JP2014105627A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池の排ガスの温度調節を好適に行うことが可能な内燃機関を提供する。
【解決手段】本発明の一の態様によれば、タービン３Ｔおよびコンプレッサ３Ｃを有するターボ過給機３と、コンプレッサの下流側の吸気通路５に設けられたインタークーラ８と、燃料電池４と、燃料電池の排ガスをインタークーラの上下流側の吸気通路にそれぞれ分配するための分配手段２７，２８と、を備えたことを特徴とする内燃機関が提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関に係り、特にターボ過給機と燃料電池とを備えた内燃機関に関する。

内燃機関に燃料電池を組み合わせることが提案されている。例えば特許文献１は、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）から排出された排ガス（オフガス）を燃料の一部として吸引する内燃機関を開示している。

特開２０１１−１５９５８５号公報

特許文献１は、オフガスに含まれる未改質の炭化水素化合物等を燃焼させる目的でオフガスを内燃機関に供給している。しかし、内燃機関に吸引させるオフガスの温度には最適温度が存在する。オフガスの温度はＳＯＦＣの作動状態や暖機状態等に応じて低温から高温まで大きく変化する。従ってオフガスを何等温度調節することなくそのまま内燃機関に吸引させるのはエンジン効率等の観点から好ましくない。

そこで、本発明は上記事情に鑑みて創案されたものであり、その一の目的は、燃料電池の排ガスの温度調節を好適に行うことが可能な内燃機関を提供することにある。

本発明の一の態様によれば、
タービンおよびコンプレッサを有するターボ過給機と、
前記コンプレッサの下流側の吸気通路に設けられたインタークーラと、
燃料電池と、
前記燃料電池の排ガスを前記インタークーラの上下流側の吸気通路にそれぞれ分配するための分配手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関が提供される。

好ましくは、前記分配手段が、前記インタークーラの上下流側の吸気通路に分配される排ガス量を調節するための分配弁を備える。

好ましくは、前記内燃機関は、前記燃料電池の排ガスの温度を検出する温度検出手段と、検出された排ガス温度と所定の目標温度との比較結果に応じて前記分配弁を制御する制御手段と、を備える。

好ましくは、前記内燃機関は、前記燃料電池の排ガスの流量を検出する流量検出手段を備え、前記制御手段は、検出された排ガス流量と所定の目標流量との比較結果にも応じて前記分配弁を制御する。

本発明によれば、燃料電池の排ガスの温度調節を好適に行うことができるという、優れた効果が発揮される。

本発明の実施形態の構成を示す概略図である。 本実施形態の制御のフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１に示すように、内燃機関（エンジン）１は、エンジン本体２と、ターボ過給機３と、燃料電池４とを備える。エンジン１は火花点火式内燃機関（ガソリンエンジン）および圧縮着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）のいずれの形式であってもよく、本実施形態では火花点火式内燃機関とされている。エンジン１は図示しない車両（自動車）に搭載されている。以下、燃料電池を「ＦＣ」または「Ｆ／Ｃ」とも表記する。

エンジン本体２は、シリンダブロック、シリンダヘッド、クランクケース、オイルパン、ヘッドカバー、ピストン、コンロッド、クランクシャフト、カムシャフト、吸排気弁等の基本的なエンジン構成部品を含む。またエンジン本体２は複数（四つ）の気筒を含み、各気筒には燃料噴射用インジェクタ４１と点火プラグ４２とが設けられている。

エンジン本体２には吸気通路５および排気通路６が接続される。排気通路６の最上流部には排気マニホールド１８が設けられ、吸気通路６の最下流部には吸気マニホールド４７が設けられている。

吸気通路５および排気通路６を跨ぐようにターボ過給機３が設けられている。排気通路６にはターボ過給機３のタービン３Ｔが、吸気通路５にはターボ過給機３のコンプレッサ３Ｃが、それぞれ配設されている。

吸気通路５において、コンプレッサ３Ｃの上流側には吸入空気量を検出するためのエアフローメータ７が設けられ、コンプレッサ３Ｃの下流側にはインタークーラ８と電子制御式スロットルバルブ９とが直列に設けられている。吸気通路５の上流端には図示しないエアクリーナが設けられる。

排気通路６において、タービン３Ｔの下流側には排気浄化触媒１０が設けられている。図には一つの排気浄化触媒１０しか示されていないが、排気浄化触媒１０は複数設けられてもよい。本実施形態の場合、排気浄化触媒１０は三元触媒からなる。但し排気浄化触媒１０の種類は任意である。

また、タービン３Ｔをバイパスするバイパス通路１１が排気通路６に並設される。バイパス通路１１は、タービン３Ｔの上流側で排気通路６から分岐され、タービン３Ｔの下流側且つ排気浄化触媒１０の上流側で排気通路６に合流される。バイパス通路１１にはウェイストゲート弁１２が設けられる。

エンジン本体２の各気筒のインジェクタ４１に燃料を供給すべく、電動式の燃料ポンプ２２が設けられる。燃料ポンプ２２はデリバリパイプ２３に燃料を送り、デリバリパイプ２３内に蓄圧された燃料が各気筒のインジェクタ４１から筒内に直接噴射される。このように本実施形態のエンジンは直噴式だが、噴射方式は特に限定されず、ポート噴射式であってもよい。

また燃料電池４に燃料を供給すべく、電動式のＦＣ燃料ポンプ１５が設けられる。ＦＣ燃料ポンプ１５と燃料電池４の間には、燃料電池４への燃料供給量を調節するためのＦＣ燃料調量弁１６が設けられる。このように本実施形態においては燃料ポンプがインジェクタ用と燃料電池用とで個別に設けられているが、共用とされてもよい。

車両の各電気部品に電力を供給するためのバッテリ１７が設けられる。バッテリ１７の種類は任意であるが本実施形態では一般的な鉛蓄電池である。

燃料電池４に空気を供給するため、給気路２５が設けられる。給気路２５は、コンプレッサ３Ｃの下流側且つインタークーラ８の上流側の吸気通路５から分岐して、燃料電池４に接続する。これにより燃料電池４にはコンプレッサ３Ｃから吐出された空気が供給される。

また給気弁２１が設けられる。給気弁２１は、コンプレッサ３Ｃからの吐出空気をエンジン本体２側および燃料電池４側の一方または両方に導くよう切替可能である。本実施形態の場合、給気弁２１は、単一の三方弁で構成され、給気路２５の分岐位置に設けられている。しかしながら、給気弁は少なくとも二つの二方弁で構成されてもよい。この場合、分岐位置より下流側の給気路２５と吸気通路５にそれぞれ二方弁を設ければよい。

給気弁２１は、コンプレッサ３Ｃ側の吸気通路５に接続される入口ポートと、エンジン本体２側の吸気通路５に接続される第１の出口ポートと、燃料電池４側の給気路２５に接続される第２の出口ポートとを有する。入口ポートが第１の出口ポートのみに接続されているとき、給気弁２１は第１の位置にあり、コンプレッサ３Ｃからの吐出空気はエンジン本体２側のみに導かれる。入口ポートが第２の出口ポートのみに接続されているとき、給気弁２１は第２の位置にあり、コンプレッサ３Ｃからの吐出空気は燃料電池４側のみに導かれる。給気弁２１が第１の位置と第２の位置との間の中間位置にあるとき、コンプレッサ３Ｃからの吐出空気はエンジン本体２側と燃料電池４側の両方に分配して導かれる。こうして給気弁２１は、エンジン本体２および燃料電池４に対する空気流量比を０：１００（％）から１００：０（％）まで無段階で調節可能である。

また、本実施形態においては、燃料電池４の排ガス（ＦＣ排気またはＦＣ排ガスという）をインタークーラ８の上下流側の吸気通路５にそれぞれ分配するための分配手段が設けられている。この分配手段は、インタークーラ８の上下流側の吸気通路５に分配される排ガス量を調節するための分配弁２７と、燃料電池４、分配弁２７および吸気通路５を連結する分配通路２８とを備える。

分配通路２８は、燃料電池４から分配弁２７に至る第１の通路２８Ａと、分配弁２７からインタークーラ８の上流側の吸気通路５に至る第２の通路２８Ｂと、分配弁２７からインタークーラ８の下流側の吸気通路９に至る第３の通路２８Ｃとを備える。また分配通路２８は、分配弁２７から大気開放側に延びる第４の通路２８Ｄをも備える。

第２の通路２８Ｂの出口は、給気弁２１の下流側且つインタークーラ８の上流側の吸気通路５に接続されている。第３の通路２８Ｃの出口は、スロットルバルブ９の下流側且つ排気マニホールド４７の上流側の吸気通路５に接続されている。第４の通路２８Ｄの出口は、本実施形態では直接的に大気開放されているが、排気通路６に接続されて間接的に大気開放されてもよい。このとき第４の通路２８Ｄの出口をタービン３Ｔの上流側の排気通路６に接続し、ＦＣ排気を利用してタービン３Ｔを駆動するようにしてもよい。

分配弁２７は、本実施形態では単一の四方弁で構成されているが、前記給気弁２１同様、複数の二方弁で構成されてもよい。分配弁２７は、第１の通路２８Ａから送られてきたＦＣ排気を第２、第３および第４の通路２８Ｂ、２８Ｃ、２８Ｄにそれぞれ可変の分配比で分配可能である。

エンジン１および車両を制御するため、制御装置または制御ユニットとしての電子制御ユニット（ＥＣＵ）１００が設けられる。ＥＣＵ１００はＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭのような記憶装置、Ａ／Ｄ変換器、入出力インタフェース等を含む。記憶装置には種々のプログラム、データ、マップ等が記憶されており、ＥＣＵ１００はこれらプログラム等を実行することにより種々の制御を実行する。

ＥＣＵ１００は、前述のエアフローメータ７のほか、クランク角センサ３１、アクセル開度センサ３２、水温センサ３３、吸気温センサ３４、大気圧センサ３５、ＦＣ排気温センサ３６、ＦＣ排気流量センサ３７、その他の各種センサ・スイッチ類から各種信号を入力する。またＥＣＵ１００は、前述のインジェクタ４１、点火プラグ４２、スロットルバルブ９、ウェイストゲート弁１２、燃料ポンプ２２、ＦＣ燃料ポンプ１５、ＦＣ燃料調量弁１６、給気弁２１および分配弁２７に対しそれぞれ制御信号を出力し、これらを制御する。

ＥＣＵ１００は、エアフローメータ７からの信号に基づき、単位時間当たりの吸入空気の量である吸入空気量すなわち吸気流量を検出する。そしてＥＣＵ１００は、アクセル開度センサ３２により検出されたアクセル開度と、エアフローメータ７により検出された吸入空気量との少なくとも一つに基づき、エンジン１の負荷を検出する。

ＥＣＵ１００は、クランク角センサ３１からのクランクパルス信号に基づき、クランク角自体を検出すると共にエンジン１の回転数を検出する。ここで「回転数」とは単位時間当たりの回転数のことをいい、回転速度と同義である。本実施形態では１分間当たりの回転数ｒｐｍのことをいう。

ＥＣＵ１００は、水温センサ３３からの信号に基づきエンジン冷却水の温度すなわち水温を検出し、吸気温センサ３４からの信号に基づき吸入空気の温度すなわち吸気温を検出し、大気圧センサ３５からの信号に基づき大気圧を検出し、ＦＣ排気温センサ３６からの信号に基づきＦＣ排気の温度すなわちＦＣ排気温度を検出し、ＦＣ排気流量センサ３７からの信号に基づきＦＣ排気の流量すなわちＦＣ排気流量を検出する。ＦＣ排気温センサ３６とＦＣ排気流量センサ３７は本実施形態の場合、第１の通路２８Ａに設けられているが、その設置箇所は任意である。

ここで燃料電池４について詳しく説明する。燃料電池４は、周知のように、空気と燃料（水素）との電気化学反応により発電する。本実施形態の燃料電池４は固体酸化物形もしくは固体電解質形（ＳＯＦＣ）であるが、他の種類の燃料電池、例えば固体高分子形（ＰＥＦＣ）、リン酸形（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩形（ＭＣＦＣ）も使用可能である。

燃料電池４は、空気極、燃料極およびこれら電極間に挟まれた電解質で構成されるセルを、セパレータを挟んで複数積層してなるセルスタックから主に構成されている。空気極には、吸気通路５から送られてきた空気に含まれる酸素Ｏ₂が実質的に供給される。燃料極には、液体燃料（本実施形態ではガソリン）を改質して得られる水素Ｈ₂が実質的に供給される。なお燃料極には一酸化炭素ＣＯが供給されてもよく、この場合反応後に二酸化炭素ＣＯ₂が排出される。燃料電池４からの排ガスの主成分は水蒸気である。但し燃料電池４からの排ガスには未反応の水素や未改質の炭化水素化合物が少量ながら含まれることがある。

他の種類の燃料電池と比較して、ＳＯＦＣを使用するメリットは次の通りである。
（１）作動温度が４５０〜１０００℃と比較的高く、エンジン排気温度にも近いため、高温のＦＣ排気をタービンの駆動に利用できる。
（２）作動温度が高いため燃料を内部で改質可能であり、改質器が省略可能で、液体燃料を直接供給できる。
（３）発電効率が比較的高く（４５〜６５％）、コンパクトである。

本実施形態の場合、燃料電池４は、主電源としてのバッテリ１７を充電するための発電装置、もしくは主電源を補助する補助電源として機能する。それ故、一般的なエンジンと異なり、本実施形態のエンジン１は、クランクシャフトによって機械的に駆動される発電機すなわちオルタネータを備えていない。このオルタネータの代わりに燃料電池４が設けられている。このように機械式発電機を省略することでエンジンのメカニカルロスを低減し、燃費を向上できる。もっとも、燃料電池４を機械式発電機と併用する実施形態や、燃料電池４を動力用等の他の用途に使用する実施形態も可能である。

さて、本実施形態に係るエンジンにおいては、ＦＣ排気を吸気通路５内ひいてはエンジン本体２の燃焼室内に導入可能である。ＦＣ排気はエンジン排気やＥＧＲガスと同様に基本的に不活性ガスである。よってＦＣ排気をＥＧＲガスの代わりとして用い、ＥＧＲと同様の機能、すなわち燃焼温度低減やＮＯｘ発生量低減等を達成することができる。従って通常設けられているようなＥＧＲ装置を省略することができ、部品点数減少やコスト削減等が可能である。なお、ＦＣ排気に含まれる水素や炭化水素化合物をエンジン本体２の燃焼室内で燃焼できるため、ＦＣ排気を浄化することもできる。

また特に、本実施形態に係るエンジンには、ＦＣ排気をインタークーラ８の上下流側の吸気通路５にそれぞれ分配するための分配手段が設けられている。前述したように、ＥＧＲガスの代用品としてのＦＣ排気の温度には、ＥＧＲのときと同様に最適温度が存在する。また燃料電池４から排出されるＦＣ排気の温度は、燃料電池４の作動状態や暖機状態等に応じて低温から高温まで大きく変化する。しかし本実施形態によれば、インタークーラ８の上下流側にそれぞれ分配するＦＣ排気量を調節することにより、結果としての（実質的に合流後の）ＦＣ排気温度を最適温度に調節することができる。よって、ＦＣ排気の温度調節を好適に行うことが可能である。

例えば、エンジン暖機中など高温のＦＣ排気を導入したい場合には、インタークーラ上流側に分配するＦＣ排気量を少なくする。また、エンジン暖機後など低温のＦＣ排気を導入したい場合には、インタークーラ上流側に分配するＦＣ排気量を多くする。

ここで、通常のＥＧＲ装置として、タービン上流側からエンジン排気を取り出す高圧ＥＧＲ装置と、触媒下流側からエンジン排気を取り出す低圧ＥＧＲ装置とがあるが、これらとの比較において本実施形態の利点を説明する。

（１） まず高圧ＥＧＲ装置の場合、排気側圧力が吸気側圧力より高い状態を作り出すため、ＥＧＲガスをスロットルバルブ下流側に戻すようにしている。すると、ＥＧＲガスはスロットルバルブ上流側のインタークーラを通過しない。そのためＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラが別途必要になる。

しかし、本実施形態では、インタークーラ８の上流側にＦＣ排気を供給するよう分配弁２７を制御することにより、本来吸気冷却用のインタークーラ８を、ＦＣ排気冷却用としても使用でき、ＥＧＲクーラのようなＦＣ排気クーラを別途設けずに済む。なお、ＦＣ排気は比較的高圧であるため吸気通路５への導入が容易である。

（２） また高圧ＥＧＲ装置の場合、エンジン暖機中にはＥＧＲガスにＥＧＲクーラをバイパスさせるためのバイパス通路やバイパス弁が必要になる。そのため装置の複雑化を招き、信頼性確保も比較的困難となる。

しかし、本実施形態では、インタークーラ８の下流側にＦＣ排気を供給するよう分配弁２７を制御することにより、ＦＣ排気にインタークーラ８をバイパスさせることができる。よってバイパス通路やバイパス弁を別途設けずに済む。

（３） 高圧ＥＧＲ装置の場合、ＥＧＲガスと吸気との合流部から各気筒までの距離が比較的短いため、各気筒に至るまでのＥＧＲガスの均等分配化に課題がある。

しかし、本実施形態では、インタークーラ８の上流側にＦＣ排気を供給するよう分配弁２７を制御することにより、高圧ＥＧＲ装置の場合よりもさらに上流側でＦＣ排気と吸気とを合流させることができる。よってＦＣ排気を各気筒により均等に分配することが可能である。

（４） 低圧ＥＧＲ装置の場合、触媒下流側からＥＧＲガスを取り出すので、比較的低温のＥＧＲガスを確保することが可能である。しかし、ＥＧＲガスをコンプレッサ上流側に戻すようにしているので、ＥＧＲ率、コンプレッサ効率、耐久性等の観点からＥＧＲクーラが別途必要になる。

しかし、本実施形態では（１）で述べたようにＦＣ排気クーラを省略することができる。

（５） 低圧ＥＧＲ装置の場合、ＥＧＲガスをコンプレッサ上流側に戻すようにしているので、ＥＧＲガス中の煤等によるコンプレッサへのデポジット付着、凝縮水によるコンプレッサの腐食、凝縮水（液体または氷）の衝突によるコンプレッサ破損等の問題がある。

しかし、本実施形態ではＦＣ排気をコンプレッサ下流側に供給するので、これらの問題を解消できる。

このように本実施形態によれば、通常のＥＧＲ装置を省略することができ、吸気冷却用インタークーラを利用してＦＣ排気の温度を最適温度に調節することができる。そして通常のＥＧＲ装置の問題を解決することができ、内燃機関全体の効率を向上することが可能となる。

なお、本実施形態においては、燃料電池４に供給される空気をコンプレッサ３Ｃによって供給し、コンプレッサ３Ｃを燃料電池４の空気源として利用できる。よって別途空気源を設けないで済むというメリットもある。

次に、本実施形態における制御の好ましい一例を図２を参照して説明する。図示する制御ルーチンはＥＣＵ１００により所定の演算周期毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１０１において、吸気通路５へのＦＣ排気導入が必要か否かが判断される。これは、通常のＥＧＲ装置を備えたエンジンにおいて、吸気通路へのＥＧＲガス導入が必要か否か、つまりＥＧＲ要求があるか否かを判断しているのと同義である。このときＥＣＵ１００は、エンジンの回転数Ｎｅおよび負荷ＫＬの検出値を所定のマップ（関数でもよい。以下同様）と比較してＦＣ排気導入の必要性を判断する。

ＦＣ排気導入が不要と判断された場合、ステップＳ１１２に進んで分配弁２７が排気側に切り替えられる。これにより分配弁２７に送られてきたＦＣ排気は、その全量が第４の通路２８Ｄを通じて大気開放される。

他方、ＦＣ排気導入が必要と判断された場合、ステップＳ１０２に進んで、ＦＣ排気流量とＦＣ排気温度との基本目標値Ｇｔｒｇ０、Ｔｔｒｇ０がそれぞれ算出される。このときＥＣＵ１００は、所定のマップに従い、回転数Ｎｅおよび負荷ＫＬの検出値に対応したＦＣ排気流量とＦＣ排気温度との基本目標値Ｇｔｒｇ０、Ｔｔｒｇ０を算出する。

次にステップＳ１０３において、これら基本目標値Ｇｔｒｇ０、Ｔｔｒｇ０が補正され、最終目標値Ｇｔｒｇ、Ｔｔｒｇが算出される。このとき基本目標値Ｇｔｒｇ０、Ｔｔｒｇ０は、水温センサ３３で検出された水温Ｔｗと、吸気温センサ３４で検出された吸気温Ｔａと、大気圧センサ３５で検出された大気圧Ｐａとに基づき、所定のマップに従って補正される。なおこの補正の有無および方法は任意である。

次に、ステップＳ１０４において、実際のＦＣ排気流量ＧとＦＣ排気温度Ｔとが検出される。ＦＣ排気流量ＧはＦＣ排気流量センサ３７の出力に基づいて検出され、ＦＣ排気温度ＴはＦＣ排気温センサ３６の出力に基づいて検出される。

次いでステップＳ１０５では、検出された実際のＦＣ排気流量Ｇが最終目標値Ｇｔｒｇと比較される。実際のＦＣ排気流量Ｇが最終目標値Ｇｔｒｇより多い場合、ステップＳ１０６に進み、実際のＦＣ排気流量Ｇが最終目標値Ｇｔｒｇ以下の場合、ステップＳ１０９に進む。

ステップＳ１０６では、検出された実際のＦＣ排気温度Ｔが最終目標値Ｔｔｒｇと比較される。実際のＦＣ排気温度Ｔが最終目標値Ｔｔｒｇより高い場合、ステップＳ１０７に進み、実際のＦＣ排気温度Ｔが最終目標値Ｔｔｒｇ以下の場合、ステップＳ１０８に進む。

ステップＳ１０７に進んだ場合、これは、実際のＦＣ排気流量Ｇが最終目標値Ｇｔｒｇより多く、且つ実際のＦＣ排気温度Ｔが最終目標値Ｔｔｒｇより高いことを意味する。この場合、分配弁２７に送られてきたＦＣ排気がインタークーラ（Ｉ／Ｃと表記する）の上流側および下流側、ならびに排気側に分配されるよう、分配弁２７が制御される。そしてルーチンが終了される。

このときＥＣＵ１００は、最終目標値Ｇｔｒｇより多くなっている余剰分のＦＣ排気流量を大気開放するよう、実際のＦＣ排気流量Ｇと最終目標値Ｇｔｒｇの差分（Ｇ−Ｇｔｒｇ）に応じて、分配弁２７の排気側への開度を制御する。差分（Ｇ−Ｇｔｒｇ）が大きいほど分配弁２７の排気側への開度は大きくされる。

またＥＣＵ１００は、最終目標値Ｔｔｒｇより高くなっている実際のＦＣ排気温度Ｔを最終目標値Ｔｔｒｇに等しくするよう、実際のＦＣ排気温度Ｔと最終目標値Ｔｔｒｇの差分（Ｔ−Ｔｔｒｇ）に応じて、分配弁２７のＩ／Ｃ上流側および下流側への開度比、すなわちＦＣ排気の分配比を制御する。このとき、差分（Ｔ−Ｔｔｒｇ）が大きいほどＩ／Ｃ上流側への開度は大きくされ、Ｉ／Ｃ下流側への開度は小さくされる。

ステップＳ１０８に進んだ場合、これは、実際のＦＣ排気流量Ｇが最終目標値Ｇｔｒｇより多く、且つ実際のＦＣ排気温度Ｔが最終目標値Ｔｔｒｇ以下であることを意味する。この場合、分配弁２７に送られてきたＦＣ排気がＩ／Ｃ下流側と排気側に分配されるよう、分配弁２７が制御される。そしてルーチンが終了される。

分配弁２７の排気側への開度設定についてはステップＳ１０７と同様である。またこのステップＳ１０８の場合、実際のＦＣ排気温度Ｔが最終目標値Ｔｔｒｇ以下となっているので、実際のＦＣ排気温度Ｔのそれ以上の低下を抑制すべく、大気開放分以外のＦＣ排気流量を全量Ｉ／Ｃ下流側に送るようにしている。なお、前記差分（Ｔ−Ｔｔｒｇ）がゼロ以下になるので、このときにはＩ／Ｃ上流側への開度がゼロにされる。

ステップＳ１０９においても、検出された実際のＦＣ排気温度Ｔが最終目標値Ｔｔｒｇと比較される。実際のＦＣ排気温度Ｔが最終目標値Ｔｔｒｇより高い場合、ステップＳ１１０に進み、実際のＦＣ排気温度Ｔが最終目標値Ｔｔｒｇ以下の場合、ステップＳ１１１に進む。

ステップＳ１１０に進んだ場合、これは、実際のＦＣ排気流量Ｇが最終目標値Ｇｔｒｇ以下であり、且つ実際のＦＣ排気温度Ｔが最終目標値Ｔｔｒｇより高いことを意味する。この場合、分配弁２７に送られてきたＦＣ排気がＩ／Ｃ上流側および下流側に分配されるよう、分配弁２７が制御される。そしてルーチンが終了される。

このときＥＣＵ１００は、ステップＳ１０７で述べたのと同じように、実際のＦＣ排気温度Ｔと最終目標値Ｔｔｒｇの差分（Ｔ−Ｔｔｒｇ）に応じて、分配弁２７のＩ／Ｃ上流側および下流側への開度比、すなわちＦＣ排気の分配比を制御する。なお分配弁２７の排気側への開度はゼロであるので、実際のＦＣ排気流量Ｇのさらなる低下が抑制される。

ここで、ＦＣ排気流量Ｇが最終目標値Ｇｔｒｇ以下となっているので、ＦＣ排気の温度制御が適切に行えたとしても、ＦＣ排気流量Ｇが最終目標値Ｇｔｒｇに対し不足することがあり得る。本実施形態ではこれを許容するが、この問題に対処するには、例えば燃料電池４の作動量を増やして元々のＦＣ排気流量を増加させることが考えられる。この際、燃料電池４に供給される空気量および燃料量を共に増加させる。このためＦＣ排気流量の増加と相俟ってＦＣ排気温度も上昇する。

ステップＳ１１１に進んだ場合、これは、実際のＦＣ排気流量Ｇが最終目標値Ｇｔｒｇ以下であり、且つ実際のＦＣ排気温度Ｔも最終目標値Ｔｔｒｇ以下であることを意味する。この場合、分配弁２７に送られてきたＦＣ排気がＩ／Ｃ下流側のみに供給されるよう、分配弁２７が制御される。そしてルーチンが終了される。この場合、ＦＣ排気流量ＧとＦＣ排気温度Ｔの少なくとも一方が最終目標値Ｇｔｒｇ、Ｔｔｒｇに対し不足することがあり得るが、本実施形態ではこれを許容する。またこの場合、前述したように燃料電池４の作動量を増やせば、元々のＦＣ排気流量とＦＣ排気温度とを共に増加させることができ、かかる問題に対処可能である。

なお、本実施形態については次のような変形例も可能である。

（１） 第３の通路２８Ｃの合流位置より下流側の吸気温度、例えば吸気マニホールド４７内の吸気温度を検出し、この吸気温度が所定の目標温度に等しくなるよう、分配弁２７を制御し、インタークーラ上下流側の分配比を制御することが可能である。つまり分配弁２７および分配比は吸気温度に基づきフィードバック制御される。

（２） インタークーラの冷却効率を考慮してインタークーラ上下流側の分配比を制御することが可能である。この場合、インタークーラ冷却効率は、インタークーラに導入されるガス量と、インタークーラ上下流側のガス温度の差とに基づき、所定のマップを使用して求めることができる。

（３） 第２の通路２８ＢにＦＣ排気クーラを追加して設けてもよい。

（４） 分配弁２７に供給される元々のＦＣ排気流量を、ＦＣ排気流量センサ３７により直接的に検出するのではなく、推定によって間接的に検出してもよい。この場合、燃料電池４に供給される燃料量と空気量の少なくとも一方を検出または推定し、その少なくとも一方に基づきＦＣ排気流量を推定することが考えられる。同様の方法で、元々のＦＣ排気温度を推定することも考えられる。

（５） 分配弁２７から大気開放側に延びる通路、具体的には第４の通路２８Ｄを省略することも考えられる。この場合、ＦＣ排気はその全量が吸気通路５に導入されることとなる。

以上、本発明の実施形態について詳細に述べたが、本発明の実施形態は他にも様々なものが考えられる。例えば内燃機関の用途や形式等は任意であり、自動車用以外であってもよい。

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。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

１ 内燃機関（エンジン）
２ エンジン本体
３ ターボ過給機
３Ｔ タービン
３Ｃ コンプレッサ
４ 燃料電池（ＦＣ）
５ 吸気通路
６ 排気通路
７ エアフローメータ
８ インタークーラ
９ スロットルバルブ
１７ バッテリ
２７ 分配弁
２８ 分配通路
２８Ａ 第１の通路
２８Ｂ 第２の通路
２８Ｃ 第３の通路
２８Ｄ 第４の通路
３１ クランク角センサ
３２ アクセル開度センサ
３３ 水温センサ
３４ 吸気温センサ
３５ 大気圧センサ
３６ ＦＣ排気温センサ
３７ ＦＣ排気流量センサ
１００ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）

Claims (4)

1. タービンおよびコンプレッサを有するターボ過給機と、
   前記コンプレッサの下流側の吸気通路に設けられたインタークーラと、
   燃料電池と、
   前記燃料電池の排ガスを前記インタークーラの上下流側の吸気通路にそれぞれ分配するための分配手段と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関。
2. 前記分配手段が、前記インタークーラの上下流側の吸気通路に分配される排ガス量を調節するための分配弁を備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記燃料電池の排ガスの温度を検出する温度検出手段と、
   検出された排ガス温度と所定の目標温度との比較結果に応じて前記分配弁を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
4. 前記燃料電池の排ガスの流量を検出する流量検出手段を備え、
   前記制御手段は、検出された排ガス流量と所定の目標流量との比較結果にも応じて前記分配弁を制御する
   ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。

Images