(57)【要約】【課題】低速高負荷領域において、エンジントルクを高く確保しつつ適切な発電を行うことができるエンジンの排気制御装置を提供する。【解決手段】排気通路１３０に上流側から過給用タービン５２と発電用タービン６２とを設けるとともに、発電用タービン６２により駆動されて発電する発電機６１を設け、低速高負荷領域Ａ１において、各気筒１０の吸排気弁２１，２２をオーバーラップさせるとともに、低速高負荷領域Ａ１において、発電機６１に対して発電要求が出されると、発電機６１での発電量を増大し、前記オーバーラップする期間を発電要求が出されていない場合よりも長くし、かつ、過給用タービン５２に流入する排気に未燃の燃料を含有させる。【選択図】図１
2017115757.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒が形成されたエンジン本体と、当該エンジン本体にそれぞれ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た過給用タービンおよび前記吸気通路に設けられたコンプレッサを含むターボ過給機とを備えたエンジンの排気制御装置であって、
前記排気通路のうち前記過給用タービンの下流側に設けられて排気のエネルギーを受けて回転する発電用タービンと、
前記発電用タービンにより駆動されて発電する発電機と、
前記各気筒に設けられる吸気弁と排気弁との少なくとも一方の開閉タイミングを変更可能な開閉時期変更手段と、
前記過給用タービンに流入する排気に未燃の燃料を含有させることが可能な未燃燃料供給手段と、
前記発電機の発電量を変更可能な発電量変更手段と、
前記開閉時期変更手段と前記未燃燃料供給手段と前記発電量変更手段とを含むエンジンの各部を制御する制御手段とを備え、
前記排気通路は、１または排気順序が連続しない複数の気筒にそれぞれ接続されてこれら気筒から排出された排気が流入する複数の独立通路と、排気順序が連続する気筒に接続された前記独立通路の下流端部が互いに隣接した状態で接続されるとともに前記過給用タービンおよび前記発電用タービンが配置される主排気通路とを有し、
前記制御手段は、エンジン回転数が基準回転数以下かつエンジン負荷が基準負荷以上の低速高負荷領域において、前記開閉時期変更手段によって前記各気筒の吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とをオーバーラップさせるとともに、当該低速高負荷領域において、前記発電機に対して発電要求が出されると、前記発電量変更手段によって前記発電機での発電量を増大させ、前記開閉時期変更手段によって前記吸排気弁がオーバーラップする期間を発電要求が出されていない場合よりも長くし、かつ、前記未燃燃料供給手段によって前記過給用タービンに流入する排気に未燃の燃料を含有させることを特徴とするエンジンの排気制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンの排気制御装置において、
前記制御手段は、前記低速高負荷領域においてエンジン回転数が低いほど、前記オーバーラップ期間を長くすることを特徴とするエンジンの排気制御装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のエンジンの排気制御装置において、
前記各独立通路から前記主排気通路に流入する排気が通過する流路の面積を変更可能な流路面積変更手段を備え、
前記制御手段は、前記流路面積変更手段によって、前記低速高負荷領域では前記流路面積を最小とし、前記基準回転数以上に設定された高速側基準回転数よりもエンジン回転数が高い高速領域では前記流路面積を最大とすることを特徴とするエンジンの排気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の気筒が形成されたエンジン本体と、当該エンジン本体にそれぞれ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た過給用タービンおよび前記吸気通路に設けられたコンプレッサを含むターボ過給機とを備えたエンジンの排気制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、エンジントルクを高めるために排気通路に設けられたタービンと吸気通路に配置されるコンプレッサとを含み排気のエネルギーで吸気を過給するターボ過給機をエンジンに設けることが行われている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、排気通路にターボ過給機のタービンを設けたエンジンであって、排気通路のうちこの過給用のタービンの下流側に発電用のタービンを設けた装置が開示されている。
【０００４】
特許文献１の装置では、ターボ過給機によって吸気を過給してエンジントルクを高めつつ、過給用のタービンから流下した排気によって発電用のタービンを回転させることで発電を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１０８３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、エンジン回転数が低い運転領域では排気流量が小さく排気のエネルギーが小さい。そのため、特許文献１の装置では、エンジン回転数が低くかつ高いエンジントルクが要求されるエンジン負荷が高い低速高負荷領域において高いエンジントルクを確保するために排気のエネルギーのほぼ全てを過給用タービンに供給せねばならず、発電用タービンに供給されるエネルギーが小さくなって十分に発電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、低速高負荷領域において、エンジントルクを高く確保しつつ適切な発電を行うことができるエンジンの排気制御装置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、本発明者らは鋭意研究の結果、吸気弁と排気弁とのオーバーラップ期間を長くしていくと吸気通路から排気通路に吸気（空気）が吹き抜けること、および、この状態で排気通路に未燃の燃料を存在させると排気通路内で空気と燃料とが燃焼するいわゆるアフターバーンが生じて排気のエネルギーが高くなることを突き止めた。
【０００９】
本発明は、この知見に基づいてなされたものであり、複数の気筒が形成されたエンジン本体と、当該エンジン本体にそれぞれ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た過給用タービンおよび前記吸気通路に設けられたコンプレッサを含むターボ過給機とを備えたエンジンの排気制御装置であって、前記排気通路のうち前記過給用タービンの下流側に設けられて排気のエネルギーを受けて回転する発電用タービンと、前記発電用タービンにより駆動されて発電する発電機と、前記各気筒に設けられる吸気弁と排気弁との少なくとも一方の開閉タイミングを変更可能な開閉時期変更手段と、前記過給用タービンに流入する排気に未燃の燃料を含有させることが可能な未燃燃料供給手段と、前記発電機の発電量を変更可能な発電量変更手段と、前記開閉時期変更手段と前記未燃燃料供給手段と前記発電量変更手段とを含むエンジンの各部を制御する制御手段とを備え、前記排気通路は、１または排気順序が連続しない複数の気筒にそれぞれ接続されてこれら気筒から排出された排気が流入する複数の独立通路と、排気順序が連続する気筒に接続された前記独立通路の下流端部が互いに隣接した状態で接続されるとともに前記過給用タービンおよび前記発電用タービンが配置される主排気通路とを有し、前記制御手段は、エンジン回転数が基準回転数以下かつエンジン負荷が基準負荷以上の低速高負荷領域において、前記開閉時期変更手段によって前記各気筒の吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とをオーバーラップさせるとともに、当該低速高負荷領域において、前記発電機に対して発電要求が出されると、前記発電量変更手段によって前記発電機の発電量を増大させ、前記開閉時期変更手段によって前記吸排気弁がオーバーラップする期間を発電要求が出されていない場合よりも長くし、かつ、前記未燃燃料供給手段によって前記過給用タービンに流入する排気に未燃の燃料を含有させることを特徴とする（請求項１）。
【００１０】
この装置によれば、排気のエネルギーが小さくなりやすい低速高負荷領域において発電要求があったときに、過給用タービンと発電用タービンとの両方に排気のエネルギーを適切に付与することができ、過給圧ひいてはエンジントルクを高く確保しつつ適切な発電を行うことができる。
【００１１】
具体的には、この装置では、排気順序が連続する気筒に接続された独立通路の下流端部が互いに隣接した状態で配置されているとともに、低速高負荷領域において、吸排気弁がオーバーラップするように、かつ、この低速高負荷領域において発電要求が出されると、吸排気弁がオーバーラップする期間が長くされるようになっている。そのため、低速高負荷領域において発電要求が出された際に、所定の独立通路から排気が排出した際にこの排気の周囲に生成した負圧を吸排気弁がオーバーラップしている気筒に作用させて、この気筒の独立通路から排気をより多く排出すること、さらには、吸気を排気通路に吹き抜けさせることができる。そして、この装置では、前記場合において、過給用タービンに流入する排気に未燃の燃料が含有されるようになっている。そのため、この場合すなわち低速高負荷領域において発電要求が出された場合において、吸気通路から排気通路に吹き抜けた吸気（空気）と未燃の燃料とを反応させてアフターバーンを生じさせることができる。従って、過給用タービンおよび発電用タービンの両方に高い排気エネルギーを供給することができる。
【００１２】
しかも、この装置では、発電用タービンが過給用タービンよりも下流側に設けられるとともに、低速高負荷領域において発電要求が出された場合にこの発電用タービンにより回転駆動される発電機の発電量が増大されて、これにより、発電用タービンの回転負荷が増大されるようになっている。そのため、この場合において発電用タービンよりも上流側すなわち過給用タービンよりも下流側の部分の圧力を高めて過給用タービンの前後の圧力比を小さく抑えることができる。従って、発電用タービンを適切に回転させて発電機での発電量を高く確保しつつ過給用タービンの回転が過剰に高くなるのを抑制することができる。
【００１３】
本発明において、前記制御手段は、前記低速高負荷領域においてエンジン回転数が低いほど、前記オーバーラップ期間を長くするのが好ましい（請求項２）。
【００１４】
このようにすれば、エンジン回転数が低く排気の流量が低くなりやすいほど掃気性能が高められて排気の流量が確保されるので、過給用タービンおよび発電装置に流入する排気のエネルギーを確保して、過給圧を適切に高めつつ発電を行うことが可能となる。
【００１５】
また、本発明において、前記各独立通路から前記主排気通路に流入する排気が通過する流路の面積を変更可能な流路面積変更手段を備え、前記制御手段は、前記流路面積変更手段によって、前記低速高負荷領域では前記流路面積を最小とし、前記基準回転数以上に設定された高速側基準回転数よりもエンジン回転数が高い高速領域では前記流路面積を最大とするのが好ましい（請求項３）。
【００１６】
この構成によれば、低速高負荷領域において排気をより高速で独立通路から主排気通路に流入させることができ、前記負圧を大きくしてより確実に排気通路に吸気（空気）を吹き抜けさせることができる。しかも、排気流量が大きい高速領域において独立通路における排気抵抗を小さく抑えることができるため、この高速領域においても掃気性能を高くすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明のエンジンの排気制御装置によれば、低速高負荷領域において、エンジントルクを高く確保しつつ適切な発電を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【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】可変絞り弁付近を拡大して示した概略断面図である。
【図４】可変絞り弁付近を拡大して示した概略断面図である。
【図５】制御ブロックを示した図である。
【図６】発電量等に係る運転領域を示した図である。
【図７】発電量等の制御手順を示したフローチャートである。
【図８】低速領域における吸排気弁の開閉時期を示した図である。
【図９】オーバーラップ期間と過給圧との関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（１）エンジンの全体構成
図１は、本発明の一実施形態にかかるエンジンの排気制御装置２が適用されるエンジンシステムの概略構成図である。図２は、エンジン本体１の概略断面図である。
【００２０】
ここでは、図１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。すなわち、エンジン本体１は、所定の方向に並ぶ４つの気筒１０（図１における左側から順に、第１気筒、第２気筒、第３気筒、第４気筒）を有する。
【００２１】
エンジン本体１には、エンジン本体１に吸気を導入するための吸気通路１２０と、エンジン本体１から排気を排出するための排気通路１３０とが接続されている。
【００２２】
図２に示すように、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１１と、シリンダブロック１１の上面に設けられたシリンダヘッド１２と、気筒１０に往復摺動可能に挿入されたピストン１３とを有している。
【００２３】
シリンダブロック１１の側壁には、気筒１０内を臨むように、インジェクタ１４が取り付けられている。なお、インジェクタ１４は、シリンダヘッド１２に取り付けられていてもよい。インジェクタ１４は、各気筒１０につきそれぞれ１組ずつ設けられている。
【００２４】
ピストン１３の上方には燃焼室５が形成されている。燃焼室５内には、インジェクタ１４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１３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。
【００２５】
ピストン１３はコネクティングロッドを介してクランクシャフト１８と連結されており、ピストン１３の往復運動に応じて、クランクシャフト１８は中心軸回りに回転する。
【００２６】
シリンダヘッド１２には、インジェクタ１４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１５が、各気筒１０につきそれぞれ１組ずつ設けられている。
【００２７】
本実施形態では、第１気筒→第３気筒→第４気筒ｄ→第２気筒の順で点火が行われる。
【００２８】
シリンダヘッド１２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１６と、吸気ポート１６を開閉する吸気弁２１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１７と、排気ポート１７を開閉する排気弁２２とが設けられている。
【００２９】
吸気弁２１および排気弁２２は、それぞれ、シリンダヘッド１２に配設された一対の動弁機構２３，２４により、クランクシャフト１８の回転に連動して開閉駆動される。
【００３０】
吸気弁２１および排気弁２２の動弁機構２３，２４には、それぞれ吸気弁２１および排気弁２２の開閉時期をそれぞれ変更する可変バルブタイミング機構（開閉時期変更手段）、いわゆるＶＶＴ（吸気ＶＶＴ２３ａ，排気ＶＶＴ２４ａ）が設けられている。ＶＶＴは、周知の装置であり、その詳細な構造についての説明は省略する。本実施形態では、ＶＶＴとして、油圧式のものが用いられており、供給される油圧に応じて吸気弁２１および排気弁２２の開弁時期および閉弁時期が変更される。本実施形態では、吸気弁２１および排気弁２２の開閉時期は、開弁期間が一定に維持された状態で変更される。
【００３１】
吸気通路１２０には、上流側から順に、エアクリーナ１２１、コンプレッサ５１、インタークーラー１２３、スロットルバルブ１２４、サージタンク１２５が設けられている。サージタンク１２５からは４本の独立吸気通路１２６が延びており、これら独立吸気通路１２６がそれぞれ各気筒１０の吸気ポート１６と連通している。
【００３２】
このエンジンシステムは、ターボ過給機５０付きであって、排気通路１３０に過給用のタービン５２が設けられており、この過給用タービン５２が排気により回転駆動されることで前記コンプレッサ５１が回転し、これにより吸気通路１２０内の吸気が過給される。
【００３３】
排気通路１３０は、エンジン本体１の各排気ポート１７に繋がるように設けられている。
【００３４】
（２）排気系
排気通路１３０は、各気筒１０の排気ポート１７とそれぞれ連通する４本の独立通路３１と、各独立通路３１の下流端部（排気ガスの流れ方向下流側の端部）３２が１箇所に集合した部分から下流側に延びる１本の排気管（主排気通路）３５とを有している。
【００３５】
本実施形態では、第１気筒１０の排気ポート１７と連通する独立通路３１と、第４気筒の排気ポート１７と連通する独立通路３１とは、それぞれ独立して排気管３５に接続される。一方、排気順序（排気行程が実施される順序であって点火順序と一致）が連続しない第２気筒１０と第３気筒１０の独立通路３１はその下流側部分において１本の通路に集合し、その後、排気管３５に接続されている。図２に示すように、本実施形態では、各独立通路３１は、気筒１０の配列方向に並んだ状態で排気管３５に接続されている。
【００３６】
過給用タービン５２は、排気管３５に設けられている。
【００３７】
排気管３５のうち過給用タービン５２よりも下流側の部分には、排気のエネルギーを受けて回転する発電用のタービン６２が設けられている。この発電用タービン６２は、回転することで発電するジェネレータ（発電機）６１と連結されている。発電用タービン６２が排気のエネルギーを受けて回転することで、ジェネレータ６１は回転して発電する。このように、本実施形態では、発電用タービン６２とジェネレータ６１とが発電装置６０として機能する。なお、図１に示すように、過給用タービン５２から流下した排気は全て発電用タービン６２に供給される。
【００３８】
ジェネレータ６１は、バッテリ（不図示）や各種電気機器（不図示）と接続されており、ジェネレータ６１により生成された電力はこれらに供給される。ジェネレータ６１には、ジェネレータ６１での発電量を変更するための電力制御装置（発電量変更手段）６５が設けられている。
【００３９】
排気管３５のうち発電用タービン６２よりも下流側の部分には、排気を浄化するための触媒装置９０が配置されている。
【００４０】
本実施形態では、各独立通路３１の下流端部３２に、これら下流端部３２から排気管３５に流入する排気の流路の面積を変更可能な可変絞り弁（流路面積変更手段）７０が設けられている。図３および図４は、この可変絞り弁７０周辺の構造を模式的示した断面図である。
【００４１】
図３および図４に示すように、可変絞り弁７０は、独立通路３１における排気の流れ方向と直交する断面が略扇形を有する弁体であって、独立通路３１の並び方向に延びている。可変絞り弁７０は、独立通路３１の並び方向に沿って延びる軸回りに回動し、図４の破線で示すように排気通路１３０の内側に入り込む位置（以下、この位置にある状態を、全閉という場合がある）と、図４の実線で示すように排気通路１３０から外側に抜け出した位置（以下、この状態を、全開という場合がある）との間で変位する。
【００４２】
可変絞り弁７０が全閉の状態では、独立通路３１の下流端部３２の流路面積、詳細には、排気が下流端部３２から排気管３５に流入する部分の面積は最小となる。一方、可変絞り弁７０が全開の状態では、独立通路３１の下流端部３２の流路面積（排気が下流端部３２から排気管３５に流入する部分の面積）は最大となる。
【００４３】
そして、可変絞り弁７０が全閉の状態では、独立通路３１の下流端部３２の流路面積（排気が下流端部３２から排気管３５に流入する部分の面積）は下流側ほど小さくされる。従って、排気の流速が小さい場合において、独立通路３１の下流端部３２からは高速で排気が排気管３５に流入する。
【００４４】
また、本実施形態では、図３に示すように、排気通路１３０のうち独立通路３１の下流端部３２から過給用タービン５２のスロート部５２ａまでの部分（以下、導入通路３６という場合がある）が、下流側ほど流路面積が小さくなるように構成されており、この導入通路３６を排気が高速を維持したまま通過できるようになっている。
【００４５】
このように構成されることで、本実施形態では、排気の流速が小さい場合において、所定の独立通路３１の下流端部３２から排気管３５に高速で排気が流入すると、いわゆるエゼクタ効果によって排気管３５内のこの排気の周囲に負圧が生成される。そして、前記負圧によって他の独立通路３１内の排気が下流側に吸い出されるようになる。
【００４６】
ここで、エゼクタ効果を効果的に得るためには、独立通路３１の下流端部３２の開口面積Ｍ１と同じ面積を有する真円の径をそれぞれａとし、スロート部５２ａの面積Ｍ２と同じ面積を有する真円の径をＤとしたときに、ａ／Ｄ＜１の関係になることが望ましいことが分かっており、本実施形態では、これを満たすように独立通路３１の下流端部３２が構成されている。より具体的には、可変絞り弁７０が全閉とされた状態において、独立通路３１の下流端部３２の開口面積Ｍ１が、前記関係を満たすように構成されている。
【００４７】
なお、排気流量が大きい場合に独立通路３１の下流端部３２の流路面積が小さいと、背圧が高くなり下流端部３２から排気管３５への排気の流れがかえって悪化するおそれがある。これに対して、本実施形態では可変絞り弁７０が全開とされることで、背圧が高くなるのを抑制して排気を円滑に流下させることができる。
【００４８】
（３）制御系
次に、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。
【００４９】
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１８の回転数すなわちエンジンの回転数を検出するためのエンジン回転数センサＳＷ１、吸気通路１２０のエアクリーナ１２１のすぐ下流側に設けられて各気筒１０に導入される吸気量を検出するためのエアフローセンサＳＷ２、サージタンク１２５に設けられてサージタンク１２５内の圧力すなわち吸気圧を検出するための吸気圧センサＳＷ３、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ＳＷ４等と電気的に接続されている。本実施形態では、ターボ過給機５０に過給用タービン５２およびコンプレッサ５１の回転数を検出するためのタービン回転数センサＳＷ５が設けられており、ＥＣＵ５００は、このセンサＳＷ５とも接続されている。また、ＥＣＵ５００には、バッテリの電圧や、各種電気機器の操作信号が入力される。
【００５０】
ＥＣＵ５００は、各センサＳＷ１〜Ｓ５からの入力信号等に基づいて種々の演算等を実行し、インジェクタ１４、点火プラグ１５、スロットルバルブ１２４、吸気ＶＶＴ２３ａ、排気ＶＶＴ２４ａ、可変絞り弁７０、電力制御装置６５等にそれぞれ制御信号を出力する。
【００５１】
図６は、本実施形態に係るエンジンの運転領域を示した図である。この図６に示すように、エンジンの運転領域は、３つの領域Ａ１〜Ａ３に区画されている。
【００５２】
領域Ａ１は、エンジン回転数が予め設定された第１基準回転数（基準回転数）Ｎ１以下、かつ、エンジン負荷が予め設定された基準負荷Ｔ１以上の低速高負荷領域である。なお、本実施形態では、基準負荷Ｔ１はエンジン回転数が高いほど大きくなるように設定されている。
【００５３】
領域Ａ２は、エンジン回転数が基準回転数より高い第２基準回転数（高速側基準回転数）Ｎ２以下の低速領域のうち低速高負荷領域Ａ１を除く領域である。
【００５４】
領域Ａ３は、エンジン回転数が第２基準回転数Ｎ２よりも高い高速領域である。
【００５５】
ＥＣＵ５００は、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じてエンジンが領域Ａ１〜Ａ３のいずれで運転されているかを判定する。
【００５６】
（ｉ）低速高負荷領域Ａ１
低速高負荷領域Ａ１における制御手順について、図７のフローチャートを用いて説明する。
【００５７】
低速高負荷領域Ａ１では、ＥＣＵ５００は、まずステップＳ２にて可変絞り弁７０を全閉とする。
【００５８】
次に、ステップＳ３にて、ＥＣＵ５００は、ジェネレータ６１に対する発電要求があるか否かを判定する。本実施形態では、例えば、バッテリの残量が所定量以下の場合や、各種電気機器で必要とされる電力量の合計が所定値以上の場合に、ジェネレータ６１に対する発電要求があると判定する。
【００５９】
ステップＳ３の判定がＮＯであって発電要求がない場合は、ステップＳ４に進む。
【００６０】
ステップＳ４では、ＥＣＵ５００は、吸気ＶＶＴ２３ａおよび排気ＶＶＴ２４ａによって吸気弁２１および排気弁２２の開閉時期を図８に示すように制御する。すなわち、各気筒１０の吸気弁２１の開弁期間と排気弁２２の開弁期間とがオーバーラップするとともに、所定の気筒１０のこのオーバーラップ期間Ｔ＿Ｏ/Ｌ中に排気順序が１つ後の気筒の排気弁が開弁を開始するように制御される。ここでは、このステップＳ４であって発電要求が出されていないときの吸気弁２１と排気弁２２のオーバーラップ期間を基本オーバーラップ期間という。
【００６１】
例えば、これら吸排気弁２１，２２の開閉時期は、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じて予め設定されてＥＣＵ５００に記憶されており、ＥＣＵ５００は、このマップからエンジン回転数等に応じた値を抽出する。
【００６２】
一方、ステップＳ３の判定がＹＥＳであって発電要求がある場合は、ステップＳ５に進む。
【００６３】
ステップＳ５では、電力制御装置によってジェネレータ６１での発電量を増大させる。ここでジェネレータ６１での発電量が増大されると、ジェネレータ７１から発電用タービン６２に付与される回転負荷が増大する。そのため、発電用タービン６２の上流側の圧力が増大する。
【００６４】
ステップＳ５の後はステップＳ６に進む。
【００６５】
ステップＳ６では、過給用タービン５２に流入する排気に未燃の燃料を含ませる。具体的には、ＥＣＵ５００は、気筒１０内の空燃比がリッチとなる（空気過剰率λが１未満となる）燃料の量を演算し、この量の燃料を気筒１０内に噴射するようにインジェクタ１４に指令する。このようにすれば、気筒１０で一部の燃料が空気と反応できず、未燃のまま排気通路１３０に排出される。従って、過給用タービン５２に流入する排気に未燃の燃料を含ませることができる。このように、本実施形態では、インジェクタ１４が排気に未燃の燃料を含有させる未燃燃料供給手段として機能する。
【００６６】
なお、本実施形態では、低速高負荷領域Ａ１では、発電要求がある場合とない場合とのいずれにおいても、各気筒１０内の空燃比がリッチとなるように制御されており、発電要求がない場合にも、排気中に未燃の燃料が含まれている。
【００６７】
ステップＳ６の後は、ステップＳ７に進む。
【００６８】
ステップＳ７では、ＥＣＵ５００は、吸排気弁２１，２２のオーバーラップ期間が、発電要求がない場合よりも長くなるように、すなわち、ステップＳ４で設定されるオーバーラップ期間よりも長くなるように、吸排気弁２１，２２の開閉時期が変更されて処理が終了される。すなわち、同じエンジン回転数およびエンジン負荷であっても、発電要求がある場合は、発電要求がない場合よりもオーバーラップ期間が長くされる。ただし、発電要求がある場合であっても、吸排気弁２１，２２の開閉時期は、図８に示すように、所定の気筒のオーバーラップ期間中に排気順序が１つ後の気筒の排気弁が開弁を開始するように設定される。
【００６９】
本実施形態では、吸気ＶＶＴ２３ａによって吸気弁２１の閉弁時期が進角されることでオーバーラップ期間が長くされる。
【００７０】
特に、本実施形態では、ステップＳ６において、このオーバーラップ期間は、吸気通路１２０から排気通路１３０に吸気が吹き抜けるとともに、排気通路１３０内の排気に含まれる未燃燃料とこの吸気とが燃焼する期間まで増大される。
【００７１】
図９を用いて具体的に説明する。図９は、本実施形態に係るエンジンシステムにおいてジェネレータ６１の発電量すなわち発電用タービン６２にかかる負荷を０とし、発電用タービン６２の前後の圧力比（発電用タービン６２に流入する排気の圧力と発電用タービン６２から排出される排気の圧力比）をほぼ１とした状態において、吸排気弁２１，２２のオーバーラップ期間を変更したときの過給圧の変化を示した図である。また、図９は、低速高負荷領域Ａ１に含まれる所定の運転条件において本実施形態と同様に可変絞り弁７０を全閉としたときの図である。
【００７２】
この図９に示されるように、オーバーラップ期間が第１期間ＬＯ１より小さい場合、オーバーラップ期間を増大させていくと過給圧は徐々に増大していく。
【００７３】
これは、オーバーラップ期間が増加することで掃気性能が高められて過給用タービン５２に流入する排気の量が増大したためである。
【００７４】
具体的には、低速高負荷領域Ａ１では排気流量が小さい。そして、前記のように、このエンジンシステムでは低速高負荷領域Ａ１において可変絞り弁７０が全閉とされる。そのため、前記のように、所定の気筒の独立通路３１から排気管３５に排気が排出されると、エゼクタ効果によって排気管３５内に負圧が生成される。ここで、このエンジンシステムでは、排気順序が連続する気筒１０に接続された独立通路３１が互いに隣接した状態で配置されている。そして、低速高負荷領域Ａ１では、所定の気筒１０の排気弁２２の開弁時に他の気筒１０の吸排気弁２１，２２がオーバーラップしている。そのため、他の気筒１０の独立通路３１に対して、吸排気弁２１，２２のオーバーラップ期間中に前記負圧が作用することになり、この気筒１０の残留ガスの排出が促進されて、過給用タービン５２に流入する排気の量が増大する。特に、排気弁２２の開弁開始直後は気筒１０から非常に高速の排気（いわゆるブローダウンガス）が排出されるため、このブローダウンガスが排出された直後は、気筒１０内の残留ガスの多くが下流側に吸い出される。
【００７５】
一方、オーバーラップ期間を第１期間ＬＯ１からさらに増大させていくと今度は過給圧が低下する。これは、掃気性能がさらに高められた結果、吸気通路１２０側から排気通路１３０側に低温の吸気が吹き抜けたためである。
【００７６】
具体的には、オーバーラップ期間が第１期間ＬＯ１以上となると掃気性能が非常に高くなる。そのため、気筒１０内の残留ガスはほぼ全て気筒１０内から排出され、さらに、吸気通路１２０内の吸気がエンジン本体１を通過して排気通路１３０に吹き抜ける。ここで、吸気は、残留ガス（燃焼ガス）に比べて低温である。そのため、この低温の吸気が排気通路１３０に導入されたことで、過給用タービン５２に流入する排気の温度すなわち排気のエネルギーは低下し、過給圧が低下する。
【００７７】
このように、オーバーラップ期間を過剰に長くするとかえって過給圧が低下する場合がある。
【００７８】
ところが、本発明者らは、オーバーラップ期間をさらに増加させていくと、再び過給圧が増大することを突き止めた。すなわち、図９に示した例において、オーバーラップ期間を第２期間ＬＯ２よりも長くすると、過給圧が再び増大することを突き止めた。しかも過給圧が急激に増大することを突き止めた。
【００７９】
これについて、詳細に検討した結果、この現象が生じるのは、排気通路１３０に未燃の燃料が存在する場合であり、この現象は、未燃の燃料と排気通路１３０に吹き抜けた吸気とが燃焼して排気のエネルギーが増大したために生じていることが分かった。すなわち、前記のように、オーバーラップ期間を長くすると、吸気通路１２０から排気通路１３０に吸気が吹き抜ける。そのため、オーバーラップ期間が所定期間以上（第２期間ＬＯ２以上）になると、排気通路内の空気量が多くなりこれと未燃の燃料との燃焼が可能となる結果、排気通路１３０内のガスのエネルギーすなわち過給用タービンに流入するガスのエネルギーが増大して過給圧が増大する。
【００８０】
このように、オーバーラップ期間が所定値以上であって排気通路１３０に未燃の燃料が存在すると、排気通路１３０内での燃焼いわゆるアフターバーンが生じる。
【００８１】
そして、ステップＳ７では、オーバーラップ期間が所定値以上であって、このアフターバーンが生じる期間まで増大される。例えば、このときのオーバーラップ期間は、１００°ＣＡ等に設定される。
【００８２】
なお、低速高負荷領域Ａ１では、発電要求の有無によらず、吸排気弁２１，２２のオーバーラップ期間は、過給用タービン５２に流入する排気の流量が多いほど小さくされる。
【００８３】
（ｉｉ）低速領域Ａ２および高速領域
低速領域Ａ２および高速領域Ａ３での制御内容を簡単に説明する。
【００８４】
低速領域Ａ２では、低速高負荷領域Ａ１と同様に可変絞り弁７０が全閉にされるとともに、吸排気弁２１，２２の開閉時期が、吸排気弁２１、２２がオーバーラップするとともにこのオーバーラップ期間中に他の気筒１０の排気弁２２が開弁するように制御される。
【００８５】
また、低速領域Ａ２においても、発電要求の有無によらず、吸排気弁２１，２２のオーバーラップ期間は、過給用タービン５２に流入する排気の流量が多いほど小さくされる。
【００８６】
一方、高速領域Ａ３では、可変絞り弁７０は全開とされる。また、高速領域Ａ３のうち特にエンジン回転数およびエンジン負荷が高い高速高負荷領域では吸排気弁２１，２２はオーバーラップしないように制御される。
【００８７】
（４）作用等
以上のように、本実施形態では、低速高負荷領域Ａ１において、発電要求がある場合に吸気弁２１と排気弁２２とのオーバーラップ期間が発電要求がない場合よりも長くされるとともに、過給用タービン５２に流入する排気に未燃燃料が含有するように制御される。そのため、排気のエネルギーが小さくなりやすく、排気のエネルギーを発電に利用するのが困難になりやすい低速高負荷領域Ａ１において、過給用タービン５２と発電用タービン６２との両方に排気のエネルギーを適切に付与することができ、過給圧ひいてはエンジントルクを高く確保しつつ適切な発電を行うことができる。
【００８８】
すなわち、前記のように、本実施形態では、低速高負荷領域Ａ１において発電要求がある状態において、オーバーラップ期間が長くされ、かつ、過給用タービン５２に流入する排気に未燃燃料を含ませることで、過給用タービン５２よりも上流側の部分において排気通路１３０に吹き抜けた吸気と未燃燃料とを燃焼させることができ、これにより、過給用タービン５２と発電用タービン６２に流入する排気のエネルギーを高くすることができる。
【００８９】
しかも、この装置では、発電用タービン６２が過給用タービン５２よりも下流側に設けられて、低速高負荷領域Ａ１で発電要求が出された場合には、ジェネレータ６１での発電量が増大されて発電用タービン６２の回転負荷が増大されるようになっている。そのため、発電用タービン６２よりも上流側すなわち過給用タービン５２よりも下流側の圧力を高めて過給用タービン５２の前後の圧力比を小さく抑えることができる。従って、発電用タービンを適切に回転させて発電量を確保しつつ、高められた排気のエネルギーがそのまま過給用タービン５２に流入することで、過給用タービン５２の回転が過剰になるのを抑制することができる。すなわち、過給用タービン５２よりも下流側の圧力が低い状態で、これに流入する排気のエネルギーが高められた場合には、過給用タービン５２の回転が過剰になり過給圧が高くなりすぎるおそれがある。これに対して、発電用タービン６２の負荷を高めると、発電用タービンよりも上流側の圧力は増加する。従って、発電用タービン６２の負荷を高めることで過給用タービン５２よりも下流側の圧力を高くし、これにより、過給用タービン５２の前後の圧力比を小さく抑えることができる。
【００９０】
また、本実施形態では、低速高負荷領域Ａ１において、排気流量が小さい運転条件ほどオーバーラップ期間が大きくされる。そのため、排気流量が小さく過給用タービン５２および発電用タービン６２に流入する排気のエネルギーが小さくなりやすい運転条件において、オーバーラップ期間の増大によって掃気性能を高めて排気流量を確保することができる。
【００９１】
また、本実施形態では、可変絞り弁７０が設けられて、低速高負荷領域Ａ１および低速領域Ａ２では、可変絞り弁７０が全閉とされて独立通路３１から排気管３５に流入する排気の流路の面積が小さくされる一方、高速領域Ａ３では、可変絞り弁７０が全開とされて前記流路の面積が大きくされる。
【００９２】
そのため、低速高負荷領域Ａ１および低速領域Ａ２においてエゼクタ効果および掃気性能をより高めてエンジントルクをより確実に確保することができるとともに、排気流量が大きい高速領域Ａ３において、背圧が高くなるのを抑制することができ、この領域Ａ３においても掃気性能を高めることができる。
【００９３】
（５）変形例
前記実施形態では、低速高負荷領域Ａ１で運転されている場合において、発電要求が出されると、すぐさま発電量を増大させる場合について説明したが、低速高負荷領域Ａ１で運転されている場合であってもエンジンの加速に伴って他の領域からこの領域Ａ１に移動した場合は、次のように制御してもよい。すなわち、エンジントルクが目標トルクに到達するまでは、発電要求があっても発電量を上げず、または、既に発電要求に応じて発電量が高められているときは低下させるようにしてもよい。このようにすれば、過給用タービンの前後の圧力比を高くして過給能力を高めることができ、エンジントルクをより早期に目標トルクに到達させることができる。なお、この場合には、エンジントルクが目標トルクに到達した後に、発電要求に応じて発電量を高めるとともに、オーバーラップ期間を発電要求がない場合よりも長くすればよい。
【００９４】
また、前記実施形態では、低速高負荷領域Ａ１において発電要求が出されていない場合にも気筒１０内の混合気の空気過剰率λを１未満とする場合について説明したが、少なくとも低速高負荷領域Ａ１において発電要求が出された場合に空気過剰率λを１以下とすればよい。また、気筒１０内の混合気の空気過剰率λを１以下にする制御に代えて、または、これに加えて、排気通路１３０内に直接燃料を供給するようにしてもよい。
【００９５】
前記実施形態では、第２気筒１０と第３気筒１０の独立通路３１，３１を集合させた状態で排気管３５に接続した場合について説明したが、これら独立通路３１，３１をそれぞれ個別に排気管３５に接続してもよい。ただし、この場合には、排気順序が連続する気筒１０の独立通路３１どうしが隣接するように、例えば、独立通路３１の下流端部どうしを周方向に並ぶように配置する。
【００９６】
また、前記可変絞り弁７０は省略可能である。また、可変絞り弁７０は、独立通路３１から排気管３５に流入する排気の流路の面積を変更可能であればよく、その具体的な構造は前記に限らない。
【００９７】
また、本実施形態は、４気筒以外のエンジンにも適用可能である。
【符号の説明】
【００９８】
１    エンジン本体
１０    気筒
１４    インジェクタ（未燃燃料供給手段）
３１    独立通路
３５    排気管（主排気通路）
５０    ターボ過給機
５１    コンプレッサ
５２    過給用タービン
６０    発電装置
６１    ジェネレータ（発電機）
６２    発電用タービン
６５    電力制御装置（発電量変更手段）
７０    可変絞り弁（流路面積変更手段）
【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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【図８】
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【図９】
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