JP2020097914A - ターボ過給機付きエンジンの排気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃費性能をより高めることのできるターボ過給機付きエンジンを提供する。【解決手段】タービン７２およびコンプレッサ７１を含むターボ過給機７０を備えたターボ過給機付きエンジンにおいて、エンジン本体１に第１排気ポート１３および第２排気ポート１４と、第１排気ポート１３に接続されて内側にタービン７２が配設された第１排気通路５８と、記第１排気通路５８のうちタービン７２よりも下流側の部分と第２排気ポート１４とをつなぐ第２排気通路５７とを備える。第１排気ポート１４を、第２排気ポート１３よりも早いタイミングで開口するように構成し、第２排気通路５７に、コンプレッサ７１の過給圧が基準圧力を超えたときに開弁するウエストゲートバルブ６１を設ける。【選択図】図１

Description

本発明は、気筒が形成されたエンジン本体と、気筒から排出される排気ガスによって回転駆動されるタービンおよびタービンにより回転駆動されることで気筒に導入される吸気を過給するコンプレッサを含むターボ過給機とを備えたターボ過給機付きエンジンの排気装置に関する。

車両等に設けられるエンジンにおいて、ターボ過給機を設けて、排気ガスのエネルギーによってタービンを回転させ、タービンによってコンプレッサを回転駆動させることで吸気を過給することが行われている。また、ターボ過給機が設けられたエンジンでは、特許文献１に開示されているように、ターボ過給機による過過給を防止するために、排気通路にタービンをバイパスする通路を設けるとともに、このバイパス通路を開閉するウエストゲートバルブを設けることが行われている。

具体的には、特許文献１には、ターボ過給機付き２ロータのロータリーピストンエンジンであって、エンジン本体（インターミディエイトハウジングおよびサイドハウジング）に形成された各排気ポートにそれぞれ連結されてタービンよりも上流側の位置で集合する排気通路と、この排気通路が集合した部分とタービンよりも下流側の部分とを接続するバイパス通路と、このバイパス通路を開閉するウエストゲートバルブとが設けられたエンジンが開示されている。

特開２０１６−８９７２０号公報

特許文献１のようなバイパス通路およびウエストゲートバルブを備えたターボ過給機付きエンジンによれば、ターボ過給機による過給によって気筒に導入される吸気を増大させて高いエンジントルクひいては高い燃費性能を得ることができるとともに、ウエストゲートバルブの開閉によって過給圧を適切に制御することができる。

しかし、特許文献１のエンジンでは、排気ポートに接続される全ての排気通路が集合する集合部の下流側にタービンが設けられており、この集合部においてバイパス通路が分岐している。そのため、ウエストゲートバルブの開弁時において、排気行程の開始直後に排気ポートに排出される排気ガスの全てをタービンに導入することができない。そのため、タービンに必要なエネルギーを確保するために、排気行程のほぼ全期間にわたって排気ガスをタービンに導入せねばならない機会が多くなり、エンジンの背圧およびポンピングロスを十分に小さくできないという問題がある。このように、特許文献１のエンジンでは、ポンピングロスを低減する点ひいては燃費性能をさらに高める点において改善の余地がある。

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、燃費性能をより高めることのできるターボ過給機付きエンジンを提供することを目的とする。

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、気筒から排出される排気ガスによって回転駆動されるタービンおよびタービンにより回転駆動されることで気筒に導入される吸気を過給するコンプレッサを含むターボ過給機とを備えたターボ過給機付きエンジンの排気装置において、前記エンジン本体に前記気筒と連通するようにそれぞれ形成されて当該気筒から排気ガスをそれぞれ排出する第１排気ポートおよび第２排気ポートと、前記第１排気ポートに接続されて、内側に前記タービンが配設された第１排気通路と、前記第１排気通路のうち前記タービンよりも下流側の部分と前記第２排気ポートとをつなぐ第２排気通路とを備え、前記第１排気ポートは、前記第２排気ポートよりも早いタイミングで開口するように構成されており、前記第２排気通路には、当該第２排気通路を開閉可能で、且つ、前記コンプレッサの過給圧が予め設定された基準圧力を超えたときに開弁するウエストゲートバルブが設けられている、ことを特徴とするものである（請求項１）。

本発明によれば、第２排気ポートよりも早いタイミグで開口する第１排気ポートに接続された第１排気通路にタービンが配設されている。そのため、気筒から最初に排出される高圧の排気ガスつまりエネルギーの高い排気ガスをほぼ全てタービンに導入することができる。従って、タービンを効率よく回転させて過給圧を適切に高めることができる。また、より遅いタイミングで開口する第２排気ポートに接続される第２排気通路が、タービンをバイパスするように構成されているとともに、この第２排気通路にウエストゲートバルブが設けられている。そのため、ウエストゲートバルブを開弁させることで、排気ガスの一部を、タービンを通らずにタービンの下流側に排出することができ、タービンの回転が過度に高くなるのを防止することができる。そして、前記のように、気筒から最初に排出される高圧の排気ガスによってタービンを効率よく回転させることができることで、排気行程の後半において排気ガスをタービン側に導入する必要がないため、排気行程の後半において多量の排気ガスを、タービンを有さず流路抵抗の低い第２排気通路に排出することができる。従って、エンジンの背圧を低減することができ、ポンピングロスを低減して燃費性能を高めることができる。

前記構成において、好ましくは、前記エンジン本体は、ロータと、当該ロータを回転可能に収容する前記気筒としてのロータ収容室と、当該ロータの外周を囲むロータハウジングと、前記ロータの側方に設けられるサイドハウジングとを備えるロータリーピストンエンジンであり、前記第１排気ポートは、前記サイドハウジングに形成されており、前記第２排気ポートは、前記ロータハウジングに形成されており、前記第１排気ポートと前記第２排気ポートとは、第１排気ポートの方が前記第２排気ポートよりも早いタイミングで前記ロータ収容室のうち排気行程にある領域と連通するように、それぞれ形成されている（請求項２）。

ロータリーピストンエンジンでは、ロータの回転に伴って排気ポートが排気行程にある領域と連通することでロータ収容室内のガスが排気ポートに排出される。そのため、排気ポートの開口初期つまり排気行程の開始直後から排気ポートの開口面積を大きくすることができ、排気行程の開始直後に、高いエネルギーの排気ガスを多量に排気ポートに排出することができる。従って、このようなロータリーピストンエンジンに本発明を適用すれば、高エネルギーの排気ガスを効果的にタービンに導入しつつ、エンジンの背圧を低くすることができ、燃費性能を確実に高めることができる。

前記とは異なる構成として、前記エンジン本体は、ピストンと、当該ピストンを摺動可能に収容する前記気筒としてのシリンダとを備えるレシプロエンジンであり、前記第１排気ポートを開閉可能な第１排気弁と、前記第２排気ポートを開閉可能で、且つ、前記第１排気弁よりも遅いタイミングで開弁を開始する第２排気弁とを備えるとしてもよい。

この場合においても、前記のように、適切な過給力を確保しつつエンジンの背圧を小さくして燃費性能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付きエンジンによれば、燃費性能をより高めることができる。

本発明の実施形態にかかるロータリエンジンの概略構成図である。 エンジン本体の構成を説明するための概略断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 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。 比較例に係るロータリエンジンの概略構成図である。 本発明の実施形態の作用効果を説明するための図である。 本発明の実施形態の作用効果を説明するための図である。 本発明の実施形態の作用効果を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係るエンジンの概略構成図である。

（１）第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態に係るエンジン１００の全体構成を概略的に示した図である。図１に示すように、第１実施形態では、エンジン１００はロータリーピストンエンジン（以下、単にロータリエンジンという）からなるエンジン本体１を備える。以下では、適宜、図１の左右方向を前後方向という。

エンジン１００は、前後方向に並ぶ２つのロータ収容室２を有するエンジン本体１と、各ロータ収容室２に導入される吸気が流通する吸気通路３０と、各ロータ収容室２から排出される排気ガスが流通する排気通路５０と、ターボ過給機７０とを有する。このエンジン１００は、例えば、エンジン本体１を走行用の駆動源として、車両に搭載される。

（１−１）エンジン本体
図２は、エンジン本体１の構成を説明するための概略断面図である。図３は、エンジン本体１の概略断面図である。なお、図２は、正確な断面図ではなく、後述する各ポート１１、１２、１３、１４等を模式的に示している（例えば、正確には後述するペリ排気ポート１４と他のポート１１、１２、１３とは同一平面上には存在しない）。また、後述するように吸気ポート１１、１２と排気ポート１３、１４とは互いに対向する異なる２つのサイドハウジング６に設けられているが、図３では、これらポートの相対的な開閉時期を明確にするべく、これら吸気ポート１１、１２と排気ポート１３、１４とを同一サイドハウジング６上に示している。

エンジン本体１には、各ロータ収容室２を貫通して前後方向に延びる出力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２には、それぞれ、ロータ３が収容されている。

各ロータ３は、側面視で略三角形状を有している。各ロータ３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ており、３つの頂部３ｒがロータ収容室２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回りに回転する。

各ロータ３には多数のシール部材が設けられている。例えば、ロータ３の各頂部３ｒには、アペックスシール１０１やコーナーシール１０２が設けられている。ロータ３の前後方向の両側面にも、サイドシール１０３やオイルシール１０４が設けられている。

エンジン本体１は、上述した２つのロータ３と、各ロータ３を内部に収容する２つのロータハウジング５と、両ロータハウジング５の間に設けられたインターミディエイトハウジング７と、これらロータハウジング５およびインターミディエイトハウジング７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６とを有している。

前側のサイドハウジング６と前側のロータハウジング５とインターミディエイトハウジング７とによって、前側のロータ３を収容するロータ収容室２が形成されている。同様に、後側のサイドハウジング６と後側のロータハウジング５とインターミディエイトハウジング７とによって、後側のロータ３を収容するロータ収容室２が形成されている。なお、ロータ収容室２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。

ロータハウジング５の内周面は、平行トロコイド曲線に沿って延びており、ロータ収容室２内は、ロータ３によって３つの作動室Ａに区画されている。

このように構成されたロータリエンジン１では、ロータ３の回転に伴い３つの作動室Ａがエキセントリックシャフト４回りに移動して、各作動室Ａにて吸気、圧縮、膨張（燃焼）及び排気ガスの各行程が行われる。また、各行程は、エキセントリックシャフト４が２７０度回転する期間実施される。図３に示した例では、各ロータ３は、それぞれ、矢印で示すように時計回りに回転し、左上側の領域において概ね吸気行程が行われ、右上側の領域において概ね圧縮行程が行われ、右下側の領域において概ね膨張（燃焼）行程が行われ、左下側の領域において概ね排気行程が行われる。以下、適宜、図３の左右方向を単に左右方向として説明する。

各ロータハウジング５には、ロータ３の回転方向に沿って並ぶ２つの点火プラグ２１、２１が取り付けられている。各サイドハウジング６、６には、各ロータ収容室２内に燃料を供給するためのインジェクタ（不図示）が取り付けられている。このインジェクタは、後述するプライマリ吸気ポート１１内に燃料を噴射する。

前側のサイドハウジング６には、前側のロータ収容室２に吸気を導入するための２つの吸気ポート１１、１２が形成され、インターミディエイトハウジング７には、後側のロータ収容室２に吸気を導入するための２つの吸気ポート１１、１２が形成されている。これら吸気ポート１１、１２は、吸気行程が行われる領域に設けられている。

インターメディエイトハウジング７には、前側のロータ収容室２から排気ガスを導出するためのサイド排気ポート（第１排気ポート）１３が形成され、後側のサイドハウジング６には、後側のロータ収容室２から排気ガスを導出するためのサイド排気ポート（第１排気ポート）１３が形成されている。さらに、各ロータハウジング５にも各ロータ収容室２から排気ガスを導出するためのペリ排気ポート（第２排気ポート）１４がそれぞれ形成されている。これら排気ポート１３、１４は、排気行程が行われる領域に設けられている。前記のサイド排気ポート１３は、請求項の「第１排気ポート」に相当する。前記のペリ排気ポート１４は、請求項の「第２排気ポート」に相当する。

図４は、エキセン角（エキセントリックシャフト４の回転角度）と、各吸気ポート１１、１２と各排気ポート１３、１４の開口面積との関係を示した図である。

１つのサイドハウジング６において、２つの吸気ポート１１、１２はロータ３の回転方向に並んでおり、図４に示すように、ロータ３の回転方向の上流側に配置されたプライマリ吸気ポート１１は、ロータ３の回転方向の下流側に配置されたセカンダリ吸気ポート１２よりも、早いタイミングで開口および開閉する。

また、サイド排気ポート１３の方がペリ排気ポート１４よりも、ロータ３の回転方向についてより上流側の位置から下流側に向かって延びている。これより、図４に示すように、サイド排気ポート１３の方がペリ排気ポート１４よりも、早いタイミングで開口する。本実施形態では、サイド排気ポート１３の開口開始時期は、膨張下死点ＢＤＣよりも進角側の時期Ｅ１とされ、ペリ排気ポート１４の開口開始時期は、膨張下死点よりもわずかに遅角側の時期Ｅ２とされている。

吸気通路３０は、１本の共通吸気管３１と、共通吸気管３１の下流端から２本に分岐した２つの独立吸気管３２、３２とを備える。

共通吸気管３１には、上流側から順に、エアクリーナー４１、ターボ過給機７０のコンプレッサ７１、インタークーラ４２、スロットルバルブ４３が設けられている。詳細には、コンプレッサ７１は、コンプレッサハウジング７１ａ内に収容されており、コンプレッサハウジング７１ａが、共通吸気管３１のうちのエアクリーナー４１とインタークーラ４２との間の部分に介設されている。

各独立吸気管３２はさらに２つ吸気分岐管３３に分岐しており、これら吸気分岐管３３がそれぞれ独立して各プライマリ吸気ポート１１とセカンダリ吸気ポート１２とに接続されている。具体的には、一方の独立吸気管３２の下流端から分岐した２つの吸気分岐管３３、３３は、前側のロータ収容室２のプライマリ吸気ポート１１と後側のロータ収容室２のプライマリ吸気ポート１１とにそれぞれ接続されている。また、他方の独立吸気管３２の下流端から分岐した２つの吸気分岐管３３、３３は、前側のロータ収容室２のセカンダリ吸気ポート１２と後側のロータ収容室２のセカンダリ吸気ポート１２とにそれぞれ接続されている。

セカンダリ吸気ポート１２に接続された吸気分岐管３３には、それぞれこの通路ひいてはセカンダリ吸気ポート１２、１２を開閉する吸気ポート開閉弁１８、１８が設けられている。吸気ポート開閉弁１８は、例えば、エンジン回転数が低くエンジン負荷が高い低速高負荷領域で閉弁され、その他の領域では開弁される。

排気通路５０は、単管状の共通排気管５６と、共通排気管５６の上流端から２本に分岐したサイド側独立排気管５５を有している。一方のサイド側独立排気管５５は前側のロータ３用のサイド排気ポート１３に接続され、他方のサイド側独立排気管５５は後側のロータ３用のサイド排気ポート１３に接続されている。

共通排気管５６には、ターボ過給機７０のタービン７２が配設されている。詳細には、タービン７２の本体部７４は、タービンハウジング７２ａに収容されており、タービンハウジング７２ａは共通排気管５６の上流端と各サイド側独立排気管５５の下流端との間に介設されている。

ターボ過給機７０は、コンプレッサ７１と、タービン７２と、タービン７２とコンプレッサ７１とを連結する連結軸７３とを備える。タービン７２は、サイド側独立排気管５５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７３を介してコンプレッサ７１を回転させる。コンプレッサ７１は、タービン７２と連動して回転することにより、吸気通路３０を流通する吸気を圧縮する。

本実施形態に係るタービン７２は、いわゆるツインスクロールタービンであり、タービンハウジング７２ａの内側空間は、タービン７２の回転軸方向について並ぶ２つの空間に区画されている。各サイド側独立排気管５５はそれぞれこの２つの内側空間に接続されており、タービンハウジング７２ａの導出部分に共通排気管５６が接続されている。

また、共通排気管５６には、タービン７２よりも下流側の部分に、排気ガスを浄化するための三元触媒等の触媒装置５９が設けられている。

排気通路５０は、さらに、単管状のペリ側集合管５３と、ペリ側集合管５３の上流端から２本に分岐したペリ側独立排気管５２を有している。一方のペリ側独立排気管５２は前側のロータ３用のペリ排気ポート１４に接続され、他方のペリ側独立排気管５２は後側のロータ３用のペリ排気ポート１４に接続されている。

ペリ側集合管５３の下流端は、共通排気管５６に接続されている。ここで、ペリ側集合管５３の下流端が接続される部分は、共通排気管５６のうちタービン７２よりも下流側の部分である。このように、ペリ側集合管５３と各ペリ側独立排気管５２によって構成されて各ペリ排気ポート１４に接続されるペリ側排気通路５７は、タービン７２をバイパスして共通排気管５６に接続されている。これより、ペリ排気ポート１４から排出された排気ガスはタービン７２を通らずに共通排気管５６に導出され、サイド排気ポート１３から導出された排気ガスのみがタービン７２を通って共通排気管５６に導出される。

本実施形態では、前記のペリ側独立排気管５２および各ペリ側集合管５３によって構成されるペリ側排気通路５７が、請求項の「第２排気通路」に相当する。また、各サイド側独立排気管５５と共通排気管５６とによって構成される通路５８が、請求項の「第１排気通路」に相当する。

各ペリ側独立排気管５２には、それぞれ各ペリ側独立排気管５２ひいては各ペリ排気ポート１４を開閉可能なウエストゲートバルブ６１がそれぞれ設けられている。ウエストゲートバルブ６１が閉弁されているとき、排気ガスはロータ収容室２からサイド側独立排気管５５にのみ排出される。そして、ウエストゲートバルブ６１が開弁しているときにのみ、排気ガスはロータ収容室２からサイド側独立排気管５５とペリ側独立排気管５２とに排出される。各ウエストゲートバルブ６１は、バルブアクチュエータ６１Ｍにより開閉駆動される。バルブアクチュエータ６１Ｍは、ウエストゲートバルブ６１の開度を全閉と全開、および、全閉と全開の任意の開度に変更することができるようになっている。本実施形態では、１つのバルブアクチュエータ６１Ｍによって２つのウエストゲートバルブ６１が駆動されるようになっており、２つのウエストゲートバルブ６１は同時に同じ開度とされる。

バルブアクチュエータ６１Ｍは、車両に設けられたＰＣＭ９０により制御される。ＰＣＭ９０は、エンジン等を統括的に制御するための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。

バルブアクチュエータ６１Ｍは、過給圧が予め設定された基準圧力以下のときはウエストゲートバルブ６１が全閉となり、過給圧が基準圧力より高くなるとウエストゲートバルブ６１が開弁するようにウエストゲートバルブ６１を駆動する。本実施形態では、吸気通路３０のうちコンプレッサ７１とインタークーラ４２との間の部分に、この部分の圧力つまり過給圧を検出する吸気圧センサＳＮ１が設けられている。ＰＣＭ９０には、この吸気圧センサＳＮ１により検出された過給圧が入力されるようになっており、ＰＣＭ９０は過給圧の検出値と基準圧力とに基づいてバルブアクチュエータ６１Ｍを制御する。エンジン回転数およびエンジン負荷が高い方が、過給圧は高くなる。これより、基本的に、ウエストゲートバルブ６１は、エンジン負荷およびエンジン回転数が高い領域でエンジンが運転されているときに開弁されて、それ以外の領域では全閉にされる。

また、ＰＣＭ９０は、ウエストゲートバルブ６１を開弁する場合において、過給圧が基準圧力にほぼ一致するようにバルブアクチュエータ６１Ｍを駆動する。前記のように、エンジン回転数およびエンジン負荷が高い方が過給圧は高くなる。これより、エンジン回転数およびエンジン負荷が高い方がウエストゲートバルブ６１の開度は大きく（開き側に）される。

なお、ＰＣＭ９０は、点火プラグ２１、インジェクタ、スロットルバルブ４３等も制御する。

（１−２）作用等
以上のように、本実施形態では、各サイド側独立排気管５５と共通排気管５６とによって構成されて、より早いタイミングで開口を開始するサイド排気ポート１３に接続された通路５８（以下、サイド側排気通路５８という）にタービン７２が配設されている。そのため、排気行程にてロータ収容室２から最初に排出される高圧の排気ガスつまりエネルギーの高い排気ガスをほぼ全てタービン７２に導入することができる。従って、タービン７２を効率よく回転させて過給圧を適切に高めることができる。

そして、より遅いタイミングで開口を開始するペリ排気ポート１４に接続されるペリ側排気通路５７（ペリ側独立排気管５２および各ペリ側集合管５３によって構成される通路）が、タービン７２をバイパスするように構成されているとともに、このペリ側排気通路５７にウエストゲートバルブ６１が設けられている。そのため、ウエストゲートバルブ６１の開弁によって、排気ガスの一部を、タービン７２を通らずにタービン７２の下流側の共通排気管５６に排出することができ、タービン７２が過度に回転して過過給が生じるのを防止できる。

しかも、このペリ側排気通路５７にはタービン７２が設けられておらず、ペリ側排気通路５７の流路抵抗はサイド側排気通路５８の流路抵抗に比べて小さい。そのため、多量の排気ガスを流路抵抗の小さいペリ側排気通路５７に導出できることで、エンジンの背圧を低くすることができ、ポンピングロスを低減して燃費性能を確実に高めることができる。

これについて、図５〜図８を用いて具体的に説明する。図５は、比較例に係るエンジンの概略構成図である。図６、図７は、排気ポートに排出される排気ガスのエネルギーのエキセン角に対する変化を模式的に示した図である。図６は、本実施形態において排気ガスのエネルギーをどのように利用しているのかを説明するための図であり、図７は、比較例において排気ガスのエネルギーをどのように利用しているのかを説明するための図である。図８は、ロータ収容室２の作動室Ａの容積と作動室Ａ内の圧力との関係を示したいわゆるＰ−Ｖ線図の一部拡大図である。

図５に示すように、比較例では、本実施形態と異なり、ロータ収容室２毎に、サイド排気ポート１３に接続されるサイド側独立排気管２５５とペリ排気ポート１４に接続されるペリ側独立排気管２５２とが集合した状態でタービン７２に接続されている。具体的には、前側のロータ収容室２用のサイド側独立排気管２５５とペリ側独立排気管２５２とが１つの集合管２５３に集約されてタービン７２に接続されるとともに、後側のロータ収容室２用のサイド側独立排気管２５５とペリ側独立排気管２５２とが１つの集合管２５３に集約されてタービン７２に接続されている。そして、各集合管２５３とタービン７２よりも下流側の共通排気管５６とがそれぞれバイパス通路２５８接続されるとともに、これらバイパス通路２５８にそれぞれウエストゲートバルブ２５９が設けられている。この比較例に係るエンジンでは、各ロータ収容室２において、ロータ収容室２から排出された排気ガスはすべて集合管２５３に導入され、集合管２５３内でタービン７２に向かう排気ガスとバイパス通路２５８に流入する排気ガスとに分かれる。

比較例では、ウエストゲートバルブ２５９が開弁していると、排気行程開始直後であってサイド排気ポート１３のみが開口している状態であっても、サイド排気ポート１３から排出された排気ガスの一部が集合管２５３においてバイパス通路２５８に導出されてしまう。そのため、図７に示すように、サイド排気ポート１３のみが開口している期間において、タービン７２には、排気ガスが有する全エネルギーＹ１よりも小さいエネルギーＹ１１しか導入されない。このように排気行程開始直後に充分な排気エネルギーがタービン７２に導入されないことで、比較例では、ペリ排気ポート１４の開口開始後にもタービン７２に排気ガスのエネルギーＹ１２を供給する必要がある。つまり、比較例では、排気行程のほぼ全期間にわたってタービン７２に排気ガスをある程度流入させる必要がある。従って、集合管２５３内の圧力を十分に低くできずエンジンの背圧が高くなる。

これに対して、本実施形態では、サイド排気ポート１３とタービン７２との間で通路が分岐していないので、ウエストゲートバルブ６１の開弁時であっても、排気行程の開始直後であってサイド排気ポート１３のみが開口している状態では、ロータ収容室２から排出された排気ガスの全てがサイド排気ポート１３に導入される。そのため、図６に示すように、サイド排気ポート１３のみが開口している期間に、排気ガスが有する全エネルギーＹ２をタービン７２に導入することができる。このように排気行程の開始直後にタービン７２に高いエネルギーが導入されれば、その後の排気ガスのエネルギー（Ｙ３で示した領域のエネルギー）をタービン７２に供給する必要はなくなる、あるいは、タービン７２に導入すべきエネルギーは小さくなる。そのため、本実施形態では、排気行程の少なくとも後半において多量の排気ガスをペリ排気ポート１４を介して流路抵抗の小さいペリ側排気通路５７に導出することができ、エンジンの背圧を低くすることができる。

このようにして、本実施形態では、図８の実線に示すように、破線で示した比較例に比べて、膨張下死点後のロータ収容室２内の圧力を低くすることができ、ポンピングロスを低減して燃費性能を高めることができる。

（２）第２実施形態
第１実施形態では、エンジン本体がロータリエンジンである場合について説明したが、本発明に係るエンジン本体は往復動するピストンとこのピストンを摺動可能に収容する気筒としてのシリンダを備えたレシプロエンジンであってもよい。図９は、エンジン本体が多気筒のレシプロエンジンの場合の本発明の第２実施形態に係るエンジンの概略構成図である。図９では、第１実施形態と同じ構成要素には、第１実施形態と同じ符号を付している。

図９に示した例では、エンジン本体は直列４気筒の４サイクルエンジンであり、所定の方向に並ぶ４つの気筒（シリンダ）を有している。具体的には、エンジン本体には、図９の左から順に第１気筒３０２ａ、第２気筒３０２ｂ、第３気筒３０２ｃ、第４気筒３０２ｄが形成されている。このエンジンでは、各行程が第１気筒３０２ａ→第３気筒３０２ｃ→第４気筒３０２ｄ→第２気筒３０２ｂの順で行われる。

エンジン本体には、各気筒３０２ａ〜ｄに、それぞれ２つの吸気ポート３１１、３１１と、２つの排気ポート３１３、３１４（第１排気ポート３１３、第２排気ポート３１４）とが設けられている。また、エンジン本体には、各吸気ポート３１１をそれぞれ開閉する吸気弁３２１と、各排気ポート３１３、３１４をそれぞれ開閉する排気弁３２３、３２４とが設けられている。各吸気ポート３１１は全て共通の吸気通路３０に接続されている。

各気筒３０２ａ〜ｄにおいて、一方の排気弁３２３（以下、第１排気弁３２３という）の開弁開始時期は、他方の排気弁３２４（以下、第２排気弁３２４という）の開弁開始時期よりも早い時期に設定されており、第１排気弁３２３によって開閉される第１排気ポート３１３は、第２排気弁３２４によって開閉される第２排気ポート３１４よりも早い時期に開口を開始する。

各気筒３０２ａ〜ｄの第１排気ポート３１３は、第１排気通路３５４に接続されている。第１排気通路３５４には、前記第１実施形態と同様の構造を有するタービン７２が設けられている。第１排気通路３５４は、タービンハウジングの２つの内側空間と個別に接続される２本の第１独立通路部３５５、３５５と、タービン７２の導出部に接続される下流側通路部３５６とを有する。そして、一方の第１独立通路部３５５が、排気行程が互いに連続しない第１気筒３０２ａと第４気筒３０２ｄの各第１排気ポート３１３、３１３と連通し、他方の第１独立通路部３５５が、排気行程が互いに連続しない第２気筒３０２ｂと第３気筒３０２ｃの各第１排気ポート３１３、３１３と連通している。詳細には、各第１独立通路部３５５はその上流側部分において２つに分岐しており、この分岐通路と各第１排気ポート３１３とが接続されている。

第２排気ポート３１４は、全て共通の第２排気通路３５１に接続されている。詳細には、各排気ポート３１４からそれぞれ第２独立通路部３５２が延びており、これら第２独立通路部３５２が１本の集合通路部３５３に集合している。第２排気通路３５１は、第２排気ポート３１４と下流側通路部３５６のうちのタービン７２よりも下流側の部分とをつないでおり、第２排気通路３５１はタービン７２を迂回して下流側通路部３５６に接続されている。そして、第２排気通路３５１の集合通路部３５３の途中部に、この部分を開閉するウエストゲートバルブ６１が設けられている。

このように構成された第２実施形態に係るレシプロエンジンにおいても、第１、第２実施形態と同様に、開口開始時期が遅い第２排気ポート３１４に接続され且つタービン７２を迂回する第２排気通路３５１の集合通路部３５３にウエストゲートバルブ６１が接続されるとともに、開口開始時期が早い第１排気ポート３１３に接続された第１排気通路３５４にタービン７２が設けられている。そのため、タービン７２の駆動力を高めつつエンジンの背圧を低減して燃費性能を高めることができる。

（３）その他の変形例
前記実施形態では、タービン７０として、ツインスクロール式のものを用いた場合について説明したが、タービン７０はこれに限らず、シングルスクロール式のもの等であってもよい。

また、前記第１実施形態および第２実施形態では、各ロータ収容室２について吸気ポートが２つ設けられた場合について説明したが、これを一つとしてもよい。例えば、セカンダリ吸気ポート１２を省略してもよい。また、エンジン本体１は、車両の駆動源として用いられる場合に限らず、例えば、車両の駆動源としてモータを備えたハイブリッド車両に設けられてこのモータに電力を供給するための電力源として利用されてもよい。

２ ロータ収容室（気筒）
３ ロータ
５ ロータハウジング
６ サイドハウジング
１３ サイド排気ポート（第１排気ポート）
１４ ペリ排気ポート（第２排気ポート）
５７ ペリ側排気通路（第２排気通路）
５８ サイド側排気通路（第１排気通路）
６１ ウエストゲートバルブ
７０ ターボ過給機
７１ コンプレッサ
７２ タービン
３１３ 第１排気ポート（第２実施形態）
３１４ 第２排気ポート（第２実施形態）
３５１ 第２排気通路（第２実施形態）
３５４ 第１排気通路（第２実施形態）

Claims (3)

1. 気筒が形成されたエンジン本体と、気筒から排出される排気ガスによって回転駆動されるタービンおよびタービンにより回転駆動されることで気筒に導入される吸気を過給するコンプレッサを含むターボ過給機とを備えたターボ過給機付きエンジンの排気装置において、
   前記エンジン本体に前記気筒と連通するようにそれぞれ形成されて当該気筒から排気ガスをそれぞれ排出する第１排気ポートおよび第２排気ポートと、
   前記第１排気ポートに接続されて、内側に前記タービンが配設された第１排気通路と、
   前記第１排気通路のうち前記タービンよりも下流側の部分と前記第２排気ポートとをつなぐ第２排気通路とを備え、
   前記第１排気ポートは、前記第２排気ポートよりも早いタイミングで開口するように構成されており、
   前記第２排気通路には、当該第２排気通路を開閉可能で、且つ、前記コンプレッサの過給圧が予め設定された基準圧力を超えたときに開弁するウエストゲートバルブが設けられている、ことを特徴と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、
   前記エンジン本体は、ロータと、当該ロータを回転可能に収容する前記気筒としてのロータ収容室と、当該ロータの外周を囲むロータハウジングと、前記ロータの側方に設けられるサイドハウジングとを備えるロータリーピストンエンジンであり、
   前記第１排気ポートは、前記サイドハウジングに形成されており、
   前記第２排気ポートは、前記ロータハウジングに形成されており、
   前記第１排気ポートと前記第２排気ポートとは、第１排気ポートの方が前記第２排気ポートよりも早いタイミングで前記ロータ収容室のうち排気行程にある領域と連通するように、それぞれ形成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。
3. 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、
   前記エンジン本体は、ピストンと、当該ピストンを摺動可能に収容する前記気筒としてのシリンダとを備えるレシプロエンジンであり、
   前記第１排気ポートを開閉可能な第１排気弁と、
   前記第２排気ポートを開閉可能で、且つ、前記第１排気弁よりも遅いタイミングで開弁を開始する第２排気弁とを備える、ことを特徴とするターボ過給機付きエンジンの排気装置。