JP6194918B2 - ターボ過給機付エンジンの排気装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の気筒を有するエンジン本体と、当該エンジン本体から排出された排気により駆動されるタービンを含む過給機とを備えたターボ過給機付エンジンの排気装置に関する。

従来、エンジン本体の吸気効率を高めるために、エンジンシステムに排気により駆動されるタービンを含む過給機を設けることが行われている。

ここで、多気筒エンジンに過給機を設けた場合、排気通路での排気干渉が大きくなると排気のエネルギーが適切にタービンに供給されず、高い過給能力を得ることができないという問題がある。

これに対して、各気筒の排気ポートにそれぞれ個別に排気通路を接続させることや、特許文献１に開示されているように、排気順序が連続せず排気ポートが開口している期間が重複しない気筒の排気ポートをまとめて１つの通路に接続して排気干渉を抑制することが行われている。

特開２０１２−１０７５４１号公報

しかしながら、各気筒の排気ポートにそれぞれ個別に排気通路を接続させた場合には、排気システムが大型化してしまうという問題がある。また、排気順序が連続せず排気ポートが開口している期間が重複しない気筒の排気ポートをまとめて１つの通路に接続する場合では、排気通路のレイアウトが複雑になるという問題がある。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、排気システムの小型化およびレイアウト性を高めつつ過給能力を確保することのできるターボ過給機付エンジンの排気装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、複数の気筒を有するエンジン本体と、当該エンジン本体から排出された排気により駆動されるタービンを含む過給機とを備えたターボ過給機付エンジンの排気装置において、上記複数の気筒の各々は、排気行程で開口する第１排気ポートと第２排気ポートとを備え、上記排気装置は、上記第１排気ポートが開口する期間の一部が重複する少なくとも２つの気筒の各々が備える第１排気ポートに共通に接続された第１排気通路と、前記少なくとも２つの気筒の各々が備える第２排気ポートに個別に接続された少なくとも２つの第２排気通路と、上記第１排気通路および上記少なくとも２つの第２排気通路の各下流端と上記タービンとの間に設けられて、上記第１排気通路および上記少なくとも２つの第２排気通路の各々と連通する共通の空間を内側に形成する集合部とを備え、上記少なくとも２つの第２排気通路は、上記集合部に対して個別に接続されており、上記少なくとも２つの第２排気通路は、それぞれ、その下流側部分の流路面積が下流側ほど小さくなる形状を有し、上記第１排気通路は、その上下流方向全体にわたって、流路面積が当該第１排気通路に接続される各第１排気ポートの下流端の流路面積よりも大きくなる形状を有し、上記第１排気通路および上記少なくとも２つの第２排気通路の各下流端は、排気が排出される方向において同じ位置にある状態で隣接していることを特徴とする（請求項１）。

本発明によれば、第１排気ポートが開口する期間の一部が重複する気筒の第１排気ポートが１つの通路（第１排気通路）に接続されることで、排気通路の小型化およびレイアウト性を高めることができる。

しかも、この第１排気通路の流路面積が上下流方向全体にわたって、対応する各第１排気ポートの下流端の流路面積よりも大きくされていることで、第１排気通路内の排気抵抗を小さく抑えて下流側の圧力が過大になるのを回避することができ、これにより、第１排気通路内の排気干渉を小さく抑えることができる。さらに、第１排気通路と、この第１排気通路が接続される気筒と第１排気ポートが開口する期間の一部が重複する気筒に接続された第２排気通路とが集合部において集合し、かつ、第２排気通路の下流側部分の流路面積が下流側ほど小さくなるよう構成されていることで、第１排気通路内を排気が流下しているタイミングで第２排気通路から集合部に高速で排気を噴出させて集合部内に高い負圧を生成させ、この負圧を、第１排気通路を流下している排気に作用させることができる。そのため、第１排気通路内の排気の多くを下流側に吸い出して第１排気通路に対応する一方の第１排気ポートから排出された排気が他方の第１排気ポートに回り込むのを抑制して、第１排気通路内での排気干渉をより小さくすることができる。従って、タービンに高い排気エネルギーを付与して過給能力を高めることができる。

本発明において、上記複数の気筒は、上記第１排気ポートが開口する期間の一部が互いに重複する第１気筒と第２気筒とを含み、上記第１排気通路は、上記第１気筒の第１排気ポートと上記第２気筒の第１排気ポートとに共通に接続されており、上記少なくとも２つの第２排気通路は、上記第１気筒の第２排気ポートに接続されている第２排気通路と、上記第２気筒の第２排気ポートに接続されている第２排気通路とを含むことが好ましい（請求項２）。

このようにすれば、第２排気通路から集合部に排気が高速で噴出されることに伴って集合部に高い負圧が生じるタイミングと、第１排気通路を排気が流下するタイミングとをほぼ一致させて、第１排気通路内の排気を効果的に下流側に吸い出すことができる。そのため、第１排気通路内での排気干渉をより確実に小さく抑えて過給能力をより一層高めることができる。

また、本発明において、上記第１排気通路の上流側部分の内側空間は、当該第１排気通路に接続される上記各第１排気ポートとそれぞれ個別に連通する独立通路に区画されており、上記各独立通路は、その流路面積が上下流方向で一定となる形状を有するのが好ましい（請求項３）。

このようにすれば、第１排気通路内において一方の第１排気ポートから排出された排気が他方の第１排気ポートに回り込むのをより確実に抑制することができ、第１排気通路内での排気干渉をより確実に小さく抑えて、過給能力を高めることができる。

また、本発明において、上記第１排気通路に、上記タービンをバイパスするバイパス通路が接続されるとともに、このバイパス通路を開閉するウエストゲートバルブが当該第１排気通路とバイパス通路との接続部分に設けられているのが好ましい（請求項４）。

このようにすれば、ウエストゲートバルブが開弁された際に、第１排気通路のうちこのウエストゲートバルブが設けられている部分の圧力を第１排気ポート（第１排気通路に接続される第１排気ポート）の圧力よりも低下させて、第１排気ポート内の排気の流れを下流向きにすることができる。従って、第１排気通路内において一方の第１排気ポートから排出された排気が他方の第１排気ポートに回り込むのを抑制して排気干渉をより抑制することができる。

また、本発明において、上記エンジン本体に取り付けられた吸気通路に接続されるＥＧＲ通路および当該ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲバルブを有し、当該ＥＧＲ通路を介して上記エンジン本体から排出された排気の一部を当該エンジン本体の吸気通路の還流させるＥＧＲ装置を備え、上記ＥＧＲ通路は、上記第１排気通路に接続されており、上記ＥＧＲバルブは当該第１排気通路とＥＧＲ通路との接続部分に設けられているのが好ましい（請求項５）。

このようにすれば、ＥＧＲバルブが開弁された際に、第１排気通路のうちＥＧＲバルブが設けられている部分の圧力を第１排気ポート（第１排気通路に接続される第１排気ポート）の圧力よりも低下させて、第１排気ポート内の排気の流れを下流向きにすることができる。従って、第１排気通路内において一方の第１排気ポートから排出された排気が他方の第１排気ポートに回り込むのを抑制して排気干渉をより抑制することができる。

また、本発明において、上記少なくとも２つの第２排気通路の各々の最小流路面積は、上記第１排気通路の最小流路面積よりも大きく設定されているのが好ましい（請求項６）。

このように第２排気通路の最小流路面積（流路面積の最小値）が第１排気通路の最小流路面積（流路面積の最小値）よりも大きくすれば、第２排気通路から集合部に流入する排気の流量を多くして集合部に生成される負圧を高めることができる。従って、第１排気通路内での排気干渉を抑制して過給能力を高めることができる。

以上説明したように、本発明のターボ過給機エンジンの排気装置によれば、排気システムの小型化およびレイアウト性を高めつつ過給能力を確保することができる。

ターボ過給機付きロータリエンジンの排気装置の構成を示した図である。 ロータリエンジンの構成を示す断面説明図である。 ポートインサートの概略図であるである。 図１のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 排気通路の概略図である。 ロータリエンジンの排気ポートの圧力変化を示した図である。

以下、図面を参照しながら本発明の一実施形態にかかるターボ過給機付きエンジンの排気装置について説明する。以下では、エンジン本体がロータリエンジンの場合について説明する。

（１）全体構成
図１は、ターボ過給機付エンジンの排気装置が適用されたエンジンシステムの概略構成図である。図２は、ロータリエンジン１の概略断面図である。

当実施形態に係るロータリエンジン１は、内側に２つのロータ収容室（気筒）３１が形成され、これらロータ収容室３１にそれぞれ回転軸Ｘ回りに回転するロータ２が１つずつ収容された２ロータタイプである。以下、ロータ２の配列方向を前後方向といい、図１の左側を前側、図１の右側を後側という。また、以下、適宜、前側のロータ収容室３１を第１ロータ収容室３１ａ、後側のロータ収容室３１を第２ロータ収容室３１ｂといい、第１ロータ収容室３１ａに収容されているロータ２を第１ロータ２、第２ロータ収容室３１ｂに収容されているロータ２を第２ロータ２という。

ロータリエンジン１は、ロータ収容室３１を区画する、２つのロータハウジング３、３と、インターミディエイトハウジング４と、サイドハウジング４１，４１とを有する。ロータハウジング３，３は、ロータ２の外周をそれぞれ囲む部材である。インターミディエイトハウジング４は、ロータ２の間に位置してロータ２を前後に隔てる隔壁である。サイドハウジング４１，４１は、ロータ収容室３１を前後外側から塞ぐ部材である。

ロータハウジング３，３の内周面は、平行トロコイド曲線に沿って延びている。以下、この内周面を、トロコイド内周面３ａという。これに伴い、ロータ収容室３１は、ロータ２の回転軸Ｘの一方側から回転軸Ｘに沿う方向にロータリエンジン１を見たときに、繭のような略楕円形状となっている。

なお、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。

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有し、前後方向に所定の厚みを有するブロック体である、ロータ２は、各頂部間に３つのフランク面２ａ，２ａ，２ａを備えている。これらフランク面２ａは、ロータ２の外周側からみて略長方形を有している。第１ロータ２と第２ロータ２とは、その回転方向について４５度ずれた姿勢で各ロータ収容室３１内に収容されており、第１ロータ２の頂部が図２における上端に位置している状態で、第２ロータ２の頂部は図２における下端に位置している。

ロータ２は、各頂部に図示しないアペックスシールを有する。これらアペックスシールは、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、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とによって、ロータ収容室３１の内部には、３つの作動室８，８，８がそれぞれ区画形成されている。

ロータリエンジン１は、出力軸Ｘを構成するエキセントリックシャフト６を有している。エキセントリックシャフト６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を貫通して前後に延びている。

ロータ２は、エキセントリックシャフト６に対して遊星回転運動するように支持されている。ロータ２は、３つのシール部がそれぞれトロコイド内周面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）。エキセントリックシャフト６が３回転する間にロータ２は１回する。ロータ２の回転に伴い３つの作動室８，８，８は周方向に移動し、各作動室８，８，８にて吸気、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。

当実施形態では、ロータ２は、図２において、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るように構成されている。

なお、従来構成のロータリエンジンは、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、本構成のロータリエンジンは、従来構成のロータリエンジンを、回転軸Ｘを中心として１８０度回転させたような状態で車両に搭載されている。

作動室８の位置と各行程について具体的に説明する。図２における右下の作動室８では、導入された吸気と噴射された燃料とによって混合気が形成される吸気行程が実施される。この作動室８がロータ２の回転に伴って左側に移行すると、混合気は圧縮され圧縮行程が実施される。その後、作動室８が図２の左側に示す位置にある状態において（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により点火が行われ、これにより燃焼・膨張行程が実施される。そして、最後に作動室８が図２の右上の位置にある状態で、燃焼ガスが排気ポート１０から排気されて排気行程が実施される。その後は、再び吸気行程に戻って各行程が繰り返される。各行程は、ロータ２が９０度回転してエキセントリックシャフト６が２７０度回転する間、それぞれ実施される。また、第１ロータ収容室３１ａと第２ロータ収容室３１ｂとでは、ロータ２が４５度ずれていることに伴い、１３５度（エキセントリックシャフト６の回転角度）ずれて各行程が連続して実施される。

ロータ収容室３１には、吸気行程にある作動室８と連通して、作動室８に吸気（空気）を導入するための吸気ポート１１が連通している。当実施形態では、インターミディエイトハウジング４と、サイドハウジング４１とにそれぞれ吸気ポート１１が形成されている。なお、１つのロータ収容室３１に２つの吸気ポート１１が連通されており、第１ロータ収容室３１ａに対応する吸気ポート１１は、前側のサイドハウジング４１とインターミディエイトハウジング４とに形成されている。そして、第２ロータ収容室３１ｂに対応する吸気ポート１１は、後側のサイドハウジング４１とインターミディエイトハウジング４とに形成されており、インターミディエイトハウジング４には、２つの吸気ポート１１が形成されている。

インターミディエイトハウジング４に形成された吸気ポート１１は、インターミディエイトハウジング４の内側面４ａのうち吸気行程が実施される位置（図２の右下の位置）に開口している。当実施形態では、吸気ポート１１は、インターミディエイトハウジング４の内側面４ａのうち、ロータ収容室３１の外周側の部分であって、回転軸Ｘを通るロータ収容室３１の短軸Ｚ寄りの部分に開口している。吸気ポート１１は、この開口部分から、インターミディエイトハウジング４内を、前後方向（ほぼ水平方向）に延びて、ロータリエンジン１の側面に開口している。

サイドハウジング４１に形成された吸気ポート１１は、図示は省略するが、インターミディエイトハウジング４に形成された吸気ポート１１に対向する位置に形成されており、ロータ収容室３１の開口部分から、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の側面に開口している。

ロータリエンジン１の側面には、各吸気ポート１１に連通して吸気通路１２の一部を構成する吸気マニホールド１２ａが取り付けられている。

ロータ収容室３１には、排気行程にある作動室８と連通して、作動室８から燃焼ガスを排出するための排気ポート１０が連通している。当実施形態では、インターミディエイトハウジング４と、サイドハウジング４１とにそれぞれ排気ポート１０が形成されている。各排気ポート１０は、これらハウジング４，４１の内側面のうち排気行程が実施される位置（図２の右上の位置）に開口している。当実施形態では、排気ポート１０は、これら内側面のうちロータ収容室３１の外周側の部分であって、回転軸Ｘを通るロータ収容室３１の短軸Ｚ寄りの部分に開口している。

吸気ポート１１と同様に、１つのロータ収容室３１に２つの排気ポート１０が形成されており、第１ロータ収容室３１ａに対応する排気ポート１０は、前側のサイドハウジング４１とインターミディエイトハウジング４とに形成されている。そして、第２ロータ収容室３１ｂに対応する排気ポート１０は、後側のサイドハウジング４１とインターミディエイトハウジング４とに形成されており、インターミディエイトハウジング４には、２つの排気ポート１０が形成されている。

具体的には、インターミディエントハウジング４の排気ポート１０は、インターミディエイトハウジング４に、図３に示すポートインサート１０４が取り付けられることで形成されている。

図１および図３に示すように、ポートインサート１０４は、内側に所定の空間を有するブロック体である。ポートインサート１０４の内側空間は、隔壁１０４ｄにより２つの通路１１０ｂ，１２０ｂに区画されている。これら通路１１０ｂ，１２０ｂは、ポートインサート１０４の長手方向一方端の両側面にそれぞれ開口するとともに、ポートインサート１０４の他方端に設けられたフランジ１０４ｆに開口している。このように構成されたポートインサート１０４は、一方端に形成された開口部１０４ａ，１０４ａが各ロータ収容室３１の内側空間と連通し、かつ、上記フランジ１０４ｆがロータリエンジン１の外側面を構成してこのフランジ１０４ｆに形成された開口部１０４ｂがロータリエンジン１の側面に開口するように、インターミディエイトハウジング４に固定される。これにより、各ロータ収容室３１の内側空間（排気行程が実施される作業室８）とロータリエンジン１の外側空間とを連通する排気ポート１１０ｂ，１２０ｂが、インターミディエイトハウジング４に形成される。

当実施形態では、ポートインサート１０４の隔壁１０４ｄは、フランジ１０４ｆの開口部１０４ｂよりも外側、すなわち、ロータリエンジン１の外側面よりも外側まで延びている。これに伴い、インターミディエントハウジング４すなわちロータリエンジン１に形成されて排気ポート１１０ｂ，１２０ｂとして機能する部分は、それぞれ独立した通路となっている。また、各排気ポート１１０ｂ，１２０ｂは、それぞれ上下流方向に流路面積が一定とされている。なお、当実施形態では、ポートインサート１０４は、ロータ収容室３１側から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るように配置されており、各排気ポート１１０ｂ，１２０ｂは、ロータリエンジン１の上面と側面との角部付近に開口している。

図１に示すように、サイドハウジング４１に形成された排気ポート１０は、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１０に対向する位置に形成されている。このサイドハウジング４１に形成された排気ポート１０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している。

サイドハウジング４１に形成された排気ポート１０の開口部分と、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１０の開口部分とは、互いに同じ位置に形成されており、両排気ポート１０が開くタイミングおよび閉じるタイミングは互いに同じとなっている。また、当実施形態では、いわゆるサイド排気方式が採用されており、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（吸気ポート１１が開口するタイミング）と排気のオープンタイミング（排気ポート１０が開口するタイミング）とがオーバーラップしないように設定されている。これは、次行程に持ち込まれる残留排ガスを低減するためである。

以下では、各サイドハウジング４１に形成された排気ポート１０を、プライマリポート１１０ａ，１２０ａ（第１ロータ収容室３１ａのプライマリポート１１０ａ、第２ロータ収容室３１ｂのプライマリポート１２０ａ）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を、セカンダリポート１１０ｂ，１２０ｂ（第１ロータ収容室３１ａのセカンダリポート１１０ｂ、第２ロータ収容室３１ｂのセカンダリポート１２０ｂ）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。

各排気ポート１０は、ロータリエンジン１の側面に接続された排気通路１３に接続されている。排気通路１３の具体的構成については後述する。

当実施形態に係るエンジンシステムは、排気の一部を吸気に還流するＥＧＲ装置９を備えている。ＥＧＲ装置９は、排気通路１３と吸気通路１２とを連通するＥＧＲ通路９１と、ＥＧＲ通路９１を流通する排気を冷却するＥＧＲクーラ９２と、ＥＧＲ通路９１を開閉するＥＧＲバルブ９３（図５参照）とを備えている。

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、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、ロータ収容室３１（作動室８）のうち圧縮・膨張行程が実施される部分に臨んでおり、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。

なお、図２の符号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ためのものである。また、図２の符号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。

（２）排気通路
図１、図４および図５を用いて、排気通路１３の詳細について説明する。図４は、図１のＩＶ−ＩＶ線断面図である。図５は、排気通路１３の流路面積の関係を説明するための模式図である。

第１ロータ収容室３１ａに形成されたプライマリポート１１０ａと第２ロータ収容室３１ｂに形成されたプライマリポート１２０ａとは、それぞれ個別に、サイドハウジング４１，４１に連結されたプライマリ通路（第２排気通路）１３０，１４０に接続されている。一方、第１ロータ収容室３１ａに形成されたセカンダリポート１１０ｂと第２ロータ収容室３１ｂに形成されたセカンダリポート１２０ｂとは、ともに、インターミディエイトハウジング４に連結されたセカンダリ通路（第１排気通路）１５０に接続されている。

当実施形態では、上記のように、ポートインサート１０４に設けられて２つのセカンダリポート１１０ｂ，１２０ｂを区画する隔壁１０４ｄが、インターミディエイトハウジング４の側面よりも外側に延びており、セカンダリ通路１５０は、この隔壁１０４ｄの延出部分を内側に収容した状態で、インターミディエイトハウジング４に連結されている。

これに伴い、セカンダリ通路１５０の上流側部分１５１は、隔壁１０４ｄによって、各セカンダリポート１１０ｂ，１２０ｂとそれぞれ個別に連通する２つの独立通路１５１ａ，１５１ｂに区画されている。これら独立通路１５１ａ，１５１ｂは、互いに対称な形状を有している。これら独立通路１５１ａ，１５１ｂは、流路面積一定で上下流方向に延びる通路であり、これら独立通路１５１ａ，１５１ｂの流路面積は、上下流方向全体で、各セカンダリポート１１０ｂ，１２０ｂの下流端１０４ｂ＿１，１０４ｂ＿２の流路面積と同一となっている。一方、セカンダリ通路１５０の下流側部分１５２は、これら独立通路１５１ａ，１５１ｂとそれぞれ連通する単一の通路で構成されている。

これらプライマリ通路１３０，１４０およびセカンダリ通路１５０の下流側にはタービン５０が設けられている。すなわち、当実施形態に係るエンジンシステムは、過給機（ターボ過給機）５ａを備えており、排気通路１３に設けられたタービン５０と、吸気通路１２に設けられてシャフト５２を介してタービン５０と連結されたコンプレッサ（不図示）とを有し、排気によりタービン５０が駆動されることでコンプレッサが吸気を過給し、これにより吸気効率が高められるようになっている。

タービン５０は、いわゆるラジアルタービンであり、外周に複数の羽根５１ａを有しこれら羽根５１ａに排気が衝突することで回転する。タービン５０は、タービンハウジング５５の内側に収容されている。

タービンハウジング５５は、排気を内側に導入するための吸入部５４と、吸入部５４の下流側に設けられてタービン５０を囲むタービンスクロール部５３と、タービン５０で膨張した後の排気を外部に導出する導出部（不図示）とを有する。

当実施形態では、吸入部５４の上流端に、それぞれプライマリ通路１３０，１４０およびセカンダリ通路１５０の下流端が接続されている。吸入部５４の内側空間は単一の通路となっており、これら通路１３０，１４０，１５０を通過した排気は吸入部５４で集合する。このように、当実施形態では、吸入部５４が、各通路１３０，１４０，１５０（第１排気通路１５０および第２排気通路１３０，１４０）と連通する共通の空間を内側に形成する集合部を構成している。

図４に示すように、プライマリ通路１３０，１４０およびセカンダリ通路１５０は、その下流端１３０ｂ，１４０ｂ，１５０ｂが円周方向に並ぶように集約された状態で吸入部５４に接続されている。当実施形態では、吸入部５４は、略円管状を有しており、図４に示す上側部分にセカンダリ通路１５０の下流端１５０ｂが配置され、図４に示す下側部分の左側にプライマリ通路１３０の下流端１３０ｂが配置され、図４に示す下側部分の右側にプライマリ通路１４０の下流端１４０ｂが配置されている。これに伴い、各通路１３０，１４０，１５０の下流端１３０ｂ，１４０ｂ，１５０ｂは互いに隣接している。

図５に示すように、各プライマリ通路１３０，１４０は、それぞれ、下流側ほど流路面積が小さくなり、その下流端１３０ｂ，１４０ｂの流路面積が通路１３０，１４０のうち最も小さくなる形状を有している。当実施形態では、これらプライマリ通路１３０，１４０は、その下流側部分１３２，１４２が下流に向かうに従って徐々に流路面積が小さくなる形状となっている。なお、当実施形態では、これらプライマリ通路１３０，１４０は、互いに対称な形状を有している。

セカンダリ通路１５０は、その下流端１５０ｂの流路面積Ｂが、各独立通路１５１ａ，１５１ｂの下流端の流路面積Ａよりも大きくなり、この下流端１５０ｂにおいて流路面積が最も小さくなる形状を有している。ここで、上記のように、独立通路１５１ａ，１５１ｂは、各セカンダリポート１１０ｂ，１２０ｂから流路面積一定で延びる通路である。従って、上記形状とされることで、セカンダリ通路１５０の下流端１５０ｂの流路面積Ｂは、各セカンダリポート１１０ｂ，１２０ｂの下流端１０４ｂ＿１，１０４ｂ＿２の流路面積よりも大きくなり、セカンダリ通路１５０の流路面積は上下流方向全体にわたって各セカンダリポート１１０ｂ，１２０ｂの下流端１０４ｂ＿１，１０４ｂ＿２の流路面積よりも大きくなる。当実施形態では、セカンダリ通路１５０の下流側部分１５２は、流路面積の上記関係を確保しながら、下流に向かうに従って流路面積が徐々に小さくなる形状となっている。

また、当実施形態では、プライマリ通路１３０，１４０の最小流路面積がセカンダリ通路１５０の最小流路面積よりも大きくなるように設定されている。すなわち、プライマリ通路１３０，１４０のうち流路面積が最小となる各下流端１３０ｂ，１４０ｂの流路面積が、セカンダリ通路１５０のうち流路面積が最小となる下流端１５０ｂの流路面積よりも大きくなっている。

セカンダリ通路１５０には、ウエストゲートバルブ５９が設けられている。すなわち、当実施形態のエンジンシステムは、タービン５０をバイパスしてタービン５０を通らずに排気を流下させるためのバイパス通路５９ａと、このバイパス通路を開閉するウエストゲートバルブ５９とを有する。そして、このバイパス通路５９ａがセカンダリ通路１５０に接続されているとともに、バイパス通路５９ａを開閉するウエストゲートバルブ５９がセカンダリ通路１５０とバイパス通路５９ａとの接続部分に設けられている。当実施形態では、セカンダリ通路１５０の下流端部分にバイパス通路５９ａが接続されるとともにウエストゲートバルブ５９が取り付けられている。

また、当実施形態では、セカンダリ通路１５０に、ＥＧＲバルブ９３が設けられている。すなわち、ＥＧＲ通路９１がセカンダリ通路１５０に接続されているとともに、ＥＧＲバルブ９３が、セカンダリ通路１５０とＥＧＲ通路９１との接続部分に設けられている。詳細には、セカンダリ通路１５０のうち独立通路１５１ａ，１５１ｂよりも下流側の部分に、ＥＧＲ通路９１が接続されるとともにＥＧＲバルブ９３が取り付けられている。

（３）作用等
以上のように、当実施形態に係るエンジンシステムでは、第１ロータ収容室３１ａに形成されたセカンダリポート１１０ｂと第２ロータ収容室３１ｂに形成されたセカンダリポート１２０ｂとが、共通のセカンダリ通路１５０に接続されている。そのため、これらポート１１０ｂ，１２０ｂに対応する排気通路を個別に設け、ロータリエンジン１に連結する場合に比べて、排気通路全体の小型化および構造の簡素化を実現してレイアウト性を高めることができる。

特に、当実施形態では、インターミディエイトハウジング４に形成された２つのセカンダリポート１１０ｂ，１２０ｂがこの共通のセカンダリ通路１５０に接続されていることで、これらポート１１０ｂ，１２０ｂをインターミディエイトハウジング４内において近接して配置することができる。そのため、インターミディエイトハウジング４の厚み（回転軸Ｘ方向の厚み）を薄くして、ロータリエンジン１自体を小型化することもできる。また、インターミディエイトハウジング４を貫通するエキセントリックシャフト６の長さを短くすることができるため、エキセントリックシャフト６のたわみ等を抑制することができる。

ここで、第１ロータ収容室３１ａの排気ポート１０（１１０ａ，１１０ｂ）が開口している期間と、第２ロータ収容室３１ｂの排気ポート１０（１２０ａ，１２０ｂ）が開口している期間とは一部重複している。図６を用いて具体的に説明する。図６は、横軸をエキセントリックシャフト６の角度（以下、適宜、エキセン角という）として各ロータ収容室３１の排気ポート１０の圧力変化を示したものである。図６において、実線と破線とはそれぞれ異なるロータ収容室３１の排気ポート１０の圧力変化を示している。この図６に示されるように、ロータリエンジン１では、各ロータ収容室３１でそれぞれ２７０°ＥＡ（°ＥＡは、エキセン角を表す）毎に排気ポート１０が開口を開始して、その後、およそ２１０°ＥＡ間排気ポート１０が開口するとともに、所定のロータ２の排気ポート１０が開口を開始してから１３５°ＥＡ後に他のロータ２の排気ポート１０が開口を開始する。そのため、排気ポート１０の２１０°ＥＡの開口期間のうちおよそ１５０°ＥＡ間、重複して２つのロータ２の排気ポート１０が開口する。このように排気ポート１０の開口期間が重複する場合、セカンダリ通路１５０内において排気干渉が大きくなるおそれがなる。そして、これに伴いタービン５０に付与される排気エネルギーが小さくなって過給能力が低くなるおそれがある。

これに対して、当実施形態では、セカンダリ通路１５０の流路面積が、上下流方向全体にわたって接続される排気ポート１０（セカンダリポート１１０ｂ，１２０ｂ）の下流端１０４ｂ＿１，１０４ｂ＿２の流路面積より大きくなっている。そのため、セカンダリ通路１５０内の排気抵抗を小さく抑えて、下流側の圧力が過大になって排気ポート１０から下流側に排気が流れにくくなることおよび一方の排気ポート１０から排出された排気が他方の排気ポート１０に回り込むことを抑制することができる。すなわち、セカンダリ通路１５０内での排気干渉を抑制することができる。従って、より多くの排気をタービン５０に流入させて過給能力を高めることができる。

特に、当実施形態では、セカンダリ通路１５０が、下流端１５０ｂにおいて流路面積が最小となり、上流側ほど流路面積が大きくなる形状を有している。そのため、セカンダリ通路１５０のうち排気ポート１０付近の流路面積を大きく確保して、排気ポート１０周辺で圧力が過大になるのを回避することができ、排気抵抗をより確実に小さく抑えること、ひいては、過給能力をより確実に高めることができる。

また、セカンダリ通路１５０の上流側部分が、各セカンダリポート１１０ｂ，１２０ｂに個別に連通する独立通路１５１ａ，１５１ｂに区画されている。そのため、一方のセカンダリポート１１０ｂ，１２０ｂから排出された排気が他方のセカンダリポートに回り込むことをさらに抑制することができ、排気干渉をより一層抑制して過給能力をより高めることができる。

しかも、当実施形態では、セカンダリ通路１５０とプライマリ通路１３０，１４０とが吸入部５４にて集合しているとともに、セカンダリ通路１５０とプライマリ通路１３０，１４０とが同じロータ収容室３１に形成された排気ポート１０に接続され、かつ、プライマリ通路１３０，１４０の下流側部分の流路面積が下流側ほど小さくなるように設定されている。そのため、エゼクタ効果によって、セカンダリ通路１５０の排気の多くを下流側に吸い出して、セカンダリ通路１５０内での排気干渉を抑制すること、ひいては、過給能力をより高めることができる。

具体的には、第１ロータ収容室３１ａ側のセカンダリポート１１０ｂからセカンダリ通路１５０に排気が排出されると、同時期に、第１ロータ収容室３１ａ側のプライマリポート１１０ａからプライマリ通路１３０を介して排気が吸入部５４に噴出する。このようにプライマリ通路１３０から吸入部５４に排気が噴出すると、いわゆるエゼクタ効果によって、吸入部５４には負圧が生成される。

特に、上記のように、プライマリ通路１３０の下流側部分の流路面積が下流側ほど小さくなるように設定されていることで、プライマリ通路１３０から吸入部５４に噴出される排気の速度は高く、吸入部５４には高い負圧が生成される。

そして、この負圧は、セカンダリポート１１０ｂ内の排気を下流側に吸い出す力として作用する。従って、第１ロータ収容室３１ａ側のセカンダリポート１１０ｂからセカンダリ通路１５０に排出された排気は、吸入部５４に向かって吸い出される。同様に、第２ロータ収容室３１ｂ側のセカンダリポート１２０ｂからセカンダリ通路１５０に排気が排出された際にも、第２ロータ収容室３１ａのプライマリポート１２０ａからプライマリ通路１４０を介して吸入部５４に排気が高速で噴出されることで、高いエゼクタ効果によって、第２ロータ収容室３１ｂ側のセカンダリポート１２０ｂからセカンダリ通路１５０に排出された排気を吸入部５４に吸い出すことができる。

さらに、上記のように、プライマリ通路１３０，１４０の最小流路面積（当実施形態では下流端１３０ｂ，１４０ｂの流路面積）が、セカンダリ通路１５０の最大流路面積（当実施形態では下流端１５０ｂの流路面積）よりも大きく設定されている。そのため、プライマリ通路１３０，１４０からより多くの排気を高い速度でプライマリ通路１３０，１４０から流出させることができ、エゼクタ効果を高めてセカンダリ通路１５０内の排気をより多く吸い出すことができる。

また、上記のように、第１ロータ収容室３１ａの排気ポート１０（１１０ａ，１１０ｂ）が開口している期間と、第２ロータ収容室３１ｂの排気ポート１０（１２０ａ，１２０ｂ）が開口している期間とは一部重複している。そのため、第２ロータ収容室３１ｂ側のプライマリ通路１４０から吸入部５４に噴出した排気によって生成される負圧を、第１ロータ収容室３１ａ側のセカンダリポート１１０ｂからセカンダリ通路１５０に排出された排気に作用させることができる。同様に、第２ロータ収容室３１ｂ側のセカンダリポート１２０ｂからセカンダリ通路１５０に排出された排気に、第１ロータ収容室３１ａ側のプライマリ通路１３０から吸入部５４に噴出した排気によって生成される負圧を作用させることができる。そのため、長期間にわたって、セカンダリ通路１５０内の排気に下流向きの力を作用させることができ、セカンダリ通路１５０内で排気干渉が生じるのをより確実に抑制することができる。

また、当実施形態では、セカンダリ通路１５０に、ウエストゲートバルブ５９およびＥＧＲバルブ９３が設けられている。そのため、これらバルブ５９，９３が開弁した際に、セカンダリ通路１５０のうちこれらバルブ５９，９３が設けられている部分の圧力を低下させることができる。従って、セカンダリ通路１５０内の排気をより円滑に下流側に吸い出すことができ、排気干渉をさらに抑制して過給能力のさらに高めることができる。

また、当実施形態では、上記のように、プライマリ通路１３０，１４０の最小流路面積（当実施形態では下流端１３０ｂ，１４０ｂの流路面積）が、セカンダリ通路１５０の最大流路面積（当実施形態では下流端１５０ｂの流路面積）よりも大きく設定されていること、すなわち、セカンダリ通路１５０の流路面積が小さく抑えられていることで、セカンダリ通路１５０が接続されるインターミディエイトハウジング４の厚み（回転軸Ｘ方向の厚み）を小さくすることができる。そのため、ロータリエンジン１自体の小型化およびインターミディエイトハウジング４を貫通するエキセントリックシャフト６の長さを短くすることができる。

（４）変形例
上記実施形態では、セカンダリ通路１５０の上流側部分１５１が、隔壁１０４ｄにより各排気ポート１１０ｂ，１２０ｂに個別に連通される独立通路１５１，１５２が区画された場合について説明したが、隔壁１０４ｄをロータリエンジン１の側面までとして、これら独立通路１５１，１５２を省略させてもよい。すなわち、セカンダリ通路１５０をその上下流方向全体にわたって単一の通路としてもよい。ただし、セカンダリ通路１５０の上流側部分１５１を区画する独立通路１５１，１５２を設ければ、セカンダリ通路１５０内での排気干渉をより確実に抑制することができる。

また、上記実施形態では、セカンダリ通路１５０の下流側部分１５２の流路面積を、下流側ほど小さくした場合について説明したが、これに限らず、例えば、この流路面積は上下流方向全体にわたって一定としてもよい。

また、プライマリ通路１３０，１４０は、下流側部分の流路面積が下流側ほど小さくなるよう構成されていればよく、その具体的形状は上記に限らない。

そして、上記実施形態では、プライマリ通路１３０，１４０，１５０セカンダリ通路１５０の最小流路面積となる部分がそれぞれ下流端１３０ｂ，１４０ｂ，１５０ｂである場合について説明したが、これら通路１３０，１４０，１５０は、その最小流路面積となる部分が下流端以外の部分となる形状を有していてもよい。

また、バイパス通路５９ａの接続部分およびウエストゲートバルブ５９の位置は上記に限らない。同様に、ＥＧＲ通路９１の接続部分およびＥＧＲバルブ９３の位置は上記に限らない。ただし、これらバルブ５９，９３をセカンダリ通路１５０に設ければ、上記のように、排気干渉をより一層抑制することができる。

また、上記実施形態では、セカンダリ通路１５０とプライマリ通路１３０，１４０を、タービンハウジング５５よりも上流側において集合させ、この集合部分とタービンハウジング５５と連結した場合について説明したが、タービンハウジング５５の吸入部５４の一部あるいは全部によってセカンダリ通路１５０とプライマリ通路１３０，１４０の下流端部分を構成してもよい。すなわち、吸入部５４を３つの通路に区画して、これら通路と各排気ポート１０とを接続し、各排気ポート１０とタービンハウジング５５との間で延びる部分とこれら通路とによって、それぞれセカンダリ通路１５０とプライマリ通路１３０，１４０を構成してもよい。このようにすれば、タービン５０により近い位置まで各通路１３０，１４０，１５０を独立した状態とすることができるため、タービン５０に流入するまでの部分での排気干渉が生じるのを抑制してタービン５０により高い排気エネルギーを供給することができる。特に、上記のように、プライマリ通路１３０，１４０からは排気が高速で噴出されるため、これら通路１３０，１４０の下流端に近い位置にタービン５０を設ければ、排気を高速でタービン５０の羽根５１ａに衝突させることができ過給能力を高めることができる。

また、上記実施形態では、セカンダリ通路１５０と２つのプライマリ通路１３０，１４０路とを全て集合させた場合について説明したが、一方のプライマリ通路とセカンダリ通路とのみを集合させるようにしてもよい。ただし、これら全ての通路１３０，１４０，１５０を集合させれば、各プライマリ通路１３０，１４０から噴出される排気によって生成される負圧のいずれをもセカンダリ通路１５０に作用させることができるため、より確実にセカンダリ通路１５０内での排気干渉を抑制することができる。

また、上記実施形態では、エンジン本体を２つのロータ収容室を有するロータリエンジンとした場合について説明したが、３つ以上のロータ収容室を有するロータリエンジンに適用してもよい。ここで、ロータ収容室を４つ以上有する場合には、排気ポートが開口する期間が重複しないロータ収容室が存在することになるが、この場合は、排気ポートが開口する期間の一部が互いに重複するロータ収容室の排気ポートを共通の第１排気通路（上記実施形態のセカンダリ通路１５０に相当）に接続させ、これらロータ収容室の排気ポートが開口する期間と少なくとも一部において開口期間が重複するロータ収容室の排気ポートに第２排気通路（上記実施形態のプライマリ通路１３０，１４０に相当）を接続させ、これら第１排気通路と第２排気通路とを集合させればよい。

また、エンジン本体が複数の気筒を有する多気筒のレシプロエンジンに当実施形態に係る装置を適用してもよい。

１ ロータリエンジン（エンジン本体）
２ ロータ
１０ 排気ポート
３１ ロータ収容室（気筒）
５０ タービン
５４ 吸入部（集合部）
５９ ウエストゲートバルブ
９３ ＥＧＲバルブ
１３０ プライマリ通路（第２排気通路）
１４０ プライマリ通路（第２排気通路）
１５０ セカンダリ通路（第１排気通路）
１５１ａ 独立通路
１５１ｂ 独立通路

Claims (6)

1. 複数の気筒を有するエンジン本体と、当該エンジン本体から排出された排気により駆動されるタービンを含む過給機とを備えたターボ過給機付エンジンの排気装置において、
   上記複数の気筒の各々は、排気行程で開口する第１排気ポートと第２排気ポートとを備え、
   上記排気装置は、
   上記第１排気ポートが開口する期間の一部が重複する少なくとも２つの気筒の各々が備える第１排気ポートに共通に接続された第１排気通路と、
   前記少なくとも２つの気筒の各々が備える第２排気ポートに個別に接続された少なくとも２つの第２排気通路と、
   上記第１排気通路および上記少なくとも２つの第２排気通路の各下流端と上記タービンとの間に設けられて、上記第１排気通路および上記少なくとも２つの第２排気通路の各々と連通する共通の空間を内側に形成する集合部とを備え、
   上記少なくとも２つの第２排気通路は、上記集合部に対して個別に接続されており、
   上記少なくとも２つの第２排気通路は、それぞれ、その下流側部分の流路面積が下流側ほど小さくなる形状を有し、
   上記第１排気通路は、その上下流方向全体にわたって、流路面積が当該第１排気通路に接続される各第１排気ポートの下流端の流路面積よりも大きくなる形状を有し、
   上記第１排気通路および上記少なくとも２つの第２排気通路の各下流端は、排気が排出される方向において同じ位置にある状態で隣接していることを特徴とするターボ過給機付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エンジンの排気装置において、
   上記複数の気筒は、上記第１排気ポートが開口する期間の一部が互いに重複する第１気筒と第２気筒とを含み、
   上記第１排気通路は、上記第１気筒の第１排気ポートと上記第２気筒の第１排気ポートとに共通に接続されており、
   上記少なくとも２つの第２排気通路は、
   上記第１気筒の第２排気ポートに接続されている第２排気通路と、
   上記第２気筒の第２排気ポートに接続されている第２排気通路とを含むことを特徴とするターボ過給機付エンジンの排気装置。
3. 請求項１または２に記載のターボ過給機付エンジンの排気装置において、
   上記第１排気通路の上流側部分の内側空間は、当該第１排気通路に接続される上記各第１排気ポートとそれぞれ個別に連通する独立通路に区画されていることを特徴とするターボ過給機付エンジンの排気装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のターボ過給機付エンジンの排気装置において、
   上記第１排気通路に、上記タービンをバイパスするバイパス通路が接続されるとともに、このバイパス通路を開閉するウエストゲートバルブが当該第１排気通路とバイパス通路との接続部分に設けられていることを特徴とするターボ過給機付エンジンの排気装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のターボ過給機付エンジンの排気装置において、
   上記エンジン本体に取り付けられた吸気通路に接続されるＥＧＲ通路および当該ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲバルブを有し、当該ＥＧＲ通路を介して上記エンジン本体から排出された排気の一部を当該エンジン本体の吸気通路の還流させるＥＧＲ装置を備え、
   上記ＥＧＲ通路は、上記第１排気通路に接続されており、上記ＥＧＲバルブは当該第１排気通路とＥＧＲ通路との接続部分に設けられていることを特徴とするターボ過給機付エンジンの排気装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のターボ過給機付エンジンの排気装置において、
   上記少なくとも２つの第２排気通路の各々の最小流路面積は、上記第１排気通路の最小流路面積よりも大きく設定されていることを特徴とするターボ過給機付エンジンの排気装置。
   

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