JP2017008863A - Suction/exhaust system of internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To recirculate exhausted air from an exhaust passage to a suction passage while performing supercharging.SOLUTION: A suction/exhaust system of an internal combustion engine includes: cylinders 13a-13d provided in an engine 10; a suction passage 20 introducing suctioned air into the cylinder 13a-13d; a low-pressure stage supercharger 50 and a high-pressure stage supercharger 60 configured to compress suctioned air; exhaust passages 31a-31c introducing into the high-pressure stage supercharger 60 exhausted air discharged from each of the cylinders 13a-13c among the cylinders 13a-13d; exhaust passages 31d, 31e provided so as to avoid the high-pressure stage supercharger 60, and introducing exhausted air discharged from the cylinder 13d into the low-pressure stage supercharger 50 provided on a downstream side with respect to the high-pressure stage supercharger 60; and an EGR passage 40 connecting between the exhaust passage 31d and the suction passage 20, and recirculating exhausted air discharged from the cylinder 13d to the suction passage 20.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、内燃機関の吸排気システムに関し、より詳細には、複数の過給機を有する内燃機関の吸排気システムに関する。   The present invention relates to an intake / exhaust system for an internal combustion engine, and more particularly to an intake / exhaust system for an internal combustion engine having a plurality of superchargers.

内燃機関であるエンジンの吸排気システムは、エンジンの燃焼に必要な吸気をエンジンに供給すると共に、燃焼後の排気を排出するシステムである。この吸排気システムは、排気の還流通路と、吸気を圧縮する過給機とを有する。還流通路は、エンジンの燃焼温度を下げる観点等から、エンジンから排気通路へ排出された排気の一部を、吸気をエンジンに導入する吸気通路に還流させる通路である。   An intake / exhaust system of an engine that is an internal combustion engine is a system that supplies intake air necessary for combustion of the engine to the engine and exhausts exhaust gas after combustion. The intake / exhaust system includes an exhaust gas recirculation passage and a supercharger that compresses intake air. The recirculation passage is a passage that recirculates a part of the exhaust discharged from the engine to the exhaust passage to the intake passage for introducing the intake air into the engine from the viewpoint of lowering the combustion temperature of the engine.

過給機は、排気通路の排気を利用して吸気通路の吸気を過給する圧縮する。例えば、下記の特許文献1には、低圧段過給機と高圧段過給機とを有し、吸気を低圧段と高圧段の二段階に分けて昇圧する二段過給システムが開示されている。   The supercharger uses the exhaust gas in the exhaust passage to compress the intake air in the intake passage. For example, Patent Document 1 below discloses a two-stage supercharging system that has a low-pressure stage supercharger and a high-pressure stage supercharger and boosts intake air in two stages, a low-pressure stage and a high-pressure stage. Yes.

特開2007−138845号公報JP 2007-138845 A

近年、燃費向上等の観点から、過給機による更なる高過給化が要請されている。しかし、高過給化を実現すべく特許文献1に示す二段過給システムのように直列に配列された二つの過給機の動作効率を上げる場合には、エンジンの全ての気筒からの排気の圧力が過大になってしまい、吸気通路に排気を適切に還流させることができなくなる恐れがある。また、全ての気筒の排気が高圧段過給機を通過した後に低圧段過給機に導入されるため、低圧段過給機の動作効率を上げることが困難である。   In recent years, there has been a demand for higher supercharging with a supercharger from the viewpoint of improving fuel efficiency. However, when increasing the operating efficiency of two superchargers arranged in series as in the two-stage supercharging system shown in Patent Document 1 in order to achieve high supercharging, exhaust from all cylinders of the engine There is a possibility that the pressure of the exhaust gas becomes excessive, and the exhaust gas cannot be properly recirculated into the intake passage. In addition, since exhaust gas from all cylinders is introduced into the low pressure turbocharger after passing through the high pressure turbocharger, it is difficult to increase the operating efficiency of the low pressure turbocharger.

そこで、本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、高過給化を実現しつつ、排気通路から吸気通路へ排気を適切に還流させることを目的とする。   Therefore, the present invention has been made in view of these points, and an object thereof is to appropriately recirculate exhaust gas from an exhaust passage to an intake passage while realizing high supercharging.

本発明の一の態様においては、内燃機関内に設けれ、3つ以上の気筒を含む気筒群と、前記気筒群に吸気を導入する吸気通路と、前記吸気を圧縮する低圧段過給機及び高圧段過給機と、前記気筒群のうちの複数の第1気筒の各々から排出される排気を、前記高圧段過給機に導入する第1排気通路と、前記高圧段過給機を迂回するように設けられ、前記気筒群のうちの前記第1気筒とは異なる第2気筒から排出される排気を、前記高圧段過給機よりも下流側に設けられた前記低圧段過給機に導入する第2排気通路と、前記第2排気通路と前記吸気通路との間を接続し、前記第2気筒から排出される排気を前記吸気通路へ還流させる還流通路と、を備えることを特徴とする内燃機関の吸排気システムを提供する。
かかる吸排気システムによれば、高圧段過給機に複数の気筒の排気が安定して導入されるため、高圧段過給機の動作効率を高めることができる。また、第1排気通路と第2排気通路のうちの第2排気通路が還流通路と接続されているため、複数の排気通路が還流通路と接続されている場合に比べて、吸気通路の吸気の圧力に対して排気通路の排気の圧力が過大になってしまうことを抑制できるので、吸気通路へ排気を適切に還流させることができる。また、還流通路に還流されない排気は、低圧段過給機に導入されるので、低圧段過給機の動作効率を高めることができる。
In one aspect of the present invention, a cylinder group including three or more cylinders provided in an internal combustion engine, an intake passage for introducing intake air into the cylinder group, a low-pressure supercharger for compressing the intake air, and A high pressure turbocharger, a first exhaust passage for introducing exhaust gas discharged from each of the plurality of first cylinders of the cylinder group into the high pressure turbocharger, and bypassing the high pressure turbocharger The exhaust discharged from the second cylinder different from the first cylinder in the cylinder group is sent to the low-pressure supercharger provided downstream of the high-pressure supercharger. A second exhaust passage to be introduced; and a recirculation passage that connects the second exhaust passage and the intake passage and recirculates the exhaust discharged from the second cylinder to the intake passage. An internal combustion engine intake and exhaust system is provided.
According to such an intake / exhaust system, exhaust of a plurality of cylinders is stably introduced into the high-pressure stage supercharger, so that the operating efficiency of the high-pressure stage supercharger can be increased. Further, since the second exhaust passage of the first exhaust passage and the second exhaust passage is connected to the recirculation passage, the intake air in the intake passage is reduced compared to the case where the plurality of exhaust passages are connected to the recirculation passage. Since it can suppress that the pressure of the exhaust_gas | exhaustion of an exhaust passage becomes excessive with respect to a pressure, exhaust_gas | exhaustion can be appropriately recirculated to an intake passage. Further, since the exhaust gas that is not recirculated to the recirculation passage is introduced into the low-pressure stage supercharger, the operating efficiency of the low-pressure stage supercharger can be increased.

また、前記内燃機関の吸排気システムは、前記第2排気通路において前記還流通路との接続点よりも下流側に設けられ、前記第2排気通路における排気の圧力を調整する排圧調整部を更に備えることとしてもよい。   The intake / exhaust system of the internal combustion engine further includes an exhaust pressure adjusting unit that is provided downstream of the connection point with the recirculation passage in the second exhaust passage and adjusts the pressure of the exhaust gas in the second exhaust passage. It is good also as providing.

また、前記内燃機関の吸排気システムは、前記第2排気通路において前記還流通路との接続点よりも下流側に設けられ、前記還流通路における排気の流量を調整する第1流量調整部を更に備えることとしてもよい。   The intake / exhaust system of the internal combustion engine further includes a first flow rate adjusting unit that is provided downstream of the connection point with the recirculation passage in the second exhaust passage and adjusts the flow rate of the exhaust gas in the recirculation passage. It is good as well.

また、前記複数の第1気筒は、3つの第1気筒であり、前記高圧段過給機は、排気脈動の干渉が生じない2つの第1気筒から排出される排気が導入される第1スクロール部と、前記2つの第1気筒とは異なる他の第1気筒から排出される排気が導入される第2スクロール部とを有し、前記第1排気通路は、前記第1スクロール部と接続されている第1スクロール部側通路と、前記第2スクロール部と接続されている第2スクロール部側通路とを有することとしてもよい。   Further, the plurality of first cylinders are three first cylinders, and the high-pressure supercharger is a first scroll into which exhaust exhausted from two first cylinders that do not cause interference of exhaust pulsation is introduced. And a second scroll portion into which exhaust gas discharged from another first cylinder different from the two first cylinders is introduced, and the first exhaust passage is connected to the first scroll portion. It is good also as having the 1st scroll part side channel | path and the 2nd scroll part side channel | path connected with the said 2nd scroll part.

また、前記内燃機関の吸排気システムは、前記第1スクロール部側通路の途中から分岐して前記高圧段過給機を迂回し、前記高圧段過給機と前記低圧段過給機との間の排気通路と接続されている迂回通路と、前記迂回通路における排気の流量を調整する第2流量調整部と、を更に備えることとしてもよい。   The intake / exhaust system of the internal combustion engine branches from the middle of the first scroll portion side passage to bypass the high-pressure stage supercharger, and between the high-pressure stage supercharger and the low-pressure stage supercharger. A bypass passage connected to the exhaust passage, and a second flow rate adjusting unit that adjusts the flow rate of the exhaust gas in the bypass passage may be further provided.

本発明によれば、高過給化を実現しつつ、排気通路から吸気通路へ排気を適切に還流させることができるという効果を奏する。   According to the present invention, it is possible to appropriately recirculate exhaust gas from the exhaust passage to the intake passage while realizing high supercharging.

本発明の第1の実施形態に係る吸排気システムSの構成の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of a structure of the intake / exhaust system S which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 第2の実施形態に係る吸排気システムSの構成の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of a structure of the intake / exhaust system S which concerns on 2nd Embodiment.

<第1の実施形態>
(吸排気システムの構成)
図1を参照しながら、本発明の第1の実施形態に係る内燃機関の吸排気システムSの構成について説明する。
図1は、第1の実施形態に係る吸排気システムSの構成の一例を示す模式図である。
<First Embodiment>
(Configuration of intake and exhaust system)
The configuration of an intake / exhaust system S for an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating an example of a configuration of an intake / exhaust system S according to the first embodiment.

吸排気システムSは、内燃機関であるエンジンを有する車両に搭載されている。例えば、吸排気システムSは、バスやトラック等の大型車両に搭載されている。吸排気システムSは、エンジンの燃焼に必要な吸気をエンジンに供給すると共に、燃焼後の排気を排出するシステムである。図1に示すように、吸排気システムSは、エンジン10と、吸気通路20と、排気通路30と、EGR通路40と、低圧段過給機50と、高圧段過給機60と、ECU80とを有する。   The intake / exhaust system S is mounted on a vehicle having an engine which is an internal combustion engine. For example, the intake / exhaust system S is mounted on a large vehicle such as a bus or a truck. The intake / exhaust system S is a system that supplies intake air necessary for combustion of the engine to the engine and exhausts exhaust gas after combustion. As shown in FIG. 1, the intake / exhaust system S includes an engine 10, an intake passage 20, an exhaust passage 30, an EGR passage 40, a low-pressure supercharger 50, a high-pressure supercharger 60, and an ECU 80. Have

エンジン10は、3つ以上の気筒を含むエンジンであり、ここでは4気筒のディーゼルエンジンである。エンジン10は、燃料と吸気(空気)の混合気を燃焼、膨張させて、動力を発生させる。エンジン10は、吸気マニホールド11と、気筒群である気筒13a〜13dとを有する。   The engine 10 is an engine including three or more cylinders, and is a four-cylinder diesel engine here. The engine 10 generates power by burning and expanding a mixture of fuel and intake air (air). The engine 10 includes an intake manifold 11 and cylinders 13a to 13d that are cylinder groups.

吸気マニホールド11は、吸気通路20と接続された多岐管であり、吸気通路20の吸気(空気)を4つの気筒13a〜13dへ分岐させる。4つの気筒13a〜13dは、吸気を吸入させると共に、燃焼後の排気を排出する。気筒13a〜13dには、それぞれピストン、吸気弁、排気弁及びインジェクタ等が設けられている。   The intake manifold 11 is a manifold connected to the intake passage 20 and branches the intake air (air) of the intake passage 20 into four cylinders 13a to 13d. The four cylinders 13a to 13d inhale intake air and exhaust exhaust gas after combustion. The cylinders 13a to 13d are each provided with a piston, an intake valve, an exhaust valve, an injector, and the like.

4つの気筒13a〜13dにおいて、気筒内の着火が気筒13a、気筒13c、気筒13d、気筒13bの順に行われており、排気行程も気筒13a、気筒13c、気筒13d、気筒13bの順に行われる。これにより、気筒13aと気筒13dにおいて排気弁の開弁期間が重ならず、気筒13bと気筒13cにおいて排気弁の開弁期間が重ならない。かかる場合には、気筒13aの排気と気筒13dの排気とを排気通路30で合流させても、排気脈動の干渉が生じない。同様に、気筒13bの排気と気筒13cの排気とを排気通路30で合流させても、排気脈動の干渉が生じない。   In the four cylinders 13a to 13d, the ignition in the cylinder is performed in the order of the cylinder 13a, the cylinder 13c, the cylinder 13d, and the cylinder 13b, and the exhaust stroke is also performed in the order of the cylinder 13a, the cylinder 13c, the cylinder 13d, and the cylinder 13b. Thereby, the opening periods of the exhaust valves do not overlap in the cylinders 13a and 13d, and the opening periods of the exhaust valves do not overlap in the cylinders 13b and 13c. In such a case, even if the exhaust of the cylinder 13a and the exhaust of the cylinder 13d are merged in the exhaust passage 30, interference of exhaust pulsation does not occur. Similarly, even if the exhaust of the cylinder 13b and the exhaust of the cylinder 13c are merged in the exhaust passage 30, interference of exhaust pulsation does not occur.

吸気通路20は、エンジン10の燃焼に必要な吸気(空気)を気筒13a〜13dへ吸入させるための通路である。吸気通路20には、上流側から下流側へ向かって、エアークリーナー22、低圧段過給機50のコンプレッサ52、CAC(Charge Air Cooler:過給冷却器)23、高圧段過給機60のコンプレッサ62、CAC24及びインテークスロットルバルブ25が設けられている。   The intake passage 20 is a passage through which intake air (air) necessary for combustion of the engine 10 is sucked into the cylinders 13a to 13d. In the intake passage 20, from the upstream side toward the downstream side, the air cleaner 22, the compressor 52 of the low-pressure stage supercharger 50, the CAC (Charge Air Cooler) 23, the compressor of the high-pressure stage supercharger 60. 62, a CAC 24 and an intake throttle valve 25 are provided.

エアークリーナー22は、例えばフィルターを有し、吸気中の異物を除去する。低圧段過給機50のコンプレッサ52は、回転することにより、コンプレッサ52を通過する吸気を圧縮する。CAC23は、コンプレッサ52によって圧縮されて温度が上昇した吸気を、冷却液や大気により冷却する。高圧段過給機60のコンプレッサ62は、回転することにより、コンプレッサ62を通過する吸気を圧縮する。CAC24は、コンプレッサ62によって圧縮されて温度が上昇した吸気を、冷却液や大気により冷却する。インテークスロットルバルブ25は、スロットルバルブの開度を調整して、吸気の流量を調整する。   The air cleaner 22 has a filter, for example, and removes foreign matter in the intake air. The compressor 52 of the low-pressure supercharger 50 compresses intake air that passes through the compressor 52 by rotating. The CAC 23 cools the intake air whose temperature has been increased by being compressed by the compressor 52 with a coolant or the atmosphere. The compressor 62 of the high-pressure supercharger 60 compresses intake air that passes through the compressor 62 by rotating. The CAC 24 cools the intake air that has been compressed by the compressor 62 and has risen in temperature with a coolant or the atmosphere. The intake throttle valve 25 adjusts the flow rate of intake air by adjusting the opening of the throttle valve.

排気通路30は、エンジン10から排出された排気(排出ガス)を車両の外部へ排出するための通路である。排気通路30は、分岐した複数の排気通路31a〜31f及び迂回通路33a、33bで構成されている。また、排気通路30には、低圧段過給機50のタービン51と、高圧段過給機60のタービン61と、排気調整バルブ34と、迂回調整バルブ35、36と、EAT37(Exhaust After-Treatment:排気後処理装置)とが設けられている。   The exhaust passage 30 is a passage for discharging exhaust (exhaust gas) discharged from the engine 10 to the outside of the vehicle. The exhaust passage 30 includes a plurality of branched exhaust passages 31a to 31f and detour passages 33a and 33b. Further, the exhaust passage 30 includes a turbine 51 of the low pressure supercharger 50, a turbine 61 of the high pressure supercharger 60, an exhaust adjustment valve 34, detour adjustment valves 35 and 36, and an EAT 37 (Exhaust After-Treatment). : Exhaust aftertreatment device).

排気通路31aは、エンジン10の気筒13aと高圧段過給機60のタービン61とを接続し、気筒13aから排出された排気をタービン61へ導く。排気通路31bは、気筒13bとタービン61とを接続し、気筒13bから排出された排気をタービン61へ導く。排気通路31cは、気筒13cとタービン61とを接続し、気筒13cから排出された排気をタービン61へ導く。なお、排気通路31b及び排気通路31cは、途中で合流する構成となっている。一方で、排気通路31aは、排気通路31b及び排気通路31cと合流しない。   The exhaust passage 31 a connects the cylinder 13 a of the engine 10 and the turbine 61 of the high-pressure supercharger 60, and guides the exhaust discharged from the cylinder 13 a to the turbine 61. The exhaust passage 31 b connects the cylinder 13 b and the turbine 61 and guides the exhaust discharged from the cylinder 13 b to the turbine 61. The exhaust passage 31 c connects the cylinder 13 c and the turbine 61, and guides the exhaust discharged from the cylinder 13 c to the turbine 61. The exhaust passage 31b and the exhaust passage 31c are configured to merge in the middle. On the other hand, the exhaust passage 31a does not merge with the exhaust passage 31b and the exhaust passage 31c.

排気通路31dは、気筒13dと、高圧段過給機60のタービン61の下流側に位置する排気通路31eとを接続している。すなわち、排気通路31dは、タービン61を迂回する通路である。これにより、気筒13dから排出された排気は、タービン61へ導かれない。   The exhaust passage 31d connects the cylinder 13d and the exhaust passage 31e located on the downstream side of the turbine 61 of the high-pressure supercharger 60. That is, the exhaust passage 31 d is a passage that bypasses the turbine 61. Thus, the exhaust discharged from the cylinder 13d is not guided to the turbine 61.

排気通路31eは、高圧段過給機60のタービン61と低圧段過給機50のタービン51とを接続する。排気通路31eの途中には、排気通路31dが接続されている。このため、気筒13dから排出された排気は、タービン61を迂回してタービン51へ導かれる。また、排気通路31eの途中には、タービン61を迂回する迂回通路33aが接続されている。   The exhaust passage 31e connects the turbine 61 of the high pressure supercharger 60 and the turbine 51 of the low pressure supercharger 50. An exhaust passage 31d is connected in the middle of the exhaust passage 31e. For this reason, the exhaust discharged from the cylinder 13 d bypasses the turbine 61 and is guided to the turbine 51. A bypass passage 33a that bypasses the turbine 61 is connected to the exhaust passage 31e.

排気通路31fは、タービン51の下流側に位置する通路である。排気通路31fの途中(EAT37の上流側)には、タービン51を迂回する迂回通路33bが接続されている。   The exhaust passage 31 f is a passage located on the downstream side of the turbine 51. In the middle of the exhaust passage 31f (upstream side of the EAT 37), a bypass passage 33b that bypasses the turbine 51 is connected.

迂回通路33aは、排気通路31b及び排気通路31c(実際には、排気通路31bと排気通路31cが合流した後の通路)の途中と、タービン61の下流側の排気通路31eとを接続している。迂回通路33aを設けることで、気筒13b及び気筒13cから排出された排気がタービン61を迂回できる。   The bypass passage 33 a connects the exhaust passage 31 b and the exhaust passage 31 c (actually, the passage after the exhaust passage 31 b and the exhaust passage 31 c merge) and the exhaust passage 31 e on the downstream side of the turbine 61. . By providing the bypass passage 33a, the exhaust discharged from the cylinder 13b and the cylinder 13c can bypass the turbine 61.

迂回通路33bは、排気通路31eの途中(具体的には、迂回通路33aとの接続点、及び排気通路31dとの接続点の下流側)と、タービン51の下流側の排気通路31fとを接続している。迂回通路33bを設けることで、排気通路31eを流れる排気がタービン51を迂回できる。   The bypass passage 33b connects the exhaust passage 31e (specifically, the connection point with the bypass passage 33a and the downstream side of the connection point with the exhaust passage 31d) and the exhaust passage 31f on the downstream side of the turbine 51. doing. By providing the bypass passage 33b, the exhaust gas flowing through the exhaust passage 31e can bypass the turbine 51.

排気調整バルブ34は、排気通路31dの途中(具体的には、EGR通路40との接続点よりも下流側)に設けられ、排気通路31dを流れる排気の圧力(排圧)や流量を調整可能なバルブである。すなわち、排気調整バルブ34は、排圧調整部及び第1流量調整部としての機能を有する。排気調整バルブ34は、例えばアーム付スイング型開閉弁であり、アームの角度を調整することで排圧や流量を高精度に調整可能となっている。また、詳細は後述するが、排気調整バルブ34によって、EGR通路40を流れる排気の流量も調整可能となる。   The exhaust adjustment valve 34 is provided in the middle of the exhaust passage 31d (specifically, downstream of the connection point with the EGR passage 40), and can adjust the pressure (exhaust pressure) and flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 31d. Valve. In other words, the exhaust adjustment valve 34 functions as an exhaust pressure adjustment unit and a first flow rate adjustment unit. The exhaust adjustment valve 34 is, for example, a swing type open / close valve with an arm, and the exhaust pressure and the flow rate can be adjusted with high accuracy by adjusting the angle of the arm. As will be described in detail later, the exhaust adjustment valve 34 can also adjust the flow rate of the exhaust gas flowing through the EGR passage 40.

迂回調整バルブ35は、迂回通路33aに設けられ、迂回通路33aを流れる排気(気筒13b及び気筒13cから排出された排気)の流量を調整する。迂回調整バルブ35は、例えばゲートバルブである。迂回通路33aを流れる排気の流量を調整することで、タービン61を通過する排気の流量も調整できるので、高圧段過給機60による吸気の過給量を調整可能となる。本実施形態では、迂回調整バルブ35が第2流量調整部に該当する。   The detour adjustment valve 35 is provided in the detour passage 33a and adjusts the flow rate of the exhaust gas (exhaust gas discharged from the cylinder 13b and the cylinder 13c) flowing through the detour passage 33a. The detour adjustment valve 35 is, for example, a gate valve. By adjusting the flow rate of the exhaust gas that flows through the bypass passage 33a, the flow rate of the exhaust gas that passes through the turbine 61 can also be adjusted. In the present embodiment, the detour adjustment valve 35 corresponds to the second flow rate adjustment unit.

迂回調整バルブ36は、迂回通路33bに設けられ、迂回通路33bを流れる排気(気筒13a〜13dから排出された排気)の流量を調整する。迂回調整バルブ36は、例えばゲートバルブである。迂回通路33bを流れる排気の流量を調整することで、タービン51を通過する排気の流量も調整できるので、低圧段過給機50による吸気の過給量を調整可能となる。   The detour adjustment valve 36 is provided in the detour passage 33b and adjusts the flow rate of exhaust gas (exhaust gas discharged from the cylinders 13a to 13d) flowing through the detour passage 33b. The detour adjustment valve 36 is, for example, a gate valve. By adjusting the flow rate of the exhaust gas that flows through the bypass passage 33b, the flow rate of the exhaust gas that passes through the turbine 51 can also be adjusted.

EAT37は、排気を浄化する装置である。例えば、EAT37は、排気中のPMを捕集したり、尿素水から加水分解されて生成されるアンモニア(NH)を還元剤として排気中のNOを選択的に還元浄化したりする。 The EAT 37 is a device that purifies exhaust gas. For example, the EAT 37 collects PM in exhaust gas, or selectively reduces and purifies NO x in exhaust gas using ammonia (NH 3 ) generated by hydrolysis from urea water as a reducing agent.

EGR通路40は、排気通路31dと吸気通路20との間を接続し、エンジン10の気筒13dから排出された排気の全部又は一部を吸気通路20に還流させる還流通路である。EGR通路40には、EGRクーラ41と、EGRバルブ42とが設けられている。EGRクーラ41は、EGR通路40の排気を冷却する。EGRバルブ42は、吸気通路20へ還流させる排気の流量を調整する。また、EGRバルブ42は、EGR通路40から排気通路31dへの排気の逆流を防止する機能を有する。   The EGR passage 40 is a recirculation passage that connects between the exhaust passage 31 d and the intake passage 20 and recirculates all or part of the exhaust discharged from the cylinder 13 d of the engine 10 to the intake passage 20. The EGR passage 40 is provided with an EGR cooler 41 and an EGR valve 42. The EGR cooler 41 cools the exhaust gas in the EGR passage 40. The EGR valve 42 adjusts the flow rate of the exhaust gas recirculated to the intake passage 20. The EGR valve 42 has a function of preventing the backflow of exhaust gas from the EGR passage 40 to the exhaust passage 31d.

EGR通路40の排気の流量は、前述した排気調整バルブ34によって調整可能である。すなわち、排気調整バルブ34によって排気通路31dを流れる排気の流量を調整することで、EGR通路40を流れる排気の流量も調整可能となる。また、EGR通路40と接続されている1つの排気通路31dの排気の圧力を排気調整バルブ34で調整することで、吸気通路20の吸気の圧力に対して排気の圧力が過大になることを抑制できるので、吸気通路20へ排気を適切に還流させることが可能となる。
また、排気調整バルブ34及びEGRバルブ42に加えて、吸気通路20のインテークスロットルバルブ25を調整することで、吸気通路20への排気の還流を高精度に制御できる。なお、エンジン10の回転領域に応じて、排気調整バルブ34、EGRバルブ42、及びインテークスロットルバルブ25の中から少なくとも1つを選択して、排気の還流量を制御してもよい。
The flow rate of the exhaust gas in the EGR passage 40 can be adjusted by the exhaust adjustment valve 34 described above. That is, by adjusting the flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 31d by the exhaust adjustment valve 34, the flow rate of the exhaust gas flowing through the EGR passage 40 can also be adjusted. Further, by adjusting the exhaust pressure of one exhaust passage 31d connected to the EGR passage 40 with the exhaust adjustment valve 34, it is possible to prevent the exhaust pressure from becoming excessive with respect to the intake pressure in the intake passage 20. Therefore, the exhaust gas can be appropriately recirculated to the intake passage 20.
Further, by adjusting the intake throttle valve 25 of the intake passage 20 in addition to the exhaust adjustment valve 34 and the EGR valve 42, the exhaust gas recirculation to the intake passage 20 can be controlled with high accuracy. Note that the exhaust gas recirculation amount may be controlled by selecting at least one of the exhaust adjustment valve 34, the EGR valve 42, and the intake throttle valve 25 in accordance with the rotation region of the engine 10.

低圧段過給機50及び高圧段過給機60は、エンジン10に吸入される吸気を過給する装置である。具体的には、低圧段過給機50が吸気を過給した後に、高圧段過給機60が吸気を更に過給する。これにより、高圧縮した吸気をエンジン10に供給して、エンジン10の排気量を実質的に高められる。低圧段過給機50及び高圧段過給機60は、ここでは排気の圧力を動力源とするターボチャージャである。   The low pressure supercharger 50 and the high pressure supercharger 60 are devices that supercharge intake air taken into the engine 10. Specifically, after the low-pressure supercharger 50 supercharges intake air, the high-pressure supercharger 60 further supercharges intake air. Thereby, highly compressed intake air is supplied to the engine 10, and the displacement of the engine 10 can be substantially increased. Here, the low-pressure stage supercharger 50 and the high-pressure stage supercharger 60 are turbochargers that use the exhaust pressure as a power source.

低圧段過給機50は、前述したタービン51及びコンプレッサ52に加えて、タービン51とコンプレッサ52とを連結する連結軸53を有する。低圧段過給機50においては、タービン51が、通過する排気のエネルギーを受けて回転することで、連結軸53を介してタービン51と連結したコンプレッサ52が、回転して吸気通路20の吸気を過給する。同様に、高圧段過給機60も、タービン61とコンプレッサ62とを連結する連結軸63を有し、通過する排気のエネルギーを受けてタービン61が回転することで、コンプレッサ62が回転して吸気通路20の吸気を過給する。   The low-pressure supercharger 50 includes a connecting shaft 53 that connects the turbine 51 and the compressor 52 in addition to the turbine 51 and the compressor 52 described above. In the low-pressure stage turbocharger 50, the turbine 51 rotates by receiving the energy of the exhaust gas that passes through, so that the compressor 52 connected to the turbine 51 via the connection shaft 53 rotates and sucks the intake air from the intake passage 20. Supercharge. Similarly, the high-pressure supercharger 60 also has a connecting shaft 63 that connects the turbine 61 and the compressor 62. The turbine 61 rotates by receiving the energy of the exhaust gas that passes therethrough, whereby the compressor 62 rotates and the intake air flows. The intake air in the passage 20 is supercharged.

本実施形態において、高圧段過給機60は、排気が通過する2つのスクロール部を有するツインスクロール型ターボチャージャである。具体的には、高圧段過給機60のタービン61のハウジング61aには、第1スクロール部61b及び第2スクロール部61cが設けられている。なお、図1では、説明の便宜上、高圧段過給機60のコンプレッサ62のハウジングと、低圧段過給機50のタービン51及びコンプレッサ62のハウジングは、図示されていない。   In the present embodiment, the high-pressure supercharger 60 is a twin scroll turbocharger having two scroll portions through which exhaust passes. Specifically, a first scroll part 61b and a second scroll part 61c are provided in the housing 61a of the turbine 61 of the high-pressure supercharger 60. In FIG. 1, for convenience of explanation, the housing of the compressor 62 of the high-pressure supercharger 60 and the housing of the turbine 51 and the compressor 62 of the low-pressure supercharger 50 are not shown.

第1スクロール部61bは、排気通路31b及び排気通路31c(第1スクロール部側通路)と接続され、第2スクロール部61cは、排気通路31a(第2スクロール部側通路)と接続されている。このため、第1スクロール部61bには、互いに排気脈動が干渉しない気筒13b、13cから排出された排気が導入され、第2スクロール部61cには、気筒13cから排出された排気が導入される。この結果、タービン61は、4つの気筒13a〜13dのうちの3つの気筒13a〜13cから排出された排気を動力源として回転する。   The first scroll portion 61b is connected to the exhaust passage 31b and the exhaust passage 31c (first scroll portion side passage), and the second scroll portion 61c is connected to the exhaust passage 31a (second scroll portion side passage). For this reason, the exhaust discharged from the cylinders 13b and 13c whose exhaust pulsation does not interfere with each other is introduced into the first scroll part 61b, and the exhaust discharged from the cylinder 13c is introduced into the second scroll part 61c. As a result, the turbine 61 rotates using the exhaust discharged from the three cylinders 13a to 13c among the four cylinders 13a to 13d as a power source.

一方で、タービン51が高圧段過給機60のタービン61よりも下流側に位置する低圧段過給機50には、タービン61を通過又は迂回した気筒13a〜13cの排気に加えて、タービン61を迂回した気筒13dの排気も導入される。このため、タービン51は、4つの気筒13a〜13dから排出された排気を動力源として回転する。これにより、低圧段過給機50の動作効率を高めることが可能となる。   On the other hand, in addition to the exhaust of the cylinders 13 a to 13 c that have passed or bypassed the turbine 61, the turbine 61 is added to the low-pressure supercharger 50 in which the turbine 51 is located downstream of the turbine 61 of the high-pressure supercharger 60. The exhaust of the cylinder 13d that bypasses is also introduced. For this reason, the turbine 51 rotates using the exhaust discharged from the four cylinders 13a to 13d as a power source. As a result, the operating efficiency of the low-pressure stage supercharger 50 can be increased.

なお、排気通路31eにおいて、高圧段過給機60を通過した排気(気筒13a〜13cの排気)と、排気通路31dを流れてきた排気(気筒13dの排気)とが合流する。高圧段過給機60を通過した排気の動圧は小さくなっているので、排気通路31eにおける排気脈動の干渉を抑制できる。   In the exhaust passage 31e, the exhaust that has passed through the high-pressure supercharger 60 (exhaust from the cylinders 13a to 13c) and the exhaust that has flowed through the exhaust passage 31d (exhaust from the cylinder 13d) merge. Since the dynamic pressure of the exhaust gas that has passed through the high-pressure supercharger 60 is small, interference of exhaust pulsation in the exhaust passage 31e can be suppressed.

上述したように、気筒13a〜13cの排気が排気通路31a〜31cにより高圧段過給機60に導入され、気筒13dの排気が排気通路31d、31eにより低圧段過給機50に導入される。このため、気筒13a〜13cが第1気筒に該当し、気筒13dが第2気筒に該当し、排気通路31a〜31cが第1排気通路に該当し、排気通路31d、31eが第2排気通路に該当する。   As described above, the exhaust from the cylinders 13a to 13c is introduced into the high-pressure supercharger 60 through the exhaust passages 31a to 31c, and the exhaust from the cylinder 13d is introduced into the low-pressure supercharger 50 through the exhaust passages 31d and 31e. Therefore, the cylinders 13a to 13c correspond to the first cylinder, the cylinder 13d corresponds to the second cylinder, the exhaust passages 31a to 31c correspond to the first exhaust passage, and the exhaust passages 31d and 31e correspond to the second exhaust passage. Applicable.

ECU80は、CPU、ROM、RAM等を有するマイクロコンピュータを備えた電子制御装置(Electric Control Unit)である。ECU80は、前述した各装置の動作を制御する。例えば、ECU80は、インテークスロットルバルブ25、排気調整バルブ34、迂回調整バルブ35、36、及びEGRバルブ42の動作を制御する。   The ECU 80 is an electronic control unit (Electric Control Unit) including a microcomputer having a CPU, a ROM, a RAM, and the like. The ECU 80 controls the operation of each device described above. For example, the ECU 80 controls operations of the intake throttle valve 25, the exhaust adjustment valve 34, the detour adjustment valves 35 and 36, and the EGR valve 42.

(第1の実施形態における効果)
上述した吸排気システムSは、EGR通路40と接続されていない排気通路31a〜31cを介して気筒13a〜13cの排気を高圧段過給機60に導入させ、EGR通路40と接続され高圧段過給機60を迂回する排気通路31dを介して気筒13dの排気を低圧段過給機50に導入させている。
これにより、高圧段過給機60に3つの気筒13a〜13cの排気が安定して導入されるため、高圧段過給機60の動作効率を高めることができる。また、排気通路31dのみがEGR通路40と接続されているため、複数の排気通路がEGR通路40と接続されている場合に比べて、吸気通路20の吸気の圧力に対して排気通路30の排気の圧力が過大になってしまうことを抑制できるので、吸気通路20へ排気を適切に還流させることができる。また、EGR通路40に還流されない排気は、低圧段過給機50に導入されるので、低圧段過給機50の動作効率を高めることができる。この結果、高過給化を実現しつつ、吸気通路20へ排気を適切に還流させることが可能となる。
(Effect in the first embodiment)
The intake / exhaust system S described above introduces the exhaust of the cylinders 13a to 13c into the high pressure supercharger 60 via the exhaust passages 31a to 31c not connected to the EGR passage 40, and is connected to the EGR passage 40 and connected to the EGR passage 40. Exhaust gas from the cylinder 13d is introduced into the low-pressure stage supercharger 50 through an exhaust passage 31d that bypasses the feeder 60.
Thereby, since the exhaust of the three cylinders 13a to 13c is stably introduced into the high-pressure supercharger 60, the operating efficiency of the high-pressure supercharger 60 can be increased. Further, since only the exhaust passage 31 d is connected to the EGR passage 40, the exhaust of the exhaust passage 30 with respect to the pressure of the intake air in the intake passage 20 compared to the case where a plurality of exhaust passages are connected to the EGR passage 40. Therefore, the exhaust gas can be properly recirculated to the intake passage 20. Further, since the exhaust gas that is not recirculated to the EGR passage 40 is introduced into the low-pressure supercharger 50, the operating efficiency of the low-pressure supercharger 50 can be increased. As a result, it is possible to appropriately recirculate exhaust gas to the intake passage 20 while realizing high supercharging.

<第2の実施形態>
図2は、第2の実施形態に係る吸排気システムSの構成の一例を示す模式図である。
第1の実施形態では、高圧段過給機60が、第1スクロール部61b及び第2スクロール部61cを有するツインスクロール型ターボチャージャであるのに対して、第2の実施形態に係る高圧段過給機60は、1つのスクロール部を有する点で異なる。なお、第1の実施形態と同様な構成については、説明を省略する。
<Second Embodiment>
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of the configuration of the intake / exhaust system S according to the second embodiment.
In the first embodiment, the high pressure supercharger 60 is a twin scroll turbocharger having a first scroll part 61b and a second scroll part 61c, whereas the high pressure supercharger according to the second embodiment. The feeder 60 is different in that it has one scroll part. Note that description of the same configuration as in the first embodiment is omitted.

図2に示すように、気筒13aに接続された排気通路31a、気筒13bに接続された排気通路31b、及び気筒13cに接続された排気通路31cは、途中で合流して、タービン61のスクロール部61dと接続されている。このため、気筒13a〜13cの排気が、タービン61に導入される。ツインスクロール型ターボチャージャである場合には、タービン61のハウジングに仕切りを設ける必要があるが、第2の実施形態の場合には仕切りを設ける必要がないので、タービン61の小型化が可能となる。   As shown in FIG. 2, the exhaust passage 31a connected to the cylinder 13a, the exhaust passage 31b connected to the cylinder 13b, and the exhaust passage 31c connected to the cylinder 13c merge in the middle, and the scroll portion of the turbine 61 61d is connected. For this reason, the exhaust of the cylinders 13 a to 13 c is introduced into the turbine 61. In the case of the twin scroll type turbocharger, it is necessary to provide a partition in the housing of the turbine 61. However, in the case of the second embodiment, since it is not necessary to provide a partition, the turbine 61 can be downsized. .

第2の実施形態でも、第1の実施形態と同様に、EGR通路40と接続されていない排気通路31a〜31cを介して気筒13a〜13cの排気を高圧段過給機60に導入させ、EGR通路40と接続されている排気通路31dを介して気筒13dの排気を低圧段過給機50に導入させている。このため、高過給化を実現しつつ、吸気通路20へ排気を適切に還流させることが可能となる。   Also in the second embodiment, similarly to the first embodiment, the exhaust of the cylinders 13a to 13c is introduced into the high-pressure supercharger 60 via the exhaust passages 31a to 31c that are not connected to the EGR passage 40, and EGR is performed. Exhaust gas from the cylinder 13 d is introduced into the low-pressure supercharger 50 through an exhaust passage 31 d connected to the passage 40. For this reason, it becomes possible to appropriately recirculate exhaust gas to the intake passage 20 while realizing high supercharging.

なお、上記では、エンジン10がディーゼルエンジンであることとしたが、これに限定されず、例えばエンジン10はガソリンエンジンであってもよい。また、上記では、エンジン10が4気筒であることとしたが、これに限定されず、例えばエンジン10は3気筒や6気筒であってもよい。   In the above description, the engine 10 is a diesel engine. However, the present invention is not limited to this. For example, the engine 10 may be a gasoline engine. In the above description, the engine 10 has four cylinders. However, the present invention is not limited to this. For example, the engine 10 may have three or six cylinders.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。   As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.

10 エンジン
13a〜13d 気筒
20 吸気通路
30 排気通路
31a〜31f 排気通路
33a、33b 迂回通路
34 排気調整バルブ
35、36 迂回調整バルブ
40 EGR通路
50 低圧段過給機
51 タービン
52 コンプレッサ
60 高圧段過給機
61 タービン
61b 第1スクロール部
61c 第2スクロール部
62 コンプレッサ
S 吸排気システム

DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Engine 13a-13d Cylinder 20 Intake passage 30 Exhaust passage 31a-31f Exhaust passage 33a, 33b Detour passage 34 Exhaust adjustment valve 35, 36 Detour adjustment valve 40 EGR passage 50 Low pressure stage supercharger 51 Turbine 52 Compressor 60 High pressure stage supercharge Machine 61 Turbine 61b First scroll part 61c Second scroll part 62 Compressor S Intake / exhaust system

Claims (5)

内燃機関内に設けれ、3つ以上の気筒を含む気筒群と、
前記気筒群に吸気を導入する吸気通路と、
前記吸気を圧縮する低圧段過給機及び高圧段過給機と、
前記気筒群のうちの複数の第1気筒の各々から排出される排気を、前記高圧段過給機に導入する第1排気通路と、
前記高圧段過給機を迂回するように設けられ、前記気筒群のうちの前記第1気筒とは異なる第2気筒から排出される排気を、前記高圧段過給機よりも下流側に設けられた前記低圧段過給機に導入する第2排気通路と、
前記第2排気通路と前記吸気通路との間を接続し、前記第2気筒から排出される排気を前記吸気通路へ還流させる還流通路と、
を備えることを特徴とする内燃機関の吸排気システム。
A cylinder group provided in the internal combustion engine and including three or more cylinders;
An intake passage for introducing intake air into the cylinder group;
A low-pressure supercharger and a high-pressure supercharger that compress the intake air;
A first exhaust passage for introducing exhaust discharged from each of the plurality of first cylinders of the cylinder group into the high-pressure supercharger;
Exhaust gas provided from a second cylinder different from the first cylinder in the cylinder group is provided downstream of the high-pressure supercharger. A second exhaust passage to be introduced into the low-pressure stage supercharger;
A recirculation passage that connects between the second exhaust passage and the intake passage and recirculates the exhaust discharged from the second cylinder to the intake passage;
An intake / exhaust system for an internal combustion engine, comprising:
前記第2排気通路において前記還流通路との接続点よりも下流側に設けられ、前記第2排気通路における排気の圧力を調整する排圧調整部を更に備えることを特徴とする、
請求項1に記載の内燃機関の吸排気システム。
In the second exhaust passage, provided further downstream than a connection point with the recirculation passage, the exhaust passage further includes an exhaust pressure adjusting unit that adjusts an exhaust pressure in the second exhaust passage.
The intake / exhaust system for an internal combustion engine according to claim 1.
前記第2排気通路において前記還流通路との接続点よりも下流側に設けられ、前記還流通路における排気の流量を調整する第1流量調整部を更に備えることを特徴とする、
請求項1又は2に記載の内燃機関の吸排気システム。
The second exhaust passage further includes a first flow rate adjusting unit that is provided on the downstream side of a connection point with the return passage and adjusts the flow rate of the exhaust gas in the return passage.
The intake / exhaust system for an internal combustion engine according to claim 1 or 2.
前記複数の第1気筒は、3つの第1気筒であり、
前記高圧段過給機は、排気脈動の干渉が生じない2つの第1気筒から排出される排気が導入される第1スクロール部と、前記2つの第1気筒とは異なる他の第1気筒から排出される排気が導入される第2スクロール部とを有し、
前記第1排気通路は、前記第1スクロール部と接続されている第1スクロール部側通路と、前記第2スクロール部と接続されている第2スクロール部側通路とを有することを特徴とする、
請求項1から3のいずれか1項に記載の内燃機関の吸排気システム。
The plurality of first cylinders are three first cylinders,
The high-pressure turbocharger includes a first scroll portion into which exhaust gas discharged from two first cylinders that do not cause exhaust pulsation interference, and another first cylinder different from the two first cylinders. A second scroll part into which exhausted exhaust is introduced,
The first exhaust passage includes a first scroll portion side passage connected to the first scroll portion and a second scroll portion side passage connected to the second scroll portion,
The intake / exhaust system for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3.
前記第1スクロール部側通路の途中から分岐して前記高圧段過給機を迂回し、前記高圧段過給機と前記低圧段過給機との間の排気通路と接続されている迂回通路と、
前記迂回通路における排気の流量を調整する第2流量調整部と、を更に備えることを特徴とする、
請求項4に記載の内燃機関の吸排気システム。
A bypass passage that branches from the middle of the first scroll portion side passage and bypasses the high-pressure supercharger, and is connected to an exhaust passage between the high-pressure supercharger and the low-pressure supercharger; ,
A second flow rate adjusting unit that adjusts the flow rate of the exhaust gas in the bypass passage,
The intake / exhaust system for an internal combustion engine according to claim 4.
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