JP6344407B2

JP6344407B2 - Exhaust system for turbocharged engine

Info

Publication number: JP6344407B2
Application number: JP2016027860A
Authority: JP
Inventors: 直之山形
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2016-02-17
Filing date: 2016-02-17
Publication date: 2018-06-20
Anticipated expiration: 2036-02-17
Also published as: JP2017145748A

Description

本発明は、エンジン本体と、当該エンジン本体にそれぞれ接続される吸気通路および排気通路と、前記排気通路に設けられる過給用タービンおよび前記吸気通路に設けられるコンプレッサを含むターボ過給機とを備え、車両に設けられるターボ過給機付エンジンの排気装置に関する。 The present invention includes an engine main body, an intake passage and an exhaust passage connected to the engine main body, a turbocharger provided in the exhaust passage, and a turbocharger including a compressor provided in the intake passage. The present invention relates to an exhaust device for a turbocharged engine provided in a vehicle.

従来より、排気通路にタービンを配置して排気のエネルギを過給等に利用することが行われている。 Conventionally, a turbine is disposed in an exhaust passage to use exhaust energy for supercharging or the like.

例えば、特許文献１には、吸気通路に設けられたコンプレッサを回転駆動するための過給用のタービンと、発電機を回転駆動するための発電用のタービンとを有し、これらが排気通路に上流側から順に設けたものが開示されている。 For example, Patent Document 1 has a turbocharging turbine for rotationally driving a compressor provided in an intake passage and a power generating turbine for rotationally driving a generator, and these are provided in an exhaust passage. Those provided in order from the upstream side are disclosed.

特開２０１５−１０８３３０号公報JP2015-108330A

特許文献１の装置では、エンジン本体から排出された排気のエネルギを過給用タービンと発電用タービンとに供給することができ、過給圧を高めつつ発電を行うことができる。しかしながら、この装置では、発電用タービンには過給用タービンでエネルギが消費された後の排気が流入する。そのため、例えば、排気の流量が小さくそのエネルギが小さい場合等において、発電用タービンで十分に発電を行うことができず、適切な電力が確保されないおそれがある。 In the apparatus of Patent Document 1, the energy of exhaust discharged from the engine body can be supplied to the supercharging turbine and the power generation turbine, and power generation can be performed while increasing the supercharging pressure. However, in this apparatus, the exhaust gas after the energy is consumed by the supercharging turbine flows into the power generation turbine. Therefore, for example, when the flow rate of exhaust gas is small and the energy is small, power generation cannot be sufficiently performed by the power generation turbine, and appropriate power may not be secured.

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、電力をより確実に確保することのできるターボ過給機付エンジンの排気装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an exhaust device for a turbocharged engine capable of ensuring electric power more reliably.

前記課題を解決するために、本発明は、エンジン本体と、当該エンジン本体にそれぞれ接続される吸気通路および排気通路と、前記排気通路に設けられる過給用タービンおよび前記吸気通路に設けられるコンプレッサを含むターボ過給機とを備え、車両に設けられるターボ過給機付エンジンの排気装置であって、前記排気通路に設けられて排気のエネルギを受けて回転する発電用タービンと、前記発電用タービンと連結されて、当該発電用タービンによって回転駆動されることで発電する発電機と、前記過給用タービンに流入する排気の流路面積を変更することにより当該排気の流速を変更可能な排気流速変更手段と、前記発電機の発電量を変更可能な発電量変更手段と、前記排気流速変更手段と前記発電量変更手段とを制御する制御手段とを備え、前記発電用タービンは、軸流式のタービンであって、前記排気通路のうち前記過給用タービンの下流側に、当該過給用タービンを通過した排気の全量が導入されるように、かつ、前記過給用タービンと対向して前記発電用タービンの回転軸と前記過給用タービンの回転軸とが同軸となるように配置されており、前記制御手段は、エンジン回転数が基準回転数よりも低くかつエンジン負荷が基準負荷よりも高い低速高負荷領域では、前記排気流速変更手段によって前記流路面積を最小面積にするとともに前記発電量変更手段によって前記発電機による発電を停止させることを特徴とするターボ過給機付エンジンの排気装置を提供する（請求項１）。 In order to solve the above problems, the present invention includes an engine body, an intake passage and an exhaust passage connected to the engine body, a supercharging turbine provided in the exhaust passage, and a compressor provided in the intake passage. A turbocharger-equipped exhaust system provided in a vehicle, the turbine for power generation provided in the exhaust passage and rotating in response to exhaust energy, and the turbine for power generation And a generator that generates electric power by being rotationally driven by the power generation turbine, and an exhaust flow velocity that can change the flow velocity of the exhaust gas by changing the flow passage area of the exhaust gas flowing into the supercharging turbine. a changing unit, wherein the generator changeable power amount changing means for generation of, and the exhaust flow rate changing means and control means for controlling said power generation amount changing means The power generation turbine is an axial-flow turbine, and the exhaust gas passing through the supercharging turbine is introduced downstream of the supercharging turbine in the exhaust passage. Further, the rotating shaft of the power generating turbine and the rotating shaft of the supercharging turbine are arranged so as to be opposed to the supercharging turbine, and the control means has an engine rotational speed as a reference rotational speed. In a low-speed and high-load region where the engine load is lower than the number and the engine load is higher than the reference load, the exhaust gas flow rate changing means minimizes the flow passage area and the power generation amount changing means stops power generation by the generator. An exhaust system for an engine with a turbocharger is provided.

この装置によれば、排気通路に、上流側から順に、コンプレッサを駆動する過給用タービンと発電機を駆動する発電用タービンとが配置されているとともに、過給用タービンを流下した排気の全量が発電用タービンに流入するよう構成されている。そのため、過給用タービンから導出された全ての排気のエネルギを発電用タービンで利用することができる。すなわち、過給用タービンで利用しなかった排気をそのまま外部に排出するのではなく、発電用タービンで発電に利用することができる。従って、発電用タービンでの発電量すなわち電力をより多く確保することができる。 According to this apparatus, the supercharging turbine that drives the compressor and the power generating turbine that drives the generator are arranged in the exhaust passage sequentially from the upstream side, and the total amount of exhaust that has flowed down the supercharging turbine. Is configured to flow into the power generation turbine. Therefore, the energy of all exhaust gases derived from the supercharging turbine can be used by the power generation turbine. That is, the exhaust gas that has not been used in the supercharging turbine is not directly discharged to the outside, but can be used for power generation by the power generation turbine. Therefore, it is possible to secure a larger amount of power generated by the power generation turbine, that is, more power.

しかも、この装置では、下流側に設けられる発電用タービンが軸流式であって、この軸流式の発電用タービンが、過給用タービンと対向し、かつ、これらタービンの回転軸どうしが同軸となるように配置されている。そのため、過給用タービンから流出した排気の旋回流を発電用タービンの各翼に効果的に衝突させて発電用タービンひいては発電機を効果的に回転駆動することができ、発電機での発電量をより多く確保することができる。特に、これら２つのタービンの回転数差が大きいほど、具体的には、過給用タービンの回転数に対して発電用タービンの回転数が小さいほど、発電用タービンの軸トルクは大きくなるため、発電用タービンにおいて低回転で高い軸トルクを得ることができ、発電機において効率よく発電を行うことができる。 In addition, in this apparatus, the power generation turbine provided on the downstream side is an axial flow type, the axial flow type power generation turbine is opposed to the turbocharging turbine, and the rotation shafts of these turbines are coaxial. It is arranged to become. Therefore, the swirling flow of the exhaust gas flowing out from the turbocharging turbine can be effectively collided with each blade of the power generation turbine to effectively rotate the power generation turbine and thus the power generator. Can be secured more. In particular, the greater the difference in rotational speed between these two turbines, more specifically, the smaller the rotational speed of the power generating turbine relative to the rotational speed of the supercharging turbine, the greater the shaft torque of the power generating turbine. A high torque can be obtained at a low rotation in the power generation turbine, and power can be generated efficiently in the generator.

さらに、この装置は、発電量変更手段と排気流速変更手段とを備えるので、発電量変更手段によって発電機での発電量を変更しつつ、排気流速変更手段によって過給用タービンに過給用タービンに流入する排気の流速すなわち排気のエネルギを変更することができ、過給圧と発電量とを適切な値にすることができる。特に、低速高負荷領域では、排気流速変更手段によって前記流路面積を最小面積にするとともに発電量変更手段によって発電機による発電を停止させるので、エンジン本体から排出される排気の流量が小さい一方高い過給圧が要求されるこの低速高負荷領域において、過給圧を適切に高めることができる。 Further, since this apparatus includes the power generation amount changing means and the exhaust gas flow rate changing means, the supercharging turbine is supplied to the supercharging turbine by the exhaust flow speed changing means while changing the power generation amount at the generator by the power generation amount changing means. The flow rate of the exhaust gas flowing into the engine, that is, the energy of the exhaust gas can be changed, and the supercharging pressure and the power generation amount can be set to appropriate values. In particular, while the low-speed high-load region, while minimizing the area of the flow path area by the exhaust flow rate changing means stops the power generation by the power generator by the power generation amount changing means Runode, the flow rate of the exhaust gas discharged from the engine body is small In this low speed and high load region where a high boost pressure is required, the boost pressure can be appropriately increased.

また、前記構成において、前記過給用タービンは、周流式のタービンであり、前記排気流速変更手段は、前記過給用タービンの周囲に角度変更可能に設けられた複数のノズルベーンを備えるのが好ましい（請求項２）。 In the above configuration, the supercharging turbine is a peripheral flow turbine, and the exhaust flow velocity changing means includes a plurality of nozzle vanes provided around the supercharging turbine so that the angle can be changed. Preferred ( Claim 2 ).

すなわち、過給用タービンとして、ＶＧＴ（ＶａｒｉａｂｌｅＧｅｏｍｅｔｒｙＴｕｒｂｉｎｅ）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過給用タービンに流入する排気の流速を容易に変更することができる。 That is, it is preferable to use VGT (Variable Geometry Turbine) as the turbocharging turbine. If it does in this way, the flow velocity of the exhaust_gas | exhaustion which flows in into the supercharging turbine can be easily changed by changing the angle of each nozzle vane.

また、前記構成において、前記制御手段は、前記低速高負荷領域を除く運転領域において前記発電機に対して発電の要求があった場合には、前記発電量変更手段によって前記発電機に発電を行わせるとともに、当該発電機の発電に伴って過給圧が低下すると前記排気流速変更手段によって前記流路面積を小さくするのが好ましい（請求項３）。 In the above configuration, when there is a request for power generation to the generator in the operation region excluding the low speed and high load region, the control unit generates power to the generator by the power generation amount changing unit. It causes, it is preferable to reduce the flow area through the exhaust flow rate changing means and the boost pressure is reduced along with the electric power generation of the generator (claim 3).

このようにすれば、要求に応じて発電を行いつつ過給圧をより確実に適切な値にすることができる。 In this way, the supercharging pressure can be more reliably set to an appropriate value while generating power as required.

また、前記構成において、前記発電機は、モータ・ジェネレータであり、前記モータ・ジェネレータをモータとして回転駆動させるモータ駆動装置を備え、前記制御手段は、前記低速高負荷領域において、前記モータ駆動装置によって、前記排気通路のうち前記発電用タービンと前記過給用タービンとの間の部分の圧力が低下する方向に前記モータ・ジェ
ネレータおよび前記発電用タービンを回転させるのが好ましい（請求項４）。 Further, in the above configuration, the generator is a motor / generator, and includes a motor driving device that rotationally drives the motor / generator as a motor, and the control unit is configured to operate by the motor driving device in the low-speed and high-load region. preferably, the pressure portion rotates the motor-generator and the power generating turbine in a direction to decrease between the supercharging turbine and the power generating turbine of the exhaust passage (claim 4).

このようにすれば、低速高負荷領域において、排気通路のうち発電用タービンと過給用タービンとの間の部分の圧力すなわち過給用タービンの背圧を低くすることができる。そのため、過給用タービンの前後圧を大きくして、過給圧をより一層確実に高くすることができる。 In this way, in the low speed and high load region, the pressure in the portion of the exhaust passage between the power generating turbine and the supercharging turbine, that is, the back pressure of the supercharging turbine can be reduced. Therefore, the front-rear pressure of the turbocharging turbine can be increased and the supercharging pressure can be further reliably increased.

また、本発明において、前記発電用タービンの最大回転数は、前記過給用タービンの最大回転数よりも小さいのが好ましい（請求項５）。 Further, in the present invention, the maximum rotational speed of the power generating turbine, preferably the less than the maximum rotational speed of the supercharging turbine (claim 5).

このようにすれば、発電機での回転数を小さく抑えて発電効率を高くすることができる。すなわち、発電機の回転数が、十数万回転するターボ過給機のように高い回転数では発電効率が低下するため、発電用タービンの最大回転数ひいては発電機の最大回転数を過給用タービンの最大回転数よりも小さくすることで、発電効率が低下するのを抑制することができる。 If it does in this way, the rotation speed in a generator can be restrained small and power generation efficiency can be made high. In other words, since the power generation efficiency decreases at a high rotational speed, such as a turbocharger that has several hundred thousand rotations, the maximum rotational speed of the power generation turbine and thus the maximum rotational speed of the generator is supercharged. It can suppress that power generation efficiency falls by making it smaller than the maximum rotation speed of a turbine.

また、本発明において、前記車両は、車両の駆動源として前記エンジン本体と駆動用モータとを備えるハイブリッド車であるのが好ましい（請求項６）。
前記のように、本発明では、発電用タービンに効率よく発電を行わせてより高い電力を確保することができる。従って、消費電力の大きいハイブリッド車に適用されれば、効果的である。 Further, in the present invention, the vehicle is preferably a hybrid vehicle comprising said engine body and the drive motor as a drive source of the vehicle (claim 6).
As described above, in the present invention, the power generation turbine can efficiently generate power to secure higher power. Therefore, it is effective when applied to a hybrid vehicle with high power consumption.

また、本発明は、エンジン本体と、当該エンジン本体にそれぞれ接続される吸気通路および排気通路と、前記排気通路に設けられる過給用タービンおよび前記吸気通路に設けられるコンプレッサを含むターボ過給機とを備え、車両に設けられるターボ過給機付エンジンの排気装置であって、前記排気通路に設けられて排気のエネルギを受けて回転する発電用タービンと、前記発電用タービンと連結されて、当該発電用タービンによって回転駆動されることで発電するモータ・ジェネレータと、前記モータ・ジェネレータをモータとして回転駆動させるモータ駆動装置とを備え、前記発電用タービンは、軸流式のタービンであって、前記排気通路のうち前記過給用タービンの下流側に、当該過給用タービンを通過した排気の全量が導入されるように、かつ、前記過給用タービンと対向して前記発電用タービンの回転軸と前記過給用タービンの回転軸とが同軸となるように配置されており、前記モータ駆動装置は、エンジン回転数が基準回転数よりも低くかつエンジン負荷が基準負荷よりも高い低速高負荷領域において、前記排気通路のうち前記発電用タービンと前記過給用タービンとの間の部分の圧力が低下する方向に前記モータ・ジェネレータおよび前記発電用タービンを回転させることを特徴とするものである（請求項７）。The present invention also relates to an engine main body, an intake passage and an exhaust passage connected to the engine main body, a turbocharger including a turbocharger provided in the exhaust passage and a compressor provided in the intake passage. An exhaust device for a turbocharged engine provided in a vehicle, wherein the power generation turbine is provided in the exhaust passage and is rotated by receiving energy of exhaust, and is connected to the power generation turbine, A motor / generator that generates electric power by being rotationally driven by a power generation turbine; and a motor driving device that rotationally drives the motor / generator as a motor, wherein the power generation turbine is an axial-flow turbine, In the exhaust passage, the entire amount of exhaust gas that has passed through the supercharging turbine is introduced downstream of the supercharging turbine. And the rotating shaft of the power generating turbine and the rotating shaft of the supercharging turbine are arranged coaxially so as to face the supercharging turbine. In a low speed and high load region where the engine load is lower than the reference load and the engine load is higher than the reference load, the pressure in the portion of the exhaust passage between the power generating turbine and the supercharging turbine decreases in the direction. The motor generator and the power generation turbine are rotated (claim 7).

以上説明したように、本発明のターボ過給機付エンジンの排気装置によれば、より確実に高い電力を確保することができる。 As described above, according to the exhaust device for an engine with a turbocharger of the present invention, high power can be ensured more reliably.

車両システムの概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of a vehicle system. エンジン本体の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of an engine main body. ＶＧＴの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of VGT. 過給用タービンおよび発電用タービン周辺を拡大して示した概略構成図である。It is the schematic block diagram which expanded and showed the turbocharger turbine and the power generation turbine periphery. 軸流式タービンの動翼に対する排気の作用を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the effect | action of the exhaust with respect to the moving blade of an axial flow type turbine. 過給用タービンの回転数を一定とした状態での発電用タービンの回転数とその軸トルクとの関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the rotation speed of the turbine for electric power generation in the state which made the rotation speed of the supercharging turbine constant, and its shaft torque. 制御ブロックを示した図である。It is the figure which showed the control block. 排気開閉弁、ＶＧＴ開度および発電に係る制御の手順を示したフローチャートである。It is the flowchart which showed the procedure of the control which concerns on an exhaust on-off valve, a VGT opening degree, and electric power generation. 制御領域を示した図である。It is the figure which showed the control area.

（１）全体構成
図１は、本発明の一実施形態に係るターボ過給機付エンジンの排気装置２が適用されるハイブリッド車３の概略システム図である。このハイブリッド車３は、エンジン本体１とモータ（以下、駆動用モータという）５とをそれぞれ車輪４，４を駆動する駆動源として有し、モータ５がエンジン本体１による車輪４，４の駆動をアシストするように構成されている。具体的には、車輪４，４には、駆動軸等を介してエンジン本体１の出力と駆動用モータ５の出力とがそれぞれ入力されるようになっており、運転条件に応じて、エンジン本体１のみで車輪４，４が駆動される場合と、エンジン本体１と駆動用モータ５とによって車輪４，４が駆動される場合とに切り替えられる。 (1) Overall Configuration FIG. 1 is a schematic system diagram of a hybrid vehicle 3 to which an exhaust system 2 for an engine with a turbocharger according to an embodiment of the present invention is applied. The hybrid vehicle 3 includes an engine body 1 and a motor (hereinafter referred to as a drive motor) 5 as drive sources for driving the wheels 4 and 4, respectively. The motor 5 drives the wheels 4 and 4 by the engine body 1. It is configured to assist. Specifically, the output of the engine main body 1 and the output of the drive motor 5 are respectively input to the wheels 4 and 4 via a drive shaft or the like. It is switched between the case where the wheels 4 and 4 are driven by only 1 and the case where the wheels 4 and 4 are driven by the engine body 1 and the drive motor 5.

図１に示すように、ここでは、エンジン本体１が、４ストロークの直列４気筒の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。また、ここでは、エンジン本体１がディーゼルエンジンの場合について説明する。 As shown in FIG. 1, here, the case where the engine body 1 is a 4-stroke in-line 4-cylinder will be described. That is, the engine body 1 has four cylinders 10 (a first cylinder, a second cylinder, a third cylinder, and a fourth cylinder in order from the left side in FIG. 1) arranged in a predetermined direction. Here, the case where the engine body 1 is a diesel engine will be described.

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。 An intake passage 120 for introducing intake air into the engine body 1 and an exhaust passage 130 for discharging exhaust gas from the engine body 1 are connected to the engine body 1.

図２は、エンジン本体１の概略断面図である。 FIG. 2 is a schematic sectional view of the engine body 1.

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。 The engine body 1 includes a cylinder block 101 in which a cylinder 10 is formed, a cylinder head 102 provided on the upper surface of the cylinder block 101, and a piston 103 that is inserted into the cylinder 10 so as to be slidable back and forth. Yes.

ピストン１０３の上方には燃焼室１５が形成されている。燃焼室１５内には、インジェクタ１８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１５において圧縮されることで燃焼し、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。 A combustion chamber 15 is formed above the piston 103. Fuel is injected from the injector 18 into the combustion chamber 15. The mixture of the injected fuel and air is compressed in the combustion chamber 15 to burn, and the piston 103 is pushed down by the expansion force due to the combustion and reciprocates up and down.

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はその中心軸回りに回転する。 The piston 103 is connected to the crankshaft 106 via a connecting rod, and the crankshaft 106 rotates around its central axis in accordance with the reciprocating motion of the piston 103.

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１５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１５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。 In the cylinder head 102, corresponding to each cylinder 10, an intake port 13 for introducing the air supplied from the intake passage 120 into the combustion chamber 15 of each cylinder 10, and an intake valve 14 for opening and closing the intake port 13. And an exhaust port 11 for leading the exhaust gas generated in the combustion chamber 15 of each cylinder 10 to the outside of the engine body 1 and an exhaust valve 12 for opening and closing the exhaust port 11.

図１に戻り、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。 Returning to FIG. 1, the intake passage 120 is provided with a compressor 62, an intercooler 121, a throttle valve 122, and a surge tank 125 in order from the upstream side. From the surge tank 125, independent intake passages that individually communicate with the intake ports 13 extend.

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タービン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。 This engine system is an engine provided with a turbocharger 60, and has a turbocharging turbine 64 provided in an exhaust passage 130. The turbocharger 64 is rotationally driven by exhaust gas so that the compressor 62 is driven. Rotates, and the intake air in the intake passage 120 is supercharged.

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。 The exhaust passage 130 is provided so as to be connected to each exhaust port 11 of the engine body 1.

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。 The exhaust passage 130 includes four independent passages 40 respectively communicating with the exhaust ports 11 of the cylinders, and a portion where the downstream end portions (end portions on the downstream side in the exhaust flow direction) of the independent passages 40 are gathered in one place. And one exhaust pipe 50 extending downstream.

過給用タービン６４は、排気管５０に設けられている。 The supercharging turbine 64 is provided in the exhaust pipe 50.

過給用タービン６４は、複数の翼を有しこれら翼に排気が衝突することで回転する。本実施形態では、図３に示すように、過給用タービン６４は、ＶＧＴ（ＶａｒｉａｂｌｅＧｅｏｍｅｔｒｙＴｕｒｂｉｎｅ）であり、その周囲には、角度変更可能な複数のノズルベーン６４ｂが設けられているとともに、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とが設けられている。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、過給用タービン６４に流入する排気の流路の面積は小さくなり、過給用タービン６４に流入する排気の流速が増大する。 The supercharging turbine 64 has a plurality of blades and rotates when exhaust collides with these blades. In the present embodiment, as shown in FIG. 3, the supercharging turbine 64 is a VGT (Variable Geometry Turbine), and a plurality of nozzle vanes 64 b whose angles can be changed are provided around the turbine. A rod 64c associated with 64b and a vane actuator 64d that changes the angle of each nozzle vane 64b by driving the rod 64c forward and backward are provided. When the nozzle vane 64b is driven by the vane actuator 64d and the rod 64c in the closing direction (direction in which the distance between the adjacent nozzle vanes 64b is reduced), the area of the flow path of the exhaust gas flowing into the supercharging turbine 64 is reduced. The flow rate of the exhaust gas flowing into the industrial turbine 64 increases.

このように、本実施形態では、各ノズルベーン６４ｂと、ロッド６４ｃと、ベーンアクチュエータ６４ｄとが、過給用タービン６４に流入する排気の流路面積を変更して、過給用タービン６４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して機能する。 Thus, in this embodiment, each nozzle vane 64b, rod 64c, and vane actuator 64d change the flow area of the exhaust gas flowing into the supercharging turbine 64 and flow into the supercharging turbine 64. It functions as an exhaust flow rate changing means capable of changing the exhaust flow rate.

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、排気のエネルギを受けて回転する発電用タービン７４が設けられている。 A power generation turbine 74 that rotates in response to the energy of exhaust gas is provided in a portion of the exhaust pipe 50 downstream of the supercharging turbine 64.

図４は、過給用タービンおよび発電用タービン周辺を拡大して示した概略構成図である。 FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing the surroundings of the turbocharging turbine and the power generation turbine in an enlarged manner.

発電用タービン７４は、軸流式のタービンであって、周方向に並ぶ複数の動翼を有し、排気が回転軸７４ｃに沿ってこれら動翼７４ａに流入することで回転する。 The power generation turbine 74 is an axial-flow turbine and has a plurality of moving blades arranged in the circumferential direction, and rotates when exhaust flows into the moving blades 74a along the rotating shaft 74c.

発電用タービン７４は、過給用タービン６４と比較的近接した位置にこれと対向して配置されている。また、本実施形態では、これらタービン７４、６４は、その各回転中心軸が一致するように、すなわち、互いに同軸上に配置されている。そのため、過給用タービン６４から排出された排気は発電用タービン７４の各翼７４ａに均等に、かつ、高いエネルギを維持したまま流入する。また、図４等に示すように、排気管５０のうち過給用タービン６４と発電用タービン７４との間の連結通路には、分岐通路等は設けられておらず、過給用タービン６４を流下した排気は全量、発電用タービン７４に流入する。 The power generation turbine 74 is disposed opposite to the supercharging turbine 64 at a position relatively close thereto. In the present embodiment, the turbines 74 and 64 are arranged so that their respective rotation center axes coincide with each other, that is, coaxially with each other. Therefore, the exhaust discharged from the supercharging turbine 64 flows evenly into each blade 74a of the power generation turbine 74 while maintaining high energy. Further, as shown in FIG. 4 and the like, the connecting passage between the supercharging turbine 64 and the power generation turbine 74 in the exhaust pipe 50 is not provided with a branch passage or the like. The exhaust gas that has flowed down flows entirely into the power generation turbine 74.

本実施形態では、発電用タービン７４は、静翼を有しない１段式の軸流式タービンであって、発電用タービン７４は、過給用タービン６４と反対向きに回転する。 In the present embodiment, the power generation turbine 74 is a single-stage axial flow turbine having no stationary blades, and the power generation turbine 74 rotates in the opposite direction to the supercharging turbine 64.

このように構成されることで、発電用タービン７４の回転軸７４ｃには、発電用タービン７４と過給用タービン６４との間で回転数差が生じるとトルクすなわち軸トルクが発生する。 With this configuration, torque, that is, shaft torque, is generated on the rotating shaft 74 c of the power generation turbine 74 when a rotational speed difference occurs between the power generation turbine 74 and the supercharging turbine 64.

図５を用いて簡単に説明する。図５は、発電用タービン７４の動翼７４ａの概略断面図である。この図５の破線で示すように、軸流式である発電用タービン７４では、過給用タービン６４から旋回しながら流下した排気が動翼７４ａに衝突してその向きを変えつつ流下することで、動翼７４ａに排気から衝動力と反力が加えられるようになっている。 This will be briefly described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the rotor blade 74 a of the power generation turbine 74. As indicated by the broken line in FIG. 5, in the axial power generation turbine 74, the exhaust gas flowing down from the supercharging turbine 64 collides with the moving blade 74a and flows down while changing its direction. The impulsive force and reaction force are applied to the moving blade 74a from the exhaust.

従って、発電用タービン７４と過給用タービン６４との回転数が一致していると、排気は発電用タービン７４の動翼７４ａに沿って流下するだけとなり前記衝動力は得られない。一方、前記回転数に差がある場合、具体的には、発電用タービン７４の回転数が過給用タービン６４の回転数よりも小さい場合は、排気が発電用タービン７４の動翼７４ａに衝突し、動翼７４ａには衝動力が加えられる。そして、これにより発電用タービン７４に軸トルクが発生する。また、前記衝動力は、過給用タービン６４と発電用タービンの回転数差が大きいほど大きくなり、図６に示すように、過給用タービンの回転数に対する発電用タービンの回転数の割合が小さいほど、発電用タービンに生成される軸トルクは大きくなる。なお、図６は、入力軸回転数すなわち過給用タービンの回転数を一定とした状態での、出力軸回転数すなわち発電用タービンの回転数と出力軸トルクすなわち発電用タービンに生成される軸トルクとの関係を示したものである。 Therefore, if the rotational speeds of the power generation turbine 74 and the supercharging turbine 64 coincide with each other, the exhaust gas only flows down along the rotor blades 74a of the power generation turbine 74, and the impulsive force cannot be obtained. On the other hand, when there is a difference in the rotational speed, specifically, when the rotational speed of the power generation turbine 74 is smaller than the rotational speed of the supercharging turbine 64, the exhaust gas collides with the rotor blades 74a of the power generation turbine 74. The impulsive force is applied to the rotor blade 74a. As a result, a shaft torque is generated in the power generation turbine 74. Further, the impulsive force increases as the rotational speed difference between the supercharging turbine 64 and the power generating turbine increases. As shown in FIG. 6, the ratio of the rotational speed of the power generating turbine to the rotational speed of the supercharging turbine is as shown in FIG. The smaller the shaft torque, the larger the shaft torque generated in the power generation turbine. FIG. 6 shows the output shaft rotation speed, that is, the power generation turbine speed and the output shaft torque, that is, the shaft generated in the power generation turbine, in a state where the input shaft rotation speed, that is, the rotation speed of the turbocharging turbine is constant. This shows the relationship with torque.

このように、過給用タービン６４との回転数差が大きいほど発電用タービン７４で生成される軸トルクは高くなるため、本実施形態では、軸トルクを確保しながら発電用タービン７４の回転数を小さくすることができる。そこで、本実施形態では、発電用タービン７４の最大回転数は、過給用タービン６４の最大回転数よりも小さく設定されている。例えば、過給用タービン６４の最大回転数の１／２０〜１／１０程度に設定されている。具体的には、過給用タービン６４の最大回転数が２万回転程度とされ、発電用タービン７４の最大回転数が１万以下の値とされている。そして、これにより、発電用タービン７４と一体に回転する後述するモータ・ジェネレータ７２の発電効率が高くされている。 Thus, since the shaft torque generated by the power generation turbine 74 increases as the rotational speed difference from the supercharging turbine 64 increases, in this embodiment, the rotation speed of the power generation turbine 74 is secured while securing the shaft torque. Can be reduced. Therefore, in the present embodiment, the maximum rotational speed of the power generation turbine 74 is set smaller than the maximum rotational speed of the supercharging turbine 64. For example, it is set to about 1/20 to 1/10 of the maximum rotational speed of the turbocharging turbine 64. Specifically, the maximum rotation speed of the turbocharging turbine 64 is set to about 20,000 rotations, and the maximum rotation speed of the power generation turbine 74 is set to a value of 10,000 or less. As a result, the power generation efficiency of a motor / generator 72 (described later) that rotates integrally with the power generation turbine 74 is increased.

図１に示すように、発電用タービン７４は、モータ・ジェネレータ７２と連結されている。モータ・ジェネレータ７２は発電機としての機能を有しており、発電用タービン７４が排気のエネルギを受けて回転すると、これにより回転駆動されて発電する。 As shown in FIG. 1, the power generation turbine 74 is connected to a motor / generator 72. The motor / generator 72 has a function as a generator, and when the power generation turbine 74 rotates in response to the energy of the exhaust gas, the motor / generator 72 is driven to rotate to generate power.

ここで、モータ・ジェネレータ７２は、電気エネルギを受けてモータとしても回転駆動可能であり、このようにモータとして作動する場合には、モータ・ジェネレータ７２は、発電時とは反対向きに回転する。そして、モータ・ジェネレータ７２は、発電用タービン７４を、排気のエネルギを受けて回転するときとは反対の方向に強制的に回転させる。そして、このように強制的に回転させられると、発電用タービン７４は、その上流側から下流側に向かって排気を吸い出す。 Here, the motor / generator 72 can be rotationally driven as a motor in response to electric energy. When the motor / generator 72 operates as a motor in this manner, the motor / generator 72 rotates in the opposite direction to that during power generation. Then, the motor / generator 72 forcibly rotates the power generation turbine 74 in the direction opposite to that when rotating by receiving the energy of the exhaust gas. And when it is forced to rotate in this way, the power generation turbine 74 sucks the exhaust from the upstream side toward the downstream side.

モータ・ジェネレータ７２は、コンバータ８１とＭＧ制御装置（発電量変更手段、モータ駆動装置）７５とを介してバッテリ８２に接続されている。バッテリ８２は、インバータ８３を介して駆動用モータ５に接続されている。従って、モータ・ジェネレータ７２により生成された電力は、バッテリ８２を介して駆動用モータ５の駆動に利用される。また、駆動用モータ５の駆動が停止している場合には、この電力はバッテリ８２に蓄電される。なお、本実施形態では、駆動用モータ５以外の各種電気機器もバッテリ８２に接続されており、前記電力は、バッテリ８２を介してこれら電気機器の駆動にも利用される。 The motor / generator 72 is connected to the battery 82 via a converter 81 and an MG control device (power generation amount changing means, motor drive device) 75. The battery 82 is connected to the drive motor 5 via the inverter 83. Therefore, the electric power generated by the motor / generator 72 is used to drive the driving motor 5 via the battery 82. In addition, when the drive of the drive motor 5 is stopped, this electric power is stored in the battery 82. In the present embodiment, various electric devices other than the drive motor 5 are also connected to the battery 82, and the electric power is also used for driving these electric devices via the battery 82.

ここで、駆動用モータ５が駆動している状態でモータ・ジェネレータ７２が発電を行っている場合、バッテリ８２は、モータ・ジェネレータ７２からの電力を受けつつ駆動用モータ５に電力を供給することになる。そのため、これらの一部が相殺されてバッテリ８２の最終的な入力電力あるいは出力電力は小さくなり、高い効率（送電効率）で駆動用モータ５を駆動することが可能になる。 Here, when the motor / generator 72 is generating electric power while the driving motor 5 is being driven, the battery 82 supplies electric power to the driving motor 5 while receiving electric power from the motor / generator 72. become. Therefore, some of these are canceled out, and the final input power or output power of the battery 82 is reduced, and the drive motor 5 can be driven with high efficiency (power transmission efficiency).

モータ・ジェネレータ７２の駆動は、ＭＧ制御装置７５により制御される。具体的には、ＭＧ制御装置は、モータ・ジェネレータ７２がジェネレータ７２として発電するときの発電量、および、モータ・ジェネレータ７２がモータとして駆動するときの回転数等を変更する。 The driving of the motor / generator 72 is controlled by the MG control device 75. Specifically, the MG control device changes the amount of power generated when the motor / generator 72 generates power as the generator 72, the rotational speed when the motor / generator 72 is driven as a motor, and the like.

なお、駆動用モータ５の出力は、インバータ８３等により変更される。 The output of the drive motor 5 is changed by the inverter 83 or the like.

また、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。 Further, a catalyst device 90 for purifying exhaust gas is disposed in a portion of the exhaust pipe 50 downstream of the supercharging turbine 64.

また、本実施形態では、排気管５０に、発電用タービン７４と過給用タービン６４とをバイパスする触媒用バイパス通路５８が設けられている。すなわち、触媒用バイパス通路５８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発電用タービン７４よりも下流側の部分とを接続しており、排気の少なくとも一部が、これらタービン６４，７４を通過せずに触媒装置９０に流入可能となっている。 In the present embodiment, the exhaust pipe 50 is provided with a catalyst bypass passage 58 that bypasses the power generation turbine 74 and the supercharging turbine 64. That is, the catalyst bypass passage 58 connects a portion of the exhaust pipe 50 upstream of the supercharging turbine 64 and a portion of the exhaust pipe 74 downstream of the power generation turbine 74, and at least a part of the exhaust is It can flow into the catalyst device 90 without passing through the turbines 64 and 74.

触媒用バイパス通路５８には、これを開閉する排気開閉弁５９が設けられており、触媒用バイパス通路５８には、排気開閉弁５９が開弁した場合にのみ排気が流入する。 The catalyst bypass passage 58 is provided with an exhaust opening / closing valve 59 for opening and closing the catalyst bypass passage 58. Exhaust gas flows into the catalyst bypass passage 58 only when the exhaust opening / closing valve 59 is opened.

（２）制御系
次に、図７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。 (2) Control System Next, the control system of the engine system will be described with reference to FIG. The engine system of the present embodiment is controlled by an ECU (engine control unit, control means) 500 mounted on the vehicle. As is well known, ECU 500 is a microprocessor including a CPU, ROM, RAM, I / F, and the like.

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、過給圧（吸気通路１２０のうちコンプレッサ６２の下流側の圧力）を検出する過給圧センサＳＷ４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。 ECU 500 receives information from various sensors. For example, the ECU 500 is provided in the vehicle, an engine speed sensor SW1 for detecting the rotation speed of the crankshaft 106, that is, the engine speed, an airflow sensor SW2 for detecting the intake air amount introduced into each cylinder 10. An accelerator opening sensor SW3 for detecting the opening of an accelerator pedal (not shown) operated by the driver, a supercharging pressure sensor SW4 for detecting a supercharging pressure (pressure on the downstream side of the compressor 62 in the intake passage 120), etc. Are electrically connected to each other and receive input signals from these sensors. In addition, the voltage of the battery and operation signals of various electric devices are input to the ECU 500.

ＥＣＵ５００は、各センサＳＷ１〜Ｓ４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およびＭＧ制御装置７５を制御するとともに、排気開閉弁５９およびその他のエンジンの各部（インジェクタ１８、スロットルバルブ１２２等）にそれぞれ制御信号を出力する。 The ECU 500 executes various calculations based on input signals from the sensors SW1 to S4 and controls the supercharging turbine 64 and the MG control device 75, as well as the exhaust on-off valve 59 and other parts of the engine ( Control signals are output to the injector 18 and the throttle valve 122, respectively.

具体的には、ＥＣＵ５００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。ここで、ＶＧＴ開度は、その値が大きいほど過給用タービン６４の各翼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。なお、本実施形態では、後述するように触媒装置９０が未活性状態のときを除き、エンジンの稼働中において、ＶＧＴ開度は全閉（流通通路を完全に閉鎖する状態）よりも開き側の所定の開度以上となるように制御されている。そして、ここでは、この所定の開度をＶＧＴ開度の最小開度という。すなわち、ＶＧＴ開度が最小開度とされた場合であっても過給用タービン６４には所定量の排気が流入することになる。 Specifically, ECU 500 controls vane actuator 64d of supercharging turbine 64 to control the angle of nozzle vane 64b of supercharging turbine 64 (hereinafter, referred to as VGT opening as appropriate). Here, the larger the value of the VGT opening, the larger the flow passage area of the exhaust circulation passage toward each blade of the supercharging turbine 64, and the smaller the value, the narrower the flow passage area. It is a parameter. In this embodiment, the VGT opening is more open than the fully closed state (a state where the flow passage is completely closed) during the operation of the engine, except when the catalyst device 90 is in an inactive state, as will be described later. It is controlled so as to be a predetermined opening or more. Here, the predetermined opening is referred to as the minimum opening of the VGT opening. That is, even when the VGT opening is the minimum opening, a predetermined amount of exhaust gas flows into the supercharging turbine 64.

また、ＥＣＵ５００は、排気開閉弁５９を開閉するアクチュエータを駆動して、排気開閉弁５９を全開と全閉とに切り替える。 Further, the ECU 500 drives an actuator that opens and closes the exhaust on-off valve 59 to switch the exhaust on-off valve 59 between fully open and fully closed.

ＥＣＵ５００による、過給用タービン６４、ＭＧ制御装置７５、排気開閉弁５９に対する制御手順について図８のフローチャートを用いて説明する。 A control procedure for the supercharging turbine 64, the MG control device 75, and the exhaust opening / closing valve 59 by the ECU 500 will be described with reference to the flowchart of FIG.

まず、ステップＳ１にて、エンジン回転数、アクセル開度、過給圧、触媒温度等を読み込む。触媒温度は、例えば、触媒装置９０に温度センサを取付けてこの温度センサで検出することや、エンジン回転数やエンジン負荷等から推定することで求められる。 First, in step S1, engine speed, accelerator opening, supercharging pressure, catalyst temperature, and the like are read. The catalyst temperature can be obtained, for example, by attaching a temperature sensor to the catalyst device 90 and detecting the temperature using the temperature sensor, or estimating the catalyst temperature from the engine speed, the engine load, or the like.

ステップＳ２では、触媒温度が予め設定された触媒装置９０の活性温度以上か否かを判定する。なお、活性温度は、触媒装置９０の浄化率が所定値（例えば９０％）以上であって触媒装置９０が活性する温度の最低温度であり、予め設定されている。 In step S2, it is determined whether or not the catalyst temperature is equal to or higher than a preset activation temperature of the catalyst device 90. The activation temperature is the lowest temperature at which the purification rate of the catalyst device 90 is equal to or higher than a predetermined value (for example, 90%) and the catalyst device 90 is activated, and is set in advance.

ステップＳ２での判定がＮＯであって触媒温度が活性温度未満の場合は、触媒装置９０が未活性状態であるとして、ステップＳ３に進む。 If the determination in step S2 is NO and the catalyst temperature is lower than the activation temperature, it is determined that the catalyst device 90 is in an inactive state and the process proceeds to step S3.

ステップＳ３では、排気開閉弁５９を開弁（全開に）する（既に開弁しているときは、開弁を維持する）。そして、処理を終了する（ステップＳ１に戻る）。 In step S3, the exhaust on-off valve 59 is opened (fully opened) (if already opened, the valve is kept open). Then, the process ends (returns to step S1).

このように、本実施形態では、触媒装置９０の温度が活性温度未満であって触媒装置９０が未活性状態のときは、排気開閉弁５９が開弁されて触媒用バイパス通路５８が開放される。なお、本実施形態では、このとき、触媒装置９０に、より高温の排気を導入するべく、ＶＧＴ開度は最大開度よりも小さい開度（最も小さい開度等）とされて、触媒用バイパス通路５８への排気の流入が促進されるとともに、各タービン６４，７４を通過する排気のこれらタービン６４，７４でのエネルギ消費が抑制される。 Thus, in this embodiment, when the temperature of the catalyst device 90 is lower than the activation temperature and the catalyst device 90 is in an inactive state, the exhaust on-off valve 59 is opened and the catalyst bypass passage 58 is opened. . In this embodiment, at this time, in order to introduce higher-temperature exhaust gas into the catalyst device 90, the VGT opening is set to an opening smaller than the maximum opening (the smallest opening or the like), and the catalyst bypass. The inflow of exhaust gas into the passage 58 is promoted, and energy consumption of the exhaust gas passing through the turbines 64 and 74 in the turbines 64 and 74 is suppressed.

一方、ステップＳ２の判定がＹＥＳであって、触媒温度が活性温度以上の場合は、触媒装置９０が活性状態であるとして、ステップＳ８に進む。 On the other hand, if the determination in step S2 is YES and the catalyst temperature is equal to or higher than the activation temperature, it is determined that the catalyst device 90 is in the active state, and the process proceeds to step S8.

ステップＳ８では、排気開閉弁５９を閉弁（全閉に）する（既に閉弁しているときは、閉弁を維持する）。 In step S8, the exhaust on-off valve 59 is closed (fully closed) (when already closed, the valve is kept closed).

このように、本実施形態では、触媒装置９０の温度が活性温度以上であって触媒装置９０が活性状態にあるときは、排気開閉弁５９が閉弁されてエンジン本体１からの排気はすべて過給用タービン６４と発電用タービン７４とに供給される。 Thus, in this embodiment, when the temperature of the catalyst device 90 is equal to or higher than the activation temperature and the catalyst device 90 is in the active state, the exhaust on-off valve 59 is closed and all exhaust from the engine body 1 is excessive. It is supplied to the supply turbine 64 and the power generation turbine 74.

ステップＳ８の後は、ステップＳ１０に進む。ステップＳ１０では、運転領域が図９に示した低速高負荷領域Ａ１であるか否かを判定する。具体的には、本実施形態では、図９に示すように、モータ・ジェネレータ７２等の制御に係る運転領域として、エンジン回転数が基準回転数Ｎ１以下、かつ、エンジントルクが基準負荷Ｔ１以上の低速高負荷領域Ａ１と、残余の領域Ａ２とが設定されており、ステップＳ１０では、エンジン回転数とエンジントルクとに応じて現在の運転領域が低速高負荷領域Ａ１であるか否かを判定する。なお、基準負荷Ｔ１は、エンジン回転数が高いほど大きい値に設定されている。 After step S8, the process proceeds to step S10. In step S10, it is determined whether or not the operation region is the low speed and high load region A1 shown in FIG. Specifically, in the present embodiment, as shown in FIG. 9, as an operation region related to the control of the motor / generator 72 and the like, the engine speed is the reference speed N1 or less and the engine torque is the reference load T1 or more. The low speed and high load area A1 and the remaining area A2 are set. In step S10, it is determined whether or not the current operation area is the low speed and high load area A1 according to the engine speed and the engine torque. . The reference load T1 is set to a larger value as the engine speed is higher.

一方、ステップＳ１０の判定がＮＯであって、領域Ａ２で運転がなされている場合は、ステップＳ２１に進む。 On the other hand, when the determination in step S10 is NO and the operation is performed in the region A2, the process proceeds to step S21.

ステップＳ２１では、ＶＧＴ開度を基本開度にする。この基本開度は、過給圧をその目標値である目標過給圧であって予め設定された圧力にすることができるＶＧＴ開度であり、実験等により運転条件に応じて予め設定されている。例えば、ＥＣＵ５００は、エンジン回転数とエンジン負荷（要求エンジントルク）とに対して目標過給圧および基本開度をマップで設定、記憶しており、ステップＳ３１において、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開度を抽出する。 In step S21, the VGT opening is set to the basic opening. This basic opening is a VGT opening that can set the boost pressure to a target boost pressure that is a target value, and can be set to a preset pressure. Yes. For example, the ECU 500 sets and stores a target boost pressure and a basic opening with respect to the engine speed and the engine load (required engine torque) on a map. In step S31, the ECU 500 sets the engine speed and the engine load. Accordingly, the basic opening is extracted from this map.

ステップＳ２１の後は、ステップＳ２２に進む。ステップＳ２２では、モータ・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を判定する。本実施形態では、ＥＣＵ５００は、駆動用モータ５の駆動時、すなわち、モータアシスト時や、バッテリの残量が所定量以下になった場合や、バッテリに接続されている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たと判定する。ここで、本実施形態では、図９に示すように、領域Ａ２のうちエンジン回転数が高くエンジン負荷が高い高速高負荷領域Ａ２＿ｂにおいて、駆動用モータ５が駆動される。 After step S21, the process proceeds to step S22. In step S22, it is determined whether a power generation request for the motor / generator 72 has been issued. In the present embodiment, the ECU 500 increases the load on the electric device connected to the battery when the driving motor 5 is driven, that is, when the motor assists, or when the remaining amount of the battery falls below a predetermined amount. In such a case, it is determined that a power generation request for the generator 72 has been issued. Here, in the present embodiment, as shown in FIG. 9, the drive motor 5 is driven in a high-speed and high-load region A2_b where the engine speed is high and the engine load is high in the region A2.

ステップＳ２２の判定がＮＯであって、発電要求が出されていない場合は、そのまま処理を終了する（ステップＳ１に戻る）。 If the determination in step S22 is NO and no power generation request has been issued, the process is terminated as it is (return to step S1).

一方、ステップＳ２２の判定がＹＥＳであって、発電要求が出されている場合は、ステップＳ２３に進む。 On the other hand, if the determination in step S22 is YES and a power generation request has been issued, the process proceeds to step S23.

ステップＳ２３では、モータ・ジェネレータ７２での発電を実施する（既に発電が行われているときは、それを維持する）。 In step S23, power generation by the motor / generator 72 is performed (if power generation has already been performed, it is maintained).

ステップＳ２３の後は、ステップＳ２４に進み、過給圧が前記のように設定された目標過給圧未満か否かを判定する。 After step S23, the process proceeds to step S24, and it is determined whether or not the supercharging pressure is less than the target supercharging pressure set as described above.

ステップＳ２４の判定がＮＯであって過給圧が目標過給圧以上の場合は、そのまま処理を終了する（ステップＳ１に戻る）。 If the determination in step S24 is NO and the supercharging pressure is equal to or higher than the target supercharging pressure, the process is terminated as it is (returning to step S1).

一方、ステップＳ２４の判定がＹＥＳであって過給圧が目標過給圧未満の場合は、ステップＳ２５に進む。 On the other hand, if the determination in step S24 is YES and the boost pressure is less than the target boost pressure, the process proceeds to step S25.

ステップＳ２５では、ＶＧＴ開度を閉じ側に補正し、その後処理を終了する（ステップＳ１に戻る）。 In step S25, the VGT opening is corrected to the closed side, and the process is thereafter terminated (return to step S1).

このように、本実施形態では、領域Ａ２では、ＶＧＴ開度は、目標過給圧が実現されるようにＶＧＴ開度が変更され、発電要求に応じてモータ・ジェネレータ７２において発電が実施される。 As described above, in the present embodiment, in the region A2, the VGT opening is changed so that the target boost pressure is achieved, and the motor / generator 72 generates power in response to a power generation request. .

一方、ステップＳ１０の判定がＹＥＳであって低速高負荷領域Ａ１で運転がなされている場合は、ステップＳ１１に進む。 On the other hand, if the determination in step S10 is yes and the operation is performed in the low speed and high load region A1, the process proceeds to step S11.

ステップＳ１１では、ＶＧＴ開度を最も閉じ側の開度（最小開度）とする。また、ステップＳ１１の後に進むステップＳ１２では、モータ・ジェネレータ７２をモータとして駆動し（既にモータとして駆動されているときはそれを維持する）、処理を終了する（ステップＳ１に戻る）。すなわち、モータ・ジェネレータ７２による発電は停止され、モータ・ジェネレータ７２はモータとして駆動される。 In step S11, the VGT opening is set to the most closed opening (minimum opening). Further, in step S12, which proceeds after step S11, the motor / generator 72 is driven as a motor (if it is already driven as a motor, it is maintained), and the process ends (returns to step S1). That is, power generation by the motor / generator 72 is stopped, and the motor / generator 72 is driven as a motor.

このように、本実施形態では、低速高負荷領域Ａ１では、ＶＧＴ開度が最も閉じ側の開度とされるとともに、モータ・ジェネレータ７２がモータとして駆動される。 Thus, in the present embodiment, in the low speed and high load region A1, the VGT opening is set to the most closed position, and the motor / generator 72 is driven as a motor.

従って、エンジン回転数が基準回転数Ｎ１以下の状態での加速時であって運転領域が領域Ａ２から領域Ａ１に移行したときには、これに伴って、モータ・ジェネレータ７２のモータとしての駆動が開始され、ＶＧＴ開度が閉じ側の開度に変更される。 Therefore, when the engine speed is during acceleration in a state where the engine speed is equal to or lower than the reference speed N1 and the operation area shifts from the area A2 to the area A1, the motor / generator 72 is started to be driven as a motor. The VGT opening is changed to the opening on the closing side.

（３）作用等
以上のように、本実施形態では、排気管５０に、上流側から順に、コンプレッサ６２を駆動する過給用タービン６４と、モータ・ジェネレータ７２を回転駆動して発電させることが可能な発電用タービン７４とが配置されているとともに、過給用タービン６４を流下した排気の全量が発電用タービン７４に流入するよう構成されている。そのため、過給用タービン６４から導出された全ての排気のエネルギを発電用タービン７４で利用することができる。すなわち、過給用タービン６４で利用しなかった排気をそのまま外部に排出するのではなく、発電用タービン７４で発電に利用することができる。従って、発電用タービン７４での発電量すなわち電力をより多く確保することができる。 (3) Operation, etc. As described above, in this embodiment, the turbocharger 64 for driving the compressor 62 and the motor / generator 72 are driven to rotate in the exhaust pipe 50 in order from the upstream side to generate electric power. A possible power generation turbine 74 is arranged, and the entire amount of exhaust gas flowing down the supercharging turbine 64 flows into the power generation turbine 74. Therefore, all the exhaust energy derived from the supercharging turbine 64 can be used by the power generation turbine 74. That is, the exhaust gas that has not been used by the supercharging turbine 64 is not directly discharged to the outside, but can be used by the power generation turbine 74 for power generation. Therefore, it is possible to secure a larger amount of power generated by the power generation turbine 74, that is, more power.

しかも、本実施形態では、発電用タービン７４が軸流式であって、この軸流式の発電用タービン７４が、過給用タービン６４と対向し、かつ、これらタービン６４，７４の回転軸どうしが同軸となるように配置されている。そのため、過給用タービン６４から流出した排気の旋回流を発電用タービン７４の各動翼７４ａに効果的に衝突させてこれら動翼７４ａに高い衝動力を加えることができる。従って、発電用タービン７４およびモータ・ジェネレータ７２を効果的に回転駆動することができ、モータ・ジェネレータ７２での発電量をより多く確保することができる。特に、前記のように、これら２つのタービン６４，７４の回転数差が大きいほど、具体的には、過給用タービン６４の回転数に対して発電用タービン７４の回転数が小さいほど、発電用タービン７４の軸トルクは大きくなる。従って、発電用タービン７４において低回転で高い軸トルクを発生させ、これを、モータ・ジェネレータ７２に付与することができ、モータ・ジェネレータ７２において効率よく発電を行うことができる。 In addition, in the present embodiment, the power generation turbine 74 is an axial flow type, and this axial flow type power generation turbine 74 is opposed to the supercharging turbine 64 and the rotation shafts of these turbines 64, 74 are connected to each other. Are arranged so as to be coaxial. Therefore, the swirl flow of the exhaust gas flowing out from the supercharging turbine 64 can be effectively collided with the rotor blades 74a of the power generation turbine 74, and a high impulse can be applied to the rotor blades 74a. Therefore, the power generation turbine 74 and the motor / generator 72 can be driven to rotate effectively, and a larger amount of power can be secured by the motor / generator 72. In particular, as described above, the larger the rotational speed difference between the two turbines 64 and 74, more specifically, the smaller the rotational speed of the power generation turbine 74 relative to the rotational speed of the supercharging turbine 64, The shaft torque of the industrial turbine 74 is increased. Therefore, a high shaft torque can be generated at a low speed in the power generation turbine 74 and can be applied to the motor / generator 72, and the motor / generator 72 can efficiently generate power.

また、本実施形態では、過給用タービン６４がＶＧＴとされて、過給用タービン６４に流入する排気の流速ひいては過給用タービン６４の回転駆動力および過給能力が変更可能となっている。そのため、モータ・ジェネレータ７２において適切に発電を行いつつＶＧＴ開度の調整によって過給圧を目標過給圧に制御することができる。 Further, in the present embodiment, the supercharging turbine 64 is set to VGT, and the flow velocity of the exhaust gas flowing into the supercharging turbine 64 and thus the rotational driving force and supercharging capability of the supercharging turbine 64 can be changed. . Therefore, the supercharging pressure can be controlled to the target supercharging pressure by adjusting the VGT opening while appropriately generating power in the motor / generator 72.

また、本実施形態では、モータ・ジェネレータ７２をモータとして駆動してこれにより発電用タービン７４を強制的に回転駆動させ、排気を発電用タービン７４の上流側から下流側に向かって吸い出すことが可能となっている。そのため、発電用タービン７４の上流側の圧力すなわち過給用タービン６４の背圧を小さくして過給用タービン６４の前後差圧（上流側の圧力と下流側の圧力との差）を大きくすることができ、過給用タービン６４によるコンプレッサ６２の駆動力すなわち過給力をより適切に高めることができる。 In the present embodiment, the motor / generator 72 is driven as a motor so that the power generation turbine 74 can be forcibly driven to rotate, and exhaust gas can be sucked out from the upstream side to the downstream side of the power generation turbine 74. It has become. Therefore, the pressure on the upstream side of the power generation turbine 74, that is, the back pressure of the supercharging turbine 64 is reduced to increase the differential pressure across the supercharging turbine 64 (the difference between the upstream pressure and the downstream pressure). Therefore, the driving force of the compressor 62 by the supercharging turbine 64, that is, the supercharging force, can be increased more appropriately.

特に、本実施形態では、低速高負荷領域Ａ１であってエンジン本体から排出される排気の流量が小さい一方高い過給圧が要求される領域Ａ１において、ＶＧＴ開度を最小開度（最も閉じ側の開度）にするとともに、モータ・ジェネレータ７２をモータとして駆動して発電用タービン７４を強制的に回転させている。そのため、この領域Ａ１において、過給用タービンの前後差圧をより一層大きくすることができ、過給圧を確実に高くすることができる。 In particular, in the present embodiment, the VGT opening is set to the minimum opening (the most closed side) in the low speed and high load area A1 where the flow rate of the exhaust gas discharged from the engine body is small while high supercharging pressure is required. And the generator 72 is forcibly rotated by driving the motor / generator 72 as a motor. Therefore, in this region A1, the differential pressure across the turbocharging turbine can be further increased, and the supercharging pressure can be reliably increased.

また、本実施形態では、排気管５０に、過給用タービン６４および発電用タービン７４をバイパスする触媒用バイパス通路５８が設けられて、これらをバイパスした排気が触媒装置９０に流入できるようになっている。そして、触媒装置９０が未活性状態のときには、この触媒用バイパス通路５８が開放されて、エンジン本体１から排出された排気が各タービン６４，７４を通過することなく触媒装置９０に流入するようになっている。そのため、触媒装置９０の未活性時において、エンジン本体１から排出された排気のエネルギを過給用タービン６４および発電用タービン７４で消費することなく触媒装置９０に流入させることができる。すなわち、排気をより高温の状態で触媒装置９０に流入させることができる。そのため、触媒の活性化を促進することができる。 In the present embodiment, the exhaust pipe 50 is provided with a catalyst bypass passage 58 that bypasses the supercharging turbine 64 and the power generation turbine 74, and the exhaust gas bypassing these can flow into the catalyst device 90. ing. When the catalyst device 90 is in an inactive state, the catalyst bypass passage 58 is opened so that the exhaust discharged from the engine body 1 flows into the catalyst device 90 without passing through the turbines 64 and 74. It has become. Therefore, when the catalyst device 90 is inactive, the energy of the exhaust discharged from the engine body 1 can be allowed to flow into the catalyst device 90 without being consumed by the supercharging turbine 64 and the power generation turbine 74. That is, the exhaust gas can flow into the catalyst device 90 at a higher temperature. Therefore, activation of the catalyst can be promoted.

（４）変形例
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過給用タービン６４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、過給用タービン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。この場合には、例えば、低速高負荷領域Ａ１において、一方の通路を閉鎖し、領域Ａ２において両方の通路を開放する。ただし、ＶＧＴを用いれば、各ノズルベーン６４ｂの角度を変更することで過給用タービン６４に流入する排気の流速を容易に変更することができる。 (4) Modification In the above embodiment, when the VGT is used as the supercharging turbine 64 and the flow passage area of the passage through which the exhaust gas flowing into the supercharging turbine 64 passes is changed by changing the opening of the nozzle vane. However, the specific configuration for changing the flow channel area is not limited to this. For example, as a turbocharging turbine, instead of VGT, a twin scroll turbine in which a passage for introducing exhaust gas into the supercharging turbine is branched into two, and by opening and closing one of the passages, the flow passage area is reduced. It may be changed. In this case, for example, one passage is closed in the low speed and high load region A1, and both passages are opened in the region A2. However, if VGT is used, the flow velocity of the exhaust gas flowing into the supercharging turbine 64 can be easily changed by changing the angle of each nozzle vane 64b.

また、過給用タービン６４を軸流式としてもよい。ただし、前記のように、過給用タービン６４を周流式とし、さらにこれをＶＧＴとすれば、過給用タービン６４に流入する排気の流速を容易に変更して過給圧を容易に適切な値に変更することができる。 The supercharging turbine 64 may be an axial flow type. However, as described above, if the supercharging turbine 64 is of a peripheral flow type and further is VGT, the flow rate of the exhaust gas flowing into the supercharging turbine 64 can be easily changed to easily set the supercharging pressure appropriately. Can be changed to any value.

また、前記モータ・ジェネレータ７２に代えて、モータ機能を有さないジェネレータ７２が用いられてもよい。ただし、前記のように、モータ・ジェネレータ７２を用い、これにより、発電用タービン７４において排気を下流側に吸い出すようにすれば、過給圧をより一層高めることができる。 In place of the motor / generator 72, a generator 72 having no motor function may be used. However, as described above, if the motor / generator 72 is used so that the exhaust gas is sucked out downstream in the power generation turbine 74, the supercharging pressure can be further increased.

また、前記実施形態では、発電用タービン７４の最大回転数が、過給用タービン６４の最大回転数よりも小さい場合について説明したが、これら最大回転数の関係はこれに限らない。ただし、前記のように、本実施形態では、発電用タービン７４において低回転で高い軸トルクを得ることができるため、発電用タービンとしてその最大回転数を小さくすることができ、これにより、発電機の回転数を小さくして発電効率を高めることができる。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where the maximum rotation speed of the power generation turbine 74 was smaller than the maximum rotation speed of the supercharging turbine 64, the relationship of these maximum rotation speeds is not restricted to this. However, as described above, in the present embodiment, since a high shaft torque can be obtained at a low speed in the power generation turbine 74, the maximum rotational speed of the power generation turbine can be reduced. The number of rotations can be reduced and the power generation efficiency can be increased.

また、前記実施形態では、領域Ａ２においてのみ（エンジン本体１に対する加速要求がなく、発電要求がある場合において）、発電を実施する場合について説明したが、低速高負荷領域Ａ１においても、発電要求に応じて発電を行ってもよい。ただし、低速高負荷領域Ａ１は、排気の流量が少なく排気のエネルギ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である。そのため、この領域Ａ１での発電を停止（禁止）すれば、より効果的に過給力を確保することができる。 In the above embodiment, the case where power generation is performed only in the region A2 (when there is no acceleration request for the engine body 1 and there is a power generation request) has been described. Power generation may be performed accordingly. However, the low-speed and high-load region A1 is a region where the flow rate of the exhaust gas is small and the energy of the exhaust gas is small, while a high engine torque and thus a high supercharging force is required. Therefore, if the power generation in this area A1 is stopped (prohibited), the supercharging power can be secured more effectively.

また、前記実施形態では、車両がエンジン本体１と駆動用モータ５とを備えるハイブリッド車である場合について説明したが、エンジン本体１のみを駆動源とする車両に適用されてもよい。ただし、前記のように、本実施形態では、発電用タービン７４に効率よく発電を行わせてより高い電力を確保することができるため、消費電力の大きいハイブリッド車に適用されれば、効果的である。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where a vehicle was a hybrid vehicle provided with the engine main body 1 and the drive motor 5, you may apply to the vehicle which uses only the engine main body 1 as a drive source. However, as described above, in the present embodiment, since the power generation turbine 74 can efficiently generate power to secure higher power, it is effective when applied to a hybrid vehicle with high power consumption. is there.

また、前記実施形態では、エンジン本体１が４気筒のディーゼルエンジンの場合について説明したが、エンジン本体１の種類はこれに限らない。例えば、ガソリンエンジンや、その他の気筒数を有するエンジンであってもよい。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where the engine main body 1 was a 4-cylinder diesel engine, the kind of engine main body 1 is not restricted to this. For example, a gasoline engine or an engine having another number of cylinders may be used.

１エンジン本体
６４過給用タービン
６４ｂノズルベーン
７２モータ・ジェネレータ（発電機）
７４発電用タービン
７５ＭＧ制御装置（発電量変更手段、モータ駆動装置）
１３０排気通路
５００ＥＣＵ（制御手段） 1 Engine body 64 Turbine for supercharging 64b Nozzle vane 72 Motor generator (generator)
74 Turbine for power generation 75 MG control device (power generation amount changing means, motor drive device)
130 Exhaust passage 500 ECU (control means)

Claims

エンジン本体と、当該エンジン本体にそれぞれ接続される吸気通路および排気通路と、前記排気通路に設けられる過給用タービンおよび前記吸気通路に設けられるコンプレッサを含むターボ過給機とを備え、車両に設けられるターボ過給機付エンジンの排気装置であって、
前記排気通路に設けられて排気のエネルギを受けて回転する発電用タービンと、
前記発電用タービンと連結されて、当該発電用タービンによって回転駆動されることで発電する発電機と、
前記過給用タービンに流入する排気の流路面積を変更することにより当該排気の流速を変更可能な排気流速変更手段と、
前記発電機の発電量を変更可能な発電量変更手段と、
前記排気流速変更手段と前記発電量変更手段とを制御する制御手段とを備え、
前記発電用タービンは、軸流式のタービンであって、前記排気通路のうち前記過給用タービンの下流側に、当該過給用タービンを通過した排気の全量が導入されるように、かつ、前記過給用タービンと対向して前記発電用タービンの回転軸と前記過給用タービンの回転軸とが同軸となるように配置されており、
前記制御手段は、エンジン回転数が基準回転数よりも低くかつエンジン負荷が基準負荷よりも高い低速高負荷領域では、前記排気流速変更手段によって前記流路面積を最小面積にするとともに前記発電量変更手段によって前記発電機による発電を停止させることを特徴とするターボ過給機付エンジンの排気装置。 An engine main body, an intake passage and an exhaust passage connected to the engine main body, a turbocharger including a turbocharger provided in the exhaust passage and a compressor provided in the intake passage, are provided in a vehicle. An exhaust system for a turbocharged engine,
A power generation turbine that is provided in the exhaust passage and rotates by receiving the energy of the exhaust;
A generator that is connected to the power generation turbine and generates power by being rotationally driven by the power generation turbine ;
An exhaust flow velocity changing means capable of changing the flow velocity of the exhaust gas by changing the flow passage area of the exhaust gas flowing into the supercharging turbine;
Power generation amount changing means capable of changing the power generation amount of the generator;
Control means for controlling the exhaust flow velocity changing means and the power generation amount changing means ,
The power generation turbine is an axial flow turbine so that the entire amount of exhaust gas that has passed through the turbocharging turbine is introduced to the downstream side of the turbocharging turbine in the exhaust passage, and Opposing to the supercharging turbine, the rotating shaft of the power generating turbine and the rotating shaft of the supercharging turbine are arranged so as to be coaxial ,
In the low speed and high load region where the engine speed is lower than the reference speed and the engine load is higher than the reference load, the control means minimizes the flow path area by the exhaust flow speed changing means and changes the power generation amount. An exhaust system for an engine with a turbocharger, characterized in that power generation by the generator is stopped by means.

請求項１に記載のターボ過給機付エンジンの排気装置において、
前記過給用タービンは、周流式のタービンであり、
前記排気流速変更手段は、前記過給用タービンの周囲に角度変更可能に設けられた複数のノズルベーンを備えることを特徴とするターボ過給機付エンジンの排気装置。 The exhaust system for an engine with a turbocharger according to claim 1 ,
The supercharging turbine is a peripheral flow turbine,
The exhaust system for an engine with a turbocharger, wherein the exhaust flow velocity changing means includes a plurality of nozzle vanes provided around the supercharging turbine so that the angle can be changed.

請求項１または２に記載のターボ過給機付エンジンの排気装置において、
前記制御手段は、前記低速高負荷領域を除く運転領域において前記発電機に対して発電の要求があった場合には、前記発電量変更手段によって前記発電機に発電を行わせるとともに、当該発電機の発電に伴って過給圧が低下すると前記排気流速変更手段によって前記流路面積を小さくすることを特徴とするターボ過給機付エンジンの排気装置。 The exhaust system for an engine with a turbocharger according to claim 1 or 2 ,
When there is a request for power generation to the generator in the operation region excluding the low speed and high load region, the control unit causes the generator to generate power by the power generation amount changing unit, and the generator An exhaust system for an engine with a turbocharger, wherein the exhaust gas flow rate changing means reduces the flow passage area when the supercharging pressure decreases with the power generation.

請求項１〜３のいずれかに記載のターボ過給機付エンジンの排気装置において、
前記発電機は、モータ・ジェネレータであり、
前記モータ・ジェネレータをモータとして回転駆動させるモータ駆動装置を備え、
前記制御手段は、前記低速高負荷領域において、前記モータ駆動装置によって、前記排気通路のうち前記発電用タービンと前記過給用タービンとの間の部分の圧力が低下する方向に前記モータ・ジェネレータおよび前記発電用タービンを回転させることを特徴とするターボ過給機付エンジンの排気装置。 In the exhaust system of the turbocharged engine according to any one of claims 1 to 3 ,
The generator is a motor generator;
A motor drive device that rotationally drives the motor / generator as a motor,
In the low-speed and high-load region, the control means causes the motor / generator and the motor / generator in a direction in which a pressure in a portion of the exhaust passage between the power generation turbine and the supercharging turbine is reduced by the motor driving device. An exhaust system for an engine with a turbocharger, wherein the turbine for power generation is rotated.

請求項１〜４のいずれかに記載のターボ過給機付エンジンの排気装置において、
前記発電用タービンの最大回転数は、前記過給用タービンの最大回転数よりも小さいことを特徴とするターボ過給機付エンジンの排気装置。 In the exhaust system of the turbocharged engine according to any one of claims 1 to 4 ,
An exhaust system for an engine with a turbocharger, wherein the maximum rotational speed of the power generating turbine is smaller than the maximum rotational speed of the turbocharging turbine.

請求項１〜５のいずれかに記載のターボ過給機付エンジンの排気装置において、
前記車両は、車両の駆動源として前記エンジン本体と駆動用モータとを備えるハイブリ
ッド車であることを特徴とするターボ過給機付エンジンの排気装置。 In the exhaust system of the turbocharged engine according to any one of claims 1 to 5 ,
An exhaust system for an engine with a turbocharger, wherein the vehicle is a hybrid vehicle including the engine body and a drive motor as a drive source of the vehicle.

エンジン本体と、当該エンジン本体にそれぞれ接続される吸気通路および排気通路と、前記排気通路に設けられる過給用タービンおよび前記吸気通路に設けられるコンプレッサを含むターボ過給機とを備え、車両に設けられるターボ過給機付エンジンの排気装置であって、An engine main body, an intake passage and an exhaust passage connected to the engine main body, a turbocharger including a turbocharger provided in the exhaust passage and a compressor provided in the intake passage, are provided in a vehicle. An exhaust system for a turbocharged engine,
前記排気通路に設けられて排気のエネルギを受けて回転する発電用タービンと、A power generation turbine that is provided in the exhaust passage and rotates by receiving the energy of the exhaust;
前記発電用タービンと連結されて、当該発電用タービンによって回転駆動されることで発電するモータ・ジェネレータと、A motor / generator connected to the power generation turbine and generating power by being rotationally driven by the power generation turbine;
前記モータ・ジェネレータをモータとして回転駆動させるモータ駆動装置とを備え、A motor driving device for rotating the motor / generator as a motor;
前記発電用タービンは、軸流式のタービンであって、前記排気通路のうち前記過給用タービンの下流側に、当該過給用タービンを通過した排気の全量が導入されるように、かつ、前記過給用タービンと対向して前記発電用タービンの回転軸と前記過給用タービンの回転軸とが同軸となるように配置されており、The power generation turbine is an axial flow turbine so that the entire amount of exhaust gas that has passed through the turbocharging turbine is introduced to the downstream side of the turbocharging turbine in the exhaust passage, and Opposing to the supercharging turbine, the rotating shaft of the power generating turbine and the rotating shaft of the supercharging turbine are arranged so as to be coaxial,
前記モータ駆動装置は、エンジン回転数が基準回転数よりも低くかつエンジン負荷が基準負荷よりも高い低速高負荷領域において、前記排気通路のうち前記発電用タービンと前記過給用タービンとの間の部分の圧力が低下する方向に前記モータ・ジェネレータおよび前記発電用タービンを回転させることを特徴とするターボ過給機付エンジンの排気装置。In the low-speed and high-load region where the engine speed is lower than the reference speed and the engine load is higher than the reference load, the motor drive device is provided between the power generation turbine and the supercharging turbine in the exhaust passage. An exhaust system for an engine with a turbocharger, wherein the motor / generator and the power generating turbine are rotated in a direction in which the pressure in the portion decreases.