(57)【要約】【課題】スカベンジング流れの排気ガスに起因する排気タービン発電機のタービン仕事の効率の低下を回避し、しかも安定した高い排気エネルギーによって排気タービンを駆動し、安定した回生発電を行うこと。【解決手段】内燃機関１０の燃焼室１６内のガス膨張によるガス圧力によって燃焼室１６より排出される高温高圧の排気ガス（ブローダウン流れの排気ガス）を排気タービン発電機３６のタービン部３８に供給する第１の排気ガス流路３０、３４と、内燃機関１０のピストン１４のストローク移動によって燃焼室１６より排出される低温低圧の排気ガス（スカベンジング流れによる排気ガス）を、タービン部３８をバイパスさせて流す第２の排気ガス流路４４とを設け、第１の排気ガス流路３０、３４の途中に排気エネルギーを蓄える排気レシーバ３２を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気エネルギーによって発電を行う排気タービン発電機と、
前記内燃機関の燃焼室内のガス膨張によって燃焼室より排出されるブローダウン流れによる排気ガスを前記排気タービン発電機のタービン部に供給する第１の排気ガス流路と、
前記タービン部より上流側の前記第１の排気ガス流路に設けられ、前記排気エネルギーを蓄える排気レシーバと、
前記内燃機関のピストンのストローク移動によって前記燃焼室より排出されるスカベンジング流れによる排気ガスを、前記排気レシーバおよび前記タービン部をバイパスさせて流す第２の排気ガス流路とを有する排気タービン発電システム。
【請求項２】
前記排気レシーバの内圧が所定値未満の状態の時には前記排気レシーバと前記タービン部との連通を遮断し、前記内圧が所定値以上の状態の時には前記排気レシーバと前記タービン部との連通を確立する第１の弁を有する請求項１に記載の排気タービン発電システム。
【請求項３】
前記排気タービン発電機の運転条件に応じて前記タービン部より上流側の前記第１の排気ガス流路と前記第２の排気ガス流路とを選択的に接続する第２の弁を有する請求項１または請求項２に記載の排気タービン発電システム。
【請求項４】
排気行程において前記ピストンが下死点近傍にある期間に前記燃焼室より排出される排気ガスを第１の排気ガス流路に流し、前記ピストンが下死点近傍から上死点近傍に移動する期間に前記燃焼室より排出される排気ガスを前記第２の排気ガス流路に流す請求項１から請求項３の何れか一項に記載の排気タービン発電システム。
【請求項５】
前記内燃機関は、個別のクランク角タイミングで個別の排気ポートを開閉する第１の排気弁と第２の排気弁とを有し、前記第１の排気弁は排気行程開始のクランク角から所定のクランク角進んだクランク角までの所定のクランク角範囲に亘って開弁し、前記第２の排気弁は排気行程開始のクランク角から所定のクランク角進んだクランク角から排気行程終了のクランク角までの所定のクランク角範囲に亘って開弁する請求項１から請求項４の何れか一項に記載の排気タービン発電システム。
【請求項６】
前記内燃機関のクランク角に応じて前記内燃機関の排気ポートを前記第１の排気ガス流路と第２の排気ガス流路とに選択的に接続する第３の弁を有する請求項１から請求項４の何れか一項に記載の排気タービン発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気エネルギーによって発電を行う排気タービン発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両に搭載された内燃機関の排気ガス流路に排気タービン発電機を設け、排気エネルギーによって発電を行うことは知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
排気通路に触媒コンバータを有する内燃機関において、各気筒に設けられた２個の排気ポートのうちの一方（第１排気ポート）を過給機の排気タービンに通ずる排気通路に接続し、他方（第２排気ポート）を排気タービンの下流に通ずる排気通路に接続し、触媒コンバータの暖気過程では、第１排気ポートを開かず、第２排気ポートのみを開くことにより、触媒コンバータの暖気を促進することが提案されている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２７４７９７号公報
【特許文献２】特開２００９−８５０２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
内燃機関の排気行程時に燃焼室より排出される排気ガスは、排気弁が開いた直後は、燃焼によるガス膨張によって上昇している燃焼室内圧が開放されることにより、高温高圧で、音速に近い高速度で排出される。この排気流れをブローダウン流れと云う。
【０００６】
燃焼室内圧はブローダウン流れによる排気ガスの排出によって大気圧近くまで低下し、その後、ピストンのストローク移動（上昇移動）によって燃焼室内に残存している排出ガスが押し出されるようにして燃焼室より排出される。この排気流れをスカベンジング流れと云う。
【０００７】
ブローダウン流れは、高温高圧の排気流れであるから、排気エネルギーが高く、高い効率をもって排気タービンを駆動するが、スカベンジング流れは、ブローダウン流れに比して低温低圧で、排気エネルギーが低く、排気タービンの駆動効率が悪い。
【０００８】
ブローダウン流れによる排気ガスとスカベンジング流れによる排気ガスの双方が排気タービンに供給されると、排気タービンを駆動する排気ガスの温度と圧力、つまり排気エネルギーの時間平均は、ブローダウン流れによる高い排気エネルギーとスカベンジング流れによる低い排気エネルギーとを合成した平均値になり、ブローダウン流れだけである場合に比して低く、タービン仕事の効率を低下する原因になる。
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、スカベンジング流れの排気ガスに起因する排気タービン発電機のタービン仕事の効率の低下を回避し、しかも安定した高い排気エネルギーによって排気タービンを駆動し、安定した電力回生（発電）を行うことである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による排気タービン発電システムは、内燃機関（１０）の排気エネルギーによって発電を行う排気タービン発電機（３６）と、前記内燃機関（１０）の燃焼室（１６）内のガス膨張によって燃焼室（１６）より排出されるブローダウン流れによる排気ガスを前記排気タービン発電機（３６）のタービン部（３８）に供給する第１の排気ガス流路（３０、３４）と、前記タービン部（３８）より上流側の前記第１の排気ガス流路（３０、３４）に設けられ、前記排気エネルギーを蓄える排気レシーバ（３２）と、前記内燃機関（１０）のピストン（１４）のストローク移動によって前記燃焼室（１６）より排出されるスカベンジング流れによる排気ガスを、前記排気レシーバ（３２）および前記タービン部（３８）をバイパスさせて流す第２の排気ガス流路（４４）とを有する。
【００１１】
この構成によれば、排気タービン発電機（３６）は、ブローダウン流れによる高温高圧のエネルギーが高い排気ガスだけによって駆動されることになり、スカベンジング流れによる排気ガスに起因するタービン仕事の効率の低下を招くことなく高い効率をもって回生発電を行う。
【００１２】
しかも、高温高圧の排気エネルギーは一旦排気レシーバ（３２）に蓄えられ、排気レシーバ（３２）において平滑化された脈動がない排気エネルギーが排気タービン発電機（３６）に供給されるので、内燃機関（１０）の１サイクルにおけるブローダウン流れの発生期間が短くても、脈動がなく安定した排気エネルギーによって排気タービン発電機（３６）が駆動され、安定した効率よい回生発電が行われる。
【００１３】
排気タービン発電機（３６）の駆動に有用でないスカベンジング流れによる排気ガスは排気レシーバ（３２）およびタービン部（３８）を経由することなく流れるので、内燃機関（１０）の排気流路の背圧上昇が抑えられ、エンジン性能が改善される。
【００１４】
本発明による排気タービン発電システムは、好ましくは、更に、前記排気レシーバ（３２）の内圧が所定値未満の状態の時には前記排気レシーバ（３２）と前記タービン部（３８）との連通を遮断し、前記内圧が所定値以上の状態の時には前記排気レシーバ（３２）と前記タービン部（３８）との連通を確立する第１の弁（４６）を有する。
【００１５】
この構成によれば、第１の弁（４６）の開閉によって排気レシーバ（３２）に所定値以上の排気エネルギーが溜まっている状態の時しか排気レシーバ（３２）からタービン部（３８）に排気エネルギーを供給されないから、タービン仕事の効率が悪い状態でタービン部（３８）が駆動されることがなく、間欠的であっても、タービン仕事の効率が良い状態でのみタービン部（３８）が駆動され、回生発電が効率よく行われる。
【００１６】
本発明による排気タービン発電システムは、好ましくは、更に、前記排気タービン発電機（３６）の運転条件に応じて前記タービン部（３８）より上流側の前記第１の排気ガス流路（３０、３４）と前記第２の排気ガス流路（４４）とを選択的に接続する第２の弁（５０）を有する。
【００１７】
この構成によれば、排気タービン発電機（３６）による回生発電を行う必要がない時には、第２の弁（５０）が開弁することにより、ブローダウン流れによる排気ガスも第２の排気ガス流路（４４）を通って触媒コンバータ（４２）に直接に流れる。これにより、排気タービン発電機（３６）による回生発電を行う必要がない場合には、内燃機関（１０）の排気流路の背圧上昇が更に抑えられ、エンジン性能が改善される。
【００１８】
本発明による排気タービン発電システムは、好ましくは、排気行程において前記ピストン（１４）が下死点近傍にある期間に前記燃焼室より排出される排気ガスを第１の排気ガス流路（３０、３４）に流し、前記ピストンが下死点近傍から上死点近傍に移動する期間に前記燃焼室より排出される排気ガスを前記第２の排気ガス流路（４４）に流す。
【００１９】
この構成によれば、ブローダウン流れによる排気ガスはタービン部（３８）に供給され、スカベンジング流れによる排気ガスは、排気レシーバ（３２）およびタービン部（３８）を経由することなく流れる。
【００２０】
本発明による排気タービン発電システムは、好ましくは、前記内燃機関（１０）は、個別のクランク角タイミングで個別の排気ポートを開閉する第１の排気弁（ＥＸ１）と第２の排気弁（ＥＸ２）とを有し、前記第１の排気弁（ＥＸ１）は排気行程開始のクランク角（θ１）から所定のクランク角進んだクランク角（θ２）までの所定のクランク角範囲（θＡ）に亘って開弁し、前記第２の排気弁（ＥＸ２）は排気行程開始のクランク角（θ１）から所定のクランク角進んだクランク角（θ３）から排気行程のクランク角（θ４）までの所定のクランク角範囲（θＢ）に亘って開弁する。
【００２１】
この構成によれば、第１の排気弁（ＥＸ１）および第２の排気弁（ＥＸ２）の開閉タイミングによって、ブローダウン流れによる排気ガスは第１の排気弁（ＥＸ１）側からタービン部（３８）に供給され、スカベンジング流れによる排気ガスは、第２の排気弁（ＥＸ２）側から排気レシーバ（３２）およびタービン部（３８）を経由することなく流れる。
【００２２】
本発明による排気タービン発電システムは、好ましくは、更に、前記内燃機関（１０）のクランク角に応じて前記内燃機関の排気ポート（２２）を前記第１の排気ガス流路（３０、３４）と第２の排気ガス流路（４４）とに選択的に接続する第３の弁（６６）を有する。
【００２３】
この構成によれば、第３の弁（６６）による流路切換作用により、ブローダウン流れによる排気ガスはタービン部（３８）に供給され、スカベンジング流れによる排気ガスは、排気レシーバ（３２）およびタービン部（３８）を経由することなく流れる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明による排気タービン発電システムによれば、スカベンジング流れの排気ガスに起因する排気タービン発電機のタービン仕事の効率の低下が回避され、しかも安定した高い排気エネルギーによって排気タービン発電機のタービン部が駆動され、安定した電力回生が行われる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明による排気タービン発電システムの実施形態１を示すブロック図。
【図２】本発明による排気タービン発電システムに用いられる内燃機関の要部を示す斜視図。
【図３】本発明による排気タービン発電システムにおける内燃機関の排気弁の開閉タイミングを示すグラフ。
【図４】４サイクル内燃機関のＰＶ特性を示すグラフ。
【図５】本発明による排気タービン発電システムの実施形態２を示すブロック図。
【図６】本発明による排気タービン発電システムの実施形態３を示すブロック図。
【図７】本発明による排気タービン発電システムの実施形態４を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（実施形態１）
本発明による排気タービン発電システムの実施形態１を、図１、図２を参照して説明する。
【００２７】
本実施形態の排気タービン発電システムに用いられる内燃機関１０は、４サイクル多気筒内燃機関（図では１気筒のみ示す）であり、気筒毎にシリンダボア１２を有する。シリンダボア１２内にはピストン１４が上下方向に往復動可能に設けられている。内燃機関１０は、ピストン１４の上側に燃焼室１６を画成し、気筒毎に、２個の吸気ポート１８および各吸気ポート１８を開閉する吸気弁２０と、２個の排気ポート２２および各排気ポート２２を開閉する排気弁２４とを有する。
【００２８】
なお、これより以降、２個の排気弁２４のうち、一方の排気弁２４を第１排気弁ＥＸ１、他方の排気弁２４を第２排気弁ＥＸ２と区別して云うことがある。
【００２９】
第１排気弁ＥＸ１側の排気ポート２２は排気管３０によって排気レシーバ３２の入口に接続されている。排気レシーバ３２は、排気エネルギーを蓄える圧力容器であり、内燃機関１０の排気容量にほぼ等しい内容積を有している。排気レシーバ３２の出口は排気管３４によって排気タービン発電機３６のタービン部３８の入口に接続されている。このようにして排気管３０と３４とにより第１の排気ガス流路が構成される。タービン部３８の出口は排気管４０によって排気ガス浄化用の触媒コンバータ４２に接続されている。排気タービン発電機３６は、タービン部３８の回転によって発電を行う発電装置３７を有する。
【００３０】
第２排気弁ＥＸ２側の排気ポート２２は排気管４４によって排気レシーバ３２およびタービン部３８を経由することなく触媒コンバータ４２に直接に接続されている。このようにして排気管４４が第２の排気ガス流路を構成する。
【００３１】
排気管３４の途中には第１電磁弁（第１の弁）４６が設けられている。第１電磁弁４６は、閉弁によって排気レシーバ３２とタービン部３８との連通を遮断し、開弁によって排気レシーバ３２とタービン部３８との連通を確立する。なお、第１電磁弁４６は排気レシーバ３２の出口に設けられてよい。
【００３２】
排気管３０と排気管４４とを互いに接続するもう一つの排気管４８が設けられている。排気管４８の途中には第２電磁弁（第２の弁）５０が設けられている。第２電磁弁５０は、閉弁によって排気管４８の連通を遮断し、開弁によって排気管４８の連通を確立する。
【００３３】
第１排気弁ＥＸ１と第２排気弁ＥＸ２とは、公知の動弁機構によって各々個別のクランク角タイミングで開閉する。第１排気弁ＥＸ１は、図３に符号Ｄによって示されているように、排気行程開始のクランク角θ１から所定のクランク角進んだクランク角θ２までの所定のクランク角範囲θＡに亘って開弁し、それ以外のクランク角範囲では閉弁する。第２排気弁ＥＸ２は、図３に符号Ｓによって示されているように、排気行程開始のクランク角θ１から所定のクランク角進んだクランク角θ３から排気行程終了のクランク角θ４までの所定のクランク角範囲θＢに亘って開弁し、それ以外のクランク角範囲では閉弁する。
【００３４】
排気行程開始のクランク角θ１はピストン１４が下死点ＢＤＣ近傍に位置するクランク角であり、排気行程終了のクランク角θ４はピストン１４が上死点ＴＤＣ近傍に位置するクランク角である。これにより、ピストン１４が下死点近傍にある期間（クランク角範囲θＡ）には、排気ガスは燃焼室１６より第１排気弁ＥＸ１の開弁によって排気管３０を通って排気レシーバ３２のみへ流れる。これに対し、ピストン１４が下死点ＢＤＣ近傍から上死点ＴＤＣ近傍に移動する期間（クランク角範囲θＢ）には、排気ガスは燃焼室１６より第２排気弁ＥＸ２の開弁によって排気管４４を通って排気レシーバ３２およびタービン部３８へ流れることなく触媒コンバータ４２へ流れる。
【００３５】
クランク角範囲θＡは、図４に示されているＰＶ特性図の区間Ａに相当し、燃焼室１６内のガス膨張によるガス圧力によって燃焼室１６より高温高圧の排気ガスが音速に近い速度で排出されるブローダウン流れの期間である。クランク角範囲θＢは、図４に示されているＰＶ特性図の区間Ｂに相当し、ピストン１４の下死点ＢＤＣから上死点ＴＤＣへのストローク移動によって燃焼室１６より低圧の排気ガスが排出されるスカベンジング流れの期間である。
【００３６】
これにより、ブローダウン流れによる高温高圧の排気ガスだけが排気レシーバ３２を介してタービン部３８へ流れ、スカベンジング流れによる低温低圧の排気ガスは排気レシーバ３２およびタービン部３８へ流れることなく触媒コンバータ４２に直接に流れる。なお、ブローダウン流れのクランク角範囲θＡはスカベンジング流れのクランク角範囲θＢより小さいので、クランク角範囲θＡ内で所要の排気流量を確保すべく、第１排気弁ＥＸ１のリフト量は、図３に示されているように、第２排気弁ＥＸ２のリフト量より大きい。
【００３７】
排気タービン発電機３６の発電装置３７はタービン部３８のタービン（不図示）が排気エネルギーによって回転駆動されることにより発電を行う。換言すると、排気タービン発電機３６は、排気エネルギーを電気エネルギーに変換する回生発電を行う。発電装置３７が発電した電気（電力）は、インバータ５２によって所定の直流電圧に調整され、電気スイッチ５４の切替動作によって車載の電気負荷５６およびバッテリ５８に選択的に供給される。車載の電気負荷５６としては、ハイブリット車の場合には走行車輪駆動用の電動モータが挙げられる。バッテリ５８は、再充電可能な２次電池であり、発電装置３７が発電した電気を充電し、電気負荷５６等の電源として機能する。なお、電気負荷５６は、電気スイッチ５４の切替動作によってインバータ５２からの給電とバッテリ５８からの給電とを選択できる。
【００３８】
第１電磁弁４６と第２電磁弁５０とインバータ５２と電気スイッチ５４とは、各々コントローラ６０によって制御される。コントローラ６０は、電子制御式のものであり、排気レシーバ３２に設けられた圧力センサ６２より排気レシーバ３２の内圧に関する情報を、バッテリ５８に設けられたバッテリ管理部６４よりバッテリ残量やバッテリ電圧等のバッテリ状態に関する情報を入力すると共に、電気負荷５６に関する情報や排気タービン発電機３６の運転条件に関する情報や内燃機関１０の運転状態に関する情報等を入力する。
【００３９】
コントローラ６０は、圧力センサ６２より検出される排気レシーバ３２の内圧が所定値未満の状態の時には第１電磁弁４６を閉弁し、当該内圧が所定値以上の状態の時には第１電磁弁４６を開弁する制御をする。また、コントローラ６０は、排気タービン発電機３６の運転条件に基づいて排気タービン発電機３６を運転する必要がある場合には第２電磁弁５０を閉弁し、排気タービン発電機３６を運転する必要がない場合には第２電磁弁５０を開弁する制御をする。また、コントローラ６０は、内燃機関１０の運転状態に関する情報や電気負荷５６に関する情報やバッテリ状態に関する情報に基づいてインバータ５２の動作および電気スイッチ５４を切り替える制御を行う。
【００４０】
上述の構成によれば、ブローダウン流れによる高温高圧の排気ガスだけが排気レシーバ３２に供給される。圧力センサ６２より検出される排気レシーバ３２の内圧が所定値未満の状態の時には、第１電磁弁４６が閉弁しているので、ブローダウン流れによる排気ガスの圧力（排気エネルギー）が排気レシーバ３２に蓄えられる。排気レシーバ３２の内圧が所定値以上になると、つまり、排気レシーバ３２に所定値以上の排気エネルギーが溜まると、第１電磁弁４６が開弁し、排気レシーバ３２から排気ガスがタービン部３８に供給される。
【００４１】
これにより、タービン部３８のタービンがブローダウン流れによる排気エネルギーが高い排気ガスだけによって回転駆動され、スカベンジング流れの排気ガスに起因するタービン仕事の効率の低下を招くことなく高い効率をもって排気タービン発電機３６が回生発電を行う。
【００４２】
しかも、ブローダウン流れによる排気エネルギーは一旦排気レシーバ３２に蓄えられ、排気レシーバ３２において平滑化された脈動がない排気エネルギーがタービン部３８に供給されるので、内燃機関１０の１サイクルにおけるブローダウン流れの期間が短くても、脈動がない安定した高い排気エネルギーによってタービン部３８が駆動され、脈動しない回生発電が効率よく行われる。
【００４３】
この排気ガス圧力の平滑化に必要な排気ガス容量は、内燃機関１０の排気容量程度でよい。このことに対して排気レシーバ３２が内燃機関１０の排気容量にほぼ等しい内容積を有していることにより、排気レシーバ３２が排気エネルギーを溜めることが過不足なく行われる。これにより、排気レシーバ３２による応答性の悪化が最小限に抑えられる。
【００４４】
また、第１電磁弁４６の開閉によって排気レシーバ３２に所定値以上の排気エネルギーが溜まっている状態の時しか排気レシーバ３２からタービン部３８に排気エネルギーを供給されないから、タービン仕事の効率が悪い状態でタービン部３８が駆動されることがなく、タービン仕事の効率が良い状態でタービン部３８が駆動され、回生発電が効率よく行われる。
【００４５】
排気タービン発電機３６のタービン駆動に有用でないスカベンジング流れによる低圧の排気ガスは、タービン部３８を経由することなく、触媒コンバータ４２に直接に流れるので、排気ガスの流れ抵抗がタービン部３８を経由する場合より低く、内燃機関１０の排気流路の背圧上昇が抑えられる。これにより、内燃機関１０のポンピングロスが低減し、エンジン性能が改善される。また、スカベンジング流れの排気ガスは排気レシーバ３２およびタービン部３８を経由することなく、触媒コンバータ４２に直接に流れることにより、当該気ガスの温度低下が抑えられ、触媒コンバータ４２の暖気促進および触媒温度保持の効果も得られる。
【００４６】
排気タービン発電機３６による回生発電を行う必要がない時には、第２電磁弁５０が開弁する。第２電磁弁５０が開弁することにより、ブローダウン流れによる排気ガスも排気管４８、４４を通って排気ガスは排気レシーバ３２およびタービン部３８を経由することなく触媒コンバータ４２に直接に流れる。これにより、排気タービン発電機３６による回生発電を行う必要がない場合には、内燃機関１０の排気流路の背圧上昇が更に抑えられ、エンジン性能が更に改善される。
【００４７】
なおブローダウン流れによる排気ガスは、第２電磁弁５０が開弁するだけで、流路抵抗差によりタービン部３８へ流れずに排気管４８、４４を通って触媒コンバータ４２に流れるが、この流れをより確実にしたいならば、第１電磁弁４６を閉弁すればよい。
【００４８】
（実施形態２）
本発明による排気タービン発電システムの実施形態２を、図５を参照して説明する。なお、図５において、図１に対応する部分は、図１に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
【００４９】
実施形態２では、タービン部３８と同一軸上に、モータジェネレータ７０とコンプレッサ部７２とを有する回生発電機能付きの電動アシストターボチャージ（過給機）７４が設けられている。モータジェネレータ７０は、電動機と排気タービン発電機とを兼ねたものである。
【００５０】
実施形態２では、ターボラグが生じる運転領域では、モータジェネレータ７０を電動機として動作させてコンプレッサ部７２を駆動することにより、ターボラグの発生を回避でき、その他の運転領域では、モータジェネレータ７０を排気タービン発電機として動作させ、タービン部３８によるコンプレッサ部７２の駆動に必要以上の過剰の駆動力によって回生発電を行う。
【００５１】
実施形態２でも、タービン部３８には排気レシーバ３２に蓄えられたブローダウン流れによる排気ガスだけが供給される。これにより、スカベンジング流れの排気ガスに起因するモータジェネレータ７０のタービン仕事の効率の低下が回避される。しかも、排気レシーバ３２にブローダウン流れによる排気ガスが蓄えられ、脈動がない排気ガスが排気レシーバ３２よりタービン部３８に供給されるので、内燃機関１０の１サイクルにおけるブローダウン流れの期間が短くても、脈動がない安定した高い排気エネルギーによって排気タービンが駆動され、安定した過給作用と回生発電とが効率よく行われる。
【００５２】
（実施形態３）
本発明による排気タービン発電システムの実施形態３を、図６を参照して説明する。なお、図６においても、図１に対応する部分は、図１に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
【００５３】
実施形態３では、車載の電気負荷の一つとして電動機７８によってコンプレッサ部７２を駆動する電動ターボチャージャー（過給機）８０が設けられている。電動機７８は、電気スイッチ５４の切替動作によってインバータ５２からの給電とバッテリ５８からの給電とを選択できる。実施形態３でも、排気タービン発電機３６による回生発電、触媒コンバータ４２の暖気促進および触媒温度保持については、実施形態１と同等の効果が得られる。
【００５４】
（実施形態４）
本発明による排気タービン発電システムの実施形態４を、図７を参照して説明する。なお、図７においても、図１に対応する部分は、図１に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
【００５５】
実施形態４では、内燃機関１０は、一つの気筒において排気ポート２２および排気弁２４が一つしかない内燃機関である。排気ポート２２は電磁切換弁（第３の弁）６６に接続されている。
【００５６】
電磁切換弁６６は、通電時には排気ポート２２を排気管３０（第１の排気ガス流路側）に接続し、非通電時には排気ポート２２を排気管４４（第２の排気ガス流路側）に接続する。
【００５７】
コントローラ６０は、クランク角センサ６８より内燃機関１０のクランク角に関する情報を入力し、クランク角に応じて電磁切換弁６６に対する通電を制御する。この通電制御は、排気行程開始のクランク角θ１から所定のクランク角進んだクランク角θ２までの所定のクランク角範囲θＡに亘って電磁切換弁６６に対して通電を行い、排気行程開始のクランク角θ１から所定のクランク角進んだクランク角θ３から排気行程終了のクランク角θ４までの所定のクランク角範囲θＢに亘って電磁切換弁６６に対する通電を停止する。
【００５８】
これにより、実施形態４でも、ブローダウン流れによる高温高圧の排気ガスだけが排気レシーバ３２を介してタービン部３８へ流れ、スカベンジング流れによる低温低圧の排気ガスは排気レシーバ３２およびタービン部３８へ流れることなく触媒コンバータ４２に直接に流れる。
【００５９】
これにより、実施形態４でも、排気タービン発電機３６による回生発電、触媒コンバータ４２の暖気促進および触媒温度保持については、実施形態１と同等の効果が得られる。
【００６０】
以上、本発明を、その好適な実施形態について説明したが、当業者であれば容易に理解できるように、本発明はこのような実施形態により限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。たとえば、実施形態４において、ツイン排気ポート型の内燃機関を使用し、２個の排気ポートの双方を電磁切換弁６６に接続する構造とすることもできる。上述の実施形態では、クランク角θ３がクランク角θ２より少し小さい設定になっていることにより、区間Ａと区間Ｂとがオーバラップする区間があるが、これは必須でなく、クランク角θ３＝クランク角θ２であってもよい。
【００６１】
また、動弁機構として、可変バルブタイミング・リフト機構が用いられる場合、第１排気弁ＥＸ１のブローダウン流れのためのカムと第２排気弁ＥＸ２のスカベンジング流れのためのカムとを使用する第１の状態と、これらよりバルブリフト量が大きく、第１排気弁ＥＸ１と第２排気弁ＥＸ２とをほぼ同じクランク角タイミングで開閉するカムを使用する第２の状態とに内燃機関１０の運転状態に応じて切り換えることができるように構成することもできる。
【００６２】
この場合には、高回転高負荷の運転域以外では、第１の状態に切り換え、第１排気弁ＥＸ１と第２排気弁ＥＸ２とを図３に符号Ｄと符号Ｓとによって示されているバルブタイミングとリフト量によって開閉し、高回転高負荷の運転域では、第２の状態に切り換え、図３に符号Ｈによって示されているように、第１排気弁ＥＸ１と第２排気弁ＥＸ２とをほぼ同じクランク角タイミングで、且つ高回転高負荷の運転域以外の時よりも大きいバルブリフト量で開閉してよい。高回転高負荷の運転域では第１排気弁ＥＸ１と第２排気弁ＥＸ２との双方が大きいバルブリフト量で開弁することにより、排圧上昇が抑えられ、排圧上昇による内燃機関１０の出力低下を防止することができる。
【００６３】
また、上記実施形態に示した構成要素は必ずしも全てが必須なものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１０    内燃機関
１４    ピストン
１６    燃焼室
２２    排気ポート
２４    排気弁
ＥＸ１  第１排気弁
ＥＸ２  第２排気弁
３０    排気管（第１の排気ガス流路）
３２    排気レシーバ
３４    排気管（第１の排気ガス流路）
３６    排気タービン発電機
３８    タービン部
４０    排気管
４２    触媒コンバータ
４４    排気管（第２の排気ガス流路）
４６    第１電磁弁
４８    排気管
５０    第２電磁弁
５２    インバータ
５４    電気スイッチ
５６    電気負荷
５８    バッテリ
６０    コントローラ
６２    圧力センサ
６４    バッテリ管理部
６６    電磁切換弁
６８    クランク角センサ
７０    モータジェネレータ
７２    コンプレッサ部
７４    電動アシストターボチャージ
７８    電動機
８０    電動ターボチャージ
【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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【図７】
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