JP7223317B2 - ロータリピストンエンジン - Google Patents

Description

本発明は、ロータリピストンエンジンに関し、特に、一方のサイドハウジングに第１吸気ポートと、この第１吸気ポートよりもリーディング側に配置されて閉口時期が遅い第２吸気ポートとが形成されたロータリピストンエンジンに関する。

従来より、一方のサイドハウジングに形成された第１吸気ポート（プライマリポートともいう）と、この第１吸気ポートのリーディング側領域に形成されて閉口時期が遅い第２吸気ポート（セカンダリポートともいう）とを備えたロータリピストンエンジン（以下、ロータリエンジンと略す）は知られている（特許文献１）。
ロータリエンジンの吸気遅閉じ機構（ミラーサイクル）は、吸気行程である作動室（以下、吸気作動室という）の吸気負圧を抑えるポンピングロス低減機能と、圧縮行程である作動室（以下、圧縮作動室という）の圧縮圧力の低下によるポンピングロス低減機能とを発揮することによって燃費の改善を図っている。

このような吸気遅閉じ機構は、圧縮行程であっても遅閉じポートである第２吸気ポートが閉じるまでの間に断熱圧縮が開始されないことから、圧縮上死点における吸気温度（圧縮作動室温度）が低くなり、アイドル運転領域や低負荷運転領域等の燃焼安定性が低下することが懸念される。

一方、ロータハウジングに排気ポートが形成されたペリフェラル排気ポート構造では、作動室が排気行程である作動室（以下、排気作動室という）から吸気作動室に変移する際、プライマリポートであるサイド吸気ポートとトレーリング側に位置するペリフェラル排気ポートとのオーバーラップ期間が生じる。
それ故、ロータハウジングの内周面とロータのフランク面との隙間を介して排気ガスの一部がダイリューションガスとして吸気作動室に持ち込まれる現象が生じることから、ペリフェラル排気ポート構造のロータリエンジンが吸気遅閉じ機構を装備した場合、ダイリューションガスの持ち込みにより更に燃焼安定性が低下する虞がある。
そこで、吸気ポートと排気ポートのオーバーラップ期間を解消するため、クランク軸直交断面におけるサイドハウジングの短軸方向一方側において第１，第２吸気ポートと同じサイドハウジングの短軸方向一方側に排気ポートを形成するサイド排気ポート構造が採用されている。

特開２００４－１１６４９３号公報

前述したサイド吸気ポートとサイド排気ポートとを採用したロータリエンジンでは、見かけ上、両ポートのオーバーラップ期間を解消することができるものの、吸気作動室に持ち込まれるダイリューションガスの影響を十分には排除することができない虞がある。
即ち、排気作動室から吸気作動室に変移する際にロータハウジングの内周面とロータのフランク面との間に形成されたデッドボリュームに滞留した状態で吸気作動室に持ち込まれる残留排気ガスと、ロータ側面のサイドシールが吸気ポートと排気ポートとを同時に跨いだ際にサイドシールとオイルシールの間の隙間を介して吸気作動室に流入する吹抜排気ガスとが存在するため、吸気作動室内に存在するダイリューションガスを完全に解消することは現実的に困難である。

そこで、本発明者は、ロータリエンジンの各サイクル行程における作動室の内部状態を解明するため、ＣＡＥ（Computer Aided Engineering）による解析を行った。
この解析は、第１吸気ポートと、この第１吸気ポートのリーディング側領域に形成されて閉口時期が遅い第２吸気ポートと、排気ポートとが一方のサイドハウジングの短軸方向一方側に配置され、リーディング側点火プラグとトレーリング側点火プラグがロータハウジングの短軸方向他方側の圧縮上死点近傍位置に夫々配置されたロータリエンジンを対象としている。また、第１吸気ポートは全運転領域で吸気するものとし、第２吸気ポートは低回転運転領域（低速運転領域）で吸気が制限される仕様とした。

次に、ＣＡＥによる解析結果について説明する。
図１１は、クランク軸方向一端側から視て、低回転運転領域で且つエキセン角８３１°における吸気作動室Ｒ１、圧縮作動室Ｒ２及び排気作動室Ｒ３の内部状態を示し、温度が高い程高い濃度で表示している。
図１１に示すように、吸気作動室Ｒ１には、リーディング側領域に高温のダイリューションガスが主に存在し、トレーリング側領域に燃料を含む低温の混合気が主に存在している。この偏在傾向は、次行程に変移した圧縮作動室Ｒ２においても維持されている。
以上により、吸気作動室Ｒ１では、第１吸気ポートから導入された吸気が作動室Ｒ１内に存在するダイリューションガスを押圧してリーディング側領域に強制的に移動させていること、圧縮作動室Ｒ２では、作動室Ｒ２のリーディング側領域に偏在するダイリューションガスがリーディング側点火プラグの周囲に存在して覆っていることが知見された。

ところで、ダイリューションガスの一部を構成する吹抜排気ガスを対策するため、排気ポートを第１，第２吸気ポートが形成された一方のサイドハウジングとは異なる反対側のサイドハウジングに形成することも考えられる。
しかし、上記構成を採用した場合、サイドシールとオイルシールの間の隙間を介して吸気作動室に流入する吹抜排気ガスを低減することは可能であるものの、作動室の構造上、ロータハウジングの内周面とロータのフランク面との間のデッドボリュームに滞留する残留排気ガスが依然として吸気作動室に持ち込まれるため、ダイリューションガスが吸気作動室のリーディング側領域に偏在する現象は避けることが難しく、車両始動時の着火性や火炎伝播性を阻害する虞がある。
それ故、吸気遅閉じ機構を備えたロータリエンジンにおいて、燃焼安定性の確保は容易ではない。

本発明の目的は、燃費改善を図りつつ低負荷運転領域等の燃焼安定性を向上可能なロータリピストンエンジンを提供することである。

請求項１のロータリピストンエンジンは、クランク軸回りに回転可能なロータと、このロータの外周を囲むロータハウジングと、前記ロータの前記クランク軸方向両側に配設され且つ前記ロータ及びロータハウジングと協働して作動室を形成する１対のサイドハウジングとを備えたロータリピストンエンジンにおいて、前記１対のサイドハウジングのうち一方のサイドハウジングに形成された第１吸気ポートと、前記一方のサイドハウジングに形成され且つ前記第１吸気ポートよりもリーディング側に配置されて閉口時期が遅い第２吸気ポートと、前記第１吸気ポートを開閉制御可能な第１制御弁とを有し、低負荷運転領域において前記第１制御弁が閉弁状態に保持されることを特徴としている。

このロータリピストンエンジンでは、前記１対のサイドハウジングのうち一方のサイドハウジングに形成された第１吸気ポートと、前記一方のサイドハウジングに形成され且つ前記第１吸気ポートよりもリーディング側に配置されて閉口時期が遅い第２吸気ポートとを有するため、簡単な構成で吸気遅閉じ機構を構成でき、燃費を向上することができる。
前記第１吸気ポートを開閉制御可能な第１制御弁を有し、低負荷運転領域において前記第１制御弁が閉弁状態に保持されるため、低負荷運転時、吸気作動室のリーディング側領域に第２吸気ポートから吸気を導入することができ、この導入した吸気を用いてリーディング側領域に偏在するダイリューションガスをトレーリング側領域に移動させることができる。これにより、アイドル運転領域や低負荷運転領域等の燃焼安定性を向上している。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、圧縮上死点近傍タイミングで点火可能なリーディング側点火手段及び前記リーディング側点火手段よりも遅れて点火可能なトレーリング側点火手段を設けたことを特徴としている。
この構成によれば、主燃焼を実行するリーディング側点火手段の周りに燃料を含む混合気を集めることができ、点火後の火炎伝播性を確保することができる。
また、ダイリューションガスを用いて副燃焼を実行するトレーリング側点火手段の周りの雰囲気温度を上昇させることができ、膨張作動室内の未燃ガスを低減することができる。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記第１制御弁が、高負荷運転領域において開作動することを特徴としている。
この構成によれば、高負荷運転領域において吸気を増加でき高出力を確保することができる。

請求項４の発明は、請求項２の発明において、前記第１制御弁が閉弁状態のとき、吸気作動室のトレーリング側領域の排気ガス量がリーディング側領域の排気ガス量よりも多くなるように構成されたことを特徴としている。
この構成によれば、吸気作動室内のダイリューションガスをトレーリング側領域に確実に偏在させることができる。

請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記第２吸気ポートを開閉制御可能な第２制御弁を有し、前記第２制御弁が、低回転高負荷運転領域において閉弁状態に保持されると共に低負荷運転領域と高回転高負荷運転領域において開弁状態に保持されることを特徴としている。
この構成によれば、第２吸気ポートを主吸気ポートにすることにより、広範囲の運転領域においてダイリューションガスをトレーリング側領域に移動させることができる。

請求項６の発明は、請求項５の発明において、前記ロータハウジングに形成された排気ポートと、前記排気ポートと前記第１吸気ポートとを連通する連通通路とを有し、前記連通通路が、前記第１制御弁よりも下流側位置に接続されたことを特徴としている。
この構成によれば、外部ＥＧＲを吸気作動室のトレーリング側領域に供給することができる。また、ロータハウジングの内周面に溜まった煤を排気ポートから外部に排出することができ、エンジン始動性を向上することができる。

請求項７の発明は、請求項１の発明において、前記クランク軸方向に並んだ第１，第２ロータと、第１，第２ロータの間に配設された前記サイドハウジングとしての中間ハウジングと、前記第１ロータを挟んで前記中間ハウジングと対向する第１サイドハウジングと、前記第２ロータを挟んで前記中間ハウジングと対向する第２サイドハウジングと、前記クランク軸直交断面における短軸方向において前記第１，第２吸気ポートと同じ側に設けられた排気ポートとを有し、前記第１ロータの第１，第２吸気ポートが前記第１サイドハウジングに形成され、前記第１ロータの排気ポート及び前記第２ロータの第１，第２吸気ポートが前記中間ハウジングに形成され、前記第２ロータの排気ポートが前記第２サイドハウジングに形成されたことを特徴としている。
この構成によれば、２ロータのロータリピストンエンジンにおいて中間ハウジングの薄肉化とダイリューションガスの低減とを両立することができる。

本発明のロータリピストンエンジンによれば、リーディング側領域に偏在するダイリューションガスを防いで燃費改善を図りつつ低負荷運転領域等の燃焼安定性を向上することができる。

実施例１に係るロータリピストンエンジンの概略構成図である。 左方から視たときの概略側面図である。 前方から視たときの概略縦断面図である。 エンジン本体の概略横断面図である。 エキセン角とポートの開口面積との関係を示した図である。 第１，第２制御弁の開閉領域を示した作動特性図である。 低負荷運転領域における吸気行程前後の作動室の内部状態であって、（ａ）は排気上死点、（ｂ）はエキセン角６３０°、（ｃ）はエキセン角８１０°、（ｄ）はエキセン角１０５０°における内部状態を示す図である。 １次エアと排気の圧力特性を示すグラフである。 低負荷運転領域における排気行程前後の作動室の内部状態であって、（ａ）はエキセン角２３０°、（ｂ）はエキセン角３６０°、（ｃ）はエキセン角４５０°、（ｄ）はエキセン角５３０°、（ｅ）はエキセン角６３０°における内部状態を示す図である。 ＥＧＲバルブの開閉領域を示した作動特性図である。 解析結果に係る吸気作動室、圧縮作動室及び排気作動室の内部状態を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

以下、本発明の実施例１について図１～図１０に基づいて説明する。
図１は、ロータリピストンエンジン（以下、エンジンと略す）１００の全体構成を概略的に示した図であり、図２は、エンジン１００を左方から視たときの概略側面図であり、図３は、前方から視たときのエンジン１００の概略縦断面図である。
尚、後述する第１，第２吸気ポート１１ａ，１２ａはサイドハウジング６ａに形成され、第１排気ポート１３ａは中間ハウジング６ｃに形成され、第２排気ポート１４ａはロータハウジング５ａに形成されているが、図３では、各ポート１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａの相対的な開閉時期を明確にするため、各ポート１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａを同一平面上に示している。
以下、図において、適宜、矢印Ｆ方向を前方とし、矢印Ｌ方向を左方とし、矢印Ｕ方向を上方として説明する。

図１～図３に示すように、エンジン１００は、前後に並ぶ２つの第１，第２ロータ収容室２ａ，２ｂを有するエンジン本体１と、各ロータ収容室２ａ，２ｂに導入される空気或いは空気と燃料の混合気（以下、吸気という）が流通する吸気通路３０と、各ロータ収容室２ａ，２ｂから排出される排気ガス（以下、排気という）が流通する排気通路５０と、ターボ過給機６０と、ＥＧＲ装置７０等を備えている。
このエンジン１００は、エンジン本体１を走行用駆動源とした車両に搭載されている。

まず、エンジン本体１について説明する。
図３に示すように、エンジン本体１には、各ロータ収容室２ａ，２ｂを貫通して前後に延びる出力軸（クランク軸）であるエキセントリックシャフト４が設けられている。
エンジン本体１の各ロータ収容室２ａ，２ｂには、ロータ３ａ，３ｂが夫々収容されている。各ロータ３ａ，３ｂは、側面視にて略三角形状に形成されている。
これらロータ３ａ，３ｂは、エキセントリックシャフト４に対して遊星回転運動するように支持され、３つの頂部がロータ収容室２ａ，２ｂの内周面に沿って移動するようにエキセントリックシャフト４の周囲を夫々回転している。
第２ロータ収容室２ｂ側の部材構成は、第１ロータ収容室２ａ側の部材構成と若干の違いを除いて略同様であるため、以下、特段の説明がない限り、第１ロータ収容室２ａ側の部材構成について主に説明する。

ロータ３ａの各頂部には、前後に延びるアペックスシール７が夫々取り付けられ、各アペックスシール７の前後両端部には、略円柱状のコーナーシール８が設けられている。
このロータ３ａの前後両側面には、隣り合うコーナーシール８同士をロータ３ａの外周縁と略平行に連結するサイドシール９と、これらサイドシール９よりもロータ３ａの径方向内側にロータ３ａの中心を中心とした円環状の大小２本のオイルシール１０が設けられている。

図４は、エンジン本体１のクランク軸平行方向の概略横断面図である。
説明の便宜上、図４は、正確な断面図ではなく、各ポート１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ等を模式的に同一平面上に示している。
図２，図４に示すように、エンジン本体１は、ロータ３ａ，３ｂの外周を夫々囲繞するロータハウジング５ａ，５ｂと、ロータ３ａの前方及びロータ３ｂの後方に夫々設けられたサイドハウジング６ａ，６ｂと、ロータ３ａとロータ３ｂとの間に介装された中間ハウジング（インターミディエイトハウジングともいう）６ｃ等を備えている。
第１，第２ロータ収容室２ａ，２ｂは、ロータハウジング５ａ，５ｂと、サイドハウジング６ａ，６ｂと、中間ハウジング６ｃによって区画されている。
尚、中間ハウジング６ｃは、ロータ３ａに対して後側のサイドハウジングに相当し、ロータ３ｂに対して前側のサイドハウジングに相当している。

第１，第２ロータハウジング５ａ，５ｂの内周面は、平行トロコイド曲線に沿って延び、第１，第２ロータ収容室２ａ，２ｂは、車両走行中、ロータ３ａ，３ｂによって３つの作動室に夫々区画されている。このようなエンジン１００では、ロータ３ａ，３ｂの回転に伴い３つの作動室がエキセントリックシャフト４の回りに変移し、各作動室にて吸気、圧縮、膨張（燃焼）及び排気の４サイクルの各行程が行われている。
１サイクルの各行程は、エキセントリックシャフト４が２７０°回転する期間において実施される。

各ロータ３ａ，３ｂは、エキセントリックシャフト４の回転角度（以下、エキセン角という）において互いに１８０°の位相差で回転しているため、ロータ収容室２ａ，２ｂは、エキセン角において１８０°ずれて吸気、圧縮、膨張及び排気の各行程が夫々行われる。
図３の矢印で示すように、ロータ３ａは、時計回りに回転し、左上側領域において概ね吸気行程が行われ、右上側領域において概ね圧縮行程が行われ、右下側領域において概ね膨張行程が行われ、左下側領域において概ね排気行程が行われている。

図３に示すように、ロータハウジング５ａには、右側側壁部の圧縮上死点近傍位置に配置されたリーディング側点火プラグ（以下、Ｌ側プラグという）２１ａ（リーディング側点火手段）と、このＬ側プラグ２１ａよりもトレーリング側位置に配置されたトレーリング側点火プラグ（以下、Ｔ側プラグという）２１ｂ（トレーリング側点火手段）とが夫々装着されている。

次に、第１，第２吸気ポート１１ａ，１２ａについて説明する。
図１，図３，図４に示すように、第１，第２吸気ポート１１ａ，１２ａは、サイドハウジング６ａの左側上方領域にサイド吸気ポートとして構成されている。
これら第１，第２吸気ポート１１ａ，１２ａは、ロータ３ａの回転方向に沿って隣り合うように近接配置され、吸気行程において左側下方の第１吸気ポート１１ａが右側上方の第２吸気ポート１２ａよりも早期に閉口するように形成されている。
これにより、第２吸気ポート１２ａによって吸気遅閉じ機構を構成し、低負荷運転領域においてポンピングロス低減を図っている。

第１吸気ポート１１ａは、ロータ収容室２ａの吸気行程である作動室に対して略三角形状の開口を有し、このポート開口から水平方向左方に向かって略直線状に延びるように形成されている。また、第２吸気ポート１２ａは、ロータ収容室２ａの吸気行程である作動室に対して略菱形状の開口を有し、このポート開口から左側上方に向かって略直線状に延びるように形成されている。

図３に示すように、第１吸気ポート１１ａの軸心Ｌ１と第２吸気ポート１１ｂの軸心Ｌ２とは、鋭角状に交差すると共に各ポートの上流側程、換言すれば、エキセントリックシャフト４から径方向外側に離隔する程両者の離隔距離が増加するように構成されている。
以下、ロータ収容室２ａ内に形成された吸気、圧縮、膨張、排気の各行程における作動室について、簡略的に、吸気作動室、圧縮作動室、膨張作動室、排気作動室と夫々表記することとする。

図２，図３に示すように、サイドハウジング６ａには、吸気作動室に燃料を供給する第１，第２インジェクタ２３ａ，２４ａが夫々略同一円周上に設けられている。
第１インジェクタ２３ａは、第１，第２吸気ポート１１ａ，１２ａの間に相当する部位において左側上方に傾斜して配置され、その噴口が第１吸気ポート１１ａのポート開口に指向するようにポート開口の近傍位置に配設されている。
第２インジェクタ２４ａは、第２吸気ポート１２ａの右側部位において略鉛直状に配置され、その噴口が第２吸気ポート１２ａのポート開口に指向するようにポート開口の近傍位置に配設されている。
第１，第２インジェクタ２３ａ，２４ａは、前後に延びるデリバリパイプ２５の先端部に夫々接続され、各ポート開口近傍に形成された取付ボス部に夫々装着されている。
尚、デリバリパイプ２５には、燃料タンクから供給通路を介して加圧された燃料が供給されている（何れも図示略）。

図５は、エキセン角とポートの開口面積との関係を示した図である。
図５に示すように、第１吸気ポート１１ａは、排気上死点付近（例えば５５０°）で吸気作動室に開口し、吸気下死点を僅かに超えた時期（例えば８３０°）に閉口する。
第２吸気ポート１２ａは、第１吸気ポート１１ａと同様に、排気上死点付近で吸気作動室に開口し、吸気下死点よりも遅角側且つ第１吸気ポート１１ａよりも遅角側時期（例えば９１０°）に閉口する。
尚、主燃焼を行うＬ側プラグ２１ａの点火時期は、例えば、１０５０°に設定され、副燃焼を行うＴ側プラグ２１ｂの点火時期は、例えば、１０６５°に設定されている。

ロータ収容室２ｂに対応した第１，第２吸気ポート１１ｂ，１２ｂ及び吸気作動室に燃料を供給する第１，第２インジェクタ２３ｂ，２４ｂは、中間ハウジング６ｃに夫々形成されている。これら第１，第２吸気ポート１１ｂ，１２ｂ、第１，第２インジェクタ２３ｂ，２４ｂは、中間ハウジング６ｃの略同一円周上に形成されていることを除き、第１，第２吸気ポート１１ａ，１２ａ、第１，第２インジェクタ２３ａ，２４ａと略同様に構成されている。

次に、第１，第２排気ポート１３ａ，１４ａについて説明する。
図１，図３，図４に示すように、第１排気ポート１３ａは、中間ハウジング６ｃの左側下方領域にサイド排気ポートとして構成されている。この第１排気ポート１３ａは、ロータ３ａに対して第１，第２吸気ポート１１ｂ，１２ｂと反対側位置、所謂ロータ３ａを挟んで第１，第２吸気ポート１１ｂ，１２ｂと千鳥配置になるように配設されている。
第１排気ポート１３ａは、排気作動室に対して略三角形状の開口を有し、このポート開口から左方に向かって延びるように形成されている。

第２排気ポート１４ａは、ロータハウジング６ａの左側下方領域にペリフェラル排気ポートとして構成されている。この第２排気ポート１４ａは、第１排気ポート１３ａよりも遅い時期に開口するように形成されている。
第２排気ポート１４ａは、排気作動室に対して略矩形状の開口を有し、このポート開口から左方に向かって略直線状に延びるように形成されている。
この第２排気ポート１４ａの前後寸法は、ロータハウジング６ａの前後寸法の８０％程度に設定されている。これにより、ロータ収容室２ａの外周縁付近に溜まった煤を第２排気ポート１４ａからロータ収容室２ａの外に排出している。

図５に示すように、第１排気ポート１３ａは、膨張下死点よりも進角側時期（例えば２３０°）で排気作動室に開口し、排気上死点付近（例えば５３０°）に閉口する。
第２排気ポート１４ａは、膨張下死点付近（例えば２７０°）で排気作動室に開口し、排気上死点よりも遅角側且つ第１，第２吸気ポート１１ａ，１２ａの開口時期よりも遅角側時期（例えば６３０°）に閉口する。
本実施例では、第１排気ポート１３ａの開口期間と第１，第２吸気ポート１１ａ，１２ａとの開口期間を重複させることなく、第２排気ポート１４ａの開口期間と第１，第２吸気ポート１１ａ，１２ａとの開口期間を重複させている。
これにより、第１，第２吸気ポート１１ａ，１２ａから流入した吸気によって吸気作動室内の排気（燃焼後の残留ガス）を第２排気ポート１４ａ側に押圧して掃気性を高めている。

ロータ収容室２ｂに対応した第１排気ポート１３ｂは、サイドハウジング６ｂに形成され、第２排気ポート１４ｂは、ロータハウジング６ｂに夫々形成されている。
第１排気ポート１３ｂは、サイドハウジング６ｂに形成されていることを除き、第１排気ポート１３ａと略同様に構成され、第２排気ポート１４ｂは、ロータハウジング６ｂに形成されていることを除き、第２排気ポート１４ａと略同様に構成されている。

次に、吸気通路３０について説明する。
図１に示すように、吸気通路３０は、上流側吸気通路３１と、この上流側吸気通路３１の下流端に連なる下流側吸気通路３２と、通路部３３ａ，３３ｂ等を備えている。
上流側吸気通路３１には、上流側から順に、エアクリーナ３４と、吸入吸気量を計測するエアフローメータ３５と、ターボ過給機６０のコンプレッサ６１と、インタークーラ３６と、吸入吸気量を制御するスロットルバルブ３７と、サージタンク３８等が設けられている。

下流側吸気通路３２は、上流側部分がサージタンク３８内に挿通され、下流側部分が２つの通路部３２ａ，３２ｂに分岐している。
これら通路部３２ａ，３２ｂは、独立してロータ収容室２ａの第１吸気ポート１１ａとロータ収容室２ｂの第１吸気ポート１１ｂとに夫々接続されている。
通路部３３ａ，３３ｂは、上流側部分がサージタンク３８内に挿通され、独立してロータ収容室２ａの第２吸気ポート１２ａとロータ収容室２ｂの第２吸気ポート１２ｂとに夫々接続されている。

下流側吸気通路３２及び通路部３３ａ，３３ｂは、サージタンク３８を介して上流側吸気通路３１の下流端に連通する吸気マニホールドによって構成されている。
通路部３２ａの下流端に形成されたフランジ部は、サイドハウジング６ａの左側縦壁部に締結部材を介して連結され、通路部３３ａの下流端に形成されたフランジ部は、サイドハウジング６ａの左側上部の傾斜壁部に締結部材を介して連結されている。

通路部３２ａのフランジ部と通路部３３ａのフランジ部との間には取付ボス部が形成され、第１インジェクタ２３ａが装着されている。通路部３３ａのフランジ部の右側に形成された取付ボス部には第２インジェクタ２４ａが装着されている。
同様に、第１インジェクタ２３ｂは、通路部３２ｂのフランジ部と通路部３３ｂのフランジ部との間の取付ボス部に装着され、第２インジェクタ２４ｂは、通路部３３ｂのフランジ部の右側に形成された取付ボス部に装着されている。
これにより、第１，第２吸気ポート１１ａ，１２ａの開口近傍位置に各々のインジェクタを配設することができ、低速走行時の加速レスポンスの向上を図っている。
また、熱源である第１排気ポート１３ａに最も近接した第１インジェクタ２３ｂを第１排気ポート１３ａから第１吸気ポート１１ｂを間に介して離間させることにより、ベーパ等の熱害を回避している。

通路部３２ａ，３２ｂとサージタンク３８との間に相当する下流側吸気通路３２の途中部には、第１吸気ポート１１ａ，１１ｂを開閉制御可能な単一の第１制御弁３４が設けられている。通路部３３ａ，３３ｂには、第２吸気ポート１２ａ，１２ｂの近傍に第２吸気ポート１２ａ，１２ｂを開閉制御可能な第２制御弁３５ａ，３５ｂが夫々設けられている。
図６は、各制御弁３４，３５ａ，３５ｂの開閉領域を示した作動特性図である。
図６に示すように、設定負荷（例えば２００Ｎｍ）以下の低負荷運転領域Ａ１では、第１制御弁３４が閉弁状態且つ第２制御弁３５ａ，３５ｂが開弁状態とされている。

これは、次の理由による。
図７は、低負荷運転領域における吸気行程前後の作動室の内部状態を示す図であり、高温領域程濃い濃度で示している。
図７（ａ）に示すように、作動室が排気行程から吸気行程に変移する際、ロータハウジング５ａの内周面とロータ３ａのフランク面との間のデッドボリュームに滞留する残留排気（ダイリューションガス）が吸気作動室に持ち込まれる。
そして、図７（ｂ）及び図７（ｃ）に示すように、吸気作動室にリーディング側の第２吸気ポート１２ａのみから吸気（白矢印）を導入するため、作動室内に存在するダイリューションガスは強制的にリーディング側領域からトレーリング側領域に移動される。

最終的に、図７（ｄ）に示すように、Ｌ側プラグ２１ａ近傍に滞在する吸気に点火され、その火炎がダイリューションガスによって昇温されたトレーリング側に伝播する。
また、主燃焼であるＬ側プラグ２１ａの点火から遅れてＴ側プラグ２２ａが点火される。
これによって、主燃焼で燃え残った未燃ガスを燃焼させる副燃焼が行われる。
即ち、第２吸気ポート１２ａから導入された吸気を用いて作動室内のダイリューションガスをトレーリング側に移動させることにより、作動室のリーディング側領域を安定燃焼に適した状態にすると共に、作動室のトレーリング側領域を未燃ガス低減処理に適した状態にしている。

また、図６に示すように、低回転運転領域を除く全負荷以下の高負荷運転領域Ａ２では、第１制御弁３４及び第２制御弁３５ａ，３５ｂが全て開弁状態とされている。
これにより、吸入吸気量を確保し、エンジン１００の出力トルクの確保を図っている。
低回転高負荷運転領域Ａ３では、第１制御弁３４が開弁状態且つ第２制御弁３５ａ，３５ｂが閉弁状態とされている。
これにより、低回転高負荷運転の際、遅閉じポートである第２吸気ポート１２ａ，１２ｂに向かって吹き返される排気を低減している。
以上のように、本実施例では、エンジン１００の主吸気ポートを、トレーリング側に形成された第１吸気ポート１１ａ，１１ｂではなく、リーディング側に形成された第２吸気ポート１２ａ，１２ｂにより構成している。

図１，図３，図４に示すように、この吸気通路３０には、排気行程から吸気行程へ変移途中の作動室に燃焼用１次エアを供給可能な１次エア供給機構４０が形成されている。
１次エア供給機構４０は、ロータハウジング５ａ，５ｂに夫々形成され且つ排気行程から吸気行程へ変移途中の作動室に夫々開口する供給口４１ａ，４１ｂと、コンプレッサ６１とインタークーラ３６との間に相当する上流側吸気通路３１の途中部と供給口４１ａ，４１ｂとを分岐通路４２ａ，４２ｂを介して夫々連通する供給通路４２等を備えている。
供給口４１ａ，４１ｂは、第２排気ポート１４ａ，１４ｂの途中部に夫々形成され、第２排気ポート１４ａ，１４ｂの開口期間と同じ期間作動室に開口している。この供給口４１ａ，４１ｂは、作動室に導入された１次エアの進行方向がリーディング領域に持ち込まれるダイリューションガスの進行を阻止するように夫々構成されている。

分岐通路４２ａ，４２ｂの途中部には、開閉弁４３ａ，４３ｂ（第１開閉弁）が夫々設けられている。これら開閉弁４３ａ，４３ｂは、１次エアが作動室内圧力（所謂排気圧力）よりも所定圧力（例えば０．０３気圧）以上高いとき、作動室内に１次エアの導入を許容する一方弁（逆支弁又はチェックバルブ）によって構成されている。

図８に示すように、分岐通路４２ａ，４２ｂを流れる１次エアと作動室内排気の圧力は、中低速走行時において、回転数が高い程線形状に増加する特性を有している。
そして、排気圧力は、１次エア圧力よりも増加率が高いため、３０００ｒｐｍまでは１次エア圧力が排気圧力よりも高いが、それ以降、排気圧力が１次エア圧力を逆転する。
それ故、これら開閉弁４３ａ，４３ｂは、設定回転数（３０００ｒｐｍ）以下の低回転運転領域で概ね開作動し、上記設定回転数よりも高い高回転運転領域で概ね閉作動する。
これにより、エアフローメータ３５によって計測された検出吸入吸気量の一部である１次エアを用いてダイリューションガスのリーディング方向への進行を阻止すると共に、作動室内のダイリューションガスと１次エアとを置換して燃焼安定化を図っている。

次に、排気通路５０について説明する。
図１に示すように、排気通路５０は、２つの第１排気ポート１３ａ，１３ｂに夫々接続された第１排気通路５１ａ，５１ｂと、２つの第２排気ポート１４ａ，１４ｂに分岐通路５２ａ，５２ｂを介して接続された第２排気通路５２等を備えている。
ターボ過給機６０のタービン６２は、第１排気通路５１ａ，５１ｂに夫々接続されている。第２排気通路５２は、タービン６２を迂回してタービン６２よりも下流側の下流側排気通路５３の途中部に連通されている。下流側排気通路５３の下流側部分には、例えば、三元触媒等の浄化装置５４が設けられている。
本実施例のタービン６２は、ツインスクロールタービンであり、第１排気ポート１３ａ，１３ｂが第１排気通路５１ａ，５１ｂを夫々介してタービン６２の各吸入通路に接続されている。

図１，図３，図４に示すように、分岐通路５２ａ，５２ｂには、開閉可能な排気開閉弁５５ａ，５５ｂ（第２開閉弁）が夫々設けられている。
この排気開閉弁５５ａ，５５ｂは、通常、開弁状態に維持され、排気作動室から第２排気ポート１４ａ，１４ｂを介して下流側に流れる排気ガスを許容し、１次エア供給時、１次エア供給用開閉弁４３ａ，４３ｂの開作動に同期して閉作動するように構成されている。

図９は、低負荷運転領域における排気行程前後の作動室の内部状態を示す図であり、高温領域程濃い濃度で示している。
図９（ａ）に示すように、第１排気ポート１３ａから排気が排出される排出開始時期では、第２排気ポート１４ａと作動室は連通されていない。
図９（ｂ）～図９（ｄ）に示すように、第１排気ポート１３ａが開口状態において、作動室の変移（ロータ３ａの回転）に伴い第２排気ポート１４ａを介して作動室のリーディング側領域に１次エアが供給されるため、作動室内に存在する残留排気が開口している第１排気ポート１３ａから強制的に排出され、１次エアと置き換えられる。
尚、排気開閉弁５５ａは、開閉弁４３ａが開弁状態のとき、閉弁状態に維持されているため、１次エアは分岐通路５２ａ側には流れない。
図９（ｅ）に示すように、第１排気ポート１３ａの閉弁時期よりも第２排気ポート１４ａの閉弁時期が遅いため、１次エアはダイリューションガスと置き換えられた状態で吸気作動室に持ち込まれる。

次に、ＥＧＲ装置７０について説明する。
図１に示すように、ＥＧＲ装置７０は、排気の一部を吸気に還流するため、排気通路５０と吸気通路３０とを連通するＥＧＲ通路７１と、これを開閉するＥＧＲバルブ７２と、排気であるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラー７３等を備えている。
図１０に示すように、ＥＧＲバルブ７２は、高回転運転領域全域Ａ４と、低中回転中負荷運転領域Ａ５において、ＥＧＲガスを作動室に供給するように作動している。
特に、低中回転運転領域では、回転が低い程、低負荷側及び高負荷側のＥＧＲガスの供給領域が狭くなるように設定されている。

ＥＧＲ通路７１は、通路部３２ａ，３２ｂよりも上流側で且つ第１制御弁３４よりも下流側に相当する第１分岐通路３２の途中部と下流側排気通路５３とを接続している。
これにより、図７（ｂ）の黒矢印に示すように、第１制御弁３４が閉弁状態である低回転運転時、閉口時期が早くロータ収容室２ａから吹き返しが殆ど生じない第１吸気ポート１１ａから適切な量のＥＧＲガスを作動室に導入している。
また、第２排気通路５２の下流端部をＥＧＲ通路７１の途中部に接続することにより、温度の低いＥＧＲガスを作動室に供給している。

第２排気通路５２の排気は、温度及び圧力が低いため、ＥＧＲ通路７１の前後差圧を確保することができず、運転条件によっては、作動室にＥＧＲガスを供給できない虞がある。
そこで、ＥＧＲ通路７１と第２排気通路５２との合流部と下流側排気通路５３との間に排気制御弁７４を設けている。
この排気制御弁７４は、例えば、エンジン負荷が予め設定されたＥＧＲ基準負荷以下のとき、閉弁側に制御され、その開度は吸気圧に応じて設定されている。
尚、排気制御弁７４は、排気開閉弁５５ａ，５５ｂが閉弁状態のとき、換言すれば、開閉弁４３ａ，４３ｂが開弁状態のとき、全閉とされている。
吸気が第１分岐通路３２から下流側排気通路５３に導入されるのを回避するためである。

本実施例では、車両にエンジン１００の各部を制御可能なＥＣＵ（図示略）が設置され、このＥＣＵによって、インジェクタ２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ、第１制御弁３４、第２制御弁３５ａ，３５ｂ、スロットルバルブ３７、排気開閉弁５５ａ，５５ｂ、ＥＧＲバルブ７２、排気制御弁７４等が制御されている。
また、ＥＣＵは、例えば、エアフローメータ３５で計測された吸入吸気量、エンジン１００の回転数、及び吸気温度等に基づき吸気作動室の空気充填効率を求め、この空気充填効率から各インジェクタ２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂから噴射される燃料噴射量を演算している。

次に、上記ロータリピストンエンジン１００の作用、効果について説明する。
本実施例１のエンジン１００によれば、サイドハウジング６ａに形成された第１吸気ポート１１ａと、サイドハウジング６ａに形成され且つ第１吸気ポート１１ａよりもリーディング側に配置されて閉口時期が遅い第２吸気ポート１２ａとを有するため、簡単な構成で吸気遅閉じ機構を構成でき、燃費を向上することができる。
第１吸気ポート１１ａを開閉制御可能な第１制御弁３４を有し、低負荷運転領域において第１制御弁３４が閉弁状態に保持されるため、低負荷運転時、吸気作動室のリーディング側領域に第２吸気ポート１２ａから吸気を導入することができ、この導入した吸気を用いてリーディング側領域に偏在するダイリューションガスをトレーリング側領域に移動させることができる。これにより、アイドル運転領域や低負荷運転領域等の燃焼安定性を向上している。

圧縮上死点近傍タイミングで点火可能なＬ側プラグ２１ａ及びこのＬ側プラグ２１ａよりも遅れて点火可能なＴ側プラグ２２ａを設けたため、主燃焼を実行するＬ側プラグ２１ａの周りに燃料を含む混合気を集めることができ、点火後の火炎伝播性を確保することができる。また、ダイリューションガスを用いて副燃焼を実行するＴ側プラグ２２ａの周りの雰囲気温度を上昇させることができ、膨張作動室内の未燃ガスを低減することができる。

第１制御弁３４が、高負荷運転領域において開作動するため、高負荷運転領域において吸気を増加でき高出力を確保することができる。

第１制御弁３４が閉弁状態のとき、吸気作動室のトレーリング側領域の排気ガス量がリーディング側領域の排気ガス量よりも多くなるように構成されているため、吸気作動室内のダイリューションガスをトレーリング側領域に確実に偏在させることができる。

第２吸気ポート１２ａを開閉制御可能な第２制御弁３５ａを有し、第２制御弁３５ａが、低回転高負荷運転領域において閉弁状態に保持されると共に低負荷運転領域と高回転高負荷運転領域において開弁状態に保持されているため、第２吸気ポート１２ａを主吸気ポートにすることにより、広範囲の運転領域においてダイリューションガスをトレーリング側領域に移動させることができる。

ロータハウジング５ａに形成された第２排気ポート１４ａと、第２排気ポート１４ａと第１吸気ポート１１ａとを連通するＥＧＲ通路７１とを有し、ＥＧＲ通路７１が、第１制御弁３４よりも下流側位置に接続されたため、外部ＥＧＲを吸気作動室のトレーリング側領域に供給することができる。また、ロータハウジング５ａの内周面に溜まった煤を第２排気ポート１４ａから外部に排出することができ、エンジン始動性を向上することができる。

前後に並んだ第１，第２ロータ３ａ，３ｂと、第１，第２ロータ３ａ，３ｂの間に配設された中間ハウジング６ｃと、第１ロータ３ａを挟んで中間ハウジング６ｃと対向するサイドハウジング６ａと、第２ロータ３ｂを挟んで中間ハウジング６ｃと対向するサイドハウジング６ｂと、クランク軸直交断面における短軸方向において第１，第２吸気ポート１１ａ，１２ａと同じ側に設けられた第１排気ポート１３ａとを有し、第１ロータ３ａの第１，第２吸気ポート１１ａ，１２ａがサイドハウジング６ａに形成され、第１ロータ３ａの第１排気ポート１３ａ及び第２ロータ３ｂの第１，第２吸気ポート１１ｂ，１２ｂが中間ハウジング６ｃに形成され、第２ロータ３ｂの第１排気ポート１３ｂがサイドハウジング６ｂに形成されている。この構成によれば、２ロータ３ａ，３ｂのエンジン１００において中間ハウジング６ｃの薄肉化とダイリューションガスの低減とを両立することができる。

次に、前記実施形態を部分的に変更した変形例について説明する。
１〕前記実施例においては、２ロータのロータリピストンエンジンの例を説明したが、１ロータのロータリピストンエンジンであっても良く、３ロータ以上のロータリピストンエンジンに適用することも可能である。

２〕前記実施例においては、第１排気ポートを第１吸気ポートが形成されたサイドハウジングと反対側のサイドハウジングに千鳥状に形成した例を説明したが、第１排気ポートを第１吸気ポートが形成されたサイドハウジングと同じサイドハウジングに形成しても良い。
また、排気ポート構造をサイド排気ポートとペリフェラル排気ポートとによって構成した例を説明したが、サイド排気ポートのみで形成しても良く、反対に、ペリフェラル排気ポートのみで形成しても良い。

３〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施形態に種々の変更を付加した形態や各実施形態を組み合わせた形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。

４ エキセントリックシャフト
３ａ，３ｂ ロータ
５ａ，５ｂ ロータハウジング
６ａ，６ｂ サイドハウジング
６ｃ 中間ハウジング
１１ａ，１１ｂ 第１吸気ポート
１２ａ，１２ｂ 第２吸気ポート
１３ａ，１３ｂ 第１排気ポート
１４ａ，１４ｂ 第２排気ポート
２１ａ，２１ｂ Ｌ側プラグ
２２ａ，２２ｂ Ｔ側プラグ
３４ 第１制御弁
３５ａ，３５ｂ 第２制御弁
１００ エンジン

Claims (7)

1. クランク軸回りに回転可能なロータと、このロータの外周を囲むロータハウジングと、前記ロータの前記クランク軸方向両側に配設され且つ前記ロータ及びロータハウジングと協働して作動室を形成する１対のサイドハウジングとを備えたロータリピストンエンジンにおいて、
   前記１対のサイドハウジングのうち一方のサイドハウジングに形成された第１吸気ポートと、
   前記一方のサイドハウジングに形成され且つ前記第１吸気ポートよりもリーディング側に配置されて閉口時期が遅い第２吸気ポートと、
   前記第１吸気ポートを開閉制御可能な第１制御弁とを有し、
   低負荷運転領域において前記第１制御弁が閉弁状態に保持されることを特徴とするロータリピストンエンジン。
2. 圧縮上死点近傍タイミングで点火可能なリーディング側点火手段及び前記リーディング側点火手段よりも遅れて点火可能なトレーリング側点火手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載のロータリピストンエンジン。
3. 前記第１制御弁が、高負荷運転領域において開作動することを特徴とする請求項１又は２に記載のロータリピストンエンジン。
4. 前記第１制御弁が閉弁状態のとき、吸気作動室のトレーリング側領域の排気ガス量がリーディング側領域の排気ガス量よりも多くなるように構成されたことを特徴とする請求項２に記載のロータリピストンエンジン。
5. 前記第２吸気ポートを開閉制御可能な第２制御弁を有し、
   前記第２制御弁が、低回転高負荷運転領域において閉弁状態に保持されると共に低負荷運転領域と高回転高負荷運転領域において開弁状態に保持されることを特徴とする請求項４に記載のロータリピストンエンジン。
6. 前記ロータハウジングに形成された排気ポートと、
   前記排気ポートと前記第１吸気ポートとを連通する連通通路とを有し、
   前記連通通路が、前記第１制御弁よりも下流側位置に接続されたことを特徴とする請求項５に記載のロータリピストンエンジン。
7. 前記クランク軸方向に並んだ第１，第２ロータと、
   第１，第２ロータの間に配設された前記サイドハウジングとしての中間ハウジングと、
   前記第１ロータを挟んで前記中間ハウジングと対向する第１サイドハウジングと、
   前記第２ロータを挟んで前記中間ハウジングと対向する第２サイドハウジングと、
   前記クランク軸直交断面における短軸方向において前記第１，第２吸気ポートと同じ側に設けられた排気ポートとを有し、
   前記第１ロータの第１，第２吸気ポートが前記第１サイドハウジングに形成され、
   前記第１ロータの排気ポート及び前記第２ロータの第１，第２吸気ポートが前記中間ハウジングに形成され、
   前記第２ロータの排気ポートが前記第２サイドハウジングに形成されたことを特徴とする請求項１に記載のロータリピストンエンジン。

Images