タ
ービン入口は、第２排気マニホルドと流体的に連結して
いる。第２圧縮機入口は、第１圧縮機出口と流体的に連
結し、第２圧縮機出口は、吸気マニホルドと流体的に連
結している。排気ガス再循環ダクトが、第２排気マニホ
ルド及び吸気マニホルドに流体的に連結されている。
【００１０】
【発明の実施の形態】次に図面を参照すると、本発明の
ターボ過給機システム１２を含む内燃機関１０の実施の
形態が示されている。内燃機関１０は、図示された６個
の燃焼シリンダ１４のような複数の燃焼シリンダ１４を
備え、燃焼シリンダ１４の各々は、対応する吸気マニホ
ルド１６及び排気マニホルド１８、２０と連結されてい
る。内燃機関１０は、１又はそれ以上の吸気マニホルド
１６を備えており、図示した実施の形態では、各燃焼シ
リンダ１４と流体的に連結される単一の吸気マニホルド
１６を備え、後述するように、燃焼ガス混合物を各燃焼
シリンダ１４に供給する。内燃機関１０はまた、１又は
それ以上の排気マニホルド１８、２０を備えており、図
示した実施の形態では、第１排気マニホルド１８と第２
排気マニホルド２０とを備えている。第１排気マニホル
ド１８は、３個の燃焼シリンダ１４と流体的に連結され
ており、第２排気マニホルド２０は、残りの３個の燃焼
シリンダ１４と流体的に連結されている。ディーゼル油
のような燃料が、公知の方法で各燃焼シリンダ１４内に
噴射され、その内部で燃焼される。
【００１１】ターボ過給機システム１２は、第１ターボ
過給機２２と第２ターボ過給機２４とを備えている。第
１ターボ過給機２２は、少なくとも１つの第１タービン
入口２８及び１つの出口３０を有する第１タービン２６
と、１つの入口３４及び１つの出口３６を有する第１圧
縮機３２とを備えている。第１タービン２６は、多数の
入口を有する分割式ハウジングタービンとして設けても
よい。入口２８には、制御可能に操作できる可変吸気ノ
ズル３８が設けられ、その絞りノズルを制御可能に調整
して、可変領域をもつ第１タービン２６への入口オリフ
ィスを与えることができる。吸気ノズル３８の面積を変
化させることによって、第１タービン２６を通る流量を
制御することができ、これにより第１タービン２６の回
転出力速度が制御される。
【００１２】第１タービン２６は、シャフト３７などに
よって、第１圧縮機３２と機械的に連結され、これによ
り第１圧縮機３２を回転駆動する。第１タービン入口２
８は、流体導管３９を介して排気マニホルド１８と流体
的に連結されており、第１タービン２６を回転駆動する
ため排気マニホルド１８から排気ガスを受け入れる。第
１タービン２６を通過し第１タービン２６から排出され
る排気ガスは、マフラー（図示せず）を含む内燃機関排
気ガスシステムに流れ、ついには周囲環境に排出され
る。第１圧縮機入口３４は、周囲環境から燃焼空気を受
け入れ、第１圧縮機３２内で圧縮する。
【００１３】第２ターボ過給機２４は、入口４２及び出
口４４を有する第２タービン４０と、入口４８及び出口
５０を有する第２圧縮機４６とを備えている。可変吸気
ノズル３８を含む第１タービン入口２８とは異なり、第
２タービン４０は、固定の幾何学的形態を有する入口４
２を備える固定ハウジングタービンである。第２タービ
ン出口４４は、出口４４と流体導管３９を流体的に互い
に接続する流体導管５２を介して、第１タービン入口２
８と流体的に連結されている。第１タービン２６に、分
割式ハウジングタービンとして、第２の第１タービン入
口（図示せず）が設けられている場合には、流体導管５
２を、第２の第１タービン入口に連結してもよい。第２
タービン４０の入口４２は、流体導管５４を介して、第
２排気マニホルド２０と流体的に連結されている。
【００１４】第２圧縮機４６は、シャフト５５等によ
り、第２タービン４０に機械的に連結され、第２タービ
ン４０により回転駆動される。第２圧縮機入口４８は、
流体導管５６を介して、第１圧縮機出口３６と流体的に
連結されている。任意のインタークーラー５８が、第１
圧縮機３２から第２圧縮機４６に送られる圧縮された燃
焼ガスを冷却するため、流体導管５６と流体連通するよ
うに配置されている。アフタークーラー６０が、第２圧
縮機出口５０と吸気マニホルド１６を流体的に連結する
流体導管６２と流体連通するように配置されている。
【００１５】ＥＧＲシステム６４が、第２排気マニホル
ド２０と吸気マニホルド１６を流体的に互いに接続す
る。バルブ６６とクーラー６８が、ＥＧＲダクト７０と
流体連通するように配置されている。バルブ６６は、排
気マニホルド２０から吸気マニホルド１６に再循環され
る排気ガスの流量を制御する。クーラー６８は、吸気マ
ニホルド１６に再循環される排気ガスを冷却する熱交換
器として働く。
【００１６】バルブ６６は、入口７２と、第１出口７４
と、第２出口７６とを備えている。入口７２は、ＥＧＲ
ダクト７０を介して第２排気マニホルド２０と流体的に
連結されている。バルブ第１出口７４は、流体導管７８
を介して第１タービン入口２８及び流体導管３９と流体
的に連結されている。バルブ第２出口７６は、ＥＧＲダ
クト７０を介して吸気マニホルド１６と流体的に連結さ
れている。また、分割式ハウジング第１タービン２６の
場合には、流体導管７８を、第２の第１タービン入口
（図示せず）と直接的又は間接的に流体的に連結しても
よい。混合機８０が、ＥＧＲダクト７０から排気ガス流
を、そして流体導管６２から圧縮された燃焼流体流を受
け入れ、その混合物を流体導管８２を介して吸気マニホ
ルド１６に供給する。
【００１７】コントローラ８４が、内燃機関及びターボ
過給機の作動及び性能センサ（図示せず）に連結され、
該センサから入力データを受け取り、その面積を制御し
調節するために信号ライン８６を介して可変吸気ノズル
３８に制御信号を送る。コントローラ８４は内燃機関に
も連結され、内燃機関から入力データを受信してバルブ
６６の位置を制御する。内燃機関１０、ターボ過給機シ
ステム１２及びＥＧＲシステム６４の使用に際しては、
ディーゼル油のような燃料が燃焼シリンダ１４に噴射さ
れ、各燃焼シリンダ１４内に配置されたピストン（図示
せず）が上死点（ＴＤＣ）又はその付近の位置になると
燃焼される。排気ガスは、各燃焼シリンダ１４から、該
シリンダと関連する排気マニホルド、すなわち第１排気
マニホルド１８又は第２排気マニホルド２０のいずれか
に送られる。第１排気マニホルド１８内の排気ガスは、
流体導管３９を介して第１タービン２６に送られ、第１
タービン２６を回転駆動する。次いで、第１タービン２
６は、シャフト３７を介して第１圧縮機３２を回転駆動
する。
【００１８】コントローラ８４が受信する内燃機関作動
条件に関するデータ、又はターボ過給機の性能に関する
データに応答して、入口２８の制御可能な可変吸気ノズ
ル３８が調節される。例えば、内燃機関の負荷条件、内
燃機関の冷却材温度、燃焼空気入口温度、又は内燃機関
始動条件、並びに、コントローラ８４に送られ処理され
る第１ターボ過給機２２および第２ターボ過給機２４か
ら得られる種々の性能データを、センサ（図示せず）が
検知することができる。可変吸気ノズル３８の面積を変
化させることによって、第１タービン２６を通過する流
量は制御され、続いて第１タービン２６とシャフト３７
の回転出力速度を制御し、従って、第１圧縮機３２の回
転速度と性能を制御する。同時に、排気マニホルド２０
からの排気ガスは、流体導管５４を介して第２タービン
入口４２に送られ、第２タービン４０を回転駆動する。
第２タービン４０は続いて、シャフト５５を介して第２
圧縮機４６を回転駆動する。第２タービン４０からの使
用後の排気ガスは、流体導管５２を通って第２タービン
出口４４から流体導管３９に流れ、第１タービン２６を
回転駆動する。使用後の排気ガスは、第１タービン２６
の出口３０から、内燃機関１０の排出システムに、次い
で周囲環境に排出される。
【００１９】第１圧縮機３２は、燃焼用空気を第１圧縮
機入口３４に吸引する。燃焼用空気は第１圧縮機３２内
で圧縮され、流体導管５６を通して第１圧縮機３２の出
口３６から排出される。圧縮された燃焼用空気はインタ
ークーラー５８内で冷却してもよく、第２圧縮機入口４
８に送られて第２圧縮機４６内でさらに圧縮される。従
って、第１圧縮機３２と第２圧縮機４６は、吸気マニホ
ルド１６に供給される燃焼用空気を圧縮するための多段
圧縮機を形成する。圧縮された燃焼用空気は、第２圧縮
機４６の出口５０から流体導管６２を通ってアフターク
ーラー６０に送られる。圧縮された燃焼用空気はアフタ
ークーラー６０内で再び冷却され、燃焼シリンダ１４内
で発生する燃焼に使用するため混合機８０と流体導管８
２を介して吸気マニホルド１６に送られる。
【００２０】排気ガスは、第２排気マニホルド２０から
ＥＧＲダクト７０、混合機８０及び流体導管８２を介し
て吸気マニホルド１６に再循環される。バルブ６６は、
適当な電子回路（図示せず）を介して制御され選択的に
作動され、吸気マニホルド１６に再循環される排気ガス
の量を制御する。バルブ６６の第１出口７４から流れる
排気ガスは、流体導管７８を通って流れ、第１排気マニ
ホルド１８からの排気ガスと混合し、流体導管３９と可
変吸気ノズル３８を経て第１タービン２６の入口２８に
流れる。バルブ６６の第２出口７６から流れる排気ガス
は、ＥＧＲクーラー６８内で冷却され、次いで混合機８
０に送られて、第１圧縮機３２と第２圧縮機４６によっ
て圧縮された燃焼用空気と混合され、任意的な段間クー
ラー５８とアフタークーラー６０によって冷却される。
次いで、燃焼用空気と排気ガスの混合物は、流体導管８
２を介して吸気マニホルド１６に送られる。
【００２１】バルブ６６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の量を調節し、か
つ、排気ガスを第１ターボ過給機２２に供給するように
機能する。吸気マニホルド１６に送られる排気ガスの量
の制御又は調節は、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提供する。さらに、第１タービン
２６への排気ガス流量の制御は、吸気マニホルド１６に
送られない排気ガスからのエネルギーを利用して、第１
タービン２６を駆動する。ＥＧＲバルブ６６は、吸気マ
ニホルド１６への排気ガスの流量を制御する。第２段固
定タービン４６は、第１排気マニホルド１８、第２排気
マニホルド２０及び吸気マニホルド１６の各々の間に、
排気ガス流を吸気マニホルド１６に圧送するのに十分高
い圧力差を形成する。第１タービン２６の性能、従って
第１圧縮機３２の性能を制御することによって内燃機関
負荷容量と内燃機関の制動力を向上させるように、第１
タービン２６の入口２８の可変ノズル３８を制御するこ
とができる。
【００２２】本発明のターボ過給機システムは、良好な
性能と効率性を与えるように直列配列で互いに流体的に
連結されたタービン及び圧縮機を有する多数のターボ過
給機を提供する。第１ターボ過給機は、排気マニホルド
と第２ターボ過給機のタービンの両方から排気ガスを受
け取るタービンを有する。第２ターボ過給機からの使用
後の排気ガスを利用することによって、関連するエネル
ギーを、第１排気マニホルドからのエネルギーと一緒に
捕捉し、第１ターボ過給機のタービンを駆動するのに利
用することができる。ターボ過給機システムはコンパク
トかつ効率的であり、吸気マニホルドに対して比較的高
い圧縮比率で加圧空気を供給する。
【００２３】図面、詳細な説明及び特許請求の範囲を検
討することによって、本発明の他の態様、目的、及び利
点についての理解を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のターボ過給機と排気ガス再循環システ
ムを備えた内燃機関を示す概略図である。
【符号の説明】 １０ 内燃機関 １２ ターボ過給機システム １４ 燃焼シリンダ 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 第１ターボ過給機 ２４ 第２ターボ過給機 ２６ 第１タービン ２８ 第１タービン入口 ３０ 第１タービン出口 ３２ 第１圧縮機 ３４ 第１圧縮機入口 ３６ 第１圧縮機出口 ４０ 第２タービン ４２ 第２タービン入口 ４４ 第２タービン出口 ４６ 第２圧縮機 ４８ 第２圧縮機入口 ５０ 第２圧縮機出口 ６４ ＥＧＲシステム
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｆ０２Ｂ 37/00 ３０２ Ｆ０２Ｂ 37/00 ３０２Ｆ 37/02 Ｈ 37/02 37/12 ３０２Ｚ 37/12 ３０２ Ｆ０２Ｄ 21/08 ３１１Ａ 37/24 ３１１Ｂ Ｆ０２Ｄ 21/08 ３１１ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０Ｂ ５５０Ｃ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５５０ ５５０Ｒ ５７０Ｐ Ｆ０２Ｂ 37/00 ３０１Ｂ ５７０ 37/12 ３０１Ｑ (72)発明者 ジェイムス ジェイ ファレッティ アメリカ合衆国 イリノイ州 61362− 1833 スプリング ヴァリー ウェスト アイオワ ストリート 331 (72)発明者 デニス ディー フォイヒト アメリカ合衆国 イリノイ州 61550− 2141 モートン ノース ３ロード アヴ ェニュー 317 (72)発明者 デイヴィッド エイ ピアポイント アメリカ合衆国 イリノイ州 61614− 3351 ピオーリア ウェスト ワーウィッ ク ドライヴ 2203 Ｆターム(参考） 3G005 DA02 EA04 EA15 EA16 EA23 EA25 FA35 GA04 GB16 GB17 GB24 HA12 HA13 JA02 JA12 JA13 3G062 AA01 AA03 AA05 DA01 DA02 EA10 ED01 ED04 ED08 ED10 ED11 3G071 AA01 AB06 BA09 DA16 EA02 FA01 FA06 HA01 HA04 JA02 3G092 AA02 AA13 AA17 AA18 DB03 DB05 DC08 DG07 FA06 FA17

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の燃焼シリンダと、 複数の前記燃焼シリンダに各々が連結された第１排気マ
    ニホルド及び第２排気マニホルドと、 複数の前記燃焼シリンダに各々が連結された少なくとも
    １つの吸気マニホルドと、 入口及び出口を有する第1タービンと、入口及び出口を
    有する第１圧縮機とを含み、前記第1タービンの前記入
    口が、制御可能な可変吸気ノズルを有し、前記第1排気
    マニホルドに流体的に連結された第１ターボ過給機と、 入口及び出口を有する第２タービンと、入口及び出口を
    有する第２圧縮機とを含み、前記第２タービンの前記入
    口が、固定の幾何学的形態を有し、前記第２排気マニホ
    ルドに流体的に連結され、前記第２圧縮機の前記入口
    が、前記第１圧縮機出口に流体的に連結された第２ター
    ボ過給機と、を備えることを特徴とする内燃機関。
  2. 【請求項２】 前記第１排気マニホルドと前記第２排気
    マニホルドのうち少なくとも一方を前記吸気マニホルド
    に流体的に互いに接続する排気ガス再循環ダクトを有す
    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】 前記排気ガス再循環ダクトに配置された
    排気ガス再循環バルブを有し、前記排気ガス再循環バル
    ブが、前記第２排気マニホルドと流体連通する入口と、
    前記第１タービン入口と流体連通する第１出口と、前記
    少なくとも１つの吸気マニホルドと流体連通する第２出
    口とを有することを特徴とする請求項１に記載の内燃機
    関。
  4. 【請求項４】 前記第１タービンの前記入口が、前記第
    １排気マニホルド及び前記第２タービンの前記出口と流
    体的に連結されていることを特徴とする請求項３に記載
    の内燃機関。
  5. 【請求項５】 前記第１タービンの前記入口が、前記第
    １排気マニホルド及び前記第２タービンの前記出口と流
    体的に連結されていることを特徴とする請求項１に記載
    の内燃機関。
  6. 【請求項６】 前記第１排気マニホルドと前記第２排気
    マニホルドのうち少なくとも一方を前記吸気マニホルド
    に流体的に互いに接続する排気ガス再循環ダクトと、前
    記排気ガス再循環ダクトに組み合わされたバルブ及びク
    ーラーとを有す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圧縮機の前記出口と少なくとも
    １つの前記吸気マニホルドを流体的に互いに接続するア
    フタークーラーを有することを特徴とする請求項５に記
    載の内燃機関。
  8. 【請求項８】 前記第１圧縮機の前記出口と前記第２圧
    縮機の前記入口を流体的に互いに接続するインタークー
    ラーを有することを特徴とする請求項７に記載の内燃機
    関。
  9. 【請求項９】 複数の燃焼シリンダと、吸気マニホルド
    と、第１及び第２排気マニホルドとを有する内燃機関に
    使用されるターボ過給機システムであって、 少なくとも１つの入口及び出口を有する第１タービン
    と、入口及び出口を有する第１圧縮機とを含み、前記少
    なくとも１つの第１タービン入口が、制御可能な可変吸
    気ノズルを有し、前記第１排気マニホルドと流体的に連
    結された第１ターボ過給機と、 入口及び出口を有する第２タービンと、入口及び出口を
    有する第２圧縮機とを含み、前記第２圧縮機の前記入口
    が、前記第１圧縮機の前記出口と流体的に連結された第
    ２ターボ過給機と、を備えることを特徴とするターボ過
    給機システム。
  10. 【請求項１０】 前記第1排気マニホルドと前記第２排
    気マニホルドのうち少なくとも一方を前記吸気マニホル
    ドに互いに接続する排気ガス再循環ダクトを有すること
    を特徴とする請求項９に記載のターボ過給機システム。
  11. 【請求項１１】 前記排気ガス再循環ダクトに配置され
    た排気ガス再循環バルブを有し、前記排気ガス再循環バ
    ルブが、前記第２排気マニホルドと流体連通する入口
    と、前記第１タービンの前記少なくとも１つの入口と流
    体連通する第１出口と、前記吸気マニホルドと流体連通
    する第２出口とを有することを特徴とする請求項１０に
    記載のターボ過給機システム。
  12. 【請求項１２】 前記第１タービンの前記少なくとも１
    つの入口が、前記第１排気マニホルド及び前記第２ター
    ビンの前記出口に流体的に連結されていることを特徴と
    する請求項１１に記載のターボ過給機システム。
  13. 【請求項１３】 前記第１タービンの前記少なくとも１
    つの入口が、前記第１排気マニホルド及び前記第２ター
    ビンの前記入口に流体的に連結されていることを特徴と
    する請求項９に記載のターボ過給機システム。
  14. 【請求項１４】 前記第１排気マニホルドと前記第２排
    気マニホルドのうち少なくとも一方を前記吸気マニホル
    ドに流体的に互いに接続する排気ガス再循環ダクトと、
    前記排気ガス再循環ダクトに組み合わされたバルブ及び
    クーラーとを有することを特徴とする請求項１３に記載
    のターボ過給機システム。
  15. 【請求項１５】 前記第２圧縮機の前記出口と前記吸気
    マニホルドを流体的に互いに接続するアフタークーラー
    を有することを特徴とする請求項１４に記載のターボ過
    給機システム。
  16. 【請求項１６】 前記第１圧縮機の前記出口と前記第２
    圧縮機の前記入口を流体的に互いに接続するインターク
    ーラーを有することを特徴とする請求項１５に記載のタ
    ーボ過給機システム。
  17. 【請求項１７】 内燃機関の作動方法であって、 複数の燃焼シリンダと、燃焼ガスを前記複数の燃焼シリ
    ンダに供給する吸気マニホルドとを設け、 前記複数の燃焼シリンダからの排気ガスを、少なくとも
    １つの第１排気マニホルド及び第２排気マニホルドに送
    り、 制御可能な可変吸気ノズル付きの少なくとも１つの第１
    タービン入口及び出口を有する第１タービンと、入口及
    び出口を有する第１圧縮機とを含む第１ターボ過給機を
    設け、 入口及び出口を有する第２タービンと、入口及び出口を
    有する第２圧縮機とを含む第２ターボ過給機を設け、 前記少なくとも１つの第１タービン入口のところで前記
    第１排気マニホルドから導入された排気ガスによって、
    前記第１タービンを回転駆動し、 前記第２タービン入口のところで前記第２排気マニホル
    ドから導入された排気ガスによって、前記第２タービン
    を回転駆動し、 燃焼ガスを前記第１圧縮機入口に導入し、 燃焼ガスを前記第１圧縮機出口から前記第２圧縮機入口
    に送り、 燃焼ガスを前記第２圧縮機出口から前記吸気マニホルド
    に送り、 前記内燃機関の作動条件と前記ターボ過給機の性能のう
    ち少なくとも一方を検知し、 前記内燃機関の前記作動条件と前記ターボ過給機の前記
    性能のうち少なくとも一方に応答して、前記制御可能な
    可変吸気ノズルを制御する、ことを特徴とする方法。
  18. 【請求項１８】 前記少なくとも１つの第１タービン入
    口を前記第２タービン入口と流体的に互いに接続する流
    体導管を設け、排気ガスを前記第２タービン出口から前
    記少なくとも１つの第１タービン入口に送ることを特徴
    とする請求項１７に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記第１排気マニホルドと前記第２排
    気マニホルドのうち少なくとも一方を前記吸気マニホル
    ドと流体的に互いに接続する再循環ダクトを設け、排気
    ガスを前記少なくとも１つの排気マニホルドから前記吸
    気マニホルドに再循環させることを特徴とする請求項１
    ７に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 複数の燃焼シリンダと、吸気マニホル
    ドと、第１及び第２排気マニホルドとを有する内燃機関
    用のターボ過給機及び内燃機関エミッション制御システ
    ムであって、 入口及び出口を有する第１タービンと、入口及び出口を
    有する第１圧縮機とを含み、前記第１タービンの前記入
    口が、制御可能な可変吸気ノズルを有し、前記第１排気
    マニホルドに流体的に連結された第１ターボ過給機と、 固定入口及び出口を有する第２タービンと、入口及び出
    口を有する第２圧縮機とを含み、前記第２タービンの前
    記入口が、前記第２排気マニホルドに流体的に連結さ
    れ、前記第２圧縮機入口が、前記第１圧縮機の前記出口
    に流体的に連結され、前記第２圧縮機の前記出口が、前
    記吸気マニホルドに流体的に連結された第２ターボ過給
    機と、 前記第２排気マニホルド及び前記吸気マニホルドに流体
    的に連結された排気ガス再循環ダクトと、 を備えることを特徴とするシステム。
  21. 【請求項２１】 バルブが前記排気ガス再循環ダクトに
    設けられ、前記バルブが、前記第２排気マニホルドに流
    体的に連結された入口と、前記第１タービンの前記入口
    に流体的に連結された第１出口と、前記吸気マニホルド
    に流体的に連結された第２出口とを有することを特徴と
    する請求項２０に記載のシステム。
  22. 【請求項２２】 前記第２タービンの前記出口と前記第
    １タービンの前記入口を互いに接続する流体導管を有す
    ることを特徴とする請求項２０に記載のシステム。
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