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(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】2022-10-17
(45)【発行日】2022-10-25
(54)【発明の名称】ロータリピストンエンジン
(51)【国際特許分類】
   F02B 53/04 20060101AFI20221018BHJP
   F02B 53/06 20060101ALI20221018BHJP
【FI】
F02B53/04 B
F02B53/04 W
F02B53/04 Q
F02B53/06 A
F02B53/06 C
【請求項の数】 6
(21)【出願番号】P 2018223624
(22)【出願日】2018-11-29
(65)【公開番号】P2020084931
(43)【公開日】2020-06-04
【審査請求日】2021-07-20
(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】100089004
【弁理士】
【氏名又は名称】岡村 俊雄
(72)【発明者】
【氏名】松岡 敦生
【審査官】津田 真吾
(56)【参考文献】
【文献】特開平01-125522(JP,A)
【文献】特開2004-036419(JP,A)
【文献】特開2004-116491(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
F02B 53/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項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何れかに形成された吸気ポートと、
前記1対のサイドハウジングの何れかに形成され且つ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吸気ポートと同じ側に設けられた排気ポートと、
排気行程から吸気行程へ移行途中の作動室に開口する供給口と、前記供給口に対して、前記作動室へ供給される吸入空気量を計測する吸入空気量検出装置を経由した燃焼用1次エアを供給可能な1次エア供給通路とを備えた1次エア供給機構とを有し、
前記1次エア供給通路の途中部に低回転運転領域で開作動すると共に前記低回転運転領域よりも高い高回転運転領域では閉作動する第1開閉弁を設け
前記排気ポートが、第1排気ポートと、前記第1排気ポートよりも排気開始タイミングが遅い第2排気ポートとにより構成され、
前記第2排気ポートに前記供給口を形成したことを特徴とするロータリピストンエンジン。
【請求項2】
前記第1排気ポートが前記サイドハウジングに設けられ、前記第2排気ポートが前記ロータハウジングに設けら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。
【請求項3】
前記第2排気ポートの下流に開閉可能な第2開閉弁を設け、
前記第2開閉弁が、1次エア供給時には閉弁状態に保持される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。
【請求項4】
前記クランク軸方向に並んだ第1,第2ロータと、
前記第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を有し、
前記第1ロータの第1吸気ポートと前記第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ロータの第1排気ポート及び前記第2ロータの第1吸気ポートと前記第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吸気ポートが前記中間ハウジングに形成され、
前記第2ロータの第1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2又は3に記載のロータリピストンエンジン。
【請求項5】
吸気通路の途中部に配置されて吸気行程の作動室に吸気を過給する過給機を有し、
前記1次エア供給通路は、前記供給口と前記過給機の下流側吸気通路とを連通する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。
【請求項6】
前記過給機の下流側吸気通路に吸気流量を制御可能な吸気制御弁を設け、
前記1次エア供給通路は、前記供給口と前記吸気制御弁よりも上流且つ前記過給機よりも下流位置とを連通する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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ロータリピストンエンジンに関し、特に、サイドハウジングに吸気ポートと排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。
【背景技術】
【0002】
従来より、一方のサイドハウジングに形成されたサイド吸気ポートと、ロータハウジングに形成されたペリフェラル排気ポート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。
このようなロータリエンジンでは、作動室が排気行程である作動室(以下、排気作動室という)から吸気行程である作動室(以下、吸気作動室という)に変移する際、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発生するため、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。
このダイリューションガスの吸気作動室への持ち込みによって作動室内の吸気が希釈され、燃焼が不安定になるため、エミッション性や燃費が悪化するという問題があった。
【0003】
そこで、作動室内に存在するダイリューションガスを低減する技術が提案されている。
特許文献1の機械式過給機付筒内噴射エンジンは、ロータリエンジンではないが、燃焼室に直接燃料を噴射するインジェクタと、吸気通路に設けられた機械式過給機と、吸気流通面積を調節可能な吸気流通調節手段とを備え、低回転低負荷運転時、吸気弁と排気弁のオーバーラップ期間を所定期間に保持すると共に、この保持されたオーバーラップ期間について吸気通路の圧力が排気通路の圧力よりも高くなるように機械式過給機を駆動している。これにより、燃焼室内の残留排気ガスを掃気し、燃焼安定性を向上している。
【0004】
また、吸気弁と排気弁とのオーバーラップ期間を利用しないダイリューションガス低減技術についても提案されている。
特許文献2のロータリエンジンは、サイド吸気ポートと、ペリフェラル排気ポートと、サイド吸気ポートと同じサイドハウジングに形成され且つサイド吸気ポートよりも早く開口する副吸気ポートと、この副吸気ポートの開口部とエアポンプとを接続するエア供給通路とを有し、低回転低負荷運転時、排気行程から吸気行程に変移中の作動室にこのエア供給通路から掃気エアとしての2次エアを供給している。これにより、吸気作動室に流入するダイリューションガスを低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開平10-274069号公報
【文献】特開平6-002560号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献2のロータリエンジンは、機械式過給機を必要とすることなくダイリューションガスを低減することが可能である。
しかし、特許文献2の技術では、燃焼用1次エアとは別のエアを供給することによりアイドル等の低回転運転領域における燃焼安定性が低下する虞がある。
つまり、ロータハウジングのペリフェラル排気ポート開口部付近に供給する、エアフローメータで計測しない2次エアの供給通路から分岐して副吸気ポートにエアが供給されるため、エアポンプから作動室に対してこの2次エアが供給された場合、エアフローメータによって検出された燃焼用の検出吸入空気量と実際に吸気作動室内に存在する実吸入空気量との間にずれが生じるため、空燃比が所期の値から大幅にずれて失火し易くなる。
そして、失火が発生した場合、正常燃焼時に比べて排気圧力が低くなり、吸気作動室に持ち込まれる2次エア持込量が増加するため、燃焼性が更に低下するという悪循環が懸念される。
【0007】
特許文献1の技術のように、機械式過給機を用いて燃焼用の1次エアを供給することも考えられる。
しかし、吸気弁(吸気ポート)と排気弁(排気ポート)とのオーバーラップ構造が前提構成になるため、1次エアによって掃気される排気ガスが排気ポートから持ち込まれる排気ガスと相殺されることが予想され、十分な掃気効果を期待することができない。
それ故、ロータリエンジンにおいて、低回転運転領域の燃焼安定性の確保は容易ではない。
【0008】
本発明の目的は、低回転運転領域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。
【課題を解決するための手段】
【0009】
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何れかに形成された吸気ポートと、前記1対のサイドハウジングの何れかに形成され且つ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吸気ポートと同じ側に設けられた排気ポートと、排気行程から吸気行程へ移行途中の作動室に開口する供給口と、前記供給口に対して、前記作動室へ供給される吸入空気量を計測する吸入空気量検出装置を経由した燃焼用1次エアを供給可能な1次エア供給通路とを備えた1次エア供給機構とを有し、前記1次エア供給通路の途中部に低回転運転領域で開作動すると共に前記低回転運転領域よりも高い高回転運転領域では閉作動する第1開閉弁を設け、前記排気ポートが、第1排気ポートと、前記第1排気ポートよりも排気開始タイミングが遅い第2排気ポートとにより構成され、前記第2排気ポートに前記供給口を形成したことを特徴としている。
【0010】
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何れかに形成された吸気ポートと、前記1対のサイドハウジングの何れかに形成され且つ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吸気ポートと同じ側に設けられた排気ポートとを有するため、吸気ポート及び排気ポートをサイドポート構造に構成でき、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吸気作動室に持ち込まれる現象を回避することができる。
排気行程から吸気行程へ移行途中の作動室に開口する供給口と、前記供給口に対して、前記作動室へ供給される吸入空気量を計測する吸入空気量検出装置を経由した燃焼用1次エアを供給可能な1次エア供給通路とを備えた1次エア供給機構を有するため、検出された燃焼用の検出吸入空気量と実際に吸気作動室内に存在する実吸入空気量とを一致させることにより空燃比のずれに起因した失火を防止することができる。
前記1次エア供給通路の途中部に低回転運転領域で開作動すると共に前記低回転運転領域よりも高い高回転運転領域では閉作動する第1開閉弁を設けたため、低回転運転時、吸気作動室内のダイリューションガスを1次エアと置換することができ、燃焼安定性を向上することができる。
【0011】
そして、第1排気ポートと第2排気ポートとのオーバーラップ期間を形成することができ、1次エアによって押圧されたダイリューションガスを第1排気ポートを介して外部に排出することができる。
【0012】
請求項の発明は、請求項の発明において、前記第1排気ポートが前記サイドハウジングに設けられ、前記第2排気ポートが前記ロータハウジングに設けられたことを特徴としている。
この構成によれば、高回転運転領域において排気抵抗を低減でき、高速走行性を確保することができる。
【0013】
請求項の発明は、請求項の発明において、前記第2排気ポートの下流に開閉可能な第2開閉弁を設け、前記第2開閉弁が、1次エア供給時には閉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、1次エアの外部流出を防止することにより1次エアの導入性を高くでき、ダイリューションガスと1次エアとを確実に置換することができる。
【0014】
請求項の発明は、請求項2又は3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、前記第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を有し、前記第1ロータの第1吸気ポートと前記第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ロータの第1排気ポート及び前記第2ロータの第1吸気ポートと前記第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吸気ポートが前記中間ハウジングに形成され、前記第2ロータの第1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、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。また、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。
【0015】
請求項の発明は、請求項1の発明において、吸気通路の途中部に配置されて吸気行程の作動室に吸気を過給する過給機を有し、前記1次エア供給通路は、前記供給口と前記過給機の下流側吸気通路とを連通することを特徴としている。
この構成によれば、運転状態に拘らず、1次エアの供給圧力を確保することができる。
【0016】
請求項の発明は、請求項の発明において、前記過給機の下流側吸気通路に吸気流量を制御可能な吸気制御弁を設け、前記1次エア供給通路は、前記供給口と前記吸気制御弁よりも上流且つ前記過給機よりも下流位置とを連通することを特徴としている。
この構成によれば、低回転運転領域であっても、1次エアを確実に作動室へ供給することができる。
【発明の効果】
【0017】
本発明のロータリピストンエンジンによれば、低回転運転領域の燃焼安定性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
図1】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。
図2】左方から視たときの概略側面図である。
図3】前方から視たときの概略縦断面図である。
図4】エンジン本体の概略横断面図である。
図5】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6】第1,第2制御弁の開閉領域を示した作動特性図である。
図7】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。
図8】1次エアと排気の圧力特性を示すグラフである。
図9】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。
図10】EGRバルブの開閉領域を示した作動特性図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例1】
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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)。
【0032】
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。
【0033】
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の略同一円周上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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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、吸入空気量を計測するエアフローメータ35(吸入空気量検出装置)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、吸入空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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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、吸入空気量を確保し、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。
【0046】
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。
【0047】
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。
【0048】
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空気量の一部である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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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下流側吸気通路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。
【0054】
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。
吸気が下流側吸気通路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。
【0055】
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で計測された吸入空気量、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。
【0056】
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,第2吸気ポート11a,12aと、中間ハウジング6cに形成され且つ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とを有するため、第1,第2吸気ポート11a,12a及び第1排気ポート13aをサイドポート構造に構成でき、ロータハウジング5aの内周面とロータ3aのフランク面との隙間を介して排気ガスの一部が吸気作動室に持ち込まれる現象を回避することができる。
排気行程から吸気行程へ移行途中の作動室に開口する供給口41aと供給口41aに燃焼用1次エアを供給可能な供給通路42とを備えた1次エア供給機構40を有するため、検出された燃焼用の検出吸入空気量と実際に吸気作動室内に存在する実吸入空気量とを一致させることにより空燃比のずれに起因した失火を防止することができる。
供給通路42の途中部に相当する分岐通路42aに低回転運転領域で開作動すると共に低回転運転領域よりも高い高回転運転領域では閉作動する第1開閉弁43aを設けたため、低回転運転時、吸気作動室内のダイリューションガスを1次エアと置換することができ、燃焼安定性を向上することができる。
【0057】
排気ポートが、第1排気ポート13aと、第1排気ポート13aよりも排気開始タイミングが遅い第2排気ポート14aとにより構成され、第2排気ポート14aに供給口41aを形成している。これにより、第1排気ポート13aと第2排気ポート14aとのオーバーラップ期間を形成することができ、1次エアによって押圧されたダイリューションガスを第1排気ポート13aを介して外部に排出することができる。
【0058】
第1排気ポート13aが中間ハウジング6cに設けられ、第2排気ポート14aがロータハウジング5aに設けられたため、高回転運転領域において排気抵抗を低減でき、高速走行性を確保することができる。
【0059】
第2排気ポート14aの下流に開閉可能な排気開閉弁55aを設け、排気開閉弁55aが、1次エア供給時には閉弁状態に保持されるため、1次エアの外部流出を防止することにより1次エアの導入性を高くでき、ダイリューションガスと1次エアとを確実に置換することができる。
【0060】
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とを有し、第1ロータ3aの第1吸気ポート11aと第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吸気ポート11bと第1吸気ポート11b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。
これにより、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。また、2ロータのロータリピストンエンジン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。
【0061】
上流側吸気通路31の途中部に配置されて吸気行程の作動室に吸気を過給する過給機60を有し、供給通路42は、供給口41aと過給機60の下流側に相当する上流側吸気通路31の途中部とを連通するため、運転状態に拘らず、1次エアの供給圧力を確保することができる。
【0062】
過給機100の下流側に相当する上流側吸気通路31の途中部に吸気流量を制御可能なスロットルバルブ37を設け、供給通路42は、供給口41aとスロットルバルブ37よりも上流且つ過給機100よりも下流位置とを連通するため、低回転運転領域であっても、1次エアを確実に作動室へ供給することができる。
【0063】
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。
【0064】
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。
【0065】
3〕前記実施例においては、ペリフェラル排気ポートである第2排気ポートに1次エア供給口を形成した例を説明したが、少なくとも、クランク軸直行断面における短軸方向において吸気ポート及び排気ポートと同じ側且つ吸気ポートと排気ポートとの間であれば良く、1次エア供給口を排気ポートとは独立して形成しても良い。
【0066】
4〕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。
【符号の説明】
【0067】
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
31 上流側吸気通路
35 エアフローメータ
40 1次エア供給機構
41a,41b 供給口
42a,42b 分岐通路
43a,43b 開閉弁
55a,55b 排気開閉弁
100 エンジン
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10