JP2017203439A - 車両のエンジンシステム - Google Patents

Abstract

【課題】排気浄化触媒の暖機性能を向上させるとともに、排気浄化触媒の過昇温を抑制することのできる車両のエンジンシステムを提供する。
【解決手段】車両のエンジンシステム１は、排気通路８と、流量調整弁２７と、温度センサ１５と、ＥＣＵ１０とを備える。排気通路８には、排気浄化触媒５が配置されている。流量調整弁２７は、排気通路８の通路容積を第１通路容積、及び第１通路容積よりも小さい第２通路容積に変更できる。温度センサ１５は、排気浄化触媒５の温度を検出する。ＥＣＵ１０は、排気浄化触媒５の温度が活性化温度未満である場合には、排気通路８の通路容積が第２通路容積となるように流量調整弁２７を制御し、排気浄化触媒５の温度が活性化温度以上であって、且つエンジン２が高負荷状態である場合には、排気通路８の通路容積が第１通路容積となるように流量調整弁２７を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両のエンジンシステムに関する。

従来、特許文献１に記載の車両のエンジンシステムがある。特許文献１に記載のエンジンシステムは、触媒と、排気熱回収装置を備えている。触媒は、エンジンの排気管の途中に配置されており、エンジンの排気を浄化する。排気熱回収装置は、排気管の触媒よりも排気流れの上流側に配置されている。排気熱回収装置は、蒸発部と、凝縮部と、戻し通路と、弁機構と、制御部とを備えている。蒸発部は、排気の熱により内部の作動媒体を蒸発させる。凝縮部は、蒸発部から流入する作動媒体の熱をエンジンの冷却水に放熱して作動媒体を凝縮させる。戻し通路は、凝縮部において凝縮された作動媒体を蒸発部に戻す。弁機構は、戻し通路に設けられ、戻し通路の通路面積を調整する。制御部は、エンジンの運転状態に応じて弁機構の開度を調整する。

特開２０１１−１９６３４５号公報

ところで、特許文献１に記載のエンジンシステムでは、排気管における触媒よりも排気流れ上流側に排気熱回収装置が配置されているため、排気熱回収装置が設けられていないエンジンシステムと比較すると、触媒よりも排気流れ上流側における熱容量が大きくなる。そのため、特許文献１に記載のエンジンシステムでは、排気熱回収装置の設けられていないエンジンシステムと比較すると、触媒に流入する排気の温度が低くなり易い。これが、エンジンの冷間始動時等、エンジンの低負荷時において触媒の暖機性能を低下させる要因となっている。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気浄化触媒の暖機性能を向上させるとともに、排気浄化触媒の過昇温を抑制することのできる車両のエンジンシステムを提供することにある。

上記課題を解決するために、車両のエンジンシステム（１）は、排気通路（８）と、通路容積変更部（２７）と、温度検出部（１５）と、制御部（１０）とを備える。排気通路には、エンジン（２）の燃焼室（２２）から排出される排気が流れるとともに、排気浄化触媒（５）が配置されている。通路容積変更部は、排気通路の通路容積を第１通路容積、及び第１通路容積よりも小さい第２通路容積に変更できる。温度検出部は、排気浄化触媒の温度を検出する。制御部は、通路容積変更部を制御する。制御部は、排気浄化触媒の温度が活性化温度未満である場合には、排気通路の通路容積が第２通路容積となるように通路容積変更部を制御し、排気浄化触媒の温度が活性化温度以上であって、且つエンジンが高負荷状態である場合には、排気通路の通路容積が第１通路容積となるように通路容積変更部を制御する。

この構成によれば、エンジンの冷間始動時等において排気浄化触媒の温度が活性化温度未満となっている状況では、排気通路の通路容積が第２通路容積となる。すなわち、排気通路の通路容積が、第１通路容積に設定されている場合と比較すると、小さくなる。これにより、排気通路における排気の放熱量が減少するため、排気浄化触媒に流入する排気の温度が上昇する。よって、排気浄化触媒の暖機性能を向上させることができる。

また、排気浄化触媒の温度が活性化温度以上であって、且つエンジンが高負荷状態である場合には、排気通路の通路容積が第１通路容積となる。すなわち、排気通路の通路容積が、第２通路容積に設定されている場合と比較すると、大きくなる。これにより、排気通路における排気の放熱量を増加させることができる。結果的に、排気浄化触媒に流入する排気の温度を低下させることができるため、排気浄化触媒の過昇温を抑制することができる。

なお、上記手段、及び特許請求の範囲に記載の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

本発明によれば、排気浄化触媒の暖機性能を向上させるとともに、排気浄化触媒の過昇温を抑制することのできる車両のエンジンシステムを提供できる。

図１は、実施形態のエンジンシステムの概略構成を示すブロック図である。 図２は、実施形態のエンジンシステムにより実行される処理の手順を示すフローチャートである。 図３は、エンジンの回転速度と出力トルクとの関係を示すグラフである。

以下、エンジンシステムの一実施形態について説明する。
図１に示されるように、本実施形態のエンジンシステム１は、多気筒エンジン２と、排気タービン式過給機３と、スロットルバルブ４と、排気浄化触媒５と、排気エネルギ回収装置６とを備えている。

エンジン２は、図示しないシリンダブロックと、シリンダブロックの上部に一体的に組み付けられたシリンダヘッド２０とを備えている。エンジン２には、複数の燃焼室２２と、吸気マニホールド２３と、複数の燃料噴射弁２４と、クランクシャフト２５とが設けられている。

吸気マニホールド２３は、複数の燃焼室２２にそれぞれ接続される複数の分岐部２３０と、複数の分岐部２３０が集合する集合部２３１とを有している。集合部２３１は、吸気通路７０に接続されている。吸気通路７０は、車両外部の空気をエンジン２に導く通路である。吸気通路７０から吸気マニホールド２３の集合部２３１に供給された空気は、吸気マニホールド２３の分岐部２３０を介して各燃焼室２２に供給される。吸気通路７０には、その上流から下流に向かって過給機３のコンプレッサホイール３０、及びスロットルバルブ４が順に設けられている。スロットルバルブ４は、その開度の調整により、吸気通路７０を通過する空気の流量、すなわちエンジン２に供給される吸入空気量を調整する。

複数の燃料噴射弁２４は、複数の燃焼室２２にそれぞれ配置されている。各燃料噴射弁２４は、燃焼室２２に供給される空気の量に対応した量の燃料を燃焼室２２内に噴射する。この燃料が燃焼室２２内で燃焼してエンジン２が駆動することにより、エンジン２の出力軸であるクランクシャフト２５が回転する。

シリンダヘッド２０には、排気マニホールド２６と、流量調整弁２７と、排気通路７２０とが設けられている。

排気マニホールド２６は、複数の燃焼室２２にそれぞれ接続される複数の分岐部２６０と、複数の分岐部２６０が集合する集合部２６１とを有している。集合部２６１は、シリンダヘッド２０内の排気通路２６２を介してシリンダヘッド２０の外部の排気通路７１０に連通されている。よって、各燃焼室２２から排出される排気は排気マニホールド２６の集合部２６１に集められた後、排気通路２６２を介して排気通路７１０へと流れる。排気通路７１０には、その上流から下流に向かって順に過給機３のタービンホイール３１、及び排気浄化触媒５が順に配置されている。本実施形態では、排気マニホールド２６、及び排気通路７１０によりメイン排気通路７１が構成されている。

排気通路７２０の上流側の部分は、排気マニホールド２６の集合部２６１に連通されている。排気通路７２０の途中には、その通路面積が拡大された放熱部７２０ａが形成されている。排気通路７２０の下流側の部分は、シリンダヘッド２０の外部の排気通路７２１に連通されている。排気通路７２１の下流側の部分は、メイン排気通路７１における過給機３のタービンホイール３１よりも下流側であって、且つ排気浄化触媒５よりも上流側に接続されている。よって、排気マニホールド２６の集合部２６１に集められた排気の一部は、排気通路７２０及び排気通路７２１を介してメイン排気通路７１へと流入する。本実施形態では、排気通路７２０及び排気通路７２１により、メイン排気通路７１とは別に設けられるサブ排気通路７２が構成されている。また、メイン排気通路７１及びサブ排気通路７２により、エンジン２の燃焼室２２から排出される排気を排気浄化触媒５に導く排気通路８が構成されている。

流量調整弁２７は、排気通路７２０における放熱部７２０ａよりも上流側の部分に配置されている。流量調整弁２７は、その開度の調整により、サブ排気通路７２を流れる排気の流量を調整する流量調整部として機能する。流量調整弁２７が全開状態である場合、サブ排気通路７２は全開状態となるため、排気通路８の通路容積は、メイン排気通路７１の通路容積とサブ排気通路７２との加算値に相当する第１通路容積となる。流量調整弁２７が全閉状態である場合、サブ排気通路７２は全閉状態となるため、排気通路８の通路容積は、メイン排気通路７１の通路容積に相当する第２通路容積となる。本実施形態では、流量調整弁２７が、排気通路８の通路容積を第１通路容積及び第２通路容積に変更可能な通路容積変更部に相当する。

過給機３は、吸気通路７０に配置されるコンプレッサホイール３０と、メイン排気通路７１に配置されるタービンホイール３１とを備えている。過給機３では、メイン排気通路７１を流れる排気がタービンホイール３１を通過すると、タービンホイール３１が回転する。このタービンホイール３１の回転に併せてコンプレッサホイール３０が回転することにより、吸気通路７０から燃焼室２２に供給される空気が過給される。このような過給機３により空気が過給されるエンジン２では、エンジン２の回転速度の上昇に伴い燃焼室２２に供給される空気及び燃焼室２２から排出される排気の流量が多くなるほど、過給圧が上昇する。

排気浄化触媒５は、メイン排気通路７１を流れる排気を浄化する。排気浄化触媒５は、例えばセラミック材からなる角柱状の部材であるモノリス担体に触媒物質が担持された構造からなる。

排気エネルギ回収装置６は、サブ排気通路７２の排気の流れを利用して発電することにより、排気エネルギを電気エネルギとして回収する装置である。排気エネルギ回収装置６は、発電機６０と、電力変換器６１と、バッテリ６２と、バッテリ制御部６３とを有している。

発電機６０は、排気通路７２１に配置されるタービン６００を有している。タービン６００は、例えば軸流式のタービンからなり、排気通路７２１の排気の流れに基づいて回転する。このタービン６００の回転に基づいて発電機６０が発電する。発電機６０により発電された電力は、電力変換器６１によりバッテリ６２の充電に適した直流電力に変換された後、この変換された直流電力がバッテリ６２に充電される。バッテリ６２に充電された電力は、車両に搭載された各種電子機器に供給される。

バッテリ制御部６３は、バッテリ６２の充電状態を示すＳＯＣ（state of charge）値を常時監視しつつ、バッテリ６２の充電及び放電を制御する。ＳＯＣ値は、完全放電状態を０％と定義し、満充電状態を１００％と定義した上で、バッテリ６２の充電状態を０％から１００％の範囲で数値化したものである。バッテリ制御部６３は、バッテリ６２の放電量に基づいて、バッテリ６２の電力消費量を常時監視している。本実施形態では、バッテリ制御部６３が、バッテリ６２の充電状態を検出する充電状態検出部に相当する。

エンジンシステム１は、エンジン２の各種制御を行うＥＣＵ（Electronic Control Unit）１０を備えている。本実施形態では、ＥＣＵ１０が制御部に相当する。ＥＣＵ１０は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、及び出力ポート等を有するマイクロコンピュータを中心に構成されている。ＣＰＵは、エンジン２の各種制御に係る演算処理を実行する。ＲＯＭには、エンジン２の各種制御に必要なプログラムやデータが記憶されている。ＲＡＭには、ＣＰＵの演算結果等が一時的に記憶される。入力ポート及び出力ポートは、外部機器との間で信号を入力及び出力するためのものである。

ＥＣＵ１０の入力ポートには、エアフロメータ１１、圧力センサ１２、スロットルポジションセンサ１３、エンジン回転速度センサ１４、温度センサ１５、及びアクセルポジションセンサ１６が接続されている。

エアフロメータ１１は、吸気通路７０を通過する空気の量を検出するとともに、検出された空気の量に応じた検出信号をＥＣＵ１０に出力する。

圧力センサ１２は、吸気通路７０におけるスロットルバルブ４の上流側であって、且つコンプレッサホイール３０の下流側の空気圧を検出するとともに、検出された空気圧に応じた検出信号をＥＣＵ１０に出力する。

スロットルポジションセンサ１３は、スロットルバルブ４の開度であるスロットル開度を検出するとともに、検出されたスロットル開度に応じた検出信号をＥＣＵ１０に出力する。

エンジン回転速度センサ１４は、エンジン２のクランクシャフト２５の回転速度であるエンジン回転速度を検出するとともに、検出されたエンジン回転速度に応じた検出信号をＥＣＵ１０に出力する。

温度センサ１５は、メイン排気通路７１における排気浄化触媒５の上流側を流れる排気の温度を検出するとともに、検出された排気の温度に応じた検出信号を出力する。この温度センサ１５の検出信号に基づいて、排気浄化触媒５の温度を推定することができる。すなわち、本実施形態では、温度センサ１５が、排気浄化触媒５の温度を検出する温度検出部に相当する。

アクセルポジションセンサ１６は、車両の運転者によって操作されるアクセルペダルの操作量であるアクセル操作量を検出するとともに、検出されたアクセル操作量に応じた検出信号を出力する。本実施形態では、アクセルポジションセンサ１６が、車両の運転状態を検出する運転状態検出部に相当する。

ＥＣＵ１０は、バッテリ制御部６３と通信可能に接続されている。ＥＣＵ１０は、バッテリ制御部６３との通信により、バッテリ６２のＳＯＣ値や電力消費量の情報を取得することが可能である。

ＥＣＵ１０の出力ポートには、燃料噴射弁２４の駆動回路、スロットルバルブ４の駆動回路、及び流量調整弁２７の駆動回路等、エンジン２の運転を制御するための各種機器の駆動回路が接続されている。ＥＣＵ１０は、各センサ１１〜１６の検出信号から求められるエンジン２及び車両の各種状態量等に基づいて燃料噴射弁２４やスロットルバルブ４、流量調整弁２７等を制御することにより、エンジン２の駆動を制御する。

例えばＥＣＵ１０は、エンジン回転速度センサ１４の検出信号からエンジン回転速度Ｎｅを求める。また、ＥＣＵ１０は、エアフロメータ１１の検出信号に基づいて、吸気通路７０を通過する空気の流量、換言すればエンジン２の吸入空気量Ｇａを求める。ＥＣＵ１０は、求められたエンジン回転速度Ｎｅ及び吸入空気量Ｇａに基づいてエンジン２の出力トルクＴｅを求める。ＥＣＵ１０は、このエンジン２の出力トルクＴｅとエンジン回転速度Ｎｅに基づいてエンジン２の負荷状態を判断することができる。このように、ＥＣＵ１０は、エアフロメータ１１及びエンジン回転速度センサ１４のそれぞれの検出信号に基づいてエンジン２の負荷状態を検出する。本実施形態では、エアフロメータ１１及びエンジン回転速度センサ１４がエンジン２の負荷状態を検出する負荷状態検出部に相当する。

また、ＥＣＵ１０は、圧力センサ１２の検出信号から過給圧Ｐｓを求める。さらに、ＥＣＵ１０は、スロットルポジションセンサ１３の検出信号に基づいてスロットル開度Ｔａを求める。ＥＣＵ１０は、求められた出力トルクＴｅやエンジン回転速度Ｎｅ、過給圧Ｐｓ、スロットル開度Ｔａといったエンジン２の状態量に基づいて燃料噴射弁２４やスロットルバルブ４等を制御する。

さらに、ＥＣＵ１０は、温度センサ１５の検出信号から排気浄化触媒５に流入する排気の温度を求めるとともに、求められた排気の温度に基づいて排気浄化触媒５の温度Ｔｃを推定する。また、ＥＣＵ１０は、アクセルポジションセンサ１６の検出信号に基づいてアクセル操作量Ｐａを求める。ＥＣＵ１０は、排気浄化触媒５の推定温度Ｔｃ、エンジン回転速度Ｎｅ、エンジン２の出力トルクＴｅ、アクセル操作量Ｐａ、及びバッテリ６２のＳＯＣ値等に基づいて流量調整弁２７の開度を調整する。

次に、図２を参照して、ＥＣＵ１０により実行される流量調整弁２７の開度を調整する処理の手順について説明する。なお、ＥＣＵ１０は、図２に示される処理を所定の演算周期で繰り返し実行する。

図２に示されるように、ＥＣＵ１０は、まず、ステップＳ１０として、排気浄化触媒５の温度Ｔｃが活性化温度Ｔｃａ未満であるか否かを判断する。ＥＣＵ１０は、ステップＳ１０で肯定判断した場合、すなわち排気浄化触媒５の温度Ｔｃが活性化温度Ｔｃａ未満である場合には、ステップＳ１５として、流量調整弁２７を全閉状態にする。すなわち、サブ排気通路７２に排気が流れないようにする。これにより、排気マニホールド２６の集合部２６１に集められる高温の排気の全てがメイン排気通路７１を流れるため、排気浄化触媒５が活性化温度Ｔｃａまで上昇し易くなる。

一方、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１０で否定判断した場合、すなわち排気浄化触媒５の温度Ｔｃが活性化温度Ｔｃａ以上である場合には、ステップＳ１１として、エンジン２が高負荷状態であるか否かを判定する。なお、ここでの高負荷状態とは、排気浄化触媒５の活性化状態を担保するために必要な排気エネルギよりも大きい排気エネルギが排気浄化触媒５に供給されている状態、換言すれば排気浄化触媒５への排気エネルギの供給が過剰な状態を意味する。

具体的には、図３に示されるように、ＥＣＵ１０は、エンジン回転速度Ｎｅが所定値Ｎｅ１以上であること、及びエンジン２の出力トルクＴｅが所定値Ｔｅ１以上であることの少なくとも一方の条件が満たされた場合には、エンジン２が高負荷状態であると判定する。なお、図３に示される実線は、エンジン回転速度Ｎｅに対するエンジン２の出力トルクＴｅの上限値を示したものである。また、ＥＣＵ１０は、エンジン回転速度が所定値Ｎｅ１未満であって、且つエンジン２の出力トルクＴｅが所定値Ｔｅ１未満である場合には、エンジン２が低負荷状態であると判定する。ここでの低負荷状態とは、高負荷状態を除くエンジン２の負荷状態を示す。所定値Ｎｅ１，Ｔｅ１のそれぞれの値は、エンジン２が高負荷状態であるか否かを判定することができるように予め実験等を通じて設定されており、ＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されている。

図２に示されるように、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１１で否定判断した場合、すなわちエンジン２が低負荷状態である場合には、ステップＳ１５として、流量調整弁２７を全閉状態にする。すなわち、ＥＣＵ１０は、排気通路８の通路容積が、メイン排気通路７１の通路容積のみに相当する第２通路容積となるように流量調整弁２７を制御する。

ＥＣＵ１０は、ステップＳ１１で肯定判断した場合、すなわちエンジン２が高負荷状態である場合には、ステップＳ１２として、エンジン２の高負荷状態が継続するか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ１０は、アクセル操作量Ｐａの時間的な変化量が所定値を超えている場合には、エンジン２の高負荷状態が継続しないと判定し、アクセル操作量Ｐａの時間的な変化量が所定値以下である場合には、エンジン２の高負荷状態が継続すると判定する。

ＥＣＵ１０は、ステップＳ１２で否定判定した場合、すなわちエンジン２の高負荷状態が継続しない場合には、ステップＳ１５として、流量調整弁２７を全閉状態にする。

ＥＣＵ１０は、ステップＳ１２で肯定判定した場合、すなわちエンジン２の高負荷状態が継続する場合には、ステップＳ１３として、流量調整弁２７を全開状態にする。すなわち、ＥＣＵ１０は、排気通路８の通路容積が、メイン排気通路７１の通路容積及びサブ排気通路７２の通路容積の加算値に相当する第１通路容積となるように流量調整弁２７を制御する。これにより、排気マニホールド２６の集合部２６１に集められる排気の一部がサブ排気通路７２を流れるため、発電機６０が発電するとともに、発電機６０により発電された電力がバッテリ６２に充電される。

ＥＣＵ１０は、ステップＳ１３に続くステップＳ１４として、バッテリ６２の充電が完了したか否かを判断する。具体的には、ＥＣＵ１０は、バッテリ６２のＳＯＣ値が所定値以上である場合には、バッテリ６２の充電が完了したと判断し、バッテリ６２のＳＯＣ値が所定値未満である場合には、バッテリ６２の充電が完了していないと判断する。

ＥＣＵ１０は、ステップＳ１４で否定判断した場合には、ステップＳ１６として、エンジン２が高負荷状態であるか否かを判定する。このステップＳ１６の判定処理は、ステップＳ１１の判定処理と同一である。

ＥＣＵ１０は、ステップＳ１６で肯定判定した場合、すなわちエンジン２が高負荷状態である場合には、ステップＳ１７として、バッテリ６２の電力消費状態に応じて流量調整弁２７の開度を調整する。例えば、ＥＣＵ１０は、バッテリ制御部６３との通信により得られるバッテリ６２の電力消費量の過去の推移に基づいて、現在から所定時間経過後までの期間に所定量以上の電力が消費されるか否かを判断する。ＥＣＵ１０は、所定量以上の電力が消費されると判断される場合には、その予想される電力消費量が大きいほど、流量調整弁２７の開度を開の方向に調整する。これにより、予想される電力消費量が大きいほど、サブ排気通路７２を流れる排気の流量が増加するため、発電機６０の発電量を増加させることができる。ＥＣＵ１０は、ステップＳ１７を実行した後、ステップＳ１４に戻る。

その後、バッテリ６２の充電が完了すると、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１４で肯定判定し、ステップＳ１５として、流量調整弁２７を全閉状態にする。また、ＥＣＵ１０は、バッテリ６２の充電が完了する前に、ステップＳ１６で否定判定した場合、すなわちエンジン２が高負荷状態でなくなった場合には、ステップＳ１５として、流量調整弁２７を全閉状態にする。

以上説明した本実施形態の車両のエンジンシステム１によれば、以下の（１）〜（８）に示される作用及び効果を得ることができる。

（１）流量調整弁２７は、排気通路８の通路容積を、メイン排気通路７１の通路容積及びサブ排気通路７２の通路容積の加算値に相当する第１通路容積と、メイン排気通路７１の通路容積のみに相当する第２通路容積とに変更する。ＥＣＵ１０は、排気浄化触媒５の温度Ｔｃが活性化温度Ｔｃａ未満である場合には、排気通路８が第２通路容積となるように流量調整弁２７を制御する。これにより、エンジン２の冷間始動時や低負荷運転時等において排気浄化触媒５の温度Ｔｃが活性化温度Ｔｃａ未満となっている状況では、排気通路８の通路容積が、第１通路容積に設定されている場合と比較すると、小さくなる。したがって、排気通路８における排気の放熱量が減少するため、排気浄化触媒５に流入する排気の温度を上昇させることができる。よって、排気浄化触媒５の暖機性能を向上させることができる。

（２）ＥＣＵ１０は、排気通路８を第２通路容積に設定する際、流量調整弁２７を全閉状態にすることにより、排気通路８の通路容積を最小値に設定する。これにより、排気通路８における排気の放熱量を最小にすることができるため、排気浄化触媒５の暖機性能を更に向上させることができる。

（３）ＥＣＵ１０は、エアフロメータ１１及びエンジン回転速度センサ１４のそれぞれの検出信号から求められるエンジン２の出力トルクＴｅ及びエンジン回転速度Ｎｅに基づいてエンジン２の負荷状態を検出する。ＥＣＵ１０は、排気浄化触媒５の温度Ｔｃが活性化温度Ｔｃａ以上であって、且つエンジン２の高負荷状態が継続すると判断される場合には、排気通路８の通路容積がメイン排気通路７１の通路容積及びサブ排気通路７２の通路容積の加算値となるように流量調整弁２７を制御する。これにより、エンジン２が高負荷状態である場合には、排気通路８の通路容積が大きくなるため、排気通路８における排気の放熱量を増加させることができる。結果的に、排気浄化触媒５に流入する排気の温度を低下させることができるため、排気浄化触媒５の過昇温を抑制することができる。また、車両の加速時等の過渡運転時にエンジン２が高負荷状態になると、排気通路８の通路容積が大きくなるため、適切な排気の流れを確保し易くなる。これにより、エンジン２の出力の低下を抑制することができるため、車両のレスポンスを向上させることができる。

（４）ＥＣＵ１０は、排気通路８を第１通路容積に設定する際、流量調整弁２７を全開状態にすることにより、排気通路８の通路容積を最大値に設定する。これにより、排気通路８における放熱量を最大にすることができるため、排気浄化触媒５の過昇温を更に抑制することができる。

（５）ＥＣＵ１０は、排気通路８の通路容積がメイン排気通路７１の通路容積及びサブ排気通路７２の通路容積の加算値に設定されている際、エンジン２が高負荷状態でなくなった場合には、排気通路８の通路容積がメイン排気通路７１の通路容積のみとなるように流量調整弁２７を制御する。これにより、排気浄化触媒５に流入する排気の温度の低下を抑制することができるため、排気浄化触媒５の活性化状態を担保し易くなる。

（６）排気通路８には、排気マニホールド２６及び排気通路７１０を有するメイン排気通路７１と、サブ排気通路７２とが含まれている。流量調整弁２７は、サブ排気通路７２を流れる排気の流量を調整する。ＥＣＵ１０は、流量調整弁２７の開度の調整により排気通路８の通路容積を変更する。このような構成によれば、排気通路８の通路容積を容易に変更することができる。

（７）サブ排気通路７２には、その通路面積が拡大された放熱部７２０ａが形成されている。これにより、サブ排気通路７２を流れる排気の放熱量を更に増加させることができるため、排気浄化触媒５の過昇温を更に抑制することができる。

（８）サブ排気通路７２には、排気エネルギを電気エネルギとして回収する排気エネルギ回収装置６が配置されている。ＥＣＵ１０は、排気エネルギ回収装置６の駆動状態を示すパラメータ、具体的にはバッテリ６２のＳＯＣ値及び電力消費量に基づいて流量調整弁２７の開度を調整する。これにより、排気エネルギ回収装置６をより適切に駆動させることができる。
なお、上記実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。

・サブ排気通路７２に配置される排気エネルギ回収装置６としては、発電機６０に限らず、排気エネルギを利用して駆動する任意の装置を用いることができる。

・ＥＣＵ１０は、エンジン２の高負荷状態が継続するか否かに関わらず、排気浄化触媒５の温度Ｔｃが活性化温度Ｔｃａ以上であって、且つエンジン２が高負荷状態である場合に、排気通路８の通路容積がメイン排気通路７１の通路容積及びサブ排気通路７２の通路容積の加算値となるように流量調整弁２７を制御してもよい。このような構成であっても、排気浄化触媒５の過昇温を抑制することは可能である。

・サブ排気通路７２から発電機６０を排除してもよい。このような構成によれば、サブ排気通路７２を流れる排気が発電機６０を通過する際の圧力損失が発生しなくなる。また、排気通路８としてメイン排気通路７１のみを用いている場合と比較すると、排気通路８としてメイン排気通路７１及びサブ排気通路７２を用いている場合の方が、排気通路８における排気の圧力損失を低減することが可能となる。

・上記実施形態のシリンダヘッド２０では、排気マニホールド２６と放熱部７２０ａとが排気通路７２０の一部を介して繋がっていたが、これらが空間的に隔てられていてもよい。この場合、シリンダヘッド２０には、各燃焼室２２から排出される排気を放熱部７２０ａに導く排気通路を設ける。また、シリンダヘッド２０には、流量調整弁２７に代えて、各燃焼室２２から排出される排気を排気マニホールド２６及び放熱部７２０ａのいずれか一方に流すことの可能な開閉弁を設ける。そして、ＥＣＵ１０は、図２に示されるステップＳ１５として、各燃焼室２２から排出される排気を排気マニホールド２６のみに流すように開閉弁を制御する。また、ＥＣＵ１０は、図２に示されるステップＳ１３として、各燃焼室２２から排出される排気を放熱部７２０ａのみに流すように開閉弁を制御する。さらに、ＥＣＵ１０は、ステップＳ１７として、開閉弁の開度を調整する。なお、この構成を用いる場合には、排気浄化触媒５の過昇温を抑制するために、排気マニホールド２６の集合部２６１の通路容積よりも、放熱部７２０ａの通路容積の方が大きいことが好ましい。

・シリンダヘッド２０の排気マニホールド２６の集合部２６１と放熱部７２０ａとの位置関係は適宜変更可能である。例えば、燃焼室２２内でピストンが往復動する方向を上下方向とするとき、放熱部７２０ａは、排気マニホールド２６の集合部２６１に対して上下方向にずれた位置に配置されていてもよい。

・ＥＣＵ１０は、図２に示されるステップＳ１１，Ｓ１６において、エンジン２の任意の状態量に基づいてエンジン２が高負荷状態であるか否かを判断してもよい。この際に用いられるエンジン２の状態量としては、タービンホイール３１に流入する排気の温度、タービンホイール３１から流出する排気の温度、タービンホイール３１に流入する排気の圧力、タービンホイール３１の前後の排気の圧力差、過給機３の回転速度、各燃焼室２２内の圧力である筒内圧力、吸気マニホールド２３内の圧力等を用いることができる。なお、これらのエンジン２の状態量を用いる場合には、それを検出することの可能な適宜のセンサが必要であることは言うまでもない。

・エンジンシステム１は、温度センサ１５に代えて、排気浄化触媒５の温度を直接検出する温度センサを有するものであってもよい。

・ＥＣＵ１０は、図２に示されるステップＳ１２として、車両の任意の状態量に基づいて、エンジン２の高負荷状態が継続するか否かを判定してもよい。例えば、ＥＣＵ１０は、車速センサにより車両の速度を検出するとともに、この車両の速度の時間的な変化量が所定値を超えている場合には、エンジン２の高負荷状態が継続しないと判定し、車両の速度の時間的な変化量が所定値以下である場合には、エンジン２の高負荷状態が継続すると判定してもよい。

・ＥＣＵ１０は、図２に示されるステップＳ１５において、流量調整弁２７の開度を全閉状態から所定開度だけ開いた開度に設定してもよい。また、ＥＣＵ１０は、図２に示されるステップＳ１３において、流量調整弁２７の開度を全開状態から所定開度だけ閉じた開度に設定してもよい。

・ＥＣＵ１０が提供する手段及び／又は機能は、実体的なＲＯＭに記憶されたソフトウェア及びそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組み合わせにより提供することができる。例えばＥＣＵ１０がハードウェアである電子回路により提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路により提供することができる。

・本発明は上記の具体例に限定されるものではない。すなわち、上記の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素及びその配置や条件等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、前述した実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。

１：エンジンシステム
２：エンジン
５：排気浄化触媒
６：排気エネルギ回収装置
８：排気通路
１０：ＥＣＵ（制御部）
１１：エアフロメータ（負荷状態検出部）
１４：エンジン回転速度センサ（負荷状態検出部）
１５：温度センサ（温度検出部）
１６：アクセルポジションセンサ（運転状態検出部）
２２：燃焼室
２７：流量調整弁（通路容積変更部，流量調整部）
６０：発電機
６２：バッテリ
６３：充電状態検出部
７１：メイン排気通路
７２：サブ排気通路
２７０ａ：放熱部

Claims (9)

1. エンジン（２）の燃焼室（２２）から排出される排気が流れるとともに、排気浄化触媒（５）が配置される排気通路（８）と、
   前記排気通路の通路容積を第１通路容積、及び前記第１通路容積よりも小さい第２通路容積に変更可能な通路容積変更部（２７）と、
   前記排気浄化触媒の温度を検出する温度検出部（１５）と、
   前記エンジンの負荷状態を検出する負荷状態検出部（１１，１４）と、
   前記通路容積変更部を制御する制御部（１０）と、を備え、
   前記制御部は、
   前記排気浄化触媒の温度が活性化温度未満である場合には、前記排気通路の通路容積が前記第２通路容積となるように前記通路容積変更部を制御し、
   前記排気浄化触媒の温度が活性化温度以上であって、且つ前記エンジンが高負荷状態である場合には、前記排気通路の通路容積が前記第１通路容積となるように前記通路容積変更部を制御する
   車両のエンジンシステム。
2. 車両の運転状態を検出する運転状態検出部（１６）を更に備え、
   前記制御部は、
   前記車両の運転状態に基づいて、前記エンジンの高負荷状態が継続されるか否かを判断し、
   前記排気浄化触媒の温度が活性化温度以上であって、且つ前記エンジンの高負荷状態が継続されると判断される場合には、前記排気通路の通路容積が前記第１通路容積となるように前記通路容積変更部を制御する
   請求項１に記載の車両のエンジンシステム。
3. 前記制御部は、
   前記排気通路の通路容積が前記第１通路容積に設定されている際、前記エンジンが高負荷状態でなくなった場合には、前記排気通路の通路容積が前記第２通路容積となるように前記通路容積変更部を制御する
   請求項１又は２に記載の車両のエンジンシステム。
4. 前記第１通路容積は、前記排気通路の通路容積の最大値である
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の車両のエンジンシステム。
5. 前記第２通路容積は、前記排気通路の通路容積の最小値である
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両のエンジンシステム。
6. 前記排気通路には、
   前記排気浄化触媒が配置されるメイン排気通路（７１）と、
   前記メイン排気通路とは別に設けられ、前記燃焼室から排出される排気を前記メイン排気通路における前記排気浄化触媒よりも上流側の部分に導くサブ排気通路（７２）と、が含まれ、
   前記通路容積変更部は、
   前記サブ排気通路を流れる排気の流量を調整する流量調整部（２７）からなり、
   前記制御部は、
   前記流量調整部により前記排気通路の通路容積を前記第１通路容積及び前記第２通路容積に変更する
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の車両のエンジンシステム。
7. 前記サブ排気通路には、その通路面積が拡大された放熱部（２７０ａ）が形成されている
   請求項６に記載の車両のエンジンシステム。
8. 前記サブ排気通路に配置される排気エネルギ回収装置（６）を更に備え、
   前記制御部は、
   前記排気エネルギ回収装置の駆動状態を示すパラメータに基づいて、前記流量調整部により前記サブ排気通路を流れる排気の流量を調整する
   請求項６又は７に記載の車両のエンジンシステム。
9. 前記排気エネルギ回収装置は、
   前記サブ排気通路の排気の流れに基づいて発電する発電機（６０）と、
   前記発電機により発電された電力を充電するバッテリ（６２）と、
   前記バッテリの充電状態を検出する充電状態検出部（６３）と、を有し、
   前記制御部は、
   前記バッテリの充電状態に基づいて、前記流量調整部により前記サブ排気通路を流れる排気の流量を調整する
   請求項８に記載の車両のエンジンシステム。

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