JPH0373731B2 - - Google Patents

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JPH0373731B2
JPH0373731B2 JP61149585A JP14958586A JPH0373731B2 JP H0373731 B2 JPH0373731 B2 JP H0373731B2 JP 61149585 A JP61149585 A JP 61149585A JP 14958586 A JP14958586 A JP 14958586A JP H0373731 B2 JPH0373731 B2 JP H0373731B2
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JP
Japan
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exhaust
turbocharger
exhaust passage
engine
turbine
Prior art date
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JPS639616A (en
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Hideo Kawamura
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Isuzu Motors Ltd
Original Assignee
Isuzu Motors Ltd
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Publication of JPH0373731B2 publication Critical patent/JPH0373731B2/ja
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12Control of the pumps
    • F02B37/18Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
    • F02B37/183Arrangements of bypass valves or actuators therefor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
    • F01N5/04Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using kinetic energy
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はターボコンパウンドエンジンに係り、
特に速度全域で排気ガスエネルギの回収効率を向
上し、且つシリンダのガス交換率を向上して安定
した出力を得ることのできるターボコンパウンド
エンジンに関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a turbo compound engine,
In particular, the present invention relates to a turbo compound engine that can improve the recovery efficiency of exhaust gas energy over the entire speed range and improve the cylinder gas exchange rate to obtain stable output.

[従来の技術] 断熱エンジンの燃焼室をセラミツクで形成し、
排気マニホールドにターボチヤージヤーとタービ
ンを接続して、排気ガスエネルギを効率よく回収
しようとするものとして、一般にターボコンパウ
ンドエンジンが知られている。
[Prior art] The combustion chamber of an insulated engine is made of ceramic,
A turbo compound engine is generally known as an engine that connects a turbocharger and a turbine to an exhaust manifold to efficiently recover exhaust gas energy.

このターボコンパウンドエンジンは、エンジン
の熱発生期間はできる限り断熱し、排気ガスに移
動した熱エネルギによりターボチヤージヤーとタ
ービンを駆動するデイーゼルエンジンサイクルと
ブライトンサイクルにより排気ガスエネルギの回
収を図ろうとするものである。
This turbo compound engine attempts to recover exhaust gas energy through the diesel engine cycle and Brighton cycle, which insulates the engine as much as possible during the heat generation period and uses the thermal energy transferred to the exhaust gas to drive the turbocharger and turbine. It is something.

このようなターボコンパウンドエンジンの先行
例としては、2段過給内燃機関(実開昭59−
152142号公報記載)が知られている。
A precedent example of such a turbo compound engine is the two-stage supercharged internal combustion engine
152142) is known.

第8図に示すようにこの2段過給内燃機関は、
エンジンE1の各気筒cに排気弁dを2個設け、
排気行程で共に開かれる高圧排気弁d1を高圧排気
マニホールドeに接続し、その高圧排気マニホー
ルドeに接続の排気通路fを第1のターボチヤー
ジヤーgのタービンhを経て、第2のターボチヤ
ージヤーiのタービンjに接続すると共に、後か
ら開弁する低圧排気マニホールドkに接続し、そ
の低圧排気マニホールドkに接続の排気通路lを
第2のターボチヤージヤーiに接続して構成され
るものである。
As shown in Figure 8, this two-stage supercharged internal combustion engine
Two exhaust valves d are provided for each cylinder c of the engine E 1 ,
A high-pressure exhaust valve d1 , which is also opened during the exhaust stroke, is connected to a high-pressure exhaust manifold e, and an exhaust passage f connected to the high-pressure exhaust manifold e is connected to the second turbocharger through the turbine h of the first turbocharger g. It is connected to the turbine j of the charger i and to a low pressure exhaust manifold k that opens later, and the exhaust passage l connected to the low pressure exhaust manifold k is connected to the second turbocharger i. It is something that will be done.

[発明が解決しようとする問題点] 上記の2段過給内燃機関では、高圧段ターボチ
ヤージヤーが高圧マニホールドからの高い圧力の
脈動成分(動圧)により作動され、また低圧段タ
ーボチヤージヤーが高圧段ターボチヤージヤーを
経た後の排気通路と低圧排気マニホールドに通じ
る排気通路の合流された排気(静圧)にて作動さ
れるようになつており、各気筒に1つの排気弁を
設け、その排気弁に通じる排気通路に直列に2台
のターボチヤージヤーを設けたものに比較して、
排気エネルギの有効利用及び機関の低速域でのポ
ンピング損失の低下を図つたものである。
[Problems to be Solved by the Invention] In the above two-stage supercharged internal combustion engine, the high-pressure stage turbocharger is operated by a high pressure pulsating component (dynamic pressure) from the high-pressure manifold, and the low-pressure stage turbocharger is operated by a high pressure pulsating component (dynamic pressure) from the high-pressure manifold. The cylinder is operated by the combined exhaust (static pressure) of the exhaust passage after passing through the high-pressure stage turbocharger and the exhaust passage leading to the low-pressure exhaust manifold, and one exhaust valve is provided for each cylinder. Compared to the case where two turbochargers are installed in series in the exhaust passage leading to the exhaust valve,
This aims to effectively utilize exhaust energy and reduce pumping loss in the low speed range of the engine.

ところが、上述の2段過給内燃機関のように低
圧段と高圧段のターボチヤージヤーの間に、低圧
排気マニホールドを接続する構成は、低圧段ター
ボチヤージヤーを作動するには有効であるが、し
かしタービンの抵抗を考えた場合、シリンダ内に
排気ガスが残つてガス交換率に自ずと限界をもつ
ていた。このガス交換率が悪いと吸気の吸入効率
もまた悪くなつて出力低下を来すため問題点とし
て挙げられる。
However, a configuration in which a low-pressure exhaust manifold is connected between the low-pressure stage and high-pressure stage turbochargers, as in the above-mentioned two-stage supercharged internal combustion engine, is effective for operating the low-pressure stage turbochargers. However, when considering the resistance of the turbine, there was a natural limit to the gas exchange rate as exhaust gas remained in the cylinder. If this gas exchange rate is poor, the intake efficiency of intake air will also be poor, resulting in a decrease in output, which is a problem.

[問題点を解決するための手段] 本発明は上記問題点を解決することを目的とし
ている。
[Means for Solving the Problems] The present invention aims to solve the above problems.

本発明はエンジンの主排気通路に直列にターボ
チヤージヤー及び排気ガスエネルギ回収用のター
ビンを接続し、タービンより下流側の主排気通路
にその主排気通路より遅れて開放される副排気通
路を接続してターボコンパウンドエンジンを構成
するものである。
The present invention connects a turbocharger and a turbine for exhaust gas energy recovery in series to the main exhaust passage of an engine, and includes a sub-exhaust passage in the main exhaust passage downstream of the turbine that opens later than the main exhaust passage. These are connected to form a turbo compound engine.

[作用] 主排気通路及びこれに遅れて副排気通路が開か
れると、主排気通路及び副排気通路からの排気ガ
スはターボチヤージヤー及びタービンへ順次供給
されてそれらを良好に作動し、排気ガスの熱エネ
ルギを回収する。この主排気通路が開かれた後に
副排気通路が開かれると、この副排気通路はエン
ジンのシリンダ内圧に対して低圧なので何如阻害
されることなく、シリンダの排気ガスが副排気通
路を介して外部に排出される。したがつてエンジ
ンのポンピングロスが少なくなると共に、排気ガ
ス交換率が向上して吸入効率が向上し、安定した
出力を得ることができる。
[Operation] When the main exhaust passage and the auxiliary exhaust passage are opened after this, the exhaust gas from the main exhaust passage and the auxiliary exhaust passage is sequentially supplied to the turbocharger and the turbine, operating them well, and exhaust gas. Recovers thermal energy from gas. When the auxiliary exhaust passage is opened after the main exhaust passage is opened, the exhaust gas from the cylinder will pass through the auxiliary exhaust passage to the outside without any obstruction because the pressure in this auxiliary exhaust passage is low compared to the internal cylinder pressure of the engine. is discharged. Therefore, the pumping loss of the engine is reduced, the exhaust gas exchange rate is improved, the intake efficiency is improved, and stable output can be obtained.

[第1実施例] 以下に本発明のターボコンパウンドエンジンの
第1実施例を添付図面に基づいて説明する。
[First Embodiment] A first embodiment of the turbo compound engine of the present invention will be described below based on the accompanying drawings.

第1図にターボコンパウンドエンジンの概略断
面を示す。
Figure 1 shows a schematic cross section of a turbo compound engine.

図においては1はシリンダボデイ、2はシリン
ダライナ、3はピストン、4はシリンダヘツド、
7は主排気弁である。
In the figure, 1 is the cylinder body, 2 is the cylinder liner, 3 is the piston, 4 is the cylinder head,
7 is the main exhaust valve.

シリンダライナ2は断熱性の高いセラミツクに
形成されており、そのシリンダライナ2内には、
往復動自在にピストン3が収容される。シリンダ
ボデイ1上に着座して一体的に接合されるシリン
ダヘツド4と上記シリンダライナ2及びピストン
3によりシリンダ室5が区画される。このシリン
ダヘツド4内には、シリンダ室5に連通する主排
気通路6が形成されており、このシリンダ室5は
シリンダヘツド4内に往復動自在に設けられた主
排気弁7によつて開閉されるようになつている。
8aは、その主排気弁7のバルブフエイス7aが
着座するバルブシートである。また、シリンダヘ
ツド4内には、上記主排気通路6に並行な位置
に、シリンダ室5に連通する副排気通路9が形成
されており、この副排気通路9は、シリンダヘツ
ド4内に往復動自在に設けられた副排気弁10に
よつて開閉されるようになつている。8bはその
副排気弁10のバルブフエイス10aが着座する
バルブシートである。主排気通路6及び副排気通
路9には、それぞれ排気マニホールドが接続され
排気系が構成される。
The cylinder liner 2 is made of highly insulating ceramic, and inside the cylinder liner 2,
A piston 3 is housed so as to be able to reciprocate. A cylinder chamber 5 is defined by a cylinder head 4 seated on the cylinder body 1 and integrally joined, the cylinder liner 2 and the piston 3. A main exhaust passage 6 communicating with a cylinder chamber 5 is formed within the cylinder head 4, and the cylinder chamber 5 is opened and closed by a main exhaust valve 7 provided within the cylinder head 4 so as to be able to freely reciprocate. It is becoming more and more like this.
8a is a valve seat on which the valve face 7a of the main exhaust valve 7 is seated. Further, a sub-exhaust passage 9 is formed in the cylinder head 4 at a position parallel to the main exhaust passage 6 and communicates with the cylinder chamber 5. It is designed to be opened and closed by a freely provided sub-exhaust valve 10. 8b is a valve seat on which the valve face 10a of the sub-exhaust valve 10 is seated. Exhaust manifolds are connected to the main exhaust passage 6 and the sub-exhaust passage 9, respectively, to form an exhaust system.

第1図、第2図に示すように主排気通路6に接
続の排気マニホールド11は、一つの集合管とし
てターボチヤージヤー12のタービンスクロール
導入部12aに接続され、このターボチヤージヤ
ー12の排出部14に接続の排気マニホールド1
8は、排気ガスエネルギ回収用のタービン15の
タービンスクロール導入部15aに接続されてい
る。タービン15の排出部16はマフラを備えた
排気マニホールド17に接続される。したがつ
て、ターボチヤージヤー12及びタービン15は
主排気通路6の一部となる排気マニホールド1
1,18,17に、その下流方向に順次介設され
ることになる。この排気ガスエネルギ回収用のタ
ービン15には、これにより直接または間接的に
作動されて、排気ガスエネルギを動力または電力
として回収しエネルギを再利用するエネルギ回収
装置30が接続される。エネルギ回収装置30と
しては例えば電力として回収できるオルタネータ
が採用される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the exhaust manifold 11 connected to the main exhaust passage 6 is connected to the turbine scroll introduction part 12a of the turbocharger 12 as one collecting pipe. Exhaust manifold 1 connected to the exhaust part 14
8 is connected to the turbine scroll introduction part 15a of the turbine 15 for exhaust gas energy recovery. The exhaust section 16 of the turbine 15 is connected to an exhaust manifold 17 with a muffler. Therefore, the turbocharger 12 and the turbine 15 are connected to the exhaust manifold 1 which becomes part of the main exhaust passage 6.
1, 18, and 17 in order in the downstream direction. Connected to this exhaust gas energy recovery turbine 15 is an energy recovery device 30 that is operated directly or indirectly thereby to recover exhaust gas energy as motive power or electric power and reuse the energy. As the energy recovery device 30, for example, an alternator that can be recovered as electric power is employed.

一方、副排気通路9は副排気マニホールド19
を介して排気ガスエネルギ回収用のタービン15
の接続部より下流側となる排気マニホールド17
に接続されている。
On the other hand, the sub-exhaust passage 9 is connected to the sub-exhaust manifold 19.
turbine 15 for exhaust gas energy recovery via
Exhaust manifold 17 downstream from the connection part of
It is connected to the.

第2図は第1実施例のターボコンパウンドエン
ジンの全体図を示すもので、図において25は吸
気通路、26は吸気マニホールドである。吸気通
路25は吸気マニホールド26を介してターボチ
ヤージヤー12のコンプレツサ27に接続され
る。
FIG. 2 shows an overall view of the turbo compound engine of the first embodiment. In the figure, 25 is an intake passage and 26 is an intake manifold. The intake passage 25 is connected to a compressor 27 of the turbocharger 12 via an intake manifold 26.

第3図に主、副排気弁7,10の開閉時期の一
例を示す。
FIG. 3 shows an example of the opening/closing timing of the main and auxiliary exhaust valves 7 and 10.

図示されるように主排気弁7は、下死点
(BDC)前で開かれ上死点(TDC)を越えた位置
で閉じられるようになつているのに対して、副排
気弁10は、その主排気弁7の閉じられる前(例
えばピストンの上死点近傍)に開作動されて閉じ
られるようになつている。
As shown in the figure, the main exhaust valve 7 is opened before bottom dead center (BDC) and closed at a position beyond top dead center (TDC), whereas the auxiliary exhaust valve 10 is Before the main exhaust valve 7 is closed (for example, near the top dead center of the piston), it is opened and closed.

以下に本発明のターボコンパウンドエンジンの
第1実施例の作用を添付図面に基づいて説明す
る。
The operation of the first embodiment of the turbo compound engine of the present invention will be explained below based on the accompanying drawings.

第1図、第2図に示すようにエンジンEが運転
されると、排気行程時に主排気弁7が開かれるこ
とによつてシリンダ室5内の排気ガスな主排気通
路6から排気マニホールド11,18,17を介
して外部へ排出される。追いで、その主排気弁7
に対して遅れて副排気弁10が開作動されるた
め、副排気通路9が開放されて、この副排気通路
9からシリンダ室5内の残留排気ガスが排出され
る。即ち、これら主、副排気弁7,10の開作動
によつて、シリンダ室5内の排気ガスの全量が外
部に排出される。このことは、シリンダ室5が高
温化されることを防ぎ、シリンダ室5内に導入さ
れる新気(吸気)が加熱されることを阻止でき
る。ゆえに、吸入効率を安定させると共に、出力
の低下を抑えることができる。
As shown in FIGS. 1 and 2, when the engine E is operated, the main exhaust valve 7 is opened during the exhaust stroke, and the exhaust gas in the cylinder chamber 5 is transferred from the main exhaust passage 6 to the exhaust manifold 11, It is discharged to the outside via 18 and 17. Next, the main exhaust valve 7
Since the sub-exhaust valve 10 is opened with a delay, the sub-exhaust passage 9 is opened and the residual exhaust gas in the cylinder chamber 5 is discharged from the sub-exhaust passage 9. That is, by opening the main and auxiliary exhaust valves 7 and 10, the entire amount of exhaust gas in the cylinder chamber 5 is discharged to the outside. This prevents the cylinder chamber 5 from becoming high in temperature, and prevents the fresh air (intake air) introduced into the cylinder chamber 5 from being heated. Therefore, it is possible to stabilize suction efficiency and suppress a decrease in output.

また、シリンダ室5内の排気ガスを残留させる
ことがないので、ターボチヤージヤー12によつ
て過給された空気が吸気始めからシリンダ室5内
にスムーズに導入されることになり、吸入効率を
向上させることができる。これはターボチヤージ
ヤー12の負担を軽減させることになり、またタ
ービン15の仕事量を実質的に増加させることが
できる。したがつて従来のように高速、高負荷時
にターボチヤージヤ12をバイパスするバイパス
通路のウエストゲート弁(図示せず)を開作動し
て排気ガスをバイパスさせ、排気ガスをリークさ
せることによる排気通路の排気ガスの圧力の低下
を図る必要がなくなり、排気ガスエネルギの有効
利用を向上できる。
Furthermore, since no exhaust gas remains in the cylinder chamber 5, the air supercharged by the turbocharger 12 is smoothly introduced into the cylinder chamber 5 from the beginning of intake, resulting in improved intake efficiency. can be improved. This reduces the load on the turbocharger 12 and can substantially increase the workload of the turbine 15. Therefore, as in the past, at high speeds and high loads, a waste gate valve (not shown) in the bypass passage that bypasses the turbocharger 12 is opened to bypass the exhaust gas and cause the exhaust gas to leak, thereby exhausting the exhaust passage. There is no need to reduce the gas pressure, and the effective use of exhaust gas energy can be improved.

一方タービン15に連動されるエネルギ回収装
置30は、タービン15の回転力を動力または電
力として回収する。本実施例では、その回収装置
30としてオルタネータが採用されることによ
り、排気ガスエネルギが電力として回収される。
この回収された排気ガスエネルギは、再び動力ま
たは電力エネルギとして利用される。このように
ターボチヤージヤー12及びタービン15の2つ
のタービンによつて排気ガスの熱エネルギの回収
と、エンジンEへの過給とが良好に行なわれる。
On the other hand, an energy recovery device 30 linked to the turbine 15 recovers the rotational force of the turbine 15 as motive power or electric power. In this embodiment, an alternator is employed as the recovery device 30, so that exhaust gas energy is recovered as electric power.
This recovered exhaust gas energy is used again as motive power or electrical energy. In this way, the two turbines, the turbocharger 12 and the turbine 15, efficiently recover the thermal energy of the exhaust gas and supercharge the engine E.

第4図はこの第1実施例のターボコンパウンド
エンジンのp−v線図である。
FIG. 4 is a p-v diagram of the turbo compound engine of this first embodiment.

図において、実線aが本発明の実施例、破線b
が従来例を示す。
In the figure, the solid line a represents the embodiment of the present invention, and the broken line b represents the embodiment of the present invention.
shows a conventional example.

このp−v線図では、エンジンEのデイーゼル
サイクルDSと第1、第2のタービンサイクルTS
とが複合されて表されている。デイーゼルサイク
ルDSは○イが圧縮始め、○ロが圧縮端、○ハが熱発生
期間、○ニ−○ホが膨張行程、○ホ−○ヘがブローダウ

期間、○ヘ−○トが排気行程、○チ−○イが吸気行程で

る。
In this p-v diagram, the diesel cycle D S of engine E and the first and second turbine cycles T S
are expressed in combination. In the diesel cycle D S , ○A starts compression, ○B is the compression end, ○C is the heat generation period, ○knee-○ho is the expansion stroke, ○ho-○he is the blowdown period, ○h-○to is the exhaust The stroke, ○chi-○i, is the intake stroke.

従来例bが示すデイーゼルサイクルのように、
吸排気行程時の○ヘ−○ト−○チ−○イは、過給圧PB
基準とする場合、エンジンEにとつて大きな負担
となる。特に、この従来例bにあつては第4図の
A部、即ち、排気行程の後半の終期近くから吸気
行程の初期について見た場合、第5図の拡大図に
も示されるように、吸気弁が開かれている排気行
程の終端○ト位置にあつてもシリンダ室5の圧力が
スムーズに減圧されず図のようにl−p−qの過
程をたどり、シリンダ室5の容積がV1の位置か
ら吸気が導入される。これはターボチヤージヤー
12が排気抵抗となつて負荷となるからであり、
この結果シリンダ室5内にある程度の排気ガスが
残留されることになつて、吸気行程初期からの新
気導入が困難になる。これに対して本発明の実施
例aでは第3図に示すように主排気弁7が閉じら
れる前、即ちピストン3の上死点(TDC)近傍
で副排気弁10が開かれる。即ち第4図に示すよ
うに排気行程の後半の終期近くのl位置で副排気
通路9が開放されて略同時期に若干の遅れをもつ
て吸気弁(図示せず)が開かれるためシリンダ室
5の圧力はターボチヤージヤー12のタービン1
5の入口圧まで低下する。即ち、図のl−m−n
−oに示すようにスムーズに減圧され、この後吸
気弁が開かれることによりシリンダ室5内圧が過
給圧PBまで上昇する。したがつて仕事としてみ
た場合、従来例bのl−p−q−lは排気仕事と
して負の仕事であるのに対し、本発明の実施例a
のn−o−nが形成するA1部及びl−p−q−
lの面積とp−m−n−qの面積との差が排気ガ
スをシリンダ室5からスムーズに排出し、且つ過
給された空気を吸気行程の始めからシリンダ室5
にスムーズに導入することのできる正の仕事とな
る。またシリンダ室5の内圧については、lから
oまでスムーズに圧力降下されるため、排気ガス
が確実に排出されてガス交換率を向上できること
がわかる。ゆえに、新気の充填効率を安定させ、
安定した出力を得ることができる。
Like the diesel cycle shown in conventional example b,
○He-○To-○Chi-○ during the intake and exhaust strokes becomes a large burden on the engine E when the supercharging pressure P B is used as a reference. In particular, in conventional example b, when looking at part A in FIG. 4, that is, from near the end of the latter half of the exhaust stroke to the beginning of the intake stroke, as shown in the enlarged view of FIG. Even if the valve is in the open position at the end of the exhaust stroke, the pressure in the cylinder chamber 5 is not reduced smoothly and follows the l-p-q process as shown in the figure, and the volume of the cylinder chamber 5 is V 1 Intake air is introduced from the position. This is because the turbocharger 12 acts as exhaust resistance and becomes a load.
As a result, a certain amount of exhaust gas remains in the cylinder chamber 5, making it difficult to introduce fresh air from the beginning of the intake stroke. On the other hand, in the embodiment a of the present invention, the sub-exhaust valve 10 is opened before the main exhaust valve 7 is closed, that is, near the top dead center (TDC) of the piston 3, as shown in FIG. That is, as shown in FIG. 4, the auxiliary exhaust passage 9 is opened at the l position near the end of the latter half of the exhaust stroke, and the intake valve (not shown) is opened at approximately the same time with a slight delay, so that the cylinder chamber is opened. 5 pressure is the turbine 1 of turbocharger 12
The inlet pressure drops to 5. That is, l-m-n in the figure
As shown in -o, the pressure is smoothly reduced, and then the intake valve is opened, so that the internal pressure of the cylinder chamber 5 rises to the supercharging pressure P B. Therefore, when viewed as work, l-p-q-l in conventional example b is negative work as exhaust work, whereas in example a of the present invention, l-p-q-l is negative work as exhaust work.
A 1 part formed by n-o-n and l-p-q-
The difference between the area of l and the area of p-m-n-q allows exhaust gas to be smoothly discharged from the cylinder chamber 5, and supercharged air to be transferred to the cylinder chamber 5 from the beginning of the intake stroke.
This will be a positive work that can be smoothly introduced into the future. Furthermore, it can be seen that the internal pressure of the cylinder chamber 5 is smoothly lowered from 1 to 0, so that the exhaust gas is reliably discharged and the gas exchange rate can be improved. Therefore, the filling efficiency of fresh air is stabilized,
Stable output can be obtained.

[第2実施例] 以下に本発明のターボコンパウンドエンジンの
第2実施例を添付図面に基づいて説明する。な
お、この実施例は上記第1実施例にて説明のター
ビン15に替えて第2のターボチヤージヤー15
bを設けた実施例であるため、第1実施例同様の
構成については同一符号を詳細な説明は省略す
る。
[Second Embodiment] A second embodiment of the turbo compound engine of the present invention will be described below based on the accompanying drawings. In this embodiment, a second turbocharger 15 is used instead of the turbine 15 described in the first embodiment.
Since this is an embodiment in which a reference numeral b is provided, the same reference numerals are used for structures similar to those in the first embodiment, and detailed explanations thereof will be omitted.

図において1はシリンダボデイ、2はシリンダ
ライナ、3はピストン、4はシリンダヘツド、5
はシリンダ室、6は主排気通路、7は主排気弁、
9は副排気通路、10は副排気弁、12はターボ
チヤージヤー、15bは第2のターボチヤージヤ
ーである。
In the figure, 1 is the cylinder body, 2 is the cylinder liner, 3 is the piston, 4 is the cylinder head, and 5 is the cylinder liner.
is the cylinder chamber, 6 is the main exhaust passage, 7 is the main exhaust valve,
9 is a sub-exhaust passage, 10 is a sub-exhaust valve, 12 is a turbocharger, and 15b is a second turbocharger.

シリンダヘツド4内には、シリンダ室5に連通
する主排気通路6が形成されており、シリンダヘ
ツド4内に往復動自在に設けられた主排気弁7に
よつて開閉されるようになつている。また、シリ
ンダヘツド4内には、上記主排気通路6に並行す
る位置に、シリンダ室5に連通する副排気通路9
が形成されており、この副排気通路9は、シリン
ダヘツド4内に往復動自在に設けられた副排気弁
10によつて開閉されるようになつている。主排
気通路6及び副排気通路9には、それぞれ排気マ
ニホールドが接続されて排気系が構成される。
A main exhaust passage 6 is formed within the cylinder head 4 and communicates with the cylinder chamber 5, and is opened and closed by a main exhaust valve 7 provided within the cylinder head 4 so as to be able to reciprocate. . Further, in the cylinder head 4, a sub-exhaust passage 9 that communicates with the cylinder chamber 5 is located at a position parallel to the main exhaust passage 6.
The sub-exhaust passage 9 is opened and closed by a sub-exhaust valve 10 provided within the cylinder head 4 so as to be able to reciprocate. Exhaust manifolds are connected to the main exhaust passage 6 and the sub-exhaust passage 9, respectively, to form an exhaust system.

第6図、第7図に示すように主排気通路6に接
続の排気マニホールド11は、一つの集合管とし
てターボチヤージヤー12のタービンスクロール
導入部12aに接続され、このターボチヤージヤ
ー12の排出部14の排気マニホールド18は、
第2のターボチヤージヤー15bのタービンスク
ロール導入部15aに接続されている。第2のタ
ーボチヤージヤー15bの排出部16はマフラを
備えた排気マニホールド17に接続される。した
がつて、ターボチヤージヤー12及び第2のター
ボチヤージヤー15bは主排気通路6の一部とな
る排気マニホールド11,18,17に、その下
流方向に順次介設されることになる。
As shown in FIGS. 6 and 7, the exhaust manifold 11 connected to the main exhaust passage 6 is connected to the turbine scroll introduction part 12a of the turbocharger 12 as one collecting pipe. The exhaust manifold 18 of the exhaust section 14 is
It is connected to the turbine scroll introduction part 15a of the second turbocharger 15b. The exhaust section 16 of the second turbocharger 15b is connected to an exhaust manifold 17 equipped with a muffler. Therefore, the turbocharger 12 and the second turbocharger 15b are sequentially installed in the exhaust manifolds 11, 18, and 17, which are part of the main exhaust passage 6, in the downstream direction thereof.

一方、副排気通路9は副排気マニホールド19
を介して第2のターボチヤージヤー15bの接続
部より下流側となる排気マニホールド17に接続
されている。
On the other hand, the sub-exhaust passage 9 is connected to the sub-exhaust manifold 19.
The exhaust manifold 17 is connected to the exhaust manifold 17 downstream from the connection part of the second turbocharger 15b.

第7図において25は吸気通路、26は吸気マ
ニホールドで、その吸気通路25は吸気マニホー
ルド26を介してターボチヤージヤー12及び第
2のターボチヤージヤー15bのコンプレツサ2
7に接続される。
In FIG. 7, 25 is an intake passage, 26 is an intake manifold, and the intake passage 25 is connected to the compressor 2 of the turbocharger 12 and the second turbocharger 15b via the intake manifold 26.
Connected to 7.

主、副排気弁7,10の開閉時期は第1実施例
同様に第3図に示すように調節される。
The opening and closing timings of the main and auxiliary exhaust valves 7 and 10 are adjusted as shown in FIG. 3, as in the first embodiment.

図示されるように主排気弁7は、下死点
(BDC)前で開かれ上死点(TDC)を越えた位置
で閉じられるようになつているのに対して、副排
気弁10は、その主排気弁7の閉じられる前(例
えばピストンの上死点近傍)に開作動される。
As shown in the figure, the main exhaust valve 7 is opened before bottom dead center (BDC) and closed at a position beyond top dead center (TDC), whereas the auxiliary exhaust valve 10 is Before the main exhaust valve 7 is closed (for example, near the top dead center of the piston), it is opened.

以下に本発明のターボコンパウンドエンジンの
第2実施例の作用を添付図面に基づいて説明す
る。
The operation of the second embodiment of the turbo compound engine of the present invention will be explained below based on the accompanying drawings.

第6図、第7図に示すようにエンジンEが運転
されると、排気行程時に主排気弁7が開かれるこ
とによつてシリンダ室5内の排気ガスは主排気通
路6から排気マニホールド11,18,17を介
して外部へ排出される。追いで、その主排気弁7
に対して遅れて副排気弁10が開作動されるた
め、副排気通路9が開放されて、この副排気通路
9からシリンダ室5内の残留排気ガスが排出され
る。即ち、これら主、副排気弁7,10の開作動
によつて、シリンダ室5内の排気ガスの全量が外
部に排出される。このことは、シリンダ室5が高
温化されることを防ぎ、シリンダ室5内に導入さ
れる新気(吸気)がシリンダ5内の熱と排気ガス
熱により加熱されることを阻止できる。ゆえに、
吸入効率を安定させると共に、出力の低下を抑え
ることができる。
When the engine E is operated as shown in FIGS. 6 and 7, the main exhaust valve 7 is opened during the exhaust stroke, so that the exhaust gas in the cylinder chamber 5 is transferred from the main exhaust passage 6 to the exhaust manifold 11, It is discharged to the outside via 18 and 17. Next, the main exhaust valve 7
Since the sub-exhaust valve 10 is opened with a delay, the sub-exhaust passage 9 is opened and the residual exhaust gas in the cylinder chamber 5 is discharged from the sub-exhaust passage 9. That is, by opening the main and auxiliary exhaust valves 7 and 10, the entire amount of exhaust gas in the cylinder chamber 5 is discharged to the outside. This prevents the cylinder chamber 5 from becoming high in temperature, and prevents the fresh air (intake air) introduced into the cylinder chamber 5 from being heated by the heat within the cylinder 5 and the heat of the exhaust gas. therefore,
In addition to stabilizing suction efficiency, it is possible to suppress a decrease in output.

また、シリンダ室5内に排気ガスを残留させる
ことがないので、ターボチヤージヤー12及び第
2のターボチヤージヤー15bによつて順次過給
された空気が吸気始めからシリンダ室5内にスム
ーズに導入されることになり、吸入効率を向上さ
せることができる。これはターボチヤージヤー1
2及び第2のターボチヤージヤー15bの負担を
軽減させることになり、また第2のターボチヤー
ジヤー15bの仕事量を実質的に増加させること
ができる。したがつて従来のように高速、高負荷
時にターボチヤージヤーをバイパスするバイパス
通路のウエストゲート(図示せず)を開作動して
排気ガスをバイパスさせ、排気ガスをリークさせ
ることによる排気通路の排気ガスの圧力の低下を
図る必要がなくなり、排気ガスエネルギの有効利
用を図ることができる。
In addition, since no exhaust gas remains in the cylinder chamber 5, the air that has been sequentially supercharged by the turbocharger 12 and the second turbocharger 15b smoothly flows into the cylinder chamber 5 from the beginning of intake. In this way, the inhalation efficiency can be improved. This is turbo charger 1
2 and the second turbocharger 15b, and the workload of the second turbocharger 15b can be substantially increased. Therefore, unlike conventional methods, the waste gate (not shown) of the bypass passage that bypasses the turbocharger is opened to bypass the exhaust gas at high speeds and high loads, thereby causing the exhaust gas to leak. There is no need to reduce the pressure of exhaust gas, and exhaust gas energy can be used effectively.

このようにターボチヤージヤー12及び第2の
ターボチヤージヤー15bの2つのタービンによ
つて排気ガスの熱エネルギの回収と、エンジンE
への過給とが良好に行なわれる。
In this way, the two turbines, the turbocharger 12 and the second turbocharger 15b, recover the thermal energy of the exhaust gas and the engine E.
Supercharging is carried out well.

[発明の効果] 以上説明したことから明らかなように本発明の
ターボコンパウンドエンジンによれば次の如き優
れた効果を発揮できる。
[Effects of the Invention] As is clear from the above explanation, the turbo compound engine of the present invention can exhibit the following excellent effects.

(1) 排気行程の終期に開かれる副排気通路をター
ボチヤージヤーをバイパスして排気通路下流側
に接続したので、シリンダ内に排気ガスを残留
させることなく、これにより吸入効率を向上さ
せることができる。
(1) The auxiliary exhaust passage, which is opened at the end of the exhaust stroke, is connected to the downstream side of the exhaust passage, bypassing the turbocharger, so that no exhaust gas remains in the cylinder, thereby improving intake efficiency. I can do it.

(2) 出力を安定させることができ、且つエンジン
に対する負荷を減少させることができる。
(2) It is possible to stabilize the output and reduce the load on the engine.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明のターボコンパウンドエンジン
の第1実施例を示す概略図、第2図は第1図のタ
ーボコンパウンドエンジンの全体図、第3図は
主、副排気弁の開閉時期を示す図、第4図はデイ
ーゼルサイクルとタービンサイクルを示すp−v
線図、第5図は第4図の部分拡大図、第6図は本
発明のターボコンパウンドエンジンの第2実施例
を示す概略図、第7図は第6図のターボコンパウ
ンドエンジンの全体図、第8図は従来の2段過給
内燃機関を示す概略図である。 図中、6は主排気通路、9は副排気通路、12
はターボチヤージヤー、15は排気ガスエネルギ
回収用のタービン、Eはエンジンである。
Fig. 1 is a schematic diagram showing a first embodiment of the turbo compound engine of the present invention, Fig. 2 is an overall view of the turbo compound engine of Fig. 1, and Fig. 3 is a diagram showing the opening/closing timing of the main and auxiliary exhaust valves. , Figure 4 shows the diesel cycle and turbine cycle p-v.
5 is a partially enlarged view of FIG. 4, FIG. 6 is a schematic diagram showing a second embodiment of the turbo compound engine of the present invention, FIG. 7 is an overall view of the turbo compound engine of FIG. 6, FIG. 8 is a schematic diagram showing a conventional two-stage supercharged internal combustion engine. In the figure, 6 is a main exhaust passage, 9 is a sub-exhaust passage, 12
15 is a turbocharger, 15 is a turbine for exhaust gas energy recovery, and E is an engine.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 エンジンの主排気通路に直列にターボチヤー
ジ及び排気ガスエネルギ回収用のタービンを接続
し、タービンより下流側の主排気通路にその主排
気通路より遅れて開放される副排気通路を接続し
たことを特徴とするターボコンパウンドエンジ
ン。 2 上記副排気通路が排気行程の終期に開放され
るように構成された上記特許請求の範囲第1項の
ターボコンパウンドエンジン。
[Claims] 1. A turbine for turbocharging and exhaust gas energy recovery is connected in series to the main exhaust passage of the engine, and a sub-exhaust passage is opened to the main exhaust passage downstream of the turbine after the main exhaust passage. A turbo compound engine characterized by connecting. 2. The turbo compound engine according to claim 1, wherein the auxiliary exhaust passage is configured to be opened at the end of the exhaust stroke.
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