JP2016079928A - ターボ過給機付きエンジンの排気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ターボ過給機付きエンジンにおいて、触媒の未活性時に触媒の活性化を促進可能にする。
【解決手段】排気通路１３は、ターボ過給機５のタービン５１に接続される第１通路１３１と、タービンをバイパスして触媒（触媒装置１００）に接続される第２通路１３２とを含みかつ、第１通路が冷却構造を有していることで、第２通路を流れる排気ガスの温度が、第１通路を流れる排気ガスの温度よりも高くなるよう構成される。タービンの上流側には、可動絞り（可変ベーン５１ａ）が設けられており、少なくとも触媒の未活性時には、可動絞りを絞ることによってタービンに流入する排気ガス量を制限する。
【選択図】図２

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。

特許文献１には、ターボ過給機付きのレシプロエンジンの排気装置として、過給圧に応じて開閉するよう構成された開閉弁を有しかつ、ターボ過給機のタービンをバイパスする第１バイパス路と、触媒温度に応じて開閉する制御弁を有する第２バイパス路とを備えた構成が記載されている。この排気装置では、触媒温度が低いときには、制御弁を開けることにより、第２バイパス路を通じて、タービンをバイパスして触媒に排気ガスを流すようにしている。これにより、タービンを通過することによる温度低下を回避した比較的高温の排気ガスが触媒を流れるようになり、触媒の温度を高くすることが可能になる。

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設けた排気ポートを、排気通路を通じて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にあるときに開閉弁を開けることで、気筒から排出された排気ガスの一部がタービンをバイパスして流れるようになり、過過給を未然に防止するようにしている。

実開昭５８−１６３６３９号公報 特公平６−４７９４２号公報

ターボ過給機付きエンジンにおいては、タービンを通過した後の排気ガスの温度が低くなることから、タービンの下流に配置される触媒の未活性時に、触媒の活性化を促進することが難しくなるという不都合がある。

一方、例えば低回転域での過給レスポンスの向上を目的として可変ベーンを備えた可変容量ターボ過給機のように、可動デバイスを有するターボ過給機は、流入する排気ガスの温度が高くなり過ぎると信頼性が低下してしまう。しかしながら、流入する排気ガスの温度を低くすると、タービンを通過した後の排気ガスの温度がさらに低くなることから、触媒の活性化がさらに困難になるという不都合がある。

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、触媒の未活性時に触媒の活性化を促進可能にすることにある。

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、少なくとも１の気筒を有するエンジンに設けられかつ、前記気筒内から排気ガスを排出するよう構成された排気ポートと、前記排気ポート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、前記排気通路における前記タービンの下流側に配設されかつ、前記排気ガスを浄化するよう構成された触媒と、を備える。

そして、前記排気通路は、前記タービンに接続される第１通路と、前記タービンをバイパスして前記触媒に接続される第２通路とを含みかつ、前記第１通路が、当該第１通路を流れる前記排気ガスの温度を低下させる冷却構造を有していることで、前記第２通路を流れる前記排気ガスの温度が、前記第１通路を流れる前記排気ガスの温度よりも高くなるよう構成され、前記タービンの上流側には、前記タービンに流入する排気ガス量を制限可能な可動絞りが設けられており、少なくとも前記触媒の未活性時には、前記可動絞りを絞ることによって前記タービンに流入する前記排気ガス量を制限する。

この構成によると、排気通路は、ターボ過給機のタービンに接続される第１通路と、タービンをバイパスして触媒に接続される第２通路とを含むと共に、第１通路は、排気ガスの温度を低下させる冷却構造を有している。冷却構造は、様々な構成を採用することが可能である。第１通路を通じてターボ過給機のタービンに流入する排気ガスの温度は、相対的に低くなる。ターボ過給機には、タービンの上流側に可動絞り、つまり可動デバイスが設けられているが、タービンに流入する排気ガスの温度が低くなることで、ターボ過給機の信頼性が高まる。

タービンに流入する排気ガスの温度が低くなることに伴い、タービンを通過して触媒に流入する排気ガスの温度はさらに低下し得る。前記の構成では、触媒の未活性時には、可動絞りを絞ることによって、タービンに流入する排気ガス量を制限する。ここでいう制限は、タービンに流入する排気ガス量を少なくすることの他に、タービンに排気ガスが流入することを実質的に禁止することも含む。こうして、タービンに流入する排気ガス量を制限する結果、第１通路を流れる排気ガス量が減る、又は、第１通路を排気ガスが流れないため、その分、第２通路を流れる排気ガス量が増える。第２通路は、そこを流れる排気ガスの温度が、第１通路を流れる排気ガスの温度よりも高くなるよう構成されかつ、第２通路は、タービンをバイパスして触媒に接続されている。そのため、比較的高温の多量の排気ガスを、触媒に、直接流すことが可能になる。こうして、ターボ過給機付きエンジンにおいて、触媒の未活性時に、その活性化を促進することが可能になる。

前記ターボ過給機は、走行中のエンジンの運転状態に応じて、所定の第１角度から、当該第１角度よりも大きい所定の第２角度までの範囲で、可変ベーンのベーン角度が変更されるよう構成された可変容量ターボ過給機であって、前記可動絞りは、前記可変ベーンであり、前記可変ベーンは、前記触媒の未活性時には、前記第１角度よりも小さいベーン角度にされる、としてもよい。

可変容量ターボ過給機においては、可変ベーンの角度を小さくすることによって、タービンに流入する排気ガスの流速が高まり、主に低回転域での過給レスポンスが高まる。一方、可変ベーンの角度を大きくすることによって、タービンに流入する排気ガスの流速が低下し、主に高回転域での過給効率が高まる。可変容量ターボ過給機では、車両走行中に、エンジンの運転状態に応じて、所定の第１角度から、所定の第２角度の範囲で、可変ベーンの角度が変更される。

前記の構成では、触媒の未活性時には、可変ベーンの角度が、走行中のエンジンの運転状態における最小角度である第１角度よりも小に設定される、これにより、タービンに排気ガスが流入することが実質的に防止される。その結果、気筒から排出された排気ガスのほとんどを、第２通路（ここで、開閉弁は開弁している）を通じて触媒に流すことが可能になる。これは、触媒の活性化を促進し、触媒の早期活性化を可能にする。

また、可変容量ターボ過給機は、使用可能となる最高温度が、可変ベーンを備えないノーマルなターボ過給機よりも低く設定されることが一般的であるが、前述したように、タービンに接続される第１通路内を流れる排気ガスの温度は、第１通路の冷却構造により比較的低いため、可変容量ターボ過給機の信頼性を向上させることができる。

前記第２通路は、前記ターボ過給機の過給圧に応じて開閉するよう構成された開閉弁を有し、前記開閉弁は、前記触媒の未活性時に開弁する、としてもよい。

第２通路の開閉弁を閉じたときには、気筒から排出される排気ガスの全量又は排気ガスの多くを、第１通路を通じてタービンに送ることが可能になる。これにより十分な排気エネルギを確保することが可能になるから、ターボ過給機の効率向上と共に、所望の過給圧を得ることができる。

第２通路の開閉弁を開けたときには、気筒から排出された排気ガスの一部は、第２通路を流れてタービンをバイパスする。従って、ターボ過給機の過給圧が高いときに、第２通路の開閉弁を開けることで、過給圧が高くなりすぎることが回避可能になる。ターボ過給機の過給圧が所定の過給圧を超えないように、前記開閉弁を開閉制御するようにすれば、前記の開閉弁は、いわゆるウェストゲートバルブとして機能させることが可能である。

触媒の未活性時には、その開閉弁を開弁する。これにより、可動絞りを絞ることと組み合わさって、気筒から排出される排気ガスの少なくとも一部は、第１通路を流れている最中に冷却されることなくかつ、タービンの通過によって温度が低下することなく、第２通路を通じて触媒に至るようになる。こうして、触媒の未活性時には、比較的温度の高い排気ガスを触媒に流すことが可能になるから、その活性化を促進することが可能になる。

前記第１通路には、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通路が連通している、としてもよい。

第１通路には開閉弁がないため、開閉弁の開閉状態の制約を受けずに、第１通路から排気ガスを取り出して、吸気側に還流することが可能である。

前記ＥＧＲ通路には、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クーラーが配設され、前記排気通路は、前記ＥＧＲ通路に連通すると共に、前記ＥＧＲクーラーを通過後の前記排気ガスを、前記タービンをバイパスして前記触媒に流す第３通路をさらに含んで構成される、としてもよい。

前述したように、第１通路を流れる排気ガスは、冷却構造によって比較的温度が低い。そのため、前記の構成は、ＥＧＲ通路にＥＧＲクーラーを配設した構成において、低温の排気ガスを吸気側に還流する上で有利である。

また、ＥＧＲクーラーを通過後の排気ガスを、タービンをバイパスして触媒に流す第３通路を設けることで、触媒には、第２通路を通じて相対的に高温の排気ガスが流れる他、第３通路を通じてＥＧＲクーラーによって冷却された排気ガスが流れる。また、第１通路を通じてタービンを通過した後の、比較的温度の低い排気ガスも流れる。これにより、触媒の温度が高くなりすぎることが回避される。これは、触媒の信頼性及び耐久性を向上させる。

また、触媒温度が高くなるのは、エンジンの運転状態が高回転及び／又は高負荷の運転領域にあるときであるため、ＥＧＲガスの還流は、行われない、又は、ほとんど行われない。従って、ＥＧＲクーラーによって冷却した排気ガスを、吸気側に還流させずに、触媒に流すことが可能である。

前記排気ポートは、複数の前記気筒のそれぞれにおいて、複数設けられており、前記排気通路は、各気筒において、前記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触媒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、前記集合通路に対して独立した状態で前記タービンに接続される独立通路と、を有し、前記独立通路は、前記第１通路を構成し、前記集合通路は、前記第２通路を構成するとしてもよい。

この構成によると、独立通路によって構成される第１通路と、集合通路によって構成される第２通路とは、各気筒について互いに独立して設けられ、第１通路はタービンに、第２通路はタービンをバイパスして触媒に接続される。つまり、排気通路が、独立通路と集合通路との２系統に分離される。それにより、独立通路を流れる排気ガスの温度と、集合通路を流れる排気ガスの温度との差を設けやすくなる。

独立通路と集合通路とを有する排気装置の構成は、例えばロータリピストンエンジンの排気装置に適用してもよい。つまり、ロータ収容室を構成するサイドハウジング（ロータとロータとの間に配設されるインターミディエイトハウジングを含む）に、排気ポートを開口させる、いわゆるサイド排気方式のロータリピストンエンジンにおいては、１つの気筒につき、ロータの両側それぞれで、少なくとも２つの排気ポートを互いに独立して設けることが可能である。従って、その内の１つの排気ポートに独立通路を接続する一方、他の排気ポートに集合通路を接続すれば、排気通路が、独立通路と集合通路との２系統に分離した排気装置を、比較的容易に構成することが可能である。

ここで、独立通路を、複数の気筒間で集合することなく独立したままタービンに接続するようにすれば、排気干渉等が生じることなく、排気ガスのエネルギをできるだけ高く維持したまま、タービンに送ることが可能になる。これは、ターボ過給機の効率の向上に有利になる。尚、複数の気筒間での排気干渉等が生じない構成に限らず、生じ難い構成であってもよい。例えばタービンのスクロール内においても通路が独立する構成を採用してもよいが、この他にも、タービンのスクロールの直上流で複数の通路が合流していて、単一通路のスクロール内に排気ガスを流入する構成を採用してもよい。さらに、複数の通路を隣り合って配置しかつ、排気ガスの流れ方向を互いに一致させた状態で合流させることで、排気干渉を生じ難くしてもよい。

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、排気通路を、ターボ過給機のタービンに接続される第１通路と、タービンをバイパスして触媒に至る第２通路とを含んで構成し、冷却構造によって第１通路を流れる排気ガスの温度が相対的に低くかつ、第２通路を流れる排気ガスの温度が相対的に高くなるようにすると共に、触媒の未活性時にターボ過給機のタービン上流の可動絞りを絞って、タービンへの排気ガスの流入を制限することにより、タービンを通過する排気ガスが減って、比較的温度が高い排気ガスが触媒を流れるから、触媒の未活性時に触媒の活性化を促進することが可能になる。

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。 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。 （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。 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２とは異なる構成の、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２及び図５とは異なる構成の、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。 ターボ過給機付きレシプロエンジンの排気装置の構成を示す概念図であり、（ａ）触媒の活性時の状態（過給状態）、（ｂ）触媒の未活性時の状態を示す。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（ターボ過給機付きロータリエンジンの排気装置の構成例１）
図２は、ターボ過給機付きロータリエンジン１の排気装置の構成例の１つ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。

排気装置は、可変容量ターボ過給機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。

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、プライマリポート１０ａと、セカンダリポート１０ｂとは、互いに独立した排気通路１３に接続されている。具体的に、プライマリポート１０ａは、第１通路１３１に接続され、セカンダリポート１０ｂは、第２通路１３２に接続されており、排気通路１３は、２系統に分離している。

第１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、タービン５１に接続させるよう構成されている。第１通路１３１は、各プライマリポート１０ａから排出される排気ガスが、排気干渉を生じない、又は、生じ難いように構成されている。こうすることで、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の直上流においては、２つの通路が合流しタービン５１に接続される。尚、図示は省略するが、タービン５１のスクロール内においても、２つの通路が独立するように構成して、前側気筒３１ａに接続される通路と、後側気筒３１ｂに接続される通路とをスクロール内においても、互いに独立させてもよい。また尚、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は、任意の箇所で合流させてもよい。

第１通路１３１は、冷却構造を有しており、具体的には、エンジンの冷却水によって排気ガスを冷却するよう構成されている。第１通路１３１は、いわゆる水冷排気マニホールドである。水冷排気マニホールドは、耐熱性を有する材料を用いる必要が無くなる、という利点がある。尚、第１通路１３１の冷却構造は、水冷構造に限定されず、その他、様々な冷却構造を採用することが可能である。

第２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、集合させる通路である。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。第２通路１３２は、第１通路１３１とは異なり、排気干渉を生じ得る。第２通路１３２はまた、タービン５１をバイパスして触媒装置１００に接続されている。

第２通路１３２には、開閉弁１３４が設けられている。開閉弁１３４は、図２に仮想的に示すように、閉弁したときには、前側気筒３１ａのセカンダリポート１０ｂ、及び、後側気筒３１ｂのセカンダリポート１０ｂの開口を共に閉じるように構成されており、これにより、開閉弁１３４を閉弁したときには、前側気筒３１ａ及び後側気筒３１ｂの作動室８同士が、セカンダリポート１０ｂを介して互いに連通してしまうことが回避される。つまり、排気干渉が生じない。図２に実線で示すように、開閉弁１３４を開弁したときには、前側気筒３１ａのセカンダリポート１０ｂ、及び、後側気筒３１ｂのセカンダリポート１０ｂの開口がそれぞれ開いて、各気筒３１ａ、３１ｂから排出される排気ガスが、第２通路１３２を通って（つまり、タービン５１をバイパスして）、触媒装置１００に送られる。第２通路１３２の開閉弁１３４はまた、第２通路１３２を流れる排気ガスの流量を調整可能な流量調整弁である。

第２通路１３２はまた、保温構造を有している。具体的に、第２通路１３２は、二重管によって構成されていて、第２通路１３２を流れる排気ガスの放熱を遮断するような断熱構造を有している。これにより、第２通路１３２を流れる排気ガスの温度は、高く維持されたままで、触媒装置１００に至るようになる。つまり、第２通路１３２を流れる排気ガスの温度は、冷却構造を有する第１通路１３１を流れる排気ガスの温度よりも高くなる。

尚、保温構造は、二重管を用いた断熱構造に限定されるものではない。また、第２通路１３２を流れる排気ガスの温度が、第１通路１３１を流れる排気ガスの温度よりも高ければよく、第１通路１３１が冷却構造を有していることで排気ガスの温度を積極的に低下させているのであれば、第２通路１３２の保温構造を省略してもよい。

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。前述したように、このターボ過給機５は、可変容量ターボ過給機であり、その構成自体は公知であるため、詳細な図示を省略するが、タービン５１の上流側に、可変ベーン５１ａが配設されている。可変ベーン５１ａは、車両走行中の、エンジンの運転状態に応じて、その角度が変更される。つまり、低回転域では、可変ベーン５１ａの角度を小さくすることによって、タービン５１に流入する排気ガスの流速が高まり、ターボ過給機５の過給レスポンスが高まる。一方、高回転域では、可変ベーン５１ａの角度を大きくすることによって、タービン５１に流入する排気ガスの流速が低下し、ターボ過給機５の過給効率が高まる。この可変容量ターボ過給機５は、車両走行中には、エンジンの運転状態に応じて、所定の第１角度から、第１角度よりも大きい所定の第２角度の範囲で、可変ベーンの角度が変更されるよう構成されている。可変ベーン５１ａの構造上の可動範囲を０〜１００％としたときに、第１角度は、３０％程度であり、第２角度は、８０％程度である。この可変容量ターボ過給機５はさらに、詳細は後述するが、可変ベーン５１ａの角度が、前記所定の第１角度よりも小さい全閉角度（例えば１０％以下）にすることが可能に構成されている。つまり、車両走行中の最小角度である第１角度は、タービン５１への排気ガスの流入を制限するものの、その流入を禁止する角度ではないのに対し、その第１角度よりも小さい全閉角度にして、可変ベーン５１ａと可変ベーン５１ａとの間の隙間を実質的に無くしたときには、タービン５１への排気ガスの流入が実質的に禁止されるよう構成されている。

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。

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。

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。

図２の排気装置に戻り、ＥＧＲシステム９は、第１通路１３１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ように、第１通路１３１に接続される。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。

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１３２に接続される第３通路１３３を備えている。第３通路１３３には、当該第３通路１３３を流れる排気ガスの流量を調整する流量調整弁１３５が介設されている。

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、可変ベーン５１ａの角度、第２通路１３２の開閉弁１３４の開度、ＥＧＲ弁９３の開度、及び、第３通路１３３の流量調整弁１３５の開度をそれぞれ調整制御する。

次に、この構成の排気装置における排気ガスの流れについて説明する。先ず、触媒が未活性のときには、ＡＷＳ（Ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ Ｗａｒｍ−ｕｐ Ｓｙｓｔｅｍ）を実行することにより触媒の活性化を図る。このＡＷＳ実行時には、タービン５１を流れる排気ガス量を制限すると共に、各気筒３１ａ、３１ｂから排出された排気ガスを、タービン５１をバイパスして触媒装置１００に送るようにする。具体的に、ＥＣＵ２０は、可変容量ターボ過給機５における可変ベーン５１ａの角度を、走行中の最小角度である第１角度よりも小さい全閉角度にする。これにより、排気ガスは、実質的にタービン５１に流入しなくなるため、各気筒３１ａ、３１ｂにおいて、プライマリポート１０ａを通じた排気ガスの排出も、実質的に行われない。

こうして、可変ベーン５１ａの角度を全閉角度にする一方で、ＥＣＵ２０は、ＡＷＳ実行時には、第２通路１３２の開閉弁１３４を全開にする（図２の実線参照）。これにより、各気筒３１ａ、３１ｂから排出される排気ガスは、ほぼ全量が、セカンダリポート１０ｂを通じて排出され、第２通路１３２内を流れる。第２通路１３２は、前述したように、断熱構造を有しているため、第２通路１３２を流れる排気ガスの温度は、比較的高く維持される。こうして、温度の高い排気ガスを、タービン５１を通過させることなく、直接、触媒装置１００に送ることが可能になり、触媒を迅速に活性化することが可能になる。

触媒が活性してＡＷＳが終了した後、ＥＣＵ２０は、第２通路１３２の開閉弁１３４を閉じる（例えば全閉にする）と共に、可変容量ターボ過給機５の可変ベーン５１ａの角度を、少なくとも第１角度以上にする。ＥＣＵ２０は、可変ベーン５１ａの角度を、ロータリエンジン１の運転状態に応じて、第１角度から第２角度の範囲で、適宜、設定する。

ＥＣＵ２０は、第２通路１３２の開閉弁１３４を、インターセプトポイント以下の低回転域では、閉弁する。これにより、各気筒３１ａ、３１ｂから排出される排気ガスは、プライマリポート１０ａから第１通路１３１を通って、タービン５１へと供給される。第１通路１３１は、排気干渉が生じない、又は、生じ難い構造である一方、第２通路１３２では、開閉弁１３４が閉弁していて、セカンダリポート１０ｂを通じた２つの気筒３１ａ、３１ｂの連通がないため、排気干渉が生じない。従って、高いブローダウンエネルギを利用して、タービン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の過給効率の向上に有利である。

第１通路１３１は冷却構造を有しているため、タービン５１に流入する排気ガスの温度は、比較的低くなる。これにより、可変容量ターボ過給機５の信頼性を高めることが可能になる。

インターセプトポイントを超える中回転から高回転域では、ＥＣＵ２０は、第２通路１３２の開閉弁１３４を適宜開く。これにより、各気筒３１ａ、３１ｂから排出される排気ガスの一部は、セカンダリポート１０ｂを通じて排出され、第２通路１３２を通って、タービン５１をバイパスする。これにより、ターボ過給機５の過過給が回避される。開閉弁１３４は、ウェストゲートバルブとして機能をする。尚、図３（ａ）を参照して説明したように、ロータリエンジン１では、インターセプトポイントを超える中回転から高回転域においても、過給圧が、タービン前背圧よりも高い状態を維持することが可能である。

ＡＷＳの終了後は、触媒装置１００には、第１通路１３１から、タービン５１を通過した後の、比較的低温の排気ガスが流れる。また、開閉弁１３４を開いたときには、断熱構造を有する第２通路１３２を通って、タービン５１をバイパスした排気ガスも、触媒装置１００を流れる。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。

ＥＣＵ２０は、エンジンの運転状態に応じて、排気ガスの一部を、ＥＧＲ通路９１を介して吸気側に還流する。具体的に、ＥＣＵ２０は、ＥＧＲ弁９３を、適宜の開度に開く。このことによって、所望の量の排気ガスが、第１通路１３１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。第１通路１３１は、第２通路１３２のように開閉弁を有していないため、開閉弁の開閉状態の制約を受けることなく、排気ガスを取り出すことが可能である。また、第１通路１３１は、冷却構造を有するため、冷却した排気ガスを吸気側に還流させる上で有利である。また、図３（ａ）を参照して説明したように、ロータリエンジン１では、高いブローダウンエネルギをタービン５１に供給することが可能であるため、第１通路１３１からＥＧＲガスを取り出しても、所望の過給圧を得ることが可能である。

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。特にこの排気装置では、前述の通り、第２通路１３２は断熱構造によって排気ガスの温度が比較的高くなり、それに伴い、触媒装置１００の温度も高くなりやすい。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１３３の流量調整弁１３５を開いて、第１通路１３１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１３２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。

尚、触媒装置１００の温度が高くなる運転状態では、ＥＧＲガスの還流は、行われない、又は、ほとんど行われない。このため、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。

（ターボ過給機付きロータリエンジンの排気装置の構成例２）
図５は、ターボ過給機付きロータリエンジン１の排気装置の別の構成例を概念的に示している。図２に示す排気装置と同じ構成については、同じ符号を付し、その説明を省略する場合がある。図５に示す排気装置は、第１及び第２の２つの可変容量ターボ過給機５ａ、５ｂを備え、並列の２つのターボ過給機５ａ、５ｂが作動をする、いわゆるツインターボ過給である。

この排気装置において、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とは、第１通路１３１に接続されている。第１通路１３１は、排気干渉が生じ難い構造において、互いに連通していると共に、第１の可変容量ターボ過給機５ａのタービン５１、及び、第２の可変容量ターボ過給機５ｂのタービン５１にそれぞれ接続されている。第１通路１３１が冷却構造を有している点は、図２に示す排気装置と同じである。

第２通路１３２の構成は、図２に示す排気装置と同じである。つまり、第２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とを互いに集合させると共に、第１及び第２の可変容量ターボ過給機５ａ、５ｂそれぞれのタービン５１をバイパスして、触媒装置１００に接続されている。第２通路１３２は、開閉弁１３４を有すると共に、断熱構造を有している。

第１及び第２の可変容量ターボ過給機５ａ、５ｂは、その容量が同じに設定されている。また、各可変容量ターボ過給機５ａ、５ｂは、図２に示す排気装置の可変容量ターボ過給機５と同様に、走行中の最小角度である第１角度よりも小さい全閉角度に設定可能な可変ベーン５１ａを有している。第１及び第２の可変容量ターボ過給機５ａ、５ｂはそれぞれ、タービン５１に排気ガスが流入することを実質的に禁止することが可能である。

また、走行中は、各可変容量ターボ過給機５ａ、５ｂの可変ベーン５１ａの角度が、エンジンの運転状態に応じて、第１角度から第２角度の範囲で変更されるが、この排気装置では、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とが、第１通路１３１によって互いに連通した上で、第１及び第２の可変容量ターボ過給機５ａ、５ｂそれぞれのタービン５１に接続される。このため、第１及び第２の可変容量ターボ過給機５ａ、５ｂを同時に駆動する上で、第１及び第２の可変容量ターボ過給機５ａ、５ｂの個体差が無くなるよう、ＥＣＵ２０は、可変ベーン５１ａの角度を、２つのターボ過給機５ａ、５ｂで個別に調整する。

第１及び第２の可変容量ターボ過給機５ａ、５ｂそれぞれは、比較的低容量に設定されている。これにより、低回転域での過給レスポンスが向上する一方で、２つのコンプレッサ５２、５２からの風量が合計されることで、高回転域での大容量を確保することができる。

ＥＧＲ通路９１は、第１通路１３１に接続されている。ＥＧＲシステム９は、前側気筒３１ａ及び後側気筒３１ｂのそれぞれから均等に、排気ガスを取り出して、吸気側に還流する。

この構成の排気装置において、触媒が未活性のＡＷＳ時には、ＥＣＵ２０は、第１及び第２の可変容量ターボ過給機５ａ、５ｂの可変ベーン５１ａをそれぞれ全閉角度にし、それによって、各タービン５１への排気ガスの流入を、実質的に禁止する。一方、ＥＣＵ２０は、第２通路１３２の開閉弁１３４を開弁することで、各気筒３１ａ、３１ｂから排出される排気ガスは、断熱構造の第２通路１３２を通じて、高い温度を維持したまま、２つのタービン５１を共にバイパスして、触媒装置１００に至る。これにより、触媒の活性化が促進される。

触媒が活性して、ＡＷＳが終了した後は、ＥＣＵ２０は、インターセプトポイント以下の低回転域では、第２通路１３２の開閉弁１３４を閉弁する。各気筒３１ａ、３１ｂから排出される排気ガスは、第１通路１３１によって冷却されながら、第１及び第２の可変容量ターボ過給機５ａ、５ｂのタービン５１に流入する。ＥＣＵ２０は、各可変容量ターボ過給機５ａ、５ｂの可変ベーン５１ａの角度を、エンジンの運転状態に応じて、所定の第１角度から第２角度の範囲で、調整する。前述の通り、第１及び第２の可変容量ターボ過給機５ａ、５ｂは、比較的低容量であるため、低回転時のレスポンスが向上する。ＥＣＵ２０はまた、第１及び第２の可変容量ターボ過給機５ａ、５ｂの個体差が無くなるように、各可変容量ターボ過給機５ａ、５ｂの可変ベーン５１ａの角度を、個別に調整する。

インターセプトポイントを超える中回転から高回転域では、ＥＣＵ２０は、第２通路１３２の開閉弁１３４を開く。各気筒３１ａ、３１ｂから排出される排気ガスの一部は、第１及び第２の可変容量ターボ過給機５ａ、５ｂのタービン５１をバイパスする。これにより、過過給が未然に防止される。

さらに、触媒装置１００の温度が高くなるときには、ＥＣＵ２０は、流量調整弁１３５を開く。このことにより、第３通路１３３を通じて、ＥＧＲクーラー９２によって冷却した排気ガスが、触媒装置１００に送られる。このことで、触媒装置１００の温度が高くなりすぎることが防止される。

この構成の排気装置では、第１及び第２の２つの可変容量ターボ過給機５ａ、５ｂを備えることで、低回転域での過給レスポンスの向上に加えて、低回転域から高回転域までの広い回転域に亘って過給を行うことが可能である。

（ターボ過給機付きロータリエンジンの排気装置の構成例３）
図６は、ターボ過給機付きロータリエンジン１の排気装置の別の構成例を概念的に示している。図２及び図５に示す排気装置と同じ構成については、同じ符号を付し、その説明を省略する場合がある。図６に示す排気装置は、図５に示す排気装置と同様に、２つの可変容量ターボ過給機を備えているが、プライマリ可変容量ターボ過給機５ｐのみを作動させる状態と、プライマリ可変容量ターボ過給機５ｐと、セカンダリ可変容量ターボ過給機５ｓとの両方を作動させる状態とを切り替える、いわゆる並列型のシーケンシャルターボ過給である。これにより、図５に示す排気装置よりも、さらに高回転域での過給を可能なワイドレンジ化が図られる。

この排気装置において、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とは、第１通路１３１に接続されている。第１通路１３１は、この排気装置では、前側気筒３１ａに接続される前側第１通路１３１ａと、後側気筒３１ｂに接続される後側第１通路１３１ｂとを含んで構成される。この内、前側第１通路１３１ａは、その途中で分岐をして、一方が、プライマリ可変容量ターボ過給機５ｐに接続される一方、他方が、セカンダリ可変容量ターボ過給機５ｓに接続される。一方、後側第１通路１３１ｂは、プライマリ可変容量ターボ過給機５ｐにのみ接続される。この構成は、排気干渉が生じない。

プライマリ可変容量ターボ過給機５ｐに対しては、前側気筒３１ａに接続される前側第１通路１３１ａと、後側気筒３１ｂに接続される後側第１通路１３１ｂとの双方が接続されるが、この２つの通路は、排気ガスが互いに独立してタービン５１に流入するよう構成されている。例えば、図示は省略するが、プライマリ可変容量ターボ過給機５ｐのスクロールは、その内部においても通路が、２つに独立する構成を有している、としてもよい。

尚、前側第１通路１３１ａ及び後側第１通路１３１ｂが冷却構造を有している点は、図２に示す排気装置と同じである。

第２通路１３２の構成は、図２に示す排気装置と同じである。つまり、第２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とを互いに集合させると共に、第１及び第２の可変容量ターボ過給機５ａ、５ｂそれぞれのタービン５１をバイパスして、触媒装置１００に接続されている。第２通路１３２は、開閉弁１３４を有すると共に、断熱構造を有している。

プライマリ可変容量ターボ過給機５ｐと、セカンダリ可変容量ターボ過給機５ｓとは、その容量が互いに同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、各可変容量ターボ過給機５ｐ、５ｓは、図２に示す排気装置の可変容量ターボ過給機５と同様に、走行中の最小角度である第１角度よりも小さい全閉角度に設定可能な可変ベーン５１ａを有している。各可変容量ターボ過給機５ｐ、５ｓは、タービン５１に排気ガスが流入することを実質的に禁止することが可能である。また、走行中は、各可変容量ターボ過給機５ｐ、５ｓの可変ベーン５１ａの角度が、エンジンの運転状態に応じて、第１角度から第２角度の範囲で変更される。

ＥＧＲ通路９１は、セカンダリ可変容量ターボ過給機５ｓに接続される前側第１通路１３１ａに接続されている。

この構成の排気装置において、触媒が未活性のＡＷＳ時には、ＥＣＵ２０は、可変容量ターボ過給機５ｐ、５ｓの可変ベーン５１ａを、それぞれ全閉角度にする。それによって、各タービン５１への排気ガスの流入が、実質的に禁止される。一方、ＥＣＵ２０は、第２通路１３２の開閉弁１３４を開弁する。このことで、各気筒３１ａ、３１ｂから排出される排気ガスは、断熱構造の第２通路１３２を通じて、高い温度を維持したまま、２つのタービン５１を共にバイパスして、触媒装置１００に至る。これにより、触媒の活性化が促進される。

触媒が活性して、ＡＷＳが終了した後、ＥＣＵ２０は、低回転域（尚、この低回転域は、プライマリ可変容量ターボ過給機５ｐのみを作動させるよう設定された低回転域に相当する）では、プライマリ可変容量ターボ過給機５ｐの可変ベーン５１ａを、全閉角度ではなく、第１角度から第２角度までの範囲で、適宜変更する一方、セカンダリ可変容量ターボ過給機５ｓの可変ベーン５１ａを、全閉角度のままで維持する。これにより、各気筒３１ａ、３１ｂから排出される排気ガスは、前側第１通路１３１ａ及び後側第１通路１３１ｂによって冷却されながら、プライマリ可変容量ターボ過給機５ｐのタービン５１にのみ流入する。こうして、プライマリ可変容量ターボ過給機５ｐのみを作動させる。これにより、低回転時の過給レスポンスが向上する。セカンダリ可変容量ターボ過給機５ｓの可変ベーン５１ａは、シーケンシャルターボ過給の切り替えに利用される。

一方、高回転域（尚、この高回転域は、プライマリ可変容量ターボ過給機５ｐ及びセカンダリ可変容量ターボ過給機５ｓを作動させるよう設定された高回転域に相当する）では、ＥＣＵ２０は、プライマリ可変容量ターボ過給機５ｐの可変ベーン５１ａ、及び、セカンダリ可変容量ターボ過給機５ｓの可変ベーン５１ａをそれぞれ、第１角度から第２角度までの範囲で、適宜変更する。これにより、各気筒３１ａ、３１ｂから排出される排気ガスは、前側第１通路１３１ａ及び後側第１通路１３１ｂによって冷却されながら、プライマリ可変容量ターボ過給機５ｐのタービン５１及びセカンダリ可変容量ターボ過給機５ｓのタービン５１に流入する。こうして、プライマリ可変容量ターボ過給機５ｐ及びセカンダリ可変容量ターボ過給機５ｓの両方が作動する。これにより、高回転時の過給効率が向上する。

尚、エンジンの運転状態に応じて、ＥＣＵ２０は、第２通路１３２の開閉弁１３４を、適宜、開閉制御して、過過給を防止する。また、触媒装置１００の温度が高くなるときには、ＥＣＵ２０は、流量調整弁１３５を開くことにより、第３通路１３３を通じて、ＥＧＲクーラー９２によって冷却した排気ガスを、触媒装置１００に送る。このことで、触媒装置１００の温度が高くなりすぎることを防止する。

この構成の排気装置では、プライマリ及びセカンダリの２つの可変容量ターボ過給機５ｐ、５ｓを備え、低回転側ではプライマリ可変容量ターボ過給機５ｐのみを作動し、高回転側では、プライマリ可変容量ターボ過給機５ｐとセカンダリ可変容量ターボ過給機５ｓとの両方を作動させることで、低回転域での過給レスポンスの向上と共に、図５に示す排気装置によりもさらに高回転域まで過給を行うことが可能になる。

（ターボ過給機付きレシプロエンジンの排気装置の構成例）
図７は、ここに開示する技術を、レシプロエンジン１０１の排気装置に適用した構成例を概念的に示している。図２、図５及び図６に示す排気装置と同じ構成については、同じ符号を付し、その説明を省略する場合がある。レシプロエンジン１０１は、例えば直列４気筒のディーゼルエンジンである。尚、レシプロエンジン１０１の構成は、これに限定されるものではなく、その気筒数は適宜変更することが可能である。また、直列エンジンに限らず、Ｖ型エンジンや水平対向エンジンであってもよい。さらに、ディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンとしてもよい。

この排気装置は、各気筒３１０の排気ポートに連通する排気マニホールド１３０１を備えている。図例において排気マニホールド１３０１は、レシプロエンジン１０１のシリンダヘッドの内部に設けられている。この排気マニホールド１３０１は、エンジン冷却水によって排気ガスが冷却されるよう構成された水冷排気マニホールドである。排気マニホールド１３０１の下流側は、ターボ過給機５のタービン５１に接続されている。この水冷の排気マニホールド１３０１が、第１通路を構成する。尚、排気マニホールドは、エンジン本体に対して外付けされるよう構成してもよい。

排気マニホールド１３０１の集合部の内部には、別の排気通路である第２通路１３０２が配設されている。この第２通路１３０２は、気筒列方向に沿って延びるように配設されていると共に、各気筒の排気ポートに相対する位置に開口１３０３が設けられている。これにより、各気筒から排出された排気ガスの一部は、開口１３０３を通じて、第２通路１３０２内に流入するよう構成されている。第２通路１３０２は、排気マニホールド１３０１の内部に配設されていることで、第２通路１３０２内を流れる排気ガスは、排気マニホールド１３０１の周囲を流れるエンジン冷却水によって冷却されることは、ほとんどない。従って、第２通路１３０２内を流れる排気ガスの温度は、排気マニホールド１３０１内を流れる排気ガスの温度よりも高くなる。第２通路１３０２は、ターボ過給機５のタービン５１の下流側で、触媒装置１００につながる排気通路１３に接続されている。これにより、第２通路１３０２は、タービン５１をバイパスして、触媒装置１００に接続されることになる。尚、図７には示していないが、第２通路１３０２を、保温構造（例えば、二重管による断熱構造）を有する構成にしてもよい。

第２通路１３０２と排気通路１３との接続部分には、開閉弁１３４０が設けられている。開閉弁１３４０は、第２通路１３０２を流れる排気ガスの流量を調整する流量調整弁である。

ターボ過給機５は、図２等に示す排気装置と同様に、可変容量ターボ過給機５であり、タービン５１の上流側に配設された可変ベーン５１ａは、車両走行中は、エンジンの運転状態に応じて、所定の第１角度から第２角度までの範囲で、その角度が適宜、変更される（図７（ａ）参照）。また、この可変容量ターボ過給機５も、走行中の最小角度である第１角度よりも小さい全閉角度に、可変ベーン５１ａの角度を設定することが可能である（図７（ｂ）参照）。これにより、可変容量ターボ過給機５は、タービン５１に排気ガスが流入することを実質的に禁止することが可能である。

この構成の排気装置において、触媒が未活性のＡＷＳ時には、ＥＣＵ２０は、図７（ｂ）に示すように、可変容量ターボ過給機５の可変ベーン５１ａの角度を、全閉角度に設定する。それにより、タービン５１への排気ガスの流入は、実質的に禁止される。ＥＣＵ２０は、第２通路１３０２の開閉弁１３４０を開弁する。それにより、各気筒３１０から排出された排気ガスは、第２通路１３０２に流入し、タービン５１をバイパスして、触媒装置１００に送られる。これにより、比較的温度の高い排気ガスを触媒装置１００に流すことが可能になるから、触媒の活性化が促進される。

触媒が活性して、ＡＷＳが終了した後、ＥＣＵ２０は、図７（ａ）に示すように、可変容量ターボ過給機５の可変ベーン５１ａを、第１角度から第２角度までの範囲で、エンジンの運転状態に応じて変更する。ＥＣＵ２０はまた、第２通路１３０２の開閉弁１３４０を、インターセプトポイント以下の低回転域では閉弁しかつ、中回転から高回転域では、適宜、開閉制御する。それによって、各気筒３１０から排出された排気ガスは、タービン５１に送られる。こうして、可変容量ターボ過給機５により、低回転域での過給レスポンスの向上と共に、高回転域における過給効率の向上が図られる。

尚、図７には示していないが、ＥＧＲガスを吸気側に還流させるＥＧＲ通路は、排気マニホールド１３０１に接続するようにすればよい。ＥＧＲ通路は、図２等に示すように、ＥＧＲクーラーを有してもよく、また、ＥＧＲクーラーの下流側においてＥＧＲ通路から分岐すると共に、触媒装置１００の上流側で排気通路１３に接続される通路を設けると共に、その通路に排気ガスの流量を調整する流量調整弁を介設してもよい。

また、レシプロエンジンにおいて、排気装置に、ターボ過給機を２個備えるようにしてもよい。

１ ロータリピストンエンジン（エンジン）
１０１ レシプロエンジン（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）
１００ 触媒装置
１３１ 第１通路（独立通路）
１３１ａ 前側第１通路
１３１ｂ 後側第１通路
１３０１ 排気マニホールド（第１通路）
１３２ 第２通路（集合通路）
１３０２ 第２通路
１３３ 第３通路
１３４ 開閉弁
１３４０ 開閉弁
３１ ロータ収容室（気筒）
３１ａ 前側気筒
３１ｂ 後側気筒
３１０ 気筒
５ 可変容量ターボ過給機
５ａ 第１の可変容量ターボ過給機
５ｂ 第２の可変容量ターボ過給機
５ｐ プライマリ可変容量ターボ過給機
５ｓ セカンダリ可変容量ターボ過給機
５１ タービン
５１ａ 可変ベーン
９１ ＥＧＲ通路
９２ ＥＧＲクーラー

Claims (6)

1. 少なくとも１の気筒を有するエンジンに設けられかつ、前記気筒内から排気ガスを排出するよう構成された排気ポートと、
   前記排気ポート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、
   前記排気通路における前記タービンの下流側に配設されかつ、前記排気ガスを浄化するよう構成された触媒と、を備え、
   前記排気通路は、前記タービンに接続される第１通路と、前記タービンをバイパスして前記触媒に接続される第２通路とを含みかつ、前記第１通路が、当該第１通路を流れる前記排気ガスの温度を低下させる冷却構造を有していることで、前記第２通路を流れる前記排気ガスの温度が、前記第１通路を流れる前記排気ガスの温度よりも高くなるよう構成され、
   前記タービンの上流側には、前記タービンに流入する排気ガス量を制限可能な可動絞りが設けられており、少なくとも前記触媒の未活性時には、前記可動絞りを絞ることによって前記タービンに流入する前記排気ガス量を制限するターボ過給機付きエンジンの排気装置。
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、
   前記ターボ過給機は、走行中のエンジンの運転状態に応じて、所定の第１角度から、当該第１角度よりも大きい所定の第２角度までの範囲で、可変ベーンのベーン角度が変更されるよう構成された可変容量ターボ過給機であって、前記可動絞りは、前記可変ベーンであり、
   前記可変ベーンは、前記触媒の未活性時には、前記第１角度よりも小さいベーン角度にされるターボ過給機付きエンジンの排気装置。
3. 請求項１又は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、
   前記第２通路は、前記ターボ過給機の過給圧に応じて開閉するよう構成された開閉弁を有し、
   前記開閉弁は、前記触媒の未活性時に開弁するターボ過給機付きエンジンの排気装置。
4. 請求項１〜３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、
   前記第１通路には、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通路が連通しているターボ過給機付きエンジンの排気装置。
5. 請求項４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クーラーが配設され、
   前記排気通路は、前記ＥＧＲ通路に連通すると共に、前記ＥＧＲクーラーを通過後の前記排気ガスを、前記タービンをバイパスして前記触媒に流す第３通路をさらに含んで構成されるターボ過給機付きエンジンの排気装置。
6. 請求項１〜５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、
   前記排気ポートは、複数の前記気筒のそれぞれにおいて、複数設けられており、
   前記排気通路は、
   各気筒において、前記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触媒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、前記集合通路に対して独立したまま前記タービンに接続される独立通路と、を有し、
   前記独立通路は、前記第１通路を構成し、前記集合通路は、前記第２通路を構成するターボ過給機付きエンジンの排気装置。

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