(57)【要約】  本発明の一態様は、所定の停止条件が成立したときに内燃機関（１０）を自動的に停止させ、その後に所定の再始動条件が成立したときに同内燃機関を自動的に再始動させるシステム（８４）、吸気通路（１６）に設けられたコンプレッサ（２８）と排気通路（１８）に設けられたタービン（２６）とを備えたターボチャージャ（２４）、および、コンプレッサを経た空気を導入可能なように吸気通路につなげられた空気導入通路（４４）とタービンにガスを供給可能なように排気通路につなげられたガス排出通路（５０）とがつながる発電本体部（４２）を有する発電装置（４０）を備える内燃機関（１０）を提供する。発電装置（４０）は、システム（８４）により内燃機関が停止されているときに少なくとも作動するように構成されている。
2013084273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の停止条件が成立したときに内燃機関を自動的に停止させ、該所定の停止条件の成立後に所定の再始動条件が成立したときに同内燃機関を自動的に再始動させるシステム、
該内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサと該内燃機関の排気通路に設けられたタービンとを備えたターボチャージャ、および、
該コンプレッサを経た空気を導入可能なように前記吸気通路につなげられた空気導入通路と、該タービンにガスを供給可能なように前記排気通路につなげられたガス排出通路とがつながる発電本体部を有する発電装置であって、前記システムにより前記内燃機関が停止されているときに少なくとも作動するように構成された、発電装置
を備えた、内燃機関。
【請求項２】
前記発電装置は燃料電池システムとして構成され、前記発電本体部は燃料電池本体部として構成されている、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記空気導入通路と前記吸気通路との接続部よりも下流側の吸気通路に冷却装置が備えられている、請求項１または２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記空気導入通路と前記吸気通路との接続部には弁が設けられ、
該弁は、前記システムにより前記内燃機関が停止されているときに、前記コンプレッサを経た全空気を前記空気導入通路に導入するように作動される、
請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項５】
前記ターボチャージャにおいてオイルを供給するように構成されたオイル供給装置、および、前記ターボチャージャを冷却するように構成された冷却液供給装置は、前記発電装置につながれたバッテリからの電気で作動可能であり、前記システムにより前記内燃機関が停止されているときに作動する、請求項１から４のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項６】
前記オイル供給装置および前記冷却液供給装置の少なくとも一方は、前記バッテリの充電量を制御するように作動する、請求項５に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記所定の再始動条件が成立したときに、または、該所定の再始動条件の成立後の所定期間内に、加速要求があったとき、該加速要求が無い場合に比べて、前記発電装置からのガスの排出量を増大させる排出量増大制御手段をさらに備える、請求項１から６のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項８】
前記排出量増大制御手段は、前記空気導入通路への空気供給量の増量制御および前記発電本体部への燃料供給量の増量制御のうちの少なくとも一方を実行することにより、ガスの排出量を増大させる、請求項７に記載の内燃機関。
【請求項９】
前記タービンへの排気の流入量を調節するための弁機構をさらに備え、
前記排出量増大制御手段は、加速要求があったとき、該加速要求が無い場合に比べて、前記タービンへの排気の流入量を増やすように前記弁機構を制御するか、または、前記発電本体部への燃料供給量の増量制御を実行する、請求項８に記載の内燃機関。
【請求項１０】
前記ターボチャージャは前記タービンのタービンブレードの開口面積を変化させるための可変ノズル機構をさらに備え、
前記排出量増大制御手段は、加速要求があったとき、該加速要求が無い場合に比べて、前記タービンブレードの回転速度を高めるように前記可変ノズル機構を制御し、かつ、前記発電本体部への燃料供給量の増量制御を実行する、請求項８に記載の内燃機関。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれかに記載の内燃機関を備えた、車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関を自動的に停止させた後、同内燃機関を自動的に再始動させるシステムを備えた内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両が一時的に停止してエンジンをアイドリングする場合に、排気低減および燃費向上の要請により、できるだけエンジンを止めることが望まれている。これに対して、そのようなときにエンジンの停止および再始動を自動的に行う制御システムが開発されている。【０００３】
例えば、特許文献１に記載の内燃機関は、所定の停止条件が成立した場合には内燃機関を自動的に停止し、このエンジン停止中に所定の解除条件が成立した場合には自動的に内燃機関の再始動を行う、制御を実行するコントロールユニットを備える。【０００４】
また、特許文献２は、ターボラグを解消するために、内燃機関の始動が判断された場合、内燃機関の始動に先立って、バッテリからの電力の供給により、電動機が作動されて、ターボチャージャのコンプレッサが強制的に駆動される、プレアシスト制御を開示する。特許文献２の記載によれば、車両停止時に自動的に内燃機関を停止させ発進時にそれを再始動させる車両において、そのプレアシスト制御が実施されることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１８３６２９号公報
【特許文献２】特開２００８−９５６６９号公報
【発明の概要】
【０００６】
エンジンの停止および再始動を自動的に行うシステムを備えた内燃機関において、再始動時に、上記のプレアシスト制御が実施されることで、内燃機関の作動レスポンスを高めることが可能である。しかし、一般的な内燃機関は該内燃機関の動力で発電するシステムを備えるので、例えば、内燃機関が停止した状態で、バッテリからの電気の供給によりターボチャージャのコンプレッサが強制的に駆動されることは、電力消費の点から改善の余地がある。
【０００７】
そこで、本発明はかかる点に鑑みて創案されたものであり、電力消費の点で優れ、エンジンの再始動時の作動レスポンスを高めることができる、内燃機関を提供することを目的とする。
【０００８】
本発明の第１の態様は、
所定の停止条件が成立したときに内燃機関を自動的に停止させ、該所定の停止条件の成立後に所定の再始動条件が成立したときに同内燃機関を自動的に再始動させるシステム、
該内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサと該内燃機関の排気通路に設けられたタービンとを備えたターボチャージャ、および、
該コンプレッサを経た空気を導入可能なように吸気通路につなげられた空気導入通路と、該タービンにガスを供給可能なように排気通路につなげられたガス排出通路とがつながる発電本体部を有する発電装置であって、上記システムにより内燃機関が停止されているときに少なくとも作動するように構成された、発電装置
を備えた、内燃機関を提供する。
【０００９】
好ましくは、発電装置は燃料電池システムとして構成され、発電本体部は燃料電池本体部として構成されるとよい。
【００１０】
好ましくは、空気導入通路と吸気通路との接続部よりも下流側の吸気通路に冷却装置が備えられる。
【００１１】
好ましくは、空気導入通路と吸気通路との接続部には弁が設けられ、該弁は、システムにより内燃機関が停止されているときに、コンプレッサを経た全空気を空気導入通路に導入するように作動される。
【００１２】
好ましくは、ターボチャージャにおいてオイルを供給するように構成されたオイル供給装置、および、ターボチャージャを冷却するように構成された冷却液供給装置は、発電装置につながれたバッテリからの電気で作動可能であり、システムにより内燃機関が停止されているときに作動する。
【００１３】
好ましくは、オイル供給装置および冷却液供給装置の少なくとも一方は、バッテリの充電量を制御するように作動する。
【００１４】
所定の再始動条件が成立したときに、または、該所定の再始動条件の成立後の所定期間内に、加速要求があったとき、該加速要求が無い場合に比べて、発電装置からのガスの排出量を増大させる排出量増大制御手段がさらに備えられるとよい。
【００１５】
好ましくは、排出量増大制御手段は、空気導入通路への空気供給量の増量制御および発電本体部への燃料供給量の増量制御のうちの少なくとも一方を実行することにより、ガスの排出量を増大させる。
【００１６】
一実施形態において、タービンへの排気の流入量を調節するための弁機構がさらに備えられ、排出量増大制御手段は、加速要求があったとき、該加速要求が無い場合に比べて、タービンへの排気の流入量を増やすように弁機構を制御するか、または、発電本体部への燃料供給量の増量制御を実行することができる。
【００１７】
別の実施形態において、ターボチャージャはタービンのタービンブレードの開口面積を変化させるための可変ノズル機構をさらに備え、排出量増大制御手段は、加速要求があったとき、該加速要求が無い場合に比べて、タービンブレードの回転速度を高めるように可変ノズル機構を制御し、かつ、発電本体部への燃料供給量の増量制御を実行することができる。
【００１８】
また、本発明の第２の態様は、上記したような内燃機関を備えた、車両を提供する。
【００１９】
本発明の前述のおよび更なる特徴および利点は、添付図面の参照と共に、以下の例示的実施形態の説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る内燃機関およびそれを搭載した車両の概念図である。
【図２】図２は、第１実施形態のフローチャートである。
【図３】図３は、図１の内燃機関が停止されている状態での発電装置の作動による、電気の流れ、ガス、燃料、冷却水およびオイルの流れを表した模式図である。
【図４】図４は、本発明の第２実施形態のフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の第３実施形態に係る内燃機関およびそれを搭載した車両の概念図である。
【図６】図６は、第３実施形態のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
まず、本発明に係る第１実施形態が以下に詳細に説明される。
【００２２】
本発明の第１実施形態に係る内燃機関（以下、単にエンジンと称し得る）１０は、車両１２に搭載されている。エンジン１０は、エンジン本体部１４と、エンジン本体部１４につながる吸気通路１６および排気通路１８と、（図示しない）燃料タンク内の燃料を燃料ポンプ２０の作動により供給する燃料噴射装置２２とを備える。燃料噴射装置２２の（図示しない）燃料噴射弁から噴射された燃料は、吸気通路１６を経て導かれた空気と混合気を形成して、エンジン本体部１４の気筒内で燃焼されて、それにより、排気通路１８を介して排気が排出される。エンジン１０では、吸気通路１６に、その上流端側に（いずれも図示しない）エアクリーナおよび吸気絞り弁が上流側から順に設けられている。
【００２３】
エンジン１０は、さらに、ターボチャージャ２４を備える。排気通路１８にはターボチャージャ２４のタービン２６が配置され、タービン２６のタービンホイールと同軸で連結されたコンプレッサホイールを収容するターボチャージャ２４のコンプレッサ２８が吸気通路１６に配置されている。したがって、排気通路１８を経て導かれた排気によりタービン２６のタービンホイールが回転駆動されることで、コンプレッサ２８のコンプレッサホイールは回転させられて、それにより過給され得る。コンプレッサ２８よりも下流側の吸気通路には、コンプレッサ２８により加圧されて温度の上昇した吸気を冷却するための冷却装置としてのインタークーラ３０が設けられている。
【００２４】
また、ターボチャージャ２４のタービン２６への排気の流入量を調節するための弁機構２８が設けられている。この弁機構２８は弁３２を備え、弁３２はタービン２６を迂回するように形成された迂廻路３４に設けられている。この弁機構２８または弁３２は、通常、ウェストゲートバルブと称され得る。この実施形態での弁３２または弁機構２８は、排気圧が所定圧以上になったときに排気圧により押されてばねが縮むことで開くような機械的な構成を有し、エンジン停止時においては一般に閉じられている。しかし、弁３２または弁機構２８は、過給圧が所定圧以上になるとアクチュエータのダイヤフラムが過給圧によって押されて開くような構成など、種々の他の機械式の構成を有することも、または、電磁駆動弁として構成されることもできる。
【００２５】
なお、タービン２６および弁３２を通過した排気が排気浄化装置３６に導かれるように、排気浄化装置３６は排気通路１８に設けられている。排気浄化装置３６は、種々の構成を有することができる。例えば、排気浄化装置３６は、ＨＣ，ＣＯなどの未燃成分をＯ２と反応させてＣＯ，ＣＯ２，Ｈ２Ｏ等にするように酸化触媒を備えることもでき、また所謂三元触媒として構成されることもできる。また、排気浄化装置３６は、排気中の煤等の微粒子（ＰＭ；パティキュレート）を捕集するようにパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）のようなフィルタ構造を有することもでき、この場合にさらに酸化触媒を備えることもできる。酸化触媒の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。さらには、排気浄化装置３６は、排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するためにＮＯｘ触媒を含むこともできる。ただし、図１には、１つの排気浄化装置３６のみが表されているが、２つ以上の排気浄化装置が直列にまたは並列に設けられることもできる。複数の排気浄化装置が備えられる場合には、それら排気浄化装置の構成はそれぞれ同じでもあるいは異なってもよい。
【００２６】
エンジン１０は、発電装置４０を備える。本実施形態の発電装置４０は、燃料電池システムとして構成され、空気と燃料との電気化学反応により発電するように構成されている。特に、本実施形態では、発電装置４０は固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）としての構成を有している。発電装置４０は、エンジン１０が作動状態にあるときに作動可能であるが、後で詳述されるように、エンジン１０が非作動状態にあるときにも作動可能なように構成されている。なお、発電装置４０の制御装置または制御手段としての機能は後述されるＥＣＵの一部により担われている。
【００２７】
発電装置４０は、燃料電池本体部４２として構成された発電本体部を有している。燃料電池本体部４２には空気導入通路（発電装置の吸気通路）４４がつなげられている。空気導入通路４４は、燃料電池本体部４２へ空気が導入されるように、燃料電池本体部４２に接続されている。また、燃料電池本体部４２には燃料供給通路４６がつなげられている。燃料供給通路４６は燃料供給装置４８に含まれ、装置４８は、燃料電池本体部４２へ燃料を供給するために設けられている。さらに、燃料電池本体部４２にはガス排出通路（発電装置の排気通路）５０がつなげられている。ガス排出通路５０は、燃料電池本体部４２からのガスを排出するために燃料電池本体部４２に接続されている。
【００２８】
燃料電池本体部４２は、セルスタックと称され得、アノードである燃料極、カソードである空気極、および電解質からなる単セルが連結した構造を有する。電解質としては、セラミックスである酸化物イオン導電体が用いられる。なお、燃料電池本体部４２が複数のセルを有さずに単セルのみを有することを本発明は排除しない。
【００２９】
燃料供給装置４８は（図示しない）燃料タンク内の燃料を供給するための上記ポンプ２０を備える。本実施形態では、燃料供給装置４８は、上記燃料噴射装置２２と一体的に構成されていて、燃料噴射装置２２の燃料タンクおよび燃料ポンプ２０を含んで構成されている。ただし、燃料供給装置４８は、上記燃料噴射装置２２と完全に独立した構成を有してもよく、この場合、エンジン用燃料と発電用燃料とは同じでも異なってもよい。発電用燃料としては、ガソリンや軽油のような燃料以外の燃料が用いられることができるが、例えば天然ガスまたはプロパンガスが用いられることもできる。なお、上記のように発電装置４０はＳＯＦＣとしての構成を有していて相対的に高い温度（例えば８００〜１０００℃）で作動し、その結果その高温を利用して燃料の内部改質が可能である。したがって、発電装置４０は燃料改質器を備えていない。しかし、発電装置４０の燃料供給装置４８は、燃料改質器を備えてもよい。発電装置４０は、例えば、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）、またはリン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）としての構成を有するように作製されてもよく、燃料供給装置４８は、必要に応じて、必要な形式の燃料改質器を備えることができる。
【００３０】
発電装置４０における空気導入通路４４は、コンプレッサ２８を経た空気を導入可能なようにエンジン１０の吸気通路１６につなげられている。本実施形態では、空気導入通路４４は、コンプレッサ２８の下流の吸気通路につなげられている。空気導入通路４４と吸気通路１６との接続部には、弁５２が設けられている。本実施形態では、弁５２は電磁駆動弁として構成されている。ここでは、弁５２は、三方弁とされ、エンジン本体部１４および燃料電池本体部４２に空気が流れることができる弁位置Ｉ、エンジン本体部１４へ空気が流れるが燃料電池本体部４２へ空気が流れないように空気導入通路４４が遮断されている弁位置ＩＩ、および、燃料電池本体部４２へ空気が流れるように空気導入通路４４が開通されているがエンジン本体部１４に空気が流れないように吸気通路１６が途中で遮断されている弁位置ＩＩＩのうち、いずれか１つに選択的に切り替えられることができる。弁位置Ｉおよび弁位置ＩＩはエンジン作動可能位置と称され得、これに対して、弁位置ＩＩＩは発電専用位置と称され得る。なお、空気導入通路４４がコンプレッサ２８に直接的につなげられてもよく、この場合、コンプレッサ２４のコンプレッサホイールを経た空気が空気導入通路４４に流れることが可能なコンプレッサ２８の位置に空気導入通路４４は接続されるとよい。ただし、ここでは、空気導入通路４４と吸気通路１６との接続部よりも下流側の吸気通路に、上記インタークーラ３０が配置されている。したがって、燃料電池本体部４２へは相対的に温度が高い空気を供給することができ、これに対して、エンジン本体部１４へはインタークーラ３０を経た相対的に温度の低い空気を供給することができる。なお、本発明は、インタークーラ３０が空気導入通路４４と吸気通路１６との接続部よりも上流側の吸気通路に配置されることを排除しないが、好ましくはその接続部よりも下流側の吸気通路に配置される。これは、燃料電池本体部４２へ温かいまたは熱い空気を導くことが好ましいからである。
【００３１】
発電装置４０におけるガス排出通路５０は、タービン２６に排気つまりガスを供給可能なようにエンジン１０の排気通路１８につなげられている。本実施形態では、ガス排出通路５０は、タービン２６の上流の排気通路につなげられている。ガス排出通路５０には、例えばエンジン１０の排気がガス排出通路５０に流入しないように逆止弁などの弁が設けられることができるが、ここではそのような弁は設けられていない。ガス排出通路５０と排気通路１８との接続部は、迂廻路３４および弁３２よりも上流側の排気通路に位置づけられている。それ故、ガス排出通路５０から排気通路１８に至った排気であるガスは、タービン２６を通過することができることに加えて、弁３２が開くときには弁３２を通過することができる。そして、発電装置４０から排出された排気つまりガスは排気浄化装置３６に流入する。なお、ガス排出通路５０には、改質器５４が設けられていて、ガスの成分を調整するために設けられている。具体的には、この改質器５４は、炭化水素成分を分解するように構成されていて、ここでは上記排気浄化装置３６のように酸化触媒を備えた構成を有するが、他の如何なる構成を有してもよく、例えば電気分解用の構成を有することもできる。しかし、この改質器５４は設けられなくてもよい。
【００３２】
上記構成の発電装置４０で発電された電気は、（図１には示されないが図３には示される）バッテリ６０に蓄えられる（充電される）。エンジン１０は、従来のエンジンと異なり、エンジンから伝達される機械的運動エネルギーを電気エネルギーへと変換する発電装置、具体的にはオルタネーターを備えていない。それ故、車両１２のエンジン１０において、発電装置は、上記発電装置４０のみであり、バッテリ６０に蓄えられる電気は発電装置４０にのみ依存する。なお、本発明は、従来のエンジンに広く備えられているオルタネーター等の発電装置が、発電装置４０に加えて、エンジン１０に備えられることを許容し、また、所謂ハイブリッド車両に備えられているような発電装置（回生発電装置）を併せて備えることをも許容する。
【００３３】
エンジン１０では、バッテリ６０に蓄えられた電気を用いて、エンジン１０のスタータモータ６２の作動、上記弁５２の作動、および、上記燃料ポンプ２０の作動が行われる。また、上記ターボチャージャ２４を冷却するように構成された冷却液供給装置の水ポンプ６４の作動にもバッテリ６０の電気が用いられる。さらに、上記ターボチャージャ２０においてオイルつまり潤滑油を供給するように構成されたオイル供給装置のオイルポンプ６６の作動にもバッテリ６０の電気が用いられる。本実施形態では、発電装置４０は、ＳＯＦＣとしての構成を有していて、燃料電池本体部４２のスタックの温度制御は説明しないがプロセス用空気を用いて行われているので、冷却装置または冷却水系統が必要とされていない。しかし、発電装置４０に冷却水系統が備えられてもよく、その場合、冷却水を供給するためのポンプはバッテリ６０の電気を用いて駆動されることができる。
【００３４】
このようなスタータモータ６２、弁５２、燃料ポンプ２０、水ポンプ６４およびオイルポンプ６６などの作動は、エンジン１０および車両１２の制御装置または制御手段としての機能を実質的に担う電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称する）７０により制御される。ＥＣＵ７０は、コンピュータまたはそれを主体として構成されたものであって、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭのような記憶装置、Ａ／Ｄ変換器、入力インタフェース並びに出力インタフェース等を含む。記憶装置には、種々の制御プログラムおよびデータが記憶されている。入力インタフェースには、後述されるセンサを含む種々のセンサが電気的に接続されている。これら種々のセンサからの出力（検出信号）に基づき、予め設定されたプログラム（データを含む。）にしたがって円滑なエンジン１０つまり車両１２の運転ないし作動がなされるように、ＥＣＵ７０は出力インタフェースから電気的に作動信号（駆動信号）を出力する。
【００３５】
エンジン１０および車両１２は、ＥＣＵ７０に、各種値を検出する（推定することを含む）ための信号を電気的に出力するセンサを備えている。ここで、その内のいくつかを具体的に述べる。吸入空気量を検出するためのエアフローメータ７２が吸気通路１６に備えられている。また運転者によって操作されるアクセルペダル（不図示）の踏み込み量に対応する位置、すなわちアクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ７４が備えられている。また、エンジン１０のクランクシャフトのクランク回転信号を検出するためのクランクポジションセンサ７６が取り付けられている。ここでは、このクランクポジションセンサ７６はエンジン回転速度を検出するためのエンジン回転速度センサとしても利用される。また、エンジン１０が搭載された車両１２の速度（車速）を検出するための車速センサ７８も備えられている。さらに、ブレーキペダル（不図示）の操作状態に応じた信号を出力する、ブレーキ要求検出センサとしてのストップランプスイッチ８０が設けられている。このストップランプスイッチ８０はブレーキペダルが踏まれることでＯＮになる。さらに、バッテリ６０の容量または残容量を検出するための容量検出センサ８２が設けられている。なお、容量検出センサ８２は例えば電流センサである。
【００３６】
そして、エンジン１０には、所定の停止条件が成立したときにエンジン１０を自動的に停止させ、その所定の停止条件の成立後に所定の再始動条件（所定の解除条件）が成立したときにエンジン１０を自動的に再始動させる停止・再始動システム８４が備えられている。このシステム８４における制御部または制御手段としての機能は、ＥＣＵ７０の一部により担われている。例えば、車両１２の走行中、交通信号灯の停止表示などに基づいて一時的に車両１２が停止してエンジン１０がアイドリング状態になったときに、所定のタイミングでエンジン１０を一時的に自動的に停止させ、その後、所定のタイミングでエンジン１０を再始動させる制御つまりアイドル・リダクション制御（日本ではアイドルストップ制御と称され得る。）が、ＥＣＵ７０により行われる。つまり、アイドル・リダクション制御における、所定の停止条件の成立を判定する停止条件成立判定手段は、ＥＣＵ７０の一部を含んで構成される。また、所定の再始動条件の成立を判定する再始動条件成立判定手段は、ＥＣＵ７０の一部を含んで構成される。さらに、燃料噴射弁からの燃料噴射を禁止するなどのエンジン１０を停止させるための制御を実行するエンジン停止制御手段はＥＣＵ７０の一部を含んで構成され、また、エンジン１０を再始動させる制御を実行するエンジン再始動制御手段はＥＣＵ７０の一部を含んで構成される。これらの手段は、相互に、直接的にまたは間接的に関係付けられている。
【００３７】
具体的には、このようなアイドル・リダクション制御におけるエンジン１０の一時的な停止は、所定の停止条件が満たされたときに、ＥＣＵ７０により実行される。ここでは、所定の停止条件として、停車中でかつ制動操作中という所定の条件が定められている。停車中か否かは車速センサ７８からの出力に基づいて判定され、この判定は車速が零か否かの判定に相当する。また、制動操作中か否かは、制動操作検出手段としてのストップランプスイッチ８０からの出力に基づいて判定され、具体的にはこの判定はストップランプスイッチ８０がＯＮであるか否かに相当する。ここではさらに、加速要求検出手段としてのアクセル開度センサ７４からの出力に基づいてアクセルペダルが踏まれていないとＥＣＵ７０により判定されたときに制動操作中と判定される。
【００３８】
これに対して、エンジン１０のそのような停止後のエンジン１０の始動つまり再始動は、所定の再始動条件が満たされたときに、ＥＣＵ７０により実行される。ここでは、所定の再始動条件として、上記停止条件のうちの少なくともいずれかの条件が満たされなくなったことという所定の条件が定められている。例えば、ブレーキ操作が解除されたとき、つまり、ストップランプスイッチ８０がＯＮからＯＦＦになったとき、所定の再始動条件が成立したと判定される。また、例えば、アイドル・リダクション制御によりエンジン１０が停止しているときにアクセルペダルが踏まれたとき、所定の再始動条件が成立したと判定される。
【００３９】
ところで、このようなアイドル・リダクション制御によりエンジン１０が一旦停止されて、エンジン１０が再始動されるとき、エンジン１０の作動レスポンスを高めることが望まれる。例えば、運転手によりアクセルペダルが踏まれたことによりエンジン１０が再始動される場合には、それまでエンジン１０が止まっていたので、アクセルペダルの踏み込みから、アクセルベダルの踏み込みに応じたエンジン出力を得るまでに、タイムラグがある。加えて、ブレーキペダルから単に運転者の足が離れて車両が徐々に発進させられる場合でも、特に、車両１２が自動変速機を備えているとき、エンジン１０をエンジン停止直前の状態に復帰させるために、ある程度の時間を必要とする。このような時間は、運転者の車両１２の操縦感覚を考慮すると、可能な限り短い方が好ましいであろう。それ故に、エンジン１０の再始動時のエンジン１０の作動レスポンスを高めることは技術的に非常に価値があるであろう。
【００４０】
そこで、ここでは、アイドル・リダクション制御によりエンジン１０が一旦停止されて、エンジン１０が再始動されるまでの間、上記発電装置４０は作動する。アイドル・リダクション制御に関する発電装置４０の作動は、図２のフローチャートに基づいて説明される。
【００４１】
ただし、通路４４、５０の接続配置から理解され得るように、アイドル・リダクション制御によりエンジン１０が停止しているときに、発電装置４０が作動することで、ターボチャージャ２４が駆動される。そこで、水ポンプ６４およびオイルポンプ６６は上記したように電動ポンプである。具体的には、エンジン１０の作動状態に拘らず、エンジン作動開始要求が運転者からあったときから（例えばエンジンイグニッションスイッチがＯＮにされた後）、エンジン停止要求が運転者からあるまで（例えばエンジンイグニッションスイッチがＯＦＦにされるまで）の間、水ポンプ６４およびオイルポンプ６６は共に作動されて、ターボチャージャ２４の適切な駆動が促進される。なお、図１では、エンジン１０および発電装置４０が作動状態にあるときのガス（空気を含む）、燃料、冷却水およびオイルの流れが矢印で模式的に表されている。
【００４２】
図２のステップＳ２０１では、アイドル・リダクション制御における所定の停止条件が成立したか否かが判定される。所定の停止条件は、上記した通りである。所定の停止条件が満たされないとき（ステップＳ２０１で否定判定されるとき）、エンジン１０は運転状態つまり作動状態に維持される。
【００４３】
ステップＳ２０１で所定の停止条件が成立したと肯定判定されると、ステップＳ２０３でエンジン１０が停止されて、発電装置４０は作動状態になる。発電装置４０がそれまで作動状態にあった場合にはその作動状態が維持され、または、その時点で発電装置４０が停止状態にあった場合には発電装置４０は作動状態になる。
【００４４】
こうしてシステム８４によりエンジン１０が一時的に停止されているとき、発電装置４０は作動状態になる。エンジン１０が停止されるとき、弁（吸気系の弁）５２は、システム８４によりエンジン１０が停止されているときにコンプレッサ２８を経た全空気を空気導入通路４４に導入するように、作動制御される。つまり、弁５２は、発電専用位置つまり上記弁位置ＩＩＩに制御される。これにより、アイドル・リダクション制御によってエンジン１０が停止されているとき、図３に矢印Ａで示すように、吸気通路１６のコンプレッサ２８を経た空気は、燃料電池本体部４２に導かれることが可能になる。なお、このとき、図示しない吸気絞り弁も開弁、例えば全開にされる。ただし、発電装置４０における供給空気量と供給燃料量とが釣り合うように、または、空気量に対して燃料量が少なくなるように、ポンプ２０は制御されるとよい。
【００４５】
そして、アイドル・リダクション制御によってエンジン１０が停止されているとき、燃料供給装置４８のポンプ２０が作動されることにより、燃料電池本体部４２に燃料が供給される。これにより、燃料電池本体部４２で発電され、ガス排出通路５０によりガスが排出される。このとき、基本的に弁３２は閉じられているので、図３に矢印Ｂで示すように、ガスはタービン２６に導かれ、タービンホイールを回転駆動する。このように、エンジン１０が停止されているときに、発電装置４０が作動することで、ターボチャージャ２４が駆動された状態にされる。
【００４６】
なお、図３には、このようにエンジン１０が停止されている状態での発電装置４０の作動による、電気の流れ、ガス、燃料、冷却水およびオイルの流れが線Ｃおよび矢印で模式的に表されている。図３および上記説明から理解できるように、アイドル・リダクション制御によってエンジン１０が停止させられているときに、発電装置４０が作動することで電気が発生し、他方で、電気が消費される。電気の発生量と使用量とは、バッテリ６０の容量に限界があり、バッテリ６０への過充電を防止する必要があり、かつ、バッテリ残容量を所定量以上に保つ必要があるので、ＥＣＵ７０により調節される。本実施形態では、センサ８２からの出力に基づいて、ＥＣＵ７０のオイル供給装置の制御装置としての機能を担う部分およびＥＣＵ７０の冷却液供給装置の制御装置としての機能を担う部分は、バッテリ６０の残容量に応じて、電力量つまりバッテリ充電量を制御するように、水ポンプ６４およびオイルポンプ６６の両方の作動を制御する（作動量調節制御）。なお、このために、水ポンプ６４およびオイルポンプ６６のうちの少なくとも一方の作動が制御されてもよい。
【００４７】
ステップＳ２０３の次のステップＳ２０５では、アイドル・リダクション制御における所定の再始動条件が成立したか否かが判定される。所定の再始動条件は、上記した通りである。所定の再始動条件が満たされないとき（ステップＳ２０５で否定判定されるとき）、エンジン１０は停止状態に維持されると共に発電装置４０は作動状態に保たれる。
【００４８】
ステップＳ２０５で所定の再始動条件が成立したと肯定判定されると、ステップＳ２０７でエンジン１０が再始動される。このとき、エンジン１０を適切に作動させるように、弁５２はエンジン本体部１４に空気が流れるように、制御される。なお、エンジン１０の再始動時、少なくともある程度の期間、発電装置４０は作動状態に維持される。しかし、エンジン１０の再始動時、発電装置４０は直ぐに停止状態に移行されることもできる。
【００４９】
ステップＳ２０５で、エンジン１０が始動されるとき、上記したようにターボチャージャ２４は駆動されている。この状態で弁５２がエンジン作動可能位置につまり上記弁位置Ｉまたは弁位置ＩＩに切換制御されて、コンプレッサ２８により圧力が高められた空気は迅速にエンジン本体部１４に供給される。したがって、エンジン１０の再始動時の立ち上がりを早め、エンジン１０の作動レスポンスを高めることができる。
【００５０】
なお、アイドル・リダクション制御によるエンジン１０の停止時に、コンプレッサ２８を経た空気を燃料電池本体部４２に供給すると共に燃料を燃料電池本体部４２に供給し、かつ、燃料電池本体部４２からの排気をタービン２６に供給してコンプレッサホイールを回転駆動することができる。よって、上記システム８４によるエンジン１０の停止時に、ターボチャージャ２４が停止することは無い。
【００５１】
また、アイドル・リダクション制御によってエンジン１０が停止させられているときに、発電装置４０が作動することで、発電装置４０からの排気が排気浄化装置３６に流入する。したがって、アイドル・リダクション制御によるエンジン停止時であっても、排気浄化装置３６における触媒暖機が可能となる。よって、冷間時であっても、アイドル・リダクション制御によるエンジン停止が許容され得る。
【００５２】
次に本発明に係る第２実施形態が以下に詳細に説明される。ただし、本発明の第２実施形態に係るエンジンおよびそれが搭載された車両の構成は、上記第１実施形態に係るエンジン１０およびそれが搭載された車両１２の構成と概ね同じである。そこで、以下では、第２実施形態に係るエンジンおよび車両は図示されず、既に説明された構成要素に対応する構成要素には、上記説明で用いられた符号を同様に付して、それら構成要素の重複説明を省略する。
【００５３】
第２実施形態では、上記第１実施形態と同様に、車両１２に搭載されたエンジン１０は、ターボチャージャ２４および発電装置４０を備える。そして、システム８４によるエンジン１０の停止から再始動までの期間、発電装置４０が作動して、ターボチャージャ２４を駆動状態にし、再始動時のエンジン１０の作動レスポンスを高めるように、エンジン１０および車両１２は構成されている。これは、既に説明された通りである。
【００５４】
そしてアイドル・リダクション制御における所定の再始動条件は、上記したように、所定の停止条件のうちのいずれかの条件が満たされなくなったときに、成立する。例えば、エンジン１０がシステム８４により停止されているときに、ブレーキ操作が解除されたとき、あるいは、アクセルペダルが踏まれたとき、所定の再始動条件が成立したと判定される。そして、アクセルペダルが踏まれたときには、加速要求があったときが含まれる。
【００５５】
単に、ブレーキ操作が解除されたときと、加速要求が有ったときとでは、運転者が求める、エンジン１０の作動レスポンスは異なるであろう。そこで、本実施形態では、所定の再始動条件が成立したときに、さらに加速要求があったときには（加速要求が検出されたときには）、加速要求が無い場合に比べて、エンジン１０の作動レスポンスを異ならせるような制御が実行される。そのような制御が以下に、図４のフローチャートに基づいて説明される。
【００５６】
ただし、図４のフローチャートのステップＳ４０１からＳ４０５およびＳ４０９は、それぞれ、図２のフローチャートのステップＳ２０１からＳ２０７に概ね相当する。それ故、これらステップの説明は、以下では、概ね省略され得る。
【００５７】
ステップＳ４０１で所定の停止条件が成立したと肯定判定されると、ステップＳ４０３でエンジン１０が停止されて、発電装置４０は作動状態になる。このとき、発電装置４０の燃料供給装置４８は、燃料供給量が第１量になるように作動する。
【００５８】
第１実施形態において説明したように、アイドル・リダクション制御によってエンジン１０が停止されているとき、基本的に弁３２は閉じられている。したがって、このときの発電装置４０での発電量および発電装置４０からのガスの排出量は、燃料電池本体部４２への燃料の供給量によって定まる。そこで、ここでは、ステップＳ４０３で発電装置４０が作動するとき、発電装置４０では、ＥＣＵ７０の排出量増大手段としての機能を担う部分によって、燃料供給が制御される。特にここでは、エアフローメータ７２の出力に基づいて、発電装置４０からのガス排出量が第１排出量になるように、燃料供給量が第１燃料量に制御される。なお、エアフローメータ７２および吸気通路に設けた吸気圧センサなどのうちの少なくとも１つに基づいて、発電装置４０での燃料供給が制御されることもできる。
【００５９】
アイドル・リダクション制御における所定の停止条件が成立した後、所定の再始動条件が成立したとステップＳ４０５で肯定判定されると、ステップＳ４０７で加速要求があるか否かが判定される。加速要求とは、運転者からエンジン１０の出力増大が求められることを意味する。ここでは、加速要求の有無は、加速要求検出手段としてのアクセル開度センサ７４の出力に応じて、ＥＣＵ７０の加速要求判定手段としての機能を担う部分により判定される。アイドル・リダクション制御によりエンジン１０が停止状態にあるときに所定の再始動条件が成立して、アクセル開度が所定値よりも大きくなったとき、加速要求有りと判定される。または、アイドル・リダクション制御によりエンジン１０が停止状態にあるときに所定の再始動条件が成立して、このときのアクセル開度の所定時間における変化（アクセル開度変化速度）が所定量よりも大きかったとき、加速要求有りと判定される。
【００６０】
なお、運転者がブレーキペダルから足を離したことにより所定の再始動条件が成立し（ステップＳ４０５で肯定判定）、その直後、または、その成立時から所定期間内に、運転者がアクセルペダルを踏むことで、アクセル開度が所定値よりも大きくなったり、それによるアクセル開度変化速度が所定量よりも大きかったりしたときにも、ステップＳ４０７で加速要求有りと判定されるとよい。このように加速要求有りと判定されるときには、エンジン１０が停止状態にない場合が含まれる。これは、所定の再始動条件の成立後、所定期間内に加速要求がある場合も、ターボラグが生じる可能性があり、このような場合にも本発明によりエンジン１０の作動レスポンスを高めることは有効だからである。なお、その所定期間は、ターボラグが発生すると予想される期間であり、実験により設定されるとよい。この所定期間は、ＥＣＵ７０のタイマ手段としての機能を担う部分により測定されることができる。
【００６１】
加速要求が無いのでステップＳ４０７で否定判定されたときには、ステップＳ４０９で、上記ステップＳ２０７と同様に、エンジン１０が再始動される。つまり、この場合には、第１燃料量の燃料が供給されて発電装置４０が作動している状態で、エンジン１０は再始動される。したがって、エンジン１０の作動レスポンスは、第１燃料量に相当する第１排出量のガスに応じたターボチャージャによる過給効果に基づく。
【００６２】
これに対して、所定の再始動条件が成立したときに、または、所定の再始動条件の成立後の所定期間内に、加速要求が有るのでステップＳ４０７で肯定判定されたときには、ステップＳ４１１で、ＥＣＵ７０の排出量増大手段としての機能を担う部分による排出量増大制御が伴われてエンジン１０が再始動される。ここでは、ＥＣＵ７０の排出量増大制御手段としての機能を担う部分は、発電装置４０での燃料供給量を、第１燃料量から、第１燃料量よりも多い第２燃料量に増量制御する。したがって、発電装置４０のガス排出通路５０から排出されるガスの量は、第１燃料量の燃料が発電装置４０に供給されている場合の第１排出量よりも多い第２排出量になる。その結果、ターボチャージャ２４によるエンジン１０での過給効果を高めることができる。したがって、ステップＳ４０９でのエンジン１０の再始動時よりも、ステップＳ４１１でのエンジン１０の再始動時の方が、エンジン１０の作動レスポンスを高めることができる。なお、ステップＳ４１１では、ステップＳ４０９と同様に、弁５２はエンジン作動可能位置に制御される。
【００６３】
なお、第２実施形態では、所定の停止条件が成立したとき、弁３２が実質的に閉じた状態にされ、その後、加速要求があって所定の再始動条件が成立したときには、発電装置４０での燃料量が加速要求が無い場合に比べて増やされた。しかし、他の制御により、加速要求があったときに、ガス排出量の増量が図られてもよい。
【００６４】
例えば、所定の停止条件が成立したとき、ステップＳ４０３で、弁３２が（閉開度でない）所定の開度に開かれるように制御されることもできる。この場合、弁３２は電磁駆動弁であるとよい。そして、その後、加速要求があって所定の再始動条件が成立したときには、排出量増大制御として弁３２または弁機構２８が完全に閉じられ、空気導入通路４４への空気供給量の増量が図られることもできる（空気供給量増量制御）。そして、好ましくは、この空気量の増量に伴い、排出量増大制御として発電装置４０での燃料量の増量が図られ得る。なお、この空気量の増量に伴う発電装置４０での燃料量の増量は図られなくてもよい。
【００６５】
なお、本第２実施形態では、発電装置４０は、加速要求があったとき（ステップＳ４０７で肯定判定）、エンジン１０の再始動完了までは少なくとも作動し続ける。
【００６６】
次に本発明に係る第３実施形態が以下に詳細に説明される。本発明の第３実施形態に係るエンジン１１０およびそれが搭載された車両１１２は図５に表されている。ただし、既に説明された構成要素に対応する構成要素には、上記説明で用いられた符号または関連する符号を付して、それら構成要素の重複説明を省略する。
【００６７】
第３実施形態の車両１１２に搭載されたエンジン１１０は、ターボチャージャ１２４の構成の点で、上記車両１２に搭載されたエンジン１０と相違する。そして、この構成の違いにより、ＥＣＵ１７０の構成は、一部、ＥＣＵ７０の構成と相違する。その他の点では、後述される制御を除いて、概ね、エンジン１１０および車両１１２は、エンジン１０および車両１２と、それぞれ同様の構成を備える。
【００６８】
第３実施形態では、ターボチャージャ１２４は、排気通路１８に配置されたタービン１２６と、タービン１２６のタービンホイールと同軸で連結されたコンプレッサホイールを収容する、吸気通路１６に配置されたコンプレッサ１２８とを備える。そしてこのターボチャージャ１２４は、タービン１２６のタービンホイールのタービンブレードの開口面積を変化させるための可変ノズル機構１２６ａをさらに備える。なお、ターボチャージャ１２４は、上記弁３２および迂廻路３４を備えていない。
【００６９】
可変ノズル機構１２６ａは、複数のノズルベーン１２６ｂと、駆動機構部１２６ｃとを備える。複数のノズルベーン１２６ｂの角度は可変であり、駆動機構部１２６ｃの作動によりその角度が変えられることで、それらのノズル開度を調節することができる。駆動機構部１２６ｃは、ＥＣＵ７０により作動が制御されるモータを含む。したがって、ターボチャージャ１２４では、可変ノズル機構１２６ａのノズル開度を調節することで、過給圧を調節することができる。なお、通常走行時、エンジン回転速度およびエンジン負荷の少なくともいずれか一方に基づいて、可変ノズル機構１２６ａのノズル開度は、ＥＣＵ７０のノズル開度制御手段としての機能を担う部分により制御される。
【００７０】
このような構成を有するエンジン１１０では、上記第２実施形態のエンジンと同様に、所定の再始動条件が成立したときに、または、所定の再始動条件の成立後の所定期間内に、加速要求があったときには、加速要求が無い場合に比べて、エンジン１０の作動レスポンスを異ならせるような制御が実行される。そのような制御が以下に、図６のフローチャートに基づいて説明される。
【００７１】
ただし、図６のフローチャートのステップＳ６０１からＳ６１１は、ステップＳ６０３およびＳ６１１の各一部を除いて、図４のフローチャートのステップＳ４０１からＳ４１１にそれぞれ相当する。それ故、以下では、重複説明を部分的に省略しつつ、それらステップの相違点に着目して、第３実施形態の制御が説明される。
【００７２】
ステップＳ６０１で所定の停止条件が成立したと肯定判定されると、ステップＳ６０３でエンジン１１０が停止されて、発電装置４０は作動状態になる。このとき、ターボチャージャ１２４の可変ノズル機構１２６ａのノズル開度は第１開度にされ、これに伴って空気導入通路から導入される量の空気に対して所定量の燃料が燃料電池本体部４２に供給される。なお、ここでは、エアフローメータ７２の出力に基づいて、発電装置４０での燃料供給量が制御されるが、エアフローメータ７２および吸気通路に設けた吸気圧センサなどのうちの少なくとも１つに基づいて燃料供給量が制御されることもできる。
【００７３】
所定の停止条件が成立した後、例えばエンジン１１０が停止状態にあるとき、所定の再始動条件が成立したとステップＳ６０５で肯定判定されると、ステップＳ６０７で上記ステップＳ４０７と同様に加速要求があるか否かが判定される。
【００７４】
加速要求が無いのでステップＳ６０７で否定判定されたときには、ステップＳ６０９で、上記ステップＳ２０７およびＳ４０９と同様に、エンジン１１０が再始動される。つまり、この場合には、可変ノズル機構１２６ａのノズル開度が第１開度にされて発電装置４０が作動されている状態で、エンジン１１０は再始動される。したがって、エンジン１０の作動レスポンスは、そのノズル開度に相当する第３排出量のガスに応じたターボチャージャ１２４による過給効果に基づく。
【００７５】
これに対して、加速要求が有るのでステップＳ６０７で肯定判定されたときには、ステップＳ６１１で、排出量増大制御が伴われてエンジン１１０が再始動される。ここでは、ＥＣＵ１７０の排出量増大制御手段としての機能を担う部分は、可変ノズル機構１２６ａのノズル開度を第１開度よりも絞り側の第２開度に制御し、さらにそれに伴って発電装置４０での燃料供給量も増量制御する。したがって、発電装置４０のガス排出通路５０から排出されるガスの量は、可変ノズル機構１２６ａのノズル開度が第１開度にされている場合よりも、多くなる。その結果、ターボチャージャ１２４によるエンジン１１０での過給効果を高めることができる。したがって、ステップＳ６０９でのエンジン１１０の再始動時よりも、ステップＳ６１１でのエンジン１１０の再始動時の方が、エンジン１１０の作動レスポンスを高めることができる。なお、ステップＳ６１１では、ステップＳ６０９と同様に、弁５２はエンジン作動可能位置に制御される。
【００７６】
なお、本第３実施形態でも、発電装置４０は、加速要求があったとき（ステップＳ６０７で肯定判定）、エンジン１１０の再始動完了までは少なくとも作動し続ける。
【００７７】
以上、本発明を上記３つの実施形態に基づいて説明したが、本発明はそれら実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では、発電装置４０は燃料電池システムとして構成されたが、本発明はその発電装置が燃料電池システム以外の構成を有する場合も許容し、発電装置としては種々の装置を用いることができる。
【００７８】
以上、本発明を、上記実施形態、および、その変形例に基づいて説明した。しかし、本発明は、それら実施形態等に限定されず、他の実施形態を許容する。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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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2013084273.tif 000010
2013084273.tif 000011
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