JP2016079927A - Exhaust device of engine with turbosupercharger - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The technology disclosed herein relates to an exhaust device for an engine with a turbocharger.
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。 In Patent Document 1, as an exhaust device of a reciprocating engine with a turbocharger, a downstream end portion of an independent passage of an exhaust manifold connected to each of a plurality of cylinders is formed in a nozzle shape, and an independent passage is assembled on the downstream side thereof The structure which provides the assembly part which performs is described. In the exhaust system of this configuration, negative pressure is generated in the collecting part due to the ejector effect, and exhaust gas (blowdown gas) from each cylinder is prevented from flowing into the independent passages of other cylinders, thereby suppressing exhaust interference At the same time, the exhaust effect of the other cylinders can be sucked out by the ejector effect, and the scavenging performance is improved and the exhaust energy supplied to the turbine is increased.
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。
In
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。 Incidentally, as described in Patent Document 1, an EGR passage that recirculates a part of the exhaust gas to the intake side of the engine is generally connected to the upstream side of the turbocharger in the exhaust passage. is there. For this reason, when the exhaust gas is recirculated, the exhaust energy supplied to the turbine is reduced correspondingly, and the turbocharging efficiency of the turbocharger is lowered.
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。 The technology disclosed herein has been made in view of such a point, and an object thereof is to suppress a decrease in supercharging efficiency of a turbocharger in an engine with a turbocharger.
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。 The technology disclosed herein relates to an exhaust device for an engine with a turbocharger. The exhaust device is provided in an engine having a plurality of cylinders, and a plurality of exhaust devices are provided for each cylinder so as to discharge exhaust gas in each cylinder. An exhaust port provided, an exhaust passage configured to connect to each of the exhaust ports, and a turbocharger turbine disposed in the exhaust passage and configured to be driven by energy of the exhaust gas And an EGR passage configured to communicate with the exhaust passage and to recirculate a part of the exhaust gas to the intake side of the engine.
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。 The exhaust passage is connected to at least one of a plurality of exhaust ports in each cylinder, and is gathered between different cylinders and then connected to the turbine, and another exhaust in each cylinder. And an independent passage connected to the turbine without being collected between different cylinders, and the EGR passage is connected to the collecting passage.
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。 According to this configuration, the exhaust passage that connects the exhaust port of the engine and the turbine of the turbocharger has two types of passages, that is, a collecting passage and an independent passage. After gathering between different cylinders, it is connected to the turbine. Since the collecting passage can cause exhaust interference, the exhaust energy supplied to the turbine can be reduced.
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。 On the other hand, the independent passage is connected to the turbine without being assembled between different cylinders. Thereby, exhaust interference does not occur in the independent passage. Here, when each passage is connected to the scroll of the turbine, a configuration in which a plurality of independent passages substantially merge immediately upstream of the scroll is “connected to the turbine without being assembled between different cylinders”. Included. This is because there is substantially no exhaust interference with this configuration. In this way, the independent passages that are substantially free of exhaust interference can provide relatively high exhaust energy to the turbine.
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。 The EGR passage that recirculates a part of the exhaust gas to the intake side of the engine is connected to a collecting passage that may cause exhaust interference. Thereby, the independent passage in which high exhaust energy can be secured does not cause a decrease in exhaust energy due to the recirculation of EGR gas. Therefore, even when the operating state of the engine is in a state where the EGR gas is recirculated, the turbocharging efficiency of the turbocharger can be maintained high.
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。 Further, by connecting the EGR passage to the collecting passage, the exhaust gas can be evenly taken out from the plurality of cylinders. The collecting passage is also connected to the turbine, and exhaust gas sequentially discharged from each cylinder passes through the collecting passage and flows into the turbine. The EGR passage takes out the exhaust gas evenly from a plurality of cylinders, thereby Homogenization of exhaust pulsation sent to
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。 The collective passage includes a nozzle portion that is tapered so as to eject the exhaust gas while a passage connected to each of a plurality of cylinders remains in an independent state, and a plurality of downstream portions from the nozzle portion. It is good also as having the gathering part in which the area where the above-mentioned passage gathers and a negative pressure occurs by the ejector effect is formed.
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。 Here, the “ejector effect” is achieved by increasing the flow rate of the exhaust gas by the tapered nozzle portion, and exhausting the exhaust gas at the collecting portion where a plurality of passages are gathered downstream from the nozzle portion. It means that negative pressure is generated.
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。 According to the above configuration, the collective passage has the nozzle part and the aggregate, and the negative pressure is generated in the collective part due to the ejector effect, so that the exhaust gas discharged from one cylinder rotates toward the other cylinder. It is suppressed that it flows. That is, exhaust interference in the collecting passage is suppressed. By suppressing the exhaust interference, the exhaust energy supplied from the collecting passage to the turbine is increased, and the supercharging efficiency of the turbocharger can be further improved.
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。 In addition, the ejector effect sucks residual exhaust gas from other cylinders with open exhaust ports, improving scavenging performance and increasing the exhaust energy supplied to the turbine by the amount of exhaust gas that has been sucked out. It becomes possible. This also increases the turbocharging efficiency of the turbocharger.
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。 The collecting passage is connected to each of the plurality of cylinders on the upstream side of the collecting portion, and the independent passages are arranged to extend in parallel while being partitioned from each other by a partition wall. It is good also as having.
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。 With this configuration, the angle when the passages connected to each of the plurality of cylinders gather is shallow, and the ejector effect is further enhanced. This enhances the effect of suppressing the exhaust interference and enhances the effect of sucking out the residual exhaust gas. As a result, the exhaust energy supplied from the collecting passage to the turbine is increased.
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。 The ratio a / D between the diameter a of the perfect circle corresponding to the minimum cross-sectional area of the nozzle portion and the diameter D of the perfect circle corresponding to the cross-sectional area at the downstream end of the collecting portion is set to 0.5 or more and less than 1. It is good as it is.
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。 From the knowledge of the inventors of the present application, when a / D is less than 0.5, it becomes impossible to form a negative pressure region in the gathering portion, and as a / D approaches 1 (in other words, minimum disconnection of the nozzle portion). The closer the area a and the cross-sectional area of the downstream end of the gathering portion), the more advantageous for the generation of negative pressure. However, when a / D is equal to or greater than 1, the cross-sectional area of one of the plurality of passages gathering at the gathering portion is the same as the cross-sectional area of the passage after gathering, which is larger than that. It is not possible to obtain the suction effect of sucking out the residual exhaust gas. Therefore, in order to suppress the exhaust interference in the collecting passage and to increase the turbocharging efficiency of the turbocharger, it is preferable to set a / D to 0.5 or more and less than 1.
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。 The EGR passage is provided with an EGR valve configured to adjust the recirculation amount of the exhaust gas to the intake side, and the EGR passage communicates with a region where negative pressure is generated in the collecting portion. The EGR valve opens when the engine operating state is in a predetermined region of low rotation and low load, and closes when the engine is in a low rotation and high load region where the load is higher than the predetermined region. It is good.
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。 By opening the EGR passage to the negative pressure generation region in the collecting passage, the exhaust gas is suppressed from flowing toward the EGR passage when the EGR passage is closed. This is equivalent to a reduction in the volume of the collecting passage connecting the exhaust port and the turbine. As a result, the exhaust energy supplied to the turbine through the collecting passage is increased. This is particularly effective in increasing the turbocharging efficiency of the turbocharger when the engine does not recirculate EGR gas.
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。 When the engine operating state is within a predetermined range of low rotation and low load, the amount of fuel is small and the amount of fresh air introduced into the cylinder is also small. Therefore, the pump loss is reduced by recirculating EGR gas to the intake side. . That is, when the operating state of the engine is in a predetermined range of low rotation and low load, the fuel efficiency is improved by opening the EGR valve.
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。 When the load is in the low rotation and high load region where the load is higher than the predetermined region, the amount of fuel increases, so that the EGR gas does not need to be recirculated and the EGR valve is closed. On the other hand, when the engine is in a low rotation and high load region, an improvement in supercharging efficiency is required. However, when the engine is operating in a low rotation region, the exhaust energy is relatively low. At this time, the configuration in which the EGR passage is opened to the negative pressure generation region in the collecting passage, as described above, suppresses the exhaust gas from flowing toward the EGR passage, and supplies the exhaust gas to the turbine through the collecting passage. Exhaust energy can be increased. As a result, it is advantageous for improving the engine torque in a low rotation and high load region where the EGR gas is not recirculated.
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。 An EGR valve configured to adjust the recirculation amount of the exhaust gas to the intake side and an EGR cooler configured to cool the exhaust gas recirculated to the intake side are arranged in the EGR passage. The EGR passage communicates with the downstream side of the region where the negative pressure is generated in the collecting portion, and the EGR valve is opened when the engine operating state is in a high rotation / high load region. You may do it.
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。 Unlike the above configuration, by opening the EGR passage downstream of the negative pressure generation region in the collecting passage, the negative pressure in the negative pressure generation region is reduced when the EGR passage is opened and a part of the exhaust gas is taken out. It becomes possible to strengthen. As a result, the effect of suppressing exhaust interference is enhanced, and the effect of sucking out residual exhaust gas from other cylinders is enhanced. This is particularly effective in increasing the supercharging efficiency of the turbocharger when the engine is recirculating EGR gas.
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。 When the operating state of the engine is in the region of high rotation and high load, the back pressure of the engine becomes high, so that it is difficult for negative pressure to be generated in the collecting portion. On the other hand, when the operating state of the engine is in the region of high rotation and high load, exhaust gas is cooled by the EGR cooler and then recirculated to the intake side, thereby reducing the exhaust gas temperature.
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。 Therefore, the configuration in which the EGR passage is opened to the downstream side of the negative pressure generation region in the collecting passage has the negative pressure generation region in the high rotation and high load region where the EGR gas is recirculated for the purpose of reducing the exhaust gas temperature. Since the pressure can be increased and the effect of suppressing exhaust interference and the effect of sucking out residual exhaust gas can be enhanced, the turbocharging efficiency of the turbocharger is increased in the high rotation and high load region where the back pressure of the engine is high. That is, it is advantageous for improving the torque in the region of high rotation and high load.
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。 As described above, according to the exhaust system for an engine with a turbocharger, the exhaust passage that connects the exhaust port of the engine and the turbine of the turbocharger to each other is a collection passage that collects between different cylinders. In addition to being divided into two types of passages, an independent passage that does not collect, and connecting the EGR passage to the collection passage, high exhaust energy is supplied to the turbine through an independent passage that does not cause exhaust interference. The supercharging efficiency can be kept high.
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。
Hereinafter, an exhaust system for an engine with a turbocharger will be described with reference to the drawings. The following description is an example. FIG. 1 shows the structure of a rotary piston engine 1 (hereinafter also simply referred to as a rotary engine 1). As shown in FIG. 2, the rotary engine 1 is a two-rotor type including two
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。
A rotation axis X is defined by a trochoid inner
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。
The
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。
The
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。
A phase gear is provided inside the rotor 2 (not shown). That is, the inner gear (rotor gear) on the inner side of the
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。
The rotational motion of the
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。
More specifically, the
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。
On the other hand, in the rotary piston engine of the conventional configuration, the left side of the
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。
Focusing on the lower
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。
An
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。
An
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。
A
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。
An
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。
A T-
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。 FIG. 2 conceptually shows the configuration of the exhaust device of the rotary engine 1 with a turbocharger. FIG. 2 is a diagram conceptually showing the connection relationship between elements included in the exhaust system, and the connection position, merging position, branching position, passage shape, etc. of each passage are not necessarily specific. It does not represent
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。
The exhaust device includes a
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。
As described above, in the rotary engine 1 of the two-rotor type, each cylinder (that is, the
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。
The
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。
The
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。
The turbocharger 5 has a
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。 Here, the characteristics of the turbocharger attached to the rotary engine will be described. FIG. 3A shows the characteristics of the turbocharger attached to the rotary engine, and FIG. 3B shows the characteristics when the same turbocharger is attached to the reciprocating engine. First, the alternate long and short dash line in FIG. 3 (b) indicates the intercept point at which the waste gate valve is opened. In the reciprocating engine, the waste gate valve is closed in the low rotation range below the intercept point. Is higher than the turbine front back pressure indicated by a broken line in FIG. On the other hand, in the middle rotation range to the high rotation range exceeding the intercept point, the turbine front back pressure becomes higher than the boost pressure as the wastegate valve opens to limit the boost pressure. By opening the wastegate valve, the turbine front back pressure decreases, but the supercharging pressure decreases more than that.
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。 In the turbocharger attached to the rotary engine, as shown in FIG. 3 (a), the supercharging pressure indicated by the solid line in the figure is lower in the low rotation range below the intercept point at which the wastegate valve is closed. It becomes higher than the turbine front back pressure indicated by the broken line in the figure. This is the same as a reciprocating engine. On the other hand, in the middle to high rotation range exceeding the intercept point, although the wastegate valve is opened to limit the supercharging pressure, the supercharging pressure is maintained higher than the turbine front back pressure. This is considered to be because the valve opening characteristics of the exhaust port are different as described below.
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。
FIG. 4 compares the angle change of the opening area of the exhaust port in the rotary engine (change in the eccentric angle of the eccentric shaft 6) and the angle change of the lift amount of the poppet valve that opens and closes the exhaust port in the reciprocating engine (change in the crank angle). doing. FIG. 4 is a diagram for comparing the change characteristics of the opening state of the exhaust port with respect to the progress of the angle. The scale of the vertical axis is not the same between the rotary engine and the reciprocating engine, and the scale of the horizontal axis is also different from that of the rotary engine. It is not necessarily the same as the reciprocating engine. First, in a reciprocating engine that opens and closes an exhaust port by a vertical movement of a poppet valve, the lift amount gradually increases when the exhaust port is opened. On the other hand, in the rotary engine, as is apparent from FIG. 1, the
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。
Returning to the exhaust system of FIG. 2, the EGR system 9 is disposed on the downstream side of the
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。
Thus, by connecting the
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。
On the other hand, the collecting
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。
The exhaust device further includes a
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。
The
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。
Specifically, the
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。
Further, the
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。
A relatively low temperature exhaust gas that has passed through the
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。
When the operating state of the rotary engine 1 is in a high rotation and / or high load region, the temperature of the
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。
In the operation state where the temperature of the
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。
Next, the configuration of the
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。
As described above, the collecting
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。
On the downstream side of the
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。
On the downstream side of the nozzle portion 1323, the
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。
The downstream side of the collecting
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。
Here, the minimum cross-sectional area S 1 of the nozzle portion 1323 is expressed by S 1 = π (a / 2) 2 where a diameter of a perfect circle corresponding to the cross-sectional area is a, and is downstream of the collecting
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。
In the
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。
The collecting
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。
Thus, the
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。
In the configuration example shown in FIG. 5, the
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。
FIG. 7 shows the torque curve of the engine. “EGR region 1” surrounded by a broken line in FIG. 7 has a low engine load (for example, a region approximately corresponding to a low load region when the load region is equally divided into a low load region and a high load region), and The EGR region 1 corresponds to a region where the rotational speed is low (for example, a region approximately corresponding to a low rotational region when the rotational region is divided into a low rotational region and a high rotational region). Therefore, from the viewpoint of reducing pump loss, the
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。
Thus, when the operating state of the engine is in the low rotation and high load region where EGR gas is not recirculated, the
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。
FIG. 6 shows a configuration example different from FIG. Specifically, the connection position of the
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。
This configuration is particularly effective in increasing the exhaust energy supplied to the
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。
On the other hand, when the operating state of the engine is in a region of high rotation and high load, the back pressure of the engine is increased and it is difficult for negative pressure to be generated at the collecting
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。
As virtually shown in FIG. 6, an opening / closing
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。 The technology disclosed herein is not limited to being applied to the rotary engine 1 but can also be applied to an exhaust device of a multi-cylinder reciprocating engine. The configuration of the reciprocating engine is not particularly limited, and may be any of an inline engine, a V-type engine, and a horizontally opposed engine. The reciprocating engine may be either a gasoline engine (that is, a spark ignition engine) or a diesel engine.
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
1 Rotary piston engine (engine)
10
10b Secondary port (exhaust port)
13
31a Front cylinder 31b Rear cylinder 5
Claims (6)
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。 An exhaust port that is provided in an engine having a plurality of cylinders and is provided for each cylinder so as to discharge exhaust gas in each cylinder;
An exhaust passage configured to connect to each of the exhaust ports;
A turbocharger turbine disposed in the exhaust passage and configured to be driven by energy of the exhaust gas;
An EGR passage configured to communicate with the exhaust passage and to recirculate a part of the exhaust gas to the intake side of the engine,
The exhaust passage is
In each cylinder, it is connected to at least one of a plurality of exhaust ports, and is assembled between different cylinders and is then connected to the turbine,
An independent passage that is connected to the other exhaust port in each cylinder and connected to the turbine without being assembled between different cylinders,
The EGR passage is an exhaust system for an engine with a turbocharger connected to the collecting passage.
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。 The exhaust system for an engine with a turbocharger according to claim 1,
The collective passage includes a nozzle portion that is tapered so as to eject the exhaust gas while a passage connected to each of a plurality of cylinders remains in an independent state, and a plurality of downstream portions from the nozzle portion. An exhaust system for an engine with a turbocharger, wherein the exhaust passage has a collecting portion in which a region where the passage is gathered and a negative pressure is generated by an ejector effect is formed.
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。 The exhaust system for an engine with a turbocharger according to claim 2,
The collecting passage is connected to each of the plurality of cylinders on the upstream side of the collecting portion, and the independent passages are arranged to extend in parallel while being partitioned from each other by a partition wall. An exhaust system for an engine with a turbocharger further comprising:
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。 The exhaust system for an engine with a turbocharger according to claim 2 or 3,
The ratio a / D between the diameter a of the perfect circle corresponding to the minimum cross-sectional area of the nozzle portion and the diameter D of the perfect circle corresponding to the cross-sectional area at the downstream end of the collecting portion is set to 0.5 or more and less than 1. Exhaust system for turbocharged engines.
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。 The exhaust system for an engine with a turbocharger according to any one of claims 2 to 4,
The EGR passage is provided with an EGR valve configured to adjust a recirculation amount of the exhaust gas to the intake side,
The EGR passage communicates with a region where negative pressure is generated in the collecting portion,
The EGR valve opens when the engine operating state is in a predetermined region of low rotation and low load, and is turbocharged that closes when the engine is in a low rotation and high load region where the load is higher than the predetermined region. Exhaust system for aircraft engine.
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。 The exhaust system for an engine with a turbocharger according to any one of claims 2 to 4,
An EGR valve configured to adjust the recirculation amount of the exhaust gas to the intake side and an EGR cooler configured to cool the exhaust gas recirculated to the intake side are arranged in the EGR passage. Has been established,
The EGR passage communicates with the downstream side of the region where the negative pressure is generated in the collecting portion,
The EGR valve is an exhaust system for an engine with a turbocharger that opens when the operating state of the engine is in a region of high rotation and high load.
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JPS5786514A (en) * | 1980-11-18 | 1982-05-29 | Suzuki Motor Co Ltd | Exhaust device in automobile with turbocharger |
JP2002030980A (en) * | 2000-07-18 | 2002-01-31 | Mitsubishi Motors Corp | Egr device for engine with supercharger |
JP2005016313A (en) * | 2003-06-23 | 2005-01-20 | Komatsu Ltd | Turbocharger |
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JPS5786514A (en) * | 1980-11-18 | 1982-05-29 | Suzuki Motor Co Ltd | Exhaust device in automobile with turbocharger |
JP2002030980A (en) * | 2000-07-18 | 2002-01-31 | Mitsubishi Motors Corp | Egr device for engine with supercharger |
JP2005016313A (en) * | 2003-06-23 | 2005-01-20 | Komatsu Ltd | Turbocharger |
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