(57)【要約】【課題】ターボ過給機付きエンジンにおいて、ターボ過給機の過給効率の低下を抑制する。【解決手段】排気通路１３は、エンジン１の各気筒３１において、複数の排気ポート１０の少なくとも一つに接続されると共に、異なる気筒間で集合した上で、ターボ過給機５のタービン５１に接続される集合通路１３２と、各気筒における他の排気ポートに接続されると共に、異なる気筒間で集合せずにタービンに接続される独立通路１３１と、を有する。ＥＧＲ通路９１は、集合通路に接続される。【選択図】図２
2016079927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を有するエンジンに設けられかつ、各気筒内の排気ガスを排出するよう、気筒毎に複数設けられた排気ポートと、
前記排気ポートのそれぞれにつながるよう構成された排気通路と、
前記排気通路に配設されかつ、前記排気ガスのエネルギによって駆動をするよう構成されたターボ過給機のタービンと、
前記排気通路に連通しかつ、前記排気ガスの一部をエンジンの吸気側に還流させるよう構成されたＥＧＲ通路と、を備え、
前記排気通路は、
各気筒において、複数の排気ポートの少なくとも一つに接続されると共に、異なる気筒間で集合した上で前記タービンに接続される集合通路と、
前記各気筒における他の排気ポートに接続されると共に、異なる気筒間で集合せずに前記タービンに接続される独立通路と、を有し、
前記ＥＧＲ通路は、前記集合通路に接続されているターボ過給機付きエンジンの排気装置。
【請求項２】
請求項１に記載のターボ過給機付きエンジンの排気装置において、
前記集合通路は、複数の気筒のそれぞれに接続される通路が独立状態のままで、前記排気ガスを噴出するように先細り状に形成されたノズル部と、前記ノズル部よりも下流側で複数の前記通路が集合すると共に、エゼクタ効果により負圧が発生する領域が形成される集合部と、を有しているターボ過給機付きエンジンの排気装置。
【請求項３】
請求項２に記載のターボ過給機付きエンジンの排気装置において、
前記集合通路は、前記集合部よりも上流側で、前記複数の気筒のそれぞれに接続される、独立状態の前記通路が、仕切り壁によって互いに仕切られながら、平行に延びて配設される平行部をさらに有しているターボ過給機付きエンジンの排気装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載のターボ過給機付きエンジンの排気装置において、
前記ノズル部の最小断面積に相当する真円の径ａと、前記集合部の下流端における断面積に相当する真円の径Ｄとの比ａ／Ｄは、０．５以上１未満に設定されているターボ過給機付きエンジンの排気装置。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１項に記載のターボ過給機付きエンジンの排気装置において、
前記ＥＧＲ通路には、前記吸気側への前記排気ガスの還流量を調整するよう構成されたＥＧＲ弁が配設されており、
前記ＥＧＲ通路は、前記集合部における負圧が発生する領域に連通し、
前記ＥＧＲ弁は、エンジンの運転状態が低回転低負荷の所定領域にあるときに開弁する一方、前記所定領域よりも負荷の高い低回転高負荷の領域にあるときに閉弁するターボ過給機付きエンジンの排気装置。
【請求項６】
請求項２〜４のいずれか１項に記載のターボ過給機付きエンジンの排気装置において、
前記ＥＧＲ通路には、前記吸気側への前記排気ガスの還流量を調整するよう構成されたＥＧＲ弁と、前記吸気側へ還流する前記排気ガスを冷却するよう構成されたＥＧＲクーラーと、が配設されており、
前記ＥＧＲ通路は、前記集合部における負圧が発生する領域よりも下流側に連通し、
前記ＥＧＲ弁は、エンジンの運転状態が高回転高負荷の領域にあるときに開弁するターボ過給機付きエンジンの排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示する技術は、ターボ過給機付きエンジンの排気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ターボ過給機付きレシプロエンジンの排気装置として、複数の気筒それぞれに接続される排気マニホールドの独立通路の下流端部をノズル状にすると共に、その下流側に独立通路が集合する集合部を設ける構成が記載されている。この構成の排気装置では、エゼクタ効果によって集合部に負圧が発生し、各気筒からの排出ガス（ブローダウンガス）が、他の気筒の独立通路に回り込むことを防止して、排気干渉を抑制すると共に、エゼクタ効果によって、他の気筒の残留排気ガスを吸い出すことが可能になって、掃気性の向上と共に、タービンに供給する排気エネルギが高まる。
【０００３】
特許文献２には、ターボ過給機付きロータリピストンエンジンの排気装置として、トロコイド内周面を有するロータハウジングに排気ポートを設け、２つの気筒の排気ポートを排気通路によって集合させた上でターボ過給機のタービン上流に接続する一方で、２つのロータの間に配設されるインターミディエイトハウジングに、２つのロータ収容室の排気行程にある作動室を互いに連通するよう厚み方向に貫通する連通路を設けると共に、その連通路にタービンをバイパスするバイパス路を接続する構成が記載されている。バイパス路には、開閉弁が介設されており、この排気装置では、ロータリピストンエンジンの運転状態が高回転高負荷の領域以外では開閉弁を閉じることで、排気ポートを通じて各気筒から排出された排気ガスを、排気通路によって集合させた上でターボ過給機のタービンに供給するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１１４９９１号公報
【特許文献２】特公平６−４７９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１にも記載されているように、排気ガスの一部をエンジンの吸気側に還流させるＥＧＲ通路は、排気通路においてターボ過給機の上流側に接続されることが一般的である。このため、排気ガスの還流を行う場合には、タービンに供給される排気エネルギはその分低下し、ターボ過給機の過給効率が低下してしまうという不都合がある。
【０００６】
ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ターボ過給機付きエンジンにおいて、ターボ過給機の過給効率の低下を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ここに開示する技術は、ターボ過給機付きエンジンの排気装置に係り、この排気装置は、複数の気筒を有するエンジンに設けられかつ、各気筒内の排気ガスを排出するよう、気筒毎に複数設けられた排気ポートと、前記排気ポートのそれぞれにつながるよう構成された排気通路と、前記排気通路に配設されかつ、前記排気ガスのエネルギによって駆動をするよう構成されたターボ過給機のタービンと、前記排気通路に連通しかつ、前記排気ガスの一部をエンジンの吸気側に還流させるよう構成されたＥＧＲ通路と、を備える。
【０００８】
そして、前記排気通路は、各気筒において、複数の排気ポートの少なくとも一つに接続されると共に、異なる気筒間で集合した上で前記タービンに接続される集合通路と、前記各気筒における他の排気ポートに接続されると共に、異なる気筒間で集合せずに前記タービンに接続される独立通路と、を有し、前記ＥＧＲ通路は、前記集合通路に接続されている。
【０００９】
この構成によると、エンジンの排気ポートとターボ過給機のタービンとを互いに接続する排気通路は、集合通路と、独立通路との２種類の通路を有しており、この内、集合通路は、異なる気筒間で集合した上で、タービンに接続される。集合通路は、排気干渉を生じ得るため、タービンへ供給される排気エネルギは、低下する可能性がある。
【００１０】
これに対し、独立通路は、異なる気筒間で集合せずに、タービンに接続される。これにより、独立通路では、排気干渉が生じない。ここで、各通路をそれぞれタービンのスクロールに接続する上で、そのスクロールの直上流で、複数の独立通路が実質的に合流する構成は、「異なる気筒間で集合せずに前記タービンに接続される」ことに含まれる。この構成であれば、実質的に排気干渉が生じないためである。こうして、実質的に排気干渉が生じない独立通路は、比較的高い排気エネルギをタービンに供給することが可能になる。
【００１１】
そして、排気ガスの一部をエンジンの吸気側に還流させるＥＧＲ通路は、排気干渉が生じ得る集合通路に接続されている。これにより、高い排気エネルギが確保可能な独立通路は、ＥＧＲガスの還流による排気エネルギの低下がない。従って、エンジンの運転状態が、ＥＧＲガスの還流を行う状態にあるときでも、ターボ過給機の過給効率を高く維持することが可能になる。
【００１２】
また、ＥＧＲ通路を集合通路に接続することにより、排気ガスを複数の気筒から均等に取り出すことが可能になる。集合通路もタービンに接続されていて、各気筒から順次排出される排気ガスが、集合通路を通過してタービンに流入するが、ＥＧＲ通路が複数の気筒から均等に排気ガスを取り出すことにより、タービンに送られる排気脈動の均質化が図られる。
【００１３】
前記集合通路は、複数の気筒のそれぞれに接続される通路が独立状態のままで、前記排気ガスを噴出するように先細り状に形成されたノズル部と、前記ノズル部よりも下流側で複数の前記通路が集合すると共に、エゼクタ効果により負圧が発生する領域が形成される集合部と、を有している、としてもよい。
【００１４】
ここで、「エゼクタ効果」は、先細り状のノズル部によって排気ガスの流速を高め、ノズル部よりも下流の、複数の通路が集合する集合部において排気ガスが噴出することで、その集合部において負圧が発生することを意味する。
【００１５】
前記の構成によると、集合通路がノズル部と集合物とを有し、エゼクタ効果により集合部に負圧が発生することで、ある気筒から排出された排気ガスが、他の気筒の方に回り込んで流れてしまうことが抑制される。つまり、集合通路における排気干渉が抑制される。排気干渉の抑制により、集合通路からタービンへ供給される排気エネルギが高くなり、ターボ過給機の過給効率がさらに向上し得る。
【００１６】
また、エゼクタ効果によって、排気ポートが開いている他の気筒から残留排気ガスの吸い出しが行われ、掃気性が向上すると共に、タービンに供給する排気エネルギを、吸い出した排気ガスの分だけ高めることが可能になる。このこともまた、ターボ過給機の過給効率を高める。
【００１７】
前記集合通路は、前記集合部よりも上流側で、前記複数の気筒のそれぞれに接続される、独立状態の前記通路が、仕切り壁によって互いに仕切られながら、平行に延びて配設される平行部をさらに有している、としてもよい。
【００１８】
この構成により、複数の気筒のそれぞれに接続されている通路が集合するときの角度が浅くなり、エゼクタ効果がより一層強まる。これは、排気干渉の抑制効果を高めると共に、残留排気ガスの吸い出し効果を高める結果、集合通路からタービンへ供給される排気エネルギが高まる。
【００１９】
前記ノズル部の最小断面積に相当する真円の径ａと、前記集合部の下流端における断面積に相当する真円の径Ｄとの比ａ／Ｄは、０．５以上１未満に設定されている、としてもよい。
【００２０】
本願発明者等の知見から、ａ／Ｄが０．５未満のときには、集合部における負圧領域を形成することができなくなり、ａ／Ｄが１に近づくほど（言い換えると、ノズル部の最小断面積ａと集合部の下流端の断面積とは近づくほど）、負圧の発生には有利になる。しかしながら、ａ／Ｄが１以上になると、集合部において集合する複数の通路の内の1つの通路の断面積が、集合後の通路の断面積と同じがそれよりも大きくなるため、他の気筒から残留排気ガスを吸い出す吸い出し効果を得ることができない。従って、集合通路における排気干渉を抑制しかつ、ターボ過給機の過給効率を高めるために、ａ／Ｄは、０．５以上１未満に設定することが好ましい。
【００２１】
前記ＥＧＲ通路には、前記吸気側への前記排気ガスの還流量を調整するよう構成されたＥＧＲ弁が配設されており、前記ＥＧＲ通路は、前記集合部における負圧が発生する領域に連通し、前記ＥＧＲ弁は、エンジンの運転状態が低回転低負荷の所定領域にあるときに開弁する一方、前記所定領域よりも負荷の高い低回転高負荷の領域にあるときに閉弁する、としてもよい。
【００２２】
ＥＧＲ通路を、集合通路における負圧発生領域に開口させることで、ＥＧＲ通路を閉じているときに、排気ガスが、ＥＧＲ通路の方に流れていくことが抑制される。これは、排気ポートとタービンとを接続する集合通路の容積が小さくなることと等価である。結果として、集合通路を通じてタービンに供給される排気エネルギが高まる。これは、エンジンがＥＧＲガスの還流を行わないときに、ターボ過給機の過給効率を高める上で、特に有効となる。
【００２３】
エンジンの運転状態が低回転低負荷の所定領域にあるときには、燃料量が少なくかつ、気筒に導入する新気量も少なくなるため、ＥＧＲガスを吸気側に還流することで、ポンプ損失が低減する。つまり、エンジンの運転状態が低回転低負荷の所定領域にあるときには、ＥＧＲ弁を開弁することで、燃費の向上が図られる。
【００２４】
所定領域よりも負荷の高い低回転高負荷の領域にあるときには、燃料量が増えるため、ＥＧＲガスの還流は不要になり、ＥＧＲ弁を閉じることになる。一方、低回転高負荷の領域にあるときには、過給効率の向上が求められるが、エンジンの運転状態が低回転域にあるときには、排気エネルギが相対的に低くなる。このときに、ＥＧＲ通路を、集合通路における負圧発生領域に開口させる構成は、前述したように、排気ガスが、ＥＧＲ通路の方に流れていくことを抑制して、集合通路を通じてタービンに供給される排気エネルギを高めることができる。その結果、ＥＧＲガスの還流を行わない低回転高負荷の領域におけるエンジントルクの向上に有利になる。
【００２５】
前記ＥＧＲ通路には、前記吸気側への前記排気ガスの還流量を調整するよう構成されたＥＧＲ弁と、前記吸気側へ還流する前記排気ガスを冷却するよう構成されたＥＧＲクーラーと、が配設されており、前記ＥＧＲ通路は、前記集合部における負圧が発生する領域よりも下流側に連通し、前記ＥＧＲ弁は、エンジンの運転状態が高回転高負荷の領域にあるときに開弁する、としてもよい。
【００２６】
前記の構成とは異なり、ＥＧＲ通路を、集合通路における負圧発生領域の下流側に開口させることで、ＥＧＲ通路を開いて排気ガスの一部を取り出すときに、負圧発生領域の負圧を強めることが可能になる。その結果、排気干渉の抑制効果が高まると共に、他の気筒の残留排気ガスの吸い出し効果が高まる。これは、エンジンがＥＧＲガスの還流を行っているときに、ターボ過給機の過給効率を高める上で、特に有効となる。
【００２７】
エンジンの運転状態が高回転高負荷の領域にあるときには、エンジンの背圧が高くなるため、集合部において負圧が発生し難くなる。一方で、エンジンの運転状態が高回転高負荷の領域にあるときに、排気ガスを、ＥＧＲクーラーによって冷却した上で吸気側に還流することは、排気ガス温度の低減を可能にする。
【００２８】
従って、ＥＧＲ通路を、集合通路における負圧発生領域の下流側に開口させる構成は、排気ガス温度の低減を目的としてＥＧＲガスの還流を行う高回転高負荷の領域において、負圧発生領域の負圧を強めて、排気干渉の抑制効果及び残留排気ガスの吸い出し効果を高めることができるから、エンジンの背圧が高くなる高回転高負荷の領域において、ターボ過給機の過給効率が高まる。つまり、高回転高負荷の領域におけるトルクの向上に有利になる。
【発明の効果】
【００２９】
以上説明したように、前記のターボ過給機付きエンジンの排気装置によると、エンジンの排気ポートとターボ過給機のタービンとを互いに接続する排気通路を、異なる気筒間で集合をする集合通路と、集合をしない独立通路との２種類の通路に分けると共に、ＥＧＲ通路を集合通路に接続することで、排気干渉が生じない独立通路を通じて高い排気エネルギをタービンに供給して、ターボ過給機の過給効率を高く維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】ロータリピストンエンジンの構成を示す断面説明図である。
【図２】ターボ過給機付きロータリピストンエンジンの排気装置の構成を示す概念図である。
【図３】（ａ）ロータリピストンエンジンのターボ過給機の特性、（ｂ）レシプロエンジンのターボ過給機の特性の例示である。
【図４】ロータリピストンエンジンの排気ポートの開口面積の変化と、レシプロエンジンの排気ポートのリフト量の変化とを比較する図である。
【図５】集合通路におけるノズル部及び集合部付近の構成を拡大して示す概念図である。
【図６】図５とは異なる構成の、集合通路におけるノズル部及び集合部付近の構成を拡大して示す概念図である。
【図７】エンジンのトルクカーブを例示する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面を参照しながらターボ過給機付きエンジンの排気装置を説明する。尚、以下の説明は、例示である。図１は、ロータリピストンエンジン１（以下、単にロータリエンジン１ともいう）の構造を示している。ロータリエンジン１は、図２に示すように、２つのロータ２を備えた２ロータタイプであり、前側（便宜上、図２における紙面左側）及び後側（便宜上、図２における紙面右側）の２つのロータハウジング３、３が、インターミディエイトハウジング（つまり、サイドハウジング）４をその間に挟んだ状態で、これらの両側からさらに２つのサイドハウジング４１、４１で挟み込むようにして一体化されることによって構成されている。尚、ロータ２の個数（気筒数）はこれに限定されるものではない。
【００３２】
ロータハウジング３の、平行トロコイド曲線で描かれるトロコイド内周面３ａと、これらロータハウジング３を両側から挟むサイドハウジング４１の内側面と、インターミディエイトハウジング４の両側の内側面４ａとによって、回転軸Ｘの一方側から回転軸Ｘに沿う方向にロータリピストンエンジン１を見たときに、繭のような略楕円形状をしたロータ収容室３１が、前側及び後側の２つ横並びに区画されており、これらロータ収容室３１にロータ２が１つずつ収容されている。各ロータ収容室３１は、インターミディエイトハウジング４に対して対称に配置されており、ロータ２の位置及び位相が異なっている点を除けば構成は同じであるため、以下、１つのロータ収容室３１について説明する。
【００３３】
ロータ２は、回転軸Ｘの方向から見て各辺の中央部が膨出する略三角形状をしたブロック体からなり、その外周に、各頂部間に３つの略長方形をしたフランク面２ａ、２ａ、２ａを備えている。
【００３４】
ロータ２は、各頂部に図示しないアペックスシールを有し、これらアペックスシールがロータハウジング３のトロコイド内周面３ａに摺接しており、このロータハウジング３のトロコイド内周面３ａと、インターミディエイトハウジング４の内側面４ａと、サイドハウジング４１の内側面と、ロータ２のフランク面２ａとで、ロータ収容室３１の内部に、３つの作動室８、８、８がそれぞれ区画形成されている。従ってこのエンジン１は、車両前後方向の前側に第１〜第３の３つの作動室８と、後側に第４〜第６の３つの作動室８の、合計６個の作動室を有している。
【００３５】
ロータ２の内側には位相ギアが設けられている（図示せず）。すなわち、ロータ２の内側の内歯車（ロータギア）とサイドハウジング４１側の外歯車（固定ギア）とが噛合するとともに、ロータ２は、インターミディエイトハウジング４及びサイドハウジング４１を貫通しかつ、出力軸Ｘを構成するエキセントリックシャフト６に対して、遊星回転運動をするように支持されている。尚、符号２１は、ロータ２の側面に設けられたオイルシールであり、余分な潤滑オイルが作動室８内に流入することを防止する。
【００３６】
ロータ２の回転運動は内歯車と外歯車との噛み合いによって規定され、ロータ２は、３つのシール部が各々ロータハウジング３のトロコイド内周面３ａに摺接しつつ、エキセントリックシャフト６の偏心輪（偏心軸）６ａの周りを自転しながら、回転軸Ｘの周りに自転と同方向に公転する（この自転及び公転を含め、広い意味で単にロータの回転という）。そして、ロータ２が１回転する間に３つの作動室８、８、８が周方向に移動し、それぞれで吸気、圧縮、膨張（燃焼）及び排気の各行程が行われて、これにより発生する回転力がロータ２を介してエキセントリックシャフト６から出力される。
【００３７】
より具体的に、ロータ２は矢印で示すように、時計回りに回転し、回転軸Ｘを通るロータ収容室３１の長軸Ｙを境に分けられるロータ収容室３１の右側が概ね吸気及び排気行程の領域となり、左側が概ね圧縮及び膨張行程の領域となっている。
【００３８】
これに対し、従来構成のロータリピストンエンジンは、長軸Ｙを境に分けられるロータ収容室３１の左側が概ね吸気及び排気行程の領域となり、右側が概ね圧縮及び膨張行程の領域となっている。つまり、本構成のロータリピストンエンジンは、従来構成のロータリピストンエンジンを、回転軸Ｘを中心として１８０°回転させたような状態で車両に搭載している。
【００３９】
図１における右下の作動室８に着目すると、これは吸気と噴射された燃料とによって混合気を形成する吸気行程を示しており、この作動室８がロータ２の回転につれて圧縮行程に移行すると、その内部にて混合気が圧縮される。その後、図１の左側に示す作動室８のように圧縮行程の終盤から膨張行程にかけて所定のタイミングにて点火プラグ８２、８３により点火されて、燃焼・膨張行程が行われる。そして、最後に図１の右上の作動室８のような排気行程に至ると、燃焼ガスが排気ポート１０から排気された後、再び吸気行程に戻って各行程が繰り返されるようになっている。
【００４０】
吸気行程の状態にある作動室８には、吸気ポート１１が連通している。吸気ポート１１は、より詳細には、吸気行程の状態にある作動室８に面するインターミディエイトハウジング４の内側面４ａに、ロータ収容室３１の外周側の、回転軸Ｘを通るロータ収容室３１の短軸Ｚ寄りで開口すると共に、インターミディエイトハウジング４内を、ほぼ水平方向に延びて、エンジン１の側面に開口する。また、図示は省略するが、吸気行程の状態にある作動室８に面するサイドハウジング４１の内側面にも、吸気ポート１１に対向するように、別の吸気ポートが開口しており、この吸気ポートも、サイドハウジング４１内を、ほぼ水平方向に延びて、エンジン１の側面に開口する。エンジン１の側面には、吸気ポート１１に連通する吸気マニホールド１２が取り付けられる。
【００４１】
排気行程の状態にある作動室８には、排気ポート１０が連通している。排気ポート１０は、より詳細には、排気行程の状態にある作動室８に面するインターミディエイトハウジング４の内側面４ａに、ロータ収容室３１の外周側の短軸Ｚ寄りで開口すると共に、インターミディエイトハウジング４内を、斜め上方に向かって延びて、エンジン１の上面と側面との角部付近に開口する。また、図２に示すように、排気行程の状態にある作動室８に面するサイドハウジング４１の内側面にも、前記排気ポート１０に対向して別の排気ポート１０が開口している。サイドハウジング４１に形成された排気ポートも、サイドハウジング４１内を、斜め上方に向かって延びて、エンジン１の上面と側面との角部付近に開口する。このエンジン１では、いわゆるサイド排気方式が採用されており、この排気ポート１０の開口位置及び開口形状は、吸気のオープンタイミングと排気のオープンタイミングとがオーバーラップしないように設定されている。これによって、次行程に持ち込まれる残留排ガスを低減している。また、サイドハウジング４１の排気ポート１０の開口と、インターミディエイトハウジング４の排気ポート１０の開口とは、互いに同じ形状を有しており,これにより、両排気ポート１０の開くタイミングは互いに同じでありかつ、両排気ポート１０の閉じるタイミングも互いに同じである。尚、以下においては、サイドハウジング４１に形成された排気ポート１０は、プライマリポート１０ａと呼び、インターミディエイトハウジング４に形成された排気ポートは、セカンダリポート１０ｂと呼び、それらの排気ポートを総称するときには、単に排気ポート１０と呼ぶ場合がある。エンジン１には、排気ポート１０に連通する排気通路１３が接続される。排気通路１３の構成についての詳細は、後述する。
【００４２】
尚、図１における符号１０３は、排気通路１３内に二次エアを供給するための二次エア通路である。
【００４３】
作動室８内に燃料を供給するためのインジェクタ８１は、インターミディエイトハウジング４に取り付けられており、このインターミディエイトハウジング４に設けた吸気ポート１１内に燃料を噴射する。
【００４４】
ロータハウジング３の側部における、短軸Ｚを挟んだロータ回転方向のトレーリング側（遅れ側）位置と、リーディング側（進み側）位置とにはそれぞれ、Ｔ側点火プラグ８２とＬ側点火プラグ８３とが取り付けられている。これら２つの点火プラグ８２、８３は、圧縮・膨張状態にある作動室８に臨んでおり、作動室８内の混合気に、同時に点火、又は位相差を持って順に点火をする。
【００４５】
図２は、ターボ過給機付きロータリエンジン１の排気装置の構成を概念的に示している。図２は、排気装置に含まれる要素と要素との間の接続関係を概念的に示す図であり、各通路の接続位置、合流位置、及び分岐位置や、通路形状等を、必ずしも、具体的に表すものではない。
【００４６】
排気装置は、ターボ過給機５のタービン５１と、その下流側の触媒装置１００と、排気ガスの一部を吸気側に還流させるＥＧＲシステム９と、を備えている。触媒装置１００は、例えば三元触媒を備えて構成される。
【００４７】
前述したように、２ロータタイプのロータリエンジン１において、各気筒（つまり、ロータ２を収容するロータ収容室３１であり、以下、説明の便宜上、図２における左側の気筒を前側気筒３１ａと呼び、図２における右側の気筒を後側気筒３１ｂと呼ぶ）には、サイドハウジング４１に開口するプライマリポート１０ａと、インターミディエイトハウジングに開口するセカンダリポート１０ｂと、が設けられている。この排気装置では、各気筒３１のプライマリポート１０ａと、セカンダリポート１０ｂとは、互いに別の排気通路１３に接続されている。具体的に、プライマリポート１０ａは、独立通路１３１に接続され、セカンダリポート１０ｂは、集合通路１３２に接続されている。
【００４８】
独立通路１３１は、前側気筒３１ａのプライマリポート１０ａと、後側気筒３１ｂのプライマリポート１０ａとを、集合させずにタービン５１に接続させるよう構成されている。従って、独立通路１３１は、前側気筒３１ａのプライマリポート１０ａに接続される通路と、後側気筒３１ｂのプライマリポート１０ａに接続される通路との２つからなる。２つの通路が集合しないため、各プライマリポート１０ａから排出される排気ガスは排気干渉を生じない。こうすることで、各独立通路１３１は、排気エネルギを、タービン５１に対しロス無く供給することが可能になる。具体的には、前側気筒３１ａのプライマリポート１０ａに接続される独立通路１３１と、後側気筒３１ｂのプライマリポート１０ａに接続される独立通路１３１とは、タービン５１の直上流までは、互いに独立しており、そのタービン５１の直上流において、２つの独立通路１３１及び集合通路１３２が合流しタービン５１に接続される。尚、前側気筒３１ａのプライマリポート１０ａに接続される独立通路１３１と、後側気筒３１ｂのプライマリポート１０ａに接続される独立通路１３１とは、適宜の箇所で合流させることが可能である。
【００４９】
集合通路１３２は、前側気筒３１ａのセカンダリポート１０ｂと、後側気筒３１ｂのセカンダリポート１０ｂとを、集合させた上で、タービン５１に接続される通路である。集合通路１３２は、独立通路１３１とは異なり、排気干渉を生じ得る。前側気筒３１ａのセカンダリポート１０ｂと、後側気筒３１ｂのセカンダリポート１０ｂとは、インターミディエイトハウジング４の外側面において隣り合って開口している。集合通路１３２は、その２つ並んだセカンダリポート１０ｂの開口の両方に接続されるよう構成されている。また、集合通路１３２は、インターミディエイトハウジング４の外側面から、集合通路の途中まで延びるように配設される仕切り壁１３２１を有している。仕切り壁１３２１は、前側気筒３１ａのセカンダリポート１０ｂに接続される通路と、後側気筒３１ｂのセカンダリポート１０ｂに接続される通路とが、互いに独立状態のままで平行に延びるように構成されている。この仕切り壁１３２１の下流側において、２つの通路は集合するようになる。  集合通路１３２の下流側は、図２に示すように、２つの独立通路１３１と集合した上で、タービン５１に接続される。集合通路１３２の構成の詳細は、後述する。
【００５０】
ターボ過給機５は、排気通路１３上に配設されたタービン５１と、図示を省略する吸気通路上に配設されたコンプレッサ５２とを有している。排気ガス流によってタービン５１が回転し、このタービン５１の回転によって、タービン５１に連結されたコンプレッサ５２が作動をすることで、所望の過給圧を得る。タービン５１の下流側は、第1通路１３３を介して、触媒装置１００に接続される。ターボ過給機５はまた、タービン５１をバイパスして触媒装置１００に接続される第２通路１３４を有しており、この第２通路１３４上には、ウェストゲートバルブ１３４１が介設している。ウェストゲートバルブ１３４１を開弁したときには、排気ガスはタービン５１をバイパスして流れるようになる。これにより、ターボ過給機５の過過給を防止する。
【００５１】
ここで、ロータリエンジンに取り付けられたターボ過給機の特性について説明をする。図３（ａ）は、ロータリエンジンに取り付けられたターボ過給機の特性を示し、図３（ｂ）は、同じターボ過給機を、レシプロエンジンに取り付けたときの特性を示している。先ず、図３（ｂ）の一点鎖線は、ウェストゲートバルブを開くインターセプトポイントを示しており、レシプロエンジンにおいて、インターセプトポイント以下の低回転域では、ウェストゲートバルブが閉じていると共に、同図に実線で示す過給圧の方が、同図に破線で示すタービン前背圧よりも高くなる。一方、インターセプトポイントを超える中回転域から高回転域では、ウェストゲートバルブが開いて過給圧を制限することに伴い、タービン前背圧の方が過給圧よりも高くなる。ウェストゲートバルブを開けることで、タービン前背圧は低下するものの、それ以上に過給圧の低下が大きい。
【００５２】
ロータリエンジンに取り付けられたターボ過給機では、図３（ａ）に示すように、ウェストゲートバルブを閉じるインターセプトポイント以下の低回転域では、同図に実線で示す過給圧の方が、同図に破線で示すタービン前背圧よりも高くなる。これは、レシプロエンジンと同じである。一方、インターセプトポイントを超える中回転域から高回転域では、ウェストゲートバルブを開いて過給圧を制限するものの、過給圧の方がタービン前背圧よりも高い状態が維持される。これは以下に述べるように、排気ポートの開弁特性が相違するためと考えられる。
【００５３】
図４は、ロータリエンジンにおける排気ポートの開口面積の角度変化（エキセントリックシャフト６のエキセン角変化）と、レシプロエンジンにおいて排気ポートを開閉するポペット弁のリフト量の角度変化（クランク角変化）とを比較している。図４は、角度の進行に対する排気ポートの開口状態の変化特性を比較する図であり、縦軸のスケールは、ロータリエンジンとレシプロエンジンとで同じではなく、横軸のスケールもまた、ロータリエンジンとレシプロエンジンとで必ずしも同じではない。先ず、排気ポートをポペット弁の上下動によって開閉するレシプロエンジンにおいては、排気ポートの開弁時に、そのリフト量が徐々に大きくなる。これに対し、ロータリエンジンでは、図１からも明らかなように、サイドハウジング４１及びインターミディエイトハウジング４の側面に開口する排気ポート１０が、ロータ２の回転に伴い開閉する構造であるため、排気ポート１０の開弁時に、その開口面積が急激に拡大するようになる。このように、排気ポートの開弁時の開口状態の変化特性が、ロータリエンジン１とレシプロエンジンとでは、大きく相違する。排気ポートの開弁時には、ブローダウンにより、排気ガスが高い圧力で排気通路に噴出するが、ロータリエンジン１は、排気ポートの開弁時に開口面積が急拡大する特性に起因して、レシプロエンジンよりも高いブローダウンエネルギをタービンに供給することができる。このことが、図３に示すような、ターボ過給機の特性の相違を生むと考えられる。尚、図３（ａ）において、流量が増大する高回転域では、過給圧よりもタービン前背圧が高くなるが、これは、コンプレッサ効率の低下によるものである。
【００５４】
図２の排気装置に戻り、ＥＧＲシステム９は、集合通路１３２に連通するＥＧＲ通路９１と、ＥＧＲ通路９１の途中に介設されたＥＧＲクーラー９２と、ＥＧＲクーラー９２の下流側に配設されたＥＧＲ弁９３とを備えている。ＥＧＲ通路９１は、前側気筒３１ａ及び後側気筒３１ｂのそれぞれに連通する集合通路１３２に接続されることで、前側気筒３１ａからの排気ガス、及び、後側気筒３１ｂからの排気ガスを均等に取り出すことが可能である。ＥＧＲクーラー９２は、エンジン冷却水によって排気ガスを冷却するように構成されている。吸気側には、冷却した低温の排気ガスが還流する。ＥＧＲ弁９３は、吸気側に還流させる排気ガス量の調整を行う流量調整弁である。
【００５５】
このように、ＥＧＲ通路９１を集合通路１３２に接続し、独立通路１３１からは、ＥＧＲガスの取り出しを行わないことで、独立通路１３１を通じてターボ過給機５のタービン５１に供給される排気エネルギは、独立通路１３１においては排気干渉が生じないこととも関係して、高くなる。特にロータリエンジン１では、前述の通り、高いブローダウンエネルギを得ることができるため、集合通路１３２からＥＧＲガスの取り出しを行っても、独立通路１３１によって高いブローダウンエネルギをタービン５１に供給することで、ターボ過給機５の過給効率を高めることが可能になる。
【００５６】
一方、集合通路１３２は、前側の気筒３１ａと後側の気筒３１ｂとのそれぞれに連通し、前述したように、各気筒３１から排出された排気ガスを均等に取り出すことが可能になる。集合通路１３２もまた、タービン５１に接続されていて、残余の排気ガスをタービン５１に供給することになるが、各気筒３１から排出された排気ガスを均等に取り出すことにより、タービン５１に送られる排気ガスの脈動を均質化することが可能になる。このこともまた、ターボ過給機５の過給効率の向上に有利になる。また、前側及び後側の両気筒３１ａ、３１ｂに連通する集合通路１３２において、ＥＧＲガスを取り出すことに伴い、排気干渉を抑制することも可能になる。
【００５７】
排気装置はさらに、ＥＧＲクーラー９２の下流側においてＥＧＲ通路９１から分岐すると共に、触媒装置１００の上流側で第２通路１３４に接続される第３通路１３５を備えている。第３通路１３５には、当該第３通路１３５を流れる排気ガスの流量を調整する流量調整弁１３６が介設されている。
【００５８】
ＥＣＵ２０は、ロータリエンジン１の運転を制御する。図２に示す排気装置に関しては、ウェストゲートバルブ１３４１の開度、ＥＧＲ弁９３の開度、及び、第３通路１３５の流量調整弁１３６の開度をそれぞれ調整制御する。
【００５９】
具体的にＥＣＵ２０は、ロータリエンジン１の運転状態に応じて、過給圧が所定の過給圧となるように、ウェストゲートバルブ１３４１の開度調整を行う。
【００６０】
また、ＥＣＵ２０は、ロータリエンジン１の運転状態に応じてＥＧＲ弁９３の開度を調整する。これにより、所望の量の排気ガスが、集合通路１３２から取り出されると共に、ＥＧＲクーラー９２を通過して冷却された後に、吸気側へと還流される。
【００６１】
触媒装置１００には、タービン５１を通過後の比較的低温の排気ガスと、ウェストゲートバルブ１３４１が開いているときには、第２通路１３４によってタービン５１をバイパスした比較的高温の排気ガスとがそれぞれ流入する。触媒装置１００を流れる排気ガスの温度は、適宜の温度となる。
【００６２】
ロータリエンジン１の運転状態が高回転及び／又は高負荷領域にあるときには、触媒装置１００の温度が高くなり易い。ＥＣＵ２０は、触媒装置１００の温度に応じて、その温度が高くなるときには、第３通路１３５の流量調整弁１３６を開いて、集合通路１３２から取り出しかつ、ＥＧＲクーラー９２によって冷却した排気ガスを、触媒装置１００の上流側で第２通路１３４に導入する。これにより、触媒装置１００に流入する排気ガスの温度が低くなるため、触媒装置１００の温度が高くなりすぎることが回避される。これは、触媒装置１００の信頼性向上と共に、触媒装置１００の耐久性を向上する。
【００６３】
尚、触媒装置１００の温度が高くなる運転状態では、ＥＧＲガスの還流量は少ないため、ＥＧＲクーラー９２を通過した排気ガスを、吸気側に流さずに、触媒装置１００に流しても、ＥＧＲガスが不足することにはならない。
【００６４】
次に、図５を参照しながら、集合通路１３２の構成についてさらに詳細に説明をする。図５は、集合通路１３２における２つの通路の集合箇所の付近を拡大して、それを概念的に示している。
【００６５】
前述したように、集合通路１３２は、仕切り壁１３２１を有しており、集合通路１３２の上流側（つまり、図５における紙面左側）では、その仕切り壁１３２１によって、前側気筒３１ａのセカンダリポート１０ｂに接続される通路と、後側気筒３１ｂのセカンダリポート１０ｂに接続される通路との２つの通路が、互いに独立状態のままで平行に延びる平行部１３２２を構成する。図５では示していないが、平行部１３２２は、ロータリエンジン１のインターミディエイトハウジング４の外側面に接続される。
【００６６】
この平行部１３２２の下流側は、仕切り壁１３２１によって２つの通路は独立状態のままである一方で、各通路の断面積が次第に縮小するように、通路が先細り状に形成されたノズル部１３２３を構成する。ノズル部１３２３は、平行部１３２２の一部を構成する、ということもできる。このノズル部１３２３を通過する際に、排気ガスの流速が高まる。ノズル部１３２３の最小断面積（これは、ノズル部１３２３の下流端の断面積に相当する）は、後述するように、所定の断面積Ｓ１に設定される。
【００６７】
ノズル部１３２３の下流側は、仕切り壁１３２１が無くなって２つの通路が集合する集合部１３２４を構成する。集合部１３２４の下流端は、後述するように、所定の断面積Ｓ２となるように構成される。前述したノズル部１３２３において排気ガスの流速が高まった状態で、集合部１３２４に排気ガスが噴出する結果、集合部１３２４において、負圧が発生するようになる（つまり、エゼクタ効果）。このエゼクタ効果によって、前側気筒３１ａ及び後側気筒３１ｂのいずれか一方から排出された排気ガス（特にブローダウンガス）が、他の気筒の方に回り込んでしまうことが抑制されると共に、前側気筒３１ａ及び後側気筒３１ｂのいずれか一方からブローダウンガスが排出されたときに、排気行程にある他方の気筒の残留排気ガスを吸い出すことが可能になる。尚、図１、２に示す２ロータタイプのロータリエンジン１においては、前側気筒３１ａと後側気筒３１ｂとの位相差はエキセン角で１８０°に設定されると共に、各気筒３１ａにおいて、吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程の各工程は、エキセン角で２７０°に設定されるため、前側気筒３１ａの排気行程と、後側気筒３１ａの排気行程とはその一部が重なり合うことになる。
【００６８】
集合部１３２４の下流側が、前述したように、２つの独立通路１３１と集合した上で、タービン５１に接続される。
【００６９】
ここで、ノズル部１３２３の最小断面積Ｓ１は、その断面積に相当する真円の径をａとしたときに、Ｓ１＝π（ａ／２）２で表され、集合部１３２４の下流端の断面積Ｓ２は、その断面積に相当する真円の径をＤとしたときに、Ｓ２＝π（Ｄ／２）２で表される。そして、この集合通路１３２では、径ａと径Ｄとの関係が、０．５≦ａ／Ｄ＜１となるように構成されている。これは、ａ／Ｄの値が小さくなるほど、集合部１３２４において負圧が発生し難くなり、ａ／Ｄの値が０．５未満のときには、集合部１３２４において負圧の発生が不可能になるためである。一方、ａ／Ｄが１に近づくほど、集合部１３２４における負圧の発生には有利になるが、ａ／Ｄが１以上になると、集合部１３２４において集合する各通路のノズル部１３２３の断面積が、集合後の通路の断面積と同じがそれよりも大きくなるため、他方の気筒から残留排気ガスを吸い出す吸い出し効果を得ることができなくなる。従って、集合通路１３２における排気干渉を抑制しかつ、ターボ過給機５の過給効率を高めるために、ａ／Ｄは、０．５以上１未満に設定することが好ましい。
【００７０】
前側気筒３１ａ及び後側気筒３１ｂのそれぞれに連通する集合通路１３２では、エゼクタ効果により、排気干渉を抑制すると共に、吸い出し効果を得ることで、集合通路１３２からターボ過給機５のタービン５１の供給する排気エネルギを、可能な限り高めることが可能になる。
【００７１】
集合通路１３２はまた、集合部１３２４に対して、上流側の２つの通路は、仕切り壁１３２１によって互いに平行に配設されて構成されるため、２つの通路が集合するときの角度が浅い。これは、エゼクタ効果を強め、前述した排気干渉の抑制効果を高めると共に、吸い出し効果の向上が図られる。
【００７２】
こうして、複数の気筒間で集合をしない独立通路１３１を設けて、ターボ過給機５のタービンに高い排気エネルギを供給することと、前述した集合通路１３２の構成によって、集合通路１３２における排気干渉を抑制することとが組み合わさって、ターボ過給機５の過給効率の向上が図られる。
【００７３】
この集合通路１３２に接続されるＥＧＲ通路９１は、図５に示す構成例では、集合部１３２４における負圧の発生領域内に接続されている。この構成は、ＥＧＲ弁９３を閉じて、ＥＧＲ通路９１を通じた排気ガスの還流を行わないときに、タービン５１へ供給する排気エネルギを高める上で有利になる。つまり、ＥＧＲ通路９１を、負圧の発生領域に接続した構成では、ＥＧＲ弁９３を閉弁してＥＧＲ通路９１内の流動を無くした状態において、ＥＧＲ通路９１における集合通路１３２との接続箇所付近を負圧状態にすることができる。このため、前側の気筒３１ａ又は後側の気筒３１ｂから排気ガス（特に、ブローダウンガス）が排出されたときに、そのブローダウンガスがＥＧＲ通路９１の側に流れていくことを抑制することが可能になる。つまり、ＥＧＲ通路９１において、集合通路１３２との接続部分の近傍に閉弁状態の開閉弁を取り付けた構成と同様になり、ＥＧＲ通路９１によるデッドボリュームを無くして、集合通路１３２の容積を小さくすることと等価になる。こうして、タービン５１に供給する排気エネルギが高まることになる。
【００７４】
図７は、エンジンのトルクカーブを示している。図７に破線で囲った「ＥＧＲ領域１」は、エンジンの負荷が低く（例えば負荷領域を低負荷域と高負荷域とに二等分したときのおおよそ低負荷域に相当する領域）かつ、回転数が低い（例えば回転領域を低回転域と高回転域とに二等分したときのおおよそ低回転域に相当する領域）領域に相当し、このＥＧＲ領域１では、燃料量、ひいては気筒内に導入する新気量が少なくなるため、ポンプ損失を低減する観点から、ＥＧＲ弁９３を開いてＥＧＲガスを吸気に導入する。このＥＧＲ領域１に対して負荷の高い領域では、燃料量、ひいては気筒内に導入する新気量が増えるため、ＥＧＲガスの導入を行わない。つまり、ＥＧＲ弁９３を閉弁する。
【００７５】
こうして、エンジンの運転状態が、ＥＧＲガスの還流を行わない低回転高負荷の領域にあるときには、図５に示すように、ＥＧＲ通路９１を、集合部１３２４における負圧の発生領域に接続することで、前述したように、ターボ過給機５のタービン５１に供給する排気エネルギを高めることが可能になる。これは、ターボ過給機５の高い過給効率が要求される低回転高負荷の領域において有利であり、結果として、図７に一点鎖線で示すように、低回転領域におけるトルクが高まる。
【００７６】
図６は、図５とは異なる構成例を示している。具体的に図５の構成例と、図６の構成例とは、ＥＧＲ通路９１の接続位置が相違する。それ以外の集合通路１３２の構成は、図５の構成例と図６の構成例とで同じであるため、同じ構成について同じ符号を付す。図６に示すように、ＥＧＲ通路９１は、集合部１３２４において負圧が発生する領域よりも下流側に接続されている。この構成は、集合通路１３２を流れる排気ガスの一部を取り出して、ＥＧＲ通路９１を通じてＥＧＲガスの還流を行っているときに、集合部１３２４における負圧の発生を促進することが可能になる。
【００７７】
この構成は特に、エンジンの運転状態が、図７に破線で囲った「ＥＧＲ領域２」にあるときに、ターボ過給機５のタービン５１に供給される排気エネルギを高める上で有効になる。つまり、「ＥＧＲ領域２」は、エンジン負荷が高く（例えば負荷領域を低負荷域と高負荷域とに二等分したときのおおよそ高負荷域に相当する領域）かつ、回転数が高い（例えば回転領域を低回転域と高回転域とに二等分したときのおおよそ高回転域に相当する領域）領域に相当し、このＥＧＲ領域２では、排気ガス温度を低減させる観点から、ＥＧＲクーラー９２によって冷却したＥＧＲガスを吸気に導入する。
【００７８】
一方で、エンジンの運転状態が高回転高負荷の領域にあるときには、エンジンの背圧が高まって、集合通路１３２における集合部１３２４で負圧が発生し難くなる。このときに、図６に示すように、ＥＧＲ通路９１を、集合部１３２４における負圧の発生領域の下流側に接続することで、前述したように、ＥＧＲガスの取り出しに伴い集合部１３２４における負圧の発生を促進することが可能になる。こうして、高回転高負荷の領域にあるときに、エゼクタ効果を確実に確保して、排気干渉の抑制及び残留排気ガスの吸い出しが可能になる。それにより、ターボ過給機５のタービン５１に供給する排気エネルギを高めることが可能になり、図７に一点鎖線で示すように、高回転領域におけるトルクの向上が実現する。
【００７９】
尚、図６に仮想的に示すように、ＥＧＲ通路９１における集合通路１３２との接続箇所付近に、ＥＧＲ弁９３とは別の、開閉弁９４を介設するようにしてもよい。この開閉弁９４は、開弁したときには、ＥＧＲ通路９１を通じた排気ガスの還流が可能になるから、前述したように、高回転高負荷の領域において、トルクの向上に有利になる。一方の開閉弁９４を、閉弁したときには、ＥＧＲ通路９１を通じた排気ガスの還流が禁止される。この状態では、ＥＧＲ通路９１によるデッドボリュームが無くなると共に、排気ガスの取り出しが無くなるから、図５に示す構成例と同様に、低回転域における過給効率の向上効果を得ることができる。つまり、図６に仮想的に示す開閉弁９４を介設する構成は、図５に示す構成例と同様に、低回転域でのトルクの向上と、図６に示す構成例と同じ、高回転域でのトルクの向上とを発揮することが可能である。
【００８０】
尚、ここに開示する技術は、ロータリエンジン１に適用することに限らず、多気筒のレシプロエンジンの排気装置に適用することも可能である。レシプロエンジンの構成は、特に限定はなく、直列エンジン、Ｖ型エンジン及び水平対向エンジンのいずれであってもよい。また、レシプロエンジンは、ガソリンエンジン（つまり、火花点火式エンジン）及びディーゼルエンジンのいずれであってもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１  ロータリピストンエンジン（エンジン）
１０  排気ポート
１０ａ  プライマリポート（排気ポート）
１０ｂ  セカンダリポート（排気ポート）
１３  排気通路
１３１  独立通路
１３２  集合通路
１３２１  仕切り壁
１３２２  平行部
１３２３  ノズル部
１３２４  集合部
３１  ロータ収容室（気筒）
３１ａ  前側気筒
３１ｂ  後側気筒
５  ターボ過給機
５１  タービン
９１  ＥＧＲ通路
９２  ＥＧＲクーラー
９３  ＥＧＲ弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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