JP2017115756A - エンジンの排気制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過給圧を適切に確保しつつ、排気のエネルギーをより効果的に利用する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】ターボ過給機６０の第１タービン６４をバイパスする分岐通路５４に、発電用の第２タービン７４と分岐通路５４を開閉する排気開閉弁５８とを設けるとともに、排気通路１３０と分岐通路５４との接続部分から第１タービン６４のタービン本体までの部分５２の流路面積を変更可能な排気流速変更手段を設け、少なくとも中負荷領域において、発電機７２に対して発電の要求が出されていない場合は排気開閉弁５８を閉弁する一方、発電の要求が出されている場合は排気開閉弁５８を開弁するとともに導入通路５２の流路面積の絞り量を発電要求が出されていない場合よりも多くする。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の気筒、前記気筒に吸気を導入する吸気通路、および、前記気筒から排出された排気を外部に排出するための排気通路を有するエンジンの排気制御装置に関する。

従来より、エンジントルクを高めるために排気通路に配置される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ビン過給機をエンジンに設けることが行われている。

例えば、特許文献１には、排気通路にタービン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さらに発電用のタービンを設けたものが開示されている。

特開２０１５−１０８３３０号公報

特許文献１のエンジンでは、排気通路のうち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っており、排気のエネルギーを効率よく利用することができる。

しかしながら、このエンジンでは、排気通路のうち過給用のタービンよりも上流側の部分に過給用のタービンおよび発電用のタービンをバイパスする分岐通路およびこの分岐通路を開閉するウエストゲートが設けられている。そして、過給圧が目標値になるように、ウエストゲートの開閉によって過給用のタービンに流入する排気の流量が変更されるようになっている。そのため、排気の一部が過給用のタービンおよび発電用のタービンを通過せずに外部に排出される場合があり、排気のエネルギーが十分に利用されていない。

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、過給圧を適切に確保しつつ、排気のエネルギーをより効果的に利用する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。

前記課題を解決するために、本発明は、複数の気筒、前記気筒に吸気を導入する吸気通路、および、前記気筒から排出された排気を外部に排出するための排気通路を有するエンジンの排気制御装置であって、前記排気通路に設けられて、複数の羽根を備えたタービン本体を含み排気のエネルギーを受けて回転する第１タービンと、前記第１タービンにより駆動されて前記吸気通路内の吸気を過給するコンプレッサと、前記排気通路内の排気の一部が流入可能なように当該排気通路のうち前記第１タービンよりも上流側に位置する部分に接続された分岐通路と、前記分岐通路に設けられて当該分岐通路に流入する排気のエネルギーを受けて回転する第２タービンと、前記第２タービンにより駆動されて発電する発電機と、前記分岐通路のうち前記第２タービンよりも上流側に設けられて当該分岐通路を開閉する排気開閉弁と、前記排気通路と前記分岐通路との接続部分から前記第１タービンのタービン本体までの部分である導入通路の流路面積を変更して、前記第１タービンのタービン本体に流入する排気の流速を変更可能な排気流速変更手段と、前記排気開閉弁と前記排気流速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、前記制御手段は、少なくともエンジン負荷が基準負荷未満の中負荷領域において、前記発電機に対して発電の要求が出されていない場合は前記排気開閉弁を閉弁する一方、当該発電の要求が出されている場合は前記排気開閉弁を開弁するとともに前記排気流速変更手段による前記導入通路の流路面積の絞り量を前記発電要求が出されていない場合よりも多くすることを特徴とするエンジンの排気制御装置を提供する（請求項１）。

この装置によれば、過給圧を適切に確保しつつ排気のエネルギーをより有効に利用することができる。

具体的には、この装置では、排気通路にコンプレッサを駆動する過給用の第１タービンが配置され、排気通路のうち第１タービンよりも上流側に位置する部分に接続された分岐通路に発電機を駆動する発電用の第２タービンが配置されている。そのため、過給用タービンに流入しない排気をそのまま外部に排出するのではなく、この排気を発電に利用することができる。従って、排気のエネルギーをより有効に利用することができる。

しかも、この装置では、少なくとも中負荷領域において、発電機に対して発電要求が出された場合にはじめて排気開閉弁が開弁されるとともに、このときに、排気流速変更手段によって導入通路の流路面積が絞られる。そのため、発電要求が出された場合において、導入通路内の排気抵抗を高めて分岐通路および発電用の第２タービンに流入する排気の量を多く確保して発電機に適切に発電させることができるとともに、過給用の第１タービンに流入する排気の流速を高めて第１タービンに流入する排気の量の低減をこの流速の増加により補って第１タービンによるコンプレッサの駆動力ひいては過給力を高く確保することができる。

本発明において、前記第１タービンは、前記タービン本体の周囲に角度変更可能に設けられて前記排気流速変更手段として機能する複数のノズルベーンを備えるのが好ましい（請求項２）。

すなわち、第１タービンとして、ＶＧＴ（Variable Geometry Turbine）が用いられるのが好ましい。このようにすれば、各ノズルベーンの角度を変更することで第１タービンのタービン本体に流入する排気の流速を容易に変更することができる。

また、本発明において、前記制御手段は、エンジン負荷の単位時間あたりの増加量が基準値以上であれば、前記発電機に対して発電の要求が出されている場合であっても前記排気開閉弁を閉弁するのが好ましい（請求項３）。

このようにすれば、エンジン負荷の単位時間あたりの増加量が高いエンジンの加速時において過給用の第１タービンに流入する排気の量を多く確保して、加速性能を良好にすることができる。特に、中負荷領域において、発電の要求が出されており、これに伴って導入通路の流路面積が絞られている状態でエンジン負荷が急増した場合には、導入通路の流路面積が絞られた状態で排気開閉弁が閉弁されるため、第１タービンに流入する排気の量および流速の両方を増大させることができ、過給圧の立ち上がりを良好にして加速性能を高めることができる。

また、本発明において、前記制御手段は、エンジンの回転数が低速側基準回転数以下かつエンジン負荷が低速側基準負荷以上の低速高負荷領域では、前記発電機に対して発電の要求が出された場合であっても前記排気開閉弁を閉弁するのが好ましい（請求項４）。

このようにすれば、排気の流量が少なく過給力が小さくなりやすい一方高いエンジントルクが求められる低速高負荷領域において、全ての排気を過給用の第１タービンに流入させることができるため、過給力を確保することができる。

また、本発明において、前記制御手段は、エンジンの回転数が高速側基準回転数以上かつエンジン負荷が前記基準負荷以上の高速高負荷領域では、前記発電機に対して発電の要求が出されていない場合にも前記排気開閉弁を開弁するとともに、当該発電の要求が出された場合には出されていない場合よりも前記排気流速変更手段による前記導入通路の流路面積の絞り量を多くするのが好ましい（請求項５）。

このようにすれば、排気の流量が多く過給力が過大になりやすい高速高負荷領域において、過給用の第１タービンに流入する排気の量を少なく抑えることができる。そのため、過給力が過大になるのをより確実に抑制することができる。また、この場合においても、発電の要求があった場合には導入通路の流路面積の絞り量が多くされるため、過給力と発電量とをともにより適切に確保することができる。

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、過給圧を適切に確保しつつ排気のエネルギーをより有効に利用することができる。

エンジンシステムの概略構成図である。 エンジン本体の概略断面図である。 ＶＧＴの概略断面図である。 制御ブロックを示した図である。 排気開閉弁およびＶＧＴ開度の制御手順を示したフローチャートである。 排気開閉弁の開閉領域を示した図である。 排気開閉弁の開閉領域の他の例を示した図である。

（１）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。

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。

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。

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。

ピストン１０３の上方には燃焼室９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９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９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９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。

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は中心軸回りに回転する。

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、各気筒１０につき１組ずつ設けられている。

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９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９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。

本実施形態では、第１気筒→第３気筒→第４気筒→第２気筒の順で点火が行われる。

吸気通路１２０には、上流側から順にコンプレッサ６２、インタークーラー１２１、スロットルバルブ１２２、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、各吸気ポート１３とそれぞれ個別に連通する独立吸気通路が延びている。

このエンジンシステムは、ターボ過給機６０を備えたエンジンであって、排気通路１３０に設けられた過給用のタービン（第１タービン、以下過給用タービンという）６４を有し、過給用タービン６４が排気により回転駆動されることでコンプレッサ６２が回転し、これにより吸気通路１２０内の吸気が過給される。

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。

（２）排気系
排気通路１３０は、各気筒の排気ポート１１とそれぞれ連通する４本の独立通路４０と、各独立通路４０の下流端部（排気の流れ方向下流側の端部）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５０とを有している。

過給用タービン６４は、排気管５０に設けられている。

過給用タービン６４は、図３に示すように、ＶＧＴ（Variable Geometry Turbine）であり、複数の羽根を有しこれら羽根に排気が衝突することで回転するタービン本体６４ａと、タービン本体６４ａを囲むように配設されて角度変更可能な複数のノズルベーン（排気流速変更手段）６４ｂと、各ノズルベーン６４ｂと連携されたロッド６４ｃと、ロッド６４ｃを進退駆動することにより各ノズルベーン６４ｂの角度を変更するベーンアクチュエータ６４ｄとを有している。ベーンアクチュエータ６４ｄおよびロッド６４ｃによってノズルベーン６４ｂが閉方向（隣接するノズルベーン６４ｂどうしの距離を狭める方向）に駆動されると、タービン本体６４ａに流入する排気の流路の面積は小さくなり、タービン本体６４ａに衝突する排気ガスの流速が増大する。

このように、本実施形態では、各ノズルベーン６４ｂが、排気管５０のうち後述するバイパス通路５４の上流端が接続される部分５１から過給用タービン６４のタービン本体６４ａまでの通路である導入通路５２の流路面積を変更し、これにより、過給用タービン６４のタービン本体６４ａに流入する排気の流速が変更される。

排気管５０のうち過給用タービン６４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。

排気管５０のうち過給用タービン６４よりも上流側の部分には、過給用タービン６４をバイパスするバイパス通路（分岐通路）５４が接続されている。具体的には、バイパス通路５４は、排気管５０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と触媒装置９０との間の部分とを接続している。以下、バイパス通路５４の上流側の端部であって排気管５０とバイパス通路５４との上流側の接続部分を分岐部５１といい、バイパス通路５４の下流側の端部すなわち排気管５０とバイパス通路５４との下流側の接続部分を合流部５５という場合がある。

バイパス通路５４には、これを開閉する排気開閉弁５８が設けられている。従って、排気開閉弁５８が閉弁してバイパス通路５４が閉鎖されている場合は、エンジン本体１から排出された排気はすべて過給用タービン６４に流入し、排気開閉弁５８が開弁してバイパス通路５４が解放された場合にのみ、エンジン本体１から排出された排気の一部がバイパス通路５４に流入する。

バイパス通路５４のうち排気開閉弁５８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（第２タービン、以下、発電用タービンという）７４が設けられている。この発電用タービン７４は、回転することで発電するジェネレータ（発電機）７２と連結されており、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７２を回転駆動してジェネレータ７２に発電を行わせる。このように、本実施形態では、発電用タービン７４とジェネレータ７２とによって発電装置７０が構成されている。

ジェネレータ７２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７２により生成された電力はこれらに供給される。

（３）制御系
次に、図４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。

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の回転数を検出するためのエンジン回転数センサＳＷ１、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、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ＳＷ３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が入力される。

ＥＣＵ５００は、各センサＳＷ１〜Ｓ３からの入力信号等に基づいて種々の演算等を実行し、過給用タービン６４（ベーンアクチュエータ６４ｄ）、排気開閉弁５８、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１２２等）にそれぞれ駆動用の制御信号を出力する。

ＥＣＵ５００は、過給用タービン６４および排気開閉弁５８を制御するために、機能的に、運転要求判定部５０２、ＶＧＴ制御部５０４、排気開閉弁制御部５０６を有する。

運転要求判定部５０２は、エンジンの運転領域、発電要求があるか否か、エンジンが加速中であるか否かに基づいて、排気開閉弁５８を開弁すべき運転状態にあるか、排気開閉弁５８を閉弁すべき運転状態にあるかを判定する。

ＶＧＴ制御部５０４は、過給用タービン６４のベーンアクチュエータ６４ｄを制御して過給用タービン６４のノズルベーン６４ｂの角度（以下、適宜、ＶＧＴ開度という）を制御する。ＶＧＴ制御部５０４は、エンジン本体１の運転状態に応じて過給圧が適切な値になるようにＶＧＴ開度を設定する。

なお、ＶＧＴ開度は、その値が大きいほどタービン本体の各羽根に向かう排気の流通通路の流路面積が大きくなり、その値が小さいほどこの流路面積が絞られるようになるパラメータである。

排気開閉弁制御部５０６は、運転要求判定部５０２での判定結果に基づいて排気開閉弁５８を開閉する。

前記各部５０２，５０４，５０６により実施される排気開閉弁５８およびＶＧＴ開度の制御手順について、図５のフローチャートを用いて説明する。

まず、ＥＣＵ５００は、ステップＳ１で、エンジン回転数、エンジン負荷等を読み込む。なお、エンジン負荷は、アクセル開度センサＳＷ３により検出されたアクセル開度の値等に応じて算出される。

次に、ステップＳ２にて基本ＶＧＴ開度を設定する。この基本ＶＧＴ開度は、排気開閉弁５８が閉弁されてすべての排気が過給用タービン６４に流入する場合において、過給圧を適切な値にすることができるＶＧＴ開度である。基本ＶＧＴ開度は、実験等により運転条件に応じて予め設定されており、ＥＣＵ５００は運転条件に応じた基本ＶＧＴ開度を記憶している。例えば、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じて目標とする過給圧が決まっており、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じてこの目標過給圧が実現される基本ＶＧＴ開度がマップで設定、記憶されている。そして、ステップＳ２では、エンジン回転数とエンジン負荷とに応じてこのマップから基本ＶＧＴ開度を抽出する。

次に、ステップＳ３にて、エンジン回転数およびエンジン負荷が図６に示す領域Ａ２にあるか否か、すなわち、エンジン回転数およびエンジン負荷が図６に示す領域Ａ１であるかＡ２であるかが判定される。領域Ａ１は、エンジン回転数が予め設定された低速側基準回転数Ｎ１以下かつエンジン負荷が低速側基準負荷Ｔ１以上の低速高負荷領域であり、領域Ａ２は残余の領域である。

ステップＳ３の判定がＮＯであってエンジン回転数およびエンジン負荷が低速高負荷領域Ａ１にあり、この領域Ａ１でエンジン本体１の運転がなされている場合は、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、排気開閉弁５８が閉弁される。そして、ステップＳ５に進みＶＧＴ開度が基本ＶＧＴ開度に制御される。

一方、ステップＳ３の判定がＹＥＳであって領域Ａ２で運転されている場合は、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６では、ジェネレータ７２で発電させるという要求があるか否かすなわちジェネレータ７２に対する発電要求が出されているか否かが判定される。

本実施形態では、ＥＣＵ５００（運転要求判定部５０２）は、バッテリの残量が所定量以下になった場合や、所定の電気機器での負荷が増加した場合等に、ジェネレータ７２に対する発電要求が出されていると判定する。

ステップＳ６の判定がＮＯであって、ジェネレータ７２に対する発電要求が出されていない場合は、ステップＳ４に進む。そして、排気開閉弁５８を閉弁するとともに、ステップＳ５にて、ＶＧＴ開度を基本ＶＧＴ開度に制御する。

一方、ステップＳ６の判定がＹＥＳであって、ジェネレータ７２に対する発電要求が出された場合は、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、エンジン負荷の増加率（エンジン負荷の単位時間あたりの増加量）が予め設定された基準増加率（基準値）未満であるか否かを判定する。すなわち、エンジン負荷の増加率が基準増加率未満であってエンジン本体１が加速中ではないか否か、換言すると、エンジン負荷の増加率が基準増加率以上であってエンジン本体１が加速中であるか否かが判定される。基準増加率は０より大きい値であって、予め設定、記憶されている。

ステップＳ７の判定がＮＯであって、エンジン負荷の増加率が基準増加率以上の場合、すなわち、エンジン本体１が所定の加速状態にある場合は、ステップＳ４に進む。そして、排気開閉弁５８を閉弁するとともに、ステップＳ５にて、ＶＧＴ開度を基本ＶＧＴ開度に制御する。

一方、ステップＳ７の判定がＹＥＳであって、エンジン負荷の増加率が基準増加率未満であり、エンジン本体１が所定の加速状態ではない場合は、ステップＳ８に進む。

ステップＳ８では、排気開閉弁５８を開弁する。そして、ステップＳ９に進み、ＶＧＴ開度を基本ＶＧＴ開度よりも小さくして絞り側に制御する。すなわち、排気開閉弁５８が閉弁している場合よりもＶＧＴ開度を小さくする。具体的には、本実施形態では、この絞り量（ＶＧＴ開度の減少量）が運転状態（エンジン回転数とエンジン負荷等）に応じて予め設定、記憶されており、ＥＣＵ５００は、運転状態に応じた絞り量分ＶＧＴ開度を基本ＶＧＴ開度よりも小さくする。

このように、本実施形態では、ステップＳ３、Ｓ６、Ｓ７の判定のいずれか一つでもＮＯであれば、ステップＳ４，Ｓ５に進む。すなわち、エンジンが領域Ａ１で運転されている、または、発電要求が出されていない、または、エンジン本体１が所定の加速状態にある場合は、排気開閉弁５８は閉弁されてＶＧＴ開度は基本ＶＧＴ開度とされる。そして、これにより、全ての排気が過給用タービン６４に導入される。

そして、ステップＳ３、Ｓ６、Ｓ７の判定の全てＹＥＳの場合にのみ、ステップＳ８、Ｓ９に進む。すなわち、エンジンが領域Ａ２で運転されている状態で、発電要求があり、かつ、エンジン本体１が所定の加速状態にない場合にのみ、排気開閉弁５８が開弁されるとともにＶＧＴ開度が基本ＶＧＴ開度よりも絞り側に制御される。そして、これにより、エンジン本体１から排出された排気の一部が過給用タービン６４に導入され、残りの排気が発電用タービン７４に導入される。

（４）作用等
以上のように、本実施形態では、排気通路１３０にコンプレッサ６２を駆動する過給用のタービン６４が配置され、排気通路１３０のうち過給用タービン６４よりも上流側に位置する部分に接続されたバイパス通路５４にジェネレータ７２を駆動する発電用タービン７４が配置されている。そのため、排気の一部がこれらタービン６４，７４を通過せずこの排気のエネルギーが利用されずに外部に排出されるということがなく、常に排気をこれらタービン６４，７４に流入させることができる（過給用のタービン６４のみに流入させる、または、過給用タービン６４と発電用タービン７４とに流入させる）。従って、排気のエネルギーをより有効に利用することができる。

しかも、本実施形態では、エンジンが領域Ａ２で運転されている状態で、発電要求があり、かつ、エンジン本体１が所定の加速状態にないことに伴って、排気開閉弁５８が開弁されると、ＶＧＴ開度が小さく（絞り側に）されて導入通路５２の流路面積が絞られるようになっている。

そのため、導入通路５２内の排気抵抗を高めてバイパス通路５４および発電用タービン７４に流入する排気の量を多く確保してジェネレータ７２に適切に発電させることができるとともに、過給用タービン６４に流入する排気の流速を高めて、過給用タービン６４に流入する排気の量が低減することで排気のエネルギーが低減するのをこの流速の増加により補うことができ、過給用タービン６４によるコンプレッサ６２の駆動力ひいては過給力を高く確保することができる。

また、前記のように、エンジン本体１が所定の加速状態の場合には、領域Ａ２において発電の要求が出されていても、排気開閉弁５８が閉弁されるようになっていることで、この加速状態において、過給用タービン６４に流入する排気の量を多く確保することができる。従って、加速性能を良好にすることができる。

ここで、発電の要求が出されており、これに伴って導入通路５２の流路面積が絞られている状態でエンジン負荷が急増した場合には、導入通路５２の流路面積が絞られた状態で排気開閉弁５８が閉弁されることになる。すなわち、導入通路５２の流路面積の絞り状態が完全に解除される前に排気開閉弁５８が閉弁されることになる。そのため、過給用タービン６４に流入する排気の量および流速の両方を増大させることができ、過給圧の立ち上がりを良好にして加速性能が高められる。

また、低速高負荷領域Ａ１では、排気開閉弁５８が閉弁されるようになっていることで、この領域Ａ１であって排気の流量が少なく排気のエネルギーが小さい一方高いエンジントルクひいては高い過給力が要求される領域において、過給用タービン６４に流入する排気の量を多く確保することができ、過給力およびエンジントルクを要求に応じた高い値とすることができる。

（５）変形例
前記実施形態では、低速高負荷領域Ａ１を除く領域Ａ２全体において発電要求があるときにのみ（エンジン本体１が所定の加速状態にある場合を除く）排気開閉弁５８を開弁する場合について説明したが、領域Ａ２のうち図７に示す領域Ａ３であってエンジン回転数が予め設定された高速側基準回転数Ｎ３以上かつエンジン負荷が予め設定された基準負荷Ｔ３以上の高速高負荷領域Ａ３では、発電要求があるか否かによらず排気開閉弁５８を開弁させるようにしてもよい。すなわち、領域Ａ２のうち高速後負荷領域Ａ３を除く中負荷領域においてのみ、発電要求があり、かつ、エンジン本体１が所定の加速状態にない場合に、排気開閉弁５８を開弁させるようにしてもよい。なお、この場合には、高速高負荷領域Ａ３において発電要求があった場合には、ＶＧＴ開度を発電要求がない場合よりも絞り側に制御する。

このようにすれば、排気の流量が多く過給力が過大になりやすい高速高負荷領域Ａ３において、過給用タービン６４に流入する排気の量を少なく抑えることができるため過給力が過大になるのをより確実に抑制することができる。また、この場合においても、発電の要求があった場合には導入通路の流路面積の絞り量が多くされるため、過給力と発電量とをともにより適切に確保することができる。

また、低速高負荷領域Ａ１においても、領域Ａ２と同様の制御を行ってもよい。

また、前記実施形態では、過給用タービン６４としてＶＧＴを用い、ノズルベーンの開度を変更することでタービン本体に流入する排気が通過する通路の流路面積を変更した場合について説明したが、この流路面積を変更するための具体的構成はこれに限らない。例えば、過給用タービンとして、ＶＧＴに代えて、タービン本体に排気を導入する通路が２つに分岐されたツインスクロールタービンを用い、一方の通路を開閉することで、前記流路面積を変更してもよい。なお、この場合には、排気開閉弁５８の閉弁時には、両方の通路を開放し、排気開閉弁５８の閉弁時には、一方の通路を閉鎖すればよい。

また、前記実施形態では、エンジンが領域Ａ２で運転されており、かつ、発電要求が出された場合であっても、エンジン本体１が所定の加速状態であれば、排気開閉弁５８を閉弁する場合について説明したが、加速状態か否かの判定は省略してもよい。すなわち、エンジンが領域Ａ２で運転されており、かつ、発電要求が出されていれば、エンジン本体１の加速状態によらず排気開閉弁５８を開弁するとともに、ＶＧＴ開度を絞り側に制御するようにしてもよい。

また、前記実施形態では、運転状態（エンジン回転数とエンジン負荷）に応じてＶＧＴ開度を予め設定された基本ＶＧＴ開度に制御する場合について説明したが、これに代えて、ＶＧＴ開度を、目標の過給圧と実際の過給圧とに基づいてフィードバック制御してもよい。すなわち、最終的なＶＧＴ開度を、基本ＶＧＴ開度（排気開閉弁５８の閉弁時）あるいはこれから前記減少量分小さくした開度（排気開閉弁５８の開弁時）に対して、目標の過給圧と実際の過給圧との偏差で補正した値としてもよい。この場合であっても、排気開閉弁５８が開弁しているときは、これに伴って過給用タービン６４に流入する排気の量が低減する結果、目標過給圧を実現するために、排気開閉弁５８が閉弁している場合よりも小さくされる。

１ エンジン本体
１０ 気筒
５４ バイパス通路（分岐通路）
５８ 排気開閉弁
６４ 過給用タービン（第１タービン）
６４ｂ ノズルベーン（排気流速変更手段）
７０ 発電装置
７２ ジェネレータ（発電機）
７４ 発電用タービン（第２タービン）
１３０ 排気通路
５００ ＥＣＵ（制御手段）

Claims (5)

1. 複数の気筒、前記気筒に吸気を導入する吸気通路、および、前記気筒から排出された排気を外部に排出するための排気通路を有するエンジンの排気制御装置であって、
   前記排気通路に設けられて、複数の羽根を備えたタービン本体を含み排気のエネルギーを受けて回転する第１タービンと、
   前記第１タービンにより駆動されて前記吸気通路内の吸気を過給するコンプレッサと、
   前記排気通路内の排気の一部が流入可能なように当該排気通路のうち前記第１タービンよりも上流側に位置する部分に接続された分岐通路と、
   前記分岐通路に設けられて当該分岐通路に流入する排気のエネルギーを受けて回転する第２タービンと、
   前記第２タービンにより駆動されて発電する発電機と、
   前記分岐通路のうち前記第２タービンよりも上流側に設けられて当該分岐通路を開閉する排気開閉弁と、
   前記排気通路と前記分岐通路との接続部分から前記第１タービンのタービン本体までの部分である導入通路の流路面積を変更して、前記第１タービンのタービン本体に流入する排気の流速を変更可能な排気流速変更手段と、
   前記排気開閉弁と前記排気流速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、
   前記制御手段は、少なくともエンジン負荷が基準負荷未満の中負荷領域において、前記発電機に対して発電の要求が出されていない場合は前記排気開閉弁を閉弁する一方、当該発電の要求が出されている場合は前記排気開閉弁を開弁するとともに前記排気流速変更手段による前記導入通路の流路面積の絞り量を前記発電要求が出されていない場合よりも多くすることを特徴とするエンジンの排気制御装置。
2. 請求項１に記載のエンジンの排気制御装置において、
   前記第１タービンは、前記タービン本体の周囲に角度変更可能に設けられて前記排気流速変更手段として機能する複数のノズルベーンを備えることを特徴とするエンジンの排気制御装置。
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、
   前記制御手段は、エンジン負荷の単位時間あたりの増加量が基準値以上であれば、前記発電機に対して発電の要求が出されている場合であっても前記排気開閉弁を閉弁することを特徴とするエンジンの排気制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか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、エンジンの回転数が低速側基準回転数以下かつエンジン負荷が低速側基準負荷以上の低速高負荷領域では、前記発電機に対して発電の要求が出された場合であっても前記排気開閉弁を閉弁することを特徴とするエンジンの排気制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか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、エンジンの回転数が高速側基準回転数以上かつエンジン負荷が前記基準負荷以上の高速高負荷領域では、前記発電機に対して発電の要求が出されていない場合にも前記排気開閉弁を開弁するとともに、当該発電の要求が出された場合には出されていない場合よりも前記排気流速変更手段による前記導入通路の流路面積の絞り量を多くすることを特徴とするエンジンの排気制御装置。

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