特許 7151455 エンジンの排気装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-03

(45)【発行日】2022-10-12

(54)【発明の名称】エンジンの排気装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/22 20060101AFI20221004BHJP

   F01N 3/20 20060101ALI20221004BHJP

   F01N 3/24 20060101ALI20221004BHJP

   F02D 41/04 20060101ALI20221004BHJP

   F02D 43/00 20060101ALI20221004BHJP

   F01N 3/30 20060101ALI20221004BHJP

【ＦＩ】

F01N3/22 311B

F01N3/20 S

F01N3/24 T

F02D41/04

F02D43/00 301E

F02D43/00 301T

F01N3/30 B

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2018237113

(22)【出願日】2018-12-19

(65)【公開番号】P2020097913

(43)【公開日】2020-06-25

【審査請求日】2021-08-24

(73)【特許権者】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100067828

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 悦司

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100133916

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 興

(72)【発明者】

【氏名】松岡 敦生

【審査官】畔津 圭介

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－２０７４１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５０－０６０４１９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開昭５１－０３６７１３（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｎ ３／２２

Ｆ０１Ｎ ３／２０

Ｆ０１Ｎ ３／２４

Ｆ０２Ｄ ４１／０４

Ｆ０２Ｄ ４３／００

Ｆ０１Ｎ ３／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

気筒が形成されたエンジン本体と、
前記気筒から排出された排気ガスが流通する排気通路と、
前記排気通路に設けられて前記排気ガスを浄化するための触媒を含む触媒装置と、
前記触媒装置よりも上流側の前記排気通路の内側に外部から空気を導入する上流側空気導入部と、
前記上流側空気導入部によって空気が導入される部分よりも下流側の前記排気通路の内側に外部から空気を導入する下流側空気導入部とを備え、
前記エンジン本体には、前記排気通路の上流端部を構成する排気ポートが形成されており、
前記上流側空気導入部は、前記排気ポートと連通する通路が内側に形成された上流側管部と、当該上流側管部の外周面に形成されて当該上流側管部の内側に空気を取り込むための上流側取込部と、当該上流側取込部から前記排気ポートの内側まで延びて当該上流側取込部から取り込まれた空気を前記排気ポート内に案内する案内部とを有する、ことを特徴とするエンジンの排気装置。

【請求項2】

請求項１に記載のエンジンの排気装置において、
前記上流側空気導入部から前記排気通路の内側に空気が導入されるのを許容または停止する上流側切替装置と、
前記下流側空気導入部から前記排気通路の内側に空気が導入されるのを許容または停止する下流側切替装置とをさらに備え、
前記上流側切替装置および前記下流側切替装置は、少なくとも前記触媒の温度が所定値未満のときに、前記上流側気導入部および前記下流側空気導入部から前記排気通路の内側にそれぞれ空気が導入されるのを許容する、ことを特徴とするエンジンの排気装置。

【請求項3】

請求項２に記載のエンジンの排気装置において、
前記気筒内の空燃比を変更可能な空燃比変更手段をさらに備え、
前記上流側切替装置と前記下流側切替装置が前記上流側気導入部と前記下流側空気導入部から前記排気通路の内側にそれぞれ空気が導入されるのを許容しているとき、前記空燃比変更手段は前記気筒内の空燃比を理論空燃比未満にする、ことを特徴とするエンジンの排気装置。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１項に記載のエンジンの排気装置において、
前記下流側空気導入部は、排気ガスが内側を通過する第１管部と、当該第１管部の外周を取り囲むように配置された第２管部と、前記第１管部と前記第２管部との間に形成された隙間に空気を取り込むための下流側取込部とを有し、
前記第１管部の下流端部は、前記第２管部の内部に開放された開放端とされ、
前記第１管部の下流端部の流路面積は、当該下流端部よりも上流側を流れる排気ガス通路の流路面積に比べて小さい値に設定されている、ことを特徴とするエンジンの排気装置。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１項に記載のエンジンの排気装置において、
前記エンジン本体は、前記気筒の内周面に沿って回転するロータを有するロータリーピストンエンジンである、ことを特徴とするエンジンの排気装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、気筒が形成されたエンジン本体と気筒から排出された排気ガスが流通する排気通路とを備えるエンジンの排気装置に関する。

【背景技術】

【0002】

エンジンの排気装置として、下記特許文献１のものが知られている。この特許文献１の排気装置では、排気通路の途中部にターボ過給機のタービンが設けられるとともに、タービンよりもさらに下流側の排気通路に三元触媒を含む触媒装置が設けられている。また、タービンとエンジン本体との間に位置する部分の排気通路には、当該排気通路内に外部から空気（二次空気）を導入するための二次空気供給通路が接続されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１３－１６７１８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１のように、排気通路内に二次空気が導入されれば、排気ガス中の未燃成分（ＨＣ等）と二次空気との酸化反応を生じさせることができる。そして、この反応熱によって、二次空気の導入位置よりも下流側における排気ガスの温度を上昇させて、触媒の活性化を促進することができる。

【0005】

ここで、排気ガスの温度が低いときは前記の酸化反応を十分に生じさせることができない。これより、排気通路のより上流側の部位であって排気ガスの温度が高温に維持される部位に二次空気が供給されるのが望ましい。しかしながら、排気行程の開始直後は、気筒から高圧の排気ガスが排出されることで排気通路の上流側の部位の圧力は非常に高くなる。そのため、この場合には、排気通路の上流側の部位に外部から二次空気を導入するのが困難となり、未燃の成分を適切に酸化反応させることができない。

【0006】

本発明は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、排気通路に導入される空気により排気ガス中の未燃成分を効果的に酸化させることができるエンジンの排気装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記課題を解決するためのものとして、本発明は、気筒が形成されたエンジン本体と、前記気筒から排出された排気ガスが流通する排気通路と、前記排気通路に設けられて前記排気ガスを浄化するための触媒を含む触媒装置と、前記触媒装置よりも上流側の前記排気通路の内側に外部から空気を導入する上流側空気導入部と、前記上流側空気導入部によって空気が導入される部分よりも下流側の前記排気通路の内側に外部から空気を導入する下流側空気導入部とを備え、前記エンジン本体には、前記排気通路の上流端部を構成する排気ポートが形成されており、前記上流側空気導入部は、前記排気ポートと連通する通路が内側に形成された上流側管部と、当該上流側管部の外周面に形成されて当該上流側管部の内側に空気を取り込むための上流側取込部と、当該上流側取込部から前記排気ポートの内側まで延びて当該上流側取込部から取り込まれた空気を前記排気ポート内に案内する案内部とを有する、ことを特徴とするものである（請求項１）。

【0008】

本発明では、排気通路の上下流方向の互いに異なる位置に排気通路に空気を導入するための空気導入部がそれぞれ設けられている。そのため、まだ高温に維持されている排気ガスに上流側の空気導入部から空気を導入することができ、空気と未燃成分との酸化反応を促進できる。そして、排気行程の開始直後に気筒から排出された排気ガスであって上流側の空気導入部から空気を供給するのが困難な排気ガスに対しては、排気行程が開始してから所定の時間が経過してこの排気ガスが下流側に移動したとき、および、排気通路内の圧
力が低下したときに、下流側の空気導入部から空気を供給することができ、この排気ガスの未燃成分も適切に酸化反応させることができる。従って、排気ガス中の未燃成分を効果的に酸化させることができる。ここで、排気行程の開始直後に気筒から排出された排気ガスの温度は非常に高く、下流側に移動してもその温度は高く維持される。そのため、下流側の空気導入部から付近においても、排気行程の開始直後に気筒から排出された排気ガス中の未燃成分を適切に酸化させることができる。しかも、エンジン本体には、前記排気通路の上流端部を構成する排気ポートが形成されており、前記上流側空気導入部は、前記排気ポートと連通する通路が内側に形成された上流側管部と、当該上流側管部の外周面に形成されて当該上流側管部の内側に空気を取り込むための上流側取込部と、当該上流側取込部から前記排気ポートの内側まで延びて当該上流側取込部から取り込まれた空気を前記排気ポート内に案内する案内部とを有する。そのため、気筒により近い位置であって排気ガスの温度がより高く維持される位置に空気を導入することができ、排気ガス中の未燃成分の酸化反応をより一層促進できる。

【0009】

前記構成において、好ましくは、前記上流側空気導入部から前記排気通路の内側に空気が導入されるのを許容または停止する上流側切替装置と、前記下流側空気導入部から前記排気通路の内側に空気が導入されるのを許容または停止する下流側切替装置とをさらに備え、前記上流側切替装置および前記下流側切替装置は、少なくとも前記触媒の温度が所定値未満のときに、前記上流側気導入部および前記下流側空気導入部から前記排気通路の内側にそれぞれ空気が導入されるのを許容する（請求項２）。

【0010】

この構成によれば、前記のように未燃成分の酸化に伴い高温化された排気ガスを利用して触媒装置内の触媒を迅速に活性化することができる。

【0011】

前記構成において、好ましくは、前記気筒内の空燃比を変更可能な空燃比変更手段をさらに備え、前記上流側切替装置と前記下流側切替装置が前記上流側気導入部と前記下流側空気導入部から前記排気通路の内側にそれぞれ空気が導入されるのを許容しているとき、前記空燃比変更手段は前記気筒内の空燃比を理論空燃比未満にする（請求項３）。

【0012】

この構成によれば、排気通路に未燃成分をより多く導入して、各空気導入部から導入される空気とこの未燃成分とを排気通路内で酸化反応させることで、排気通路内で生じる燃焼エネルギーを高めることができる。そして、このエネルギーを、前記のように触媒の早期活性化に利用することができる。

【0013】

前記構成において、好ましくは、前記下流側空気導入部は、排気ガスが内側を通過する第１管部と、当該第１管部の外周を取り囲むように配置された第２管部と、前記第１管部と前記第２管部との間に形成された隙間に空気を取り込むための下流側取込部とを有し、前記第１管部の下流端部は、前記第２管部の内部に開放された開放端とされ、前記第１管部の下流端部の流路面積は、当該下流端部よりも上流側を流れる排気ガス通路の流路面積に比べて小さい値に設定されている（請求項４）。

【0014】

この構成によれば、二重管構造をなすように配置された第１管部および第２管部を含む下流側空気導入部が排気通路に設けられることになるため、第１管部内を通過する排気ガスを保温することができ、当該排気ガスと未燃成分との酸化反応を促進できる。また、第１管部の下流端部の流路面積が、当該下流端部よりも上流側を流れる排気ガス通路の流路面積（排気ガスが流通する通路の流路面積）に比べて小さい値に設定されるので、第１管部を通過した後の排気ガスの流速が第１管部を通過する前の流速よりも速くなる。このような排気ガスの高速化は、いわゆるエゼクタ効果を生じさせ、第１管部と第２管部との間の隙間の圧力を負圧化させる。これにより、下流側取込部を介した外部から排気通路内への空気の流入を促進することができる。

【0017】

ここで、ロータリーピストンエンジンではレシプロエンジンに比べて気筒から排出される排気ガスの圧力が高く排気行程開始直後の排気通路内の圧力が高くなりやすい、つまり、上流側の空気導入部から排気通路への空気の導入が困難になりやすい。従って、本発明をロータリーピストンエンジンに適用すれば、効果的である（請求項５）。

【発明の効果】

【0018】

以上説明したように、本発明のエンジンの排気装置によれば、排気通路に導入される空気により排気ガス中の未燃成分を効果的に酸化させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の排気装置が適用されたターボ過給エンジンの好ましい実施形態を示す概略システム図である。

【図2】エンジン本体を示す概略断面図である。

【図3】ターボ過給機およびその周辺部品の構造を示す図１の一部拡大図である。

【図4】空気導入部の詳細構造を説明するための断面図である。

【図5】エキセン角に対する各パラメータの変化を示したグラフである。

【図6】エンジンの制御系を示したブロック図である。

【図7】本発明の他の実施形態を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

（１）全体構成
図１は、本発明の排気装置が適用されたエンジンの好ましい実施形態を示す概略システム図であり、図２は、当該エンジンのエンジン本体１を示す概略断面図である。なお図２では、後述する二次空気システム４０の図示は省略している。本図に示されるエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載された４サイクルのガソリンエンジンであり、後述するロータ収容室７が形成されたエンジン本体１と、エンジン本体１に導入される吸気が内側を流通する吸気管２０と、エンジン本体１から排出される排気ガスが内側を流通する排気管３０と、排気ガスのエネルギーにより駆動されて吸気を過給するターボ過給機６０とを備えている。また、エンジンは、ロータ収容室７から排出された排気ガスが流通する排気通路１３の内側に外部から空気を導入する二次空気システム４０を備えている。前記の排気管３０は、内側を排気ガスが流通する排気通路１３の一部を構成する。また、前記の吸気管２０は、ロータ収容室７に導入される吸気が流通する吸気通路１２を構成する。

【0021】

エンジン本体１は、回転軸Ｘの周りを回転する２つのロータ２を有した２ロータタイプのロータリーピストンエンジン（以下、ロータリエンジンという）である。なお、以下では、回転軸Ｘと平行な方向を前後方向と称し、このうち回転軸Ｘの一方側（図１の左側）を前側、回転軸Ｘの他方側（図１の右側）を後側とする。

【0022】

エンジン本体１は、前述した２つのロータ２と、各ロータ２を内部に収容する２つのロータハウジング３と、両ロータハウジング３の間に設けられたインターミディエイトハウジング４と、これらロータハウジング３およびインターミディエイトハウジング４を前後から挟むように取り付けられた２つのサイドハウジング５とを有している。

【0023】

前側のサイドハウジング５と前側のロータハウジング３とインターミディエイトハウジング４とによって、前側のロータ２を収容するロータ収容室７が形成されている。同様に、後側のサイドハウジング５と後側のロータハウジング３とインターミディエイトハウジング４とによって、後側のロータ２を収容するロータ収容室７が形成されている。なお、ロータ収容室７は請求項にいう「気筒」に相当する。言い換えると、当実施形態のエンジンは、２つの気筒を備えた２気筒エンジンである。

【0024】

各ロータハウジング３の内周面（各ロータ収容室７の周面）は、前後方向視（図２）において、２ノードのペリトロコイド曲線に沿うように形成されている。以下では、このロータハウジング３の内周面をトロコイド内周面３ａという。トロコイド内周面３ａにより囲まれたロータ収容室７は、前後方向視で繭に近似した略楕円状の空間とされる。

【0025】

インターミディエイトハウジング４は、２つのロータ収容室７を前後方向に隔てる隔壁として機能する。前側のサイドハウジング５は、前側のロータ収容室７の前面を塞ぐように前側のロータハウジング３に取り付けられ、後側のサイドハウジング５は、後側のロータ収容室７の後面を塞ぐように後側のロータハウジング３に取り付けられている。

【0026】

ロータ２は、前後方向視で略三角形をなすブロック体であり、ロータハウジング３と略同一の厚みを有しかつその内周面（トロコイド内周面３ａ）と内接するように形成されている。ロータ２は、その外周面として、前記三角形の各辺に対応する３つのフランク面２ａを有し、各フランク面２ａは、径方向外側に凸となるように膨出した曲面状に形成されている。

【0027】

ロータ２は、前記三角形の各頂点に対応する位置に、それぞれ図示しないアペックスシールを有している。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に摺接するように取り付けられている。ロータ収容室７の内部には、ロータ２の各フランク面２ａとトロコイド内周面３ａとにより画成された３つの作動室８が形成される。

【0028】

ロータ２の側面（前面および後面）には環状のオイルシール１８が取り付けられている。オイルシール１８は、余分な潤滑オイルが作動室８内に流入するのを防止するものである。

【0029】

エンジン本体１は、ロータ２の回転軸Ｘに沿って設けられた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および前後のサイドハウジング５をそれぞれ貫通するように前後方向に延びており、ロータ２の位置に対応する前後２箇所に偏心状に拡径した偏心部６ａを有している。ロータ２の中心部には円形状の孔が形成されており、その孔には図略のロータベアリングを介して偏心部６ａが嵌合されている。

【0030】

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して、ロータ収容室７の内周面に沿って回転するように支持されている。すなわち、ロータ２は、エキセントリックシャフト６の偏心部６ａの周りを自転しつつ、回転軸Ｘの周りに自転と同方向に公転するように支持されている（この自転および公転を含め、広い意味で単にロータの回転という）。ロータ２が回転すると、これに伴い３つの作動室８が同時に周方向に移動して、各作動室８にて吸気、圧縮、膨張（燃焼）、および排気の各行程が順次行われる。各作動室８での燃焼により生じる回転力は、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。

【0031】

ロータ２の内周面には図略のインターナルギヤが形成されており、このインターナルギヤと噛み合う外歯車を構成するステーショナリギヤ（固定ギヤ）がサイドハウジング５に取り付けられている。これらインターナルギヤとステーショナリギヤとは、ロータ２が１回転する間にエキセントリックシャフト６が３回転するようなギヤ比で組み合わされている。

【0032】

当実施形態の場合、ロータ２は図２における時計回り（矢印の方向）に回転する。回転軸Ｘを通るロータ収容室７の長軸Ｙを挟んで分けられるロータ収容室７の右側が概ね排気行程および吸気行程の領域となり、左側が概ね圧縮行程および膨張行程の領域となっている。

【0033】

インターミディエイトハウジング４には、前側のロータ収容室７に連通する吸気ポート１０が形成されており、後側のサイドハウジング５には、後側のロータ収容室７に連通する吸気ポート１０が形成されている。これら吸気ポート１０、１０は、それぞれ吸気行程にある作動室８に開口する位置に形成されている。すなわち、吸気ポート１０は吸気行程中に開放され、この開放された吸気ポート１０を通じて、吸気管２０から供給された空気（新気）が作動室８に導入される。

【0034】

エンジン本体１には、ガソリンを主成分とする燃料を吸気ポート１０に噴射するインジェクタ１５が各ロータ２に１つずつ設けられている。前側のロータ２用のインジェクタ１５は、対応する吸気ポート１０に臨む状態でインターミディエイトハウジング４に取り付けられ（図２）、後側のロータ２用のインジェクタ１５は、対応する吸気ポート１０に臨む状態で後側のサイドハウジング５に取り付けられている（図示省略）。

【0035】

前側のサイドハウジング５には、前側のロータ収容室７に連通する排気ポート１１が形成されており、インターミディエイトハウジング４には、後側のロータ収容室７に連通する排気ポート１１が形成されている。これら排気ポート１１、１１は、それぞれ排気行程にある作動室８に開口する位置に形成されている。すなわち、排気ポート１１は排気行程中に開放され、この開放された排気ポート１１を通じて、作動室８内の排気ガスが排気管３０に排出される。このように、排気ポート１１、１１の内側にはロータ収容室７から排出された排気ガスが流通するようになっており、これら排気ポート１１、１１は排気通路１３の一部を構成する。また、排気ポート１１、１１はロータ収容室７に開口しており、排気通路１３の上流端部（排気ガスの流れ方向の上流端部）を構成する。

【0036】

エンジン本体１には、混合気に点火する点火プラグ１６、１７が各ロータ２に２つずつ設けられている。前側のロータ２および後側のロータ２用の各点火プラグ１６、１７は、圧縮行程が終了した（圧縮行程から膨張行程に切り替わる）状態の作動室８に臨む状態で、対応するロータハウジング３にそれぞれ取り付けられている。点火プラグ１６、１７は、ロータ収容室７の短軸Ｚを挟んだロータ回転方向のトレーリング側（遅れ側）とリーディング側（進み側）とにそれぞれ配置されており、作動室８内の混合気に対し同時に、または所定の位相差を持って点火を行う。

【0037】

以上のようなエンジン本体１の燃焼サイクルは、次のようにして進行する。まず、図２における右下の作動室８は吸気行程にあり、この作動室８では、吸気ポート１０から導入された吸気とインジェクタ１５から噴射された燃料とが混合されて混合気が形成される。ロータ２の回転に伴って作動室８が左下の領域に移動すると、その作動室８内の混合気が圧縮され、圧縮行程が行われる。ロータ２がさらに回転すると、図２の左側の作動室８のように、圧縮行程がほぼ終了した状態になり、その状態で点火プラグ１６、１７による点火が行われて、混合気の燃焼が開始される。その後、作動室８が左上の領域へと移動するとともに、作動室８内の燃焼ガスが膨張し、膨張行程が行われる。ロータ２がさらに回転し、作動室８が右上の領域に移行すると、その作動室８内の燃焼ガスが排気ポート１１から排出され、排気行程が行われる。その後は再び吸気行程に戻り、以後、同じ動作が繰り返される。

【0038】

吸気管２０は、単管状の共通吸気管２１と、共通吸気管２１の下流端から分岐した第１独立吸気管２２および第２独立吸気管２３とを有している。第１独立吸気管２２の下流端部は、前側のロータ２用の吸気ポート１０に連通するようにエンジン本体１（インターミディエイトハウジング４）に接続され、第２独立吸気管２３の下流端部は、後側のロータ２用の吸気ポート１０に連通するようにエンジン本体１（後側のサイドハウジング５）に接続されている。なお、本明細書において、吸気管２０における下流（または上流）とは、吸気管２０を流通する吸気の流れ方向の下流（または上流）のことをいう。

【0039】

共通吸気管２１には、吸気中に含まれる異物を除去するエアクリーナ２４と、ターボ過給機６０のコンプレッサ６２と、ターボ過給機６０により過給された吸気を冷却するインタークーラ２５と、吸気管２０を流通する吸気の流量を調整する開閉可能なスロットル弁２６とが、上流側からこの順に設けられている。

【0040】

排気管３０は、単管状の共通排気管３３と、共通排気管３３の上流端から分岐する第１独立排気管３１および第２独立排気管３２とを有している。第１独立排気管３１の上流端部は、前側のロータ２用の排気ポート１１に連通するようにエンジン本体１（前側のサイドハウジング５）に接続され、第２独立排気管３２の上流端部は、後側のロータ２用の排気ポート１１に連通するようにエンジン本体１（インターミディエイトハウジング４）に接続されている。なお、本明細書において、排気管３０および排気通路１３における上流（または下流）とは、排気管３０および排気通路１３を流通する排気ガスの流れ方向の上流（または下流）のことをいう。

【0041】

共通排気管３３には触媒装置３４が設けられている。触媒装置３４には、排気ガス中の有害成分を浄化するための触媒が内蔵されている。本実施形態では、触媒装置３４は、三元触媒を含む。

【0042】

排気管３０には、第１・第２独立排気管３１、３２の内部にそれぞれ外部から空気を導入するための２つの下流側空気導入部４１と、各排気ポート１１、１１の内部にそれぞれ外部から空気を導入するための上流側空気導入部８１、８１が設けられている。これら空気導入部４１、４１、８１、８１は、触媒装置３４よりも排気ガスの上流側に設けられており、触媒装置３４よりも上流側において排気通路１３内に空気を導入する。これら空気導入部４１、４１、８１、８１の詳細については後述する。

【0043】

図３は、ターボ過給機６０およびその周辺部品を拡大して示す図である。この図３および先の図１に示すように、ターボ過給機６０は、排気管３０に設けられたタービン６１と、吸気管２０に設けられたコンプレッサ６２と、タービン６１とコンプレッサ６２とを連結する連結軸６３と、タービン６１を収容するタービンハウジング６４と、コンプレッサ６２を収容するコンプレッサハウジング６５とを有している。

【0044】

タービン６１は、排気管３０を流通する排気ガスのエネルギーを受けて回転し、連結軸６３を介してコンプレッサ６２を回転させる。コンプレッサ６２は、タービン６１と連動して回転することにより、吸気管２０を流通する吸気を圧縮する。

【0045】

コンプレッサハウジング６５は、エアクリーナ２４とインタークーラ２５との間に位置する部分の共通吸気管２１に介設されている。

【0046】

タービンハウジング６４は、第１独立排気管３１および第２独立排気管３２の各下流端部と共通排気管３３との間に介設されている。第１・第２独立排気管３１、３２からタービンハウジング６４に導入された排気ガスは、いずれもタービン６１を通過した後に共通排気管３３に導出される。

【0047】

タービンハウジング６４は、いわゆるツインスクロール型のものであり、第１スクロール部６４ａおよび第２スクロール部６４ｂをその内部に有している。両スクロール部６４ａ、６４ｂは、タービン６１の周囲の空間をタービン６１の軸方向に２分割する仕切壁Ｓによって仕切られている。第１スクロール部６４ａは第１独立排気管３１と連通し、第２スクロール部６４ｂは第２独立排気管３２と連通している。これにより、第１独立排気管３１からの排気ガスが第１スクロール部６４ａを介してタービン６１に導入されるとともに、第２独立排気管３２からの排気ガスが第２スクロール部６４ｂを介してタービン６１に導入されるようになっている。

【0048】

タービンハウジング６４には、タービン６１の上流側の内部通路（第１・第２スクロール部６４ａ、６４ｂ）とタービン６１の下流側の内部通路とを連通するバイパス通路７１が設けられている。バイパス通路７１には、過給圧が予め定められた上限値を超えないように開閉制御されるウェストゲート弁７２が設けられている。なお、図１では第１スクロール部６４ａのみにバイパス通路７１が連通しているように図示されているが、バイパス通路７１は第１スクロール部６４ａだけでなく第２スクロール部６４ｂにも連通している。

【0049】

（２）二次空気システムの構成
図１に示すように、二次空気システム４０は、第１・第２独立排気管３１、３２内に空気を導入するための前述した２つの下流側空気導入部４１、４１と、各排気ポート１１、１１内にそれぞれ外部から空気を導入するための前述した２つの上流側空気導入部８１、８１と、これら空気導入部４１、４１、８１、８１と吸気管２０とを連通する連通路４２とを有している。

【0050】

連通路４２は、吸気管２０の共通吸気管２１から分岐して延びる共通連通管５５と、共通連通管５５の下流端から分岐した第１独立連通管５６および第２独立連通管５７とを有している。

【0051】

共通連通管５５の上流端部は、コンプレッサ６２よりも下流側（コンプレッサ６２とインタークーラ２５との間）に位置する部分の共通吸気管２１に接続されている。第１独立連通管５６の下流端部は、第１独立排気管３１用（前側のロータ２用）の下流側空気導入部４１および上流側空気導入部８１に接続されている。第２独立連通管５７の下流端部は、第２独立排気管３２用（後側のロータ２用）の下流側空気導入部４１および上流側空気導入部８１に接続されている。

【0052】

共通連通管５５には、吸気管２０から各空気導入部４１、４１、８１、８１へと空気が導入されるのを、ひいては、各空気導入部４１、４１、８１、８１から排気通路１３の内側に空気が導入されるのを、許容または停止するための切替弁５８が設けられている。また、第１独立連通管５６および第２独立連通管５７には、切替弁５８の開弁時に各空気導入部４１、４１、８１、８１から吸気管２０へと空気が逆流するのを防止するための逆止弁５９がそれぞれ設けられている。

【0053】

前記の切替弁５８は、請求項の「上流側切替装置」および「下流側切替装置」に相当する。なお、ここでは、１つの切替弁５８によって上流側空気導入部８１、８１と下流側空気導入部４１、４１から排気通路１３の内側への空気の導入が許容または停止される場合について説明したが、上流側空気導入部８１、８１から排気通路１３の内側への空気の導入を許容または停止する切替装置と、下流側空気導入部４１、４１から排気通路１３の内側への空気の導入を許容または停止する切替装置と、を個別に設けてもよい。

【0054】

切替弁５８が開弁されると、吸気管２０（共通吸気管２１）を流通する空気の一部が連通路４２へと分流して各空気導入部４１、４１、８１、８１に供給される。

【0055】

第１独立排気管３１用の下流側空気導入部４１と、第２独立排気管３２用の下流側空気導入部４１とは、いずれも同一の構造を有している。また、第１独立排気管３１用の上流側空気導入部８１と、第２独立排気管３２用の上流側空気導入部８１とは、いずれも同一の構造を有している。図４は、これら空気導入部４１、８１の詳細を示した概略断面図である。

【0056】

上流側空気導入部８１は、排気ポート１１の下流側の開口端から下流側に延びて排気ポート１１の内部通路と連通する通路が内側に形成された上流側外管部８２と、上流側外管部８２の内側に配置されて内側に排気ガスが通過する通路が形成された上流側内管部８３とを有する。また、上流側空気導入部８１は、上流側外管部８２の外周面に開口して上流側外管部８２の内側に空気を取り込むための上流側取込部８４を有している。

【0057】

上流側外管部８２は、その内周面が排気ポート１１の下流端部の内周面と上下流方向に連続するように、エンジン本体１に取付けられている。具体的には、前側のロータ２用の排気ポート１１と連通する上流側外管部８２は、前側のサイドハウジング５に結合されており、後側のロータ２用の排気ポート１１と連通する上流側外管部８２は、インターミディエイトハウジング４に結合されている。本実施形態では、上流側外管部８２は、その上流端にフランジ部８２ａを有しており、このフランジ部８２ａとハウジング４、５とが結合されている。

【0058】

上流側内管部８３は、上下流方向について、上流側外管部８２と排気ポート１１とにわたって延びる形状を有している。つまり、上流側内管部８３の下流端部は、上流側外管部８２の内側に配置されており、これよりも上流側の部分は排気ポート１１の内側に配置されている。上流側内管部８３は、上流側外管部８２の下流端と対向する位置から、排気ポート１１の上流端すなわちロータ収容室７に開口する開口端付近まで延びている。上流側内管部８３の上流端および下流端は開口しており、前記のように、排気ポート１１から排出された排気ガスは上流側内管部８３の内側を通過する。

【0059】

上流側内管部８３の外径は、その外周面と上流側外管部８２の内周面および排気ポート１１の内周面との間に断面視で円環状の隙間Ｄ１（以下、適宜、上流側隙間Ｄ１という）が区画されるように設定されている。上流側隙間Ｄ１は、上流側内管部８３の外周面の上下流方向の全体にわたって形成されている。なお、上流側隙間Ｄ１の径方向寸法が全周に亘って略同一となるように、上流側外管部８２と上流側内管部８３とは両者の中心軸が略一致する状態で配置される。

【0060】

上流側空気導入部８１には、上流側内管部８３の下流端部の外周面と、上流側外管部８２の下流端部の内周面との間を、これらの全周にわたってつなぐ環状壁８５を有しており、上流側隙間Ｄ１の下流端はこの環状壁８５により塞がれている。一方、上流側隙間Ｄ１の上流端は排気ポート１１の内側に開放されている。

【0061】

上流側取込部８４は、上流側隙間Ｄ１と連通しており、上流側取込部８４を介して上流側外管部８２に流入した空気は、上流側隙間Ｄ１に導入される。この空気は、上流側隙間Ｄ１を通って上流に移動して排気ポート１１内に導出される。そして、この空気は、上流側隙間Ｄ１の上流端付近つまり上流側内管部８３の上流端付近において、排気ガスに混入される。本実施形態では、上流側取込部８４は、各ハウジング４、５の近傍つまり排気ポート１１の下流側の開口端の近傍に設けられている。このように、本実施形態では、上流側内管部８３の外周面によって上流側隙間Ｄ１が区画されて、この上流側隙間Ｄ１を通って上流側取込部８４から上流側に空気が案内されるようになっており、上流側内管部８３が請求項の「案内部」として機能する。また、前記の上流側外管部８２が請求項の「上流側管部」に相当する。

【0062】

下流側空気導入部４１は、上流側内管部８３を通過した排気ガスが内部を通過する下流側内管部５３と、下流側内管部５３の外周面を取り囲むように配置された下流側外管部５２とを有する。また、下流側空気導入部４１は、下流側外管部５２の外周面に開口して下流側外管部５２の内側に空気を取り込むための下流側取込部５４を有している。下流側内管部５３は請求項の「第１管部」に相当し、下流側外管部５２は請求項の「第２管部」に相当する。

【0063】

下流側外管部５２は、上流側外管部８２の下流端から下流側に延びており、上流側外管部８２を介してエンジン本体１（前側のサイドハウジング５またはインターミディエイトハウジング４）に結合されている。

【0064】

下流側外管部５２は、下流側内管部５３の外径よりも大きい内径を有するストレート管状を有している。下流側外管部５２の下流端は、第１独立排気管３１または第２独立排気管３２の上流側に同軸状に配置された状態で、第１独立排気管３１または第２独立排気管３２の上流端部にフランジ部を介して結合されている。

【0065】

下流側外管部５２は、その上流側の一部が下流側内管部５３の外周面を取り囲むように配置されている。これにより、下流側内管部５３の外周面と下流側外管部５２の内周面との間には、断面視で円環状の隙間Ｄ２（以下、下流側隙間Ｄ２という）が形成されるようになっている。下流側隙間Ｄ２の上流端は、その全周にわたって環状壁８５により塞がれている。一方、下流側隙間Ｄ２の下流端は下流側外管部５２の内側に開放されている。なお、下流側隙間Ｄ２の径方向寸法が全周に亘って略同一となるように、下流側内管部５３と下流側外管部５２とは両者の中心軸が略一致する状態で配置されている。

【0066】

下流側内管部５３は上流側内管部８３の下流端から下流側に延びており、上流側内管部８３および環状壁８５および上流側外管部８２を介してエンジン本体１（前側のサイドハウジング５またはインターミディエイトハウジング４）に結合されている。

【0067】

下流側内管部５３は、その上流側の一部分が、下流側ほど流路面積が小さくなるような絞り形状とされている。このため、下流側内管部５３の下流端部の流路面積、つまり下流側内管部５３の出口面積Ａ２は、下流側内管部５３の上流側部分の流路面積よりも小さい。また、上流側内管部８３の下流端部の流路面積、つまり上流側内管部８３の出口面積Ａ１は、下流側内管部５３の上流端部の流路面積とほぼ同一とされ、下流側内管部５３の出口面積Ａ２よりも大きい。言い換えると、下流側内管部５３の出口面積Ａ２は、下流側内管部５３の上流側部分の流路面積および上流側内管部８３の出口面積Ａ１のいずれよりも小さい値に設定されている。上流側内管部８３から下流側内管部５３に導入された排気ガスは、このような形状の下流側内管部５３を通過することにより、上流側内管部８３を通過していた時点よりも流速が高められた状態で下流側内管部５３から排出されることになる。

【0068】

下流側取込部５４は、下流側外管部５２の上流端付近に形成されており、下流側隙間Ｄ２と連通している。これより、下流側取込部５４を介して下流側外管部５２に流入した空気は、下流側隙間Ｄ２に導入される。この空気は、下流側隙間Ｄ２を通って下流に移動する。そして、この空気は、下流側隙間Ｄ２の下流端付近つまり下流側内管部５３の下流端付近において、下流側内管部５３を通過した排気ガスに混入される。

【0069】

下流側内管部５３の下流端の上下流方向の位置は、排気ポート１１内の圧力が連通路４２の上流端の圧力よりも低い基準圧力まで低下した時点で、排気行程開始直後（排気ポート１１の開口直後）にロータ収容室７から排気ポート１１に排出された排気ガスが存在する位置に設定されている。前記のように、連通路４２の上流端は、コンプレッサ６２よりも下流側の共通吸気管２１に接続されており、連通路４２の上流端の圧力は過給圧とほぼ一致する。これより、前記基準圧力は、大気圧よりも高い圧力に設定されている。また、本実施形態では、後述するように、触媒装置３４の活性化を促進するための触媒暖機制御の実施時に、各空気導入部４１、８１から排気通路１３内に空気が導入される。これに伴い、触媒暖機制御が実施される機会の多い所定の回転数でエンジンが駆動されている状態で排気ポート１１の圧力が前記基準圧力未満まで低下する位置に、下流側内管部５３の下流端が配設されている。前記所定のエンジン回転数は、例えば、１５００ｒｐｍとされている。

【0070】

図５を用いて詳細を説明する。図５には上から順に、排気ポート１１内の圧力、排気行程開始直後に排気ポート１１に排出された排気ガスの移動距離、排気ポート１１の開口面積、のそれぞれのエキセン角（エキセントリックシャフトの回転角）に対する変化を示している。図５は、エンジン回転数が前記所定のエンジン回転数のときの各変化を示している。

【0071】

エキセン角がｔ１のとき、排気ポート１１が開弁を開始する。これに伴い、排気ポート１１には高圧の排気ガスが排出されて排気ポート１１内の圧力は急増する。その後、排気行程が進むに従って排気ポート１１内の圧力は低下していく。排気ポート１１が開口を開始してから（ｔ１から）所定の時間が経過すると（エキセン角がｔ２のときに）、排気ポート１１内の圧力は前記の基準圧力まで低下する。なお、本実施形態では、エンジン本体１がロータリエンジンであり、ロータ２が排気ポート１１に対向する領域を通過することで排気ポート１１が開閉するようになっているため、図５に示すように、開口直後から排気ポート１１の開口面積は高くなる。これより、排気ポート１１の開口直後（排気行程の開始直後）に排気ポート１１に高圧の排気ガスが多量に排出されて、排気ポート１１内の圧力は排気ポート１１の開口直後に最も高くなる。

【0072】

図５の上から２つめのグラフに示すように、排気ポート１１の開口直後にロータ収容室７から排気ポート１１に排出された排気ガスは、時間の経過とともに下流側に移動していく。排気ポート１１内の圧力が基準圧力まで低下したエキセン角ｔ２では、この排気ガス（排気ポート１１の開口直後にロータ収容室７から排気ポート１１に排出された排気ガス）は、排気ポート１１の上流端から図５に示す距離Ｌだけ下流側の位置に移動している。

【0073】

これより、下流側内管部５３の下流端の上下流方向の位置は、排気ポート１１の上流端から前記の距離Ｌだけ下流側の位置に設定されている。なお、距離Ｌは、排気ガスの流路に沿った距離である。この距離Ｌは、例えば１００ｍｍ程度に設定される。

【0074】

（３）制御系
図６は、エンジンの制御系統を示すブロック図である。車両には、エンジン等を統括的に制御するためのＰＣＭ９０が搭載されている。ＰＣＭ９０は、マイクロプロセッサであり、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されている。

【0075】

ＰＣＭ９０には各種センサによる検出信号が入力される。例えば、ＰＣＭ９０は、エンジン回転数を検出する回転数センサＳＮ１、共通吸気管２１内を流通する吸気の流量を検出するエアフローセンサＳＮ２、共通吸気管２１内を流通する吸気の圧力を検出する吸気圧センサＳＮ３、触媒装置３４の温度である触媒温度を検出する触媒温度センサＳＮ４と電気的に接続されている。エアフローセンサＳＮ２は、共通吸気管２１のエアクリーナ２４とコンプレッサ６２の間の部分に取付けられており、この部分の吸気流量を検出する。吸気圧センサＳＮ３は共通吸気管２１のコンプレッサ６２とインタークーラ２５の間の部分に取付けられており、この部分の吸気の圧力すなわち過給圧を検出する。ＰＣＭ９０は、これらのセンサによって検出された情報（つまり、エンジン回転数、吸気流量、吸気圧、筒内圧、触媒温度）に基づいて各種演算をし、インジェクタ１５、スロットル弁２６、点火プラグ１６、１７、切替弁５８、ウェストゲート弁７２等を制御する。

【0076】

本実施形態では、触媒装置３４の温度が所定の基準温度未満であって触媒装置３４が十分に活性化していないときには、触媒装置３４を昇温して触媒装置３４の活性化を促進する触媒暖機制御が実施される。前記の基準温度は、例えば、３５０℃に設定されている。

【0077】

ＰＣＭ９０は、触媒温度センサＳＮ４で検出された触媒温度が基準温度未満であるか否かを判定する。ＰＣＭ９０は、触媒温度が基準温度未満であると判定すると触媒暖機制御を実施し、触媒温度が基準温度以上であると判定すると通常の制御を実施する。

【0078】

触媒暖機制御では、ロータ収容室７内の空燃比が理論空燃比未満とされ、且つ、点火プラグ１６、１７が混合気に点火を行う時期である点火時期が遅角側の時期とされる。また、触媒暖機制御では、各空気導入部４１、４１、８１、８１から排気通路１３内に空気が導入されるように、切替弁５８を開弁する。本実施形態では、このとき、切替弁５８は全開とされる。また、本実施形態では、触媒暖機制御の非実施中つまり触媒温度が基準温度以上の場合は切替弁５８は閉弁される。

【0079】

具体的には、ＰＣＭ９０は、触媒温度が基準温度未満であると判定すると、スロットル弁２６の開度を通常の制御時の開度よりも閉じ側の開度にする。すなわち、同じエンジン回転数およびエンジン負荷であっても、触媒暖機制御の実施時の方が通常運転時（通常の制御が行われる時）よりもスロットル弁２６の開度が低くされる。また、ＰＣＭ９０は、触媒温度が基準温度未満であると判定すると、ロータ収容室７内の空燃比が理論空燃比未満となるような量の燃料をインジェクタ１５から噴射させる。詳細には、ＰＣＭ９０は、エアフローセンサＳＮ２の検出値等に基づいてロータ収容室７内に導入される空気の量を推定し、推定した空気量に対して空燃比が理論空燃比未満となる燃料の量を算出して、算出した量の燃料がロータ収容室７内に噴射されるようにインジェクタ１５を駆動する。このように、本実施形態では、インジェクタ１５から噴射される燃料の量によってロータ収容室７内の空燃比が変更されるようになっており、インジェクタ１５が請求項の「空燃比変更手段」に相当する。

【0080】

また、ＰＣＭ９０は、触媒温度が基準温度未満であると判定すると、点火時期を通常運転時の時期よりも遅角側の時期に設定する。すなわち、同じエンジン回転数およびエンジン負荷であっても、触媒暖機制御の実施時の方が通常運転時よりも点火時期が遅角側に設定される。そして、ＰＣＭ９０は、設定した点火時期で点火プラグ１６、１７に点火を行わせる。

【0081】

また、ＰＣＭ９０は、エンジン回転数やエンジン負荷等に応じて、ロータ収容室７内に導入する空気量の目標値と、各空気導入部４１、４１、８１、８１によって排気通路１３に導入する空気量の目標値とを算出し、これら目標値が実現されるようにスロットル弁２６の開度を制御する。

【0082】

このように、触媒暖機制御では、ロータ収容室７内の空燃比が理論空燃比未満とされることで、ロータ収容室７内で生成される燃焼エネルギーが高くされる。また、点火時期が遅角側の時期とされることで、燃焼エネルギーが生成されるタイミングが排気ポート１１の開口開始時期に近くなり、ロータ収容室７内で生成された燃焼エネルギーが排気通路１３内に効率よく排出される。さらに、ロータ収容室７内の空燃比が理論空燃比未満とされることで排気通路１３０には未燃の成分（ＨＣ等の未燃の燃料）が排出されるが、排気通路１３に各空気導入部４１、４１、８１、８１から空気が導入されることで、排気通路１３内で未燃の成分と空気とを酸化反応させることができ、未燃の成分のエンジン外部への排出が抑制されるとともに、この反応熱によって排気ガスの温度が高くされる。前述のように、各空気導入部４１、４１、８１、８１からは、触媒装置３４よりも上流側の排気通路１３に空気が導入される。そのため、酸化反応の反応熱によって昇温された排気ガスは触媒装置３４に導入される。このようにして、触媒暖機制御の実施によって、触媒装置３４に導入される排気ガスの熱エネルギーが増大され、この熱エネルギーを受けて触媒装置３４が昇温される。

【0083】

（４）作用効果等
以上説明したように、本実施形態では、触媒装置３４の温度が基準温度未満と低いときに、切替弁５８が開弁されて各空気導入部４１、４１、８１、８１から排気通路１３に空気が導入される。そのため、排気通路１３内で排気ガス中の未燃成分（未燃燃料）と空気とを酸化反応させて排気ガスの熱エネルギーを増大させ、触媒装置３４を昇温することができる。従って、触媒装置３４を早期に活性化させることができる。特に、本実施形態では、触媒装置３４の温度が基準温度未満のときに触媒暖機制御の実施によってロータ収容室７内の空燃比が理論空燃比未満とされる。そのため、排気通路１３内に排出される未燃の成分を多くして、これを空気と反応させることで、排気ガスの熱エネルギーを確実に増大させることができる。

【0084】

そして、本実施形態では、排気通路１３に空気を導入するための空気導入部として、排気通路１３のうちより上流側の部分に空気を導入する上流側空気導入部８１と、これよりも下流側の部分に空気を導入する下流側空気導入部４１との２つの空気導入部が設けられている。そのため、排気通路１３に排出された排気ガスに含まれる未燃成分の多くを確実に酸化反応させることができ、排気ガスの熱エネルギーを効果的に増大させることができる。これより、触媒装置３４を早期に活性化させることができる。

【0085】

具体的には、ロータ収容室７から排出された排気ガスは下流側に移動するほど低温となり、酸化反応が生じ難くなる。これに対して、本実施形態では、排気通路１３内のより上流側の部分に上流側空気導入部８１から空気を導入することができる。そのため、排気ガスが高温に維持されている状態で空気と混合させることができ、これらの反応を促進できる。特に、本実施形態では、上流側空気導入部８１、８１によって排気ポート１１、１１の内側に空気が導入される。そのため、より確実に、排気ガスの温度が高い状態で排気ガスに空気を導入して排気ガス中の未燃成分と空気とを酸化反応させることができる。

【0086】

ただし、図５に示すように、排気行程開始直後の排気通路１３内の圧力は非常に高い。そのため、単に、排気通路１３の上流側の部分に空気を導入するように構成しただけでは、排気行程が開始してから所定の時間が経過して排気通路１３内の圧力が低下した後でなければ、排気通路１３内に空気を導入するのが困難になる。つまり、排気行程の開始直後にロータ収容室７から排出された排気ガスに空気を混入させることができなくなる。これに対して、本実施形態では、排気通路１３内のより下流側の部分に空気を導入可能な下流側空気導入部４１が設けられていることで、排気行程の開始直後にロータ収容室７から排出されてその後下流側に移動した排気ガスに、排気通路１３内の圧力が低下したタイミングで空気を混入させることができる。従って、排気行程の開始直後にロータ収容室７から排出された排気ガスにも空気を導入して、これらを酸化反応させることができる。ここで、前記のように、排気ガスが下流側に移動するのに伴って排気ガスの温度は低くなる。しかしながら、排気行程の開始直後にロータ収容室７から排出された排気ガスの温度は非常に高い。そのため、比較的下流側においてもこの排気ガスの温度は比較的高く維持される。従って、排気通路１３の比較的下流側の部分においても、空気の導入によってこの排気ガス中の未燃成分を酸化反応させることができる。

【0087】

特に、本実施形態では、下流側空気導入部４１に、下流側内管部５３と下流側外管部５２とが設けられて、下流側外管部５２に下流側取込部５４が形成されるとともに、下流側内管部５３の出口面積Ａ２がその上流側の面積に比べて小さい値に設定されている。そのため、下流側内管部５３を通過した後の排気ガスの流速を、下流側内管部５３を通過する前の流速よりも速くすることができる。このような排気ガスの高速化は、いわゆるエゼクタ効果を生じさせ、前述した下流側隙間Ｄ２の圧力を負圧化させる。これにより、下流側取込部５４から下流側隙間Ｄ２への空気の導入を促進することができ、下流側内管部５３の下流側において、前述の排気行程の開始直後にロータ収容室７から排出された排気ガスに対してより確実に空気を導入することができる。

【0088】

また、このように、排気ガスが内側を通過する下流側内管部５３を外周を囲むように下流側外管部５２が設けられることで、いわゆる二重管構造が実現されている。そのため、下流側内管部５３内を通過する排気ガスを保温することができ、排気ガス中の未燃成分と空気との酸化反応をさらに促進することができる。

【0089】

同様に、本実施形態では、上流側空気導入部８１においても、排気ガスが内側を通過する上流側内管部８３を外周を囲むように上流側外管部５２が設けられることで、上流側内管部８３内を通過する排気ガスを保温することができ、排気ガス中の未燃成分と空気との酸化反応をさらに促進することができる。

【0090】

また、本実施形態では、上流側取込部８４が形成された上流側外管部８２がエンジン本体１（インターミディエイトハウジング４、サイドハウジング５）に連結され、上流側外管部８２の内側に上流側内管部８３が配設されるとともに、この上流側内管部８３の上流側部分が排気ポート１１内に挿入されるようになっている。そして、前記のように、この上流側内管部８３の外周面によって上流側隙間Ｄ１が区画されて、上流側取込部８４から上流側外管部８２の内部に導入された空気がこの上流側隙間Ｄ１を通って上流側に案内されるようになっている。そのため、エンジン本体１の構造を大幅に変更することなく、排気ポート１１内のより上流側の位置まで空気を導入することができる。

【0091】

また、本実施形態では、切替弁５８が触媒装置３４の温度が基準温度未満のときにのみ開弁されるので、前記のように触媒の早期活性化を実現しつつ、排気ガスに無用に空気が導入されてこれが高温化されるのを回避できる。これより、タービン６１よりも下流側の排気管３０に設けられる部品群の信頼性を向上させることができる。

【0092】

なお、前記実施形態では、触媒装置３４内の触媒の温度が基準温度未満のときにのみ切替弁５８を開弁して空気導入部４１、４１、８１、８１から排気管３０内に空気を導入するようにしたが、例えばこの時以外であっても、排気ガスの高温化もしくはそれによるタービン６１の駆動力アップが求められることはあり得る。例えば、エンジンの負荷が高くかつ回転速度が低い運転条件のとき（低速・高負荷運転時）は、たとえウェストゲート弁７２を全閉にしても十分なタービン６１の駆動力が得られないことがある。そこで、このような条件のときに切替弁５８を開弁することが考えられる。このようにすれば、空気導入部４１、８１から排気管３０内に導入された空気を利用して排気ガス中の未燃成分を酸化させることができ、高温化した排気ガスによりタービン６１に十分な駆動力を付与することができる。これにより、低速・高負荷運転時におけるエンジンの出力トルクを増大させることができ、車両の加速性能を向上させることができる。なお、エンジンの高負荷時の空燃比は、一般に、理論空燃比よりもリッチなパワー空燃比（例えばＡ／Ｆ＝１２～１３程度）とされるので、排気ガス中の未燃成分は増加する傾向にある。このため、低速・高負荷運転時に前記のように切替弁５８を開弁した場合には、空気導入部４１、８１から導入される空気を利用して比較的多量の未燃成分を酸化させることができ、排気ガスのエネルギーひいてはタービン６１の駆動力を十分に増大させることができる。

【0093】

また、前記実施形態では、下流側空気導入部４１を前記のように二重管構造とした場合について説明したが、一重管構造が採用されてもよい。つまり、下流側内管部５３は省略してもよい。ただし、この場合であっても、エゼクタ効果を利用して空気を効率よく排気通路１３に導入するべく、下流側外管部５２は、下流側の方が流路面積が小さくなるように構成されるのが好ましい。

【0094】

また、上流側空気導入部８１においても一重管構造が採用されてもよい。また、上流側空気導入部８１において、前記の上流側内管部８３（上流側隙間Ｄ１）によって空気をエンジン本体１の外部から排気ポート１１内に案内する構造に代えて、排気ポート１１の内部と独立連通管５６、５７とを直接つなぐ通路をエンジン本体１に形成して、この通路を介して排気ポート１１内に空気を導入してもよい。また、上流側空気導入部８１によって空気が導入される位置は、排気ポート１１の内部に限らない。

【0095】

（５）他の実施形態
前記実施形態では、本発明の排気装置をロータリエンジンに適用した例について説明したが、本発明はロータリエンジンだけでなくレシプロエンジンにも適用可能である。その一例を図７を用いて詳しく説明する。

【0096】

図７は、直列４気筒型のレシプロエンジンに本発明を適用した変形実施例を示している。本図に示されるエンジンは、列状に並ぶ４つの気筒１０２Ａ～１０２Ｄを有するエンジン本体１０１と、各気筒１０２Ａ～１０２Ｄに供給される吸気が流通する吸気通路１２０と、各気筒１０２Ａ～１０２Ｄから排出される排気ガスが流通する排気通路１３０と、排気通路１３０内に外部から空気を導入する二次空気システム１４０と、排気ガスのエネルギーにより駆動されて吸気を過給するターボ過給機１６０とを備えている。

【0097】

気筒１０２Ａ～１０２Ｄには、それぞれインジェクタおよび点火プラグ（いずれも図示省略）が設けられている。気筒１０２Ａ～１０２Ｄでは、インジェクタから噴射された燃料と吸気通路１２０から導入された空気との混合気が点火プラグによる点火に伴い燃焼する。気筒１０２Ａ～１０２Ｄには、それぞれピストン（図示省略）が摺動可能に収容されている。各ピストンは、前記燃焼による膨張力を受けて気筒１０２Ａ～１０２Ｄ内で往復運動し、その往復運動が回転運動に変換されて出力軸（クランク軸）から取り出される。

【0098】

図７の左側から右側にかけて順に並ぶ気筒１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄをそれぞれ第１気筒、第２気筒、第３気筒、第４気筒とすると、図７のエンジンでは、第１気筒１０２Ａ→第３気筒１０２Ｃ→第４気筒１０２Ｄ→第２気筒１０２Ｂ、の順に点火（燃焼）が行われる。

【0099】

吸気通路１２０は、単管状の共通吸気管１２１と、共通吸気管１２１の下流端が接続されたサージタンク１２２と、サージタンク１２２から分岐して各気筒１０２Ａ～１０２Ｄに連通する４本の独立吸気管１２３とを有している。

【0100】

共通吸気管１２１には、エアクリーナ１２４、インタークーラ１２５、およびスロットル弁１２６が、上流側からこの順に設けられている。

【0101】

排気通路１３０は、単管状の共通排気管１３３と、共通排気管１３３の上流端から分岐する第１独立排気管１３１および第２独立排気管１３２とを有している。

【0102】

共通排気管１３３には触媒装置１３４が設けられている。

【0103】

第１・第２独立排気管１３１、１３２は、それぞれ、上流側が二股状に分岐した分岐管とされている。すなわち、第１独立排気管１３１は、共通排気管１３３に連通する集合管部１３１ｃと、集合管部１３１ｃの上流端から分岐する２つの分岐管部１３１ａ、１３１ｂとを有している。同様に、第２独立排気管１３２は、共通排気管１３３に連通する集合管部１３２ｃと、集合管部１３２ｃの上流端から分岐する２つの分岐管部１３２ａ、１３２ｂとを有している。

【0104】

第１独立排気管１３１は、その分岐管部１３１ａ、１３１ｂの各上流端が図外の排気ポートを介して第１気筒１０２Ａおよび第４気筒１０２Ｄに連通するように、エンジン本体１０１に接続されている。また、第２独立排気管１３２は、その分岐管部１３２ａ、１３２ｂの各上流端が図外の排気ポートを介して第２気筒１０２Ｂおよび第３気筒１０２Ｃに連通するように、エンジン本体１０１に接続されている。第１独立排気管１３１に連通する第１気筒１０２Ａおよび第４気筒１０２Ｄの組と、第２独立排気管１３２に連通する第２気筒１０２Ｂおよび第３気筒１０２Ｃの組とは、それぞれ、点火順序ひいては排気行程の順序（排気順序）が連続しない気筒の組合せとなっている。

【0105】

ターボ過給機１６０は、タービン１６１、コンプレッサ１６２、および連結軸１６３を有している。タービン１６１は、第１独立排気管１３１および第２独立排気管１３２の各下流端部と共通排気管１３３との間に設けられ、コンプレッサ１６２は共通吸気管１２１の途中部に設けられている。

【0106】

二次空気システム１４０は、第１独立排気管１３１および第２独立排気管１３２にそれぞれ設けられた２つの下流側空気導入部１４１と４つの上流側空気導入部１８１と、吸気通路１２０から分流された空気を各空気導入部１４１、１８１に供給するための連通路１４２とを有している。

【0107】

下流側空気導入部１４１は、第１独立排気管１３１の集合管部１３１ｃと、第２独立排気管１３２の集合管部１３２ｃとにそれぞれ設けられている。各下流側空気導入部１４１の構造は前述した実施形態とほぼ同様であり、排気ガスが内側を流通する下流側内管部と、これを囲む下流側外管部と、下流側外管部に形成された下流側取込部とを有している。連通路１４２には切替弁１５８が設けられており、この切替弁１５８の開弁時に、吸気通路１２０から連通路１４２を通じて供給された空気が各下流側空気導入部１４１を介して第１・第２独立排気管１３１、１３２の内部に導入されるようになっている。

【0108】

上流側空気導入部１８１は、第１独立排気管１３１の各分岐管部１３１ａ、１３１ｂと、第２独立排気管１３２の各分岐管部１３２ａ、１３２ｂにそれぞれ設けられている。各上流側空気導入部１８１の構造は前述した実施形態とほぼ同様であり、排気ポートの内側に挿通されて排気ガスが内側を流通する上流側内管部と、上流側内管部の下流端を囲みエンジン本体に連結される上流側外管部と、上流側外管部に形成された上流側取込部とを有している。第１独立排気管１３１の各分岐管部１３１ａ、１３１ｂは、第１独立排気管１３１の集合管部１３１ｃに設けられた下流側空気導入部１４１と同じ経路を介して、連通路１４２に接続されている。第２独立排気管１３２の各分岐管部１３２ａ、１３２ｂは、第２独立排気管１３２の集合管部１３２ｃに設けられた下流側空気導入部１４１と同じ経路を介して、連通路１４２に接続されている。そして、下流側空気導入部１４１、１４２と同様に、切替弁１５８の開弁時には、吸気通路１２０から連通路１４２を通じて供給された空気が各上流側空気導入部１８１を介して第１・第２独立排気管１３１、１３２の内部に導入されるようになっている。

【0109】

以上説明した図７の変形実施例においても、各気筒から排出された排気ガスが流通する排気通路（第１・第２独立排気管１３１、１３２）の上下流方向の異なる位置に空気導入部１４１、１８１がそれぞれ設けられているため、排気ガスに含まれる未燃燃料を効果的に空気と反応させることができる。

【0110】

また、前記実施形態では、各空気導入部４１、８１（１４１、１８１）と共通吸気管２１（１２１）のうちのコンプレッサ６２よりも下流側の部分とを連通路４２（１４２）で接続し、過給圧と排気通路１３（１３０）内との差圧によって空気導入部４１、８１（１４１、１８１）を介して排気通路１３（１３０）に空気を供給する場合を説明したが、ポンプ等の圧送装置を用いて空気導入部４１、８１（１４１、１８１）に空気を供給するように構成してもよい。例えば、連通路４２（１４２）の途中部にポンプを設けてもよい。

【符号の説明】

【0111】

１ エンジン本体
１３ 排気通路
１５ インジェクタ（空燃比変更手段）
３４ 触媒装置
４１ 下流側空気導入部
５２ 下流側外管部（第２管部）
５３ 下流側内管部（第１管部）
５４ 下流側取込部
５８ 切替弁（上流側切替装置、下流側切替装置）
８１ 上流側空気導入部
８２ 上流側外管部（上流側管部）
８３ 上流側内管部（案内部）
８４ 上流側取込部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】