JP2013161616A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池システムを備えた内燃機関において、内燃機関の排気通路への燃料電池システムの排出ガスの流入をより適切に生じさせる。
【解決手段】本発明に係る内燃機関１０は、内燃機関１０の排気通路１８につなげられたガス排出通路６０を有する燃料電池システム５０と、該燃料電池システム５０の排出ガスが該内燃機関の排気通路１８に流れるように該燃料電池システム５０の排出ガスの流れを制御するように構成されたガス流れ制御装置Ｄとを備える。好ましくは、ガス流れ制御装置Ｄは、ガス排出通路６０に設けられた一方向弁６６を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に発電装置の排出ガスが流入するように構成されている内燃機関に関する。

内燃機関と燃料電池とを組み合わせることが種々提案されている。例えば、特許文献１は、過給機が設けられた内燃機関および燃料電池を備えるハイブリッドシステムを開示する。このシステムでは、内燃機関の負荷が増大すると判定されたとき、燃料電池に供給される水素含有ガスおよび燃料電池からのアノードオフガスのいずれか一方または両方が過給機のタービンハウジングに供給される。

また、特許文献２は複合発電設備を開示し、この設備では、圧縮機で圧縮された空気が燃料電池に供給され、燃料電池の排気がタービン入口側に供給される。そして、この設備では、往復動機関であるディーゼルエンジンまたはガソリンエンジンからの排気は同じタービン入口側に供給される。

特開２００７−１６６４１号公報 特開２００４−１６９６９６号公報

ところで、燃料電池に相当する燃料電池システムの排出ガスが内燃機関の排気通路に供給される場合、この排気通路の圧力に応じて、燃料電池システムの排出ガスの排気通路への流入が制限されることが懸念される。例えば、高負荷運転時には内燃機関の排気通路の圧力は相対的に高く、この圧力を燃料電池システムの排出ガスの圧力が大きく下回る場合、燃料電池システムの排出ガスは排気通路に流入できないばかりか、内燃機関の排気が燃料電池側へ逆流する可能性すらある。

そこで、本発明はかかる点に鑑みて創案されたものであり、燃料電池システムを備えた内燃機関において、内燃機関の排気通路への燃料電池システムの排出ガスの流入をより適切に生じさせることができる内燃機関を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、内燃機関の排気通路につなげられたガス排出通路を有する燃料電池システムと、該燃料電池システムの排出ガスが該内燃機関の排気通路に流れるように該燃料電池システムの排出ガスの流れを制御するように構成されたガス流れ制御装置とを備えた、内燃機関を提供する。かかる構成によれば、燃料電池システムの排出ガスが該内燃機関の排気通路に流れるように該燃料電池システムの排出ガスの流れを制御するように構成されたガス流れ制御装置を備えるので、燃料電池システムの排出ガスを内燃機関の排気通路に適切に流すことが可能になる。

好ましくは、ガス流れ制御装置は、ガス排出通路に設けられた一方向弁を含む。この場合、一方向弁により、燃料電池システムの排出ガスは内燃機関の排気通路に流れることは許容されるが、その逆向きに内燃機関の排気が流れることを防ぐことができる。

さらに好ましくは、ガス流れ制御装置は、内燃機関の排気の圧力に応じて、燃料電池システムにおける空気供給量および燃料供給量のうちの少なくともいずれか一方を制御するように構成されている供給量制御部を含む。この場合、供給量制御部により内燃機関の排気の圧力に応じて、燃料電池システムにおける空気供給量および燃料供給量のうちの少なくともいずれか一方が制御される。したがって、燃料電池システムの排出ガスの圧力を内燃機関の排気の圧力に対して好ましい高さに調整することができる。そして好ましくは、ガス流れ制御装置は、燃料電池システムの排出ガスの圧力を所定圧力以上に高めるように、該燃料電池システムにおける空気供給量および燃料供給量のうちの少なくともいずれか一方を制御するように構成されている供給量制御部を含む。この場合、供給量制御部により燃料電池システムの排出ガスの圧力を所定圧力以上に高めるように燃料電池システムにおける空気供給量および燃料供給量のうちの少なくともいずれか一方が制御される。したがって、燃料電池システムの排出ガスの圧力を高めて、より好適に燃料電池システムの排出ガスを排気通路に流すことが可能になる。特に、供給量制御部は、燃料電池システムにおける空気供給量を該燃料電池システムにおける燃料供給量よりも優先して増やす制御を実行するとよい。燃料電池システムにおける空気供給量を燃料電池システムにおける燃料供給量よりも優先して増やす制御を実行することで燃費向上を図ることができる。

さらに好ましくは、ガス流れ制御装置は、一端が燃料電池システムのガス排出通路につなげられると共に他端がガス排出通路と排気通路との接続部よりも下流側の排気通路につなげられた第２排出通路、該ガス排出通路のガス流量と該第２排出通路のガス流量とを調整するための少なくとも１つの弁、および、該少なくとも１つの弁を制御する弁制御部を備える。かかる構成によれば、ガス排出通路のガス流量と第２排出通路のガス流量とを調整することができる。例えば、内燃機関の排気圧力が高いときに、燃料電池システムの排出ガスを、第２排出通路を介して、上流側よりも圧力の低い排気通路の下流側部分に流すことが可能になる。そして、弁制御部は、内燃機関のエンジン負荷およびエンジン回転速度のうちの少なくともいずれか一方に基づいて少なくとも１つの弁を制御するとよい。この場合、内燃機関のエンジン負荷およびエンジン回転速度のうちの少なくともいずれか一方は内燃機関の排気の圧力と関係があるので、好適に燃料電池システムの排出ガスを排気通路に流すことができる。

また、好ましくは、内燃機関は、内燃機関の排気通路の排気浄化装置よりも上流側に設けられた小型触媒装置と、該排気浄化装置の暖機状態を判定する暖機判定部とをさらに備える場合、ガス排出通路は該小型触媒装置よりも上流側の排気通路につなげられ、第２排出通路は該小型触媒装置と該排気浄化装置との間の排気通路につなげられ、弁制御部は、該暖機判定部により該排気浄化装置の暖機が完了していないと判定されたとき、小型触媒装置に燃料電池システムの排出ガスを流すように少なくとも１つの弁を制御するとよい。こうすることで、排気浄化装置の暖機を適切に図ることが可能になる。

さらに、好ましくは、内燃機関が排気通路に配置されたタービンを含むターボチャージャをさらに備える場合、ガス排出通路は該タービンよりも上流側の排気通路につなげられ、第２排出通路は該タービンよりも下流側の排気通路につなげられているとよい。この場合、タービン下流側の排気通路の圧力はその上流側の排気通路の圧力よりも低いので、それらの圧力の違いを利用して燃料電池システムの排出ガスを適切に排気通路に流すことが可能になる。

また、内燃機関が内燃機関の排気通路に配置されると共にウェストゲートバルブを有するタービンを含むターボチャージャをさらに備える場合、ガス排出通路は該タービンよりも上流側の排気通路につなげられ、第２排出通路は該タービンよりも下流側の排気通路につなげられ、弁制御部は、該ウェストゲートバルブが閉じているときに該タービンに前記燃料電池システムの排出ガスを流すように前記少なくとも１つの弁を制御し、これに対して該ウェストゲートバルブが開いているときに該タービンよりも下流側の排気通路に前記燃料電池システムの排出ガスを流すように該少なくとも１つの弁を制御するとよい。この場合、ウェストゲートバルブが閉じているときには燃料電池システムの排出ガスのエネルギーをタービンで用いることができ、ウェストゲートバルブが開いているときには燃料電池システムの排出ガスの排気通路への排出を好適に行うことができる。

本発明の内燃機関によれば、上記構成を備えるので、内燃機関の排気通路への燃料電池システムの排出ガスの流入を好適に生じさせることができるという格別の効果が奏される。

本発明の第１実施形態に係る内燃機関およびそれを搭載した車両の概念図である。 第１実施形態の内燃機関の停止・再始動制御に関するフローチャートである。 図１の内燃機関が停止されている状態での発電装置の作動による、電気の流れ、ガス、燃料、冷却水およびオイルの流れを表した模式図である。 図１の内燃機関の排気圧力と燃料電池システムである発電装置の排出ガスの圧力との関係を示す模式図である。 本発明の第２実施形態に係る内燃機関およびそれを搭載した車両の概念図である。 第３実施形態の内燃機関における、フローチャートである。 第３実施形態に関する、運転領域を表したマップ化されたデータである。 第３実施形態に関する説明図であり、内燃機関の排気圧力と発電装置の排出ガスの圧力との関係例を示す模式図である。 本発明の第４実施形態に係る内燃機関およびそれを搭載した車両の概念図である。 第４実施形態の内燃機関における、フローチャートである。 第５実施形態の内燃機関における、フローチャートである。 第５実施形態に関する、運転領域を表したマップ化されたデータである。 第６実施形態の内燃機関における、フローチャートである。 本発明の第７実施形態に係る内燃機関およびそれを搭載した車両の概念図である。 第７実施形態の内燃機関における、フローチャートである。

まず、本発明に係る第１実施形態が以下に詳細に説明される。

本発明の第１実施形態に係る内燃機関（以下、単にエンジンと称し得る）１０は、車両１２に搭載されている。ここでは、エンジン１０は、ガソリンエンジンである。しかし本発明が適用されるエンジンは、いずれの形式のエンジンであってもよく、火花点火式内燃機関であってもよく、圧縮着火式内燃機関であってもよい。

エンジン１０は、エンジン本体部１４と、エンジン本体部１４につながる吸気通路１６および排気通路１８と、（図示しない）燃料タンク内の燃料を燃料ポンプ２０の作動により供給する燃料噴射装置２２とを備える。燃料噴射装置２２の（図示しない）燃料噴射弁から噴射された燃料は、エンジン本体部１４の気筒内で燃焼されて、それにより、排気通路１８を介して排気が排出される。エンジン１０では、吸気通路１６の上流端側に（図示しない）エアクリーナが設けられている。

エンジン１０は、さらに、ターボチャージャ２４を備える。排気通路１８にはターボチャージャ２４のタービン２６が配置され、タービン２６のタービンホイールと同軸で連結されたコンプレッサホイールを収容するターボチャージャ２４のコンプレッサ２８が吸気通路１６に配置されている。したがって、排気通路１８を経て導かれた排気によりタービン２６のタービンホイールが回転駆動されることで、コンプレッサ２８のコンプレッサホイールは回転させられて、それにより過給され得る。コンプレッサ２８よりも下流側の吸気通路には、コンプレッサ２８により加圧されて温度の上昇した空気を冷却するための冷却装置としてのインタークーラ３０が設けられている。

また、ターボチャージャ２４のタービン２６への排気の流入量を調節するための排気弁機構３１が設けられている。この排気弁機構３１は弁３２を備え、弁３２はタービン２６を迂回するように形成された迂廻路３４に設けられている。この排気弁機構３１または弁３２は、ウェストゲートバルブと称され得る。この実施形態での弁３２または排気弁機構３１は、排気圧が所定圧以上になったときに排気圧により押されてばねが縮むことで開くような機械的な構成を有し、エンジン停止時においては一般に閉じられている。しかし、弁３２または排気弁機構３１は、過給圧が所定圧以上になるとアクチュエータのダイヤフラムが過給圧によって押されて開くような構成など、種々の他の機械式の構成を有することも、または、電磁駆動弁として構成されることもできる。

さらに、ターボチャージャ２４のコンプレッサ２８には、過給圧を制御するための吸気弁機構３６が設けられている。この吸気弁機構３６は弁３８を備え、弁３８はコンプレッサ２８を迂回するように形成された迂廻路４０に設けられている。この吸気弁機構３６または弁３８は、エアーバイパスバルブ（ＡＢＶ）と称され得る。この実施形態での弁３８または吸気弁機構３６は、電磁駆動弁として構成されている。しかし、この弁３８または吸気弁機構３６は、上記弁３２または排気弁機構３１のように、機械式の構成を有してもよい。

なお、タービン２６および弁３２を通過した排気が排気浄化装置４２に導かれるように、排気浄化装置４２は排気通路１８に設けられている。排気浄化装置４２は、種々の構成を有することができる。例えば、排気浄化装置４２は、ＨＣ，ＣＯなどの未燃成分をＯ₂と反応させてＣＯ，ＣＯ₂，Ｈ₂Ｏ等にするように酸化触媒を備えることもでき、また所謂三元触媒として構成されることもできる。また、排気浄化装置４２は、排気中の煤等の微粒子（ＰＭ；パティキュレート）を捕集するようにパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）のようなフィルタ構造を有することもでき、この場合にさらに酸化触媒を備えることもできる。酸化触媒の触媒物質としては例えばＰｔ／ＣｅＯ₂、Ｍｎ／ＣｅＯ₂、Ｆｅ／ＣｅＯ₂、Ｎｉ／ＣｅＯ₂、Ｃｕ／ＣｅＯ₂等を用いることができる。さらには、排気浄化装置４２は、排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化するためにＮＯｘ触媒を含むこともできる。ただし、図１には、１つの排気浄化装置４２のみが表されているが、２つ以上の排気浄化装置が直列にまたは並列に設けられることもできる。複数の排気浄化装置が備えられる場合には、それら排気浄化装置の構成はそれぞれ同じでもあるいは異なってもよい。

エンジン１０は、発電装置５０を備える。ここでは発電装置５０は、燃料電池システムとして構成され、空気と燃料との電気化学反応により発電するように構成されている。特に、本実施形態では、発電装置５０は固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）としての構成を有している。発電装置５０は、エンジン１０が作動状態にあるときに作動可能であるが、後で詳述されるように、エンジン１０が非作動状態にあるときにも作動可能なように構成されている。なお、発電装置５０の制御装置または制御手段としての機能は後述されるＥＣＵの一部により担われている。

発電装置５０は、発電本体部５２を備える。発電本体部５２はここでは燃料電池本体部として構成されている。発電本体部５２には空気導入通路（発電装置の吸気通路）５４がつなげられている。空気導入通路５４は、発電本体部５２へ空気が導入されるように、発電本体部５２に接続されている。また、発電本体部５２には燃料供給通路５６がつなげられている。燃料供給通路５６は燃料供給装置５８に含まれ、装置５８は、発電本体部５２へ燃料を供給するために設けられている。さらに、発電本体部５２にはガス排出通路（発電装置の排気通路）６０がつなげられている。ガス排出通路６０は、発電本体部５２からのガスを排出するために発電本体部５２に接続されている。

発電本体部５２は、セルスタックと称され得、アノードである燃料極、カソードである空気極、および電解質からなる単セルが連結した構造を有する。電解質としては、セラミックスである酸化物イオン導電体が用いられる。なお、発電本体部５２が複数のセルを有さずに単セルのみを有することを本発明は排除しない。

燃料供給装置５８は（図示しない）燃料タンク内の燃料を供給するための上記ポンプ２０を備える。本実施形態では、燃料供給装置５８は、上記燃料噴射装置２２と一体的に構成されていて、燃料噴射装置２２の燃料タンクおよび燃料ポンプ２０を含んで構成されている。したがって、ここでは発電本体部５２にガソリンが燃料として供給される。

ただし、燃料供給装置５８は、上記燃料噴射装置２２と完全に独立した構成を有してもよく、この場合、エンジン用燃料と発電装置用燃料とは同じでも異なってもよい。発電装置用燃料としては、ガソリンや軽油のような燃料以外の燃料が用いられることができるが、例えば天然ガスまたはプロパンガスが用いられることもできる。なお、上記のように発電装置５０はＳＯＦＣとしての構成を有していて相対的に高い温度（例えば８００〜１０００℃）で作動し、その結果その高温を利用して燃料の内部改質が可能である。したがって、発電装置５０は燃料改質器を備えていない。しかし、発電装置５０の燃料供給装置５８は、燃料改質器を備えてもよい。発電装置５０は、例えば、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）、またはリン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）としての構成を有するように作製されてもよく、燃料供給装置５８は、必要に応じて、必要な形式の燃料改質器を備えることができる。

発電装置５０における空気導入通路５４は、コンプレッサ２８を経た空気を導入可能なようにエンジン１０の吸気通路１６につなげられている。本実施形態では、空気導入通路５４は、コンプレッサ２８の下流の吸気通路につなげられている。空気導入通路５４には弁６２が設けられ、空気導入通路５４と吸気通路１６との接続部より下流側の吸気通路には弁つまりスロットルバルブ６４が設けられている。本実施形態では、弁６２、６４はそれぞれ電磁駆動弁として構成されている。ただし、弁６２、６４は統合されて、１つの三方弁とされることもできる。なお、空気導入通路５４がコンプレッサ２８に直接的につなげられてもよく、この場合、コンプレッサ２８のコンプレッサホイールを経た空気が空気導入通路５４に流れることが可能なコンプレッサ２８の位置に空気導入通路５４は接続されるとよい。ただし、ここでは、空気導入通路５４と吸気通路１６との接続部よりも下流側の吸気通路に、上記インタークーラ３０が配置されている。したがって、発電本体部５２へは相対的に温度が高い空気を供給することができ、これに対して、エンジン本体部１４へはインタークーラ３０を経た相対的に温度の低い空気を供給することができる。なお、本発明は、インタークーラ３０が空気導入通路５４と吸気通路１６との接続部よりも上流側の吸気通路に配置されることを排除しないが、好ましくはその接続部よりも下流側の吸気通路に配置される。これは、発電本体部５２へ温かいまたは熱い空気を導くことが好ましいからである。

発電装置５０におけるガス排出通路６０は、タービン２６に発電装置５０の排出ガスを供給可能なようにエンジン１０の排気通路１８につなげられている。本実施形態では、ガス排出通路６０は、タービン２６の上流の排気通路につなげられている。ガス排出通路６０には、一方向弁であるリード弁６６が設けられている。このリード弁６６は、ここでは、発電装置５０の排出ガスがエンジン１０の排気通路１８に流れるように発電装置５０の排出ガスの流れを制御するように構成されたガス流れ制御装置Ｄである。リード弁６６は、発電装置５０の排出ガスがエンジン１０の排気通路１８に流れるがエンジン１０の排気が発電本体部５２に向けてガス排出通路５０を流れないように設けられている。なお、リード弁６６に代えて、他の形式の一方向弁、例えば逆止弁を備えることができる。

ガス排出通路６０と排気通路１８との接続部は、迂廻路３４および弁３２よりも上流側の排気通路に位置づけられている。それ故、ガス排出通路６０から排気通路１８に至った発電装置５０の排出ガスは、タービン２６を通過することができることに加えて、弁３２が開くときには弁３２を通過することができる。そして、発電装置５０の排出ガスは排気浄化装置４２に流入する。なお、ガス排出通路６０には、改質器６８が設けられていて、ガスの成分を調整するために設けられている。具体的には、この改質器６８は、炭化水素成分を分解するように構成されていて、ここでは上記排気浄化装置４２のように酸化触媒を備えた構成を有するが、他の如何なる構成を有してもよく、例えば電気分解用の構成を有することもできる。しかし、この改質器６８は設けられなくてもよい。

上記構成の発電装置５０で発電された電気は、（図１には示されないが図３には示される）バッテリ７０に蓄えられる（充電される）。したがって、発電装置５０は基本的にバッテリ７０の残容量に応じて作動する。そしてエンジン１０は、従来のエンジンと異なり、エンジンから伝達される機械的運動エネルギーを電気エネルギーへと変換する発電装置、具体的にはオルタネーターを備えていない。それ故、車両１２のエンジン１０において、発電装置は、上記発電装置５０のみであり、バッテリ７０に蓄えられる電気は発電装置５０にのみ依存する。なお、本発明は、従来のエンジンに広く備えられているオルタネーター等の発電装置が、発電装置５０に加えて、エンジン１０に備えられることを許容し、また、所謂ハイブリッド車両に備えられているような発電装置（回生発電装置）を併せて備えることをも許容する。

エンジン１０では、バッテリ７０に蓄えられた電気を用いて、エンジン１０のスタータモータ（不図示）の作動、上記弁３８、６２、６４の各作動、および、上記燃料ポンプ２０の作動が行われる。また、ターボチャージャ２４を含むエンジン１０を冷却するように構成された冷却液供給装置の水ポンプ７２の作動にもバッテリ７０の電気が用いられる。さらに、上記ターボチャージャ２４においてオイルつまり潤滑油を供給するように構成されたオイル供給装置のオイルポンプ７４の作動にもバッテリ７０の電気が用いられる。本実施形態では、発電装置５０は、ＳＯＦＣとしての構成を有していて、発電本体部５２のスタックの温度制御は説明しないがプロセス用空気を用いて行われているので、冷却装置または冷却水系統が必要とされていない。しかし、発電装置５０に冷却水系統が備えられてもよく、その場合、冷却水を供給するためのポンプはバッテリ７０の電気を用いて駆動されることができる。

このようなスタータモータ、弁３８、６２、６４、燃料ポンプ２０、水ポンプ７２およびオイルポンプ７４などの作動は、エンジン１０および車両１２の制御装置または制御手段（または制御部）としての機能を実質的に担う電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称する）８０により制御される。ＥＣＵ８０は、コンピュータまたはそれを主体として構成されたものであって、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭのような記憶装置、Ａ／Ｄ変換器、入力インタフェース並びに出力インタフェース等を含む。記憶装置には、種々の制御プログラムおよびデータが記憶されている。入力インタフェースには、後述されるセンサを含む種々のセンサが電気的に接続されている。これら種々のセンサからの出力（検出信号）に基づき、予め設定されたプログラム（データを含む。）にしたがって円滑なエンジン１０つまり車両１２の運転ないし作動がなされるように、ＥＣＵ８０は出力インタフェースから電気的に作動信号（駆動信号）を出力する。

エンジン１０および車両１２は、ＥＣＵ８０に、各種値を検出する（推定することを含む）ための信号を電気的に出力するセンサを備えている。ここで、その内のいくつかを具体的に述べる。吸入空気量を検出するためのエアフローメータ８２が吸気通路１６に備えられている。また運転者によって操作されるアクセルペダル（不図示）の踏み込み量に対応する位置、すなわちアクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ８４が備えられている。また、エンジン１０のクランクシャフトのクランク回転信号を検出するためのクランクポジションセンサ８６が取り付けられている。ここでは、このクランクポジションセンサ８６はエンジン回転速度を検出するためのエンジン回転速度センサとしても利用される。また、エンジン１０が搭載された車両１２の速度（車速）を検出するための車速センサ８８も備えられている。さらに、ブレーキペダル（不図示）の操作状態に応じた信号を出力する、ブレーキ要求検出センサとしてのストップランプスイッチ９０が設けられている。このストップランプスイッチ９０はブレーキペダルが踏まれることでＯＮになる。さらに、バッテリ７０の容量または残容量を検出するための容量検出センサ９２が設けられている。なお、容量検出センサ９２は例えば電流センサである。

そして、エンジン１０には、所定の停止条件が成立したときにエンジン１０を自動的に停止させ、その所定の停止条件の成立後に所定の再始動条件（所定の解除条件）が成立したときにエンジン１０を自動的に再始動させる停止・再始動システム９４が備えられている。このシステム９４における制御部または制御手段としての機能は、ＥＣＵ８０の一部により担われている。例えば、車両１２の走行中、交通信号灯の停止表示などに基づいて一時的に車両１２が停止してエンジン１０がアイドリング状態になったときに、所定のタイミングでエンジン１０を一時的に自動的に停止させ、その後、所定のタイミングでエンジン１０を再始動させる制御つまりアイドル・リダクション制御（日本ではアイドルストップ制御と称され得る。）が、ＥＣＵ８０により行われる。つまり、アイドル・リダクション制御における、所定の停止条件の成立を判定する停止条件成立判定手段（停止条件成立判定部）は、ＥＣＵ８０の一部を含んで構成される。また、所定の再始動条件の成立を判定する再始動条件成立判定手段（再始動条件成立判定部）は、ＥＣＵ８０の一部を含んで構成される。さらに、燃料噴射弁からの燃料噴射を禁止するなどのエンジン１０を停止させるための制御を実行するエンジン停止制御手段（エンジン停止制御部）はＥＣＵ８０の一部を含んで構成され、また、エンジン１０を再始動させる制御を実行するエンジン再始動制御手段（エンジン再始動制御部）はＥＣＵ８０の一部を含んで構成される。これらの手段は、相互に、直接的にまたは間接的に関係付けられている。

具体的には、このようなアイドル・リダクション制御におけるエンジン１０の一時的な停止は、所定の停止条件が満たされたときに、ＥＣＵ８０により実行される。ここでは、所定の停止条件として、停車中でかつ制動操作中という所定の条件が定められている。停車中か否かは車速センサ８８からの出力に基づいて判定され、この判定は車速が零か否かの判定に相当する。また、制動操作中か否かは、制動操作検出装置または手段としてのストップランプスイッチ９０からの出力に基づいて判定され、具体的にはこの判定はストップランプスイッチ９０がＯＮであるか否かに相当する。ここではさらに、加速要求検出手段としてのアクセル開度センサ８４からの出力に基づいてアクセルペダルが踏まれていないとＥＣＵ８０により判定されたときに制動操作中と判定される。

これに対して、エンジン１０のそのような停止後のエンジン１０の始動つまり再始動は、所定の再始動条件が満たされたときに、ＥＣＵ８０により実行される。ここでは、所定の再始動条件として、上記停止条件のうちの少なくともいずれかの条件が満たされなくなったことという所定の条件が定められている。例えば、ブレーキ操作が解除されたとき、つまり、ストップランプスイッチ９０がＯＮからＯＦＦになったとき、所定の再始動条件が成立したと判定される。また、例えば、アイドル・リダクション制御によりエンジン１０が停止しているときにアクセルペダルが踏まれたとき、所定の再始動条件が成立したと判定される。

そして、このようなアイドル・リダクション制御によりエンジン１０が一旦停止されて、エンジン１０が再始動されるとき、エンジン１０の作動レスポンスを高めることが望まれる。例えば、運転手によりアクセルペダルが踏まれたことによりエンジン１０が再始動される場合には、それまでエンジン１０が止まっていたので、アクセルペダルの踏み込みから、アクセルベダルの踏み込みに応じたエンジン出力を得るまでに、タイムラグがある。加えて、ブレーキペダルから単に運転者の足が離れて車両が徐々に発進させられる場合でも、特に、車両１２が自動変速機を備えているとき、エンジン１０をエンジン停止直前の状態に復帰させるために、ある程度の時間を必要とする。このような時間は、運転者の車両１２の操縦感覚を考慮すると、可能な限り短い方が好ましいであろう。

そこで、ここでは、アイドル・リダクション制御によりエンジン１０が一旦停止されて、エンジン１０が再始動されるまでの間、上記発電装置５０は作動する。アイドル・リダクション制御に関する発電装置５０の作動は、図２のフローチャートに基づいて説明される。

ただし、通路５４、６０の接続配置から理解され得るように、アイドル・リダクション制御によりエンジン１０が停止しているときに、発電装置５０が作動することで、ターボチャージャ２４が駆動される。そこで、水ポンプ７２およびオイルポンプ７４は上記したように電動ポンプである。具体的には、エンジン１０の作動状態にかかわらず、エンジン作動開始要求が運転者からあったときから（例えばエンジンイグニッションスイッチがＯＮにされた後）、エンジン停止要求が運転者からあるまで（例えばエンジンイグニッションスイッチがＯＦＦにされるまで）の間、水ポンプ７２およびオイルポンプ７４は共に作動されて、ターボチャージャ２４の適切な駆動が促進される。なお、図１では、エンジン１０および発電装置５０が共に作動状態にあるときのガス（空気を含む）、燃料、冷却水およびオイルの流れが矢印で模式的に表されている。

図２のステップＳ２０１では、アイドル・リダクション制御における所定の停止条件が成立したか否かが判定される。所定の停止条件は、上記した通りである。所定の停止条件が満たされないとき（ステップＳ２０１で否定判定されるとき）、エンジン１０は運転状態つまり作動状態に維持される。

ステップＳ２０１で所定の停止条件が成立したと肯定判定されると、ステップＳ２０３でエンジン１０が停止されて、発電装置５０は作動状態になる。発電装置５０がそれまで作動状態にあった場合にはその作動状態が維持され、または、その時点で発電装置５０が停止状態にあった場合には発電装置５０は作動状態になる。

こうしてシステム９４によりエンジン１０が一時的に停止されているとき、発電装置５０は作動状態になる。エンジン１０が停止されるとき、弁（吸気系の弁）６２、６４は、システム９４によりエンジン１０が停止されているときにコンプレッサ２８を経た全空気を空気導入通路５４に導入するように、弁６２、６４はそれぞれの弁体が発電専用位置に位置づけられるように制御される。つまり、弁６２は開かれるのに対して、弁６４は閉じられる。これにより、アイドル・リダクション制御によってエンジン１０が停止されているとき、図３に矢印で示すように、吸気通路１６のコンプレッサ２８を経た空気は、発電本体部５２に導かれることが可能になる。ただし、発電装置５０における空気供給量と燃料供給量とが釣り合うように、または、空気供給量に対して燃料供給量が少なくなるように、ポンプ２０および弁６２のうちの少なくともいずれか一方は制御されるとよい。

そして、アイドル・リダクション制御によってエンジン１０が停止されているとき、燃料供給装置５８のポンプ２０が作動されることにより、発電本体部５２に燃料が供給される。これにより、発電本体部５２で発電され、ガス排出通路６０を介してガスが排出される。このとき、基本的に弁３２は閉じられているので、図３に矢印で示すように、ガスはタービン２６に導かれ、タービンホイールを回転駆動する。このように、エンジン１０が停止されているときに、発電装置５０が作動することで、ターボチャージャ２４が駆動された状態にされる。

なお、図３には、このようにエンジン１０が停止されている状態での発電装置５０の作動による、電気の流れ、ガス、燃料、冷却水およびオイルの流れが線Ａおよび矢印で模式的に表されている。図３および上記説明から理解できるように、アイドル・リダクション制御によってエンジン１０が停止させられているときに、発電装置５０が作動することで電気が発生し、他方で、電気が消費される。電気の発生量と使用量とは、バッテリ７０の容量に限界があり、バッテリ７０への過充電を防止する必要があり、かつ、バッテリ残容量を所定量以上に保つ必要があるので、ＥＣＵ８０により調節される。本実施形態では、センサ９２からの出力に基づいて、ＥＣＵ８０のオイル供給装置の制御部としての機能を担う部分およびＥＣＵ８０の冷却液供給装置の制御部としての機能を担う部分は、バッテリ７０の残容量に応じて、電力量つまりバッテリ充電量を制御するように、水ポンプ７２およびオイルポンプ７４の両方の作動を制御する（作動量調節制御）。なお、このために、水ポンプ７２およびオイルポンプ７４のうちの少なくとも一方の作動が制御されてもよい。

ステップＳ２０３の次のステップＳ２０５では、アイドル・リダクション制御における所定の再始動条件が成立したか否かが判定される。所定の再始動条件は、上記した通りである。所定の再始動条件が満たされないとき（ステップＳ２０５で否定判定されるとき）、エンジン１０は停止状態に維持されると共に発電装置５０は作動状態に保たれる。

ステップＳ２０５で所定の再始動条件が成立したと肯定判定されると、ステップＳ２０７でエンジン１０が再始動される。このとき、エンジン１０を適切に作動させるように、弁６２、６４はエンジン本体部１４に空気が流れるように、少なくとも弁６４の弁体がエンジン作動可能位置になるように制御される。つまりスロットルバルブ６４は開かれる。なお、エンジン１０の再始動時、少なくともある程度の期間、発電装置５０は作動状態に維持される。しかし、エンジン１０の再始動時、発電装置５０は直ぐに停止状態に移行されることもできる。

ステップＳ２０５で、エンジン１０が始動されるとき、上記したようにターボチャージャ２４は駆動されている。この状態で弁６４がエンジン作動可能位置に切換制御されて、コンプレッサ２８により圧力が高められた空気は迅速にエンジン本体部１４に供給される。したがって、エンジン１０の再始動時の立ち上がりを早め、エンジン１０の作動レスポンスを高めることができる。

なお、アイドル・リダクション制御によるエンジン１０の停止時に、コンプレッサ２８を経た空気を発電本体部５２に供給すると共に燃料を発電本体部５２に供給し、かつ、発電本体部５２からの排出ガスをタービン２６に供給してコンプレッサホイールを回転駆動することができる。よって、上記システム９４によるエンジン１０の停止時に、ターボチャージャ２４が停止することは無い。

また、アイドル・リダクション制御によってエンジン１０が停止させられているときに、発電装置５０が作動することで、発電装置５０の排出ガスが排気浄化装置４２に流入する。したがって、アイドル・リダクション制御によるエンジン停止時であっても、排気浄化装置４２における触媒暖機が可能となる。よって、冷間時であっても、アイドル・リダクション制御によるエンジン停止が許容され得る。

さて、エンジン１０が作動状態にあるときには、エンジン１０のエンジン本体部１４からの排気は排気通路１８を流れる。これに対して、エンジン１０が作動状態にあるときに発電装置５０が作動状態にあるときには、発電装置５０の発電本体部５２からの排出ガスもガス排出通路６０を流れる。

ここで、エンジン１０の排気通路１８、特にタービン２６よりも上流側の排気通路でのエンジン１０の排気の圧力変動を線Ｌ１で模式的に図４に示す。また、図４に、ガス排出通路６０の入口部または発電本体部５２の出口部での発電装置５０の排出ガスの圧力変動が線Ｌ２で模式的に示されている。

図４に表されるように、エンジン１０の排気にはある程度以上の圧力変動があり、エンジン１０からの排気圧は、圧力が低いときと（谷部と）、圧力が高いときと（山部と）がある。これに対して、発電装置５０の排出ガスには、エンジン１０の排気と比べると、顕著な圧力変動はなく、概ね一定圧であるとみなすことができる。

そして、本実施形態のエンジン１０では、エンジン１０と発電装置５０とが同時に作動しているとき、一般的な運転状態（例えば市街地走行モード）でのエンジン作動中、排気通路１８とガス排出通路６０との接続部またはその近傍（例えばリード弁６６付近）でのエンジンの排気の圧力と発電装置５０の排出ガスの圧力とが概ね図４の関係を有するようにエンジン１０および発電装置５０が設計されている。つまり、そのときのエンジン１０の排気の圧力の山部での圧力値と同圧力の谷部での圧力値との間の圧力、好ましくはそれらの中間の圧力以上の圧力を、発電装置５０の排出ガスが有するように、エンジン１０および発電装置５０が設計されている。そして、ガス排出通路６０のリード弁６６は、発電装置５０の排出ガスの圧力が排気通路１８のエンジンの排気の圧力よりも高いときに開くように構成されている。

したがって、エンジン１０の排気と発電装置５０の排出ガスとの関係が図４に示す領域Ｓ１に関係するとき、つまり、発電装置５０の排出ガスの圧力が排気通路１８のエンジンの排気の圧力よりも高いとき、リード弁６６が開き、発電装置５０の排出ガスは排気通路１８に排出される。逆に、エンジン１０の排気と発電装置５０の排出ガスとの関係が図４に示す領域Ｓ２に関係するとき、つまり、発電装置５０の排出ガスの圧力がエンジン１０の排気の圧力よりも低いとき、リード弁６６が閉じるので、エンジン１０の排気がガス排出通路６０に流入すること、つまり逆流することを防ぐことができる。

以上述べたように、第１実施形態のエンジンによれば、ガス排出通路６０に弁６６を設けることで、エンジンの排気通路への発電装置の排出ガスの流通を確保することができる。さらに、ガス排出通路６０に弁６６を設けることで、エンジンの排気が発電本体部側へ逆流することも防ぐことができる。

なお、上記第１実施形態のターボチャージャは、タービンへのガスの流入を制御するための可変ノズル機構を備えてもよい。可変ノズル機構をターボチャージャが備える場合、上記ウェストゲートバルブは省かれ得る。

次に、本発明に係る第２実施形態が以下に詳細に説明される。ただし、以下の第２実施形態の説明では、主として第１実施形態との差異点を説明し、既に説明した構成要素と同一のまたは対応する構成要素に同一のまたは対応する符号を用いて、それらの説明を省略する。

図５に本発明の第２実施形態に係るエンジン１１０およびそれを備えた車両１１２の概略図を示す。エンジン１１０は、ターボチャージャを備えず、自然吸気エンジンとして構成されている。エンジン１１０では、燃料電池システムとして構成された発電装置１５０の発電本体部５２に空気を供給するために空気供給装置としてのコンプレッサまたはブロア１９６が設けられている。そして、ブロア１９６からの空気と吸気通路１６からの空気とを選択的に発電本体部５２に供給可能なように、空気導入通路５４に切換弁１５４ａが設けられている。切換弁１５４ａは三方弁として構成されている。ブロア１９６および切換弁１５４ａは、停止・再始動システム９４によりエンジン１１０が停止状態にあるときに発電装置１５０を作動させるために設けられている。切換弁１５４ａは、エンジン作動時、吸気通路１６を空気導入通路５４を介して発電本体部５２に連通状態にし、ブロア１９６側の通路１９６ａを空気導入通路５４に非連通状態にするように制御される。これに対して、システム９４によりエンジン１１０が停止状態にあるとき、吸気通路１６を発電本体部５２に非連通状態にし、ブロア１９６側の通路１９６ａを空気導入通路５４に連通状態にするように制御される。ブロア１９６および弁１５４ａはそれぞれ、上記ＥＣＵ８０の構成および機能を実質的に有するＥＣＵ１８０により、より具体的にはＥＣＵ１８０のシステム９４の空気供給制御部の機能を担う部分により制御される。なお、エンジン１１０が作動状態にあるとき、発電装置１５０への空気供給量は、空気導入通路５４に設けられた弁６２により制御される。

エンジン１１０では、エンジン１０と同様に、ガス排出通路６０にリード弁６６が設けられている。したがって、エンジン１１０の作動中であって、発電装置１５０が作動状態にあるときに、図４に基づいて上記したように、発電装置の排出ガスを排気通路１８に流すことができる。また、発電装置１５０が停止状態にあるがエンジン１１０が作動状態にあるとき、または、エンジン１１０および発電装置１５０が共に作動状態にあるときには、ガス排出通路６０への排気通路１８からのエンジン排気の流入または逆流を防ぐことができる。

また、エンジン１１０では、排気浄化装置４２の上流側の排気通路にスターター触媒コンバーター１４２ｕが設けられている。スターター触媒コンバーター１４２ｕはガス排出通路６０と排気通路１８との接続部よりも下流側に設けられている。スターター触媒コンバーター１４２は、排気浄化装置４２の暖機用に設けられていて、小型酸化触媒装置であり、酸化触媒を含む。酸化触媒物質としては、例えば、Ｐｔ／ＣｅＯ₂、Ｍｎ／ＣｅＯ₂、Ｆｅ／ＣｅＯ₂、Ｎｉ／ＣｅＯ₂、Ｃｕ／ＣｅＯ₂等を用いることができる。なお、スターター触媒コンバーター１４２ｕに対して、ここでは、排気浄化装置４２を、アンダーフロー装置と称し得る。

停止・再始動システム９４によりエンジン１１０が停止状態にあるときには、上記したように、発電装置１５０が作動する。このとき、図５には示されないバッテリの電気を用いてブロア１９６が作動させられ、切換弁１５４ａは吸気通路１６を発電本体部５２に非連通状態にし、ブロア１９６からの空気を発電本体部５２に導くように切換制御される。したがって、エンジン１１０の停止中であっても、発電装置１５０は作動状態にされ、発電装置１５０の排出ガスはスターター触媒コンバーター１４２ｕに供給される。よって、エンジン１１０の停止中に排気浄化装置４２が冷えることを的確に防ぐことができ、また、排気浄化装置の暖機が完全に完了していない場合であってもスターター触媒コンバーター１４２ｕの加熱作用により排気浄化装置４２の暖機を図ることができる。

上記第１および第２実施形態では、ガス排出通路６０に一方向弁を設けることで、発電装置５０、１５０の排出ガスを排気通路１８に流すようにした。しかし、これら実施形態などでは、例えばタービンよりも上流側の排気通路における圧力が高くなる運転状態にエンジンがあるとき、または、ターボチャージャにタービンへのガス流入を制御するための可変ノズル機構が設けられていて可変ノズルベーンが閉じ側に制御されているときなどに、発電装置の排出ガスを排気通路１８に流すことが難しくなり得る。燃料電池システムである発電装置の排出ガスが流れ難くて排出ガスが詰まることになると、発電装置で十分な発電ができないといった不具合が生じる虞がある。それ故、そのような場合には、発電装置５０の作動を禁止することができる。しかし、バッテリ残容量を所定量以上に確実に保つためには、発電装置５０の作動を禁止することが最善策とは言い難い。以下に、この点で、より好ましい実施形態が説明される。

次に、本発明に係る第３実施形態が以下に詳細に説明される。ただし、以下の第３実施形態の説明では、主として第１実施形態との差異点を説明する。なお、第３実施形態に係るエンジンは概ね第１実施形態に係るエンジン１０と同じ構成を有し、実質的にその制御の点でのみエンジン１０と相違点を有する。したがって、既に説明した構成要素と同じまたは対応する構成要素に同一の符号を付して、第３実施形態に係るエンジンの図示およびその構成の説明は省略される。

第３実施形態においても、発電装置５０は、エンジン１０の作動中にバッテリ７０の残容量に応じて、または、停止・再始動システム９４によりエンジン１０が停止状態にあるとき作動する。

第３実施形態では、エンジン運転状態がどのような運転領域にあっても、エンジン１０の排気と、発電装置５０の排出ガスとが、図４に基づいて説明した上記関係のような関係を有するように、発電装置５０が作動する。図６のフローおよび図７のマップ化されたデータに基づいて、以下にそれを詳細に説明する。なお、以下に説明される制御は、ガス流れ制御装置Ｄの供給量制御部としての機能を担うＥＣＵ８０の部分により実行される。なお、第３実施形態における流れ制御装置Ｄは、リード弁６６と、供給量制御部（ＥＣＵ８０に相当）とを含む。

まず、ＥＣＵ８０は、ステップＳ６０１で、発電中か否かを判定する。つまり、この判定では、発電装置５０が作動中か否かが判定される。ステップＳ６０１で肯定判定されるときにはステップＳ６０３へ進む。

ステップＳ６０３で、ＥＣＵ８０は、エンジン運転状態が第１運転領域にあるか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ８０は、アクセル開度センサ８４の出力およびクランクポジションセンサ８６の出力に基づいてエンジン運転状態が第１運転領域にあるか否かを判定する。第１運転領域Ｒ１は、図７に基づいて説明される。図７は、横軸にエンジン回転速度Ｎｅをとり、縦軸にエンジン負荷ＴＱをとり、エンジン領域を表している。なお、エンジン負荷は概略的にアクセル開度と比例関係にある。第１運転領域Ｒ１は、エンジン回転速度が第１回転速度Ｎ１を越えると共にエンジン負荷が第１負荷Ｋ１を越えた領域であり、全負荷（ＷＯＴ）以下の領域として定められている。第１運転領域は、実験により、タービン２６よりも上流側の排気通路の圧力、特にタービン入口の圧力に基づいて定められているので、ステップＳ６０３での判定はエンジン排気圧つまりタービン上流側の排気通路の圧力が第１運転領域に対応する第１圧力範囲にあるか否かの判定に相当する。したがって、排気通路に排気圧センサを設けて、その出力に基づいてステップＳ６０３での判定が行われてもよい。なお、ここでは、エンジン運転状態が第１運転領域にあるとき、ウェストゲートバルブとしての弁３２が開くように弁３２は設計されている。つまり、第１運転領域はウェストゲートバルブ開弁領域に相当する。

ステップＳ６０１またはステップＳ６０３で否定判定されるときには、エンジン１０の排気の圧力と発電装置５０の排出ガスの圧力とが例えば図４に示すような関係を有するはずであるので、発電装置５０の制御モードとして基本設定される基本排出ガス量制御モードがステップＳ６０５で設定されて、該ルーチンは終了する。これに対して、ステップＳ６０３で肯定判定されるときには、ステップＳ６０７に進む。

ステップＳ６０７では、エンジンの運転状態が第２運転領域にあるか否かが判定される。具体的には、ＥＣＵ８０は、アクセル開度センサ８４の出力およびクランクポジションセンサ８６の出力に基づいてエンジンの運転状態が第２運転領域にあるか否かを判定する。第２運転領域Ｒ２は、図７に表され、エンジン回転速度が第２回点速度Ｎ２を越えると共にエンジン負荷が第２負荷Ｋ２を越えた領域であり、全負荷（ＷＯＴ）以下の領域として定められている。第２運転領域Ｒ２も、実験により、タービン２６よりも上流側の排気通路の圧力、特にタービン入口の圧力に基づいて定められているので、ステップＳ６０７での判定はエンジン排気圧つまりタービン上流側の排気通路の圧力が第２運転領域に対応する第２圧力範囲にあるか否かの判定に相当する。したがって、排気通路に排気圧センサを設けて、その出力に基づいてステップＳ６０７での判定が行われてもよい。なお、第２運転領域は、第１運転領域の一部である。

そして、ステップＳ６０７でエンジン運転状態が第２運転領域にないので否定判定されると、ステップＳ６０９で、発電装置５０の制御モードとして、第１排出ガス量増量制御モードが設定されて、該ルーチンは終了する。他方、ステップＳ６０７でエンジン運転状態が第２運転領域にあるので肯定判定されると、ステップＳ６１１で発電装置５０の制御モードとして第２排出ガス量増量制御モードが設定されて、該ルーチンは終了する。

基本設定では、発電装置５０の排出ガスの圧力が、エンジン１０を搭載した車両１２が通常の市街地走行をしているとき、例えばエンジン運転状態が低負荷低回転速度の運転領域（第１運転領域外）にあるときのエンジン１０の排気の圧力に対して図４の上記関係を有するように、発電装置５０は作動する。つまり、このとき、ＥＣＵ８０の供給量制御部は、基本排出ガス量制御を実行する。

ここで図８を参照する。図８は、エンジン運転状態が第１運転領域または第２運転領域にあるときのエンジン１０の排気の圧力変動を線Ｌ１´で模式的に示し、また、基本排出ガス量制御モードで作動している発電装置５０の排出ガスの圧力変動を線Ｌ２（図４の線Ｌ２に相当）で模式的に示す。図８に表すように、エンジン運転状態が第１運転領域または第２運転領域にあるとき、エンジン１０の排気の圧力は全体的に高まるので、相対的に、発電装置５０の排出ガスの圧力は低下する。これでは、発電装置５０の排出ガスを排気通路１８に適切に流出させることが難しくなる。そこで、ここでは、発電装置５０の排出ガスの圧力を高めて（図８の矢印参照）、発電装置５０の排出ガスの圧力が図４に表されるような関係をエンジン排気圧力と有するように発電装置における空気供給量および燃料供給量が制御される。

ステップＳ６０９で第１排出ガス量増量制御モードが設定されると、供給量制御部の機能を担うＥＣＵ８０は発電装置５０の排出ガスの圧力を所定圧力以上に高めるように発電装置５０の空気供給量および燃料供給量を制御する。第１排出ガス量増量制御は、発電装置５０の排出ガス量を第１排出ガス量に増量し、ガス排出通路のガスの流れを変える制御である。この排出ガスの増量は、発電装置５０への空気供給量および燃料供給量を増量することによって行われる。特に、燃費の観点から、空気供給量を優先的に（積極的に）多くすることで、発電装置５０の排出ガス量が高められる。具体的には、空気供給量を多くするように弁６２の開度が大きくされ、また、燃料供給量を多くするようにポンプ２０が制御される。

なお、基本排出ガス量制御では、燃料量と空気量とが発電装置５０において釣り合うようにそれらの供給量は制御されている。しかし、ここでは、まず、基本排出ガス量制御における空気供給量よりも所定量分、空気供給量が多くされ、空気過多の状態で発電装置５０での発電が実行される。この結果、空気増量分に応じた量、少なくとも排出ガス量が増えるので、発電装置５０の排出ガスの圧力、例えば発電本体部５２の出口部での圧力を高めることができる。そして、さらに発電装置５０の排出ガスの圧力を高めたいとき、発電装置５０の発電本体部５２への燃料供給量が、基本排出ガス量制御における燃料供給量よりも所定量分、増やされる。この第１排出ガス量増量制御における空気供給量の増量および燃料供給量の増量に関するデータは、それぞれ、エンジン運転状態に応じて予め実験により定められているので、これらはエンジン運転状態に応じて可変とされる。

他方、ステップＳ６１１で第２排出ガス量増量制御モードが設定されると、同様に、供給量制御部の機能を担うＥＣＵ８０が発電装置５０の排出ガスの圧力を所定圧力以上に高めるように発電装置５０における空気供給量および燃料供給量を制御する。第２排出ガス量増量制御は、発電装置５０の排出ガス量を第２排出ガス量に増量し、ガス排出通路のガスの流れを変える制御である。第２排出ガス量は上記第１排出ガス量よりも多い。第２排出ガス量増量制御は、主に燃料増量による発電装置５０の排出ガス量の増量制御であり、発電装置５０における空気供給量は第１排出ガス量制御における最大供給量に定められる。そして、エンジン運転状態に応じて予め実験により定められている燃料供給量の増量に関するデータに基づき、基本排出ガス量制御における燃料供給量よりも、また第１排出ガス量増量制御における燃料供給量よりも所定量、燃料供給量は増やされる。なお、仮に燃料過多になり発電装置５０からの燃料漏れが生じる場合であっても、その燃料は改質器６８で燃焼させられる。したがって、その燃料は発電装置５０の排出ガス量および排出ガスの圧力を高めるのに効果的に作用する。

このようなステップＳ６０９またはステップＳ６１１での排出ガス量増量制御モードの設定により上記の如く発電装置５０からの排出ガス量が増やされる。したがって、エンジン１０の排気の圧力と発電装置５０の排出ガスの圧力とが図４に示すような関係を有することができるようになるので、発電装置５０の排出ガスを適切に排気通路１８に流すことができる。

なお、排出ガス量増量制御による発電装置５０からの排出ガス量の増量量、つまり空気供給量の増量量および燃料供給量の増量量は、エンジン運転状態に応じてつまりエンジン排気圧力に応じて予め実験により定められた目標圧力つまり所定圧力以上に発電装置５０の排出ガスの圧力がなるように設定されている。具体的には、そのときどきのエンジンの排気圧力の最大値以下かつ最小値以上の間の圧力、好ましくはエンジンの排気圧力の平均圧以上の圧力に、発電装置５０の排出ガスの目標圧力つまり所定圧力は設定される。

ただし、排出ガス量増量制御による発電装置５０の排出ガス量の増量方法は、上記第３実施形態に限定されない。発電装置５０の排出ガスの圧力を所定圧力またはそれ以上にするように、発電装置５０の発電本体部５２への空気供給量および燃料供給量の少なくともいずれか一方を制御するあらゆる形式を、本発明は許容する。

なお、上記したようにエンジン運転状態が第１所定領域または第２所定領域にあるときに発電装置５０の排出ガス量を意図的に増やしても、エンジン１０の運転状態には概ね影響しない。これは、エンジン運転状態が第１所定領域または第２所定領域にあるときは、ウェストゲートバルブ開弁領域であるので、タービンホイールの回転速度が大きく代わることは無く、また、エンジン１０への吸気量は弁６４により制御されるからである。

以上、第３実施形態を説明したが、第３実施形態のガス流れ制御装置Ｄの供給量制御部による上記制御（具体的には図６に基づいて説明された制御）は、第２実施形態のエンジンにも同様に適用されることができる。第２実施形態のエンジンに第３実施形態の供給量制御部による制御を適用した実施形態の説明は省略される。

次に、本発明に係る第４実施形態が以下に詳細に説明される。ただし、以下の第４実施形態の説明では、主として第１実施形態との差異点を説明し、既に説明した構成要素に対応する構成要素に同一のまたは対応する符号を用いて、それらの説明を省略する。

第４実施形態に係るエンジン２１０およびそれを搭載した車両２１２が図９に示される。エンジン２１０は、第１実施形態のエンジン１０と異なり、発電本体部５２からの排出ガスを、ターボチャージャ２４のタービン２６の上流側の排気通路およびタービン２６の下流側の排気通路に選択的に流すように構成された、ガス流れ制御装置Ｄを備える。

発電装置２５０のガス排出通路６０につなげられた第２排出通路２９８が備えられている。第２排出通路２９８の一端は、ガス排出通路６０のうちのリード弁６６よりも上流側の部分（発電本体部側の部分）につなげられている。第２排出通路２９８の他端は、タービン２６の下流側かつ排気浄化装置４２の上流側の排気通路につなげられている。ガス排出通路６０と第２排出通路２９８との接続部には流路切換弁２９８ａが設けられている。流路切換弁２９８ａは、上記ＥＣＵ８０の構成および機能を実質的に有するＥＣＵ２８０により制御される。なお、ＥＣＵ２８０の一部は、流路切換弁２９８ａを制御する弁制御部の機能を担う。なお、第４実施形態のガス流れ制御装置Ｄは、リード弁６６と、第２排出通路２９８と、流路切換弁２９８ａと、弁制御部（ＥＣＵ２８０に相当）とを含んで構成される。

第４実施形態において、発電装置２５０は、エンジン２１０の作動中にバッテリ（図９では図示せず）の残容量に応じて、または、停止・再始動システム９４によりエンジン２１０が停止状態にあるとき作動する。発電装置２５０の排出ガスを排気通路１８に適切に流すように、エンジン２１０の状態に応じて流路切換弁２９８ａは制御される。図１０のフローチャートに基づいて以下に流路切換弁２９８ａの制御を説明する。

ＥＣＵ２８０は、ステップＳ１００１で、停止・再始動システム９４によりエンジン２１０が停止中か否かを判定する。ステップＳ１００１で肯定判定されるとき、ステップＳ１００３で流路切換弁２９８ａはタービン２６に発電装置２５０からのガスを供給するように切り替えられる。つまり、第２排出通路２９８をガス排出通路６０から遮断するように流路切換弁２９８ａは切り替えられる。これにより、エンジン停止中に、発電装置２５０の排出ガスはタービン２６に供給されてターボチャージャ２４が駆動状態にされるので、エンジン再始動時の作動レスポンスを高めることができる。また、発電装置２５０の排出ガスが排気浄化装置４２に供給されるので、エンジン停止により排気浄化装置４２が冷えることを防ぐことができる。

他方、エンジン作動中であるのでステップＳ１００１で否定判定されると、ステップＳ１００５で流路切換弁２９８ａはタービン２６よりも下流の排気通路に発電装置２５０からのガスを供給するように切り替えられる。エンジン作動中、タービン２６よりも上流側の排気通路の圧力は高く、これに対してタービン２６よりも下流側の排気通路の圧力は相対的に低い。したがって、エンジン排気圧が発電装置の排出ガスの圧力よりも全体的に高い場合であっても、発電装置２５０からのガスを排気通路１８に適切に流すことができる。

以上、第４実施形態を説明したが、リード弁６６は省略されることができる。リード弁６６がない場合であっても、上記の如く流路切換弁２９８ａが切換制御されることで、排気通路１８からガス排出通路６０への排気の流入または逆流を防ぎつつ、発電装置２５０の排出ガスを排気通路１８に流すことができるからである。また、第２排出通路２９８に例えばリード弁、逆止弁といった一方向弁が設けられてもよい。これは、第２排出通路２９８を介してのエンジン排気の発電本体部５２側への流れつまり逆流をより確実に防ぐためである。

次に、本発明に係る第５実施形態が以下に詳細に説明される。ただし、以下の第５実施形態の説明では、主として第４実施形態との差異点を説明する。なお、第５実施形態に係るエンジンは概ね第４実施形態に係るエンジン２１０と同じ構成を有し、その制御の点でのみエンジン２１０と相違点を有する。したがって、既に説明した構成要素と同一のまたは対応する構成要素に同一の符号を用いて、第５実施形態に係るエンジンの図示および構成の説明は省略される。

第５実施形態に係るエンジン２１０では、発電装置２５０は、エンジン２１０の作動中にバッテリの残容量に応じて、または、停止・再始動システム９４によりエンジン２１０が停止状態にあるとき作動する。この発電装置２５０の排出ガスを排気通路１８に適切に流すように、エンジン２１０の運転状態に応じて流路切換弁２９８ａは制御される。図１１のフローチャートに基づいて以下に流路切換弁２９８ａの制御を説明する。

ＥＣＵ２８０は、ステップＳ１１０１で、エンジン２１０の運転状態が所定運転領域にあるか否かを判定する。所定運転領域Ｒは、横軸にエンジン回転速度Ｎｅをとると共に縦軸にエンジン負荷ＴＱをとった、図１２のマップ化されたデータに表されている。なお、所定運転領域Ｒは、全負荷（ＷＯＴ）以下の領域として定められている。ここでは、所定運転領域は高負荷高回転速度の領域を含むが、これ以外の領域であってもよい。なお、エンジン運転状態が所定運転領域か否かの判定は、アクセル開度センサ８４の出力およびクランクポジションセンサ８６の出力に基づいて実行される。

エンジン２１０の運転状態が所定運転領域にないのでステップＳ１１０１で否定判定されるとき、ステップＳ１１０３で流路切換弁２９８ａはタービン２６に発電装置２５０の排出ガスを供給するように切り替えられる。つまり、第２排出通路２９８をガス排出通路６０から遮断するように流路切換弁２９８ａは切り替えられる。本実施形態ではエンジン運転状態が所定運転領域にないときに、発電装置２５０が作動している場合、少なくとも図４に基づいて説明された関係を発電装置２５０の排出ガスの圧力とエンジン２１０の排気の圧力とが有するように、発電装置２５０は作動する。したがって、流路切換弁２９８ａをそのように制御することで、発電装置２５０の排出ガスを排気通路１８に適切に流すことができる。なお、エンジン２１０の運転状態が所定運転領域にないときには、停止・再始動システム９４によりエンジン２１０が停止状態にあるときも含まれる。

これに対して、エンジン２１０のエンジン運転状態が所定運転領域にあるのでステップＳ１１０１で肯定判定されるとき、ステップＳ１１０５で流路切換弁２９８ａは、タービン２６よりも下流の排気通路に発電装置２５０の排出ガスを供給するように切り替えられる。エンジン運転状態が所定運転領域にあるとき、タービン２６よりも上流側の排気通路の圧力は高い。このときに発電装置２５０が作動すると、エンジン２１０の排気の圧力（タービン上流側の排気圧力）が発電装置２５０の排出ガスの圧力を全体的に上回る傾向を有する。しかし、このとき、圧力の低いタービン２６よりも下流側の排気通路に第２排出通路を介してガス排出通路６０がつなげられる。したがって、発電装置２５０の排出ガスを排気通路１８に適切に流すことができる。

なお、本実施形態では、エンジン負荷およびエンジン回転速度の両方に基づいて流路切換弁２９８ａを制御したが、エンジン負荷およびエンジン回転速度の少なくともいずれか一方に基づいて流路切換弁２９８ａが制御されてもよい。また、三方弁である流路切換弁２９８ａの代わりに、ガス排出通路６０のガス流量を調整するための弁と、第２排出通路２９８のガス流量を調整するための弁とが設けられてもよい。ガス排出通路６０のガス流量と第２排出通路２９８のガス流量とを調整するために少なくとも１つの弁が設けられ得る。

次に、本発明に係る第６実施形態が以下に詳細に説明される。ただし、以下の第６実施形態の説明では、主として第５実施形態との差異点を説明する。なお、第６実施形態に係るエンジンは概ね第４および第５実施形態に係るエンジン２１０と同じ構成を有し、流路切換弁の制御の点でそれらエンジンと相違する。したがって、既に説明した構成要素と同一のまたは対応する構成要素に同一の符号を用いて、第６実施形態に係るエンジンの図示および構成の説明は省略される。

第６実施形態に係るエンジン２１０でも、発電装置２５０は、エンジン２１０の作動中にバッテリの残容量に応じて、または、停止・再始動システム９４によりエンジン２１０が停止状態にあるとき作動する。そして、この発電装置２５０の排出ガスを排気通路１８に適切に流すように、エンジン２１０の運転状態に応じて流路切換弁２９８ａは切換制御される。そして、さらに、ターボチャージャ２４のウェストゲートバルブとしての弁３２の開度に応じて流路切換弁２９８ａは制御される。第６実施形態における流路切換弁２９８ａの制御に関して図１３のフローチャートに基づいて説明する。

ステップＳ１３０１では、エンジン運転状態が所定運転領域か否かが判定される。このステップＳ１３０１は上記ステップＳ１１０１に相当し、所定運転領域はステップＳ１１０１での所定運転領域Ｒと同じである。

ステップＳ１３０１で否定判定されると、ステップＳ１３０３で基本排出ガス量制御モードが設定される。この基本排出ガス量制御モードは、上記ステップＳ６０５でのモードと同じである。

ステップＳ１３０３を経ると、ステップＳ１３０５で、上記ステップＳ１１０３と同様に、流路切換弁２９８ａはタービン２６に発電装置２５０からのガスを供給するように切り替えられる。こうして該ルーチンは終了する。

エンジン運転状態が所定運転領域にあるので、ステップＳ１３０１で肯定判定されると、ステップＳ１３０７でウェストゲートバルブとしての弁３２が閉じているか否かが判定される。弁３２は、上記の如く、排気圧が所定圧以上になったときに開く構成を有しているので、ウェストゲートバルブが閉じているか否かの判定は、換言すると、排気圧が所定圧未満か否かの判定に相当する。ここでは、ウェストゲートバルブとしての弁３２が閉じているか否か、つまり、排気圧が所定圧未満か否かは、エンジン運転状態に応じて判定される。つまり、この判定は、アクセル開度センサ８４の出力およびクランクポジションセンサ８６の出力に基づいて判定される。ただし、弁３２またはその近傍にセンサを設けて、そのセンサの出力に応じてこの判定がなされてもよい。なお、ウェストゲートバルブとしての弁３２が開かれる運転領域は、ステップＳ１３０１での所定運転領域に含まれ、該所定運転領域よりも狭い。

ステップＳ１３０７で肯定判定された場合には、発電装置２５０の排出ガスを排気通路１８に、特にタービン２６に供給するように、ステップＳ１３０９で排出ガス量増量制御モードが設定される。これは、上記ステップＳ６０９での第１排出ガス量増量制御モードの設定およびステップＳ６１１での第２排出ガス量増量制御モードの設定に相当する。これにより、発電装置２５０の排出ガスの圧力が、基本排出ガス量制御モードで作動しているときの発電装置２５０の排出ガスの圧力よりも高められる。なお、発電装置２５０の排出ガスの圧力は、発電装置における発電本体部への空気供給量および燃料供給量の少なくともいずれか一方を制御することで高められる。また、この発電本体部への空気供給量および燃料供給量の少なくともいずれか一方の制御は、エンジン負荷およびエンジン回転速度のうちの少なくともいずれか一方に基づいて行われるとよい。

したがって、次ぐステップＳ１３０５で流路切換弁２９８ａが上記の如く制御されることで、発電装置２５０からのガスをタービン２６に適切に供給することができる。なお、ステップＳ１３０５を経ることで該ルーチンは終了する。

ウェストゲートバルブとしての弁３２が開いているのでステップＳ１３０７で否定判定された場合には、ステップＳ１３１１で、ステップＳ１３０３と同様に、基本排出ガス量制御モードが設定される。そして、ステップＳ１３１３で、上記ステップＳ１１０５と同様に、流路切換弁２９８ａはタービン２６よりも下流の排気通路に発電装置２５０の排出ガスを供給するように切り替えられる。したがって、発電装置２５０からの排出ガス量を無駄に増やすことなく、その排出ガスを好適に排気通路１８に放出することができる。

以上述べたように、第６実施形態では、弁制御部としての機能を担うＥＣＵの部分は、ウェストゲートバルブが閉じているときにタービン（またはタービンよりも上流側）に発電装置の排出ガスを流すように、これに対してウェストゲートバルブが開いているときにタービンよりも下流側の排気通路に発電装置の排出ガスを流すように流路切換弁を制御する。そして、ウェストゲートバルブが閉じているときにタービンに発電装置の排出ガスを流すように流路切換弁が制御されるとき、供給量制御部としての機能を担うＥＣＵの部分は、排出ガス量増量制御を実行する。

次に、本発明に係る第７実施形態が以下に詳細に説明される。ただし、以下の第７実施形態の説明では、既に説明した構成要素と同一のまたは対応する構成要素に同一の符号を用いて、構成要素の重複説明は省略される。

第７実施形態に係るエンジン３１０およびそれを搭載した車両３１２が図１４に示される。エンジン３１０は、自然吸気エンジンであり、上記第２実施形態のエンジン１１０と第４実施形態のエンジン２１０とを組み合わせたような構成を有する。エンジン３１０では、排気通路１８のうち、排気浄化装置４２の上流側の排気通路にスターター触媒コンバーター１４２ｕが設けられている。そして、ガス排出通路６０に一端がつなげられた第２排出通路２９８は、スターターコンバーター１４２ｕ下流側かつ排気浄化装置４２上流側の排気通路につなげられている。以下、図１５のフローチャートに基づいて、ガス排出通路６０と第２排出通路２９８との接続部の流路切換弁２９８ａの制御に関して説明する。

ステップＳ１５０１では、排気浄化触媒４２が暖機中であるか否か、つまりその暖機が完了していないか否かが判定される。この判定はＥＣＵ３８０の排気浄化装置４２の暖機状態を判定する暖機判定部の機能を担う部分により実行される。この判定は、ここではエンジン運転状態、具体的にはアクセル開度センサ８４の出力およびクランクポジションセンサ８６の出力に基づいて判定される。なお、アクセル開度センサ８４の出力およびクランクポジションセンサ８６の出力に基づいて排気浄化装置４２の温度を推定する以外に、温度センサを排気通路１８または排気浄化装置４２に設けて直接的に排気浄化装置４２の温度を検出して、ステップＳ１５０１での判定がなされてもよい。

ステップＳ１５０１で暖機中であるので肯定判定されると、ステップＳ１５０３でエンジン運転状態が所定運転領域か否かが判定される。このステップＳ１５０３での判定は、上記ステップＳ１１０１での判定に相当し、所定運転領域はステップＳ１１０１での所定運転領域Ｒと同じである。

エンジン運転状態が所定運転領域にないのでステップＳ１５０３で否定判定されると、ステップＳ１５０５でスターター触媒コンバーター（図１５では「スタコン」と称する。）１４２ｕに発電装置３５０の排出ガスを供給するように流路切換弁２９８ａは制御される。これにより、発電装置３５０の排出ガスはリード弁６６を介してスターターコンバーター１４２ｕに供給され、これにより排気浄化装置４２の加熱が促される。なお、このようにエンジン運転状態が所定運転領域にないときはエンジン排気温度が極めて高くなく、このときにスターター触媒コンバーター１４２ｕへ発電装置３５０の排出ガスが供給されても、スターター触媒コンバーター１４２ｕおよび排気浄化装置４２の過熱を防ぐことができる。

他方、暖機完了しているのでステップＳ１５０１で否定判定される場合や、エンジン運転状態が所定運転領域にあるのでステップＳ１５０３で肯定判定される場合には、ステップＳ１５０７でスターター触媒コンバーター１４２ｕ下流に発電装置３５０の排出ガスを供給するように流路切換弁２９８ａは制御される。スターターコンバーター１４２ｕよりも下流側の排気通路の圧力は、その上流側の排気通路の圧力よりも低い。したがって発電装置３５０の排出ガスを適切に排気通路１８に供給することができる。また、排気浄化装置４２の加熱が必要ないときや、エンジン運転状態が所定運転領域にあるときにスターターコンバーターよりも下流に発電装置のガスが供給されるので、スターターコンバーター１４２ｕおよび排気浄化装置４２の過熱を防ぐことができる。

なお、第７実施形態において、発電装置の排出ガスをより適切に排気通路に流すことを可能にするように、ステップＳ１５０５に至るときおよび／またはステップＳ１５０７に至るとき、ステップＳ１３０９のように排出ガス量増量制御モードが設定されてもよい。つまり、第７実施形態のエンジンでも、エンジンの排気の圧力に応じて、発電装置の排出ガスの圧力を所定圧力以上に高めるように、発電装置における空気供給量および燃料供給量のうちの少なくともいずれか一方が制御されることができる。

以上、本発明を、上記実施形態、および、その変形例に基づいて説明した。しかし、本発明は、それら実施形態等に限定されず、他の実施形態を許容する。例えば、本発明は、上記７つの実施形態およびその変形例の任意の全体的なまたは部分的な組み合わせによる他の実施形態を許容する。本発明には、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれる。

１０、１１０、２１０、３１０ 内燃機関
２４ ターボチャージャ
２６ タービン
３１ 排気弁機構
４２ 排気浄化装置
５０ 発電装置（燃料電池システム）
５２ 発電本体部（燃料電池本体部）
６０ ガス排出通路
６６ リード弁（一方向弁）
１９６ ブロア
２９８ 第２排出通路
２９８ａ 流路切換弁

Claims (10)

1. 内燃機関の排気通路につなげられたガス排出通路を有する燃料電池システムと、
   該燃料電池システムの排出ガスが該内燃機関の排気通路に流れるように該燃料電池システムの排出ガスの流れを制御するように構成されたガス流れ制御装置と
   を備えた、内燃機関。
2. 前記ガス流れ制御装置は、前記ガス排出通路に設けられた一方向弁を含む、請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記ガス流れ制御装置は、前記内燃機関の排気の圧力に応じて、該燃料電池システムにおける空気供給量および燃料供給量のうちの少なくともいずれか一方を制御するように構成されている供給量制御部を含む、請求項１または２に記載の内燃機関。
4. 前記ガス流れ制御装置は、前記燃料電池システムの排出ガスの圧力を所定圧力以上に高めるように、該燃料電池システムにおける空気供給量および燃料供給量のうちの少なくともいずれか一方を制御するように構成されている供給量制御部を含む、請求項１から３のいずれかに記載の内燃機関。
5. 前記供給量制御部は、前記燃料電池システムにおける空気供給量を該燃料電池システムにおける燃料供給量よりも優先して増やす制御を実行する、請求項３または４に記載の内燃機関。
6. 前記ガス流れ制御装置は、
   一端が前記燃料電池システムの前記ガス排出通路につなげられると共に他端が該ガス排出通路と前記排気通路との接続部よりも下流側の排気通路につなげられた第２排出通路、
   該ガス排出通路のガス流量と該第２排出通路のガス流量とを調整するための少なくとも１つの弁、および、
   該少なくとも１つの弁を制御する弁制御部
   を備える、請求項１から５のいずれかに記載の内燃機関。
7. 前記弁制御部は、前記内燃機関のエンジン負荷およびエンジン回転速度のうちの少なくともいずれか一方に基づいて前記少なくとも１つの弁を制御する、請求項６に記載の内燃機関。
8. 前記内燃機関の排気通路の排気浄化装置よりも上流側に設けられた小型触媒装置と、
   該排気浄化装置の暖機状態を判定する暖機判定部と
   をさらに備え、
   前記ガス排出通路は該小型触媒装置よりも上流側の排気通路につなげられ、
   前記第２排出通路は該小型触媒装置と該排気浄化装置との間の排気通路につなげられ、
   前記弁制御部は、該暖機判定部により該排気浄化装置の暖機が完了していないと判定されたとき、前記小型触媒装置に前記燃料電池システムの排出ガスを流すように前記少なくとも１つの弁を制御する
   ことを特徴とする請求項６または７に記載の内燃機関。
9. 前記内燃機関は前記排気通路に配置されたタービンを含むターボチャージャをさらに備え、
   前記ガス排出通路は該タービンよりも上流側の排気通路につなげられ、
   前記第２排出通路は該タービンよりも下流側の排気通路につなげられている
   請求項６または７に記載の内燃機関。
10. 前記内燃機関の前記排気通路に配置されると共にウェストゲートバルブを有するタービンを含むターボチャージャをさらに備え、
    前記ガス排出通路は該タービンよりも上流側の排気通路につなげられ、
    前記第２排出通路は該タービンよりも下流側の排気通路につなげられ、
    前記弁制御部は、該ウェストゲートバルブが閉じているときに該タービンに前記燃料電池システムの排出ガスを流すように前記少なくとも１つの弁を制御し、これに対して該ウェストゲートバルブが開いているときに該タービンよりも下流側の排気通路に前記燃料電池システムの排出ガスを流すように該少なくとも１つの弁を制御する
    ことを特徴とする請求項６または７に記載の内燃機関。

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