WO2017195516A1 - 車両のエンジンシステム - Google Patents

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WO2017195516A1
WO2017195516A1 PCT/JP2017/014574 JP2017014574W WO2017195516A1 WO 2017195516 A1 WO2017195516 A1 WO 2017195516A1 JP 2017014574 W JP2017014574 W JP 2017014574W WO 2017195516 A1 WO2017195516 A1 WO 2017195516A1
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WO
WIPO (PCT)
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engine
exhaust
exhaust passage
flow rate
load state
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/014574
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English (en)
French (fr)
Inventor
健雄 松本
Original Assignee
株式会社デンソー
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 株式会社デンソー filed Critical 株式会社デンソー
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
    • F01N5/04—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using kinetic energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/18—Control of the pumps by bypassing exhaust from the inlet to the outlet of turbine or to the atmosphere
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the present disclosure relates to a vehicle engine system.
  • the engine system described in Patent Literature 1 includes a supercharger and a generator.
  • the supercharger includes a turbine-side impeller that is rotationally driven by exhaust energy, and a compressor-side impeller that is coupled to the turbine-side impeller via a rotating shaft and compresses air.
  • the generator has a rotor fixed to the rotating shaft of the supercharger and a stator disposed around the rotor. The generator generates power based on the rotation of the rotating shaft of the supercharger when the output of the engine is limited.
  • An object of the present disclosure is to provide a vehicle engine system that can suppress a decrease in engine output efficiency.
  • a vehicle engine system includes a main exhaust passage, a sub exhaust passage, a supercharger, an exhaust energy recovery device, a flow rate adjustment unit, a load state detection unit, and a control unit.
  • Exhaust gas discharged from the combustion chamber of the engine flows in the main exhaust passage, and an exhaust purification catalyst is disposed.
  • the sub exhaust passage is provided separately from the main exhaust passage, and guides exhaust discharged from the combustion chamber to a portion upstream of the exhaust purification catalyst in the main exhaust passage.
  • the supercharger has a turbine wheel disposed in the main exhaust passage and a compressor wheel that compresses intake air taken into the engine based on rotation of the turbine wheel.
  • the exhaust energy recovery device is disposed in the sub exhaust passage.
  • the flow rate adjusting unit adjusts the flow rate of the exhaust gas flowing through the sub exhaust passage.
  • the load state detection unit detects the load state of the engine. When the engine is in a high load state, the control unit controls the flow rate adjustment unit so that the flow rate of the exhaust gas flowing through the sub exhaust passage is increased as compared with the case where the engine is in a low load state.
  • the passage volume of the exhaust passage is increased as compared with a case where the engine is in a low load state.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of an engine system according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a procedure of processing executed by the engine system of the embodiment.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the engine speed and the output torque.
  • the engine system 1 of the present embodiment includes a multi-cylinder engine 2, an exhaust turbine supercharger 3, a throttle valve 4, an exhaust purification catalyst 5, an exhaust energy recovery device 6, A diaphragm mechanism 7 is provided.
  • the engine 2 includes a cylinder block (not shown) and a cylinder head 20 that is integrally assembled to the upper part of the cylinder block.
  • the engine 2 is provided with a plurality of combustion chambers 22, an intake manifold 23, a plurality of fuel injection valves 24, and a crankshaft 25.
  • the intake manifold 23 has a plurality of branch portions 230 that are respectively connected to the plurality of combustion chambers 22 and a collection portion 231 in which the plurality of branch portions 230 gather.
  • the collecting portion 231 is connected to the intake passage 70.
  • the intake passage 70 is a passage that guides air outside the vehicle to the engine 2.
  • the air supplied from the intake passage 70 to the collecting portion 231 of the intake manifold 23 is supplied to each combustion chamber 22 via the branch portion 230 of the intake manifold 23.
  • the intake passage 70 is provided with the compressor wheel 30 of the supercharger 3 and the throttle valve 4 in order from the upstream side to the downstream side.
  • the throttle valve 4 adjusts the flow rate of air passing through the intake passage 70, that is, the amount of intake air supplied to the engine 2 by adjusting the opening thereof.
  • the plurality of fuel injection valves 24 are respectively disposed in the plurality of combustion chambers 22. Each fuel injection valve 24 injects an amount of fuel corresponding to the amount of air supplied to the combustion chamber 22 into the combustion chamber 22. When this fuel burns in the combustion chamber 22 and the engine 2 is driven, the crankshaft 25 that is the output shaft of the engine 2 rotates.
  • the cylinder head 20 is provided with an exhaust manifold 26, a flow rate adjusting valve 27, and an exhaust passage 720.
  • the exhaust manifold 26 has a plurality of branch portions 260 connected to the plurality of combustion chambers 22, respectively, and a collecting portion 261 in which the plurality of branch portions 260 gather.
  • the collecting portion 261 communicates with an exhaust passage 710 outside the cylinder head 20 via an exhaust passage 262 in the cylinder head 20. Therefore, the exhaust discharged from each combustion chamber 22 is collected in the collecting portion 261 of the exhaust manifold 26 and then flows to the exhaust passage 710 via the exhaust passage 262.
  • the turbine wheel 31 of the supercharger 3 and the exhaust purification catalyst 5 are sequentially arranged from the upstream to the downstream.
  • the main exhaust passage 71 is configured by the exhaust manifold 26 and the exhaust passage 710.
  • the upstream portion of the exhaust passage 720 is in communication with the collecting portion 261 of the exhaust manifold 26.
  • a heat radiating portion 720a having an enlarged passage area is formed in the middle of the exhaust passage 720.
  • a downstream portion of the exhaust passage 720 communicates with an exhaust passage 721 outside the cylinder head 20.
  • a portion on the downstream side of the exhaust passage 721 is connected to the downstream side of the main exhaust passage 71 from the turbine wheel 31 of the supercharger 3 and to the upstream side of the exhaust purification catalyst 5. Accordingly, a part of the exhaust collected in the collecting portion 261 of the exhaust manifold 26 flows into the main exhaust passage 71 via the exhaust passage 720 and the exhaust passage 721.
  • the exhaust passage 720 and the exhaust passage 721 constitute a sub exhaust passage 72 provided separately from the main exhaust passage 71.
  • the main exhaust passage 71 and the sub exhaust passage 72 constitute an exhaust passage 8 that guides the exhaust discharged from the combustion chamber 22 of the engine 2 to the exhaust purification catalyst 5.
  • the flow rate adjusting valve 27 is disposed in a portion of the exhaust passage 720 on the upstream side of the heat radiating portion 720a.
  • the flow rate adjustment valve 27 functions as a flow rate adjustment unit that adjusts the flow rate of the exhaust gas flowing through the sub exhaust passage 72 by adjusting the opening degree.
  • the flow rate adjustment valve 27 is in the fully open state, the sub exhaust passage 72 is in the fully open state, so that the exhaust discharged from the combustion chamber 22 of the engine 2 flows through the main exhaust passage 71 and the sub exhaust passage 72.
  • the flow rate adjustment valve 27 is in the fully closed state, the sub exhaust passage 72 is in the fully closed state, so that the exhaust discharged from the combustion chamber 22 of the engine 2 flows only through the main exhaust passage 71.
  • the supercharger 3 includes a compressor wheel 30 disposed in the intake passage 70 and a turbine wheel 31 disposed in the main exhaust passage 71.
  • the turbine wheel 31 rotates.
  • the compressor wheel 30 rotates in conjunction with the rotation of the turbine wheel 31, the air supplied from the intake passage 70 to the combustion chamber 22 is supercharged.
  • the flow rate of air supplied to the combustion chamber 22 and exhaust gas discharged from the combustion chamber 22 increases. Boost pressure rises.
  • the exhaust purification catalyst 5 purifies the exhaust gas flowing through the main exhaust passage 71.
  • the exhaust purification catalyst 5 has a structure in which a catalyst material is supported on a monolith carrier which is a prismatic member made of, for example, a ceramic material.
  • the exhaust energy recovery device 6 is a device that recovers exhaust energy as electric energy by generating electricity using the flow of exhaust gas in the sub exhaust passage 72.
  • the exhaust energy recovery device 6 includes a generator 60, a power converter 61, a battery 62, and a battery control unit 63.
  • the generator 60 has a turbine 600 disposed in the exhaust passage 721.
  • the turbine 600 is composed of, for example, an axial flow turbine, and rotates based on the flow of exhaust in the exhaust passage 721.
  • the generator 60 generates power based on the rotation of the turbine 600.
  • the electric power generated by the generator 60 is converted into DC power suitable for charging the battery 62 by the power converter 61, and then the converted DC power is charged in the battery 62.
  • the electric power charged in the battery 62 is supplied to various electronic devices mounted on the vehicle.
  • the battery control unit 63 controls charging and discharging of the battery 62 while constantly monitoring an SOC (state of charge) value indicating a charging state of the battery 62.
  • SOC state of charge
  • the SOC value is obtained by defining the fully discharged state as 0%, defining the fully charged state as 100%, and quantifying the charged state of the battery 62 in the range of 0% to 100%.
  • the battery control unit 63 constantly monitors the power consumption of the battery 62 based on the discharge amount of the battery 62.
  • the battery control unit 63 corresponds to a charge state detection unit that detects the charge state of the battery 62.
  • the throttle mechanism 7 is provided at a connection portion of the sub exhaust passage 72 with the main exhaust passage 71.
  • the aperture mechanism 7 is composed of a variable aperture mechanism that can change the aperture amount.
  • the throttle mechanism 7 partially reduces the passage area of the sub exhaust passage 72, thereby reducing the exhaust pressure by the venturi effect.
  • the difference between the exhaust pressure in the sub exhaust passage 72 and the exhaust pressure in the main exhaust passage 71 can be increased, the flow rate of the exhaust gas sucked from the sub exhaust passage 72 into the main exhaust passage 71 increases. To do. That is, the flow rate of the exhaust gas flowing through the sub exhaust passage 72 increases. Further, the flow rate of the exhaust gas flowing through the sub exhaust passage 72 can be adjusted by changing the throttle amount of the throttle mechanism 7.
  • the engine system 1 includes an ECU (Electronic Control Unit) 10 that performs various controls of the engine 2.
  • the ECU 10 corresponds to a control unit.
  • the ECU 10 is mainly configured by a microcomputer having a CPU, a ROM, a RAM, an input port, an output port, and the like.
  • the CPU executes arithmetic processing related to various controls of the engine 2.
  • the ROM stores programs and data necessary for various controls of the engine 2. In the RAM, CPU calculation results and the like are temporarily stored.
  • the input port and the output port are for inputting and outputting signals to / from an external device.
  • the input port of the ECU 10 is connected to an air flow meter 11, a pressure sensor 12, a throttle position sensor 13, an engine speed sensor 14, a temperature sensor 15, a differential pressure sensor 16, and an accelerator position sensor 17.
  • the air flow meter 11 detects the amount of air passing through the intake passage 70 and outputs a detection signal corresponding to the detected amount of air to the ECU 10.
  • the pressure sensor 12 detects the air pressure upstream of the throttle valve 4 in the intake passage 70 and downstream of the compressor wheel 30, and outputs a detection signal corresponding to the detected air pressure to the ECU 10.
  • the throttle position sensor 13 detects the throttle opening, which is the opening of the throttle valve 4, and outputs a detection signal corresponding to the detected throttle opening to the ECU 10.
  • the engine rotation speed sensor 14 detects an engine rotation speed that is the rotation speed of the crankshaft 25 of the engine 2 and outputs a detection signal corresponding to the detected engine rotation speed to the ECU 10.
  • the temperature sensor 15 detects the temperature of the exhaust gas flowing upstream of the exhaust purification catalyst 5 in the main exhaust passage 71 and outputs a detection signal corresponding to the detected exhaust gas temperature. Based on the detection signal of the temperature sensor 15, the temperature of the exhaust purification catalyst 5 can be estimated.
  • the differential pressure sensor 16 detects a difference in the exhaust pressure before and after the turbine 600 of the generator 60 in the sub exhaust passage 72 and outputs a detection signal corresponding to the detected differential pressure across the generator to the ECU 10.
  • the accelerator position sensor 17 detects an accelerator operation amount that is an operation amount of an accelerator pedal operated by a driver of the vehicle, and outputs a detection signal corresponding to the detected accelerator operation amount.
  • the accelerator position sensor 17 corresponds to a driving state detection unit that detects the driving state of the vehicle.
  • the ECU10 is connected with the battery control part 63 so that communication is possible.
  • the ECU 10 can acquire information on the SOC value and power consumption of the battery 62 through communication with the battery control unit 63.
  • Various devices for controlling the operation of the engine 2 such as a drive circuit for the fuel injection valve 24, a drive circuit for the throttle valve 4, a drive circuit for the flow rate adjustment valve 27, and a drive circuit for the throttle mechanism 7, are provided at the output port of the ECU 10.
  • the drive circuit is connected.
  • the ECU 10 controls the fuel injection valve 24, the throttle valve 4, the flow rate adjustment valve 27, the throttle mechanism 7 and the like based on the engine 2 and various state quantities of the vehicle obtained from the detection signals of the sensors 11 to 17, thereby The drive of the engine 2 is controlled.
  • the ECU 10 obtains the engine rotation speed Ne from the detection signal of the engine rotation speed sensor 14. Further, the ECU 10 obtains the flow rate of the air passing through the intake passage 70, in other words, the intake air amount Ga of the engine 2 based on the detection signal of the air flow meter 11. The ECU 10 obtains the output torque Te of the engine 2 based on the obtained engine rotational speed Ne and the intake air amount Ga. The ECU 10 can determine the load state of the engine 2 based on the output torque Te of the engine 2 and the engine rotational speed Ne. Thus, the ECU 10 detects the load state of the engine 2 based on the detection signals of the air flow meter 11 and the engine rotation speed sensor 14. In the present embodiment, the air flow meter 11 and the engine rotation speed sensor 14 correspond to a load state detection unit that detects the load state of the engine 2.
  • the ECU 10 obtains the supercharging pressure Ps from the detection signal of the pressure sensor 12. Further, the ECU 10 obtains the throttle opening degree Ta based on the detection signal of the throttle position sensor 13. The ECU 10 controls the fuel injection valve 24, the throttle valve 4 and the like based on the state quantities of the engine 2 such as the obtained output torque Te, engine rotational speed Ne, supercharging pressure Ps, and throttle opening degree Ta.
  • the ECU 10 obtains the temperature of the exhaust gas flowing into the exhaust purification catalyst 5 from the detection signal of the temperature sensor 15, and estimates the temperature Tc of the exhaust purification catalyst 5 based on the obtained exhaust gas temperature. Further, the ECU 10 obtains the generator front-rear differential pressure ⁇ Pg and the accelerator operation amount Pa from the detection signals of the differential pressure sensor 16 and the accelerator position sensor 17. The ECU 10 determines the flow rate adjustment valve 27 based on the estimated temperature Tc of the exhaust purification catalyst 5, the engine rotational speed Ne, the output torque Te of the engine 2, the accelerator operation amount Pa, the SOC value of the battery 62, the generator front-rear differential pressure ⁇ Pg, and the like. The opening degree and the throttle amount of the throttle mechanism 7 are adjusted.
  • the ECU 10 repeatedly executes the process shown in FIG. 2 at a predetermined calculation cycle.
  • the ECU 10 first determines whether or not the temperature Tc of the exhaust purification catalyst 5 is lower than the activation temperature Tca in step S10.
  • the ECU 10 makes a positive determination in step S10, that is, when the temperature Tc of the exhaust purification catalyst 5 is lower than the activation temperature Tca, the ECU 10 fully closes the flow rate adjustment valve 27 as step S16. That is, the ECU 10 controls the flow rate adjustment valve 27 so that the exhaust discharged from the combustion chamber 22 flows only through the main exhaust passage 71. As a result, all of the high-temperature exhaust gas collected in the collecting portion 261 of the exhaust manifold 26 flows through the main exhaust passage 71, so that the exhaust purification catalyst 5 easily rises to the activation temperature Tca.
  • step S10 determines whether or not the engine 2 is in a high load state as step S11.
  • the high load state is a state in which exhaust energy larger than the exhaust energy necessary for ensuring the activated state of the exhaust purification catalyst 5 is supplied to the exhaust purification catalyst 5, in other words, exhaust purification. This means that the supply of exhaust energy to the catalyst 5 is excessive.
  • the ECU 10 has at least one of the conditions that the engine rotational speed Ne is a predetermined value Ne1 or more and that the output torque Te of the engine 2 is a predetermined value Te1 or more. When it is satisfied, it is determined that the engine 2 is in a high load state.
  • the solid line shown in FIG. 3 indicates the upper limit value of the output torque Te of the engine 2 with respect to the engine rotational speed Ne.
  • the ECU 10 determines that the engine 2 is in a low load state when the engine rotation speed is less than the predetermined value Ne1 and the output torque Te of the engine 2 is less than the predetermined value Te1.
  • the low load state indicates a load state of the engine 2 excluding a high load state.
  • Each of the predetermined values Ne1 and Te1 is set in advance through experiments or the like so as to determine whether or not the engine 2 is in a high load state, and is stored in the ROM of the ECU 10.
  • step S11 when the ECU 10 makes a negative determination in step S11, that is, when the engine 2 is in a low load state, the flow rate adjustment valve 27 is fully closed as step S16. That is, the ECU 10 controls the flow rate adjustment valve 27 so that the exhaust discharged from the combustion chamber 22 of the engine 2 flows only through the main exhaust passage 71.
  • step S11 determines whether or not the high load state of the engine 2 continues as step S12. Specifically, when the temporal change amount of the accelerator operation amount Pa exceeds a predetermined value, the ECU 10 determines that the high load state of the engine 2 does not continue, and the accelerator operation amount Pa is determined over time. When the change amount is equal to or less than the predetermined value, it is determined that the high load state of the engine 2 continues.
  • step S12 If the ECU 10 makes a negative determination in step S12, that is, if the high load state of the engine 2 does not continue, the ECU 10 fully closes the flow rate adjustment valve 27 as step S16.
  • step S12 If the ECU 10 makes an affirmative determination in step S12, that is, if the high load state of the engine 2 continues, the ECU 10 fully opens the flow rate adjustment valve 27 in step S13. That is, the ECU 10 controls the flow rate adjustment valve 27 so that the exhaust discharged from the combustion chamber 22 of the engine 2 flows through the main exhaust passage 71 and the sub exhaust passage 72. As a result, part of the exhaust collected in the collecting portion 261 of the exhaust manifold 26 flows through the sub exhaust passage 72, so that the generator 60 generates power and the power generated by the generator 60 is charged in the battery 62.
  • the ECU 10 adjusts the aperture amount of the aperture mechanism 7 as step S14 following step S13. Specifically, the ECU 10 determines that the high power generation efficiency of the generator 60 can be secured when the differential pressure ⁇ Pg before and after the generator exceeds a predetermined value ⁇ Pg1, and minimizes the throttle amount of the throttle mechanism 7. Set to value. Further, when the generator front-rear differential pressure ⁇ Pg is equal to or less than the predetermined value ⁇ Pg1, the ECU 10 calculates a throttle amount that can maximize the power generation efficiency of the generator 60 by using a map, an arithmetic expression, or the like.
  • the relationship between the generator front-rear differential pressure ⁇ Pg and the amount of throttle that can maximize the power generation efficiency of the generator 60 is obtained in advance by experiments or the like, and a map or an arithmetic expression showing the relationship is shown in the ECU 10. Is stored in the ROM. The ECU 10 adjusts the aperture amount of the aperture mechanism 7 based on the calculated aperture amount.
  • Step S15 the ECU10 judges whether charge of battery 62 was completed as Step S15 following Step S14. Specifically, the ECU 10 determines that charging of the battery 62 is completed when the SOC value of the battery 62 is equal to or greater than a predetermined value, and determines that the battery 62 is charged when the SOC value of the battery 62 is less than the predetermined value. It is determined that charging 62 is not completed.
  • step S15 determines whether or not the engine 2 is in a high load state as step S17.
  • the determination process in step S17 is the same as the determination process in step S11.
  • the ECU10 adjusts the opening degree of the flow regulating valve 27 according to the power consumption state of the battery 62 as step S18, when it affirmation determinates in step S17, ie, when the engine 2 is a high load state. For example, the ECU 10 determines whether or not a predetermined amount or more of power is consumed in a period from the present to a predetermined time based on the past transition of the power consumption of the battery 62 obtained by communication with the battery control unit 63. Determine whether. When it is determined that more than a predetermined amount of electric power is consumed, the ECU 10 adjusts the opening degree of the flow rate adjustment valve 27 in the opening direction as the predicted electric power consumption is larger. As a result, the larger the expected power consumption, the greater the flow rate of the exhaust gas flowing through the sub exhaust passage 72, so the power generation amount of the generator 60 can be increased. After executing Step S18, the ECU 10 returns to Step S15.
  • step S15 the ECU 10 makes an affirmative determination in step S15, and in step S16, the flow rate adjustment valve 27 is fully closed. Further, when the ECU 10 makes a negative determination in step S17 before the charging of the battery 62 is completed, that is, when the engine 2 is not in a high load state, the ECU 10 sets the flow rate adjustment valve 27 to the fully closed state as step S16. To do.
  • the ECU 10 controls the flow rate adjustment valve 27 so that the exhaust discharged from the engine 2 flows only through the main exhaust passage 71 when the engine 2 is in a low load state. Further, the ECU 10 controls the flow rate adjustment valve 27 so that the exhaust discharged from the engine 2 flows through the main exhaust passage 71 and the sub exhaust passage 72 when the engine 2 is in a high load state. That is, when the engine 2 is in a high load state, the ECU 10 sets the flow rate adjustment valve 27 so that the flow rate of the exhaust gas flowing through the sub exhaust passage 72 increases compared to the case where the engine 2 is in a low load state. Control.
  • the passage volume of the exhaust passage 8 is expanded as compared with a case where the engine 2 is in a low load state. Therefore, since the increase in the back pressure of the engine 2 can be suppressed in a situation where the engine 2 is in a high load state, a decrease in the output efficiency of the engine 2 can be suppressed. Further, when the engine 2 is in a high load state, the exhaust energy recovery device 6 is driven by the exhaust flowing through the sub exhaust passage 72, so that the exhaust energy can be used efficiently. On the other hand, when the engine 2 is in a low load state, the exhaust gas flows only through the main exhaust passage 71, so that the intake air can be quickly supercharged when the vehicle is requested to accelerate.
  • the response of the vehicle can be improved. Furthermore, by providing the supercharger 3 in the main exhaust passage 71 and providing the exhaust energy recovery device 6 in the sub exhaust passage 72, the supercharger 3 and the exhaust energy recovery device 6 can be arranged separately. Therefore, the heat generated from the supercharger 3 is not easily transmitted to the exhaust energy recovery device 6. Therefore, damage to the exhaust energy recovery device 6 due to heat can be suppressed.
  • the sub exhaust passage 72 is formed with a heat radiating portion 720a having an enlarged passage area.
  • a throttle mechanism 7 is provided at a connection portion of the sub exhaust passage 72 with the main exhaust passage 71.
  • the exhaust pressure is reduced in the throttle mechanism 7 due to the venturi effect, so that the difference between the exhaust pressure in the sub exhaust passage 72 and the exhaust pressure in the main exhaust passage 71 increases. Therefore, the amount of exhaust sucked from the sub exhaust passage 72 to the main exhaust passage 71 increases. As a result, since the flow rate of the exhaust gas flowing through the sub exhaust passage 72 increases, the exhaust energy recovery efficiency in the exhaust energy recovery device 6 can be increased.
  • the aperture mechanism 7 includes a variable aperture mechanism that can change the aperture amount.
  • the ECU 10 changes the throttle amount of the throttle mechanism 7 on the basis of a parameter indicating the driving state of the exhaust energy recovery device 6, specifically, a generator front-rear differential pressure ⁇ Pg. Thereby, the exhaust energy recovery efficiency in the exhaust energy recovery device 6 can be further increased.
  • the throttle mechanism 7 may be a fixed throttle valve whose throttle amount is fixed to a predetermined value.
  • the exhaust energy recovery device 6 disposed in the sub exhaust passage 72 is not limited to the generator 60, and any device that drives using exhaust energy can be used.
  • the ECU 10 may fully open the flow rate adjustment valve 27 when the engine 2 is in a high load state regardless of whether or not the high load state of the engine 2 continues. Even with such a configuration, an increase in the back pressure of the engine 2 can be suppressed in a situation where the engine 2 is in a high load state, so that a decrease in output efficiency of the engine 2 can be suppressed.
  • the exhaust manifold 26 and the heat radiating portion 720a are connected via a part of the exhaust passage 720, but these may be spatially separated.
  • the cylinder head 20 is provided with an exhaust passage for guiding the exhaust discharged from each combustion chamber 22 to the heat radiating portion 720a.
  • the cylinder head 20 is provided with an opening / closing valve capable of flowing the exhaust discharged from each combustion chamber 22 to either the exhaust manifold 26 or the heat radiating portion 720a instead of the flow rate adjustment valve 27.
  • ECU10 controls an on-off valve so that the exhaust_gas
  • step S13 shown in FIG. 2 the ECU 10 controls the on-off valve so that the exhaust discharged from each combustion chamber 22 flows only to the heat dissipating part 720a. Furthermore, ECU10 adjusts the opening degree of an on-off valve as step S17.
  • the positional relationship between the collecting portion 261 of the exhaust manifold 26 of the cylinder head 20 and the heat radiating portion 720a can be changed as appropriate.
  • the heat radiating portion 720 a may be disposed at a position shifted in the vertical direction with respect to the collecting portion 261 of the exhaust manifold 26.
  • the ECU 10 may determine whether or not the engine 2 is in a high load state based on an arbitrary state quantity of the engine 2 in steps S11 and S17 shown in FIG.
  • the state quantity of the engine 2 used at this time includes the temperature of the exhaust gas flowing into the turbine wheel 31, the temperature of the exhaust gas flowing out from the turbine wheel 31, the pressure of the exhaust gas flowing into the turbine wheel 31, and the exhaust gas before and after the turbine wheel 31.
  • the rotational speed of the supercharger 3, the in-cylinder pressure that is the pressure in each combustion chamber 22, the pressure in the intake manifold 23, and the like can be used.
  • the appropriate sensor which can detect it is required.
  • the engine system 1 may have a temperature sensor that directly detects the temperature of the exhaust purification catalyst 5 instead of the temperature sensor 15.
  • the -ECU10 may determine whether the high load state of the engine 2 continues based on the arbitrary state quantity of a vehicle as step S12 shown by FIG. For example, the ECU 10 detects the speed of the vehicle with a vehicle speed sensor, and determines that the high load state of the engine 2 does not continue when the temporal change amount of the speed of the vehicle exceeds a predetermined value. When the temporal change amount of the vehicle speed is equal to or less than a predetermined value, it may be determined that the high load state of the engine 2 continues.
  • the ECU 10 may set the opening degree of the flow rate adjustment valve 27 to an opening degree that is opened by a predetermined opening degree from the fully closed state in step S16 shown in FIG. Further, in step S13 shown in FIG. 2, the ECU 10 may set the opening degree of the flow rate adjustment valve 27 to an opening degree that is closed by a predetermined opening degree from the fully opened state.
  • the ECU 10 is not limited to the differential pressure ⁇ Pg before and after the generator, but based on the generator rotational speed that is the rotational speed of the turbine 600 of the generator 60, for example, May be adjusted.
  • the ECU 10 determines that the high power generation efficiency of the generator 60 can be secured, and sets the throttle amount of the throttle mechanism 7 to the minimum value.
  • the ECU 10 calculates a throttle amount that can maximize the power generation efficiency of the generator 60 by using a map, an arithmetic expression, or the like.
  • the means and / or function provided by the ECU 10 can be provided by software stored in a substantial ROM and a computer that executes the software, only software, only hardware, or a combination thereof.
  • the ECU 10 when the ECU 10 is provided by an electronic circuit which is hardware, it can be provided by a digital circuit including a large number of logic circuits or an analog circuit.

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Abstract

車両のエンジンシステム（１）は、メイン排気通路（７１）と、サブ排気通路（７２）と、過給機（３）と、排気エネルギ回収装置（６）と、流量調整部（２７）と、制御部（１０）とを備える。サブ排気通路は、メイン排気通路とは別に設けられ、燃焼室（２２）から排出される排気をメイン排気通路における排気浄化触媒よりも上流側の部分に導く。排気エネルギ回収装置は、サブ排気通路に配置されている。流量調整部は、サブ排気通路を流れる排気の流量を調整する。制御部は、エンジンが高負荷状態である場合には、エンジンが低負荷状態である場合と比較して、サブ排気通路を流れる排気の流量が増加するように流量調整部を制御する。

Description

車両のエンジンシステム 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１６年５月１３日に出願された日本国特許出願２０１６－０９６８２８号に基づくものであって、その優先権の利益を主張するものであり、その特許出願の全ての内容が、参照により本明細書に組み込まれる。
　本開示は、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、過給機と、発電機とを備えている。過給機は、排気エネルギにより回転駆動するタービン側インペラと、タービン側インペラに対して回転軸を介して連結されて空気を圧縮するコンプレッサ側インペラとを備えている。発電機は、過給機の回転軸に固定されるロータと、その周囲に配置されるステータとを有している。発電機は、エンジンの出力を制限する場合に、過給機の回転軸の回転に基づいて発電する。
特開２００５－８３２２２号公報
　特許文献１に記載のエンジンシステムでは、エンジン出力の制限領域において発電機が駆動すると、排気通路におけるタービン側インペラの上流側の排気圧、すなわちエンジンの背圧が上昇する。このような背圧の上昇はエンジンの出力損失を増大させる要因となる。
　本開示の目的は、エンジンの出力効率の低下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。
　本開示の一態様による車両のエンジンシステムは、メイン排気通路と、サブ排気通路と、過給機と、排気エネルギ回収装置と、流量調整部と、負荷状態検出部と、制御部とを備える。メイン排気通路には、エンジンの燃焼室から排出される排気が流れるとともに、排気浄化触媒が配置されている。サブ排気通路は、メイン排気通路とは別に設けられ、燃焼室から排出される排気をメイン排気通路における排気浄化触媒よりも上流側の部分に導く。過給機は、メイン排気通路に配置されるタービンホイール、及びタービンホイールの回転に基づきエンジンに吸入される吸入空気を圧縮するコンプレッサホイールを有する。排気エネルギ回収装置は、サブ排気通路に配置されている。流量調整部は、サブ排気通路を流れる排気の流量を調整する。負荷状態検出部は、エンジンの負荷状態を検出する。制御部は、エンジンが高負荷状態である場合には、エンジンが低負荷状態である場合と比較して、サブ排気通路を流れる排気の流量が増加するように流量調整部を制御する。
　この構成によれば、エンジンが高負荷状態である場合には、低負荷状態である場合と比較すると、排気通路の通路容積が拡大する。これにより、エンジンが高負荷状態である状況でエンジンの背圧の上昇を抑制することができるため、エンジンの出力効率の低下を抑制することができる。
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、絞り機構７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、エンジン２の燃焼室２２から排出される排気はメイン排気通路７１及びサブ排気通路７２を流れる。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、エンジン２の燃焼室２２から排出される排気はメイン排気通路７１のみを流れる。
　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。
　絞り機構７は、サブ排気通路７２におけるメイン排気通路７１との接続部分に設けられている。絞り機構７は、その絞り量を変更することの可能な可変絞り機構からなる。絞り機構７は、サブ排気通路７２の通路面積を部分的に狭めることで、ベンチュリ効果により排気を減圧させる。これにより、サブ排気通路７２内の排気圧と、メイン排気通路７１内の排気圧との差を大きくさせることができるため、サブ排気通路７２からメイン排気通路７１に吸い出される排気の流量が増加する。すなわち、サブ排気通路７２を流れる排気の流量が増加する。また、絞り機構７の絞り量を変更することにより、サブ排気通路７２を流れる排気の流量を調整することが可能である。
　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、差圧センサ１６、及びアクセルポジションセンサ１７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。
　差圧センサ１６は、サブ排気通路７２における発電機６０のタービン６００の前後の排気圧の差を検出するとともに、検出された発電機前後差圧に応じた検出信号をＥＣＵ１０に出力する。
　アクセルポジションセンサ１７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１７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、流量調整弁２７の駆動回路、及び絞り機構７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１１～１７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、絞り機構７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、差圧センサ１６及びアクセルポジションセンサ１７のそれぞれの検出信号から発電機前後差圧ΔＰｇ及びアクセル操作量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、バッテリ６２のＳＯＣ値、発電機前後差圧ΔＰｇ等に基づいて流量調整弁２７の開度及び絞り機構７の絞り量を調整する。
　次に、図２を参照して、ＥＣＵ１０により実行される流量調整弁２７の開度及び絞り機構７の絞り量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Ｓ１６として、流量調整弁２７を全閉状態にする。すなわち、ＥＣＵ１０は、燃焼室２２から排出される排気がメイン排気通路７１のみを流れ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Ｓ１６として、流量調整弁２７を全閉状態にする。すなわち、ＥＣＵ１０は、エンジン２の燃焼室２２から排出される排気がメイン排気通路７１のみを流れ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Ｓ１６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、エンジン２の燃焼室２２から排出される排気がメイン排気通路７１及びサブ排気通路７２を流れ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、絞り機構７の絞り量を調整する。具体的には、ＥＣＵ１０は、発電機前後差圧ΔＰｇが所定値ΔＰｇ１を超えている場合には、発電機６０の高い発電効率を担保できていると判断し、絞り機構７の絞り量を最小値に設定する。また、ＥＣＵ１０は、発電機前後差圧ΔＰｇが所定値ΔＰｇ１以下である場合には、発電機６０の発電効率を最大値にすることの可能な絞り量をマップや演算式等により演算する。なお、発電機前後差圧ΔＰｇと、発電機６０の発電効率を最大にすることの可能な絞り量との関係は予め実験等により求められており、それらの関係を示すマップや演算式がＥＣＵ１０のＲＯＭに記憶されている。ＥＣＵ１０は、演算された絞り量に基づいて、絞り機構７の絞り量を調整する。
　ＥＣＵ１０は、ステップＳ１４に続くステップＳ１５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Ｓ１５で否定判断した場合には、ステップＳ１７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Ｓ１７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Ｓ１７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Ｓ１８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Ｓ１８を実行した後、ステップＳ１５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Ｓ１５で肯定判定し、ステップＳ１６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Ｓ１７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Ｓ１６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）～（４）に示される作用及び効果を得ることができる。
　（１）ＥＣＵ１０は、エンジン２が低負荷状態である場合には、エンジン２から排出される排気がメイン排気通路７１のみを流れるように流量調整弁２７を制御する。また、ＥＣＵ１０は、エンジン２が高負荷状態である場合には、エンジン２から排出される排気がメイン排気通路７１及びサブ排気通路７２を流れるように流量調整弁２７を制御する。すなわち、ＥＣＵ１０は、エンジン２が高負荷状態である場合には、エンジン２が低負荷状態である場合と比較して、サブ排気通路７２を流れる排気の流量が増加す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、低負荷状態である場合と比較すると、排気通路８の通路容積が拡大する。よって、エンジン２が高負荷状態である状況でエンジン２の背圧の上昇を抑制することができるため、エンジン２の出力効率の低下を抑制することができる。また、エンジン２が高負荷状態である場合には、サブ排気通路７２に排気が流れることにより排気エネルギ回収装置６が駆動するため、排気エネルギを効率良く利用することもできる。一方、エンジン２が低負荷状態である場合には、メイン排気通路７１にのみ排気が流れるため、車両の加速要求時に速やかに吸入空気を過給することができる。よって、車両のレスポンスを向上させることができる。さらに、メイン排気通路７１に過給機３を設けるとともに、サブ排気通路７２に排気エネルギ回収装置６を設けることにより、過給機３と排気エネルギ回収装置６とを離間して配置することができるため、過給機３から発せられる熱が排気エネルギ回収装置６に伝達され難くなる。そのため、熱に起因する排気エネルギ回収装置６の損傷を抑制することができる。
　（２）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、エンジン２の背圧を更に抑制することができるため、エンジン２の出力効率の低下を更に抑制することができる。
　（３）サブ排気通路７２におけるメイン排気通路７１との接続部分には、絞り機構７が設けられている。このような構成によれば、ベンチュリ効果により絞り機構７において排気が減圧されるため、サブ排気通路７２内の排気圧と、メイン排気通路７１内の排気圧との差が大きくなる。よって、サブ排気通路７２からメイン排気通路７１への排気の吸い出し量が増加する。結果的に、サブ排気通路７２を流れる排気の流量が増加するため、排気エネルギ回収装置６における排気エネルギの回収効率を高めることができる。
　（４）絞り機構７は、その絞り量を変更可能な可変絞り機構からなる。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、具体的には発電機前後差圧ΔＰｇに基づいて、絞り機構７の絞り量を変更する。これにより、排気エネルギ回収装置６における排気エネルギの回収効率を更に高めることができる。
　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。
　・絞り機構７は、絞り量が所定値に固定された固定絞り弁であってもよい。
　・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、エンジン２が高負荷状態である場合に流量調整弁２７を全開状態にしてもよい。このような構成であっても、エンジン２が高負荷状態である状況でエンジン２の背圧の上昇を抑制することができるため、エンジン２の出力効率の低下を抑制することができる。
　・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Ｓ１６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。
　・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，Ｓ１７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Ｓ１６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は、図２に示されるステップＳ１４の処理において、発電機前後差圧ΔＰｇに限らず、例えば発電機６０のタービン６００の回転速度である発電機回転速度に基づいて絞り機構７の絞り量を調整してもよい。この場合、ＥＣＵ１０は、発電機回転速度が所定値を超えている場合には、発電機６０の高い発電効率を担保できていると判断し、絞り機構７の絞り量を最小値に設定する。また、ＥＣＵ１０は、発電機回転速度が所定値以下である場合には、発電機６０の発電効率を最大値にすることの可能な絞り量をマップや演算式等により演算する。
　・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。
　・本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、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。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。

Claims (7)

  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、
    　前記メイン排気通路に配置されるタービンホイール（３１）、及び前記タービンホイールの回転に基づき前記エンジンに吸入される吸入空気を過給するコンプレッサホイール（３０）を有する過給機（３）と、
    　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）と、
    　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）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、
    　前記流量調整部を制御する制御部（１０）と、を備え、
    　前記制御部は、
    　前記エンジンが高負荷状態である場合には、前記エンジンが低負荷状態である場合と比較して、前記サブ排気通路を流れる排気の流量が増加するように前記流量調整部を制御する
    　車両のエンジンシステム。
  2. 　前記制御部は、
    　前記エンジンが低負荷状態である場合には、前記エンジンから排出される排気が前記メイン排気通路のみを流れるように前記流量調整部を制御し、
    　前記エンジンが高負荷状態である場合には、前記エンジンから排出される排気が前記メイン排気通路及び前記サブ排気通路を流れるように前記流量調整部を制御する
    　請求項１に記載の車両のエンジンシステム。
  3. 　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、前記エンジンが低負荷状態である場合と比較して、前記サブ排気通路を流れる排気の流量が増加するように前記流量調整部を制御する
    　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３に記載の車両のエンジンシステム。
  5. 　前記サブ排気通路における前記メイン排気通路との接続部分には、絞り機構（７）が設けられている
    　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. 　前記絞り機構は、その絞り量を変更可能な可変絞り機構であり、
    　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、前記絞り機構の絞り量を変更する
    　請求項５に記載の車両のエンジンシステム。
  7. 　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、前記絞り機構の絞り量を変更する
    　請求項６に記載の車両のエンジンシステム。
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