(57)【要約】      （修正有）【課題】排気のエネルギを有効に利用して過給圧および発電量を確保しながら燃費性能の悪化を抑制する。【解決手段】ターボ過給機と、タービン側発電機と、過給用タービンをバイパスするバイパス通路およびこれを開閉する開閉弁とを設け、高負荷領域のうち基準回転数未満で過給用タービンのタービン効率が最大となり、コンプレッサ効率が基準回転数以上で最大となるように構成し、高負荷領域のうち基準回転数以上となると開閉弁を開弁し、高速高負荷領域のうちコンプレッサ効率が最大となる特定領域にて優先的に発電を行う。【選択図】図７
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【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た吸気通路および排気通路と、
前記吸気通路に設けられたコンプレッサおよび前記排気通路に設けられた過給用タービンを含むターボ過給機と、
前記排気通路の前記過給用タービンよりも下流側に設けられて排気のエネルギを受けて回転す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タービン側発電機を含む発電装置と、
前記タービン側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、
前記排気通路は、前記過給用タービンを迂回して排気を前記発電用タービンに導入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、
前記過給用タービンは、複数の翼を有し排気のエネルギを受けて回転するインペラと、当該インペラを内部に収容するとともに当該インペラに流入する排気の流路面積が一定とされたハウジングとを備え、
エンジン負荷が基準負荷以上の高負荷領域において、前記過給用タービンのタービン効率はエンジン回転数が予め設定された基準回転数未満の回転数で最大となるように設定されており、前記コンプレッサのコンプレッサ効率は、エンジン回転数が前記基準回転数よりも高い回転数で最大となるように設定されており、
前記制御手段は、
前記高負荷領域のうちエンジン回転数が前記基準回転数未満では前記開閉弁を全閉にする一方、前記高負荷領域のうちエンジン回転数が前記基準回転数以上の高速高負荷領域では前記開閉弁を開弁させるとともに、
前記高速高負荷領域のうち前記コンプレッサ効率が最大となるエンジン回転数を少なくとも含む特定領域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、条件に応じて前記発電機による発電を実施または停止する、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、
前記コンプレッサの効率は、エンジン回転数の増大に伴って増大して所定のエンジン回転数において前記過給用タービンの効率を超えるように設定されており、
前記特定領域は、前記高速高負荷領域のうち前記コンプレッサ効率が前記所定のエンジン回転数における効率以上となる領域に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。
【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、
前記エンジン本体の出力軸に連結されて当該出力軸により回転駆動されることで発電するエンジン側発電機を備え、
前記制御手段は、前記特定領域より低負荷側の領域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、エンジン負荷が前記特定領域内の負荷となるように前記エンジン側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。
【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、エンジントルクを高めるためにターボ過給機を設けることが行われているとともに、エンジンシステム全体でのエネルギ効率を高め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、ターボ過給機に設けられたタービンとコンプレッサとを連結する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。この特許文献１のエンジンシステムでは、ターボ過給機のタービンがいわゆる可変容量タービンであってタービン本体に流入する排気の流路面積を変更可能な可変ベーンを備えたタービンで構成され、エンジン回転数が所定回転数以上になると可変ベーンの開度ひいては前記流路面積が大きくされるとともに発電が開始されるようになっている。また、このエンジンシステムでは、発電に伴って過給圧が低下するのを抑制するべく発電時に可変ベーンの開度を絞り側に補正するとともに、この補正に伴うタービン上流側の圧力ひいてはエンジンの背圧の増大を抑制するべく発電が実施される前記エンジン回転数が所定回転数以上の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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
特許文献１のエンジンシステムでは、前記のように、エンジン回転数が所定回転数以上の領域においてタービン効率が最大とされつつ発電が実施されることで、この領域においては過給圧および発電量を高く確保しつつエンジンの背圧の増大に伴うポンピングロスの悪化すなわち燃費性能の悪化を抑制することができる。しかしながら、この構成では、エンジン回転数が所定回転数未満の低速領域ではタービン効率が低いため、この低速領域において高い過給圧を実現しようとするとタービンの上流側の圧力すなわちエンジンの背圧が高くなってポンピングロスおよび燃費性能が悪化してしまうという問題がある。
【０００６】
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、排気のエネルギを有効に利用して過給圧および発電量を確保しながら燃費性能の悪化をより一層抑制することが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】
【０００７】
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た吸気通路および排気通路と、前記吸気通路に設けられたコンプレッサおよび前記排気通路に設けられた過給用タービンを含むターボ過給機と、前記排気通路の前記過給用タービンよりも下流側に設けられて排気のエネルギを受けて回転す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タービン側発電機を含む発電装置と、前記タービン側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、前記排気通路は、前記過給用タービンを迂回して排気を前記発電用タービンに導入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、前記過給用タービンは、複数の翼を有し排気のエネルギを受けて回転するインペラと、当該インペラを内部に収容するとともに当該インペラに流入する排気の流路面積が一定とされたハウジングとを備え、エンジン負荷が基準負荷以上の高負荷領域において、前記過給用タービンのタービン効率はエンジン回転数が予め設定された基準回転数未満の回転数で最大となるように設定されており、前記コンプレッサのコンプレッサ効率は、エンジン回転数が前記基準回転数よりも高い回転数で最大となるように設定されており、前記制御手段は、前記高負荷領域のうちエンジン回転数が前記基準回転数未満では前記開閉弁を全閉にする一方、前記高負荷領域のうちエンジン回転数が前記基準回転数以上の高速高負荷領域では前記開閉弁を開弁させるとともに、前記高速高負荷領域のうち前記コンプレッサ効率が最大となるエンジン回転数を少なくとも含む特定領域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、条件に応じて前記発電機による発電を実施または停止する、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）。
【０００８】
この構成では、高速高負荷領域において開閉弁が開弁されて、排気のエネルギの一部が過給用タービンで利用されることなく発電用タービンに導入される。そして、この高速高負荷領域の少なくとも一部の回転域に設定された特定領域において、発電要求があるときは必ず発電が行われる一方、特定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。このように、この構成では、エンジン回転数およびエンジン負荷が高く排気のエネルギが高い特定領域において、発電が優先的に実施される。そのため、排気のエネルギを効率よく発電に利用しつつ過給圧を高めることができる。
【０００９】
特に、この構成では、前記特定領域においてコンプレッサ効率が最大になるように構成されるとともに、特定領域よりもエンジン回転数が低い低速高負荷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、特定領域において高い発電量を確保しつつ過給圧を十分に高めてポンピングロスの増大を抑制することができるとともに、低速高負荷領域においても高い過給圧を確保しつつエンジンの背圧が過剰に増大するのを抑制することができる。従って、より広い範囲にわたって過給圧を高くしながらポンピングロスを小さく抑えることができ燃費性能を高めることができる。
【００１０】
また、この構成では、過給用タービンとして、インペラに流入する排気の流路面積が一定に維持されるよう構成されたタービンであっていわゆる固定容量タービンが利用されている。そのため、過給用タービンとして可変容量タービンを用いる場合よりもコスト面で有利となる。そして、この固定容量タービンである過給用タービンのタービン効率が、前記低速高負荷領域で高く設定されていることで、エンジン回転数が低く排気の流量が小さい低速高負荷領域においても効果的に過給圧を高めることができる。
【００１１】
前記構成において、前記コンプレッサの効率は、エンジン回転数の増大に伴って増大して所定のエンジン回転数において前記過給用タービンの効率を超えるように設定されており、前記特定領域は、前記高速高負荷領域のうち前記コンプレッサ効率が前記所定のエンジン回転数における効率以上となる領域に設定されているのが好ましい（請求項２）。
【００１２】
このようにすれば、低速高負荷領域と高速高負荷領域との両領域においてターボ過給機の効率（タービン効率およびコンプレッサ効率）を同等に高くすることができ、エンジン回転数についてより均一に燃費性能を高めることができる。
【００１３】
前記構成において、前記エンジン本体の出力軸に連結されて当該出力軸により回転駆動されることで発電するエンジン側発電機を備え、前記制御手段は、前記特定領域より低負荷側の領域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、エンジン負荷が前記特定領域内の負荷となるように前記エンジン側発電機を駆動させるのが好ましい（請求項４）。
【００１４】
このようにすれば、特定領域での発電機会をより多くすることができるので、特定領域以外で発電が行われる頻度を減らすことができ、燃費性能の悪化を抑制することができる。また、エンジン側発電機によっても発電が行われるため発電量をより一層多くすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
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、過給圧および発電量を確保しながら燃費性能の悪化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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ウエストゲートバルブの開度との関係を示した図である。
【図４】運転領域を示した図である。
【図５】高負荷領域におけるエンジン回転数とタービン効率およびコンプレッサ効率との関係を示した図である。
【図６】制御ブロックを示した図である。
【図７】ウエストゲートバルブ、ＶＧＴ開度およびジェネレータ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】
【００１７】
（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。
【００１８】
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。
【００１９】
図２は、エンジン本体１の概略断面図である。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
図１に示すように、クランクシャフト１０６には、クランクシャフト１０６の回転力により駆動されて発電するエンジン側発電機８２が連結されている。本実施形態では、エンジン側発電機８２は、モータ機能付発電機、いわゆるＩＳＧ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｓｔａｒｔｅｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）であり、前記のようにクランクシャフト１０６により駆動されて発電機として機能するとともに、発進時や加速時等においてモータとして機能してクランクシャフト１０６の回転を補助する。エンジン側発電機８２はＩＳＧ駆動装置８５により制御され、ＩＳＧ駆動装置８５によって発電機とモータとの切替、および発電量やモータとしての駆動力が変更される。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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、コンプレッサ６２、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。
【００２７】
コンプレッサ６２は、ターボ過給機６０の構成部品である。すなわち、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過給用タービン６４と、吸気通路１２０に設けられて過給用タービン６４により回転駆動されるコンプレッサ６２とを有しており、過給用タービン６４（詳細には過給用タービン６４の後述するインペラ６４ａ）が排気の導入を受けて回転することでコンプレッサ６２が回転して吸気を過給する。
【００２８】
（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、過給用タービン６４、発電用タービン７４、触媒装置９０が設けられている。
【００２９】
本実施形態では、過給用タービン６４は、固定容量タービン、いわゆるＦＧＴ（Ｆｉｘｅｄ  Ｇｅｏｍｅｔｒｙ  Ｔｕｒｂｉｎｅ）であり、過給用タービン６４は、排気のエネルギを受けて回転するインペラ６４ａと、これを収容するハウジング６４ｈとで構成されており、インペラ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。すなわち、この過給用タービン６４は、インペラに流入する排気の流路面積を変更可能な可変ベーンを備えた可変容量タービン（ＶＧＴ）ではなく、可変ベーンを有していない。
【００３０】
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（タービン側発電機）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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
排気通路１３０には、発電用タービン７４をバイパスするバイパス通路１３２と、これを開閉するウエストゲートバルブ（開閉弁）１３３とが設けられている。具体的には、バイパス通路１３２は、排気通路１３０のうち過給用タービン６４よりも上流側の部分と、過給用タービン６４と発電用タービン７４との間の部分とを接続している。従って、ウエストゲートバルブ１３３が開いている状態では、エンジン本体１から排出された排気の一部は、過給用タービン６４を通過せずに発電用タービン７４に流入する。
【００３５】
過給圧は、バイパス通路１３２およびウエストゲートバルブ１３３によって調整される。すなわち、前記のように、過給用タービン６４は、固定容量タービンであって、過給用タービン６４のインペラ６４ａに流入する排気の流路面積は固定されている。そのため、インペラ６４ａの回転力ひいては過給圧を調整するためにはインペラ６４ａに流入する排気の量を調整する必要があり、ウエストゲートバルブ１３３の開度の変更によってこの排気の量が調整される。
【００３６】
具体的には、ウエストゲートバルブ１３３は、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、図３に示すように、エンジン回転数が基準回転数Ｎ１未満の低速高負荷領域Ａ１＿Ｌでは全閉とされ、基準回転数Ｎ１以上の高速高負荷領域Ａ１＿Ｈでは開弁される。また、高速高負荷領域Ａ１＿Ｈでは、基本的に、エンジン回転数が高いほどウエストゲートバルブ１３３の開度は大きく（開側に）される。
【００３７】
すなわち、エンジン回転数が低く排気の流量が小さい領域において過給圧を高くするためには、エンジン本体１から排出された排気のより多くを過給用タービン６４に流入させる必要がある。そこで、エンジン回転数が低い一方高い過給圧が要求される低速高負荷領域Ａ１＿Ｌでは、ウエストゲートバルブ１３３は全閉とされてエンジン本体１から排出された排気の全量が過給用タービン６４に導入される。一方、エンジン回転数が高く排気の流量が大きい高速高負荷領域Ａ１＿Ｈでは、排気の全量を過給用タービン６４に流入させると過給圧が過剰に高くなってしまうため、この高速高負荷領域Ａ１＿Ｈではウエストゲートバルブ１３３は開弁され、排気の一部が過給用タービン６４をバイパスして下流側に導出される。
【００３８】
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。
【００３９】
ここで、本実施形態では、高負荷領域Ａ１における過給用タービン６４のタービン効率η＿Ｔとコンプレッサ効率η＿Ｃとが、図５に示すように設定されている。すなわち、ウエストゲートバルブ１３３が全閉とされる低速高負荷領域Ａ１＿Ｌにてタービン効率η＿Ｔが最大となり、ウエストゲートバルブ１３３が開弁される高速高負荷領域Ａ１＿Ｈにてコンプレッサ効率η＿Ｃが最大となるように設定されている。
【００４０】
具体的には、図５に示すように、高負荷領域Ａ１におけるタービン効率η＿Ｔ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Ｎ１１にて最大となった後、エンジン回転数の増大に伴って徐々に低くなるように、かつ、この第１回転数Ｎ１１が基準回転数Ｎ１未満となるように設定されている。
【００４１】
一方、高負荷領域Ａ１におけるコンプレッサ効率η＿Ｃは、図５に示すように、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２回転数Ｎ１２にて最大となった後、エンジン回転数の増大に伴って徐々に低くなるように、かつ、この第２回転数Ｎ１２が基準回転数Ｎ１以上となるように設定されている。
【００４２】
また、本実施形態では、コンプレッサ効率η＿Ｃが、基準回転数Ｎ１以上の高速高負荷領域Ａ１＿Ｈにおいて、タービン効率η＿Ｔを超えて大きくなるように設定されている。すなわち、基準回転数Ｎ１以上の第３回転数Ｎ１３においてタービン効率η＿Ｔとコンプレッサ効率η＿Ｃとがともに同じ基準効率η＿０となり、エンジン回転数が第３回転数Ｎ１３を超えるとタービン効率η＿Ｔは基準効率η＿０よりも低下していく一方コンプレッサ効率η＿Ｃは基準効率η＿０よりも増大していくようになっている。
【００４３】
（３）制御系
図６を用いて、エンジンシステム１００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１００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。
【００４４】
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、コンプレッサ６２の下流側の圧量であってコンプレッサ６２の過給圧を検出する過給圧センサ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。
【００４５】
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、ジェネレータ駆動装置７５、ウエストゲートバルブ１３３、ＩＳＧ駆動装置８５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、ウエストゲートバルブ１３３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。
【００４６】
ＥＣＵ５００による、ウエストゲートバルブ１３３、ジェネレータ７２（ジェネレータ駆動装置７５）、エンジン側発電機８２の制御手順について、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。
【００４７】
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ＳＮ５により検出されたアクセル開度、バッテリ残量であるＳＯＣ等を読み込む。なお、ＳＯＣは、バッテリに接続された電流センサ等から検出される。
【００４８】
次に、ステップＳ２にて、高速高負荷領域Ａ１＿Ｈか否かを判定する。
【００４９】
ステップＳ２の判定がＹＥＳであって高速高負荷領域Ａ１＿Ｈでエンジン本体１が運転されている場合は、ステップＳ３に進みウエストゲートバルブ（Ｗ／Ｇ）１３３を開く。このとき、前記のように、ウエストゲートバルブ１３３は、エンジン回転数が高いほど大きい開度とされる。一方、ステップＳ３の判定がＮＯの場合はステップＳ４に進み、ウエストゲートバルブ１３３を閉じる（本実施形態では、全閉にする）。ステップＳ３，Ｓ４の後はステップＳ５に進む。
【００５０】
ステップＳ５では、ジェネレータ７２に対する発電要求があるか否かを判定する。
【００５１】
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。
【００５２】
ステップＳ５の判定がＮＯであって発電要求がない場合は、ステップＳ１０に進む。
【００５３】
ステップＳ１０では、タービン側発電機７２による発電を停止する。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。ステップＳ１０の後は、ステップＳ８に進む。
【００５４】
一方、ステップＳ５の判定がＹＥＳであって発電要求がある場合はステップＳ６に進む。
【００５５】
ステップＳ６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。
【００５６】
ステップＳ６の判定がＹＥＳであって発電の発電要求レベルが高く緊急に発電を行う必要がある場合は、ステップＳ７に進む。
【００５７】
ステップＳ７では、タービン側発電機７２による発電を実施する。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。ステップＳ７の後は、ステップＳ８に進む。
【００５８】
一方、ステップＳ６の判定がＮＯの場合はステップＳ１２に進む。
【００５９】
ステップＳ１２では、特定領域Ｒ１か否かを判定する。
【００６０】
ここで、特定領域Ｒ１は、高速高負荷領域Ａ１＿Ｈのうちコンプレッサ効率η＿Ｃが最大となるエンジン回転数を含む領域である。本実施形態では、図５に示すように、コンプレッサ効率η＿Ｃが基準効率η＿０以上の領域に特定領域Ｒ１が設定されている。すなわち、特定領域Ｒ１は、高負荷領域Ａ１のうち、エンジン回転数が、第３回転数Ｎ１３以上、かつ、第２回転数Ｎ１２よりも高い領域においてコンプレッサ効率η＿Ｃが基準効率η＿０となる第４回転数Ｎ１４以下の領域に設定されている。
【００６１】
そして、ステップＳ１２では、エンジン本体１がこのように設定された特定領域Ｒ１にて運転されているか否かを判定する。
【００６２】
ステップＳ１２の判定がＹＥＳであって特定領域Ｒ１で運転されている場合は、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、タービン側発電機７２による発電を実施する。ステップＳ１３の後はステップＳ８に進む。
【００６３】
一方、ステップＳ１２の判定がＮＯの場合はステップＳ１４に進む。
【００６４】
ステップＳ１４では、第２特定領域Ｒ２か否かを判定する。
【００６５】
第２特定領域Ｒ２は、図４に示すように、エンジン負荷が特定領域Ｒ１未満の領域であって特定領域Ｒ１と同じエンジン回転数領域に設定されている。すなわち、第２特定領域Ｒ２は、エンジン負荷が基準負荷Ｔ１未満、かつ、エンジン回転数が第３回転数Ｎ１３以上第４回転数Ｎ１４以下の領域である。
【００６６】
ステップＳ１４の判定がＮＯの場合は、ステップＳ１０に進む。そして、前記のように、タービン側発電機７２による発電を停止する。
【００６７】
一方、ステップＳ１４の判定がＹＥＳであって第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、ステップＳ１５に進む。そして、ステップＳ１５において、エンジン側発電機８２による発電（ＩＳＧ発電）を実施するとともに、タービン側発電機７２による発電を実施する。このとき、エンジン側発電機８２の発電量は、エンジン負荷を基準負荷Ｔ１以上に高めてエンジン本体１を特定領域Ｒ１で運転させることが可能な量に制御される。すなわち、エンジン側発電機８２を駆動すれば、エンジン本体１（クランクシャフト１０６）に回転負荷がかかりエンジン負荷が増大する。そこで、ステップＳ１５では、エンジン側発電機８２による発電を実施して、エンジン本体１の運転ポイントを特定領域Ｒ１に移行させつつタービン側発電機７２による発電を実施する。
【００６８】
ステップＳ１５の後はステップＳ８に進む。
【００６９】
ステップＳ８では、過給圧がその目標値である目標過給圧となっているか否かを判定する。なお、目標過給圧は、エンジン回転数とエンジン負荷等から決定される。例えば、目標過給圧は、エンジン回転数とエンジン負荷とについて設定されている。そして、コントローラ５００は、エンジン回転数とエンジン負荷とに対する目標過給圧をマップで記憶しており、このマップから現在のエンジン回転数とエンジン負荷とに対応する値を目標過給圧として抽出する。
【００７０】
ステップＳ８の判定がＹＥＳであって過給圧が目標過給圧となっている場合には、そのまま処理を終了する。
【００７１】
一方、ステップＳ８の判定がＮＯの場合は、ステップＳ９に進んで、ウエストゲートバルブ１３３の開度を調整する。そして、処理を終了する。具体的には、過給圧が目標過給圧よりも低い場合は、ウエストゲートバルブ１３３を閉じ側に補正し、過給圧が目標過給圧よりも高い場合は、ウエストゲートバルブ１３３を開き側に補正する。なお、ウエストゲートバルブ１３３が全閉の場合では、それ以上ウエストゲートバルブ１３３を閉じることはできないため、この場合は、ウエストゲートバルブ１３３は全閉に維持される。
【００７２】
なお、ステップＳ８では、過給圧が目標過給圧と完全に一致している場合に限らず、過給圧と目標過給圧との差が所定値以下である場合に過給圧が目標過給圧と一致していると判定されてもよい。
【００７３】
（４）作用等
以上のように、特定領域Ｒ１では、他の領域に比べて発電要求のレベルが低く発電の緊急度が低い場合であっても（電力不足量が小さい場合であっても）、発電要求があり次第、発電が実施される。すなわち、本エンジンシステム１００では、特定領域Ｒ１でエンジンが運転中の場合は、他の領域でエンジンが運転中の場合よりも優先的に発電が行われるようになっている。
【００７４】
ここで、特定領域Ｒ１は、高速高負荷領域Ａ１＿Ｈに含まれており、ウエストゲートバルブ１３３が開弁される領域である。そのため、特定領域Ｒ１では、過給に利用しなかった排気を利用して発電を行うことができ、過給圧を高めつつ発電を行うことができる。従って、この特定領域Ｒ１にて優先的に発電が行われることで、過給圧を高く維持しつつ発電量を確保することができる。
【００７５】
しかも、前記のように、特定領域Ｒ１は、コンプレッサ効率η＿Ｃが基準効率η＿０以上と高くコンプレッサ効率η＿Ｃが最大となるエンジン回転数を含む領域に設定されている。そのため、発電量を確保しつつポンピングロスをより小さくすることができる。
【００７６】
具体的には、ジェネレータ７２で発電を実施するべく発電用タービン７４に負荷を加えると発電用タービン７４の上流側の圧力すなわち過給用タービン６４の下流側の圧力は増大する。そのため、発電時において過給圧を高い圧力に維持するためには、過給用タービン６４の上流側の圧力をより一層高くする必要が生じ、エンジン本体１の背圧が過剰に高くなるおそれがある。これに対して、前記のように、特定領域Ｒ１ではコンプレッサ効率η＿ｃが高く設定されているため、過給用タービン６４の圧力比（過給用タービンの上流側の圧力と下流側の圧力との比）を小さく抑えつつ過給圧を高くすることができる。すなわち、ジェネレータ７２の発電時において、過給圧を高めつつ、過給用タービン６４の上流側の圧力およびエンジン本体１の背圧が過剰に高くなるのを抑制することができる。そのため、発電に伴ってポンピングロスが過剰に悪化するのを抑えることができる。従って、過給圧を高くし、かつ、発電量を確保しつつ、燃費性能を高くすることができる。
【００７７】
さらに、このエンジンシステム１００では、低速高負荷領域Ａ１＿Ｌにおいてタービン効率η＿Ｔが最大となるように設定されている。そのため、過給用タービン６２として固定容量タービンを用い、可変容量タービンを用いる場合よりもコストを低く抑えつつ、低速高負荷領域Ａ１＿Ｌにおいても過給圧を適切に高めることができる。すなわち、低速高負荷領域Ａ１＿Ｌではエンジン回転数が低く排気の流量が小さいため過給圧を高めにくい。特に、固定容量タービンでは、可変容量タービンと異なりインペラ６４ａに流入する排気の流路面積および排気の流速を変更することができないため、低速高負荷領域Ａ１＿Ｌにおいて過給圧を高めにくい。これに対して、本実施形態では、低速高負荷領域Ａ１＿Ｌにおいてタービン効率が高くされていることで、少ない排気の流量で、給用タービン６４の上流側の圧力が過剰に高くなるのを抑制しながら過給圧を効果的に高めることができる。従って、このエンジンシステム１００では、より広い範囲にわたって過給圧を高くしながらポンピングロスを小さく抑えて燃費性能を高めることができる。
【００７８】
また、このエンジンシステム１００では、特定領域Ｒ２でエンジン本体１が運転されている場合、すなわち、エンジン負荷が基準負荷Ｔ１未満である一方エンジン回転数が特定領域Ｒ１に対応するエンジン回転数の場合には、前記のように、エンジン側発電機８２による発電を実施して、エンジン本体１の運転ポイントを特定領域Ｒ１に移行させつつタービン側発電機７２による発電を実施する。そのため、特定領域Ｒ１での発電機会をより多くすることができ、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ができる。特に、このとき、エンジン側発電機８２によっても発電が行われる。そのため発電量をより一層多くすることができる。
【００７９】
（５）変形例
前記実施形態では、優先的に発電が実施される特定領域Ｒ１を高速高負荷領域Ａ１＿Ｈの一部のみとした場合について説明したが、特定領域Ｒ１は高速高負荷領域Ａ１＿Ｈのうちコンプレッサ効率η＿Ｃが最大となる第２エンジン回転数を含む領域に設定されていればよく、例えば、高速高負荷領域Ａ１＿Ｈ全体が特定領域Ｒ１に設定されてもよい。
【００８０】
また、エンジン側発電機８２は省略可能である。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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】
【００８５】
１  エンジン本体
６２  コンプレッサ
６４  過給用タービン
７２  ジェネレータ（タービン側発電機）
７４  発電用タービン
８２  エンジン側発電機
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
１３２  バイパス通路
１３３  ウエストゲートバルブ（開閉弁）
５００  ＥＣＵ（制御手段）
Ｒ１  特定領域
Ｒ２  第２特定領域
【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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