(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン（２）の燃焼室（２２）から排出される排気が流れるとともに、排気浄化触媒（５）が配置されるメイン排気通路（７１）と、
前記メイン排気通路とは別に設けられ、前記燃焼室から排出される排気を前記メイン排気通路における前記排気浄化触媒よりも上流側の部分に導くサブ排気通路（７２）と、
前記メイン排気通路に配置されるタービンホイール（３１）、及び前記タービンホイールの回転に基づき前記エンジンに吸入される吸入空気を過給するコンプレッサホイール（３０）を有する過給機（３）と、
前記サブ排気通路に配置される排気エネルギ回収装置（６）と、
前記サブ排気通路を流れる排気の流量を調整する流量調整部（２７）と、
前記エンジンの負荷状態を検出する負荷状態検出部（１１，１４）と、
前記流量調整部を制御する制御部（１０）と、を備え、
前記制御部は、
前記エンジンが高負荷状態である場合には、前記エンジンが低負荷状態である場合と比較して、前記サブ排気通路を流れる排気の流量が増加するように前記流量調整部を制御し、
前記サブ排気通路には、
その通路面積が拡大された放熱部（７２０ａ）が形成されている
車両のエンジンシステム。
【請求項２】
前記サブ排気通路における前記メイン排気通路との接続部分には、絞り機構（７）が設けられている
請求項１に記載の車両のエンジンシステム。
【請求項３】
エンジン（２）の燃焼室（２２）から排出される排気が流れるとともに、排気浄化触媒（５）が配置されるメイン排気通路（７１）と、
前記メイン排気通路とは別に設けられ、前記燃焼室から排出される排気を前記メイン排気通路における前記排気浄化触媒よりも上流側の部分に導くサブ排気通路（７２）と、
前記メイン排気通路に配置されるタービンホイール（３１）、及び前記タービンホイールの回転に基づき前記エンジンに吸入される吸入空気を過給するコンプレッサホイール（３０）を有する過給機（３）と、
前記サブ排気通路に配置される排気エネルギ回収装置（６）と、
前記サブ排気通路を流れる排気の流量を調整する流量調整部（２７）と、
前記エンジンの負荷状態を検出する負荷状態検出部（１１，１４）と、
前記流量調整部を制御する制御部（１０）と、を備え、
前記制御部は、
前記エンジンが高負荷状態である場合には、前記エンジンが低負荷状態である場合と比較して、前記サブ排気通路を流れる排気の流量が増加するように前記流量調整部を制御し、
前記サブ排気通路における前記メイン排気通路との接続部分には、絞り機構（７）が設けられている
車両のエンジンシステム。
【請求項４】
前記絞り機構は、その絞り量を変更可能な可変絞り機構であり、
前記制御部は、
前記排気エネルギ回収装置の駆動状態を示すパラメータに基づいて、前記絞り機構の絞り量を変更する
請求項２又は３に記載の車両のエンジンシステム。
【請求項５】
前記排気エネルギ回収装置は、
前記サブ排気通路の排気の流れに基づいて発電する発電機（６０）と、
前記発電機により発電された電力を充電するバッテリ（６２）と、
前記バッテリの充電状態を検出する充電状態検出部（６３）と、を有し、
前記制御部は、
前記バッテリの充電状態に基づいて、前記絞り機構の絞り量を変更する
請求項４に記載の車両のエンジンシステム。
【請求項６】
前記制御部は、
前記エンジンが低負荷状態である場合には、前記エンジンから排出される排気が前記メイン排気通路のみを流れるように前記流量調整部を制御し、
前記エンジンが高負荷状態である場合には、前記エンジンから排出される排気が前記メイン排気通路及び前記サブ排気通路を流れるように前記流量調整部を制御する
請求項１〜５のいずれか一項に記載の車両のエンジンシステム。
【請求項７】
車両の運転状態を検出する運転状態検出部（１６）を更に備え、
前記制御部は、
前記車両の運転状態に基づいて、前記エンジンの高負荷状態が継続されるか否かを判断し、
前記エンジンの高負荷状態が継続されると判断される場合には、前記エンジンが低負荷状態である場合と比較して、前記サブ排気通路を流れる排気の流量が増加するように前記流量調整部を制御する
請求項１〜６のいずれか一項に記載の車両のエンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両のエンジンシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に記載の車両のエンジンシステムがある。特許文献１に記載のエンジンシステムは、過給機と、発電機とを備えている。過給機は、排気エネルギにより回転駆動するタービン側インペラと、タービン側インペラに対して回転軸を介して連結されて空気を圧縮するコンプレッサ側インペラとを備えている。発電機は、過給機の回転軸に固定されるロータと、その周囲に配置されるステータとを有している。発電機は、エンジンの出力を制限する場合に、過給機の回転軸の回転に基づいて発電する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−８３２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載のエンジンシステムでは、エンジン出力の制限領域において発電機が駆動すると、排気通路におけるタービン側インペラの上流側の排気圧、すなわちエンジンの背圧が上昇する。このような背圧の上昇はエンジンの出力損失を増大させる要因となる。
【０００５】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、エンジンの出力効率の低下を抑制することのできる車両のエンジンシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、車両のエンジンシステムは、メイン排気通路（７１）と、サブ排気通路（７２）と、過給機（３）と、排気エネルギ回収装置（６）と、流量調整部（２７）と、負荷状態検出部（１１，１４）と、制御部（１０）とを備える。メイン排気通路には、エンジン（２）の燃焼室（２２）から排出される排気が流れるとともに、排気浄化触媒（５）が配置されている。サブ排気通路は、メイン排気通路とは別に設けられ、燃焼室から排出される排気をメイン排気通路における排気浄化触媒よりも上流側の部分に導く。過給機は、メイン排気通路に配置されるタービンホイール（３１）、及びタービンホイールの回転に基づきエンジンに吸入される吸入空気を圧縮するコンプレッサホイール（３０）を有する。排気エネルギ回収装置は、サブ排気通路に配置されている。流量調整部は、サブ排気通路を流れる排気の流量を調整する。負荷状態検出部は、エンジンの負荷状態を検出する。制御部は、エンジンが高負荷状態である場合には、エンジンが低負荷状態である場合と比較して、サブ排気通路を流れる排気の流量が増加するように流量調整部を制御する。サブ排気通路には、その通路面積が拡大された放熱部（７２０ａ）が形成されている。
また、上記課題を解決するために、車両のエンジンシステムは、メイン排気通路（７１）と、サブ排気通路（７２）と、過給機（３）と、排気エネルギ回収装置（６）と、流量調整部（２７）と、負荷状態検出部（１１，１４）と、制御部（１０）とを備える。メイン排気通路には、エンジン（２）の燃焼室（２２）から排出される排気が流れるとともに、排気浄化触媒（５）が配置されている。サブ排気通路は、メイン排気通路とは別に設けられ、燃焼室から排出される排気をメイン排気通路における排気浄化触媒よりも上流側の部分に導く。過給機は、メイン排気通路に配置されるタービンホイール（３１）、及びタービンホイールの回転に基づきエンジンに吸入される吸入空気を圧縮するコンプレッサホイール（３０）を有する。排気エネルギ回収装置は、サブ排気通路に配置されている。流量調整部は、サブ排気通路を流れる排気の流量を調整する。負荷状態検出部は、エンジンの負荷状態を検出する。制御部は、エンジンが高負荷状態である場合には、エンジンが低負荷状態である場合と比較して、サブ排気通路を流れる排気の流量が増加するように流量調整部を制御する。サブ排気通路におけるメイン排気通路との接続部分には、絞り機構（７）が設けられている。
【０００７】
この構成によれば、エンジンが高負荷状態である場合には、低負荷状態である場合と比較すると、排気通路の通路容積が拡大する。これにより、エンジンが高負荷状態である状況でエンジンの背圧の上昇を抑制することができるため、エンジンの出力効率の低下を抑制することができる。
【０００８】
なお、上記手段、及び特許請求の範囲に記載の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、エンジンの出力効率の低下を抑制することのできる車両のエンジンシステムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施形態のエンジンシステムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、実施形態のエンジンシステムにより実行される処理の手順を示すフローチャートである。
【図３】図３は、エンジンの回転速度と出力トルクとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、エンジンシステムの一実施形態について説明する。
図１に示されるように、本実施形態のエンジンシステム１は、多気筒エンジン２と、排気タービン式過給機３と、スロットルバルブ４と、排気浄化触媒５と、排気エネルギ回収装置６と、絞り機構７とを備えている。
【００１２】
エンジン２は、図示しないシリンダブロックと、シリンダブロックの上部に一体的に組み付けられたシリンダヘッド２０とを備えている。エンジン２には、複数の燃焼室２２と、吸気マニホールド２３と、複数の燃料噴射弁２４と、クランクシャフト２５とが設けられている。
【００１３】
吸気マニホールド２３は、複数の燃焼室２２にそれぞれ接続される複数の分岐部２３０と、複数の分岐部２３０が集合する集合部２３１とを有している。集合部２３１は、吸気通路７０に接続されている。吸気通路７０は、車両外部の空気をエンジン２に導く通路である。吸気通路７０から吸気マニホールド２３の集合部２３１に供給された空気は、吸気マニホールド２３の分岐部２３０を介して各燃焼室２２に供給される。吸気通路７０には、その上流から下流に向かって過給機３のコンプレッサホイール３０、及びスロットルバルブ４が順に設けられている。スロットルバルブ４は、その開度の調整により、吸気通路７０を通過する空気の流量、すなわちエンジン２に供給される吸入空気量を調整する。
【００１４】
複数の燃料噴射弁２４は、複数の燃焼室２２にそれぞれ配置されている。各燃料噴射弁２４は、燃焼室２２に供給される空気の量に対応した量の燃料を燃焼室２２内に噴射する。この燃料が燃焼室２２内で燃焼してエンジン２が駆動することにより、エンジン２の出力軸であるクランクシャフト２５が回転する。
【００１５】
シリンダヘッド２０には、排気マニホールド２６と、流量調整弁２７と、排気通路７２０とが設けられている。
【００１６】
排気マニホールド２６は、複数の燃焼室２２にそれぞれ接続される複数の分岐部２６０と、複数の分岐部２６０が集合する集合部２６１とを有している。集合部２６１は、シリンダヘッド２０内の排気通路２６２を介してシリンダヘッド２０の外部の排気通路７１０に連通されている。よって、各燃焼室２２から排出される排気は排気マニホールド２６の集合部２６１に集められた後、排気通路２６２を介して排気通路７１０へと流れる。排気通路７１０には、その上流から下流に向かって順に過給機３のタービンホイール３１、及び排気浄化触媒５が順に配置されている。本実施形態では、排気マニホールド２６、及び排気通路７１０によりメイン排気通路７１が構成されている。
【００１７】
排気通路７２０の上流側の部分は、排気マニホールド２６の集合部２６１に連通されている。排気通路７２０の途中には、その通路面積が拡大された放熱部７２０ａが形成されている。排気通路７２０の下流側の部分は、シリンダヘッド２０の外部の排気通路７２１に連通されている。排気通路７２１の下流側の部分は、メイン排気通路７１における過給機３のタービンホイール３１よりも下流側であって、且つ排気浄化触媒５よりも上流側に接続されている。よって、排気マニホールド２６の集合部２６１に集められた排気の一部は、排気通路７２０及び排気通路７２１を介してメイン排気通路７１へと流入する。本実施形態では、排気通路７２０及び排気通路７２１により、メイン排気通路７１とは別に設けられるサブ排気通路７２が構成されている。また、メイン排気通路７１及びサブ排気通路７２により、エンジン２の燃焼室２２から排出される排気を排気浄化触媒５に導く排気通路８が構成されている。
【００１８】
流量調整弁２７は、排気通路７２０における放熱部７２０ａよりも上流側の部分に配置されている。流量調整弁２７は、その開度の調整により、サブ排気通路７２を流れる排気の流量を調整する流量調整部として機能する。流量調整弁２７が全開状態である場合、サブ排気通路７２は全開状態となるため、エンジン２の燃焼室２２から排出される排気はメイン排気通路７１及びサブ排気通路７２を流れる。流量調整弁２７が全閉状態である場合、サブ排気通路７２は全閉状態となるため、エンジン２の燃焼室２２から排出される排気はメイン排気通路７１のみを流れる。
【００１９】
過給機３は、吸気通路７０に配置されるコンプレッサホイール３０と、メイン排気通路７１に配置されるタービンホイール３１とを備えている。過給機３では、メイン排気通路７１を流れる排気がタービンホイール３１を通過すると、タービンホイール３１が回転する。このタービンホイール３１の回転に併せてコンプレッサホイール３０が回転することにより、吸気通路７０から燃焼室２２に供給される空気が過給される。このような過給機３により空気が過給されるエンジン２では、エンジン２の回転速度の上昇に伴い燃焼室２２に供給される空気及び燃焼室２２から排出される排気の流量が多くなるほど、過給圧が上昇する。
【００２０】
排気浄化触媒５は、メイン排気通路７１を流れる排気を浄化する。排気浄化触媒５は、例えばセラミック材からなる角柱状の部材であるモノリス担体に触媒物質が担持された構造からなる。
【００２１】
排気エネルギ回収装置６は、サブ排気通路７２の排気の流れを利用して発電することにより、排気エネルギを電気エネルギとして回収する装置である。排気エネルギ回収装置６は、発電機６０と、電力変換器６１と、バッテリ６２と、バッテリ制御部６３とを有している。
【００２２】
発電機６０は、排気通路７２１に配置されるタービン６００を有している。タービン６００は、例えば軸流式のタービンからなり、排気通路７２１の排気の流れに基づいて回転する。このタービン６００の回転に基づいて発電機６０が発電する。発電機６０により発電された電力は、電力変換器６１によりバッテリ６２の充電に適した直流電力に変換された後、この変換された直流電力がバッテリ６２に充電される。バッテリ６２に充電された電力は、車両に搭載された各種電子機器に供給される。
【００２３】
バッテリ制御部６３は、バッテリ６２の充電状態を示すＳＯＣ（state of charge）値を常時監視しつつ、バッテリ６２の充電及び放電を制御する。ＳＯＣ値は、完全放電状態を０％と定義し、満充電状態を１００％と定義した上で、バッテリ６２の充電状態を０％から１００％の範囲で数値化したものである。バッテリ制御部６３は、バッテリ６２の放電量に基づいて、バッテリ６２の電力消費量を常時監視している。本実施形態では、バッテリ制御部６３が、バッテリ６２の充電状態を検出する充電状態検出部に相当する。
【００２４】
絞り機構７は、サブ排気通路７２におけるメイン排気通路７１との接続部分に設けられている。絞り機構７は、その絞り量を変更することの可能な可変絞り機構からなる。絞り機構７は、サブ排気通路７２の通路面積を部分的に狭めることで、ベンチュリ効果により排気を減圧させる。これにより、サブ排気通路７２内の排気圧と、メイン排気通路７１内の排気圧との差を大きくさせることができるため、サブ排気通路７２からメイン排気通路７１に吸い出される排気の流量が増加する。すなわち、サブ排気通路７２を流れる排気の流量が増加する。また、絞り機構７の絞り量を変更することにより、サブ排気通路７２を流れる排気の流量を調整することが可能である。
【００２５】
エンジンシステム１は、エンジン２の各種制御を行うＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０を備えている。本実施形態では、ＥＣＵ１０が制御部に相当する。ＥＣＵ１０は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、及び出力ポート等を有するマイクロコンピュータを中心に構成されている。ＣＰＵは、エンジン２の各種制御に係る演算処理を実行する。ＲＯＭには、エンジン２の各種制御に必要なプログラムやデータが記憶されている。ＲＡＭには、ＣＰＵの演算結果等が一時的に記憶される。入力ポート及び出力ポートは、外部機器との間で信号を入力及び出力するためのものである。
【００２６】
ＥＣＵ１０の入力ポートには、エアフロメータ１１、圧力センサ１２、スロットルポジションセンサ１３、エンジン回転速度センサ１４、温度センサ１５、差圧センサ１６、及びアクセルポジションセンサ１７が接続されている。
【００２７】
エアフロメータ１１は、吸気通路７０を通過する空気の量を検出するとともに、検出された空気の量に応じた検出信号をＥＣＵ１０に出力する。
【００２８】
圧力センサ１２は、吸気通路７０におけるスロットルバルブ４の上流側であって、且つコンプレッサホイール３０の下流側の空気圧を検出するとともに、検出された空気圧に応じた検出信号をＥＣＵ１０に出力する。
【００２９】
スロットルポジションセンサ１３は、スロットルバルブ４の開度であるスロットル開度を検出するとともに、検出されたスロットル開度に応じた検出信号をＥＣＵ１０に出力する。
【００３０】
エンジン回転速度センサ１４は、エンジン２のクランクシャフト２５の回転速度であるエンジン回転速度を検出するとともに、検出されたエンジン回転速度に応じた検出信号をＥＣＵ１０に出力する。
【００３１】
温度センサ１５は、メイン排気通路７１における排気浄化触媒５の上流側を流れる排気の温度を検出するとともに、検出された排気の温度に応じた検出信号を出力する。この温度センサ１５の検出信号に基づいて、排気浄化触媒５の温度を推定することができる。
【００３２】
差圧センサ１６は、サブ排気通路７２における発電機６０のタービン６００の前後の排気圧の差を検出するとともに、検出された発電機前後差圧に応じた検出信号をＥＣＵ１０に出力する。
【００３３】
アクセルポジションセンサ１７は、車両の運転者によって操作されるアクセルペダルの操作量であるアクセル操作量を検出するとともに、検出されたアクセル操作量に応じた検出信号を出力する。本実施形態では、アクセルポジションセンサ１７が、車両の運転状態を検出する運転状態検出部に相当する。
【００３４】
ＥＣＵ１０は、バッテリ制御部６３と通信可能に接続されている。ＥＣＵ１０は、バッテリ制御部６３との通信により、バッテリ６２のＳＯＣ値や電力消費量の情報を取得することが可能である。
【００３５】
ＥＣＵ１０の出力ポートには、燃料噴射弁２４の駆動回路、スロットルバルブ４の駆動回路、流量調整弁２７の駆動回路、及び絞り機構７の駆動回路等、エンジン２の運転を制御するための各種機器の駆動回路が接続されている。ＥＣＵ１０は、各センサ１１〜１７の検出信号から求められるエンジン２及び車両の各種状態量等に基づいて燃料噴射弁２４やスロットルバルブ４、流量調整弁２７、絞り機構７等を制御することにより、エンジン２の駆動を制御する。
【００３６】
例えばＥＣＵ１０は、エンジン回転速度センサ１４の検出信号からエンジン回転速度Ｎｅを求める。また、ＥＣＵ１０は、エアフロメータ１１の検出信号に基づいて、吸気通路７０を通過する空気の流量、換言すればエンジン２の吸入空気量Ｇａを求める。ＥＣＵ１０は、求められたエンジン回転速度Ｎｅ及び吸入空気量Ｇａに基づいてエンジン２の出力トルクＴｅを求める。ＥＣＵ１０は、このエンジン２の出力トルクＴｅとエンジン回転速度Ｎｅに基づいてエンジン２の負荷状態を判断することができる。このように、ＥＣＵ１０は、エアフロメータ１１及びエンジン回転速度センサ１４のそれぞれの検出信号に基づいてエンジン２の負荷状態を検出する。本実施形態では、エアフロメータ１１及びエンジン回転速度センサ１４がエンジン２の負荷状態を検出する負荷状態検出部に相当する。
【００３７】
また、ＥＣＵ１０は、圧力センサ１２の検出信号から過給圧Ｐｓを求める。さらに、ＥＣＵ１０は、スロットルポジションセンサ１３の検出信号に基づいてスロットル開度Ｔａを求める。ＥＣＵ１０は、求められた出力トルクＴｅやエンジン回転速度Ｎｅ、過給圧Ｐｓ、スロットル開度Ｔａといったエンジン２の状態量に基づいて燃料噴射弁２４やスロットルバルブ４等を制御する。
【００３８】
さらに、ＥＣＵ１０は、温度センサ１５の検出信号から排気浄化触媒５に流入する排気の温度を求めるとともに、求められた排気の温度に基づいて排気浄化触媒５の温度Ｔｃを推定する。また、ＥＣＵ１０は、差圧センサ１６及びアクセルポジションセンサ１７のそれぞれの検出信号から発電機前後差圧ΔＰｇ及びアクセル操作量Ｐａを求める。ＥＣＵ１０は、排気浄化触媒５の推定温度Ｔｃ、エンジン回転速度Ｎｅ、エンジン２の出力トルクＴｅ、アクセル操作量Ｐａ、バッテリ６２のＳＯＣ値、発電機前後差圧ΔＰｇ等に基づいて流量調整弁２７の開度及び絞り機構７の絞り量を調整する。
【００３９】
次に、図２を参照して、ＥＣＵ１０により実行される流量調整弁２７の開度及び絞り機構７の絞り量を調整する処理の手順について説明する。なお、ＥＣＵ１０は、図２に示される処理を所定の演算周期で繰り返し実行する。
【００４０】
図２に示されるように、ＥＣＵ１０は、まず、ステップＳ１０として、排気浄化触媒５の温度Ｔｃが活性化温度Ｔｃａ未満であるか否かを判断する。ＥＣＵ１０は、ステップＳ１０で肯定判断した場合、すなわち排気浄化触媒５の温度Ｔｃが活性化温度Ｔｃａ未満である場合には、ステップＳ１６として、流量調整弁２７を全閉状態にする。すなわち、ＥＣＵ１０は、燃焼室２２から排出される排気がメイン排気通路７１のみを流れるように流量調整弁２７を制御する。これにより、排気マニホールド２６の集合部２６１に集められる高温の排気の全てがメイン排気通路７１を流れるため、排気浄化触媒５が活性化温度Ｔｃａまで上昇し易くなる。
【００４１】
一方、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１０で否定判断した場合、すなわち排気浄化触媒５の温度Ｔｃが活性化温度Ｔｃａ以上である場合には、ステップＳ１１として、エンジン２が高負荷状態であるか否かを判定する。なお、ここでの高負荷状態とは、排気浄化触媒５の活性化状態を担保するために必要な排気エネルギよりも大きい排気エネルギが排気浄化触媒５に供給されている状態、換言すれば排気浄化触媒５への排気エネルギの供給が過剰な状態を意味する。
【００４２】
具体的には、図３に示されるように、ＥＣＵ１０は、エンジン回転速度Ｎｅが所定値Ｎｅ１以上であること、及びエンジン２の出力トルクＴｅが所定値Ｔｅ１以上であることの少なくとも一方の条件が満たされた場合には、エンジン２が高負荷状態であると判定する。なお、図３に示される実線は、エンジン回転速度Ｎｅに対するエンジン２の出力トルクＴｅの上限値を示したものである。また、ＥＣＵ１０は、エンジン回転速度が所定値Ｎｅ１未満であって、且つエンジン２の出力トルクＴｅが所定値Ｔｅ１未満である場合には、エンジン２が低負荷状態であると判定する。ここでの低負荷状態とは、高負荷状態を除くエンジン２の負荷状態を示す。所定値Ｎｅ１，Ｔｅ１のそれぞれの値は、エンジン２が高負荷状態であるか否かを判定することができるように予め実験等を通じて設定されており、ＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されている。
【００４３】
図２に示されるように、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１１で否定判断した場合、すなわちエンジン２が低負荷状態である場合には、ステップＳ１６として、流量調整弁２７を全閉状態にする。すなわち、ＥＣＵ１０は、エンジン２の燃焼室２２から排出される排気がメイン排気通路７１のみを流れるように流量調整弁２７を制御する。
【００４４】
ＥＣＵ１０は、ステップＳ１１で肯定判断した場合、すなわちエンジン２が高負荷状態である場合には、ステップＳ１２として、エンジン２の高負荷状態が継続するか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ１０は、アクセル操作量Ｐａの時間的な変化量が所定値を超えている場合には、エンジン２の高負荷状態が継続しないと判定し、アクセル操作量Ｐａの時間的な変化量が所定値以下である場合には、エンジン２の高負荷状態が継続すると判定する。
【００４５】
ＥＣＵ１０は、ステップＳ１２で否定判定した場合、すなわちエンジン２の高負荷状態が継続しない場合には、ステップＳ１６として、流量調整弁２７を全閉状態にする。
【００４６】
ＥＣＵ１０は、ステップＳ１２で肯定判定した場合、すなわちエンジン２の高負荷状態が継続する場合には、ステップＳ１３として、流量調整弁２７を全開状態にする。すなわち、ＥＣＵ１０は、エンジン２の燃焼室２２から排出される排気がメイン排気通路７１及びサブ排気通路７２を流れるように流量調整弁２７を制御する。これにより、排気マニホールド２６の集合部２６１に集められる排気の一部がサブ排気通路７２を流れるため、発電機６０が発電するとともに、発電機６０により発電された電力がバッテリ６２に充電される。
【００４７】
ＥＣＵ１０は、ステップＳ１３に続くステップＳ１４として、絞り機構７の絞り量を調整する。具体的には、ＥＣＵ１０は、発電機前後差圧ΔＰｇが所定値ΔＰｇ１を超えている場合には、発電機６０の高い発電効率を担保できていると判断し、絞り機構７の絞り量を最小値に設定する。また、ＥＣＵ１０は、発電機前後差圧ΔＰｇが所定値ΔＰｇ１以下である場合には、発電機６０の発電効率を最大値にすることの可能な絞り量をマップや演算式等により演算する。なお、発電機前後差圧ΔＰｇと、発電機６０の発電効率を最大にすることの可能な絞り量との関係は予め実験等により求められており、それらの関係を示すマップや演算式がＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されている。ＥＣＵ１０は、演算された絞り量に基づいて、絞り機構７の絞り量を調整する。
【００４８】
ＥＣＵ１０は、ステップＳ１４に続くステップＳ１５として、バッテリ６２の充電が完了したか否かを判断する。具体的には、ＥＣＵ１０は、バッテリ６２のＳＯＣ値が所定値以上である場合には、バッテリ６２の充電が完了したと判断し、バッテリ６２のＳＯＣ値が所定値未満である場合には、バッテリ６２の充電が完了していないと判断する。
【００４９】
ＥＣＵ１０は、ステップＳ１５で否定判断した場合には、ステップＳ１７として、エンジン２が高負荷状態であるか否かを判定する。このステップＳ１７の判定処理は、ステップＳ１１の判定処理と同一である。
【００５０】
ＥＣＵ１０は、ステップＳ１７で肯定判定した場合、すなわちエンジン２が高負荷状態である場合には、ステップＳ１８として、バッテリ６２の電力消費状態に応じて流量調整弁２７の開度を調整する。例えば、ＥＣＵ１０は、バッテリ制御部６３との通信により得られるバッテリ６２の電力消費量の過去の推移に基づいて、現在から所定時間経過後までの期間に所定量以上の電力が消費されるか否かを判断する。ＥＣＵ１０は、所定量以上の電力が消費されると判断される場合には、その予想される電力消費量が大きいほど、流量調整弁２７の開度を開の方向に調整する。これにより、予想される電力消費量が大きいほど、サブ排気通路７２を流れる排気の流量が増加するため、発電機６０の発電量を増加させることができる。ＥＣＵ１０は、ステップＳ１８を実行した後、ステップＳ１５に戻る。
【００５１】
その後、バッテリ６２の充電が完了すると、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１５で肯定判定し、ステップＳ１６として、流量調整弁２７を全閉状態にする。また、ＥＣＵ１０は、バッテリ６２の充電が完了する前に、ステップＳ１７で否定判定した場合、すなわちエンジン２が高負荷状態でなくなった場合には、ステップＳ１６として、流量調整弁２７を全閉状態にする。
【００５２】
以上説明した本実施形態の車両のエンジンシステム１によれば、以下の（１）〜（４）に示される作用及び効果を得ることができる。
【００５３】
（１）ＥＣＵ１０は、エンジン２が低負荷状態である場合には、エンジン２から排出される排気がメイン排気通路７１のみを流れるように流量調整弁２７を制御する。また、ＥＣＵ１０は、エンジン２が高負荷状態である場合には、エンジン２から排出される排気がメイン排気通路７１及びサブ排気通路７２を流れるように流量調整弁２７を制御する。すなわち、ＥＣＵ１０は、エンジン２が高負荷状態である場合には、エンジン２が低負荷状態である場合と比較して、サブ排気通路７２を流れる排気の流量が増加するように流量調整弁２７を制御する。これにより、エンジン２が高負荷状態である場合には、低負荷状態である場合と比較すると、排気通路８の通路容積が拡大する。よって、エンジン２が高負荷状態である状況でエンジン２の背圧の上昇を抑制することができるため、エンジン２の出力効率の低下を抑制することができる。また、エンジン２が高負荷状態である場合には、サブ排気通路７２に排気が流れることにより排気エネルギ回収装置６が駆動するため、排気エネルギを効率良く利用することもできる。一方、エンジン２が低負荷状態である場合には、メイン排気通路７１にのみ排気が流れるため、車両の加速要求時に速やかに吸入空気を過給することができる。よって、車両のレスポンスを向上させることができる。さらに、メイン排気通路７１に過給機３を設けるとともに、サブ排気通路７２に排気エネルギ回収装置６を設けることにより、過給機３と排気エネルギ回収装置６とを離間して配置することができるため、過給機３から発せられる熱が排気エネルギ回収装置６に伝達され難くなる。そのため、熱に起因する排気エネルギ回収装置６の損傷を抑制することができる。
【００５４】
（２）サブ排気通路７２には、その通路面積が拡大された放熱部７２０ａが形成されている。これにより、エンジン２の背圧を更に抑制することができるため、エンジン２の出力効率の低下を更に抑制することができる。
【００５５】
（３）サブ排気通路７２におけるメイン排気通路７１との接続部分には、絞り機構７が設けられている。このような構成によれば、ベンチュリ効果により絞り機構７において排気が減圧されるため、サブ排気通路７２内の排気圧と、メイン排気通路７１内の排気圧との差が大きくなる。よって、サブ排気通路７２からメイン排気通路７１への排気の吸い出し量が増加する。結果的に、サブ排気通路７２を流れる排気の流量が増加するため、排気エネルギ回収装置６における排気エネルギの回収効率を高めることができる。
【００５６】
（４）絞り機構７は、その絞り量を変更可能な可変絞り機構からなる。ＥＣＵ１０は、排気エネルギ回収装置６の駆動状態を示すパラメータ、具体的には発電機前後差圧ΔＰｇに基づいて、絞り機構７の絞り量を変更する。これにより、排気エネルギ回収装置６における排気エネルギの回収効率を更に高めることができる。
【００５７】
なお、上記実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・絞り機構７は、絞り量が所定値に固定された固定絞り弁であってもよい。
・サブ排気通路７２に配置される排気エネルギ回収装置６としては、発電機６０に限らず、排気エネルギを利用して駆動する任意の装置を用いることができる。
【００５８】
・ＥＣＵ１０は、エンジン２の高負荷状態が継続するか否かに関わらず、エンジン２が高負荷状態である場合に流量調整弁２７を全開状態にしてもよい。このような構成であっても、エンジン２が高負荷状態である状況でエンジン２の背圧の上昇を抑制することができるため、エンジン２の出力効率の低下を抑制することができる。
【００５９】
・上記実施形態のシリンダヘッド２０では、排気マニホールド２６と放熱部７２０ａとが排気通路７２０の一部を介して繋がっていたが、これらが空間的に隔てられていてもよい。この場合、シリンダヘッド２０には、各燃焼室２２から排出される排気を放熱部７２０ａに導く排気通路を設ける。また、シリンダヘッド２０には、流量調整弁２７に代えて、各燃焼室２２から排出される排気を排気マニホールド２６及び放熱部７２０ａのいずれか一方に流すことの可能な開閉弁を設ける。そして、ＥＣＵ１０は、図２に示されるステップＳ１６として、各燃焼室２２から排出される排気を排気マニホールド２６のみに流すように開閉弁を制御する。また、ＥＣＵ１０は、図２に示されるステップＳ１３として、各燃焼室２２から排出される排気を放熱部７２０ａのみに流すように開閉弁を制御する。さらに、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１７として、開閉弁の開度を調整する。
【００６０】
・シリンダヘッド２０の排気マニホールド２６の集合部２６１と放熱部７２０ａとの位置関係は適宜変更可能である。例えば、燃焼室２２内でピストンが往復動する方向を上下方向とするとき、放熱部７２０ａは、排気マニホールド２６の集合部２６１に対して上下方向にずれた位置に配置されていてもよい。
【００６１】
・ＥＣＵ１０は、図２に示されるステップＳ１１，Ｓ１７において、エンジン２の任意の状態量に基づいてエンジン２が高負荷状態であるか否かを判断してもよい。この際に用いられるエンジン２の状態量としては、タービンホイール３１に流入する排気の温度、タービンホイール３１から流出する排気の温度、タービンホイール３１に流入する排気の圧力、タービンホイール３１の前後の排気の圧力差、過給機３の回転速度、各燃焼室２２内の圧力である筒内圧力、吸気マニホールド２３内の圧力等を用いることができる。なお、これらのエンジン２の状態量を用いる場合には、それを検出することの可能な適宜のセンサが必要であることは言うまでもない。
【００６２】
・エンジンシステム１は、温度センサ１５に代えて、排気浄化触媒５の温度を直接検出する温度センサを有するものであってもよい。
【００６３】
・ＥＣＵ１０は、図２に示されるステップＳ１２として、車両の任意の状態量に基づいて、エンジン２の高負荷状態が継続するか否かを判定してもよい。例えば、ＥＣＵ１０は、車速センサにより車両の速度を検出するとともに、この車両の速度の時間的な変化量が所定値を超えている場合には、エンジン２の高負荷状態が継続しないと判定し、車両の速度の時間的な変化量が所定値以下である場合には、エンジン２の高負荷状態が継続すると判定してもよい。
【００６４】
・ＥＣＵ１０は、図２に示されるステップＳ１６において、流量調整弁２７の開度を全閉状態から所定開度だけ開いた開度に設定してもよい。また、ＥＣＵ１０は、図２に示されるステップＳ１３において、流量調整弁２７の開度を全開状態から所定開度だけ閉じた開度に設定してもよい。
【００６５】
・ＥＣＵ１０は、図２に示されるステップＳ１４の処理において、発電機前後差圧ΔＰｇに限らず、例えば発電機６０のタービン６００の回転速度である発電機回転速度に基づいて絞り機構７の絞り量を調整してもよい。この場合、ＥＣＵ１０は、発電機回転速度が所定値を超えている場合には、発電機６０の高い発電効率を担保できていると判断し、絞り機構７の絞り量を最小値に設定する。また、ＥＣＵ１０は、発電機回転速度が所定値以下である場合には、発電機６０の発電効率を最大値にすることの可能な絞り量をマップや演算式等により演算する。
【００６６】
・ＥＣＵ１０が提供する手段及び／又は機能は、実体的なＲＯＭに記憶されたソフトウェア及びそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組み合わせにより提供することができる。例えばＥＣＵ１０がハードウェアである電子回路により提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路により提供することができる。
【００６７】
・本発明は上記の具体例に限定されるものではない。すなわち、上記の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素及びその配置や条件等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００６８】
１：エンジンシステム
２：エンジン
３：過給機
５：排気浄化触媒
６：排気エネルギ回収装置
７：絞り機構
１０：ＥＣＵ（制御部）
１１：エアフロメータ（負荷状態検出部）
１４：エンジン回転速度センサ（負荷状態検出部）
１７：アクセルポジションセンサ（運転状態検出部）
２２：燃焼室
２７：流量調整弁（流量調整部）
３０：コンプレッサホイール
３１：タービンホイール
６０：発電機
６２：バッテリ
６３：充電状態検出部
７１：メイン排気通路
７２：サブ排気通路
２７０ａ：放熱部
【図１】
0006540595.tif 000002
【図２】
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【図３】
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