JP6838380B2

JP6838380B2 - 内燃機関吸排気構造

Info

Publication number: JP6838380B2
Application number: JP2016242266A
Authority: JP
Inventors: 宗昌橋本
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2016-12-14
Filing date: 2016-12-14
Publication date: 2021-03-03
Anticipated expiration: 2036-12-14
Also published as: JP2018096298A

Description

本発明は、二基の排気タービン式過給機と排気再循環（Exhaust Gas Recirculation；ＥＧＲ）系統とを搭載している内燃機関吸排気構造に関する。

従来、二基の排気タービン式過給機と二系統の排気再循環系統とを搭載している内燃機関吸排気構造が知られている（例えば、特許文献１乃至３を参照）。

例えば、図１０に示す様に、従来の内燃機関吸排気構造５００は、吸気多岐管５０１と、第一排気多岐管５０２と、第二排気多岐管５０３と、第一排気管５０４と、第二排気管５０５と、第一タービン５０６と、第二タービン５０７と、第一圧縮機５０８と、第二圧縮機５０９と、第一吸気管５１０と、第二吸気管５１１と、第一排気再循環管５１２と、第二排気再循環管５１３と、を備えている。

吸気多岐管５０１は、一個以上の気筒５１４を有している第一気筒群５１５と一個以上の気筒５１４を有している第二気筒群５１６とに区分されている二個以上の気筒５１４に接続されている。

第一排気多岐管５０２は、第一気筒群５１５に含まれている気筒５１４に接続されている。第二排気多岐管５０３は、第二気筒群５１６に含まれている気筒５１４に接続されている。

第一排気管５０４は、第一排気多岐管５０２に接続されている。第二排気管５０５は、第二排気多岐管５０３に接続されている。

第一タービン５０６は、第一排気管５０４の途中に設置されている。第二タービン５０７は、第二排気管５０５の途中に設置されている。第一タービン５０６と第二タービン５０７は、同一の容量を有している。

第一圧縮機５０８は、第一タービン５０６に第一回転軸５１７を介して接続されている。第二圧縮機５０９は、第二タービン５０７に第二回転軸５１８を介して接続されている。第一圧縮機５０８と第二圧縮機５０９は、同一の容量を有している。

第一タービン５０６と第一圧縮機５０８と第一回転軸５１７は、第一排気タービン式過給機５１９を構成している。第二タービン５０７と第二圧縮機５０９と第二回転軸５１８は、第二排気タービン式過給機５２０を構成している。即ち、内燃機関吸排気構造５００は、二基の排気タービン式過給機を並列に搭載している。

第一吸気管５１０は、第一圧縮機５０８が途中に設置されていると共に吸気多岐管５０１に接続されている。第二吸気管５１１は、第二圧縮機５０９が途中に設置されていると共に吸気多岐管５０１に接続されている。

第一排気再循環管５１２は、吸気多岐管５０１と第一排気多岐管５０２とに接続されている。第二排気再循環管５１３は、吸気多岐管５０１と第二排気多岐管５０３とに接続されている。

第一排気管５０４の途中であって第一タービン５０６の下流側に第一排気後処理装置５２１が設置されている。第二排気管５０５の途中であって第二タービン５０７の下流側に第二排気後処理装置５２２が設置されている。

第一吸気管５１０と第二吸気管５１１と第一排気再循環管５１２と第二排気再循環管５１３は、吸気多岐管５０１に至る迄に合流管５２３を介して合流されている。

合流管５２３の途中であって第一吸気管５１０及び第二吸気管５１１が合流されている吸気管合流点５２４と、第一排気再循環管５１２及び第二排気再循環管５１３が合流されている排気再循環管合流点５２５と、の間に中間冷却器５２６が設置されている。

第一排気再循環管５１２の途中に第一排気再循環冷却器５２７が設置されている。第二排気再循環管５１３の途中に第二排気再循環冷却器５２８が設置されている。

第一排気再循環管５１２の途中であって第一排気再循環冷却器５２７の下流側に第一排気再循環弁５２９が設置されている。第二排気再循環管５１３の途中であって第二排気再循環冷却器５２８の下流側に第二排気再循環弁５３０が設置されている。第一排気再循環弁５２９と第二排気再循環弁５３０は、内燃機関の運転状態に応じて開度を制御されている。

第一排気再循環管５１２と第一排気再循環冷却器５２７と第一排気再循環弁５２９は、第一排気再循環系統５３１を構成している。第二排気再循環管５１３と第二排気再循環冷却器５２８と第二排気再循環弁５３０は、第二排気再循環系統５３２を構成している。即ち、内燃機関吸排気構造５００は、二系統の排気再循環系統を並列に搭載している。

特開２０１５−０５９５２０号公報特開２００３−０６５０６１号公報特開２０１１−２３１６８３号公報

従来の内燃機関吸排気構造５００においては、吸気多岐管５０１の内圧を第一排気多岐管５０２又は第二排気多岐管５０３の内圧よりも低圧にする事によって、第一排気再循環管５１２と第二排気再循環管５１３とを通じた排気再循環を可能にしている。

然し乍ら、低速度域における排気再循環を可能にすべく第一タービン５０６と第二タービン５０７とを小型化した場合は、吸気多岐管５０１の内圧と第一排気多岐管５０２又は第二排気多岐管５０３の内圧との差（吸排気圧力差）が全速度域に亘って増大する為、ポンプ損失平均有効圧（Pumping Mean Effective Pressure；ＰＭＥＰ）が増大して内燃機関の出力の低下を招く事に成る。

従って、本発明の目的は、吸排気圧力差の増大を抑制しながらも低速度域と高速度域の両方における排気再循環率を高める事が出来る内燃機関吸排気構造を提供する事に有る。

本発明は、一個以上の気筒を有している第一気筒群と一個以上の気筒を有している第二気筒群とに区分されている二個以上の気筒に接続されている吸気多岐管と、前記第一気筒群に含まれている前記気筒に接続されている第一排気多岐管と、前記第二気筒群に含まれている前記気筒に接続されている第二排気多岐管と、前記第一排気多岐管に接続されている第一排気管と、前記第二排気多岐管に接続されている第二排気管と、前記第一排気管の途中に設置されている第一タービンと、前記第二排気管の途中に設置されている第二タービンと、前記第一タービンに第一回転軸を介して接続されている第一圧縮機と、前記第二タービンに第二回転軸を介して接続されている第二圧縮機と、前記第一圧縮機が途中に設置されていると共に前記吸気多岐管に接続されている第一吸気管と、前記第二圧縮機が途中に設置されていると共に前記吸気多岐管に接続されている第二吸気管と、前記吸気多岐管と前記第一排気多岐管とに接続されている第一排気再循環管と、前記吸気多岐管と前記第二排気多岐管とに接続されている第二排気再循環管と、を備えている内燃機関吸排気構造であって、前記第一タービンは、小容量排気タービンによって構成されており、前記第二タービンは、大容量排気タービンによって構成されており、前記第一タービンと前記第二タービンは、所定の基準容量に対して同一の増減幅の容量を有しており、前記第一排気多岐管と前記第二排気多岐管は、仕切弁を介して連結されており、前記第一圧縮機と前記第二圧縮機は、同一の容量を有している内燃機関吸排気構造を提供する。

前記仕切弁は、内燃機関回転速度に応じて開度を調整されている事が望ましい。

前記仕切弁は、内燃機関回転速度を上昇させていくに連れて開度も増加していく様に開度を調整されている事が望ましい。

前記仕切弁は、内燃機関回転速度を閾値未満に低下させると閉弁すると共に内燃機関回転速度を前記閾値以上に上昇させると開弁する様に開度を調整されている事が望ましい。

前記第一排気再循環管の途中に設置されている第一逆止弁を更に備えている事が望ましい。

前記第二排気再循環管の途中に設置されている第二逆止弁を更に備えている事が望ましい。

前記第一排気管の途中であって前記第一タービンの下流側に設置されている第一排気後処理装置と、前記第二排気管の途中であって前記第二タービンの下流側に設置されている第二排気後処理装置と、を更に備えている事が望ましい。

前記第一排気後処理装置と前記第二排気後処理装置は、一個の共通排気後処理装置によって構成されている事が望ましい。

前記第一排気再循環管の途中に設置されている第一排気再循環弁と、前記第二排気再循環管の途中に設置されている第二排気再循環弁と、を更に備えており、前記第一排気再循環弁と前記第二排気再循環弁は、内燃機関の運転状態に応じて同一開度に制御されている事が望ましい。

本発明によって吸排気圧力差の増大を抑制しながらも低速度域と高速度域の両方における排気再循環率を高める事が出来る内燃機関吸排気構造を提供する事が出来る。

本発明の内燃機関吸排気構造を説明する為の概略図である。本発明の内燃機関吸排気構造を説明する為の概略図である。本発明の内燃機関吸排気構造を説明する為の概略図である。本発明の内燃機関吸排気構造を説明する為の概略図である。内燃機関回転速度と吸気流量との関係を示す関係図である。内燃機関回転速度と排気再循環率との関係を示す関係図である。内燃機関回転速度と吸気酸素濃度との関係を示す関係図である。内燃機関回転速度と吸排気圧力差との関係を示す関係図である。内燃機関回転速度と吸排気圧力差との関係を示す関係図である。従来の内燃機関吸排気構造を説明する為の概略図である。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に順って説明する。

図１に示す様に、本発明の実施の形態に係る内燃機関吸排気構造１００は、吸気多岐管１０１と、第一排気多岐管１０２と、第二排気多岐管１０３と、第一排気管１０４と、第二排気管１０５と、第一タービン１０６と、第二タービン１０７と、第一圧縮機１０８と、第二圧縮機１０９と、第一吸気管１１０と、第二吸気管１１１と、第一排気再循環管１１２と、第二排気再循環管１１３と、を備えている。

吸気多岐管１０１は、一個以上の気筒１１４を有している第一気筒群１１５と一個以上の気筒１１４を有している第二気筒群１１６とに区分されている二個以上の気筒１１４に接続されている。図１においては、六気筒の内の一方の三気筒を第一気筒群１１５としていると共に六気筒の内の他方の三気筒を第二気筒群１１６としている。吸気多岐管１０１は、吸気行程において第一気筒群１１５に含まれている気筒１１４と第二気筒群１１６に含まれている気筒１１４とに吸気を分流する役割を有している。気筒１１４は、ピストンを収容している。ピストンの往復運動をコネクティングロッドを介して回転運動に変換する事によって、クランクシャフトを回転させると共に車両を走行させる事が出来る。気筒１１４とピストンとコネクティングロッドとクランクシャフトと他の付随部品は、内燃機関を構成している。

第一排気多岐管１０２は、第一気筒群１１５に含まれている気筒１１４に接続されている。第一排気多岐管１０２は、排気行程において第一気筒群１１５に含まれている気筒１１４から排出される排気を合流する役割を有している。第二排気多岐管１０３は、第二気筒群１１６に含まれている気筒１１４に接続されている。第二排気多岐管１０３は、排気行程において第二気筒群１１６に含まれている気筒１１４から排出される排気を合流する役割を有している。第一排気多岐管１０２と第二排気多岐管１０３は、仕切弁１３５を介して連結されている。仕切弁１３５は、第一排気多岐管１０２と第二排気多岐管１０３とを連通している連通管１３６の途中に設置されている。更に、仕切弁１３５は、第一排気多岐管１０２と第二排気多岐管１０３とを区画する隔壁に設置されていても構わない。仕切弁１３５は、第一排気多岐管１０２の内圧と第二排気多岐管１０３の内圧とを相互に依存させたり独立させたりする役割を有している。仕切弁１３５の開度を大きくしていくに連れて連通管１３６を通じた排気の行き来が容易に成っていく為、仕切弁１３５の開度を大きくしていく事によって第一排気多岐管１０２の内圧と第二排気多岐管１０３の内圧とを相互に依存させていく事が出来る。仕切弁１３５の開度を小さくしていくに連れて連通管１３６を通じた排気の行き来が困難に成っていく為、仕切弁１３５の開度を小さくしていく事によって第一排気多岐管１０２の内圧と第二排気多岐管１０３の内圧とを相互に独立させていく事が出来る。仕切弁１３５は、制御装置によって内燃機関回転速度に応じて開度を調整されている。即ち、仕切弁１３５は、内燃機関回転速度を上昇させていくに連れて開度も増加していく様に開度を調整されている。尚、仕切弁１３５は、内燃機関回転速度を閾値未満に低下させると閉弁（例えば、全閉）すると共に内燃機関回転速度を閾値以上に上昇させると開弁（例えば、全開）する様に開度を調整されていても構わない。

第一排気管１０４は、第一排気多岐管１０２に接続されている。第二排気管１０５は、第二排気多岐管１０３に接続されている。第一排気管１０４と第二排気管１０５は、車両のレイアウト（例えば、車両の大小、内燃機関の位置、他部品の位置）に応じて種々の経路に沿って配索されている。第一排気管１０４と第二排気管１０５は、最終的に合流されて第一排気管１０４と第二排気管１０５とを通じた排気を大気中に纏めて排出する様に構成されていても構わない。

第一タービン１０６は、第一排気管１０４の途中に設置されている。第一タービン１０６は、小容量排気タービンによって構成されている。第一タービン１０６は、排気圧力に応じて所定の回転速度にて駆動されると共に、自身の回転力によって第一圧縮機１０８を駆動する役割を有している。第二タービン１０７は、第二排気管１０５の途中に設置されている。第二タービン１０７は、大容量排気タービンによって構成されている。第二タービン１０７は、排気圧力に応じて所定の回転速度にて駆動されると共に、自身の回転力によって第二圧縮機１０９を駆動する役割を有している。第一タービン１０６と第二タービン１０７は、所定の基準容量に対して同程度（同一も含む）の増減幅の容量を有している。即ち、第一タービン１０６の容量と第二タービン１０７の容量との平均値は、所定の基準容量と略一致（一致も含む）している。所定の基準容量は、同一の容量の二基のタービンを並列に備えている図１０の従来の内燃機関吸排気構造５００のタービンの容量と等しい。尚、図１０の従来の内燃機関吸排気構造５００においては、二基のタービンの容量を同一とする事を前提とした上で、内燃機関の性能に応じて二基のタービンの容量を設計している。第一タービン１０６は、例えば、所定の基準容量よりも１５％だけ小さい（所定の基準容量の８５％の）容量を有している。第二タービン１０７は、例えば、所定の基準容量よりも１５％だけ大きい（所定の基準容量の１１５％の）容量を有している。

第一圧縮機１０８は、第一タービン１０６に第一回転軸１１７を介して接続されている。第一圧縮機１０８は、第一タービン１０６の回転力によって第一回転軸１１７を介して第一タービン１０６と同一の回転速度にて駆動されると共に、第一吸気管１１０を通じて気筒１１４に供給される吸気を過給する役割を有している。第二圧縮機１０９は、第二タービン１０７に第二回転軸１１８を介して接続されている。第二圧縮機１０９は、第二タービン１０７の回転力によって第二回転軸１１８を介して第二タービン１０７と同一の回転速度にて駆動されると共に、第二吸気管１１１を通じて気筒１１４に供給される吸気を過給する役割を有している。第一圧縮機１０８と第二圧縮機１０９は、同程度（同一も含む）の容量を有している。

第一タービン１０６と第一圧縮機１０８と第一回転軸１１７は、第一排気タービン式過給機１１９を構成している。第二タービン１０７と第二圧縮機１０９と第二回転軸１１８は、第二排気タービン式過給機１２０を構成している。即ち、内燃機関吸排気構造１００は、二基の排気タービン式過給機を並列に搭載している。第一排気タービン式過給機１１９と第二排気タービン式過給機１２０は、本来は廃棄されるはずの排気の運動エネルギによって駆動される為、第一排気タービン式過給機１１９と第二排気タービン式過給機１２０とを搭載する事によって、第一吸気管１１０又は第二吸気管１１１を通じて気筒１１４に供給される吸気の酸素濃度を効率的に高め、気筒１１４において得られる燃焼エネルギを増大させる（燃費効率を高める）事が出来る。

第一吸気管１１０は、第一圧縮機１０８が途中に設置されていると共に吸気多岐管１０１に接続されている。第二吸気管１１１は、第二圧縮機１０９が途中に設置されていると共に吸気多岐管１０１に接続されている。第一吸気管１１０と第二吸気管１１１は、車両のレイアウトに応じて種々の経路に沿って配索されている。第一吸気管１１０と第二吸気管１１１は、最上流側において合流されて第一吸気管１１０と第二吸気管１１１とを通じて気筒１１４に供給される吸気を纏めて取り込む様に構成されていても構わない。尚、吸気を清浄に維持する為に第一吸気管１１０の最上流側と第二吸気管１１１の最上流側とに吸気浄化装置が設置されていても構わない。本明細書においては、気流の流れ元側を「上流側」と呼称すると共に気流の流れ先側を「下流側」と呼称する事にする。

第一排気再循環管１１２は、吸気多岐管１０１と第一排気多岐管１０２とに接続されている。第一排気再循環管１１２は、第一気筒群１１５に含まれている気筒１１４から排出される排気の一部を吸気に環流させる役割を有している。第二排気再循環管１１３は、吸気多岐管１０１と第二排気多岐管１０３とに接続されている。第二排気再循環管１１３は、第二気筒群１１６に含まれている気筒１１４から排出される排気の一部を吸気に環流させる役割を有している。第一排気再循環管１１２と第二排気再循環管１１３は、車両のレイアウトに応じて種々の経路に沿って配索されている。

第一排気管１０４の途中であって第一タービン１０６の下流側に第一排気後処理装置１２１が設置されている。第二排気管１０５の途中であって第二タービン１０７の下流側に第二排気後処理装置１２２が設置されている。第一排気後処理装置１２１と第二排気後処理装置１２２は、例えば、酸化触媒、ディーゼルパティキュレートフィルタ、及び／又は尿素選択触媒還元脱硝装置によって構成されている。第一排気後処理装置１２１と第二排気後処理装置１２２は、大気中に排出される排気を浄化する事によって、排気中の有害物質濃度を無害の法定基準値に適合させる役割を有している。尚、図２に示す様に、第一排気後処理装置１２１と第二排気後処理装置１２２は、部品点数を減少させて製造費用を削減する為に一個の共通排気後処理装置２０１によって構成されていても構わない。

第一吸気管１１０と第二吸気管１１１と第一排気再循環管１１２と第二排気再循環管１１３は、吸気多岐管１０１に至る迄に合流管１２３を介して合流されている。第一吸気管１１０と第二吸気管１１１は、合流管１２３の上流側において合流されている。第一排気再循環管１１２と第二排気再循環管１１３は、合流管１２３の下流側において合流されている。

合流管１２３の途中であって第一吸気管１１０及び第二吸気管１１１が合流されている吸気管合流点１２４と、第一排気再循環管１１２及び第二排気再循環管１１３が合流されている排気再循環管合流点１２５と、の間に中間冷却器１２６が設置されている。中間冷却器１２６は、第一圧縮機１０８と第二圧縮機１０９とを通じて吸気を過給する事によって上昇した吸気の温度を低下させて燃費効率と内燃機関の出力とを高める役割を有している。

第一排気再循環管１１２の途中に第一排気再循環冷却器１２７が設置されている。第一排気再循環冷却器１２７は、第一排気再循環管１１２を通じて吸気に環流される排気の温度を低下させる事によって、排気中の窒素酸化物濃度を低下させる役割を有している。第二排気再循環管１１３の途中に第二排気再循環冷却器１２８が設置されている。第二排気再循環冷却器１２８は、第二排気再循環管１１３を通じて吸気に環流される排気の温度を低下させる事によって、排気中の窒素酸化物濃度を低下させる役割を有している。

第一排気再循環管１１２の途中であって第一排気再循環冷却器１２７の下流側又は上流側に第一排気再循環弁１２９が設置されている。第二排気再循環管１１３の途中であって第二排気再循環冷却器１２８の下流側又は上流側に第二排気再循環弁１３０が設置されている。第一排気再循環弁１２９と第二排気再循環弁１３０は、内燃機関の運転状態に応じて開度を制御されている。尚、第一排気再循環弁１２９と第二排気再循環弁１３０は、後述する様に、内燃機関の運転状態に応じて同一開度に制御されていても構わない。

第一排気再循環管１１２と第一排気再循環冷却器１２７と第一排気再循環弁１２９は、第一排気再循環系統１３１を構成している。第二排気再循環管１１３と第二排気再循環冷却器１２８と第二排気再循環弁１３０は、第二排気再循環系統１３２を構成している。即ち、内燃機関吸排気構造１００は、二系統の排気再循環系統を並列に搭載している。尚、容量の大きい第二タービン１０７を搭載している側においては、低速度域において吸気多岐管１０１の内圧が第二排気多岐管１０３の内圧よりも高圧に成る場合がある為、第二気筒群１１６に含まれている気筒１１４から排出される排気の一部を吸気に環流させる事が出来なく成る虞が有る。然し乍ら、容量の小さい第一タービン１０６を搭載している側においては、低速度域においても吸気多岐管１０１の内圧が第一排気多岐管１０２の内圧よりも低圧に成る為、第一気筒群１１５に含まれている気筒１１４から排出される排気の一部を吸気に環流させる事が出来る。従って、第一排気再循環弁１２９と第二排気再循環弁１３０とを同一開度に制御する場合であっても、低速度域においては主に第一排気再循環弁１２９を基準に開度を制御する事によって、排気再循環率を最適に制御する事が出来る。即ち、第一排気再循環弁１２９と第二排気再循環弁１３０とを同一開度に制御する事によって、第一排気再循環弁１２９の開度と第二排気再循環弁１３０の開度とを個別に制御しなくても排気再循環率を容易に制御する事が出来る。本明細書においては、内燃機関回転速度が遅い速度域を「低速度域」と呼称すると共に内燃機関回転速度が速い速度域を「高速度域」と呼称する事にする。「低速度域」と「高速度域」との間の速度域を「中速度域」と呼称する事にする。尚、「低速度域」と「中速度域」と「高速度域」とを区画する境界は、内燃機関の性能に応じて変化する為、本明細書においては、「低速度域」と「中速度域」と「高速度域」とを区画する境界を特定する事はしない。

第一排気再循環管１１２の途中であって第一排気再循環弁１２９の下流側に第一逆止弁１３３が設置されている。第一逆止弁１３３は、吸気多岐管１０１の内圧が第一排気多岐管１０２の内圧よりも高圧に成った時に第一排気再循環管１１２を通じた逆流を阻止する役割を有している。第二排気再循環管１１３の途中であって第二排気再循環弁１３０の下流側に第二逆止弁１３４が設置されている。第二逆止弁１３４は、吸気多岐管１０１の内圧が第二排気多岐管１０３の内圧よりも高圧に成った時に第二排気再循環管１１３を通じた逆流を阻止する役割を有している。尚、容量の小さい第一タービン１０６を搭載している側においては、低速度域においても吸気多岐管１０１の内圧が第一排気多岐管１０２の内圧よりも高圧に成り難い為、図３に示す様に、第一逆止弁１３３を省略する様にしても構わない。

以上に説明した様に、内燃機関吸排気構造１００においては、第一気筒群１１５に含まれている気筒１１４のみに第一排気多岐管１０２を接続していると共に第二気筒群１１６に含まれている気筒１１４のみに第二排気多岐管１０３を接続している為、仕切弁１３５を閉弁している限り第一排気多岐管１０２の内圧と第二排気多岐管１０３の内圧とが相互に干渉しなく成る。従って、容量の小さい第一タービン１０６を搭載している側においては、第一排気多岐管１０２の内圧が高圧に成って吸排気圧力差が増大する為、全速度域に亘って排気再循環率を高める事が出来る。更に、容量の大きい第二タービン１０７を搭載している側においては、第二排気多岐管１０３の内圧が内燃機関回転速度を上昇させていくに連れて緩やかに上昇していく為、低速度域において吸気多岐管１０１の内圧が第二排気多岐管１０３の内圧よりも高圧に成る場合がある。然し乍ら、第二逆止弁１３４によって逆流を防止する事が出来る為、何ら悪影響を及ぼす事は無い。尚、中速度域においては、二基の同一の容量のタービンを備えている通常の内燃機関吸排気構造と同等の性能を得る事が出来る。第一排気多岐管１０２の内圧と第二排気多岐管１０３の内圧との差が大きく成る高速度域においては、仕切弁１３５を開弁する事によって第一排気多岐管１０２の内圧と第二排気多岐管１０３の内圧とを均一化する事が出来る。従って、特に容量の小さい第一タービン１０６を搭載している側において第一排気多岐管１０２の内圧が過大と成る事に起因して第一気筒群１１５に含まれている気筒１１４に吸気が供給され難く成る（第一気筒群１１５に含まれている気筒１１４の体積効率が低下する）事を回避する事が出来る。

本発明の効果をシミュレーションによって確認した結果、図５に示す様に、内燃機関回転速度と吸気流量との関係は図１０の従来の内燃機関吸排気構造５００と図１の内燃機関吸排気構造１００の両者において同等であり、燃費効率とスモークレベルも両者共に同等であった。図６に示す様に、図１の内燃機関吸排気構造１００（実線）においては、図１０の従来の内燃機関吸排気構造５００（破線）と比較して低速度域と高速度域の両方における排気再循環率を高める事が出来た。図７に示す様に、図１の内燃機関吸排気構造１００（実線）においては、低速度域と高速度域の両方における排気再循環率の上昇によって、図１０の従来の内燃機関吸排気構造５００（破線）と比較して低速度域と高速度域の両方における吸気酸素濃度を低下させて窒素酸化物の排出量を低減させる事が出来た。更に、図８に示す様に、図１の内燃機関吸排気構造１００においては、仕切弁１３５を全閉にした場合は、図１０の従来の内燃機関吸排気構造５００（破線）と異なり、容量の小さい第一タービン１０６を搭載している側（一点鎖線）と容量の大きい第二タービン１０７を搭載している側（二点鎖線）との間に吸排気圧力差の乖離が生じている。然し乍ら、両者を平均すると図１０の従来の内燃機関吸排気構造５００と略同等の吸排気圧力差と成る為、図１の内燃機関吸排気構造１００においては、図１０の従来の内燃機関吸排気構造５００と略同等のポンプ損失平均有効圧とする事が出来る。従って、図１の内燃機関吸排気構造１００においては、内燃機関の出力の低下を招き難い。更に、図９に示す様に、低速度域において仕切弁１３５を全閉にすると共に、高速度域において仕切弁１３５を全開にして、高速度域において第一排気多岐管１０２の内圧と第二排気多岐管１０３の内圧とを均一化する事によって、容量の小さい第一タービン１０６を搭載している側（一点鎖線）と容量の大きい第二タービン１０７を搭載している側（二点鎖線）との間の吸排気圧力差の乖離を無くす事が出来た。尚、内燃機関回転速度を上昇させていくに連れて仕切弁１３５の開度も増加させていく場合は、全速度域に亘って容量の小さい第一タービン１０６を搭載している側と容量の大きい第二タービン１０７を搭載している側との間の吸排気圧力差の乖離を無くす事が出来る。

本明細書においては、幾つかの事例に基づいて本発明を説明したが、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加える事が出来る。例えば、図２の内燃機関吸排気構造２００と図３の内燃機関吸排気構造３００とを組み合わせる事によって、図４に示す様に、第一排気後処理装置１２１と第二排気後処理装置１２２とが一個の共通排気後処理装置２０１によって構成されていると共に第一逆止弁１３３が省略されている内燃機関吸排気構造４００としても構わない。

１００内燃機関吸排気構造
１０１吸気多岐管
１０２第一排気多岐管
１０３第二排気多岐管
１０４第一排気管
１０５第二排気管
１０６第一タービン
１０７第二タービン
１０８第一圧縮機
１０９第二圧縮機
１１０第一吸気管
１１１第二吸気管
１１２第一排気再循環管
１１３第二排気再循環管
１１４気筒
１１５第一気筒群
１１６第二気筒群
１１７第一回転軸
１１８第二回転軸
１１９第一排気タービン式過給機
１２０第二排気タービン式過給機
１２１第一排気後処理装置
１２２第二排気後処理装置
１２３合流管
１２４吸気管合流点
１２５排気再循環管合流点
１２６中間冷却器
１２７第一排気再循環冷却器
１２８第二排気再循環冷却器
１２９第一排気再循環弁
１３０第二排気再循環弁
１３１第一排気再循環系統
１３２第二排気再循環系統
１３３第一逆止弁
１３４第二逆止弁
１３５仕切弁
１３６連通管

Claims

一個以上の気筒を有している第一気筒群と一個以上の気筒を有している第二気筒群とに区分されている二個以上の気筒に接続されている吸気多岐管と、
前記第一気筒群に含まれている前記気筒に接続されている第一排気多岐管と、
前記第二気筒群に含まれている前記気筒に接続されている第二排気多岐管と、
前記第一排気多岐管に接続されている第一排気管と、
前記第二排気多岐管に接続されている第二排気管と、
前記第一排気管の途中に設置されている第一タービンと、
前記第二排気管の途中に設置されている第二タービンと、
前記第一タービンに第一回転軸を介して接続されている第一圧縮機と、
前記第二タービンに第二回転軸を介して接続されている第二圧縮機と、
前記第一圧縮機が途中に設置されていると共に前記吸気多岐管に接続されている第一吸気管と、
前記第二圧縮機が途中に設置されていると共に前記吸気多岐管に接続されている第二吸気管と、
前記吸気多岐管と前記第一排気多岐管とに接続されている第一排気再循環管と、
前記吸気多岐管と前記第二排気多岐管とに接続されている第二排気再循環管と、
を備えている内燃機関吸排気構造であって、
前記第一タービンは、小容量排気タービンによって構成されており、
前記第二タービンは、大容量排気タービンによって構成されており、
前記第一タービンと前記第二タービンは、所定の基準容量に対して同一の増減幅の容量を有しており、
前記第一排気多岐管と前記第二排気多岐管は、仕切弁を介して連結されており、
前記第一圧縮機と前記第二圧縮機は、同一の容量を有している
事を特徴とする内燃機関吸排気構造。
前記仕切弁は、内燃機関回転速度に応じて開度を調整されている
請求項１に記載の内燃機関吸排気構造。
前記仕切弁は、内燃機関回転速度を上昇させていくに連れて開度も増加していく様に開度を調整されている
請求項２に記載の内燃機関吸排気構造。
前記仕切弁は、内燃機関回転速度を閾値未満に低下させると閉弁すると共に内燃機関回転速度を前記閾値以上に上昇させると開弁する様に開度を調整されている
請求項２に記載の内燃機関吸排気構造。
前記第一排気再循環管の途中に設置されている第一逆止弁を更に備えている
請求項１乃至４の何れか一項に記載の内燃機関吸排気構造。
前記第二排気再循環管の途中に設置されている第二逆止弁を更に備えている
請求項１乃至５の何れか一項に記載の内燃機関吸排気構造。
前記第一排気管の途中であって前記第一タービンの下流側に設置されている第一排気後処理装置と、
前記第二排気管の途中であって前記第二タービンの下流側に設置されている第二排気後処理装置と、
を更に備えている
請求項１乃至６の何れか一項に記載の内燃機関吸排気構造。
前記第一排気後処理装置と前記第二排気後処理装置は、一個の共通排気後処理装置によって構成されている
請求項７に記載の内燃機関吸排気構造。
前記第一排気再循環管の途中に設置されている第一排気再循環弁と、
前記第二排気再循環管の途中に設置されている第二排気再循環弁と、
を更に備えており、
前記第一排気再循環弁と前記第二排気再循環弁は、内燃機関の運転状態に応じて同一開度に制御されている
請求項１乃至８の何れか一項に記載の内燃機関吸排気構造。