(57)【要約】【課題】燃料電池の排気をタービンの上流に供給する構成において、タービンの下流の排ガス処理装置の昇温のために燃料電池からの排熱を有効に利用する。【解決手段】燃料電池４の排気温度が、エンジン２の排気温度以下の場合に、第１のＦＣ排気路２２ａが選択され、燃料電池４からの排ガスがタービン３Ｔに供給される。燃料電池４の排気温度が、エンジン２の排気温度よりも高い場合に、第２のＦＣ排気路２２ｂが選択され、燃料電池４からの排ガスが触媒装置１１およびＤＰＦ１２に供給される。燃料電池４からの排熱がタービン３Ｔに奪われることによる損失を抑制でき、燃料電池４からの排熱を触媒装置１１およびＤＰＦ１２の昇温のために有効に利用することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と燃料電池とを備え、前記内燃機関は、ターボチャージャと、当該ターボチャージャの下流側に設けられた排ガス処理装置とを備えた駆動システムであって、
前記燃料電池の排気側と、前記内燃機関からの排気経路であって前記ターボチャージャのタービンホイールよりも上流側の部分とを接続する第１のＦＣ排気路と、
前記燃料電池の排気側と、前記内燃機関からの排気経路であって前記タービンホイールよりも下流側かつ前記排ガス処理装置の上流側の部分とを接続する第２のＦＣ排気路と、
を更に備え、
前記燃料電池の排気温度が、前記内燃機関の排気温度以下の場合に、前記第１のＦＣ排気路を選択し、前記燃料電池の排気温度が、前記内燃機関の排気温度よりも高い場合に、前記第２のＦＣ排気路を選択することを特徴とする駆動システム。
【請求項２】
請求項１に記載の駆動システムであって、
前記排ガス処理装置は、触媒装置およびＤＰＦのうちの少なくともいずれかであることを特徴とする駆動システム。
【請求項３】
内燃機関と燃料電池とを備え、前記内燃機関は、ターボチャージャと、当該ターボチャージャの下流側に設けられた排ガス処理装置とを備えた駆動システムであって、
前記燃料電池の排気側と、前記内燃機関からの排気経路であって前記ターボチャージャのタービンホイールよりも上流側の部分とを接続する第１のＦＣ排気路と、
前記燃料電池の排気側と、前記内燃機関からの排気経路であって前記タービンホイールよりも下流側かつ前記排ガス処理装置の上流側の部分とを接続する第２のＦＣ排気路と、
を更に備え、
前記排ガス処理装置の昇温要求がない場合には、前記第１のＦＣ排気路を選択し、
前記排ガス処理装置の昇温要求がある場合には、前記燃料電池の排気温度が、前記内燃機関の排気温度以下の場合に、前記第１のＦＣ排気路を選択し、前記燃料電池の排気温度が、前記内燃機関の排気温度よりも高い場合に、前記第２のＦＣ排気路を選択することを特徴とする駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関と燃料電池とを備えた駆動システムに関し、特に、内燃機関の排ガス処理装置に燃料電池の排気を導入可能なシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関と燃料電池とを備えた種々の駆動システムが提案されている。特許文献１に記載されたシステムでは、燃料電池の発電時に得られる排熱を、排ガスの粒子状物質フィルタの再生に利用している。
【０００３】
特許文献２に記載のシステムでは、燃料電池の発電工程で得られる排熱を用いて、水素発酵、メタン発酵、及び／又は吸着により水分を除去する際の脱水用吸着材の再生のための加温を行っている。
【０００４】
特許文献３に記載のシステムでは、ターボチャージャの過給遅れを抑制すると共にエミッションの悪化を抑制する目的で、燃料電池に供給される水素含有ガスおよび燃料電池からのアノードオフガスのいずれか一方または両方を、ターボチャージャのタービンハウジングに供給している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７‐２６３５４１号公報
【特許文献２】特開２０１１‐０９２０２４号公報
【特許文献３】特開２００７‐０１６６４１号公報
【発明の概要】
【０００６】
しかしながら、特許文献３と同様に、燃料電池からの排ガスをターボチャージャのタービンの上流に供給するようにした機械的構成において、さらに、タービンの下流に設けられた排ガス処理装置の昇温のために燃料電池からの排熱を利用するためには、燃料電池からの排熱がタービンに奪われるため、昇温の効率が低下するという問題点がある。この問題点を解決するための技術は、特許文献１−３のいずれによっても提供されていない。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みて創案されたものであり、その目的は、燃料電池からの排ガスをターボチャージャのタービンの上流に供給するようにした機械的構成において、タービンの下流の排ガス処理装置の昇温のために、燃料電池からの排熱を有効に利用することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一の態様は、
内燃機関と燃料電池とを備え、前記内燃機関は、ターボチャージャと、当該ターボチャージャの下流側に設けられた排ガス処理装置とを備えた駆動システムであって、
前記燃料電池の排気側と、前記内燃機関からの排気経路であって前記ターボチャージャのタービンホイールよりも上流側の部分とを接続する第１のＦＣ排気路と、
前記燃料電池の排気側と、前記内燃機関からの排気経路であって前記タービンホイールよりも下流側かつ前記排ガス処理装置の上流側の部分とを接続する第２のＦＣ排気路と、
を更に備え、
前記燃料電池の排気温度が、前記内燃機関の排気温度以下の場合に、前記第１のＦＣ排気路を選択し、前記燃料電池の排気温度が、前記内燃機関の排気温度よりも高い場合に、前記第２のＦＣ排気路を選択することを特徴とする駆動システムである。
【０００９】
この態様によれば、燃料電池の排気温度が、内燃機関の排気温度以下の場合に、第１のＦＣ排気路が選択され、燃料電池からの排ガスがタービンに供給される。他方、燃料電池の排気温度が、内燃機関の排気温度よりも高い場合に、第２のＦＣ排気路が選択され、燃料電池からの排ガスが排ガス処理装置に供給される。したがって、この態様によれば、燃料電池の排気温度が内燃機関の排気温度よりも高い場合に、燃料電池からの排熱がタービンに奪われることによる損失を抑制できる。
【００１０】
前記排ガス処理装置は、触媒装置およびＤＰＦのうちの少なくともいずれかとするのが好適である。
【００１１】
本発明の別の態様は、
内燃機関と燃料電池とを備え、前記内燃機関は、ターボチャージャと、当該ターボチャージャの下流側に設けられた排ガス処理装置とを備えた駆動システムであって、
前記燃料電池の排気側と、前記内燃機関からの排気経路であって前記ターボチャージャのタービンホイールよりも上流側の部分とを接続する第１のＦＣ排気路と、
前記燃料電池の排気側と、前記内燃機関からの排気経路であって前記タービンホイールよりも下流側かつ前記排ガス処理装置の上流側の部分とを接続する第２のＦＣ排気路と、
を更に備え、
前記排ガス処理装置の昇温要求がない場合には、前記第１のＦＣ排気路を選択し、
前記排ガス処理装置の昇温要求がある場合には、前記燃料電池の排気温度が、前記内燃機関の排気温度以下の場合に、前記第１のＦＣ排気路を選択し、前記燃料電池の排気温度が、前記内燃機関の排気温度よりも高い場合に、前記第２のＦＣ排気路を選択することを特徴とする駆動システムである。
【００１２】
この態様によれば、排ガス処理装置の昇温要求がない場合には、第１のＦＣ排気路が選択されるので、ターボチャージャのタービンの駆動を燃料電池からの排気によってアシストすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、燃料電池からの排ガスがタービンに奪われることによる損失を抑制できるので、燃料電池からの排熱を排ガス処理装置の昇温のために有効に利用することができるという、優れた効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態の構成を示す概略図である。
【図２】第１実施形態における制御の内容を示すフローチャートである。
【図３】第２実施形態における制御の内容を示すフローチャートである。
【図４】タービンのタービンハウジング内であってタービンホイールよりも上流側の位置に第１のＦＣ排気路を接続した実施形態を示す要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態につき添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１６】
図１に示されるように、本発明の第１実施形態に係る駆動システム１は、エンジン２、ターボチャージャ３および燃料電池４を備える。エンジン２は圧縮着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）であるが、火花点火式内燃機関（ガソリンエンジン）であってもよい。燃料は液体燃料であるが、気体燃料であってもよい。駆動システム１は、図示しない車両に駆動源として搭載されており、トルクコンバータおよび自動変速機（いずれも不図示）を備えている。エンジン２は「Ｅ／Ｇ」とも表記され、燃料電池４は「ＦＣ」とも表記される。
【００１７】
エンジン２は、シリンダブロック、シリンダヘッド、クランクケース、オイルパン、ヘッドカバー、ピストン、コンロッド、クランクシャフト、カムシャフト、吸気弁、排気弁等の基本的なエンジン構成部品を含む。またエンジン２は複数の気筒を含み、各気筒には燃料噴射用インジェクタが設けられている。
【００１８】
エンジン２には、吸気通路５および排気通路６が接続されている。吸気通路５の途中にはターボチャージャ３のコンプレッサ３Ｃが、また排気通路６の途中にはターボチャージャ３のタービン３Ｔが、それぞれ配設されている。タービン３Ｔの下流側の排気通路６は、触媒装置１１、粒子状物質フィルタ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ；ＤＰＦ）１２及び不図示の消音器を介して、大気に開放されている。なお、タービン３Ｔをバイパスするバイパス通路及びこれを開閉するウェイストゲート弁を設け、これによって過給圧を調節可能としてもよい。
【００１９】
触媒装置１１に収容される触媒物質としては、酸化触媒が好適に使用できる。酸化触媒は、ＨＣ，ＣＯなどの未燃成分をＯ2と反応させてＣＯ，ＣＯ2，Ｈ2Ｏ等とするものであり、触媒物質としては例えばＰｔ／ＣｅＯ2、Ｍｎ／ＣｅＯ2、Ｆｅ／ＣｅＯ2、Ｎｉ／ＣｅＯ2、Ｃｕ／ＣｅＯ2等を用いることができる。
【００２０】
ＤＰＦ１２は、多孔質セラミックからなるハニカム構造体を備えたいわゆるウォールフロー型の排気フィルタ装置であり、ハニカム構造体は、コージェライト、シリカ、アルミナ等のセラミックス材料で形成される。ハニカム構造体には、下流側に詰栓が施された第１通路と、上流側に詰栓が施された第２通路とが、交互に（すなわち、市松模様状に）区画形成されている。これら第１通路及び第２通路はセルとも称され、いずれも排気ガスの流れ方向に平行である。排ガスがＤＰＦ１２のハニカム構造体に流入すると、排ガスは第１通路から多孔質セラミックの流路壁面を通過して第２通路に流入し、下流側に流れる。このとき、排気ガス中のＰＭが捕集され、ＰＭの大気への放出が防止される。このように排気ガスが流路壁面を通過し、その際にＰＭを濾過捕集するフィルタ形式がウォールフロー型と称される。ＤＰＦ１２におけるＰＭの捕集量ないし詰まり度合いを検出するために、ＤＰＦ１２の上流側及び下流側の排気通路６には、それぞれ排気圧力を検出する排気圧センサ３１，３２が設けられている。
【００２１】
酸化触媒を含む触媒装置１１によって、エンジン２からの排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）をよりＮＯ2（二酸化窒素）の多い状態にし、ＮＯ2の強力な酸化性能によって、ＤＰＦ１２に捕集された粒子状物質を酸化ないし燃焼させることができる。捕集量が一定の度合いに達したＰＭを酸化ないし燃焼させることで、ＤＰＦ１２を強制的に再生するためは、酸化触媒内の温度を二酸化窒素を生成するのに必要な２５０‐３００°Ｃ程度に上昇維持させる必要があり、この温度維持のために、エンジン２または燃料電池４からの排気の熱が後述のとおり利用される。
【００２２】
吸気通路５におけるコンプレッサ３Ｃの上流側には、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ７が設けられている。吸気通路５におけるコンプレッサ３Ｃの下流側には、いずれも不図示のインタークーラと電子制御式スロットルバルブとが、直列に設けられている。エアフローメータ７の上流側の吸気通路５は、不図示のエアクリーナを介して大気に開放されている。
【００２３】
本実施形態の駆動システム１は、一般的な車載のエンジンと異なり、クランクシャフトによって機械的に駆動される回転電機からなる発電装置すなわちオルタネータを備えておらず、オルタネータの代わりに燃料電池４が設けられている。このようにして機械式発電装置を省略する主要な目的の一つは、エンジンのメカニカルロスを低減して燃費を向上する点にある。
【００２４】
燃料電池４は、空気と燃料との電気化学反応により発電するものであって、エンジン２の動作のための軽油を燃料として動作する。このため燃料電池４は、エンジン２の動作のための燃料タンク（不図示）に通じる燃料通路４ａに接続されており、この燃料通路４ａには燃料加圧のための燃料ポンプ４ｂ、および燃料供給量を制御するためのレギュレータ４ｃが設けられている。なお、レギュレータ４ｃに代えてインジェクタを用いてもよい。燃料通路４ａは、レギュレータ４ｃの下流側で分岐してエンジン２と燃料電池４とに接続されているが、エンジン２と燃料電池４とのための燃料供給系は個別に構成されていてもよい。
【００２５】
本実施形態の燃料電池４は、固体酸化物型（ＳＯＦＣ）であるが、他の種類の燃料電池、例えば固体高分子型（ＰＥＦＣ）、リン酸型（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩型（ＭＣＦＣ）も適用可能である。
【００２６】
燃料電池４は、燃料極（アノード）、空気極（カソード）、およびこれら電極間に挟まれた電解質で構成されるセルを、セパレータを挟んで複数積層してなるセルスタックから主に構成されている。空気極には、空気に含まれる酸素Ｏ2が実質的に供給される。燃料極には、液体燃料（本実施形態では軽油）が改質されることによって得られる水素Ｈ2が実質的に供給される。なお燃料極には一酸化炭素ＣＯが供給されてもよく、この場合には、反応後に二酸化炭素ＣＯ2が排出される。燃料電池４からの排ガスの主成分は水蒸気である。
【００２７】
他の種類の燃料電池と比較して、ＳＯＦＣを使用するメリットは以下のとおりである。
（１）作動温度が４５０〜１０００°Ｃと比較的高く、エンジン排気温度にも近いため、高温のＦＣ排気をタービン３Ｔの駆動に利用できる。
（２）作動温度が高いため燃料を内部で改質可能であり、改質器を介さずに液体燃料を直接供給できる。
（３）発電効率が比較的高く（４５〜６５％）、コンパクトである。
【００２８】
なお本実施形態では、燃料電池４に加えて、スタータモータ等の車両の各電気部品に電力を供給するための補機バッテリ（不図示）が設けられる。補機バッテリの種類は任意であるが、一般的な鉛蓄電池でよい。本実施形態における燃料電池４は、主電源としての補機バッテリを充電するための発電装置、もしくは主電源を補助する補助電源として機能する。このため、一般的な車載のエンジンと異なり、本実施形態の駆動システム１は、クランクシャフトによって機械的に駆動される回転電機すなわちオルタネータを備えていない。もっとも、燃料電池４を機械式発電機と併用する実施形態や、燃料電池４を動力用等の他の用途に使用する実施形態も可能である。
【００２９】
燃料電池４に空気を供給するためのＦＣ給気路２０が設けられる。ＦＣ給気路２０は、コンプレッサ３Ｃの下流側の吸気通路５から分岐して、燃料電池４に接続する。これにより燃料電池４は、コンプレッサ３Ｃの下流側の吸気通路５から空気を導入するようになる。なお燃料電池４の昇温を促進するために、吸気通路５からのＦＣ給気路２０の分岐位置は、インタークーラ（不図示）よりも上流側とするのが好適である。
【００３０】
ＦＣ給気路２０には、ＦＣ給気弁２１が設けられる。ＦＣ給気弁２１は、単一の三方弁で構成され、コンプレッサ３Ｃの下流側の吸気通路５とＦＣ給気路２０とを接続すると共にエンジン２側への接続を遮断する第１の位置、及びコンプレッサ３Ｃの下流側の吸気通路５とエンジン２とを接続すると共にＦＣ給気路２０への接続を遮断する第２の位置とを、選択的に実現することができる。ＦＣ給気弁２１の動作位置は、入力のないノーマル状態では第２の位置とすることができる。ＦＣ給気弁２１は、エンジン２とＦＣ給気路２０との供給量の比率を無段階ないし多段階で調整するように動作可能としてもよい。また、ＦＣ給気弁２１を２個の二方弁で構成し、ＦＣ給気路２０とエンジン２側とを個別に、無段階、多段階、または全開および全閉の２段階で開閉してもよい。
【００３１】
燃料電池４の空気極からの排ガス（ＦＣ排気という）を排出するために、ＦＣ排気路２２が設けられる。ＦＣ排気はＨ2Ｏ、ＣＯｘおよびＨＣを含む。ＦＣ排気路２２には、改質器２３が設けられている。この改質器２３は、燃料電池４で発電に使われなかった残りのＨ2およびＣＯを熱に変えて、タービン３Ｔに入るエネルギを増大させるために用いられる。
【００３２】
ＦＣ排気路２２のうちの改質器２３の下流側の部分は、メイン経路である第１のＦＣ排気路２２ａと、サブ経路である第２のＦＣ排気路２２ｂとに分岐している。第１のＦＣ排気路２２ａは、タービン３Ｔのタービンホイールよりも上流側の排気通路６に接続、合流する。第２のＦＣ排気路２２ｂは、タービン３Ｔのタービンホイールよりも下流側の排気通路６に接続、合流する。なお、排気通路６（すなわち、エンジン４からの排気経路）に対する第１および第２のＦＣ排気路２２ａ，２２ｂの接続点は、タービン３Ｔのタービンハウジングの内部であるか否かを問わない。例えば第１のＦＣ排気路２２ａは、タービン３Ｔのタービンハウジングよりも外側かつ上流側の排気通路６に接続してもよく、また図４に示されるように、タービン３Ｔのタービンハウジング３Ｔ１内であってタービンホイール３Ｔ２よりも上流側の位置、例えばノズル通路３Ｔ３の途中に接続してもよい。
【００３３】
第１のＦＣ排気路２２ａと、タービン３Ｔの上流側の排気通路６との合流点には、第１合流弁２４が設けられている。第１合流弁２４は、単一の三方弁で構成され、エンジン２と排気通路６のうちのタービン３Ｔ上流側の部分とを接続すると共に第１のＦＣ排気路２２ａからの接続を遮断する第１の位置、エンジン２と第１のＦＣ排気路２２ａとを共に排気通路６のうちのタービン３Ｔ上流側の部分に接続する第２の位置、および、第１のＦＣ排気路２２ａと排気通路６のうちのタービン３Ｔ上流側の部分とを接続すると共にエンジン２からの接続を遮断する第３の位置を、選択的に実現することができる。なお、第１合流弁は、第１のＦＣ排気路２２ａのみを開閉する二方弁であってもよい。
【００３４】
第２のＦＣ排気路２２ｂの中途には、第２合流弁２５が設けられている。第２合流弁は二方弁であり、第２のＦＣ排気路２２ｂとタービン３Ｔの下流側の排気通路６とを、選択的に接続することができる。第２合流弁２５は全開および全閉の２段階で動作するが、無段階または多段階の可変開度で開閉してもよい。また、第１合流弁２４および第２合流弁２５に代えて、第１および第２のＦＣ排気路２２ａ，２２ｂの分岐点に設けられ改質器２３の下流側を第１および第２のＦＣ排気路２２ａ，２２ｂの一方に選択的に接続する三方弁を用いてもよい。
【００３５】
排気通路６におけるエンジン２の近傍、例えば不図示の排気マニフォルドの合流点に、エンジン２の排気温度を検出するためのエンジン排気温度センサ３３が配置されている。燃料電池４からのＦＣ排気路２２における改質器２３の下流側であって分岐点よりも上流側には、燃料電池からの排ガスすなわちＦＣ排気の温度を検出するためのＦＣ排気温度センサ３４が配置されている。触媒装置１１には、触媒昇温を検出するための触媒温度センサ３５が配置されている。
【００３６】
駆動システム１および車両を制御するための制御装置ないしコントローラとして、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１００が設けられる。ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ・ＲＡＭ・不揮発性メモリのような記憶装置、Ａ／Ｄ変換器、入出力インタフェース、およびこれらを相互に接続するデータバスを含む。
【００３７】
ＥＣＵ１００は、前述のエアフローメータ７、排気圧センサ３１，３２、エンジン排気温度センサ３３、ＦＣ排気温度センサ３４および触媒温度センサ３５を含む各種センサ・スイッチ類から各種信号を入力する。またＥＣＵ１００は、前述のインジェクタ、点火プラグのほか、燃料ポンプ４ｂ、レギュレータ４ｃ、ＦＣ給気弁２１、第１合流弁２４および第２合流弁２５を含む各種アクチュエータ類に対する制御信号を出力し、これらを制御する。ＥＣＵ１００の記憶装置には種々の制御プログラム、データ、マップ等が記憶されており、ＥＣＵ１００はこれら制御プログラム等を実行することにより種々の制御を実行する。特にＥＣＵ１００は、第１のＦＣ排気路２２ａと第２のＦＣ排気路２２ｂとを切り替えるために、燃料電池４の排気温度と、エンジン２の排気温度とに基づいて、第１合流弁２４および第２合流弁２５を制御するようにプログラムされている。
【００３８】
本実施形態においては、ＤＰＦ１２におけるＰＭの捕集量ないし詰まり度合いを検出する手段が設けられている。すなわち、ＤＰＦ１２に設けられた上流側排気圧センサ３１によって検出された上流側排気圧と、下流側排気圧センサ３２によって検出された下流側排気圧との偏差を、ＥＣＵ１００が算出し、この偏差に基づいてＤＰＦ１２におけるＰＭの捕集量ないし詰まり度合いを判断する。なお、ＤＰＦ１２の上流側に配置された一つの排気圧センサのみによって捕集量ないし詰まり度合いを検出してもよい。さらに、ＤＰＦ上流側に配置された煤センサの煤信号の時間的な積分を求めることにより詰まり度合いを検出することもできる。また走行履歴に基づき、煤生成に関するＥＣＵ１００内に保存されたエンジン特性マップデータを評価し、時間的に積分することもできる。
【００３９】
以下に本実施形態の制御の内容を詳細に説明する。この制御は主にＥＣＵ１００によって、例えば不図示のイグニッションスイッチがオンされ且つエンジン２が動作している間にわたり、所定時間Δｔごとに繰返し実行される。
【００４０】
まずＥＣＵ１００は、ＤＰＦ１２に設けられた上流側排気圧センサ３１によって検出された上流側排気圧から、下流側排気圧センサ３２によって検出された下流側排気圧を減算すると共に、得られた偏差を所定の基準値と比較することによって、ＤＰＦ１２が再生時期に達しているかを判断する（Ｓ１０）。
【００４１】
ステップＳ１０で肯定、すなわち再生時期に達している場合には、次にＥＣＵ１００は、エンジン排気温度センサ３３およびＦＣ排気温度センサ３４の検出値を読み込むと共に、ＦＣ排気温度がエンジン排気温度よりも高いかを判断する（Ｓ２０）。
【００４２】
ステップＳ２０で否定、すなわちＦＣ排気温度がエンジン排気温度以下の場合には、ＥＣＵ１００は第１のＦＣ排気路２２ａを選択して、ＦＣ排気をタービン３Ｔの上流に導く（Ｓ５０）。この動作は、第１合流弁２４によって、エンジン２と第１のＦＣ排気路２２ａとを共に排気通路６のうちのタービン３Ｔ上流側の部分に接続する第２の位置を実現すると共に、第２合流弁２５を閉じて、第２のＦＣ排気路２２ｂとタービン３Ｔの下流側の排気通路６との流通を遮断することによって実行される。
【００４３】
そしてステップＳ２０で肯定、すなわちＦＣ排気温度がエンジン排気温度よりも高い場合には、ＥＣＵ１００は第２のＦＣ排気路２２ｂを選択して、ＦＣ排気を直接に触媒装置１１およびＤＰＦ１２に導く（Ｓ３０）。この動作は、第１合流弁２４によって、エンジン２と排気通路６のうちのタービン３Ｔ上流側の部分とを接続すると共に第１のＦＣ排気路２２ａからの接続を遮断する第１の位置を実現すると共に、第２合流弁２５を開いて、第２のＦＣ排気路２２ｂとタービン３Ｔの下流側の排気通路６とを接続することによって実行される。
【００４４】
ステップＳ３０の状態、すなわち第２のＦＣ排気路２２ｂが選択された状態は、ＤＰＦ１２の再生が終了するまでの間維持され（Ｓ４０）、ＤＰＦ１２の再生が終了すると、処理はステップＳ５０に移行して、第１のＦＣ排気路２２ａが選択され、ＦＣ排気がタービン３Ｔの上流に導かれるようになる。なお、ステップＳ４０におけるＤＰＦ１２の再生が終了したか否かの判断は、例えばステップＳ３０の状態が成立している通算の時間を所定の基準値と比較することによって実行でき、通算の時間が基準値を超えた場合に再生が終了したと判断することができる。この場合の通算の時間または基準値は、ＦＣ排気温度に基づいて補正することができ、例えばＦＣ排気温度が大きいほど基準値を小さくすることができる。
【００４５】
なおステップＳ１０で否定、すなわち再生時期に達しておらずＤＰＦ１２の昇温要求がない場合には、ＥＣＵ１００は第１のＦＣ排気路２２ａを選択して、ＦＣ排気をタービン３Ｔの上流に導く（Ｓ５０）。この場合には、ターボチャージャ３のタービン３Ｔの駆動を燃料電池４からの排気によってアシストすることができる。
【００４６】
以上の処理の結果、本実施形態では、燃料電池４の排気温度が、エンジン２の排気温度以下の場合に、第１のＦＣ排気路２２ａが選択され、燃料電池４からの排ガスがタービン３Ｔに供給される。他方、燃料電池４の排気温度が、エンジン２の排気温度よりも高い場合に、第２のＦＣ排気路２２ｂが選択され、燃料電池４からの排ガスが触媒装置１１およびＤＰＦ１２に供給される。
【００４７】
一般に、ＤＰＦを再生させるには、ＤＰＦの温度を高温にする必要がある（通常、６００°Ｃ程度）。これに対して、エンジンの排気温度は車両の走行状態によって上下してしまい、必ずしもＤＰＦの再生に適さない場合がある。このため従来は、ＤＰＦを強制的に再生させる目的で、エンジンに供給する燃料をリッチ化したり、いわゆるアフタ噴射や休止気筒噴射などのように燃焼に寄与しない燃料噴射を行うことで、燃費を犠牲にして排気温度を上げる制御が行われている。他方、ＳＯＦＣから排出されるＦＣ排気の温度は、一般には概ね６００°Ｃ以上となる。したがって、ＤＰＦ１２を再生する場合には、ＦＣ排気温度がエンジン２の排気温度よりも高ければ、ＦＣ排気をＤＰＦ１２に直接導入すれば、燃費を犠牲にせずに有効にＤＰＦ１２を再生させることができる。そしてタービンホイール３Ｔ２を迂回させて、ＦＣ排気をＤＰＦ１２に直接導入することにより、ＦＣ排気がタービン３Ｔを通過することによる温度低下を抑制することができる。
【００４８】
したがって、本実施形態によれば、燃料電池４のＦＣ排気温度がエンジン２の排気温度よりも高い場合に、燃料電池４からの排熱がタービン３Ｔに奪われることによる損失を抑制でき、燃料電池４からの排熱を触媒装置１１およびＤＰＦ１２の昇温のために有効に利用することができる。
【００４９】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態は、触媒装置１１の活性化のために第１および第２のＦＣ排気路２２ａ，２２ｂの切り替えを行うものである。第２実施形態の機械的構成は、上記第１実施形態と同一であるため、同一符号を付してその詳細の説明は省略する。
【００５０】
第２実施形態において実行される制御について、図３に従って説明する。この制御は主にＥＣＵ１００によって、例えば不図示のイグニッションスイッチがオンされ且つエンジン２が動作している間にわたり、所定時間Δｔごとに繰返し実行される。
【００５１】
まずＥＣＵ１００は、触媒温度センサ３５によって検出された触媒床温を所定の基準値と比較することによって、触媒装置１１の暖機が必要かを判断する（Ｓ１１０）。この基準値は触媒物質の活性化温度（例えば２００°C）を含む所定範囲内に設定することができる。
【００５２】
ステップＳ１１０で肯定、すなわち触媒暖機が必要な場合には、次にＥＣＵ１００は、エンジン排気温度センサ３３およびＦＣ排気温度センサ３４の検出値を読み込むと共に、ＦＣ排気温度がエンジン排気温度よりも高いかを判断する（Ｓ１２０）。
【００５３】
ステップＳ１２０で否定、すなわちＦＣ排気温度がエンジン排気温度以下の場合には、ＥＣＵ１００は第１のＦＣ排気路２２ａを選択して、ＦＣ排気をタービン３Ｔの上流に導く（Ｓ１５０）。この動作は、第１合流弁２４によって、エンジン２と第１のＦＣ排気路２２ａとを共に排気通路６のうちのタービン３Ｔ上流側の部分に接続する第２の位置を実現すると共に、第２合流弁２５を閉じて、第２のＦＣ排気路２２ｂとタービン３Ｔの下流側の排気通路６との流通を遮断することによって実行される。
【００５４】
そしてステップＳ１２０で肯定、すなわちＦＣ排気温度がエンジン排気温度よりも高い場合には、ＥＣＵ１００は第２のＦＣ排気路２２ｂを選択して、ＦＣ排気を直接に触媒装置１１およびＤＰＦ１２に導く（Ｓ１３０）。この動作は、第１合流弁２４によって、エンジン２と排気通路６のうちのタービン３Ｔ上流側の部分とを接続すると共に第１のＦＣ排気路２２ａからの接続を遮断する第１の位置を実現すると共に、第２合流弁２５を開いて、第２のＦＣ排気路２２ｂとタービン３Ｔの下流側の排気通路６とを接続することによって実行される。
【００５５】
ステップＳ１３０の状態、すなわち第２のＦＣ排気路２２ｂが選択された状態は、触媒装置１１の暖機が終了するまでの間維持され（Ｓ１４０）、暖機が終了すると、処理はステップＳ１５０に移行して、第１のＦＣ排気路２２ａが選択され、ＦＣ排気がタービン３Ｔの上流に導かれるようになる。なお、ステップＳ１４０における触媒暖機が終了したか否かの判断は、例えば触媒温度センサ３５によって検出された触媒昇温を所定の基準値と比較することによって実行でき、触媒床温が基準値を超えた場合に暖機が終了したと判断することができる。ここでの基準値は、上述したステップＳ１１０における基準値と同じ値でもよく、またこれと異なる値でもよい。
【００５６】
なおステップＳ１１０で否定、すなわち触媒暖機が必要でなく触媒装置１１の昇温要求がない場合には、ＥＣＵ１００は第１のＦＣ排気路２２ａを選択して、ＦＣ排気をタービン３Ｔの上流に導く（Ｓ１５０）。この場合には、ターボチャージャ３のタービン３Ｔの駆動を燃料電池４からの排気によってアシストすることができる。
【００５７】
以上の処理の結果、第２実施形態では、上記第１実施形態と同様に、燃料電池４のＦＣ排気温度がエンジン２の排気温度よりも高い場合に、燃料電池４からの排熱がタービン３Ｔに奪われることによる損失を抑制でき、燃料電池４からの排熱を触媒装置１１の昇温のために有効に利用することができる。
【００５８】
以上、本発明の実施形態について詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。上記実施形態ではエンジン２として、一般に排気温度が低くなる傾向のある圧縮着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）を用いたため、燃料電池４のＦＣ排気の熱を利用できる場面がガソリンエンジンよりも比較的多いと考えられるが、内燃機関の用途や形式等は任意であり、また自動車用以外であってもよい。
【００５９】
本発明が適用される排ガス処理装置の種類も任意であって、酸化触媒を用いた触媒装置に代えて、あるいはこれに加えて、ＮＯｘ触媒を用いた触媒装置を設けてもよい。ＮＯｘ触媒としては、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒（ＮＳＲ：ＮＯｘ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）または選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）を用いてもよい。
【００６０】
第１実施形態および第２実施形態において実行されるＦＣ排気温度とエンジン排気温度との比較に基づく第１および第２のＦＣ排気路２２ａ，２２ｂの選択的接続を、ＤＰＦの再生開始条件（Ｓ１０）が成立した場合と、触媒暖機の実行条件（Ｓ１１０）が成立した場合との両方において実行してもよい。また、第２のＦＣ排気路２２ｂの下流側の端部を分岐させると共に両分岐の間を切り替える弁機構を設け、両分岐の一方を触媒装置１１の入口に接続し、他方をＤＰＦ１２の入口に接続して、ＦＣ排気を触媒装置１１またはＤＰＦ１２に直接導入できるように構成してもよく、この場合には処理の目的に応じたＦＣ排気の導入が可能になる。
【００６１】
本発明には、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１  駆動システム
２  エンジン
３  ターボチャージャ
３Ｃ  コンプレッサ
３Ｔ  タービン
４  燃料電池
５  吸気通路
６  排気通路
２１  ＦＣ給気弁
２２  ＦＣ排気路
２２ａ  第１のＦＣ排気路
２２ｂ  第２のＦＣ排気路
２４  第１合流弁
２５  第２合流弁
１００  ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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