(57)【要約】【課題】触媒の活性化制御の最中の点火装置の放電動作により生成したオゾンを、触媒の活性化のために無駄なく利用するための技術を提供する。【解決手段】エンジンの始動時において、触媒の温度が活性化温度未満の場合、触媒を活性化させる制御（活性化制御）が行われる。活性化制御では、点火装置の第１および第２の放電動作が制御される。第１の放電動作は、筒内の混合気に点火する目的で行われる。第２の放電動作は、オゾンを生成する目的で行われる。第１の放電動作は、クランキングの開始直後に行われる。第１の放電動作は、圧縮ＴＤＣよりも遅角側のクランク角区間で行われる。第１の放電動作は、全ての気筒において行われる。第２の放電動作は、クランキングの開始前に行われる。第２の放電動作は、初爆気筒を除いた他の気筒において行われる。【選択図】図２
2020070736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒を備える内燃機関と、
前記気筒のそれぞれに設けられた点火装置と、
前記内燃機関の排気を浄化するように構成された触媒と、
前記点火装置の放電動作を気筒ごとに制御するように構成された制御装置と、
を備え、
前記放電動作は、筒内の混合気に点火するための第１の放電動作と、オゾンを生成するための第２の放電動作と、を含み、
前記制御装置は、更に、前記内燃機関の始動時に、前記触媒の活性化制御を行うように構成され、
前記制御装置は、前記活性化制御において、
全ての気筒を通じて混合気の点火が最初に行われる初爆気筒を特定し、
前記初爆気筒において前記第１の放電動作が行われるように前記点火装置を制御し、
前記初爆気筒において第１の放電動作が行われる前は、前記第２の放電動作が前記初爆気筒を除いた他の気筒においてのみ行われるように前記点火装置を制御する
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化システム。
【請求項２】
前記気筒にそれぞれ設けられたインジェクタを更に備え、
前記制御装置は、更に、前記インジェクタの噴射動作を気筒ごとに制御するように構成され、
前記制御装置は、前記活性化制御において、前記初爆気筒において前記第１の放電動作が行われる前は、前記初爆気筒に対してのみ燃料が供給されるように前記インジェクタを制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【請求項３】
前記気筒にそれぞれ設けられたインジェクタを更に備え、
前記制御装置は、更に、前記インジェクタの噴射動作を気筒ごとに制御するように構成され、
前記制御装置は、前記活性化制御において、
前記初爆気筒において前記第１の放電動作が行われた後は、全ての気筒において圧縮上死点よりも遅角側のクランク角区間で前記第１の放電動作が行われるように前記点火装置を制御し、
前記初爆気筒において前記第１の放電動作が行われた後は、全ての気筒に対して燃料が供給されるように前記インジェクタを制御する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の排気浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、火花点火式内燃機関に適用される排気浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００７−１４６７７７号公報は、火花点火式内燃機関を制御する制御装置を開示する。この制御装置は、点火装置の第１および第２の放電動作を制御する。第１の放電動作は、筒内の混合気に点火する目的で行われる。第２の放電動作は、オゾンを生成する目的で行われる。第２の放電動作は、吸気行程において行われる。第１の放電動作は、第２の放電動作の直後に行われる。第２の放電動作が行われれば、筒内にオゾンが生成される。したがって、第２の放電動作の直後に第１の放電動作が行われれば、筒内の燃焼状態が改善する。なお、混合気を形成する燃料は、第１の放電動作と第２の放電動作の間に筒内に供給されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１４６７７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
排気を浄化する触媒の活性化制御にオゾンを利用することを考える。活性化制御では、気筒から排出された未燃ＨＣが触媒に供給される。未燃ＨＣは、触媒の上流を流れる排気により酸化され、その酸化反応熱が触媒の温度を上昇させる。ここで、第２の放電動作によって筒内の燃焼状態が改善するのは、オゾンが有する高い反応性による。したがって、触媒の上流にオゾンを供給すれば、未燃ＨＣの酸化反応を促進することが可能となる。
【０００５】
しかしながら、ある気筒において第２の放電動作の直後に第１の放電動作が行われると、その筒内の混合気の燃焼に伴いオゾンが消失してしまう。つまり、同一気筒においてこれらの放電動作が連続的に行われると、触媒の上流に供給するはずのオゾンが筒内で無駄に消費されてしまう。また、このような無駄な第２の放電動作が繰り返されれば、点火装置の寿命が縮まることになるので望ましくない。
【０００６】
本発明の１つの目的は、触媒の活性化制御の最中の点火装置の放電動作により生成したオゾンを、触媒の活性化のために無駄なく利用するための技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、内燃機関の排気浄化システムである。
前記システムは、内燃機関と、点火装置と、触媒と、制御装置と、を備える。
前記内燃機関は、複数の気筒を備える。
前記点火装置は、前記気筒のそれぞれに設けられる。
前記触媒は、前記内燃機関の排気を浄化するように構成されている。
前記制御装置は、前記点火装置の放電動作を気筒ごとに制御するように構成されている。
前記放電動作は、筒内の混合気に点火するための第１の放電動作と、オゾンを生成するための第２の放電動作と、を含む。
前記制御装置は、前記内燃機関の始動時に、前記触媒の活性化制御を更に行うように構成されている。
前記制御装置は、前記活性化制御において、
全ての気筒を通じて混合気の点火が最初に行われる初爆気筒を特定し、
前記初爆気筒において前記第１の放電動作が行われるように前記点火装置を制御し、
前記初爆気筒において前記第１の放電動作が行われる前は、前記第２の放電動作が前記初爆気筒を除いた他の気筒においてのみ行われるように前記点火装置を制御する。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、更に次の特徴を有する。
前記システムは、前記気筒にそれぞれ設けられたインジェクタを更に備える。
前記制御装置は、更に、前記インジェクタの噴射動作を気筒ごとに制御するように構成されている。
前記制御装置は、前記活性化制御において、前記初爆気筒において前記第１の放電動作が行われる前は、前記初爆気筒に対してのみ燃料が供給されるように前記インジェクタを制御する。
【０００９】
第３の発明は、第１または第２の発明において、更に次の特徴を有する。
前記システムは、前記気筒にそれぞれ設けられたインジェクタを更に備える。
前記制御装置は、更に、前記インジェクタの噴射動作を気筒ごとに制御するように構成されている。
前記制御装置は、前記活性化制御において、
前記初爆気筒において前記第１の放電動作が行われた後は、全ての気筒において圧縮上死点よりも遅角側のクランク角区間で前記第１の放電動作が行われるように前記点火装置を制御し、
前記初爆気筒において前記第１の放電動作が行われた後は、全ての気筒に対して燃料が供給されるように前記インジェクタを制御する。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明によれば、活性化制御が行われる場合、初爆気筒において第１の放電動作が行われる前は、第２の放電動作が他の気筒においてのみ行われる。つまり、初爆前は、初爆気筒においてオゾンは生成されず、他の気筒においてのみオゾンが生成される。したがって、初爆気筒で生成されたオゾンが、この初爆気筒での初爆において無駄に消費されるのを回避することができる。また、第２の放電動作を目的として駆動される初爆気筒の点火装置の駆動回数を減らすこともできる。したがって、初爆気筒の点火装置の寿命が縮まるのを未然に防ぐこともできる。
【００１１】
第２の発明によれば、初爆気筒において第１の放電動作が行われる前は、初爆直前の初爆気筒に対してのみに燃料が供給される。つまり、初爆前は、他の気筒に対して燃料が供給されない。そのため、初爆前には他の気筒において混合気が形成されず、他の気筒において第２の放電動作が行われたとしても、着火が起こることはない。したがって、初爆前に他の気筒において生成されたオゾンを、触媒の上流に確実に供給することができる。
【００１２】
第３の発明によれば、初爆気筒において第１の放電動作が行われた後は、全ての気筒において圧縮上死点よりも遅角側のクランク角区間で第１の放電動作が行われると共に、全ての気筒に対して燃料が供給される。つまり、初爆後は、全ての気筒から未燃ＨＣを含むガスが排出される。したがって、全ての気筒から排出された未燃ＨＣを利用して、触媒の温度を上昇させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係る排気浄化システムの構成例を説明するブロック図である。
【図２】活性化制御の詳細を説明する図である。
【図３】＃２〜＃４気筒から排出されたオゾン含有空気の流れを説明する図である。
【図４】電子制御ユニットが活性化制御を実行するときの処理の流れを説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
【００１５】
１．排気浄化システムの構成
本発明の実施の形態に係る排気浄化システムは、車両に搭載される内燃機関（以下、単に「エンジン」と称す。）に適用される。このエンジンは、複数の気筒を有している。気筒の総数および配列に特に限定はない。図１は、本実施の形態に係る排気浄化システムの構成例を説明するブロック図である。排気浄化システム１００は、エンジン１０と、触媒２０と、電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０と、を備えている。エンジン１０は、点火装置１２と、インジェクタ１４と、スタータモータ１６と、を備えている。
【００１６】
点火装置１２は、エンジン１０の気筒ごとに設けられる。点火装置１２は、点火コイルと、点火プラグと、を有している。点火プラグは、中心電極と、ＧＮＤ電極と、を有している。点火コイルが駆動されると、中心電極に電圧が印加され、中心電極とＧＮＤ電極の間に放電が起こる。
【００１７】
中心電極に印加される電圧は、点火用の高電圧と、オゾン生成用の低電圧と、を含んでいる。点火用の高電圧は、混合気に点火することが可能な電圧に設定される（例えば、２０ｋＶ以上）。一方、オゾン生成用の電圧は、オゾンを生成し、尚且つ、混合気に点火するに至らない程度の電圧に設定される（例えば、５ｋＶ未満）。
【００１８】
点火装置１２同様、インジェクタ１４も、エンジン１０の気筒ごとに設けられる。インジェクタ１４は、筒内に直接噴射する方式のものでもよいし、吸気ポートに噴射する方式のものでもよい。
【００１９】
スタータモータ１６は、エンジン１０の始動時に、エンジン１０をクランキングさせる始動装置である。スタータモータ１６は、ロータ軸およびインバータを有している。ロータ軸は、ベルト機構などの周知の機構を介してエンジン１０のクランク軸に動力を伝達する。インバータは、バッテリとの間で電力の授受が可能に接続されている。
【００２０】
触媒２０は、エンジン１０の排気経路に設けられる。触媒２０は、排気中の特定の成分を浄化する。触媒２０としては、活性化状態において排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）、炭化水素（ＨＣ）および一酸化炭素（ＣＯ）を浄化する三元触媒が例示される。
【００２１】
ＥＣＵ３０は、プロセッサ、メモリ、および、入出力インタフェースを備えるマイクロコンピュータである。ＥＣＵ３０は、排気浄化システム１００の制御装置として機能する。ＥＣＵ３０は、車両に搭載された各種センサの信号を取り込んで処理する。ＥＣＵ３０は、取り込んだ各種センサの信号に基づいて、所定のプログラムに従って各種アクチュエータを制御する。
【００２２】
各種センサには、クランク軸の回転角に応じた信号を出力するクランクポジションセンサ３２と、触媒２０の温度Ｔｃを検出する温度センサ３４と、が含まれる。ＥＣＵ３０によって操作されるアクチュエータには、点火装置１２、インジェクタ１４およびスタータモータ１６が含まれる。
【００２３】
２．始動制御
２．１  触媒２０の活性化制御
ＥＣＵ３０が実行するエンジン制御には、エンジン１０を始動させる制御（以下、「始動制御」とも称す。）が含まれる。ここでいう「始動」には、冷間始動だけでなく、自動停止後の再始動も含まれる。始動制御では、スタータモータ１６の駆動によってクランキングが開始される。そして、このクランキングの開始直後、筒内の混合気を燃焼させるために点火装置１２およびインジェクタ１４が駆動される。
【００２４】
より具体的には、インジェクタ１４が駆動されると、筒内に混合気が生じる。そして、この混合気に点火するべく点火装置１２が駆動される。点火装置１２の駆動により中心電極に点火用の高電圧が印加されると、筒内の混合気が燃焼し、エンジン１０が自律回転する。以下、点火用の高電圧を中心電極に１回印加する動作を、第１の放電動作と称す。
【００２５】
エンジン１０の始動時において、温度Ｔｃが閾値ＴＨｃ（活性化温度）未満の場合には、触媒２０を活性化させる制御（以下、「活性化制御」とも称す。）が行われる。活性化制御は、ＥＣＵ３０が実行するエンジン制御に含まれる。活性化制御の内容は、始動制御の内容と基本的に同じである。ただし、活性化制御では、第１の放電動作の実施時期が、圧縮上死点（圧縮ＴＤＣ）よりも遅角側のクランク角区間に設定される。
【００２６】
活性化制御では、第１の放電動作とは別に、第２の放電動作が行われる。第２の放電動作は、オゾン生成用の低電圧を中心電極に複数回印加する動作である。第２の放電動作は、初爆気筒を除いた他の気筒において行われる。本明細書において、「初爆」とは、クランキングの開始直後に行われる第１の放電動作によって、全ての気筒を通じて混合気の点火が最初に行われることを意味する。第２の放電動作は、クランキングの開始前に行われる。つまり、点火装置１２の駆動は、クランキングの開始直後だけでなく、クランキングの開始前にも行われる。なお、クランキングの開始前に、インジェクタ１４の駆動は行われない。
【００２７】
２．２  活性化制御の詳細
図２は、活性化制御の詳細を説明する図である。図２には、＃１〜＃４気筒を有するエンジンのサイクルが２サイクルにわたって描かれている。＃１〜＃４気筒の吸気行程は、＃１気筒、＃３気筒、＃４気筒、＃２気筒の順に発生する。図２の左側には、エンジンの停止位置が描かれている。つまり、図２では、＃１気筒のピストンが吸気行程の途中で停止し、＃２気筒のピストンが圧縮行程の途中で停止し、＃３気筒のピストンが排気行程の途中で停止し、＃４気筒のピストンが膨張行程の途中で停止している。
【００２８】
図２では、＃１気筒が初爆気筒に該当し、＃２〜＃４気筒が他の気筒に該当する。そのため、第２の放電動作は、＃１気筒においては行われず、＃２〜＃４気筒において行われる。図２では、エンジンの停止位置において、第２の放電動作(ii)が行われている。これは、第２の放電動作(ii)がクランキングの開始前に行われていることを示している。第２の放電動作(ii)が行われた後、クランキングが開始される。そうすると、オゾン（Ｏ３）を含むガスが、＃２〜＃４気筒のそれぞれの排気行程において筒外に排出される。
【００２９】
＃１気筒では、クランキングの開始直後に初爆用の燃料（ＨＣ）の供給が行われている。初爆用の燃料の供給は、初爆用の第１の放電動作(i)の直前に行われる。膨張行程において初爆用の第１の放電動作(i)が行われると、初爆用の燃料を含む混合気の一部が燃え残る。そして、未燃ＨＣを含むガスが、＃１気筒の排気行程において筒外に排出される。
【００３０】
＃１気筒での初爆後は、全ての気筒に対する燃料の供給が行われ、全ての気筒において第１の放電動作が行われる。各気筒に対する燃料の供給は、それぞれの第１の放電動作(i)の直前に行われる。各気筒の膨張行程において第１の放電動作(i)が行われると、混合気の一部が燃え残る。そうすると、図２に示すように、各気筒の排気行程において、未燃ＨＣを含むガスが筒外に排出される。
【００３１】
図３は、＃２〜＃４気筒から排出されたオゾンを含むガス（オゾン含有空気）の流れを説明する図である。図３には、直列４気筒型エンジンの排気経路の一部が描かれている。この排気経路は、排気マニホールド４０を備えている。排気マニホールド４０の上流端は、＃１〜＃４気筒の排気ポート４２に接続されている。排気マニホールド４０の下流端は、触媒コンバータ４４に接続されている。触媒コンバータ４４に内蔵されるのが、活性化制御において活性化される触媒（つまり、図１に示した触媒２０）である。
【００３２】
図２同様、図３では、＃１気筒が初爆気筒に該当し、＃２〜＃４気筒が他の気筒に該当している。図２に示したように、排気行程は＃３気筒、＃４気筒、＃２気筒の順に発生する。そのため、＃３気筒からのオゾン含有空気は排気経路の最も下流側を流れ、＃２気筒からのオゾン含有空気は排気経路の最も上流側を流れる。＃１気筒の排気行程は、＃２気筒の排気行程の次に発生する。そのため、図３に破線矢印で示されるように、初爆直後の＃１気筒から排出された未燃ＨＣ含有ガスは、これらのオゾン含有空気と混ざり合う。
【００３３】
２．３  具体的処理
図４は、ＥＣＵ３０が活性化制御を実行するときの処理の流れを説明するフローチャートである。図４に示すルーチンは、所定の制御周期で繰り返し実行される。
【００３４】
図４に示すルーチンでは、先ず、エンジン１０が停止状態にあるか否かが判定される（ステップＳ１０）。ステップＳ１０では、例えば下記条件(i)〜(iii)が成立する場合、エンジン１０が停止状態にあると判断される。
(i)  イグニッションスイッチがオンである
(ii)  エンジン回転速度がゼロである
(iii)  ブレーキペダルの踏込量が閾値以上である
【００３５】
ステップＳ１０の判定結果が肯定的な場合、触媒２０の活性化条件が成立しているか否かが判定される（ステップＳ１２）。ステップＳ１２では、例えば下記条件(i)〜(iii)が満たされる場合、活性化条件が成立すると判断される。
(i)  温度Ｔｃが閾値ＴＨｃ未満である
(ii)  点火装置１２が故障していない
(iii)  インジェクタ１４が故障していない
【００３６】
ステップＳ１２の判定結果が肯定的な場合、初爆気筒が特定される（ステップＳ１４）。初爆気筒の特定は、例えば、クランクポジションセンサから取得した７２０°ＣＡ系におけるクランク角に基づいて行われる。
【００３７】
ステップＳ１４に続いて、規定時間が経過したか否かが判定される（ステップＳ１６）。規定時間は、第２の放電動作が少なくとも１度行われるために十分な時間である。規定時間は、一定でもよいし、温度Ｔｃと閾値ＴＨｃの差に応じて変更されてもよい。ステップＳ１６の判定結果が否定的な場合、他の気筒で第２の放電動作が行われる（ステップＳ１８）。ステップＳ１６およびＳ１８の処理は、ステップＳ１６において肯定的な判定結果が得られるまで、繰り返し行われる。
【００３８】
ステップＳ１６の判定結果が肯定的な場合、クランキングが開始される（ステップＳ２０）。続いて、全ての気筒において第１の放電動作が行われ、尚且つ、全ての気筒に対する燃料供給が行われる（ステップＳ２２）。
【００３９】
３．活性化制御による効果
以上説明した活性化制御によれば、クランキングの開始前に他の気筒で生成したオゾンを利用して、クランキングの開始後に初爆気筒から排出される未燃ＨＣの酸化反応を促進できる。特に、クランキングの開始前においては、第２の放電動作が他の気筒においてのみ行われる。つまり、初爆気筒では第２の放電動作が行われず、オゾンが生成されない。したがって、初爆気筒での初爆において、オゾンが無駄に消費されるのを回避することができる。また、第２の放電動作を目的とした初爆気筒の点火装置１２の駆動回数を減らすこともできる。したがって、初爆気筒の点火装置１２の寿命が縮まるのを回避することもできる。
【００４０】
また、活性化制御によれば、クランキングの開始前に第２の放電動作が行われ、インジェクタ１４の駆動は行われない。そのため、他の気筒において第２の放電動作が行われたとしても、着火が起こることはない。したがって、クランキングの開始前に他の気筒において生成されたオゾンを、クランキングの開始直後に触媒の上流に確実に供給することができる。
【００４１】
また、活性化制御によれば、初爆後は全ての気筒に対して燃料の供給が行われ、全ての気筒において第１の放電動作が行われる。つまり、初爆後は、全ての気筒から未燃ＨＣを含むガスが排出される。したがって、全ての気筒から排出された未燃ＨＣを利用して、触媒２０の温度を上昇させることが可能となる。
【００４２】
４．その他の実施の形態
上述した活性化制御では、クランキングの開始前に第２の放電動作が行われた。しかしながら、第２の放電動作は、クランキングが開始されるクランク角から、他の気筒のそれぞれの排気行程が始まるクランク角までのクランク角区間において行われてもよい。つまり、第２の放電動作は、クランキングの開始後、尚且つ、他の気筒のそれぞれの排気行程が始まるよりも前に行われてもよい。このようなタイミングにおいて第２の放電動作が行われたとしても、オゾンを含むガスを初爆前までに筒外に排出して、触媒２０の上流に確実に供給することができる。
【００４３】
上述した活性化制御では、第２の放電動作がクランキングの開始前においてのみ行われた。しかし、＃１気筒での初爆後においては、全ての気筒において第２の放電動作が行われてもよい。この場合は、第２の放電動作に先駆けて第１の放電動作を行うよう点火装置１２を駆動すればよい。
【００４４】
なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【符号の説明】
【００４５】
１０  エンジン
１２  点火装置
１４  インジェクタ
１６  スタータモータ
２０  触媒
３０  電子制御ユニット
３２  クランクポジションセンサ
３４  温度センサ
４０  排気マニホールド
４２  排気ポート
４４  触媒コンバータ
１００  排気浄化システム
【図１】
2020070736.tif 000003
【図２】
2020070736.tif 000004
【図３】
2020070736.tif 000005
【図４】
2020070736.tif 000006