JP2009287434A - Exhaust recirculation device for internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust recirculation device for an internal combustion engine capable of appropriately achieving high supercharging by means of, for example, a twin scroll type turbocharger. <P>SOLUTION: The exhaust recirculation device (10) for an internal combustion engine includes, in its exhaust system, the turbocharger (100 or the like) having a turbine, a first exhaust passage (209) including a first confluence portion (209a) where first exhaust gas from a first cylinder group (#1 and #4) joins and introducing the first exhaust gas to the turbocharger, a second exhaust passage (210) including a second confluence portion (210a) where second exhaust gas from a second cylinder group (#3 and #4) joins and introducing the second exhaust gas to the turbocharger, a first scroll section (121) for introducing the first exhaust gas from the first exhaust passage to the turbine (170), a second scroll section (122) for introducing the second exhaust gas from the second exhaust passage to the turbine, a first bypass passage (131) for causing the first exhaust gas introduced to the first scroll section to bypass the turbine and also communicating with an EGR passage (310) for recirculating the first exhaust gas as EGR gas to an intake system, and a second bypass passage (132) for causing the second exhaust gas to bypass the turbine. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えばEGR(Exhaust Gas Recirculation:排気再循環)装置等の内燃機関の排気還流装置の技術分野に関する。   The present invention relates to a technical field of an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine such as an EGR (Exhaust Gas Recirculation) device.

この種の内燃機関の排気還流装置として、ウェイストゲートバルブを経由して排出される排気をEGRガスにとして還流させるものや、ガソリンエンジンの高負荷での運転領域において、ノッキングの発生を抑制するために外部EGRガスを還流させるものが提案されている(例えば、特許文献1を参照)。   As an exhaust gas recirculation device of this type of internal combustion engine, in order to suppress the occurrence of knocking in an operation region where the exhaust gas exhausted through the waste gate valve is recirculated to EGR gas or in a high-load operation region of a gasoline engine. Has been proposed to recirculate external EGR gas (see, for example, Patent Document 1).

また、この種の内燃機関の排気還流装置として、各気筒の排気干渉が生じないよう隔壁で区画された排気マニフォールドと夫々連続して接続されたタービンスクロール流路のうち、EGRガスの抜き出しを行う側の流路断面積を小さくさせるものが提案されている(例えば、特許文献2を参照)。   Further, as an exhaust gas recirculation device of this type of internal combustion engine, EGR gas is extracted from turbine scroll passages that are continuously connected to exhaust manifolds partitioned by partition walls so that exhaust interference of each cylinder does not occur. There has been proposed one that reduces the cross-sectional area of the channel on the side (see, for example, Patent Document 2).

また、この種の内燃機関の排気還流装置として、排気行程がオーバーラップしない気筒群毎に、排気マニフォールドを分割し、これら排気マニフォールドの合流部にターボ過給機を備えるとともに、各排気マニフォールドには夫々EGRガス取り付け口が設けられたものが提案されている(例えば、特許文献3を参照)。   Further, as an exhaust gas recirculation device for this type of internal combustion engine, an exhaust manifold is divided for each cylinder group in which the exhaust strokes do not overlap, and a turbocharger is provided at the junction of these exhaust manifolds. One provided with an EGR gas attachment port has been proposed (see, for example, Patent Document 3).

また、例えばダウンサイジングコンセプト(downsizing concept)が推奨される条件下で、過給機によって高過給を行う場合には、特に内燃機関の回転数が低い状態では、ノッキングが発生することが想定される。このため、ノッキングの発生を回避するために、点火時期を遅れ側(つまり、圧縮行程の上死点側)にシフトさせる必要がある。しかしながら、圧縮行程の上死点側に点火時期がシフトするために、筒内圧力(つまり、燃焼室内のガス圧)が上昇した状態で点火する必要があり、その結果、点火に必要な電圧が高くなってしまう。このため、何らかの要因によって点火に必要な電圧を維持することができない状態となってしまった場合には、点火を行うことができないという技術的な問題が発生しかねない。そこで、過給を行う全運転領域において、上述した特許文献1から3に開示されているようにEGRガスを還流させることで、点火時期を進角側へ変化させる手法が提案されている。   In addition, for example, when high supercharging is performed by a turbocharger under a condition where a downsizing concept is recommended, knocking is assumed to occur particularly in a state where the speed of the internal combustion engine is low. The For this reason, in order to avoid the occurrence of knocking, it is necessary to shift the ignition timing to the delay side (that is, the top dead center side of the compression stroke). However, since the ignition timing shifts to the top dead center side of the compression stroke, it is necessary to ignite in a state where the in-cylinder pressure (that is, the gas pressure in the combustion chamber) is increased. As a result, the voltage required for ignition is reduced. It will be high. For this reason, if the voltage required for ignition cannot be maintained due to some factor, a technical problem that ignition cannot be performed may occur. Thus, a method has been proposed in which the ignition timing is changed to the advance side by recirculating the EGR gas as disclosed in Patent Documents 1 to 3 described above in the entire operation region where supercharging is performed.

特開2001−073884号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-073884 特開2005−344676号公報JP 2005-344676 A 特開2007−064042号公報JP 2007-064042 A

しかしながら、上述したツインスクロール型の過給機(例えば特許文献2等を参照)において高過給を行う場合、排気系の熱負荷が上昇する。このため、機関始動直後の冷間時に排気中の有害ガスを浄化する触媒(所謂、Start Catalyst)における熱負荷の上昇の影響を低減させるために、この触媒を迂回させる必要が生じてしまう。或いは、残留ガスを低減するために、マフラーの圧力損失を低減させる手段が必要となってしまう。このため、排気干渉を抑制するために過給機のタービン部の下流側からEGRガスを吸気系へ還流させる従来の手法では、過給機のタービン部の下流側の排圧より吸気系における過給圧のほうが高くなり、EGRガスを還流することが困難となってしまうという技術的な問題が生じる。   However, when high supercharging is performed in the above-described twin scroll type supercharger (see, for example, Patent Document 2), the heat load of the exhaust system increases. For this reason, in order to reduce the influence of the increase in the heat load in the catalyst (so-called Start Catalyst) that purifies the harmful gas in the exhaust when it is cold immediately after the engine is started, it becomes necessary to bypass the catalyst. Alternatively, in order to reduce the residual gas, a means for reducing the pressure loss of the muffler is required. For this reason, in the conventional method of recirculating EGR gas from the downstream side of the turbocharger turbine section to the intake system in order to suppress exhaust interference, the exhaust pressure in the intake system is more than the exhaust pressure downstream of the turbocharger turbine section. A technical problem arises that the supply pressure becomes higher and it becomes difficult to recirculate the EGR gas.

そこで、本発明は、例えば上記の問題点に鑑みなされたものであり、例えばツインスクロール型の過給機において、より適切に高過給を実現することが可能な内燃機関の排気還流装置を提供することを課題とする。   Accordingly, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, for example, and provides an exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine that can realize high supercharging more appropriately in, for example, a twin scroll type supercharger. The task is to do.

上記課題を解決するために、本発明に係る内燃機関の排気還流装置は、複数の気筒を有する内燃機関の排気系にタービンを有すると共に前記内燃機関の吸気系にて過給を行う過給機と、前記複数の気筒のうち第1気筒群からの第1排気が合流する第1合流部を含むと共に、前記第1合流部を経由して前記第1排気を前記過給機へ導く第1排気通路と、前記複数の気筒のうち第2気筒群からの第2排気が合流する第2合流部を含むと共に、前記第2合流部を経由して前記第2排気を前記過給機へ導く第2排気通路と、前記第1排気を前記第1排気通路から前記タービンに連続的に導く第1スクロール部と、前記第2排気を前記第2排気通路から前記タービンに連続的に導く第2スクロール部と、前記第1スクロール部へ導かれた前記第1排気を、前記タービンを迂回して前記タービンより下流側に導入可能であることに加えて、前記第1スクロール部へ導かれた前記第1排気の一部をEGRガスとして前記吸気系に再循環させるEGR通路と前記タービンの上流側で連通している第1迂回通路と、前記第2スクロール部へ導かれた前記第2排気を、前記タービンを迂回して前記タービンより下流側に導入可能である第2迂回通路とを備える。   In order to solve the above problems, an exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine according to the present invention has a turbine in an exhaust system of an internal combustion engine having a plurality of cylinders and performs supercharging in the intake system of the internal combustion engine. And a first merging portion where the first exhaust from the first cylinder group of the plurality of cylinders merges, and the first exhaust is guided to the supercharger via the first merging portion. The exhaust passage includes a second merging portion where second exhaust from the second cylinder group among the plurality of cylinders merges, and guides the second exhaust to the supercharger via the second merging portion. A second scroll passage, a first scroll portion for continuously guiding the first exhaust from the first exhaust passage to the turbine, and a second for continuously guiding the second exhaust from the second exhaust passage to the turbine. A scroll portion and the first exhaust led to the first scroll portion. In addition to being able to bypass the turbine and be introduced downstream from the turbine, an EGR passage that recirculates a part of the first exhaust gas guided to the first scroll portion to the intake system as EGR gas And a first bypass passage communicating with the upstream side of the turbine, and the second exhaust gas guided to the second scroll part can bypass the turbine and be introduced downstream from the turbine. A detour passage.

本発明に係る「内燃機関」とは、一又は複数の気筒を有し、当該気筒の各々における燃焼室において、例えばガソリン、軽油或いは各種アルコール等の燃料と吸入空気との混合体である混合気が燃焼した際に発生する力を、例えばピストン、コネクティングロッド及びクランクシャフト等の機械的な伝達経路を経る等して、動力として取り出すことが可能に構成された機関を包括する概念であり、例えば2サイクル或いは4サイクルレシプロエンジン等を指す。   The “internal combustion engine” according to the present invention has one or a plurality of cylinders, and an air-fuel mixture that is a mixture of fuel such as gasoline, light oil or various alcohols and intake air in each of the cylinders. It is a concept that encompasses an engine that is configured to be able to take out the power generated when it burns, for example, through a mechanical transmission path such as a piston, a connecting rod, and a crankshaft, for example, This refers to a 2-cycle or 4-cycle reciprocating engine.

本発明に係る内燃機関の排気還流装置によれば、第1排気通路は、複数の気筒のうち第1気筒群からの第1排気が合流する第1合流部を含む。加えて、第1排気通路によって、第1合流部を経由して第1排気が過給機へ導かれる。第2排気通路は、複数の気筒のうち第2気筒群からの第2排気が合流する第2合流部を含む。加えて、第2排気通路によって、第2合流部を経由して第2排気が過給機へ導かれる。これにより、上述した第1及び第2合流部を経由して、第1気筒群の第1排気及び第2気筒群の第2排気が過給機へ夫々導かれるので、第1気筒群の第1排気と、第2気筒群の第2排気とが互いにぶつかり合い排気の流速を低減させる排気干渉の発生を効果的に抑制することができる。この結果、排気干渉に起因する排圧の上昇を抑制し、第1排気及び第2排気を適切且つ迅速に排出可能であるので、複数の気筒へ吸気を適切且つ迅速に吸引させ、気筒内での燃焼不良を効果的に抑制可能であり、ひいては燃費の悪化を効果的に抑制可能である。仮に、複数の気筒からの排気が1つの合流部に合流する場合、複数の気筒から夫々排出される排気が互いにぶつかり合い排気の流速を低減させる排気干渉が発生する度合いが大きくなり、排圧が上昇してしまい、複数の気筒からの排気がスムーズに排出されなくなるという技術的な問題点が生じる。   According to the exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the first exhaust passage includes a first merging portion where the first exhaust from the first cylinder group among the plurality of cylinders merges. In addition, the first exhaust passage is guided to the supercharger via the first junction by the first exhaust passage. The second exhaust passage includes a second merging portion where the second exhaust from the second cylinder group among the plurality of cylinders merges. In addition, the second exhaust passage guides the second exhaust to the supercharger via the second junction. As a result, the first exhaust of the first cylinder group and the second exhaust of the second cylinder group are respectively guided to the supercharger via the first and second merging portions described above. It is possible to effectively suppress the occurrence of exhaust interference in which one exhaust and the second exhaust of the second cylinder group collide with each other to reduce the flow speed of the exhaust. As a result, an increase in exhaust pressure due to exhaust interference can be suppressed, and the first exhaust and the second exhaust can be discharged appropriately and quickly. It is possible to effectively suppress the combustion failure of the fuel, and to effectively suppress the deterioration of fuel consumption. If the exhaust gas from a plurality of cylinders merges into one merging section, the exhaust gas discharged from each of the plurality of cylinders collides with each other, and the degree of occurrence of exhaust interference that reduces the flow speed of the exhaust gas increases. This raises a technical problem that exhaust from a plurality of cylinders is not smoothly discharged.

第1スクロール部によって、第1排気が第1排気通路からタービンに連続的に導かれる。第2スクロール部によって、第2排気が第2排気通路からタービンに連続的に導かれる。   The first scroll portion continuously guides the first exhaust gas from the first exhaust passage to the turbine. The second scroll continuously guides the second exhaust from the second exhaust passage to the turbine.

第1迂回通路は、第1スクロール部へ導かれた第1排気を、タービンを迂回してタービンより下流側に導入可能である。第2迂回通路は、第2スクロール部へ導かれた第2排気を、タービンを迂回してタービンより下流側に導入可能である。これにより、タービンに導かれる第1排気及び第2排気の流量と、タービンを迂回する第1排気及び第2排気の流量とを変化させることができ、吸気系の過給の圧力と排圧との割合を適切な値に設定可能である。これにより、気筒内での圧縮比を適切な値に設定することができ、ノッキングなどの気筒内での燃焼不良を効果的に抑制可能であり、ひいては燃費の悪化を効果的に抑制可能である。   The first bypass passage can introduce the first exhaust gas guided to the first scroll portion to the downstream side of the turbine while bypassing the turbine. The second bypass passage can introduce the second exhaust gas guided to the second scroll portion to the downstream side of the turbine while bypassing the turbine. As a result, the flow rates of the first exhaust gas and the second exhaust gas guided to the turbine and the flow rates of the first exhaust gas and the second exhaust gas bypassing the turbine can be changed, and the supercharging pressure and exhaust pressure of the intake system can be changed. Can be set to an appropriate value. Thereby, the compression ratio in the cylinder can be set to an appropriate value, combustion failure in the cylinder such as knocking can be effectively suppressed, and deterioration of fuel consumption can be effectively suppressed. .

特に、第1迂回通路は、第1スクロール部へ導かれた第1排気の一部をEGRガスとして吸気系に再循環させるEGR通路とタービンの上流側で連通している。ここに、本発明に係る「EGR通路」とは、例えば排気ポート、排気マニホールド及び排気管等を適宜に含み得る概念としての排気系から分岐し、吸気系へ排気の一部を還流させる通路を意味する。定性的に言えば、当該EGRガスが、吸気系に供給される吸気と幾らかなり混合されることによって、例えばNOx等(内燃機関の形態によっては、PM(Particulate Matter:粒子状物質)等を含む)、各種対象物質の発生が幾らかなり抑制される。典型的には、このEGR通路には、排気の膨張を低減させるために、この還流される排気を冷却する冷却システムが設けられていることが好ましい。   In particular, the first bypass passage communicates with an EGR passage that recirculates a part of the first exhaust gas guided to the first scroll portion as EGR gas to the intake system on the upstream side of the turbine. Here, the “EGR passage” according to the present invention is a passage that branches from an exhaust system as a concept that may appropriately include, for example, an exhaust port, an exhaust manifold, an exhaust pipe, and the like, and recirculates part of the exhaust to the intake system. means. Qualitatively speaking, the EGR gas is somewhat mixed with the intake air supplied to the intake system, and thus includes, for example, NOx or the like (PM (Particulate Matter: particulate matter) depending on the form of the internal combustion engine). ), The generation of various target substances is somewhat suppressed. Typically, the EGR passage is preferably provided with a cooling system for cooling the recirculated exhaust gas in order to reduce the expansion of the exhaust gas.

これにより、第1迂回通路がEGR通路とタービンの下流側で連通している場合と比較して、吸気系の過給の圧力より高圧な状態でEGRガスを吸気系に再循環させ、供給させることができるので、EGRガスをより適切な圧力で供給可能である。   As a result, compared with the case where the first bypass passage communicates with the EGR passage on the downstream side of the turbine, the EGR gas is recirculated and supplied to the intake system in a state higher than the supercharging pressure of the intake system. Therefore, EGR gas can be supplied at a more appropriate pressure.

以上の結果、(i)排気干渉の発生の効果的な抑制、(ii)吸気系の過給の圧力と排圧との割合の適切な調整、及び(iii)EGRガスの供給圧の適切な調整の3者の両立をより適切に実現することができる。更にこの結果、より効果的に冷却されたEGRガスによって、吸気の温度が低下させることが可能であり、この温度が低下した吸気により、気筒内に吸入される吸気量が増加するため、エンジンの出力を向上させることができる。   As a result, (i) effective suppression of the occurrence of exhaust interference, (ii) appropriate adjustment of the ratio of supercharging pressure and exhaust pressure in the intake system, and (iii) appropriate supply pressure of EGR gas It is possible to more appropriately realize the balance between the three adjustments. As a result, the EGR gas cooled more effectively can reduce the temperature of the intake air, and the intake air that is reduced in temperature increases the amount of intake air that is drawn into the cylinder. The output can be improved.

本発明に係る内燃機関の排気還流装置の一の態様では、前記第1気筒群に含まれる一の気筒(例えば気筒#1)と前記第1合流部との間の流路の長さは、前記第2気筒群に含まれる他の気筒(例えば気筒#2)と前記第2合流部との間の流路の長さより大きい。   In one aspect of the exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine according to the present invention, the length of the flow path between one cylinder (for example, cylinder # 1) included in the first cylinder group and the first merging portion is: It is larger than the length of the flow path between another cylinder (for example, cylinder # 2) included in the second cylinder group and the second merging portion.

この態様によれば、第1気筒群からの第1排気が合流するまでの時間を、第2気筒群からの第2排気が合流するまで時間より大きくさせることができる。従って、第1排気が気筒の燃焼室以外の排気系で燃焼すること(所謂、後燃え)を、第2排気よりも多量に行わせ、第1排気が合流することによって排気中に含まれる酸素が増大することを効果的に抑制することができる。これにより、第1排気通路、第1スクロール部及び第1迂回通路を経由してEGR通路へ導かれる第1排気の温度を、第2排気通路、第2スクロール部及び第2迂回通路へ導かれる第2排気の温度よりも低くさせることができる。   According to this aspect, the time until the first exhaust from the first cylinder group is merged can be made longer than the time until the second exhaust from the second cylinder group is merged. Accordingly, the oxygen contained in the exhaust gas by causing the first exhaust gas to burn in an exhaust system other than the combustion chamber of the cylinder (so-called afterburning) in a larger amount than the second exhaust gas, and the first exhaust gas merges. Can be effectively suppressed. As a result, the temperature of the first exhaust led to the EGR passage via the first exhaust passage, the first scroll portion, and the first bypass passage is guided to the second exhaust passage, the second scroll portion, and the second bypass passage. It can be made lower than the temperature of the second exhaust.

この結果、EGR通路に設けられる冷却システムに掛かる熱負荷を効果的に軽減することができる。以上の結果、より効果的に冷却されたEGRガスによって、吸気の温度が低下させることが可能であり、この温度が低下した吸気により、気筒内に吸入される吸気量が増加するため、エンジンの出力を向上させることができる。   As a result, the thermal load applied to the cooling system provided in the EGR passage can be effectively reduced. As a result, it is possible to reduce the temperature of the intake air by the EGR gas cooled more effectively. Since the intake air that has been reduced in temperature increases the amount of intake air taken into the cylinder, The output can be improved.

仮に、第1気筒群に含まれる一の気筒と第1合流部との間の流路の長さを、第2気筒群に含まれる他の気筒と第2合流部との間の流路の長さより小さくさせた場合、第1気筒群からの第1排気が合流するまでの時間は、第2気筒群からの第2排気が合流するまで時間より短時間になってしまう。このため、第1排気の後燃えは、第2排気の後燃えよりも少量しか行われないため、第1排気が合流することによって排気中に含まれる酸素が増大してしまい、第1排気の合流後の後燃えの燃焼反応が活発化してしまう。このため、第1排気通路、第1スクロール部及び第1迂回通路を経由してEGR通路へ導かれる第1排気の温度が、第2排気通路、第2スクロール部及び第2迂回通路へ導かれる第2排気の温度よりも高くなってしまい、EGR通路の冷却システムに掛かる熱負荷が増大してしまう。   Temporarily, the length of the flow path between one cylinder included in the first cylinder group and the first merging portion is set to the length of the flow path between the other cylinders included in the second cylinder group and the second merging portion. When the length is smaller than the length, the time until the first exhaust from the first cylinder group merges is shorter than the time until the second exhaust from the second cylinder group merges. For this reason, since the afterburning of the first exhaust is performed in a smaller amount than the afterburning of the second exhaust, the oxygen contained in the exhaust increases when the first exhaust joins, and the first exhaust The combustion reaction of afterburning after merging becomes active. Therefore, the temperature of the first exhaust led to the EGR passage via the first exhaust passage, the first scroll portion, and the first bypass passage is guided to the second exhaust passage, the second scroll portion, and the second bypass passage. The temperature becomes higher than the temperature of the second exhaust, and the heat load applied to the cooling system of the EGR passage increases.

本発明に係る内燃機関の排気還流装置の他の態様では、前記第1迂回通路の流路断面積は、前記第2迂回通路の流路断面積より小さい。   In another aspect of the exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, a flow passage cross-sectional area of the first bypass passage is smaller than a flow passage cross-sectional area of the second bypass passage.

この態様によれば、EGR通路に連通していることで排圧が、第2迂回通路よりも減少傾向にある第1迂回通路において、第1迂回通路の排圧を流路断面積に応じて増加させることができる。これにより、第1迂回通路の排圧と、第2迂回通路の排圧との差を効果的に低減することができる。これにより、第1迂回通路に第1排気を排出する第1気筒群の気筒内の圧力と、第2迂回通路に第2排気を排出する第2気筒群の気筒内の圧力との差を効果的に低減させることができる。これにより、第1気筒群の気筒内の残留ガス量と、第2気筒群の気筒内の残留ガス量との差を効果的に低減させることができ、ひいては、第1気筒群の気筒内の燃焼状態と、第2気筒群の気筒内の燃焼状態との差を効果的に低減させることができる。   According to this aspect, in the first bypass passage where the exhaust pressure tends to be lower than that of the second bypass passage by communicating with the EGR passage, the exhaust pressure of the first bypass passage is determined according to the cross-sectional area of the flow path. Can be increased. Thereby, the difference between the exhaust pressure of the first bypass passage and the exhaust pressure of the second bypass passage can be effectively reduced. As a result, the difference between the pressure in the cylinder of the first cylinder group that discharges the first exhaust gas to the first bypass path and the pressure in the cylinder of the second cylinder group that discharges the second exhaust gas to the second bypass path is effective. Can be reduced. As a result, the difference between the residual gas amount in the cylinders of the first cylinder group and the residual gas amount in the cylinders of the second cylinder group can be effectively reduced. The difference between the combustion state and the combustion state in the cylinders of the second cylinder group can be effectively reduced.

本発明に係る内燃機関の排気還流装置の他の態様では、前記第1迂回通路の流路断面積と前記第2迂回通路の流路断面積とは、前記内燃機関の負荷が最大である運転状態の下で、前記第1スクロール部を流れる排気流量と前記第2スクロール部を流れる排気流量とが等しくなるように設定されている。   In another aspect of the exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the flow path cross-sectional area of the first bypass passage and the flow path cross-sectional area of the second bypass path are operations in which the load of the internal combustion engine is maximum. Under the state, the exhaust flow rate flowing through the first scroll portion and the exhaust flow rate flowing through the second scroll portion are set to be equal.

この態様によれば、一般的に、第1排気通路、第1スクロール部及び第1迂回通路へ第1排気を供給する第1気筒群の気筒内の残留ガス量と、第2排気通路、第2スクロール部及び第2迂回通路へ第2排気を供給する第2気筒群の気筒内の残留ガス量との差は、内燃機関の負荷(典型的には、吸入空気量)が大きくなるに従って大きくなる。従って、この態様によれば、第1気筒群の気筒内の残留ガス量と、第2気筒群の気筒内の残留ガス量との差を内燃機関の負荷の広範囲において、第1気筒群の気筒内の残留ガス量と、第2気筒群の気筒内の残留ガス量との差をより効果的に低減させることができ、ひいては、第1気筒群の気筒内の燃焼状態と、第2気筒群の気筒内の燃焼状態との差をより効果的に低減させることができる。   According to this aspect, in general, the residual gas amount in the cylinders of the first cylinder group that supplies the first exhaust to the first exhaust passage, the first scroll portion, and the first bypass passage, the second exhaust passage, The difference from the residual gas amount in the cylinders of the second cylinder group that supplies the second exhaust gas to the two scroll portions and the second bypass passage increases as the load (typically, the intake air amount) of the internal combustion engine increases. Become. Therefore, according to this aspect, the difference between the residual gas amount in the cylinders of the first cylinder group and the residual gas amount in the cylinders of the second cylinder group is determined in a wide range of the load of the internal combustion engine. The difference between the residual gas amount in the cylinder and the residual gas amount in the cylinders of the second cylinder group can be reduced more effectively. As a result, the combustion state in the cylinders of the first cylinder group and the second cylinder group can be reduced. The difference from the combustion state in the cylinder can be reduced more effectively.

本発明に係る内燃機関の排気還流装置の他の態様では、前記第1迂回通路及び前記第2迂回通路は、弁体によって遮断可能であり、前記第1迂回通路における前記弁体の第1開口面積は、前記第2迂回通路における前記弁体の第2開口面積より小さい。   In another aspect of the exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the first bypass passage and the second bypass passage can be blocked by a valve body, and the first opening of the valve body in the first bypass passage is provided. The area is smaller than the second opening area of the valve body in the second bypass passage.

この態様によれば、EGR通路に連通していることで排圧が、第2迂回通路よりも減少傾向にある第1迂回通路において、第1迂回通路の排圧を第1開口面積に応じて増加させることができる。これにより、第1迂回通路の排圧と、第2迂回通路の排圧との差を効果的に低減することができる。これにより、第1迂回通路に第1排気を排出する第1気筒群の気筒内の圧力と、第2迂回通路に第2排気を排出する第2気筒群の気筒内の圧力との差を効果的に低減させることができる。これにより、第1気筒群の気筒内の残留ガス量と、第2気筒群の気筒内の残留ガス量との差を効果的に低減させることができ、ひいては、第1気筒群の気筒内の燃焼状態と、第2気筒群の気筒内の燃焼状態との差を効果的に低減させることができる。   According to this aspect, the exhaust pressure of the first bypass passage is reduced according to the first opening area in the first bypass passage in which the exhaust pressure tends to decrease more than the second bypass passage by communicating with the EGR passage. Can be increased. Thereby, the difference between the exhaust pressure of the first bypass passage and the exhaust pressure of the second bypass passage can be effectively reduced. As a result, the difference between the pressure in the cylinder of the first cylinder group that discharges the first exhaust gas to the first bypass path and the pressure in the cylinder of the second cylinder group that discharges the second exhaust gas to the second bypass path is effective. Can be reduced. As a result, the difference between the residual gas amount in the cylinders of the first cylinder group and the residual gas amount in the cylinders of the second cylinder group can be effectively reduced. The difference between the combustion state and the combustion state in the cylinders of the second cylinder group can be effectively reduced.

本発明に係る内燃機関の排気還流装置の他の態様では、前記第1開口面積と前記第2開口面積とは、前記内燃機関の負荷が最大である運転状態の下で、前記第1スクロール部を流れる排気流量と前記第2スクロール部を流れる排気流量とが等しくなるように設定されている。   In another aspect of the exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the first opening area and the second opening area are determined by the first scroll portion under an operating state in which the load of the internal combustion engine is maximum. The exhaust flow rate flowing through the second scroll portion is set to be equal to the exhaust flow rate flowing through the second scroll portion.

この態様によれば、上述したように、一般的に、第1排気通路、第1スクロール部及び第1迂回通路へ第1排気を供給する第1気筒群の気筒内の残留ガス量と、第2排気通路、第2スクロール部及び第2迂回通路へ第2排気を供給する第2気筒群の気筒内の残留ガス量との差は、内燃機関の負荷(典型的には、吸入空気量)が大きくなるに従って大きくなる。従って、この態様によれば、第1気筒群の気筒内の残留ガス量と、第2気筒群の気筒内の残留ガス量との差を内燃機関の負荷の広範囲において、第1気筒群の気筒内の残留ガス量と、第2気筒群の気筒内の残留ガス量との差をより効果的に低減させることができ、ひいては、第1気筒群の気筒内の燃焼状態と、第2気筒群の気筒内の燃焼状態との差をより効果的に低減させることができる。   According to this aspect, as described above, generally, the amount of residual gas in the cylinders of the first cylinder group that supplies the first exhaust to the first exhaust passage, the first scroll portion, and the first bypass passage, The difference from the residual gas amount in the cylinders of the second cylinder group that supplies the second exhaust gas to the two exhaust passages, the second scroll portion, and the second bypass passage is the load of the internal combustion engine (typically, the intake air amount). Increases as becomes larger. Therefore, according to this aspect, the difference between the residual gas amount in the cylinders of the first cylinder group and the residual gas amount in the cylinders of the second cylinder group is determined in a wide range of the load of the internal combustion engine. The difference between the residual gas amount in the cylinder and the residual gas amount in the cylinders of the second cylinder group can be reduced more effectively. As a result, the combustion state in the cylinders of the first cylinder group and the second cylinder group can be reduced. The difference from the combustion state in the cylinder can be reduced more effectively.

本発明に係る内燃機関の排気還流装置の他の態様では、前記第1迂回通路は、前記タービンを迂回して前記タービンより下流側に導かれる前記第1排気の流量を変化可能な第1弁を有し、前記第2迂回通路は、前記タービンを迂回して前記タービンより下流側に導かれる前記第2排気の流量を変化可能な第2弁を有する。   In another aspect of the exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the first bypass passage is a first valve capable of changing a flow rate of the first exhaust that bypasses the turbine and is guided downstream from the turbine. The second bypass passage has a second valve that can change the flow rate of the second exhaust gas that is bypassed the turbine and guided downstream from the turbine.

この態様によれば、第1弁及び第2弁によって、タービンに導かれる第1排気及び第2排気の流量と、タービンを迂回する第1排気及び第2排気の流量とを変化させることができ、吸気系の過給の圧力と排圧との割合を適切な値に設定可能である。これにより、気筒内での圧縮比を適切な値に設定することができ、ノッキングなどの気筒内での燃焼不良を効果的に抑制可能であり、ひいては燃費の悪化を効果的に抑制可能である。   According to this aspect, the flow rates of the first exhaust gas and the second exhaust gas guided to the turbine and the flow rates of the first exhaust gas and the second exhaust gas that bypass the turbine can be changed by the first valve and the second valve. The ratio between the supercharging pressure and the exhaust pressure in the intake system can be set to an appropriate value. Thereby, the compression ratio in the cylinder can be set to an appropriate value, combustion failure in the cylinder such as knocking can be effectively suppressed, and deterioration of fuel consumption can be effectively suppressed. .

本発明に係る内燃機関の排気還流装置の他の態様では、前記第1気筒群に含まれる一の気筒の排気行程の実施時期と、前記第1気筒群に含まれる他の気筒の排気行程の実施時期との間の時間間隔は、前記一の気筒の排気行程の実施時期と、前記第2気筒群に含まれる他の気筒の排気行程の実施時期との間の時間間隔より長い。   In another aspect of the exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the timing of performing an exhaust stroke of one cylinder included in the first cylinder group and the exhaust stroke of another cylinder included in the first cylinder group. The time interval between the execution times is longer than the time interval between the execution timing of the exhaust stroke of the one cylinder and the execution timing of the exhaust strokes of the other cylinders included in the second cylinder group.

この態様によれば、第1気筒群に含まれる一の気筒の排気行程において排出される一の第1排気と、第1気筒群に含まれる他の気筒の排気行程において排出される他の第1排気とが互いにぶつかり合い排気の流速を低減させる排気干渉の発生を、より効果的に抑制することができる。この結果、排気干渉に起因する排圧の上昇を抑制し、第1排気を適切且つ迅速に排出可能であるので、複数の気筒へ吸気を適切且つ迅速に吸引させ、気筒内での燃焼不良を効果的に抑制可能であり、ひいては燃費の悪化を効果的に抑制可能である。   According to this aspect, the first exhaust exhausted in the exhaust stroke of one cylinder included in the first cylinder group and the other exhaust discharged in the exhaust stroke of the other cylinders included in the first cylinder group. It is possible to more effectively suppress the occurrence of exhaust interference that collides with one exhaust and reduces the flow rate of the exhaust. As a result, an increase in exhaust pressure due to exhaust interference can be suppressed, and the first exhaust can be discharged appropriately and quickly, so that intake air is sucked into a plurality of cylinders appropriately and quickly, and combustion failure in the cylinders is prevented. It is possible to effectively suppress the deterioration of the fuel consumption.

本発明に係る内燃機関の排気還流装置の他の態様では、前記第2気筒群に含まれる一の気筒の排気行程の実施時期と、前記第2気筒群に含まれる他の気筒の排気行程の実施時期との間の時間間隔は、前記一の気筒の排気行程の実施時期と、前記第1気筒群に含まれる他の気筒の排気行程の実施時期との間の時間間隔より長い。   In another aspect of the exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, the timing of exhaust strokes of one cylinder included in the second cylinder group and the exhaust strokes of other cylinders included in the second cylinder group. The time interval between the execution times is longer than the time interval between the execution timing of the exhaust stroke of the one cylinder and the execution timing of the exhaust stroke of the other cylinders included in the first cylinder group.

この態様によれば、第2気筒群に含まれる一の気筒の排気行程において排出される一の第2排気と、第2気筒群に含まれる他の気筒の排気行程において排出される他の第2排気とが互いにぶつかり合い排気の流速を低減させる排気干渉の発生を、より効果的に抑制することができる。この結果、排気干渉に起因する排圧の上昇を抑制し、第2排気を適切且つ迅速に排出可能であるので、複数の気筒へ吸気を適切且つ迅速に吸引させ、気筒内での燃焼不良を効果的に抑制可能であり、ひいては燃費の悪化を効果的に抑制可能である。   According to this aspect, one second exhaust exhausted in the exhaust stroke of one cylinder included in the second cylinder group and another second exhaust exhausted in the exhaust stroke of another cylinder included in the second cylinder group. It is possible to more effectively suppress the occurrence of exhaust interference that causes the two exhausts to collide with each other and reduce the flow rate of the exhaust. As a result, an increase in exhaust pressure due to exhaust interference can be suppressed and the second exhaust can be discharged appropriately and quickly, so that intake air is sucked into a plurality of cylinders appropriately and quickly, and combustion failure in the cylinders is prevented. It is possible to effectively suppress the deterioration of the fuel consumption.

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための最良の形態から明らかにされる。   The operation and other advantages of the present invention will become apparent from the best mode for carrying out the invention described below.

以下、図面を参照して、本発明の好適な各種実施形態について説明する。   Various preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(第1実施形態)
(基本構成)
先ず、図1を参照して、本発明の第1実施形態に係るエンジンシステム10の構成について説明する。ここに、図1は、本実施形態に係るエンジンシステム10の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
(First embodiment)
(Basic configuration)
First, with reference to FIG. 1, the structure of the engine system 10 which concerns on 1st Embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 1 is a schematic configuration diagram conceptually showing the configuration of the engine system 10 according to the present embodiment.

図1において、エンジンシステム10は、図示せぬ車両に搭載され、ECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)1、エンジン200及びEGR装置300を備える。   In FIG. 1, an engine system 10 is mounted on a vehicle (not shown) and includes an ECU (Electronic Control Unit) 1, an engine 200, and an EGR device 300.

エンジン200は、ガソリンを燃料とする、本発明に係る「内燃機関」の一例たる直列4気筒ガソリンエンジンである。エンジン200の概略について説明すると、エンジン200は、シリンダブロック201に4本のシリンダ#1〜#4が並列配置された構成を有している。そして、各気筒内において燃料を含む混合気が点火によって着火した際に生じる熱エネルギが、不図示のピストンの往復運動を生じさせ、更にコネクティングロッドを介してピストンに連結されるクランクシャフト(いずれも不図示)の回転運動に変換される構成となっている。以下に、エンジン200の要部構成を、その動作の一部と共に説明する。   The engine 200 is an in-line four-cylinder gasoline engine that is an example of an “internal combustion engine” according to the present invention that uses gasoline as fuel. The outline of the engine 200 will be described. The engine 200 has a configuration in which four cylinders # 1 to # 4 are arranged in parallel in a cylinder block 201. The thermal energy generated when the air-fuel mixture containing fuel is ignited by ignition in each cylinder causes a reciprocating motion of a piston (not shown), and further connected to the piston via a connecting rod (both (Not shown). Below, the principal part structure of the engine 200 is demonstrated with a part of the operation | movement.

尚、本実施形態に係るエンジン200は、シリンダ#1〜#4が図1において紙面と垂直な方向に4本並列してなる直列4気筒ガソリンエンジンであるが、個々のシリンダ#1〜#4の構成は相互に等しいため、ここでは一のシリンダ#1についてのみ説明することとする。   The engine 200 according to this embodiment is an in-line four-cylinder gasoline engine in which four cylinders # 1 to # 4 are arranged in parallel in a direction perpendicular to the paper surface in FIG. Since these configurations are equal to each other, only one cylinder # 1 will be described here.

シリンダ#1内における混合気の燃焼に際し、外部から吸入された空気は、各シリンダについて共通に設置された吸気マニホールド203に導かれた後、各シリンダについて独立に設けられた吸気ポート(不図示)に導かれ、吸気ポートとシリンダ内部とを連通可能に構成された不図示の吸気バルブの開弁時にシリンダ#1内に吸入される。シリンダ#1内には、筒内直噴型のインジェクタ(不図示)から燃料たるガソリンが噴射される構成となっており、噴射された燃料が各シリンダ内部で、吸入された空気(以下、「吸気」と略称する)と混合され、上述した混合気となる。   During combustion of the air-fuel mixture in the cylinder # 1, the air sucked from the outside is led to the intake manifold 203 that is commonly installed for each cylinder, and then the intake port (not shown) provided independently for each cylinder. When the intake valve (not shown) configured to allow communication between the intake port and the inside of the cylinder is opened, the air is drawn into the cylinder # 1. In cylinder # 1, gasoline as fuel is injected from an in-cylinder direct injection type injector (not shown), and the injected fuel is sucked into each cylinder (hereinafter referred to as “ Abbreviated as “intake”) to form the above-described mixture.

エンジン200において、燃料は、不図示の燃料タンクに貯留されている。この燃料タンクに貯留される燃料は、不図示のフィードポンプの作用により燃料タンクから汲み出され、不図示の低圧配管を介して高圧ポンプ(不図示)に圧送される構成となっている。高圧ポンプは、コモンレール(不図示)に対し、燃料を供給することが可能に構成されている。尚、高圧ポンプやコモンレールは、公知の各種態様を採り得、ここでは、その詳細については省略することとする。   In engine 200, fuel is stored in a fuel tank (not shown). The fuel stored in the fuel tank is pumped out of the fuel tank by the action of a feed pump (not shown) and is pumped to a high pressure pump (not shown) through a low pressure pipe (not shown). The high-pressure pump is configured to be able to supply fuel to a common rail (not shown). Note that the high-pressure pump and the common rail can take various known modes, and details thereof are omitted here.

ここで、インジェクタの構成について補足すると、インジェクタは、ECU(Electronic Control Unit)1から供給される指令に基づいて作動する電磁弁と、この電磁弁への通電時に燃料を噴射するノズル(いずれも不図示)とを備える。このECUは、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)等を備え、エンジン200の動作全体を制御することが可能に構成された電子制御ユニットである。ECUは、ROMに格納される制御プログラムに従って、各種の制御を実行することが可能に構成されている。当該電磁弁は、コモンレールの高圧燃料が印加される圧力室と、当該圧力室に接続された低圧側の低圧通路との間の連通状態を制御することが可能に構成されており、通電時に当該加圧室と低圧通路とを連通させると共に、通電停止時に当該加圧室と低圧通路とを相互に遮断する。一方、ノズルは、噴孔を開閉するニードルを内蔵し、圧力室の燃料圧力がニードルを閉弁方向(噴孔を閉じる方向)に付勢している。従って、電磁弁への通電により加圧室と低圧通路とが連通し、圧力室の燃料圧力が低下すると、ニードルがノズル内を上昇して開弁する(噴孔を開く)ことにより、コモンレールより供給された高圧燃料を噴孔より噴射することが可能に構成される。また、電磁弁への通電停止により加圧室と低圧通路とが相互に遮断されて圧力室の燃料圧力が上昇すると、ニードルがノズル内を下降して閉弁することにより、噴射が終了する構成となっている。尚、燃料は、個々のシリンダ#1〜#4において、インジェクタを介し、目標噴射量に相当する燃料が噴射される構成となっている。   Here, to supplement the configuration of the injector, the injector includes an electromagnetic valve that operates based on a command supplied from an ECU (Electronic Control Unit) 1 and a nozzle that injects fuel when the electromagnetic valve is energized (both of which are inactive). As shown). The ECU is an electronic control unit that includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like, and is configured to be able to control the entire operation of the engine 200. The ECU is configured to be able to execute various controls according to a control program stored in the ROM. The solenoid valve is configured to be able to control a communication state between a pressure chamber to which a high-pressure fuel of a common rail is applied and a low-pressure side low-pressure passage connected to the pressure chamber. The pressurization chamber and the low-pressure passage are communicated with each other, and the pressurization chamber and the low-pressure passage are shut off from each other when energization is stopped. On the other hand, the nozzle has a built-in needle for opening and closing the nozzle hole, and the fuel pressure in the pressure chamber urges the needle in the valve closing direction (direction in which the nozzle hole is closed). Therefore, when the solenoid chamber is energized, the pressurization chamber communicates with the low-pressure passage, and when the fuel pressure in the pressure chamber decreases, the needle rises in the nozzle and opens (opens the nozzle hole). The supplied high-pressure fuel can be injected from the injection hole. In addition, when the energization of the solenoid valve is stopped, the pressurization chamber and the low pressure passage are cut off from each other and the fuel pressure in the pressure chamber rises, and the needle is lowered in the nozzle to close the valve, thereby terminating the injection. It has become. The fuel is configured such that fuel corresponding to the target injection amount is injected into each cylinder # 1 to # 4 via an injector.

特に、排気マニフォールド209に着目すると、エンジン200のシリンダ#1とシリンダ#4とが合流部209aにおいて連通している。加えて、排気マニフォールド210に着目すると、エンジン200のシリンダ#2とシリンダ#3とが合流部210aにおいて連通している。尚、各シリンダの点火順番は、シリンダ#1、シリンダ#3、シリンダ#4、シリンダ#2の順番である。   In particular, focusing on the exhaust manifold 209, the cylinder # 1 and the cylinder # 4 of the engine 200 communicate with each other at the junction 209a. In addition, paying attention to the exhaust manifold 210, the cylinder # 2 and the cylinder # 3 of the engine 200 communicate with each other at the junction 210a. Note that the firing order of each cylinder is the order of cylinder # 1, cylinder # 3, cylinder # 4, and cylinder # 2.

一般的に、シリンダ#1の排気バルブから合流部209aまでの排気マニフォールド209上の流路の距離と、シリンダ#4の排気バルブから合流部209aまでの排気マニフォールド209上の流路の距離と、シリンダ#2の排気バルブから合流部210aまでの排気マニフォールド210上の流路の距離と、シリンダ#3の排気バルブから合流部210aまでの排気マニフォールド210上の流路の距離とは、車両へ搭載する際の空間的な制約や経済的なコスト等に影響され、流路の長さは異なる。尚、図1での排気マニフォールド209の形状と排気マニフォールド210の形状とは一例であり、各種の形態をとることができる。   Generally, the distance of the flow path on the exhaust manifold 209 from the exhaust valve of the cylinder # 1 to the merging portion 209a, the distance of the flow path on the exhaust manifold 209 from the exhaust valve of the cylinder # 4 to the merging portion 209a, The distance of the flow path on the exhaust manifold 210 from the exhaust valve of the cylinder # 2 to the merge part 210a and the distance of the flow path on the exhaust manifold 210 from the exhaust valve of the cylinder # 3 to the merge part 210a are mounted on the vehicle. The length of the flow path is different depending on the spatial restrictions and economic cost when doing so. In addition, the shape of the exhaust manifold 209 and the shape of the exhaust manifold 210 in FIG. 1 are examples, and various forms can be taken.

上述のシリンダ#1及び#4に吸気された混合気は、圧縮行程において点火によって着火して燃焼し、燃焼済みガスとして、或いは一部未燃の混合気として、吸気バルブの開閉に連動して開閉する排気バルブ(不図示)の開弁時に排気ポート(不図示)を介して排気マニホールド209に導かれる構成となっている。概ね同様にして、上述のシリンダ#2及び#3に吸気された混合気は、圧縮行程において点火によって着火して燃焼し、燃焼済みガスとして、或いは一部未燃の混合気として、吸気バルブの開閉に連動して開閉する排気バルブの開弁時に排気ポートを介して排気マニホールド210に導かれる構成となっている。尚、本実施形態に係る排気マニホールド209によって、本発明に係る「第1排気通路」の一具体例が構成されている。また、本実施形態に係る排気マニホールド210によって、本発明に係る「第2排気通路」の一具体例が構成されている。   The air-fuel mixture sucked into the cylinders # 1 and # 4 is ignited and burned by ignition in the compression stroke, and is burnt gas or partially unburned air-fuel mixture in conjunction with opening and closing of the intake valve. The exhaust valve (not shown) that opens and closes is guided to the exhaust manifold 209 via an exhaust port (not shown) when the valve is opened. In substantially the same manner, the air-fuel mixture sucked into the cylinders # 2 and # 3 is ignited and burned by ignition in the compression stroke, and becomes a burned gas or a partially unburned air-fuel mixture. When the exhaust valve that opens and closes in conjunction with opening and closing is opened, the exhaust manifold 210 is guided through the exhaust port. The exhaust manifold 209 according to the present embodiment constitutes one specific example of the “first exhaust passage” according to the present invention. Further, the exhaust manifold 210 according to the present embodiment constitutes one specific example of the “second exhaust passage” according to the present invention.

この排気マニホールド209は、後述される迂回通路131及び弁141を経由して排気管211に連通しており、シリンダ#1及び#4から排出された排気の一部は、この排気管211に導かれる構成となっている。概ね同様にして、この排気マニホールド210は、後述される迂回通路132及び弁142を経由して排気管211に連通しており、シリンダ#2及び#3から排出された排気の一部は、この排気管211に導かれる構成となっている。   The exhaust manifold 209 communicates with the exhaust pipe 211 via a bypass passage 131 and a valve 141, which will be described later, and a part of the exhaust discharged from the cylinders # 1 and # 4 is guided to the exhaust pipe 211. It is configured to be written. In general, the exhaust manifold 210 communicates with the exhaust pipe 211 via a bypass passage 132 and a valve 142, which will be described later, and part of the exhaust discharged from the cylinders # 2 and # 3 The exhaust pipe 211 is guided.

排気管211には、触媒(所謂、Start Catalyst)217、この触媒217を迂回するバイパス通路、及びこのバイパス通路の流量を変化可能な弁218が設けられている。この触媒217は、後述のタービン170の下流側に設けられ、機関始動直後の冷間時に排気中の有害ガスを迅速に清浄化する。また、この排気管211には、後述されるタービン170の下流側にマフラーが設けられてよい。更にまた、このマフラーを排気が流れる際の圧力損失を低下する装置が設けられてよい。   The exhaust pipe 211 is provided with a catalyst (so-called Start Catalyst) 217, a bypass passage that bypasses the catalyst 217, and a valve 218 that can change the flow rate of the bypass passage. The catalyst 217 is provided on the downstream side of a turbine 170 described later, and quickly cleans harmful gases in the exhaust when it is cold immediately after the engine is started. Further, the exhaust pipe 211 may be provided with a muffler on the downstream side of the turbine 170 described later. Furthermore, a device for reducing pressure loss when exhaust flows through the muffler may be provided.

一方、排気管211には、タービンハウジング100に収容される形でタービン170が設置されている。タービン170は、排気管211に導かれた排気の圧力により所定の回転軸を中心として回転可能に構成されている。このタービン170の回転軸は、コンプレッサハウジング216に収容される形で吸気管214に設置されたコンプレッサ215と共有されており、タービン170が排気の圧力により回転すると、コンプレッサ215も当該回転軸を中心として回転する構成となっている。尚、タービンハイジング100及びタービンハイジング100内の構成要素、並びに、コンプレッサハウジング216及びコンプレッサハウジング216内の構成要素によって、本発明に係る「過給機」の一具体例が構成されている。   On the other hand, a turbine 170 is installed in the exhaust pipe 211 so as to be accommodated in the turbine housing 100. The turbine 170 is configured to be rotatable about a predetermined rotation axis by the pressure of the exhaust led to the exhaust pipe 211. The rotating shaft of the turbine 170 is shared with the compressor 215 installed in the intake pipe 214 so as to be accommodated in the compressor housing 216. When the turbine 170 is rotated by exhaust pressure, the compressor 215 is also centered on the rotating shaft. It becomes the composition which rotates as. A specific example of the “supercharger” according to the present invention is configured by the turbine rising 100, the components in the turbine rising 100, and the components in the compressor housing 216 and the compressor housing 216.

コンプレッサ215は、図示せぬエアクリーナを介して外界から吸気管214に導かれた吸気を、その回転に伴う圧力により上述した吸気マニホールド203へ圧送することが可能に構成されており、このコンプレッサ215による吸気の圧送効果により、所謂、過給が実現される構成となっている。尚、吸気マニホールド203にはサージタンクが設けられてよい。即ち、タービン170とコンプレッサ215とにより、一種のターボチャージャが構成されている。また、コンプレッサ215と吸気マニホールド203との間には、インタークーラ217が設置されており、過給された吸気を冷却することが可能に構成される。このインタークーラ217の冷却効果によって、過給効率が向上せしめられている。   The compressor 215 is configured to be able to pump the intake air guided to the intake pipe 214 from the outside through an air cleaner (not shown) to the above-described intake manifold 203 by the pressure accompanying the rotation. So-called supercharging is realized by the pumping effect of the intake air. The intake manifold 203 may be provided with a surge tank. In other words, the turbine 170 and the compressor 215 constitute a kind of turbocharger. An intercooler 217 is installed between the compressor 215 and the intake manifold 203, and is configured to cool the supercharged intake air. The supercharging efficiency is improved by the cooling effect of the intercooler 217.

吸気管214には、吸気の量を調節可能なスロットルバルブ218が配設されている。このスロットルバルブ218は、上述したECUと電気的に接続され且つ上述したECUにより上位に制御されるスロットルバルブモータ219から供給される駆動力により回転可能に構成された回転弁であり、スロットルバルブ218を境にした吸気管214の上流部分と下流部分とをほぼ遮断する全閉位置から、ほぼ全面的に連通させる全開位置まで、その回転位置が連続的に制御される構成となっている。尚、エンジン200は、空燃比制御(吸入空気量制御)を介してコントロールされる。   The intake pipe 214 is provided with a throttle valve 218 capable of adjusting the amount of intake air. The throttle valve 218 is a rotary valve that is electrically connected to the ECU described above and is configured to be rotatable by a driving force supplied from a throttle valve motor 219 that is controlled by the ECU above. The rotation position is continuously controlled from the fully closed position where the upstream portion and the downstream portion of the intake pipe 214 at the boundary are substantially blocked to the fully opened position where the intake pipe 214 communicates almost entirely. The engine 200 is controlled through air-fuel ratio control (intake air amount control).

尚、シリンダ#1〜#4を収容するシリンダブロック201における、シリンダ#1〜#4の外周部位には、LLC等の冷却水を循環供給するためのウォータジャケットが設けられており、シリンダ#1〜#4を含むエンジン200全体を冷却可能に構成されている。   A water jacket for circulating and supplying cooling water such as LLC is provided at the outer peripheral portion of the cylinders # 1 to # 4 in the cylinder block 201 that accommodates the cylinders # 1 to # 4. The whole engine 200 including # 4 is configured to be cooled.

尚、本実施形態において、エンジン200はガソリンエンジンとして構成されるが、本発明に係る内燃機関は、ディーゼル或いはアルコールを燃料とするエンジンにも同様に適用可能である。更には、気筒配列も多種多様であってよい。   In this embodiment, the engine 200 is configured as a gasoline engine. However, the internal combustion engine according to the present invention can be similarly applied to an engine using diesel or alcohol as fuel. Furthermore, the cylinder arrangement may be varied.

次に、EGR装置300について説明する。EGR装置300は、EGR通路310、EGRクーラ320及びEGRバルブ360を備え、排気の一部を吸気管214に循環させることが可能に構成されている。   Next, the EGR device 300 will be described. The EGR device 300 includes an EGR passage 310, an EGR cooler 320, and an EGR valve 360, and is configured to be able to circulate a part of the exhaust gas to the intake pipe 214.

EGR通路310は、その一端部が、後述されるEGR通路口151、迂回通路131及びスクロール部121を経由して排気マニホールド209に連通され、その内部が排気マニホールド209に連通する中空且つ金属製の配管であり、本発明に係る「EGR通路」の一例である。EGR通路310の他端部は、吸気マニホールド203との接続部位近傍において吸気管214に接続され、その内部で吸気管214と連通する構成となっている。尚、吸気マニホールド203又は上述した吸気管214は、本発明に係る「吸気系」の一例である。   One end of the EGR passage 310 is communicated with the exhaust manifold 209 via an EGR passage port 151, a bypass passage 131, and a scroll portion 121, which will be described later, and the inside thereof is a hollow and metal made communicating with the exhaust manifold 209. It is piping and is an example of the “EGR passage” according to the present invention. The other end of the EGR passage 310 is connected to the intake pipe 214 in the vicinity of the connection portion with the intake manifold 203, and communicates with the intake pipe 214 therein. The intake manifold 203 or the intake pipe 214 described above is an example of the “intake system” according to the present invention.

EGRクーラ320は、EGR通路310に設けられた冷却システム又は冷却装置である。EGRクーラ320は、外周部にエンジン200の冷却水配管が張り巡らされた構成を有し、EGR通路310に導かれEGRクーラ320を通過する排気(即ち、本実施形態に係る「EGRガス」の一例であり、以下、「EGRガス」と称する)は、この冷却水との熱交換により冷却され、下流側(即ち、吸気管214側)へ導かれる構成となっている。詳細には、EGRクーラ320には、夫々が上述したウォータジャケットに連通するインレットパイプ及びアウトレットパイプが接続されており、冷却水は、インレットパイプ321から当該冷却水配管に流入し、アウトレットパイプを介して当該冷却水配管の外に排出される。排出された冷却水は、エンジン200の冷却水循環系に還流され、所定の経路を経て再びインレットパイプから供給される。   The EGR cooler 320 is a cooling system or a cooling device provided in the EGR passage 310. The EGR cooler 320 has a configuration in which the cooling water piping of the engine 200 is stretched around the outer periphery, and the exhaust gas that is guided to the EGR passage 310 and passes through the EGR cooler 320 (that is, the “EGR gas” according to the present embodiment). This is an example, and hereinafter, referred to as “EGR gas”) is cooled by heat exchange with the cooling water and guided to the downstream side (that is, the intake pipe 214 side). Specifically, the EGR cooler 320 is connected to an inlet pipe and an outlet pipe, each of which communicates with the above-described water jacket. Cooling water flows from the inlet pipe 321 into the cooling water pipe, and passes through the outlet pipe. Are discharged outside the cooling water pipe. The discharged cooling water is returned to the cooling water circulation system of the engine 200, and is supplied again from the inlet pipe through a predetermined path.

EGRバルブ360は、EGR通路310に設置され、開度制御によりEGRガスの量を可変に制御することが可能に構成された電磁開閉弁である。EGRバルブ360は、上述したECU1と電気的に接続されており、その開度はECUにより上位に制御される構成となっている。   The EGR valve 360 is an electromagnetic on-off valve that is installed in the EGR passage 310 and configured to variably control the amount of EGR gas by opening degree control. The EGR valve 360 is electrically connected to the ECU 1 described above, and its opening degree is controlled by the ECU.

尚、EGRガスの導入可否を含めたEGRガス量自体は、EGRバルブ360の開度制御により可変に制御されるものであり、EGRバルブ360を如何なる開度に制御するかについては、上述したECUにより、例えば予め実験的に、経験的に、理論的に、又はシミュレーション等に基づいて、定常状態において、ドライバビリティに影響する動力性能を始め、エミッションとは異なる各種の要求性能を実践上問題が生じる程低下させることのない範囲で、NOx及びPMの発生を可及的に高効率に抑制し得るように適合されている。   Note that the EGR gas amount itself including whether or not the EGR gas is introduced is variably controlled by the opening degree control of the EGR valve 360, and the opening degree of the EGR valve 360 is controlled by the ECU described above. For example, based on experimental, empirical, theoretical, or simulation in advance, there is a practical problem with various performance requirements different from emissions, including power performance that affects drivability in steady state. It is adapted to suppress the generation of NOx and PM as efficiently as possible within a range that does not decrease so much as it occurs.

(詳細構成)
次に、図2を参照してタービンハウジング100の内部の詳細構成について説明する。ここに、図2は、本実施形態に係るタービンハウジングの構成を概念的に表してなる概略断面図である。
(Detailed configuration)
Next, the detailed configuration inside the turbine housing 100 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view conceptually showing the structure of the turbine housing according to the present embodiment.

図2に示されるように、タービンハウジング100の内部には、排気通路口111及び112、スクロール室121及び122、迂回通路131及び132、弁(所謂、ウェイストゲートバルブ)141及び142、EGR通路口151並びにタービン170を備えて構成されている。   As shown in FIG. 2, exhaust passage ports 111 and 112, scroll chambers 121 and 122, bypass passages 131 and 132, valves (so-called waste gate valves) 141 and 142, EGR passage ports are provided inside the turbine housing 100. 151 and a turbine 170.

排気通路口111には、シリンダ#1及び#4に連通した排気マニフォールド209から排気が導かれる。排気通路口112には、シリンダ#2及び#3に連通した排気マニフォールド210から排気が導かれる。   Exhaust gas is led to the exhaust passage port 111 from an exhaust manifold 209 communicating with the cylinders # 1 and # 4. Exhaust gas is guided to the exhaust passage port 112 from an exhaust manifold 210 communicating with the cylinders # 2 and # 3.

スクロール室121は、排気通路口111から導かれた排気を連続的にタービン170へ供給する。と同時に又は相前後して、スクロール室122は、排気通路口112から導かれた排気を連続的にタービン170へ供給する。尚、本実施形態に係るスクロール室121によって、本発明に係る「第1スクロール部」の一具体例が構成されている。また、本実施形態に係るスクロール室122によって、本発明に係る「第2スクロール部」の一具体例が構成されている。詳細には、スクロール室121及び122によって、所謂、ツインスクロールが構成されている。   The scroll chamber 121 continuously supplies the exhaust led from the exhaust passage port 111 to the turbine 170. At the same time or in succession, the scroll chamber 122 continuously supplies the exhaust guided from the exhaust passage port 112 to the turbine 170. The scroll chamber 121 according to the present embodiment constitutes a specific example of the “first scroll portion” according to the present invention. Further, the scroll chamber 122 according to the present embodiment constitutes one specific example of the “second scroll part” according to the present invention. Specifically, the scroll chambers 121 and 122 constitute a so-called twin scroll.

特に、迂回通路131は、スクロール室121へ導かれた排気を、タービン170を迂回してタービン170より下流側の排気管211に導入することができる。この迂回通路131を流れる排気の流量は、弁141の開度によって変化させることができる。概ね同様にして、迂回通路132は、スクロール室122へ導かれた排気を、タービン170を迂回してタービン170より下流側の排気管211に導入することができる。この迂回通路132を流れる排気の流量は、弁142の開度によって変化させることができる。尚、弁141及び弁142の開閉動作は、共通の部材を介して同時に実行されてよいし、或いは、個別に実行されてよい。   In particular, the bypass passage 131 can introduce the exhaust led to the scroll chamber 121 into the exhaust pipe 211 downstream of the turbine 170 while bypassing the turbine 170. The flow rate of the exhaust gas flowing through the bypass passage 131 can be changed by the opening degree of the valve 141. In substantially the same manner, the bypass passage 132 can introduce the exhaust gas guided to the scroll chamber 122 into the exhaust pipe 211 downstream of the turbine 170 while bypassing the turbine 170. The flow rate of the exhaust gas flowing through the bypass passage 132 can be changed by the opening degree of the valve 142. In addition, the opening / closing operation | movement of the valve 141 and the valve 142 may be performed simultaneously via a common member, or may be performed separately.

これにより、弁141及び弁142によって、タービン170に導かれるシリンダ#1乃至#4からの排気の流量と、タービンを迂回するシリンダ#1乃至#4からの排気の流量とを変化させることができ、吸気系の過給の圧力と排圧との割合を適切な値に設定可能である。これにより、気筒内での圧縮比を適切な値に設定することができ、ノッキングなどの気筒内での燃焼不良を効果的に抑制可能であり、ひいては燃費の悪化を効果的に抑制可能である
特に、迂回通路131は、スクロール室121へ導かれた排気の一部をEGRガスとして吸気系に再循環させるEGR通路310と、タービン170の上流側に位置するEGR通路口151を経由して連通している。ここに、本実施形態に係る「EGR通路」とは、例えば排気ポート、排気マニホールド及び排気管等を適宜に含み得る概念としての排気系から分岐し、吸気系へ排気の一部を還流させる通路を意味する。典型的には、このEGR通路は、例えば吸気ポート、吸気マニホールド及び吸気管等を適宜に含み得る概念としての吸気系に、直接若しくは間接的に、又はEGRバルブ等、EGRガスの流量を制御可能な弁装置等の状態に応じて限定的に連通する構成となっており、EGR通路に導かれる、上記の排気系に排出される排気の一部が、不活性のCO2を比較的大量に含むEGRガスとして吸気系に還流される構成となってよい。定性的に言えば、当該EGRガスが、吸気系に供給される吸気と幾らかなり混合されることによって、例えばNOx等(内燃機関の形態によっては、PM(Particulate Matter:粒子状物質)等を含む)、各種対象物質の発生が幾らかなり抑制される。これにより、迂回通路131がEGR通路310とタービン170の下流側で連通している場合と比較して、吸気系の過給の圧力より高圧な状態でEGRガスを吸気系に再循環させ、供給させることができるので、EGRガスをより適切な圧力で供給可能である。尚、本実施形態に係る迂回通路131によって、本発明に係る「第1迂回通路」の一具体例が構成されている。また、本実施形態に係る迂回通路132によって、本発明に係る「第2迂回通路」の一具体例が構成されている。
Thereby, the flow rate of the exhaust gas from the cylinders # 1 to # 4 guided to the turbine 170 and the flow rate of the exhaust gas from the cylinders # 1 to # 4 bypassing the turbine can be changed by the valve 141 and the valve 142. The ratio between the supercharging pressure and the exhaust pressure in the intake system can be set to an appropriate value. Thereby, the compression ratio in the cylinder can be set to an appropriate value, combustion failure in the cylinder such as knocking can be effectively suppressed, and deterioration of fuel consumption can be effectively suppressed. In particular, the bypass passage 131 communicates via an EGR passage 310 that recirculates a part of the exhaust gas guided to the scroll chamber 121 to the intake system as EGR gas, and an EGR passage port 151 located upstream of the turbine 170. is doing. Here, the “EGR passage” according to the present embodiment is a passage that branches from an exhaust system as a concept that may appropriately include, for example, an exhaust port, an exhaust manifold, an exhaust pipe, and the like, and recirculates part of the exhaust to the intake system. Means. Typically, this EGR passage can control the flow rate of EGR gas directly or indirectly to an intake system as a concept that can appropriately include, for example, an intake port, an intake manifold and an intake pipe, or an EGR valve. The exhaust system led to the EGR passage and exhausted to the exhaust system contains a relatively large amount of inactive CO 2. The EGR gas may be recirculated to the intake system. Qualitatively speaking, the EGR gas is somewhat mixed with the intake air supplied to the intake system, and thus includes, for example, NOx or the like (PM (Particulate Matter: particulate matter) depending on the form of the internal combustion engine). ), The generation of various target substances is somewhat suppressed. As a result, compared with the case where the bypass passage 131 communicates with the EGR passage 310 on the downstream side of the turbine 170, the EGR gas is recirculated to the intake system in a state higher than the supercharging pressure of the intake system. Therefore, EGR gas can be supplied at a more appropriate pressure. The detour passage 131 according to the present embodiment constitutes a specific example of the “first detour passage” according to the present invention. The detour passage 132 according to the present embodiment constitutes a specific example of the “second detour passage” according to the present invention.

具体的には、迂回通路131の流路断面積は、迂回通路132の流路断面積より小さいことが好ましい。尚、迂回通路131の流路断面積は、迂回通路132の流路断面積より小さくさせることに加えて又は代えて、迂回通路131の弁141の開口面積を、迂回通路132の弁142の開口面積より小さくさせてよい。これにより、EGR通路310に連通していることで排圧が、迂回通路132よりも減少傾向にある迂回通路131において、迂回通路131の排圧を流路断面積に応じて増加させることができる。これにより、迂回通路131の排圧と、迂回通路132の排圧との差を効果的に低減することができる。これにより、迂回通路131に排気を排出するシリンダ#1及び#4の内部の圧力と、迂回通路132に排気を排出するシリンダ#2及び#3の内部の圧力との差を効果的に低減させることができる。これにより、シリンダ#1及び#4内の残留ガス量と、シリンダ#2及び#3内の残留ガス量との差を効果的に低減させることができ、ひいては、シリンダ#1及び#4内の燃焼状態と、シリンダ#2及び#3内の燃焼状態との差を効果的に低減させることができる。仮に、迂回通路131の流路断面積と、迂回通路132の流路断面積とが等しい場合、或いは、迂回通路131の流路断面積が、迂回通路132の流路断面積より大きい場合、迂回通路131は、EGR通路と連通しているため排気の圧力は低下してしまい、シリンダ#1及び#4内の圧力に影響を与える排圧と、シリンダ#2及び#3内の圧力に影響を与える排圧との間に差が生じてしまい、エンジンの異常振動などの不具合が発生する可能性が生じる。   Specifically, the cross-sectional area of the bypass passage 131 is preferably smaller than the cross-sectional area of the bypass passage 132. In addition to or instead of making the flow passage cross-sectional area of the bypass passage 131 smaller than the flow passage cross-sectional area of the bypass passage 132, the opening area of the valve 141 of the bypass passage 131 is set to the opening of the valve 142 of the bypass passage 132. You may make it smaller than an area. As a result, the exhaust pressure of the bypass passage 131 can be increased according to the cross-sectional area of the bypass passage 131 in the bypass passage 131 in which the exhaust pressure tends to decrease as compared with the bypass passage 132 by communicating with the EGR passage 310. . Thereby, the difference between the exhaust pressure of the bypass passage 131 and the exhaust pressure of the bypass passage 132 can be effectively reduced. This effectively reduces the difference between the pressure inside the cylinders # 1 and # 4 that exhaust the exhaust gas to the bypass passage 131 and the pressure inside the cylinders # 2 and # 3 that exhaust the exhaust gas to the bypass passage 132. be able to. As a result, the difference between the residual gas amount in the cylinders # 1 and # 4 and the residual gas amount in the cylinders # 2 and # 3 can be effectively reduced. The difference between the combustion state and the combustion state in the cylinders # 2 and # 3 can be effectively reduced. If the cross-sectional area of the bypass passage 131 is equal to the cross-sectional area of the bypass passage 132, or if the cross-sectional area of the bypass passage 131 is larger than the cross-sectional area of the bypass passage 132, Since the passage 131 communicates with the EGR passage, the pressure of the exhaust gas decreases, and the exhaust pressure that affects the pressure in the cylinders # 1 and # 4 and the pressure in the cylinders # 2 and # 3 are affected. There is a difference between the exhaust pressure to be applied and there is a possibility that problems such as abnormal vibration of the engine may occur.

一般的に、排気マニフォールド209、スクロール室121及び迂回通路131へ排気を排出するシリンダ#1及び#4内の残留ガス量と、排気マニフォールド210、スクロール室122及び迂回通路132へ排気を排出するシリンダ#2及び#3内の残留ガス量との差は、内燃機関の負荷(典型的には、吸入空気量)が大きくなるに従って大きくなる。従って、上述した迂回通路131の流路断面積は、迂回通路132の流路断面積より小さいことに加えて又は代えて、迂回通路131の流路断面積と迂回通路132の流路断面積とは、内燃機関の負荷が最大である運転状態の下で、スクロール室121を流れる排気流量とスクロール室122を流れる排気流量とが等しくなるように設定されることが好ましい。より具体的には、EGRガスを再循環又は還流させた状態で、最大の空気量となるエンジンの運転状態の下で、スクロール室121を流れる排気流量とスクロール室122を流れる排気流量とが等しくなるように設定されることが好ましい。これにより、シリンダ#1及び#4内の残留ガス量と、シリンダ#2及び#3内の残留ガス量との差を内燃機関の負荷の広範囲において、シリンダ#1及び#4内の残留ガス量と、シリンダ#2及び#3内の残留ガス量との差をより効果的に低減させることができ、ひいては、シリンダ#1及び#4内の燃焼状態と、シリンダ#2及び#3内の燃焼状態との差をより効果的に低減させることができる。これにより、シリンダ#1から#4における残留ガス量を効果的に等しくさせることができ、ひいては、シリンダ#1から#4における燃焼状態を効果的に等しくさせることができる。   Generally, the amount of residual gas in cylinders # 1 and # 4 that exhausts exhaust to exhaust manifold 209, scroll chamber 121, and bypass passage 131, and the cylinder that exhausts exhaust to exhaust manifold 210, scroll chamber 122, and bypass passage 132 The difference from the amount of residual gas in # 2 and # 3 increases as the load (typically intake air amount) of the internal combustion engine increases. Therefore, in addition to or instead of the flow path cross-sectional area of the bypass path 131 being smaller than the flow path cross-sectional area of the bypass path 132, the flow path cross-sectional area of the bypass path 131 and the flow path cross-sectional area of the bypass path 132 are Is preferably set so that the exhaust flow rate flowing through the scroll chamber 121 and the exhaust flow rate flowing through the scroll chamber 122 become equal under an operating condition in which the load of the internal combustion engine is maximum. More specifically, the exhaust flow rate flowing through the scroll chamber 121 and the exhaust flow rate flowing through the scroll chamber 122 are equal under the engine operating state where the maximum amount of air is obtained with the EGR gas recirculated or recirculated. It is preferable to set so as to be. As a result, the difference between the residual gas amount in the cylinders # 1 and # 4 and the residual gas amount in the cylinders # 2 and # 3 is determined over a wide range of the load of the internal combustion engine, and the residual gas amount in the cylinders # 1 and # 4. And the residual gas amount in the cylinders # 2 and # 3 can be reduced more effectively. As a result, the combustion state in the cylinders # 1 and # 4 and the combustion in the cylinders # 2 and # 3 can be reduced. The difference from the state can be reduced more effectively. Thereby, the residual gas amounts in the cylinders # 1 to # 4 can be effectively equalized, and consequently the combustion states in the cylinders # 1 to # 4 can be effectively equalized.

以上の結果、本実施形態によれば、ツインスクロール型の過給機において、(i)吸気系の過給の圧力と排圧との割合の適切な調整、及び(ii)EGRガスの供給圧の適切な調整を実現し、低速の運転領域での高過給を実現可能である。   As a result, according to the present embodiment, in the twin scroll type supercharger, (i) appropriate adjustment of the ratio between the supercharging pressure and the exhaust pressure in the intake system, and (ii) the supply pressure of EGR gas Therefore, it is possible to achieve high supercharging in a low speed operation region.

(本実施形態に係る作用及び効果の検討)
次に、図3及び図4に加えて、上述した図2を適宜参照して、本実施形態に係る作用及び効果について検討する。ここに、図3は、本実施形態に係る排気マニフォールドを、流路に着目して概念的に示した模式図(図3(a))及び比較例に係る排気マニフォールドを、流路の長さに着目して概念的に示した模式図(図3(b))である。図4は、本実施形態に係るシリンダ#1から#4における各行程の時期を概念的に示したタイミングチャートである。尚、図4中の各行程は説明の便宜上、クランク角度の180度に対応し、このクランク角度とエンジン回転速度によって各行程の時間を一義的に定義することができる。
(Examination of actions and effects according to this embodiment)
Next, in addition to FIGS. 3 and 4, the operation and effects according to the present embodiment will be examined with reference to FIG. 2 described above as appropriate. FIG. 3 is a schematic diagram conceptually showing the exhaust manifold according to the present embodiment focusing on the flow path (FIG. 3A) and the exhaust manifold according to the comparative example. It is the schematic diagram (FIG.3 (b)) shown conceptually paying attention to. FIG. 4 is a timing chart conceptually showing the timing of each stroke in the cylinders # 1 to # 4 according to the present embodiment. For convenience of explanation, each stroke in FIG. 4 corresponds to a crank angle of 180 degrees, and the time of each stroke can be uniquely defined by the crank angle and the engine rotation speed.

(EGRガスの冷却システムの熱負荷の低減)
先ず、EGRガスを冷却する冷却システムの熱負荷を低減させる原理について説明する。図3(a)及び上述した図2に示されるように、シリンダ#1と、シリンダ#1及び#4から排出された排気が合流する合流部209aとの間の流路の長さは、シリンダ#2と、シリンダ#2及び#3から排出された排気が合流する合流部210aとの間の流路の長さより大きいことに加えて、シリンダ#3と、合流部210aとの間の流路の長さより大きいことが好ましい。更に、シリンダ#4と、合流部209aとの間の流路の長さは、シリンダ#2と、合流部210aとの間の流路の長さより大きいことに加えて、シリンダ#3と、合流部210aとの間の流路の長さより大きいことが好ましい。これにより、シリンダ#1及び#4から排出された排気が合流するまでの時間を、シリンダ#2及び#3から排出された排気が合流するまで時間より大きくさせることができる。従って、シリンダ#1及び#4から排出された排気が気筒の燃焼室以外の排気系で燃焼すること(所謂、後燃え)を、シリンダ#2及び#3から排出された排気よりも多量に行わせ、シリンダ#1及び#4から排出された排気が合流することによって排気中に含まれる酸素が増大することを効果的に抑制することができる。これにより、排気マニフォールド209、スクロール室121、迂回通路131及びEGR通路口151を経由してEGR通路310へ導かれる排気の温度を、排気マニフォールド210、スクロール室122、迂回通路132へ導かれる排気の温度よりも低くさせることができる。この結果、EGR通路310に設けられる冷却システムに掛かる熱負荷を効果的に軽減することができる。以上の結果、より効果的に冷却されたEGRガスによって、吸気の温度が低下させることが可能であり、この低下した吸気により、気筒内に吸入される吸気量が増加するため、エンジンの出力を向上させることができる。
(Reducing the thermal load of the EGR gas cooling system)
First, the principle of reducing the thermal load of the cooling system that cools the EGR gas will be described. As shown in FIG. 3A and FIG. 2 described above, the length of the flow path between the cylinder # 1 and the merging portion 209a where the exhaust discharged from the cylinders # 1 and # 4 merges is the cylinder In addition to being larger than the length of the flow path between # 2 and the merge section 210a where the exhaust discharged from the cylinders # 2 and # 3 merges, the flow path between the cylinder # 3 and the merge section 210a It is preferable that the length is larger. Further, the length of the flow path between the cylinder # 4 and the merging portion 209a is larger than the length of the flow path between the cylinder # 2 and the merging portion 210a. It is preferable that it is larger than the length of the flow path between the part 210a. Thereby, the time until the exhaust discharged from the cylinders # 1 and # 4 joins can be made longer than the time until the exhaust discharged from the cylinders # 2 and # 3 joins. Therefore, the exhaust discharged from the cylinders # 1 and # 4 is burned in the exhaust system other than the cylinder combustion chamber (so-called afterburning) in a larger amount than the exhaust discharged from the cylinders # 2 and # 3. Therefore, it is possible to effectively suppress an increase in oxygen contained in the exhaust gas by joining the exhaust gases discharged from the cylinders # 1 and # 4. Accordingly, the temperature of the exhaust gas guided to the EGR passage 310 via the exhaust manifold 209, the scroll chamber 121, the bypass passage 131, and the EGR passage port 151 is changed to the exhaust manifold 210, the scroll chamber 122, and the bypass passage 132. It can be made lower than the temperature. As a result, the heat load applied to the cooling system provided in the EGR passage 310 can be effectively reduced. As a result of the above, it is possible to reduce the temperature of the intake air by the EGR gas cooled more effectively, and this reduced intake air increases the amount of intake air that is taken into the cylinder. Can be improved.

一般的に、各シリンダで燃焼した排気(又は排気ガス)は、排気バルブから排出された後も、排気中の残存酸素と未燃物によって、自ら燃焼している。即ち、仮に、シリンダ#1及び#4から排出された排気が合流するまでの流路の長さが、シリンダ#2及び#3から排出された排気が合流するまでの流路の長さより小さい場合、酸素や未燃物が多い状態で、排気が合流し、それらの酸素や未燃物が加算されるため、燃焼の反応が活発化し、排気の温度が上昇してしまう可能性が高いという技術的な問題点が生じる。   Generally, the exhaust gas (or exhaust gas) burned in each cylinder is burned by the residual oxygen and unburned substances in the exhaust gas even after being discharged from the exhaust valve. That is, if the length of the flow path until the exhaust discharged from the cylinders # 1 and # 4 merges is smaller than the length of the flow path until the exhaust discharged from the cylinders # 2 and # 3 merges Technology that exhausts merge and oxygen and unburned substances are added in a state where there are a lot of oxygen and unburned substances, so that the combustion reaction is activated and the temperature of the exhaust gas is likely to rise. Problems arise.

(排気干渉の発生の抑制(その1))
次に、排気干渉の発生を抑制する原理(その1)について説明する。図2及び図3(a)に示されるように、上述したシリンダ#1及び#4から排気マニフォールド209に排気が供給される一の排気系と、シリンダ#2及び#3から排気マニフォールド210に排気が供給される他の排気系とを物理的に分けることで、上述した合流部209aを経由して、シリンダ#1及び#4から排出される排気と、上述した合流部210aを経由して、シリンダ#2及び#3から排出される排気とを物理的に分けて過給機へ導かせることができる。これにより、シリンダ#1及び#4から排出される排気と、シリンダ#2及び#3から排出される排気とが互いにぶつかり合い排気の流速を低減させる排気干渉の発生を効果的に抑制することができる。この結果、排気干渉に起因する排圧の上昇を抑制し、シリンダ#1及び#4から排出される排気並びにシリンダ#2及び#3から排出される排気を適切且つ迅速に排出可能であるので、複数の気筒へ吸気を適切且つ迅速に吸引させ、気筒内での燃焼不良を効果的に抑制可能であり、ひいては燃費の悪化を効果的に抑制可能である。仮に、図3(b)に示されるように、シリンダ#1乃至#4からの排気が1つの合流部に合流する場合、シリンダ#1乃至#4から夫々排出される排気が互いにぶつかり合い排気の流速を低減させる排気干渉が発生する度合いが大きくなり、排圧が上昇してしまい、複数の気筒からの排気がスムーズに排出されなくなるという技術的な問題点が生じる。
(Suppression of exhaust interference (part 1))
Next, the principle (part 1) for suppressing the occurrence of exhaust interference will be described. As shown in FIG. 2 and FIG. 3A, the above-described one exhaust system in which exhaust gas is supplied from the cylinders # 1 and # 4 to the exhaust manifold 209 and exhaust gas from the cylinders # 2 and # 3 to the exhaust manifold 210 are exhausted. Is physically separated from the other exhaust system supplied with the exhaust gas discharged from the cylinders # 1 and # 4 via the merging portion 209a and the merging portion 210a. The exhaust discharged from the cylinders # 2 and # 3 can be physically separated and guided to the supercharger. This effectively suppresses the occurrence of exhaust interference that causes the exhaust exhausted from cylinders # 1 and # 4 and the exhaust exhausted from cylinders # 2 and # 3 to collide with each other and reduce the exhaust flow velocity. it can. As a result, an increase in exhaust pressure caused by exhaust interference can be suppressed, and exhaust exhausted from cylinders # 1 and # 4 and exhaust exhausted from cylinders # 2 and # 3 can be appropriately and quickly exhausted. The intake air can be sucked into a plurality of cylinders appropriately and quickly, and combustion failure in the cylinders can be effectively suppressed, and deterioration of fuel consumption can be effectively suppressed. As shown in FIG. 3B, when the exhaust from the cylinders # 1 to # 4 merges into one merging portion, the exhaust discharged from the cylinders # 1 to # 4 collides with each other and The degree of occurrence of exhaust interference that reduces the flow velocity increases, exhaust pressure increases, and technical problems arise that exhaust from a plurality of cylinders cannot be discharged smoothly.

(排気干渉の発生の抑制(その2))
次に、排気干渉の発生を抑制する原理(その2)について説明する。図4に示されるように、シリンダ#1の排気行程の実施時期(図4中の時間T4を参照)と、シリンダ#4の排気行程の実施時期(図4中の時間T2を参照)との間の時間間隔は、シリンダ#1の排気行程の実施時期と、シリンダ#2又は#3の排気行程の実施時期(図4中の時間T3、T5又はT1を参照)との間の時間間隔より長くなるように設定することが好ましい。典型的には、シリンダ#1の排気行程の実施時期とシリンダ#4の排気行程の実施時期とのクランク角度を360度だけずらすことが好ましい。これにより、シリンダ#1の排気行程において排出される排気(図3及び図4中の時刻T4での排気を参照)と、シリンダ#4の排気行程において排出される排気(図3及び図4中の時刻T2での排気を参照)とが互いにぶつかり合い排気の流速を低減させる排気干渉の発生を、より効果的に抑制することができる。この結果、排気干渉に起因する排圧の上昇を抑制し、シリンダ#1及び#4から排出される排気を適切且つ迅速に排出可能であるので、複数の気筒へ吸気を適切且つ迅速に吸引させ、気筒内での燃焼不良を効果的に抑制可能であり、ひいては燃費の悪化を効果的に抑制可能である。尚、概ね同様の理由によって、シリンダ#2の排気行程の実施時期(図4中の時間T3を参照)と、シリンダ#3の排気行程の実施時期(図4中の時間T5又はT1を参照)との間の時間間隔は、シリンダ#2の排気行程の実施時期と、シリンダ#1又は#4の排気行程の実施時期(図4中の時間T4又はT2を参照)との間の時間間隔より長くなるように設定することが好ましい。
(Suppression of exhaust interference (part 2))
Next, the principle (part 2) for suppressing the occurrence of exhaust interference will be described. As shown in FIG. 4, the exhaust time of cylinder # 1 (see time T4 in FIG. 4) and the exhaust time of cylinder # 4 (see time T2 in FIG. 4). The time interval between them is based on the time interval between the timing of exhaust stroke of cylinder # 1 and the timing of exhaust stroke of cylinder # 2 or # 3 (see time T3, T5 or T1 in FIG. 4). It is preferable to set the length to be long. Typically, it is preferable to shift the crank angle between the execution timing of the exhaust stroke of cylinder # 1 and the execution timing of the exhaust stroke of cylinder # 4 by 360 degrees. As a result, the exhaust discharged in the exhaust stroke of cylinder # 1 (see the exhaust at time T4 in FIGS. 3 and 4) and the exhaust discharged in the exhaust stroke of cylinder # 4 (in FIGS. 3 and 4). Occurrence of exhaust interference that collides with each other and reduces the flow rate of exhaust gas can be more effectively suppressed. As a result, an increase in exhaust pressure due to exhaust interference can be suppressed, and exhaust exhausted from cylinders # 1 and # 4 can be exhausted appropriately and quickly. In addition, it is possible to effectively suppress the combustion failure in the cylinder, and thus it is possible to effectively suppress the deterioration of the fuel consumption. For the same reason, the timing of exhaust stroke of cylinder # 2 (see time T3 in FIG. 4) and the timing of exhaust stroke of cylinder # 3 (see time T5 or T1 in FIG. 4). Is a time interval between the timing of exhausting the cylinder # 2 and the timing of exhausting the cylinder # 1 or # 4 (see time T4 or T2 in FIG. 4). It is preferable to set the length to be long.

以上の結果、本実施形態によれば、ツインスクロール型の過給機において、上述した(i)吸気系の過給の圧力と排圧との割合の適切な調整、及び(ii)EGRガスの供給圧の適切な調整に加えて、(iii)EGRガスの冷却システムの熱負荷の効果的な低減、及び(iv)排気干渉の発生の効果的な抑制を実現し、低速の運転領域での高過給を実現可能である。   As a result of the above, according to the present embodiment, in the twin scroll type supercharger, (i) appropriate adjustment of the ratio of the supercharging pressure and exhaust pressure in the intake system, and (ii) the EGR gas In addition to the appropriate adjustment of the supply pressure, (iii) effective reduction of the heat load of the EGR gas cooling system, and (iv) effective suppression of the occurrence of exhaust interference, High supercharging can be realized.

上述した実施形態では、4気筒エンジンについて説明したが、6気筒エンジン等の多気筒エンジンにも適用可能である。   In the above-described embodiment, a four-cylinder engine has been described. However, the present invention can be applied to a multi-cylinder engine such as a six-cylinder engine.

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の排気還流装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the spirit or idea of the invention that can be read from the claims and the entire specification. A reflux apparatus is also included in the technical scope of the present invention.

本実施形態に係るエンジンシステム10の構成を概念的に表してなる概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram conceptually showing a configuration of an engine system 10 according to the present embodiment. 本実施形態に係るタービンハウジングの構成を概念的に表してなる概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which expresses the composition of the turbine housing concerning this embodiment notionally. 本実施形態に係る排気マニフォールドを、流路に着目して概念的に示した模式図(図3(a))及び比較例に係る排気マニフォールドを、流路の長さに着目して概念的に示した模式図(図3(b))である。The schematic diagram (FIG. 3A) conceptually showing the exhaust manifold according to the present embodiment focusing on the flow path and the exhaust manifold according to the comparative example conceptually focusing on the length of the flow path. It is the schematic diagram shown (FIG.3 (b)). 本実施形態に係るシリンダ#1から#4における各行程の時期を概念的に示したタイミングチャートである。It is a timing chart which showed notionally the time of each stroke in cylinders # 1 to # 4 concerning this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1…ECU、10…エンジンシステム、100…タービンハウジング、111及び112…排気通路口、121及び122…スクロール室、131及び132…迂回通路、141及び142…弁(所謂、ウェイストゲートバルブ)、151…EGR通路口、170…タービン、200…エンジン、300…EGR装置、310…EGR通路、320…EGRクーラ、360…EGRバルブ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... ECU, 10 ... Engine system, 100 ... Turbine housing, 111 and 112 ... Exhaust passage port, 121 and 122 ... Scroll chamber, 131 and 132 ... Detour passage, 141 and 142 ... Valve (so-called waste gate valve), 151 ... EGR passage port, 170 ... turbine, 200 ... engine, 300 ... EGR device, 310 ... EGR passage, 320 ... EGR cooler, 360 ... EGR valve.

Claims (9)

複数の気筒を有する内燃機関の排気系にタービンを有すると共に前記内燃機関の吸気系にて過給を行う過給機と、
前記複数の気筒のうち第1気筒群からの第1排気が合流する第1合流部を含むと共に、前記第1合流部を経由して前記第1排気を前記過給機へ導く第1排気通路と、
前記複数の気筒のうち第2気筒群からの第2排気が合流する第2合流部を含むと共に、前記第2合流部を経由して前記第2排気を前記過給機へ導く第2排気通路と、
前記第1排気を前記第1排気通路から前記タービンに連続的に導く第1スクロール部と、
前記第2排気を前記第2排気通路から前記タービンに連続的に導く第2スクロール部と、
前記第1スクロール部へ導かれた前記第1排気を、前記タービンを迂回して前記タービンより下流側に導入可能であることに加えて、前記第1スクロール部へ導かれた前記第1排気の一部をEGRガスとして前記吸気系に再循環させるEGR通路と前記タービンの上流側で連通している第1迂回通路と、
前記第2スクロール部へ導かれた前記第2排気を、前記タービンを迂回して前記タービンより下流側に導入可能である第2迂回通路と
を備えることを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
A turbocharger having a turbine in an exhaust system of an internal combustion engine having a plurality of cylinders and supercharging in an intake system of the internal combustion engine;
A first exhaust passage that includes a first merging portion where the first exhaust from the first cylinder group of the plurality of cylinders merges, and that guides the first exhaust to the supercharger via the first merging portion. When,
A second exhaust passage that includes a second merging portion where the second exhaust from the second cylinder group of the plurality of cylinders merges, and guides the second exhaust to the supercharger via the second merging portion. When,
A first scroll portion for continuously guiding the first exhaust from the first exhaust passage to the turbine;
A second scroll portion for continuously guiding the second exhaust from the second exhaust passage to the turbine;
In addition to being able to introduce the first exhaust gas guided to the first scroll part to the downstream side of the turbine by bypassing the turbine, the first exhaust gas guided to the first scroll part An EGR passage for recirculating a part of the EGR gas to the intake system and a first bypass passage communicating with the upstream side of the turbine;
An exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine, comprising: a second bypass passage capable of bypassing the second exhaust gas guided to the second scroll portion and introducing the second exhaust gas downstream from the turbine.
前記第1気筒群に含まれる一の気筒と前記第1合流部との間の流路の長さは、前記第2気筒群に含まれる他の気筒と前記第2合流部との間の流路の長さより大きいことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気還流装置。   The length of the flow path between one cylinder included in the first cylinder group and the first merging portion is the flow between another cylinder included in the second cylinder group and the second merging portion. 2. The exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the exhaust gas recirculation device is longer than a length of the path. 前記第1迂回通路の流路断面積は、前記第2迂回通路の流路断面積より小さいことを特徴とする請求項1又は2に記載の内燃機関の排気還流装置。   3. The exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein a flow passage cross-sectional area of the first bypass passage is smaller than a flow passage cross-sectional area of the second bypass passage. 前記第1迂回通路の流路断面積と前記第2迂回通路の流路断面積とは、前記内燃機関の負荷が最大である運転状態の下で、前記第1スクロール部を流れる排気流量と前記第2スクロール部を流れる排気流量とが等しくなるように設定されていることを特徴とする請求項1から3のうちいずれか一項に記載の内燃機関の排気還流装置。   The flow passage cross-sectional area of the first bypass passage and the flow passage cross-sectional area of the second bypass passage are the exhaust flow rate flowing through the first scroll portion under the operating condition where the load of the internal combustion engine is maximum, and The exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the exhaust gas flow rate flowing through the second scroll portion is set to be equal. 前記第1迂回通路及び前記第2迂回通路は、弁体によって遮断可能であり、
前記第1迂回通路における前記弁体の第1開口面積は、前記第2迂回通路における前記弁体の第2開口面積より小さいことを特徴とする請求項1から4のうちいずれか一項に記載の内燃機関の排気還流装置。
The first bypass passage and the second bypass passage can be blocked by a valve body,
The first opening area of the valve body in the first bypass path is smaller than the second opening area of the valve body in the second bypass path. An exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine.
前記第1開口面積と前記第2開口面積とは、前記内燃機関の負荷が最大である運転状態の下で、前記第1スクロール部を流れる排気流量と前記第2スクロール部を流れる排気流量とが等しくなるように設定されていることを特徴とする請求項1から5のうちいずれか一項に記載の内燃機関の排気還流装置。   The first opening area and the second opening area are defined as an exhaust flow rate flowing through the first scroll portion and an exhaust flow rate flowing through the second scroll portion under an operating state in which the load of the internal combustion engine is maximum. The exhaust gas recirculation apparatus for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5, wherein the exhaust gas recirculation apparatus is set to be equal. 前記第1迂回通路は、前記タービンを迂回して前記タービンより下流側に導かれる前記第1排気の流量を変化可能な第1弁を有し、
前記第2迂回通路は、前記タービンを迂回して前記タービンより下流側に導かれる前記第2排気の流量を変化可能な第2弁を有することを特徴とする請求項1から6のうちいずれか一項に記載の内燃機関の排気還流装置。
The first bypass passage has a first valve capable of changing the flow rate of the first exhaust gas that bypasses the turbine and is guided downstream from the turbine;
The said 2nd bypass path has a 2nd valve which can change the flow volume of the said 2nd exhaust gas which bypasses the said turbine and is guide | induced to the downstream from the said turbine. The exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine according to one item.
前記第1気筒群に含まれる一の気筒の排気行程の実施時期と、前記第1気筒群に含まれる他の気筒の排気行程の実施時期との間の時間間隔は、前記一の気筒の排気行程の実施時期と、前記第2気筒群に含まれる他の気筒の排気行程の実施時期との間の時間間隔より長いことを特徴とする請求項1から7のうちいずれか一項に記載の内燃機関の排気還流装置。   The time interval between the execution timing of the exhaust stroke of one cylinder included in the first cylinder group and the execution timing of the exhaust stroke of other cylinders included in the first cylinder group is the exhaust time of the one cylinder. The time interval between the execution timing of the stroke and the execution timing of the exhaust stroke of another cylinder included in the second cylinder group is longer than any one of claims 1 to 7. An exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine. 前記第2気筒群に含まれる一の気筒の排気行程の実施時期と、前記第2気筒群に含まれる他の気筒の排気行程の実施時期との間の時間間隔は、前記一の気筒の排気行程の実施時期と、前記第1気筒群に含まれる他の気筒の排気行程の実施時期との間の時間間隔より長いことを特徴とする請求項1から8のうちいずれか一項に記載の内燃機関の排気還流装置。   The time interval between the execution timing of the exhaust stroke of one cylinder included in the second cylinder group and the execution timing of the exhaust stroke of other cylinders included in the second cylinder group is the exhaust time of the one cylinder. 9. The method according to claim 1, wherein a time interval between an execution time of a stroke and an execution time of an exhaust stroke of another cylinder included in the first cylinder group is longer. An exhaust gas recirculation device for an internal combustion engine.
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