(57)【要約】【課題】電動過給器を備えかつエネルギ効率を向上した車両用エンジンシステムを提供する。【解決手段】車両用エンジンシステム１は、エンジン１０と、電動アクチュエータ４２によって駆動され、エンジン１０が吸入する空気を加給する電動過給器４０と、エンジン１０の排気ガスの熱エネルギを回収して発電する熱電変換部８３と、熱電変換部８３が発電する電力を利用して電動アクチュエータ４２に駆動電力を供給する過給制御部９０とを備える構成とする。【選択図】図１
2007263026.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、
電動アクチュエータによって駆動され、前記エンジンが吸入する空気を過給する電動過給器と、
前記エンジンの排気ガスの熱エネルギを回収して発電する熱電変換部と、
前記熱電変換部が発電する電力を利用して前記電動アクチュエータに駆動電力を供給する過給制御部と
を備える車両用エンジンシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用エンジンシステムにおいて、
前記電動過給器は、前記電動アクチュエータによって回転駆動されるインペラを有するターボ過給器であること
を特徴とする車両用エンジンシステム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の車両用エンジンシステムにおいて、
前記熱電変換部に隣接して配置され、前記排気ガスを浄化する触媒コンバータと、
前記触媒コンバータが通常運転時よりも温度が低い所定の低温状態である場合に、前記熱電変換部に電力を供給して前記熱電変換部を発熱させる加熱制御部とを備えること
を特徴とする車両用エンジンシステム。
【請求項４】
請求項３に記載の車両用エンジンシステムにおいて、
前記熱電変換部は、前記触媒コンバータを収容する触媒収容部の壁部に設けられ、高温側電極が前記触媒コンバータに対向しかつ低温側電極が前記触媒収容部の外部側に面した状態で配置された熱電変換素子を備えること
を特徴とする車両用エンジンシステム。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の車両用エンジンシステムにおいて、
前記電動過給器の前記電動アクチュエータへの電力供給が停止された場合に、前記電動アクチュエータが発電する電力を回収する電力回生部を備えること
を特徴とする車両用エンジンシステム。
【請求項６】
請求項５に記載の車両用エンジンシステムにおいて、
前記エンジンの吸入空気量を調節するスロットル部と、
前記電動アクチュエータによる前記発電が行われる場合に、前記エンジンの燃料噴射、点火の少なくとも一方を停止するとともに、前記スロットル部を制御して前記エンジンの吸入空気量を増加させるエンジン制御部を備えること
を特徴とする車両用エンジンシステム。
【請求項７】
エンジンと、
前記エンジンの排気ガスを浄化する触媒コンバータと、
前記触媒コンバータに隣接して配置された熱電変換部と、
前記触媒コンバータが通常運転時よりも温度が低い所定の低温状態である場合に、前記熱電変換部に電力を供給して前記熱電変換部を発熱させる加熱制御部と
を備える車両用エンジンシステム。
【請求項８】
エンジンと、
電動アクチュエータによって駆動され、前記エンジンが吸入する空気を過給する電動過給器と、
前記電動過給器の前記電動アクチュエータへの電力供給が停止された場合に、前記電動アクチュエータが発電する電力を回収する電力回生部とを備えること
を特徴とする車両用エンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン及びこのエンジンの吸気系に設けられる電動過給器、エンジンの排気系に設けられる熱電変換部等を含む車両用エンジンシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両のエンジンは、排気タービンを用いて駆動されるターボ過給器を設けることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
このようなターボ過給器は、出力向上に効果的であるが、吸気系及び排気系の取り回しが複雑となり、また、タービン回転数が低い低負荷状態からスロットルを開いた際に、出力の時間応答遅れ（ターボラグ）が発生する。
【０００３】
これに対し、電動モータによって駆動されるターボ過給器によってエンジンを過給することが知られている（例えば、特許文献２参照）。
このような電動過給器は、電動モータのみによって駆動する場合、排気系の取り回しに影響を与えることがないため、設計の自由度が高く、また、エンジンの負荷にかかわらず所望のインペラ回転数を維持することができるため、出力の時間応答遅れを改善することができる。
【特許文献１】実開平６−６３８３３号公報
【特許文献２】特開２００５−４２６８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したような電動過給器は、エンジン出力を利用し、オルタネータ等で発電した電力によって駆動する場合、エンジンの運転負荷が増加し、車両の燃費効率を低下させる。これに対し、車両の減速時に回生ブレーキによって得られた電力を用いることも考えられるが、回生電力が得られるのは主に減速時に限られるため、定常走行が多い走行モードにおいては電力が不足する。
本発明の課題は、電動過給器を備えかつエネルギ効率を向上した車両用エンジンシステムを提供することである。
また、車両のエンジンの排気系に設けられる後処理用の触媒コンバータは、冷間始動時のように温度が本来の反応温度より低い場合は、十分な性能を発揮することができない。このため、冷間始動時における低エミッション化が要望されている。
本発明の他の課題は、排ガス処理性能を向上した車両用エンジンシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１の発明は、エンジンと、電動アクチュエータによって駆動され、前記エンジンが吸入する空気を過給する電動過給器と、前記エンジンの排気ガスの熱エネルギを回収して発電する熱電変換部と、前記熱電変換部が発電する電力を利用して前記電動アクチュエータに駆動電力を供給する過給制御部とを備える車両用エンジンシステムである。
請求項２の発明は、請求項１に記載の車両用エンジンシステムにおいて、前記電動過給器は、前記電動アクチュエータによって回転駆動されるインペラを有するターボ過給器であることを特徴とする車両用エンジンシステムである。
【０００６】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の車両用エンジンシステムにおいて、前記熱電変換部に隣接して配置され、前記排気ガスを浄化する触媒コンバータと、前記触媒コンバータが通常運転時よりも温度が低い所定の低温状態である場合に、前記熱電変換部に電力を供給して前記熱電変換部を発熱させる加熱制御部とを備えることを特徴とする車両用エンジンシステムである。
請求項４の発明は、請求項３に記載の車両用エンジンシステムにおいて、前記熱電変換部は、前記触媒コンバータを収容する触媒収容部の壁部に設けられ、高温側電極が前記触媒コンバータに対向しかつ低温側電極が前記触媒収容部の外部側に面した状態で配置された熱電変換素子を備えることを特徴とする車両用エンジンシステムである。
【０００７】
請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の車両用エンジンシステムにおいて、前記電動過給器の前記電動アクチュエータへの電力供給が停止された場合に、前記電動アクチュエータが発電する電力を回収する電力回生部を備えることを特徴とする車両用エンジンシステムである。
請求項６の発明は、請求項５に記載の車両用エンジンシステムにおいて、前記エンジンの吸入空気量を調節するスロットル部と、前記電動アクチュエータによる前記発電が行われる場合に、前記エンジンの燃料噴射、点火の少なくとも一方を停止するとともに、前記スロットル部を制御して前記エンジンの吸入空気量を増加させるエンジン制御部を備えることを特徴とする車両用エンジンシステムである。
【０００８】
請求項７の発明は、エンジンと、前記エンジンの排気ガスを浄化する触媒コンバータと、前記触媒コンバータに隣接して配置された熱電変換部と、前記触媒コンバータが通常運転時よりも温度が低い所定の低温状態である場合に、前記熱電変換部に電力を供給して前記熱電変換部を発熱させる加熱制御部とを備える車両用エンジンシステムである。
請求項８の発明は、エンジンと、電動アクチュエータによって駆動され、前記エンジンが吸入する空気を過給する電動過給器と、前記電動過給器の前記電動アクチュエータへの電力供給が停止された場合に、前記電動アクチュエータが発電する電力を回収する電力回生部とを備えることを特徴とする車両用エンジンシステムである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）排気ガスがもつ熱エネルギを熱電変換部によって電力として回収し、この電力によって電動過給器を駆動することによって、電動過給器の駆動に際して発生するエンジンによる発電負荷を軽減し、車両のエネルギ効率を向上させることができる。
（２）熱電変換部に電力を供給して発熱させ、触媒コンバータを加熱することによって、冷間始動時等のように触媒コンバータが本来の反応温度より低温の場合であっても、触媒コンバータを早期に反応温度まで昇温させて排ガス処理性能を向上することができる。
（３）電動過給器の電動アクチュエータへの電力供給が停止される際に、吸気の流れにより電動過給器が駆動されて電動アクチュエータが発電した電力を回収し、利用することによって、車両のエネルギ効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、電動過給器を備えかつエネルギ効率を向上した車両用エンジンシステムを提供するという課題を、熱電変換素子によって排気ガスの廃熱を回収して得られた電力によって、電動ターボチャージャを駆動すること、及び、車両の減速時等に燃料カットを行なうとともにスロットルバルブを開き、吸気の流れによって電動ターボチャージャを駆動して発電を行うことによって解決した。
また、本発明は、排ガス処理性能を向上した車両用エンジンシステムを提供するという課題を、車両の冷間始動時等に、触媒コンバータに隣接して配置された熱電変換素子に電力を供給して発熱させ、触媒コンバータを加熱することによって解決した。
【実施例】
【００１１】
以下、本発明を適用した車両用エンジンシステムの実施例について説明する。
図１は、本実施例の車両用エンジンシステムの構成を示す図である。
エンジンシステム１は、エンジン１０、エアインテーク２０、エアクリーナ３０、電動ターボチャージャ４０、インタークーラ５０、電子制御スロットル６０、圧力センサ７０、触媒コンバータユニット８０、コントローラ９０、バッテリ１００を備えている。
なお、図１において、一点鎖線は信号の流れを示し、実線は電力の流れを示すものとする。
【００１２】
エンジン１０は、例えば、４ストロークのガソリンエンジンであって、電子制御スロットル６０を用い、吸入空気量を調節することによってその出力が調整されるものである。
また、エンジン１０は、空燃比が三元触媒のウィンドウ内となるように噴射量が制御される図示しないインジェクタ（燃料噴射装置）、及び、筒内において混合気に着火させる図示しないプラグを備えている。
エアインテーク２０は、エンジン１０が吸入する空気（新気）を大気中から取得する空気取入口であって、例えばエンジンルーム内において走行風が導入される前端部に設けられている。
エアクリーナ３０は、エアインテーク２０から取り入れられた空気を濾過してダスト等を取り除くエアクリーナエレメント３１と、エアクリーナエレメント３１を収容する容器状のエアクリーナケース３２とを備えている。
【００１３】
電動ターボチャージャ４０は、電動アクチュエータによってエンジン１０が吸入する空気を過給する電動過給器であって、コンプレッサ４１、モータジェネレータ４２を備えている。
コンプレッサ４１は、エアクリーナ３０とインタークーラ５０との間に配置されたターボ過給器であって、モータジェネレータ４２によって回転駆動されるインペラを備えている。また、コンプレッサ４１は、車両のスロットルオフ時等に、エアクリーナ３０側からインタークーラ５０側への空気流を動力源として、モータジェネレータ４２を回転駆動する機能を備えている。この点、後に詳しく説明する。
モータジェネレータ４２は、その回転軸がコンプレッサ４１のインペラと接続された例えば誘導電動機等の回転電機であって、コントローラ９０から電力の供給を受けることによって、コンプレッサ４１を回転駆動する電動アクチュエータとして機能し、また、車両の減速時等にコンプレッサ４１によって駆動され、発電を行うジェネレータとしても機能するものである。
【００１４】
インタークーラ５０は、電動ターボチャージャ４０のコンプレッサ４１が吐出した圧縮後の空気を、例えば走行風との熱交換によって冷却して密度を増加させ、エンジン１０の充填効率を向上させる熱交換器である。
電子制御スロットル６０は、インタークーラ５０とエンジン１０の吸気ポートとの間に設けられ、エンジン１０の吸入空気量を制限する絞り弁であるスロットルバルブと、このスロットルバルブを駆動するアクチュエータであるスロットルモータとを備えている。
圧力センサ７０は、電子制御スロットル６０よりもエンジン１０側における吸気管内圧力を検出するものである。
【００１５】
触媒コンバータユニット８０は、エンジン１０の排気系に設けられ、触媒コンバータ８１、触媒ケース８２を備えている。
触媒コンバータ８１は、例えば、アルミナ等のセラミックス多孔質体をハニカム状（モノリス状）に形成した担体に、白金、ロジウム、パラジウム等を担持させた三元触媒である。
触媒ケース８２は、触媒コンバータ８１が収容される容器状に形成されるとともに、その内部にエンジン１０の排気ガスが流されるものであって、以下説明するように、その側壁部に熱電変換スタックが設けられている。
【００１６】
図２は、触媒コンバータユニット８０の断面（図１のII−II部矢視断面）を示す図である。
触媒ケース８２は、その排気ガスの流れ方向とほぼ直交する断面における形状が例えば八角形とされた筒状に形成され、触媒コンバータ８１は、その内部にほぼ一様に設けられている。
図３は、触媒ケース８２の側壁部８２ａの拡大斜視図（図２のIII部拡大図）である。
触媒ケース８２の側壁部８２ａは、熱電変換スタック８３、インナホルダ８４、アウタホルダ８５を備えている。
熱電変換スタック８３は、触媒ケース８２内の排気ガス側（高温側）と車両外部の大気（低温側）との温度差を利用して、例えばペルチェ効果により電力を発生するものである。その詳細な構成は、後に詳しく説明する。
インナホルダ８４及びアウタホルダ８５は、例えばアルミナ系のセラミックス等の熱伝導性、絶縁性、耐熱性に優れた材料によってボード状に形成された部材であって、それぞれ熱電変換スタック８３の触媒ケース８２内部側、外部側の面部に添付されることによって、熱電変換スタック８３を保持するものである。また、インナホルダ８４の熱電変換スタック８３と反対側の面部８４ａは、触媒コンバータ８１と対向した状態で触媒ケース８２の内面側に露出して設けられている。
【００１７】
図４は、熱電変換スタック８３の外観斜視図である。
熱電変換スタック８３は、複数の熱電変換素子（熱電素子）８６を平面に沿ったマトリクス状に配列し、電気的に直列に接続したものである。
個々の熱電変換素子８６は、Ｐ型半導体８６ｐ、Ｎ型半導体８６ｎ、高温側電極８６ｈ、低温側電極８６ｌによって構成されるペルチェ素子である。
Ｐ型半導体８６ｐ及びＮ型半導体８６ｎは、それぞれ角柱状に形成され、相互に隣接しかつほぼ平行に配置されている。
高温側電極８６ｈは、Ｐ型半導体８６ｐ及びこれに隣接するＮ型半導体８６ｎのインナホルダ８４側（触媒コンバータ８１側）の端面間にわたして配置された平板状の部材である。
低温側電極８６ｌは、Ｐ型半導体８６ｐ及びこれに隣接するＮ型半導体８６ｎのアウタホルダ８５側（外部側）の端面間にわたして配置された平板状の部材である。
Ｐ型半導体８６ｐ及びＮ型半導体８６ｎは、図４に示すように、交互に配列されており、これらは隣り合った他の種類の半導体に対して、高温側電極８６ｈ及び低温側電極８６ｌによって互い違いに接続されることによって、電気的に直列に接続されている。
【００１８】
熱電変換素子８６は、排気ガス中の熱を回収して発電する機能、及び、外部から電力を供給することによって発熱する機能を備えている。
図５は、発電時における熱電変換素子８６の機能を示す模式図である。
高温側電極８６ｈを、インナホルダ８４を介して高温側熱源である排気ガスによって加熱するとともに、低温側電極８６ｌを、アウタホルダ８５を介して低温側熱源である大気によって冷却すると、これらの間の温度差に起因して、Ｐ型半導体８６ｐにおいては、高温側電極８６ｈ側から低温側電極８６ｌ側への空孔の移動が生じ、また、Ｎ型半導体８６ｎにおいては、高温側電極８６ｈ側から低温側電極８６ｌ側への自由電子の移動が生じる。これによって、Ｐ型半導体８６ｐ、Ｎ型半導体８６ｎにそれぞれ接続された低温側電極８６ｌの間に、熱電効果による起電力が発生する。このときの極性は、Ｐ型半導体８６ｐ側がプラス、Ｎ型半導体８６ｎ側がマイナスとなる。また、このとき、高温側電極８６ｈにおいては吸熱、低温側電極８６ｌにおいては発熱が生ずる。
【００１９】
一方、図６は、発熱時における熱電変換素子の機能を示す模式図である。
熱電変換素子８６のＰ型半導体８６ｐ、Ｎ型半導体８６ｎにそれぞれ接続された低温側電極８６ｌの間に、Ｐ型半導体８６ｐ側がプラス、Ｎ型半導体８６ｎ側がマイナスとなる極性で電圧を印加すると、Ｐ型半導体８６ｐにおいては、低温側電極８６ｌ側から高温側電極８６ｈ側への空孔の移動が生じ、また、Ｎ型半導体８６ｎにおいては、低温側電極８６ｌ側から高温側電極８６ｈ側への自由電子の移動が生じる。このとき、高温側電極８６ｈにおいては発熱、低温側電極８６ｌにおいては吸熱が生じ、電流の大きさに応じた熱量のポンピングが行われる。
【００２０】
コントローラ９０は、エンジン１０及び図示しない補器類の運転を統括的に制御するエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）を備えている。ＥＣＵは、例えば吸入空気量、吸気温度、スロットルポジション、回転数、クランクポジション、水温、排ガス組成等の各種運転パラメータが入力され、これに応じて、燃料噴射信号、点火信号等の制御命令信号を出力するものである。また、ＥＣＵは、図示しないスロットルペダルに設けられたエンコーダからの入力に応じて、スロットルペダルの踏込量を検出し、電子制御スロットル６０のスロットルモータを制御する。
【００２１】
また、コントローラ９０は、触媒コンバータユニット８０の熱電変換スタック８３が発電した電力を回収するとともに、電動ターボチャージャ４０のモータジェネレータ４２に、図示しないインバータによって駆動電力を供給してこれを駆動させる機能（過給制御部としての機能）、モータジェネレータ４２が発電した電力を回収し、バッテリ１００に充電する機能（回生制御部としての機能）、及び、熱電変換スタック８３に電力を供給してこれを発熱させる機能（加熱制御部としての機能）を備えている。これらの点については、後に詳しく説明する。
【００２２】
バッテリ１００は、例えばマンガン系リチウムイオン電池等の２次電池であって、電動ターボチャージャ４０のモータジェネレータ４２や触媒コンバータユニット８０の熱電変換スタック８３から回収された電力を一時的に貯蔵するものである。
このバッテリ１００は、車両が例えばエンジン−電気ハイブリッド車両である場合は、モータアシスト用の電力を蓄積する動力用バッテリと兼用する構成としてもよい。
【００２３】
次に、本実施例の車両用エンジンシステムの動作について説明する。
図７は、車両用エンジンシステム１の動作を示すフローチャートである。
以下、ステップ毎に順を追って説明する。
＜ステップＳ０１：エンジン始動要求有無判断＞
コントローラ９０は、運転席に設けられる図示しないイグニッションスイッチからの入力に基づいて、エンジン始動要求があるか否かを判断し、エンジン始動要求があった場合はステップＳ１１に進む。また、エンジン始動要求がなかった場合はステップＳ０２に進む。
【００２４】
＜ステップＳ０２：エンジンラン継続判断＞
コントローラ９０は、エンジンがラン状態（運転状態）を継続しているか否かを判断し、ラン状態を継続している場合はステップＳ０３に進み、ラン状態でない場合（停止している場合）は、ステップＳ１２に進む。
【００２５】
＜ステップＳ０３：スロットル踏込量読込＞
コントローラ９０は、図示しないスロットルペダルの踏込量を読み込み、ステップＳ０４に進む。
＜ステップＳ０４：吸気圧力読込＞
コントローラ９０は、圧力センサ７０が出力する吸気管内の圧力を読み込み、ステップＳ０５に進む。
＜ステップＳ０５：モータ回転数読込＞
コントローラ９０は、電動ターボチャージャ４０のモータジェネレータ４２の現在の回転数を読み込み、ステップＳ０６に進む。
＜ステップＳ０６：スロットル踏込量変化読込＞
コントローラ９０は、スロットル踏込量を時間により微分して算出されるスロットル踏込量変化を読み込み、ステップＳ０７に進む。
【００２６】
＜ステップＳ０７：ドライバ要求判別＞
コントローラ９０は、ステップＳ０３からステップＳ０６までの各ステップにおいて読み込まれた各パラメータに基づいて、車両が定常走行状態にあるか、加速状態にあるか、減速状態にあるかを判別する。
まず、コントローラ９０は、スロットル踏込量に基づいて演算されるドライバーの要求トルクが正（駆動側）か、負（減速側）かを判断し、例えばスロットルオフ時等のように要求トルクが負の場合は減速状態であると判断し、ステップＳ１０に進む。
要求トルクが正の場合であって、スロットル踏込量が所定値よりも大きい場合、及び、スロットル踏込量の増加率が所定値よりも大きい場合は、加速状態にあるものと判断してステップＳ０９に進み、その他の場合は定常走行状態にあるものと判断してステップＳ０８に進む。
【００２７】
＜ステップＳ０８：モータ回転数保持制御＞
コントローラ９０は、触媒コンバータユニット８０の熱電変換スタック８３が発電する電力を用いて、電動ターボチャージャ４０のモータジェネレータ４２に駆動電力を供給し、コンプレッサ４１による過給を行なわせる。
コントローラ９０は、現在のエンジン１０の回転数及びスロットル踏込量に応じて目標過給圧を設定し、圧力センサ７０によるフィードバック制御を行ない、モータジェネレータ４２の回転数を吸気管内圧力が目標過給圧と一致する回転数に保持する。
ここで、熱電変換スタック８３の出力のみではモータジェネレータ４２の駆動電力が不足する場合は、コントローラ９０は、バッテリ１００が放電する電力によってこれを補い、一方、熱電変換スタック８３の出力に余剰が発生する場合は、モータジェネレータ４２に駆動電力を供給するとともに、バッテリ１００への充電を行なう。
また、車両が冷間始動直後である場合のように、触媒コンバータユニット８０の温度が通常運転時よりも低く、熱電変換ユニット８３から十分な電力が得られない場合にも、バッテリ１００が放電する電力を利用した過給が行なわれる。
【００２８】
＜ステップＳ０９：モータ回転数増加制御＞
コントローラ９０は、上述したモータ回転数保持制御と同様に、熱電変換スタック８３が発電する電力を用いて電動ターボチャージャ４０に駆動電力を供給して過給を行わせる。
コントローラ９０は、エンジン１０の回転数、スロットル踏込量及びその変化量に基づいて、現在の過給圧よりも高い過給圧が得られるように、モータジェネレータ４２の回転数を現在の回転数Ｎ0からこれよりも高い目標回転数Ｎに増速させる。
ここで目標回転数Ｎの設定方法を式１に示す。
Ｎ＝Ｎ0×Ｐ×θ  ・・（式１）
Ｎ  ：モータジェネレータ目標回転数
Ｎ0：現在のモータジェネレータ回転数
Ｐ  ：吸気管内圧力に依存した補正係数
θ  ：スロットル踏込量変化に依存した補正係数
なお、スロットルペダルの踏込まれる速さが大きい場合には、急加速への要望が強いことから、補正係数θは、スロットル踏込量変化の大きさに応じて大きく設定される。
また、この場合においても、熱電変換スタック８３の出力と電動ターボチャージャ４０の必要電力との間に差がある場合には、モータ回転数保持制御と同様に、バッテリ１００の充放電を行なって調整する。
【００２９】
＜ステップＳ１０：回生制御＞
コントローラ９０は、エンジン１０の燃料噴射及び点火をカットするとともに、電子制御スロットル６０を全開状態まで開く。さらに、コントローラ９０は、電動ターボチャージャ４０のモータジェネレータ４２への電力供給を停止する。これによって、エンジン１０のポンピングに起因する空気流が電動ターボチャージャ４０のコンプレッサ４１を含む吸気管路内に発生し、この空気流によってコンプレッサ４１のインペラは回転駆動される。このとき、モータジェネレータ４２は、コンプレッサ４１側から駆動されて発電機として機能し、電力を発生する。モータジェネレータ４２が発電した電力は、コントローラ９０を介してバッテリ１００に充電され、過給時における電動ターボチャージャ４０や、例えば電動パワーステアリング、電動エアコンディショナ、灯火類等の電装品に供給されたり、また、モータアシスト用電力の一部として用いられる。
なお、上述したステップＳ０８，Ｓ０９，Ｓ１０の終了後は、ステップＳ０２に戻りそれ以降の処理を繰返す。
【００３０】
＜ステップＳ１１：エンジン始動時制御＞
コントローラ９０は、図示しないスタータモータによってエンジン１０のクランキングを行なうとともに、燃料噴射及び点火を開始し、これによってエンジン１０が始動する。
ここで、触媒コンバータ８１が備える三元触媒は、温度が例えば４００から８００℃程度の範囲において良好な特性を示すが、例えば２５０℃以下の低温では性能が劣化するため、例えば車両の冷間始動直後においては、排ガス処理能力が低くなる。
これに対し、コントローラ９０は、バッテリ１００が放電する電力を熱電変換ユニット８３に供給し、熱電変換素子８６の高温側電力８６ｈ側を発熱させる。これによって、触媒コンバータ８１がインナホルダ８４を介して加熱され、早期に通常の反応温度まで昇温される。
コントローラ９０は、例えば図示しない排気温度センサの出力に基づいて、排気温度が所定値以下の場合には熱電変換スタック８３に通電するように制御する。
【００３１】
＜ステップＳ１２：エンジン停止時制御＞
コントローラ９０は、エンジン１０への燃料噴射及び点火を停止させ、エンジン１０を停止させる。
【００３２】
以上のように、本実施例によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）エンジン１０の排気ガスがもつ熱エネルギを熱電変換スタック８３によって電力として回収し、この電力によって電動ターボチャージャ４０を駆動することによって、電動ターボチャージャ４０による過給のために、エンジン１０がオルタネータ等を駆動して発電することが必要な電力量を低減することができ、エンジン１０の運転負荷を軽減して車両のエネルギ効率を向上することができる。
さらに、熱電変換スタック８３により廃熱を回収して得られる電力は、例えばブレーキ回生によって得られる電力と異なり、定常走行中等であってもエンジン１０に負荷をかけることなく継続的に得ることができ、また、電動ターボチャージャ４０の駆動負荷が大きいエンジン１０の高負荷運転時には、熱電変換スタック８３の出力も向上する傾向にあるため、バッテリ１００等の負荷を低減することができる。
（２）車両の冷間始動後に、熱電変換スタック８３に電力を供給して発熱させ、触媒コンバータ８１を加熱することによって、触媒コンバータ８１を早期に適切な反応温度まで昇温させて活性化させ、排ガス処理性能を向上することができる。
（３）電動ターボチャージャ４０のモータジェネレータ４２への電力供給が停止される際に、吸気の流れにより電動ターボチャージャ４０が駆動されてモータジェネレータ４２が発電した電力を回収し、利用することによって、車両のエネルギ効率をより向上させることができる。
（４）電動ターボチャージャ４０を用いることによって、排気タービンを用いたターボチャージャと異なり、吸気系と排気系とがタービン部において隣接するように各パイプ類を引き回す必要がなく、吸排気系の設計自由度を向上することができる。例えば、吸気系と排気系とを、シリンダヘッドの吸気ポート側と排気ポート側とにおいてそれぞれ独立してレイアウトすることができ、熱害対策上も有利である。
また、排気系を、例えば、自然吸気エンジン搭載車と同様の設計とすることができ、部品の共通化等を図ることができる。
さらに、過給圧をエンジン１０の排気ガスの流量等と無関係に設定することができるから、エンジン１０の運転速度に関わらず良好な制御を行なうことができる。
【００３３】
（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）実施例は、電動過給器としてターボ過給器を備えたものであったが、本発明はこれに限らず、例えば、ルールブロワ式、リショルム式等の他の形式の圧縮機を電動アクチュエータによって駆動するものであってもよい。また、複数の電動過給器を備える構成としてもよく、例えば水平対向エンジンやＶ型エンジンの各バンク毎に個別の電動過給器を設けてもよい。
（２）実施例は、エンジンとしてスロットルバルブにより出力調整を行なうガソリンエンジンを用いたものであったが、本発明はこれに限らず、例えば、吸気バルブの開閉タイミングやバルブリフトを可変とし、これらによって出力調整を行なういわゆるバルブスロットリングを行なうエンジンにも適用することができる。この場合、電動過給器による回生発電時には、発電に十分な空気の流量、流速等が得られるようにそのバルブタイミング、バルブリフト量を設定するとよい。
また、低負荷時に気筒休止を行なうエンジンの場合、回生発電時には稼動する気筒数を増加させるとよい。
さらに、本発明は、スロットルを用いずに、燃料噴射量等によって出力調整を行なうディーゼルエンジン等にも適用することができ、この場合は、回生発電時には、燃料噴射量を低くするか、又は、燃料カットを行なうとよい。
（３）実施例において、触媒コンバータは、例えば三元触媒であったが、これに限らず、例えば酸化触媒や選択還元触媒等の他の種類の触媒や、複数種類の触媒をユニット化したものであってもよい。
（４）実施例において、熱電変換スタックの低温側電極は、アウタホルダを介して大気によって冷却される構成としたが、これに限らず、例えば、低温側電極が設けられた側に液冷式の熱交換器を設けて冷却してもよい。
（５）実施例は、冷間始動後に熱電変換スタックを発熱させて触媒コンバータを加熱しているが、これに限らず、例えばアイドルストップ時における触媒温度の低下を防止するために触媒コンバータを加熱してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明を適用した車両用エンジンシステムの実施例の構成を示す図である。
【図２】図１の車両用エンジンシステムにおける触媒コンバータユニットの断面（図１のII−II部矢視断面）を示す図である。
【図３】図２の触媒コンバータユニットの側壁部の拡大斜視図（図２のIII部拡大図）である。
【図４】図３の側壁部に設けられる熱電変換スタックの斜視図である。
【図５】図４の熱電変換スタックを構成する熱電素子の発電時における機能を示す模式図である。
【図６】図４の熱電変換スタックを構成する熱電素子の発熱時における機能を示す模式図である。
【図７】図１の車両用エンジンシステムの動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３５】
１    エンジンシステム
１０    エンジン
２０    エアインテーク
３０    エアクリーナ
４０    電動ターボチャージャ
４１    コンプレッサ
４２    モータジェネレータ
５０    インタークーラ
６０    電子制御スロットル
７０    圧力センサ
８０    触媒コンバータユニット
８１    触媒コンバータ
８２    触媒ケース
８３    熱電変換スタック
８４    インナホルダ
８５    アウタホルダ
８６    熱電変換素子
８６ｐ  Ｐ型半導体
８６ｎ  Ｎ型半導体
８６ｈ  高温側電極
８６ｌ  低温側電極
９０    コントローラ
１００    バッテリ
【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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