(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ過給機付エンジンであって、
エンジン本体と、
前記エンジン本体に接続される吸気通路および排気通路と、
前記排気通路に設けられる第１過給用タービンおよび前記吸気通路に設けられる第１コンプレッサを含む第１ターボ過給機と、
前記排気通路に前記第１過給用タービンと上下流方向に並ぶように設けられる第２過給用タービンおよび前記吸気通路に前記第１コンプレッサと上下流方向に並ぶように設けられる第２コンプレッサを含む第２ターボ過給機と、
前記排気通路に前記各過給用タービンと上下流方向に並ぶように設けられる発電用タービンおよび前記発電用タービンにより駆動されて発電する発電機を含む発電装置と、
前記発電装置で生成された電力を蓄える蓄電手段と、
前記発電機を含むエンジンの各部を制御可能な制御手段とを備え、
前記第１ターボ過給機は、エンジン回転数が第１回転数となるときにコンプレッサ効率が最大となるように構成され、
前記第２ターボ過給機は、エンジン回転数が前記第１回転数よりも高い第２回転数となるときにコンプレッサ効率が最大となるように構成され、
前記制御手段は、
エンジン負荷が基準負荷以上の高負荷領域のうち前記第１回転数を含む第１特定領域、および、前記高負荷領域のうち前記第２回転数を含み前記第１特定領域よりもエンジン回転数が高い第２特定領域のいずれかでエンジンが運転されており、かつ、前記発電機に対する発電要求がある場合は、前記発電機に発電を行わせ、
前記両特定領域以外の運転領域でエンジンが運転されており、かつ、前記発電要求がある場合は、前記蓄電手段に蓄えられている電力量が所定値未満に低下しとたきに前記発電機による発電を実施することを特徴とするターボ過給機付エンジン。
【請求項２】
請求項１に記載のターボ過給機付エンジンにおいて、
前記排気通路の前記各タービンの下流側に設けられて、排気を浄化するための浄化装置を備え、
前記制御手段は、前記第２特定領域でエンジンが運転されており、かつ、前記浄化装置内の温度が予め設定された基準温度以上の場合は、前記発電要求があるか否かに関わらず前記発電機を駆動させることを特徴とするターボ過給機付エンジン。
【請求項３】
請求項１または２に記載のターボ過給機付エンジンにおいて、
前記排気通路は、前記エンジン本体から導出された排気の少なくとも一部を前記第１過給用タービンを迂回して下流側に導出するバイパス通路と、当該バイパス通路を開閉する開閉弁とを備え、
前記制御手段は、エンジン回転数が前記第１回転数と前記第２回転数との間の第３回転数未満の場合は、前記エンジン本体から排出された排気の全量が前記第１過給用タービンに流入するように前記開閉弁を閉じる一方、エンジン回転数が前記第３回転数以上の場合は前記エンジン本体から排出された排気の少なくとも一部が前記第１過給用タービンを迂回して前記第２過給用タービンに流入するように前記開閉弁を開くことを特徴とするターボ過給機付エンジン。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のターボ過給機付エンジンにおいて、
前記第１過給用タービンは、前記第２過給用タービンよりも容量が小さく設定されていることを特徴とするターボ過給機付エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ過給機付エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、エンジンシステムにおいて、排気のエネルギを効率よく利用するべく、排気のエネルギを受けて吸気を過給するターボ過給機と、排気のエネルギにより発電を行う発電機とを設けることが検討されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ターボ過給機と、ターボ過給機のタービンとコンプレッサとを連結するシャフトに連結されてシャフトの回転力によって発電を行う発電機とを備えたものが開示されている。
【０００４】
この特許文献１のエンジンシステムでは、エンジン回転数が所定値以上の高速領域において発電が実施されるように構成されているとともに、この発電が実施される高速領域においてタービン効率が最大となるように構成されている。そのため、燃費性能の悪化を抑制しながら、過給圧および発電量を高く確保することができる。具体的には、発電機での発電を開始するとタービンにかかる負荷が増大して、タービン上流側の圧力ひいてはエンジンの背圧が増大する。これに対して、前記のように発電が実施される領域においてタービン効率が高くされていれば、タービンの駆動力を高くしながらタービン上流側の圧力を低く抑えることができ、過給圧と発電量とを高く確保しながら、エンジンの背圧およびポンピングロスを小さく抑えて燃費性能の悪化を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２６２９７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のエンジンシステムでは、エンジン回転数が所定値以上の高速領域でしか発電が実施されないため、発電機会が少なく発電量が十分に確保できないという問題がある。
【０００７】
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、燃費性能の悪化を抑制し且つ過給圧を高くしながら発電量をより多く確保することのできるターボ過給機付エンジンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明は、ターボ過給機付エンジンであって、エンジン本体と、前記エンジン本体に接続される吸気通路および排気通路と、前記排気通路に設けられる第１過給用タービンおよび前記吸気通路に設けられる第１コンプレッサを含む第１ターボ過給機と、前記排気通路に前記第１過給用タービンと上下流方向に並ぶように設けられる第２過給用タービンおよび前記吸気通路に前記第１コンプレッサと上下流方向に並ぶように設けられる第２コンプレッサを含む第２ターボ過給機と、前記排気通路に前記各過給用タービンと上下流方向に並ぶように設けられる発電用タービンおよび前記発電用タービンにより駆動されて発電する発電機を含む発電装置と、前記発電装置で生成された電力を蓄える蓄電手段と、前記発電機を含むエンジンの各部を制御可能な制御手段とを備え、前記第１ターボ過給機は、エンジン回転数が第１回転数となるときにコンプレッサ効率が最大となるように構成され、前記第２ターボ過給機は、エンジン回転数が前記第１回転数よりも高い第２回転数となるときにコンプレッサ効率が最大となるように構成され、前記制御手段は、エンジン負荷が基準負荷以上の高負荷領域のうち前記第１回転数を含む第１特定領域、および、前記高負荷領域のうち前記第２回転数を含み前記第１特定領域よりもエンジン回転数が高い第２特定領域のいずれかでエンジンが運転されており、かつ、前記発電機に対する発電要求がある場合は、前記発電機に発電を行わせ、前記両特定領域以外の運転領域でエンジンが運転されており、かつ、前記発電要求がある場合は、前記蓄電手段に蓄えられている電力量が所定値未満に低下しとたきに前記発電機による発電を実施することを特徴とするターボ過給機付エンジンを提供する（請求項１）。
【０００９】
本発明によれば、燃費性能の悪化を抑制し且つ過給圧を高くしながら発電を行うことができる機会を多くすることができ、エンジン性能を良好にしつつ発電量をより多く確保することができる。
【００１０】
具体的には、ターボ過給機では、コンプレッサ効率が高い領域で過給を行うことで過給用タービンの圧力比（タービン上流側の圧力と下流側の圧力との比）を小さく抑えつつ高い過給圧を得ることができ、ポンピングロスを小さく抑えることができる。そのため、本発明によれば、２つのターボ過給機が設けられてこれらターボ過給機のコンプレッサ効率が高くなる領域が互いに異なる領域に設定されていることで、前記のように過給圧を高めつつポンピングロスを小さく抑えることができる領域をより広範囲にわたって確保することができる。
【００１１】
そして、本発明では、このコンプレッサ効率が高い領域（第１特定領域および第２特定領域）において、発電要求があるときは必ず発電が行われる一方、この領域以外の運転時には、発電要求があっても条件（例えば発電する緊急度の低さ）によっては発電が停止されるようになっている。すなわち、優先的にコンプレッサ効率が高い領域で優先的に発電が実施されるようになっている。そのため、発電用タービンによって排気のエネルギを利用して発電機を駆動させて発電を行い、これに伴ってエンジン本体１の背圧が上昇するときにも、ポンピングロスが過剰に悪化するのを抑制し、かつ、過給圧を高めながら発電を行うことのできる機会をより多く確保することができる。従って、燃費性能および過給圧を高く維持しつつ、発電量をより多く確保することができる。
【００１２】
前記構成において、前記排気通路の前記各タービンの下流側に設けられて、排気を浄化するための浄化装置を備え、前記制御手段は、前記第２特定領域でエンジンが運転されており、かつ、前記浄化装置内の温度が予め設定された基準温度以上の場合は、前記発電要求があるか否かに関わらず前記発電機を駆動させるのが好ましい（請求項２）。
【００１３】
この構成によれば、浄化装置の浄化性能を良好にすることができる。
【００１４】
具体的には、第２特定領域では、エンジン回転数およびエンジン負荷が高いために高温の排気が多量に浄化装置に流入して浄化装置の温度が過剰に高くなりやすい。これに対して、この構成では、この第２特定領域において発電要求があるか否かに関わらず発電が実施されて発電用タービンの負荷が増大される。そのため、前記のように発電によって燃費性能が悪化するのを抑制しながら、この発電によって発電用タービンで排気の温度を低下させることができ、浄化装置の温度が過剰に高くなるのを抑制することができる。
【００１５】
前記構成において、前記排気通路は、前記エンジン本体から導出された排気の少なくとも一部を前記第１過給用タービンを迂回して下流側に導出するバイパス通路と、当該バイパス通路を開閉する開閉弁とを備え、前記制御手段は、エンジン回転数が前記第１回転数と前記第２回転数との間の第３回転数未満の場合は、前記エンジン本体から排出された排気の全量が前記第１過給用タービンに流入するように前記開閉弁を閉じる一方、エンジン回転数が前記第３回転数以上の場合は前記エンジン本体から排出された排気の少なくとも一部が前記第１過給用タービンを迂回して前記第２過給用タービンに流入するように前記開閉弁を開くのが好ましい（請求項３）。
【００１６】
この構成によれば、コンプレッサ効率が第３回転数未満の第１回転数付近において高く設定された第１ターボ過給機と第２ターボ過給機とによって、排気の流量が小さいことに伴って過給圧を高めにくい高負荷領域の低速側において、過給圧を効果的に高めることができるとともに、コンプレッサ効率が第３回転数以上の第２回転数において高く設定された第２ターボ過給機によって、高負荷領域の高速側においても過給圧を効果的に高めることができる。
【００１７】
前記構成において、前記第１過給用タービンは、前記第２過給用タービンよりも容量が小さく設定されているのが好ましい（請求項４）。
【００１８】
この構成によれば、各ターボ過給機の容量を異ならせることで、各ターボ過給機の効率が最大となる領域を容易に異ならせることができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明のターボ過給機付エンジンによれば、燃費性能の悪化を抑制し且つ過給圧を高く維持しながら発電量をより多く確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】エンジンシステムの概略構成図である。
【図２】エンジン本体の概略断面図である。
【図３】高負荷領域におけるエンジン回転数とタービン効率との関係を示した図である。
【図４】各運転領域を示した図である。
【図５】制御ブロックを示した図である。
【図６】発電等に係る制御の手順を示したフローチャートである。
【図７】発電等に係る制御の手順を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（１）全体構成
図１は、本発明の一実施形態にかかるターボ過給機付エンジン１００（以下、適宜エンジンシステム１００という）の概略構成図である。
【００２２】
エンジンシステム１００は、エンジン本体１と、エンジン本体１に導入される吸気が流通する吸気通路１２０と、エンジン本体１から導出される排気（燃焼ガス）が流通する排気通路１３０と、排気通路１３０を流通する排気により駆動される低速側ターボ過給機（第１ターボ過給機）５０および高速側ターボ過給機（第２ターボ過給機）６０と、排気通路１３０を流通する排気により駆動されて発電する発電装置７０とを備える。ここでは、図１等に示すように、エンジン本体１が、４ストロークの直列４気筒ガソリンエンジンであって、車両に駆動源として搭載される場合について説明する。
【００２３】
図２は、エンジン本体１の概略断面図である。
【００２４】
エンジン本体１は、気筒１０が内部に形成されたシリンダブロック１０１と、シリンダブロック１０１の上面に設けられたシリンダヘッド１０２と、気筒１０に往復摺動可能に挿入されたピストン１０３とを有している。
【００２５】
ピストン１０３はコネクティングロッドを介してクランクシャフト（エンジン本体１の出力軸）１０６と連結されており、ピストン１０３の往復運動に応じて、クランクシャフト１０６はその中心軸回りに回転する。
【００２６】
ピストン１０３の上方には燃焼室５が形成されている。シリンダブロック１０１の側壁には、燃焼室５内を臨むようにインジェクタ１０５が取り付けられている。燃焼室５内には、インジェクタ１０５から燃料が噴射される。噴射された燃料と空気との混合気は燃焼室５で燃焼し、ピストン１０３はその燃焼による膨張力で押し下げられて上下に往復運動する。なお、インジェクタ１０５は、シリンダヘッド１０２に取り付けられていてもよい。
【００２７】
シリンダヘッド１０２には、インジェクタ１０５から噴射された燃料と空気との混合気に対し火花放電による点火を行う点火プラグ１８が設けられている。
【００２８】
シリンダヘッド１０２には、各気筒１０にそれぞれ対応して、吸気通路１２０から供給される空気を各気筒１０の燃焼室５に導入するための吸気ポート１３と、吸気ポート１３を開閉する吸気弁１４と、各気筒１０の燃焼室５で生成された排気をエンジン本体１の外部に導出するための排気ポート１１と、排気ポート１１を開閉する排気弁１２とが設けられている。
【００２９】
吸気通路１２０は、各吸気ポート１３に繋がるように設けられている。吸気通路１２０には、上流側から順に、高速側コンプレッサ（第２コンプレッサ）６２、低速側コンプレッサ（第１コンプレッサ）５２、インタークーラ１２２、スロットルバルブ１２３、サージタンク１２４が設けられている。
【００３０】
高速側コンプレッサ６２は、高速側ターボ過給機６０の構成部品である。すなわち、高速側ターボ過給機６０は、排気通路１３０に設けられて排気により回転駆動される高速側タービン（第２過給用タービン）６４と、吸気通路１２０に設けられて高速側タービン６４により回転駆動される高速側コンプレッサ６２とを有しており、高速側タービン６４に排気が導入されて回転することで高速側コンプレッサ６２は回転して吸気を過給する。
【００３１】
同様に、低速側コンプレッサ５２は、低速側ターボ過給機５０の構成部品である。すなわち、低速側ターボ過給機５０は、排気通路１３０に設けられて排気により回転駆動される低速側タービン（第１過給用タービン）５４と、排気通路１２０に設けられて低速側タービン５４により回転駆動される低速側コンプレッサ５２とを有しており、低速側タービン５４に排気が導入されて回転することで低速側コンプレッサ５２は回転して吸気を過給する。
【００３２】
吸気通路１２０には、低速側コンプレッサ５２をバイパスする吸気側バイパス通路１２８と、これを開閉する吸気側バイパス弁１２９が設けられている。
【００３３】
具体的には、吸気側バイパス通路１２８は、吸気通路１２０のうち低速側コンプレッサ５２と高速側コンプレッサ６２との間の部分と、低速側コンプレッサ５２よりも下流側の部分とを連通している。
【００３４】
吸気側バイパス弁１２９が全閉の状態（第１バイパス通路１２８を封鎖している状態）では、吸気の全量は低速側コンプレッサ５２を通過する。一方、吸気側バイパス弁１２９が開弁している状態では、吸気の多くは低速側コンプレッサ５２をバイパスして流下する。すなわち、低速側コンプレッサ５２は吸気の流通に対して抵抗となるため、吸気側バイパス弁１２９が開弁している状態では、吸気の多くはより抵抗の小さい吸気側バイパス通路１２８に流入する。
【００３５】
（２）排気系
排気通路１３０は、エンジン本体１の各排気ポート１１に繋がるように設けられている。排気通路１３０には、上流側から順に、低速側タービン５４、高速側タービン６４、発電用タービン７４、触媒装置（浄化装置）９０が設けられている。
【００３６】
本実施形態では、低速側タービン５４および高速側タービン６４は、それぞれ固定容量タービンすなわちＦＧＴ（Ｆｉｘｅｄ  Ｇｅｏｍｅｔｒｙ  Ｔｕｒｂｉｎｅ）であり、これらタービン５４，６４は、排気のエネルギを受けて回転するインペラ５４ａ，６４ａと、これを収容するハウジング５４ｈ，６４ｈとで構成されており、インペラ５４ａ，６４ａに流入する排気の流路面積は一定値に固定されている。
【００３７】
排気通路１３０には、低速側タービン５４をバイパスする排気側バイパス通路（バイパス通路）１３２と、これを開閉する排気側バイパス弁（開閉弁）１３３が設けられている。
【００３８】
具体的には、排気側バイパス通路１３２は、排気通路１３０のうち低速側タービン５４と高速側タービン６４との間の部分と、低速側タービン５４よりも上流側の部分とを連通している。
【００３９】
排気側バイパス弁１３３が全閉の状態（排気側バイパス通路１３２を封鎖している状態）では、排気の全量は低速側タービン５４に流入する。一方、排気側バイパス弁１３３が開弁している状態では、排気の多くは低速側タービン５４をバイパスして流下する。すなわち、低速側タービン５４は排気の流通に対して抵抗となるため、排気側バイパス弁１３３が開弁している状態では、排気の多くはより抵抗の小さい排気側バイパス通路１３２を通り、低速側タービン５４を通過せずに流下する。
【００４０】
また、本実施形態では、排気通路１３０に、高速側タービン６４をバイパスするウエストゲート用通路１３４が設けられているとともに、これを開閉するウエストゲートバルブ１３５が設けられている。
【００４１】
具体的には、ウエストゲート用通路１３４は、排気通路１３０のうち排気側バイパス通路１３２の下流端よりも下流側の部分と、高速側タービン６４と発電用タービン７４との間の部分とを連通している。ウエストゲートバルブ１３５が全閉の状態では、排気の全量が高速側タービン６４に流入する一方、ウエストゲートバルブ１３５が開弁している状態では、排気の多くが高速側タービン６４をバイパスして流下する。
【００４２】
ここで、本実施形態では、低速側ターボ過給機５０すなわち低速側タービン５４および低速側コンプレッサ５２は、高速側コンプレッサ６２すなわち高速側タービン６４および高速側コンプレッサ６２よりも容量が小さくなっている。また、エンジン負荷が基準負荷Ｔ１以上の高負荷領域Ａ１（図４参照）において、低速側コンプレッサ５２のコンプレッサ効率η＿ＣＬと高速側コンプレッサ６２のコンプレッサ効率η＿ＣＨとは、図３に示すように設定されている。すなわち、高負荷領域Ａ１において、低速側コンプレッサ５２のコンプレッサ効率η＿ＣＬは、エンジン回転数が基準回転数（第３回転数）Ｎ０未満の第１回転数Ｎ１のときに最大となるように設定され、高速側コンプレッサ６２のコンプレッサ効率η＿ＣＨは、エンジン回転数が基準回転数Ｎ０以上の第２回転数Ｎ２のときに最大となるように設定されている。なお、図４に示すように、高負荷領域Ａ１は、全負荷を含む領域であって、基準負荷Ｔ１は各エンジン回転数についてそれぞれその回転数におけるエンジン負荷の最大値から所定負荷だけ低い値に設定されている。
【００４３】
より詳細には、図３に示すように、高負荷領域Ａ１における低速側コンプレッサ効率η＿ＣＬは、エンジン回転数の増大に伴って高くなりエンジン回転数が第１回転数Ｎ０となるポイントで最大となった後、エンジン回転数の増大に伴って徐々に低くなる。
【００４４】
一方、高負荷領域Ａ１における高速側コンプレッサ効率η＿ＣＨは、エンジン回転数の増大に伴って高くなりエンジン回転数が第１回転数Ｎ１および基準回転数Ｎ０以上の第２回転数Ｎ２となるポイントで最大となった後、エンジン回転数の増大に伴って徐々に低くなるように設定されている。
【００４５】
発電用タービン７４は、発電装置７０の構成部品である。発電装置７０は、この発電用タービン７４と、これにより回転駆動されるジェネレータ（発電機）７２と、ジェネレータ７２を駆動するジェネレータ駆動装置７５とを有している。
【００４６】
発電用タービン７４は、排気のエネルギを受けて回転するタービンであり、ジェネレータ７２は、発電用タービン７４により回転駆動されることで発電する。具体的には、ジェネレータ７２は、発電用タービン７４と連動して回転するロータコイルを有しており、当該ロータコイルの回転に伴う電磁誘導により発電を行う。ジェネレータ７２で生成された電力は、バッテリ（不図示）に蓄電される、あるいは、各種電気機器（不図示）に供給される。
【００４７】
ジェネレータ駆動装置７５は、ジェネレータ７２による発電の実施／停止すなわちジェネレータ７２のロータコイルへの磁化用の電流の印加の実施／停止を切り替えるとともに、ジェネレータ７２の発電量を変更する。
【００４８】
触媒装置９０は、排気を浄化するための装置であり、例えば、酸化触媒等を含む。
【００４９】
（３）制御系
図５を用いて、エンジンシステムの制御系について説明する。当実施形態のエンジンシステムは、車両に搭載されたＥＣＵ（エンジン制御ユニット、制御手段）５００によって制御される。ＥＣＵ５００は、周知のとおり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｆ等から構成されるマイクロプロセッサである。
【００５０】
ＥＣＵ５００には、各種センサからの情報が入力される。例えば、ＥＣＵ５００は、クランクシャフト１０６の回転数すなわちエンジン本体１の回転数を検出するためのエンジン回転数センサＳＮ１、エンジン本体１に流入する吸気の量を検出するためのエアフローセンサＳＮ２、車両に設けられて運転者により操作されるアクセルペダル（不図示）の開度を検出するアクセル開度センサＳＮ３、排気通路１３０の温度である排気温を検出する排気温センサＳＮ４等と電気的に接続されており、これらのセンサからの入力信号を受け付ける。また、ＥＣＵ５００には、バッテリの電圧や各種電気機器の操作信号も入力される。
【００５１】
ＥＣＵ５００は、各センサＳＮ１〜ＳＮ４からの入力信号等に基づいて種々の演算等を実行し、排気側バイパス弁１３３、吸気側バイパス弁１２８、ウエストゲートバルブ１３５、ジェネレータ駆動装置７５、およびその他のエンジンの各部（点火プラグ１８、インジェクタ１０５、スロットルバルブ１２３等）にそれぞれ制御信号を出力する。詳細には、ＥＣＵ５００は、各バイパス弁１３３、１２８およびウエストゲートバルブ１３５を開閉するアクチュエータに制御信号を出力して、これの開度を制御する。
【００５２】
ＥＣＵ５００による、各バイパス弁１３３、１２８、ウエストゲートバルブ１３５、ジェネレータ駆動装置７５の制御手順について、図６および図７のフローチャートを用いて説明する。ここでは、高負荷領域Ａ１におけるこれらの制御手順について説明する。
【００５３】
まず、ステップＳ１にて、コントローラ５００は、エンジン回転数センサＳＮ１により検出されたエンジン回転数、アクセル開度センサＳＮ３により検出されたアクセル開度、排気温センサＳＮ４により検出された排気温、触媒装置９０の温度である触媒温度、および、バッテリ残量であるＳＯＣ等を読み込む。なお、触媒温度は、排気温センサＳＮ４で検出された排気の温度等から別途算出される。また、ＳＯＣは、バッテリに接続された電流センサの検出値等から別途算出される。
【００５４】
次に、ステップＳ３にて、触媒温度が予め設定された活性温度未満か否かを判定する。活性温度は、触媒装置９０が活性化した状態における最低温度に設定されている。従って、ステップＳ３では、触媒温度が活性状態にあるか否かが判定される。
【００５５】
ステップＳ３の判定がＹＥＳであって触媒温度が活性温度未満であり未活性である場合は、ステップＳ４に進む。
【００５６】
ステップＳ４では、排気側バイパス弁１３３およびウエストゲートバルブ１３５を開く。
【００５７】
ステップＳ４の次はステップＳ５に進み、ジェネレータ７２の発電を停止し、処理を終了する。
【００５８】
このように、本実施形態では、触媒装置９０が未活性の場合は、排気側バイパス弁１３３およびウエストゲートバルブ１３５が開弁される。そして、これに伴って、排気の多くは各過給用のタービン５４，６４および発電用タービン７４で低温化されることなく触媒装置９０に導入される。従って、触媒装置９０の活性化が促進される。
【００５９】
一方、ステップＳ３の判定がＮＯであって触媒温度が活性温度以上であり活性化されている場合は、ステップＳ６に進む。
【００６０】
ステップＳ６では、ウエストゲートバルブ１３５を閉弁する。本実施形態では、ウエストゲートバルブ１３５は全閉とされる。ステップＳ６の次はステップＳ１０に進む。
【００６１】
ステップＳ１０では、エンジン回転数が基準回転数Ｎ０未満か否かを判定する。
【００６２】
ステップＳ１０の判定がＮＯであってエンジン回転数が基準回転数Ｎ０以上の高速領域Ａ２０（図４参照）でエンジン本体１が運転されている場合は、ステップＳ１２に進む。
【００６３】
ステップＳ１２では、吸気側バイパス弁１２９および排気側バイパス弁１３３を開弁する。例えば、全開にする。そして、これにより、排気および吸気を低速側ターボ過給機５０をバイパスして下流側に流し、低速側ターボ過給機５０による実質的な過給を停止する。
【００６４】
ここで、前記のように、ステップＳ６においてウエストゲートバルブ１３５は閉弁されている。従って、触媒装置９０が活性化している場合、高速領域Ａ２０では、主として高速側ターボ過給機６０のみによって過給が行われる。
【００６５】
一方、ステップＳ１０の判定がＹＥＳであってエンジン回転数が基準回転数Ｎ０未満の低速領域Ａ１０（図４参照）でエンジン本体１が運転されている場合は、ステップＳ１１に進む。
【００６６】
ステップＳ１１では、吸気側バイパス弁１２９および排気側バイパス弁１３３を閉弁する。本実施形態では、これらバイパス弁１２９，１３３を全閉にする。そして、これにより、排気および吸気を低速側ターボ過給機５０に導入して、低速側ターボ過給機５０と高速側ターボ過給機６０との両方のターボ過給機によって過給を行う。
【００６７】
ステップＳ１１およびステップＳ１２の後は、ステップＳ１３に進む。
【００６８】
ステップＳ１３では、発電要求があるか否かを判定する。
【００６９】
具体的には、コントローラ５００は、ＳＯＣや各種電気機器の電気負荷等に基づいて、所定の電力量に対して現在不足している電力量を算出し、この電力不足量が所定値以上であれば発電要求があると判定する。所定の電力量は、例えば、バッテリの最大蓄電量であり、この最大蓄電量から現在のバッテリの蓄電量および各種電気機器で消費されている電力量を差し引くことで算出される。
【００７０】
ステップＳ１３の判定がＹＥＳであって発電要求がある場合はステップＳ１４に進む。
【００７１】
ステップＳ１４では、第１特定領域Ｒ１または第２特定領域Ｒ２でエンジン本体１が運転されているか否かを判定する。
【００７２】
図３および図４に示すように、第１特定領域Ｒ１は、高負荷領域Ａ１のうち基準回転数Ｎ０未満の低速高負荷領域Ａ１＿Ｌ内に設定されて、第１回転数Ｎ１を含む領域である。例えば、第１特定領域Ｒ１は、基準回転数Ｎ０未満の領域のうち低速側コンプレッサ５２のコンプレッサ効率η＿ＣＬがその最大値の９５％程度以上となる領域に設定されている。
【００７３】
また、第２特定領域Ｒ２は、図３および図４に示すように、高負荷領域Ａ１のうち基準回転数Ｎ０以上の高速高負荷領域Ａ１＿Ｈ内に設定されて、第２回転数Ｎ２を含む領域である。例えば、第２特定領域Ｒ２は、高速高負荷領域Ａ１＿Ｈのうち高速側コンプレッサ６２のコンプレッサ効率η＿ＣＨがその最大値の９５％以上程度となる領域に設定されている。
【００７４】
ステップＳ１４の判定がＹＥＳであって、これら特定領域Ｒ１，Ｒ２でエンジン本体１が運転されている場合はステップＳ１５に進む。そして、ステップＳ１５においてジェネレータ７２による発電を実施し、処理を終了する。具体的には、ジェネレータ駆動装置７５によってジェネレータ７２のロータコイルに磁化用の電流を印加する。
【００７５】
このように、本実施形態では、発電要求があり、かつ、第１特定領域Ｒ１または第２特定領域Ｒ２でエンジン本体１が運転されている場合は、常に発電が実施される。
【００７６】
一方、ステップＳ１４の判定がＮＯの場合は、ステップＳ１６に進む。
【００７７】
ステップＳ１６では、発電要求が高いか否かを判定する。具体的には、前記電力不足量が前記所定値よりも高い値に設定された基準不足量よりも大きく、電力が大きく不足（所定の電力量に対して）している場合に、発電の緊急度が高く発電要求が高いと判定される。例えば、ＳＯＣが所定値未満に低下しており、発電をしなければ間もなく電力不足（必要な電気機器を正常に動かせない状態）に陥る可能性のある場合には、この判定はＹＥＳとなる。
【００７８】
ステップＳ１６の判定がＹＥＳであって発電要求が高いレベルにある場合は、ステップＳ１７に進む。そして、ステップＳ１７にて発電を実施して、処理を終了する。
【００７９】
一方、ステップＳ１６の判定がＮＯの場合は、ステップＳ１８に進む。そして、ステップＳ１８にて発電を停止して、処理を終了する。具体的には、ジェネレータ駆動装置７５によってジェネレータ７２のロータコイルへの磁化用の電流の印加を停止する。
【００８０】
このように、本実施形態では、発電要求がある場合であっても、第１特定領域Ｒ１および第２特定領域Ｒ２以外の領域でエンジンが運転されているときは、発電要求が高い場合にのみ発電が実施される。
【００８１】
ステップＳ１３に戻り、ステップＳ１３の判定がＮＯであって発電要求がない場合は、ステップＳ１９に進む。
【００８２】
ステップＳ１９では、触媒温度が予め設定された基準温度以上で、かつ、第２特定領域Ｒ２でエンジンが運転されているか否かを判定する。基準温度は活性温度よりも十分に高い温度であって、触媒装置９０にとって好ましくない（熱害等が生じる）温度域の最低温度に設定されている。
【００８３】
ステップＳ１９の判定がＹＥＳの場合は、ステップＳ２０に進み、発電を実施して、処理を終了する。
【００８４】
一方、ステップＳ１９の判定がＮＯの場合、すなわち、触媒温度が基準温度未満である、あるいは、触媒温度が基準温度以上であるが第２特定領域Ｒ２以外の領域でエンジンが運転されている場合は、ステップＳ２１に進む。そして、ステップＳ２１にて発電を停止して、処理を終了する。
【００８５】
このように、本実施形態では、発電要求がない場合であっても、触媒温度が基準温度以上かつ第２特定領域Ｒ２でエンジンが運転されている場合は、発電を実施する。
【００８６】
（４）作用等
以上のように、本実施形態のエンジンシステム１００では、２つのターボ過給機５０，６０が設けられている。そして、これらターボ過給機５０，６０のコンプレッサ効率η＿ＣＬ，η＿ＣＨが最大となるエンジン回転数（第１回転数Ｎ１と第２回転数Ｎ２）とが異なる回転数に設定されて、コンプレッサ効率η＿ＣＬ，η＿ＣＨが高い領域（第１特定領域Ｒ１、第２特定領域Ｒ２）とがそれぞれ異なる領域に設定されている。
【００８７】
さらに、第１特定領域Ｒ１あるいは第２特定領域Ｒ２でエンジンが運転されている場合は、発電要求があり次第発電が実施される一方、これら特定領域Ｒ１，Ｒ２以外の領域でエンジンが運転されている場合は、発電要求があってもそのレベルが高い場合にのみ発電が実施されるようになっている。すなわち、これらコンプレッサ効率η＿ＣＬ，η＿ＣＨが高い特定領域Ｒ１，Ｒ２で優先的に発電が行われるようになっている。
【００８８】
ここで、過給用のタービン５４，６４の下流側に設けられた発電用タービン７４を駆動してジェネレータ７２にて発電を行った場合には、発電用タービン７４の負荷が増大することで発電用タービン７４の上流側の圧力が増大して過給用タービ５４，６４の下流側の圧力が増大する。しかしながら、コンプレッサ効率が高ければ、過給圧を高く維持しつつ過給用のタービン５４，６４の圧力比（タービン上流側の圧力と下流側の圧力との比）を小さく抑えることができるため、発電時においても、過給用のタービン５４，６４の上流側の圧力すなわちエンジン本体１の背圧の増大を抑えることができる。
【００８９】
そのため、前記のように、コンプレッサ効率が高い特定領域Ｒ１，Ｒ２で優先的に発電が行われることで、本エンジンシステム１００では、過給圧を高くし且つポンピングロスが過剰に増大するのを抑制しながら発電を行うことができる。そして、前記のように、これら特定領域Ｒ１，Ｒ２が異なる領域に設定されていることで、このように過給圧を高くし且つ燃費性能が悪化するのを抑制しつつ発電を行うことができる機会をより多く確保することができ、燃費性能の悪化を抑制しつつ過給圧および発電量を高く確保することができる。
【００９０】
なお、発電用タービン７４が過給用のタービン５４，６４の下流側に設けられている場合も、発電に伴って発電用タービンの下流側の圧力が増大することでエンジン本体１の背圧および過給用のタービン５４，６４の上下流の圧力は増大する。そして、この場合にも、コンプレッサ効率を高くすることでこれらの増大を抑制することができる。すなわち、前記実施形態に代えて発電用タービン７４を過給用のタービン５４，６４の上流側に設けても前記実施形態と同様の効果を得ることができる。ただし、過給用のタービン５４，６４を発電用タービン７４の上流側に設ければ、過給用のタービン５４，６４に流入する排気のエネルギをより多くして過給性能を高めることができる。
【００９１】
さらに、本エンジンシステム１００では、触媒温度が基準温度以上で、かつ、第２特定領域Ｒ２でエンジン本体１が運転されている場合は、要求発電量によらず発電が実施されるため、前記のように、エンジン性能を高く維持しながら発電量を高く確保しつつ、触媒装置９０の温度が過剰に高くなるのを抑制して触媒装置９０の浄化性能を良好にすることができる。
【００９２】
具体的には、触媒装置９０に高温の排気が多量に流入して触媒装置９０が過剰に昇温すると浄化性能が悪化する。これに対して、第２特定領域Ｒ２は、前記のようにエンジン性能を高く維持しつつ発電を行うことができる領域であるとともに、エンジン回転数が高くかつエンジン負荷が高いことに伴って高温の排気が多量に触媒装置９０に流入する領域である。従って、この第２特定領域において発電を実施して発電用タービン７４の負荷を増大すれば、前記のようにエンジン性能を高く維持しつつ、発電用タービン７４において排気の温度を低下させて触媒装置９０の温度が過剰に高くなるのを抑制することができる。
【００９３】
また、本実施形態では、エンジン回転数が基準回転数Ｎ０未満の低速領域Ａ１０では、エンジン回転数がより低い領域でターボ過給機の効率（コンプレッサ効率）が高くなるように構成された低速側ターボ過給機５０と、高速側ターボ過給機６０とによって過給が行われ、エンジン回転数が基準回転数Ｎ０以上の高速領域Ａ２０では、エンジン回転数がより高い領域でターボ過給機（コンプレッサ効率）の効率が高くなるように構成された高速側ターボ過給機６０によって過給が行われる。そのため、排気の流量が小さく過給力が高めにくい低速領域Ａ１０と、排気の流量が大きい高速領域Ａ２０との両領域において、効果的に高い過給力を得ることができる。
【００９４】
特に、本実施形態では、低速側ターボ過給機５０が容量が小さく設定されていることで、これのイナーシャを小さく抑えることができ、低速領域Ａ１０において高い過給圧を得ることができる。
【００９５】
（５）変形例
第１特定領域Ｒ１および第２特定領域Ｒ２は、互いに異なる領域で、かつ、それぞれ第１回転数Ｎ１を含む領域と第２回転数Ｎ２を含む領域に設定されていればよく、これら特定領域Ｒ１，Ｒ２の具体的な範囲は前記に限らない。
【００９６】
また、低速側ターボ過給機５０、高速側ターボ過給機６０の運転領域は前記に限らない。例えば、低速領域Ａ１０のうちエンジン負荷の低い領域でのみ低速側ターボ過給機５０を駆動するようにしてもよい。
【００９７】
また、過給用のタービン５４，６４と発電用タービン７４との配置は、図１に示すものに限らず、前記のように、発電用タービン７４が過給用のタービン５４，６４よりも上流側に配置されてもよい。また、低速側ターボ過給機５４と、高速側ターボ過給機６４との配置も前記に限らず、低速側タービン５４が高速側タービン６４の下流側となるように、低速側コンプレッサ５２が高速側コンプレッサ６２の上流側となるように配置してもよい。
【００９８】
また、前記実施形態では、触媒温度が基準温度未満の場合において、第１特定領域Ｒ１と第２特定領域Ｒ２とで発電要求のレベルが同じ条件で発電を行う場合について説明したが、第１特定領域Ｒ１では、エンジン回転数が低く発電用タービン７４ひいてはジェネレータ７２の回転数が小さいことに伴って発電効率が高くなりやすい。そのため、第１特定領域Ｒ１では、第２特定領域Ｒ２よりも発電要求レベルが低い場合から発電を行うようにしてもよい。具体的には、電力不足量がより低い所定量以上のときに第１特定領域Ｒ１に発電要求が出され、電力不足量がより高い所定量以上のときに第２特定領域Ｒ２に発電要求が出されるようにしてもよい。
【００９９】
また、前記実施形態では、ステップＳ１２にて各バイパス弁１２９，１３３を全開にする場合について説明したが、これら弁１２９，１３３は開弁されていればよくその開度は全開より小さくてもよい。同様に、ステップＳ１１において各バイパス弁１２９，１３３は閉じ側に制御されればよく、全閉でなくてもよい。
【０１００】
また、前記実施形態では、電力を蓄える手段としてバッテリが用いられる場合について説明したが、バッテリ以外の手段を用いて電力を蓄えるようにしてもよい。
【０１０１】
また、電力不足量に代えて、電気機器での消費電力が所定値以上になると発電要求があると判定されるように構成してもよい。
【０１０２】
また、ジェネレータ７２は発電用タービン７４により駆動されて、発電の実施と停止とを切り替えることが可能なものであればよく、具体的な構成は前記に限らない。例えば、ジェネレータと発電用タービンとの連結が解除されることでジェネレータでの発電が停止されるものであってもよい。
【０１０３】
また、前記実施形態では、エンジン本体１が４気筒のガソリンエンジンの場合について説明したが、エンジン本体１の種類はこれに限らない。例えば、ディーゼルエンジンや、その他の気筒数を有するエンジンであってもよい。
【符号の説明】
【０１０４】
１  エンジン本体
５０  低速側ターボ過給機（第１ターボ過給機）
５２  低速側コンプレッサ（第１コンプレッサ）
５４  低速側タービン（第１過給用タービン）
６０  高速側ターボ過給機（第２ターボ過給機）
６２  高速側コンプレッサ（第２コンプレッサ）
６４  高速側タービン（第２過給用タービン）
７０  発電装置
７２  ジェネレータ（発電機）
７４  発電用タービン
９０  触媒装置（浄化装置）
１００  エンジンシステム（ターボ過給機付エンジン）
１２０  吸気通路
１３０  排気通路
５００  ＥＣＵ（制御手段）
【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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