(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路内でコロナ放電を発生するコロナ放電部を有し、排気ガス中の粒子状物質をコロナ放電により浄化する排気浄化装置と、
排気空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記排気浄化装置のコロナ放電部に給電する手段であって、当該コロナ放電部への給電状態を前記排気空燃比に基いて制御する給電制御手段と、を備え、
前記給電制御手段は、前記排気空燃比が理論空燃比よりもリッチ側となるリッチ領域のみにおいて、前記コロナ放電部に印加する印加電圧を制御する印加電圧制御手段を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
内燃機関の排気通路内でコロナ放電を発生するコロナ放電部を有し、排気ガス中の粒子状物質をコロナ放電により浄化する排気浄化装置と、
排気空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記排気浄化装置のコロナ放電部に給電する手段であって、当該コロナ放電部への給電状態を前記排気空燃比に基いて制御する給電制御手段と、を備え、
前記給電制御手段は、前記排気空燃比が理論空燃比よりもリーン側となるリーン領域のみにおいて、前記コロナ放電部に流れる放電電流を制御する放電電流制御手段を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記印加電圧制御手段は、前記排気空燃比が前記リッチ領域内でリッチ化するほど、前記印加電圧を低下させる構成としてなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記給電制御手段は、前記排気空燃比が理論空燃比よりもリーン側となるリーン領域のみにおいて、前記コロナ放電部に流れる放電電流を制御する放電電流制御手段を備えてなる請求項１または３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記放電電流制御手段は、前記排気空燃比が前記リーン領域内でリーン化するほど、前記放電電流を減少させる構成としてなる請求項２または４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記放電電流制御手段は、前記リーン領域内の所定の空燃比である空燃比境界値を有し、前記排気空燃比が理論空燃比と前記空燃比境界値との間である場合には、前記排気空燃比がリーン化するほど前記放電電流を増加させ、前記排気空燃比が前記空燃比境界値よりもリーン側である場合には、前記排気空燃比がリーン化するほど前記放電電流を減少させる構成としてなる請求項２または４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
排気ガス中に含まれる粒子状物質の量であるＰＭ量を、少なくとも排気空燃比、機関温度及び燃料噴射時期に基いて算出するＰＭ量算出手段を備え、
前記印加電圧制御手段は、前記ＰＭ量に基いて前記印加電圧を算出する構成としてなる請求項１または３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記コロナ放電部に仮想電圧を印加した場合に流れる放電電流を、少なくとも当該仮想電圧と前記ＰＭ量とに基いて推定する放電電流推定手段を備え、
前記印加電圧制御手段は、前記放電電流の推定値が粒子状物質の浄化に必要な要求値を満たすときの仮想電圧を実際の印加電圧として算出する構成としてなる請求項７に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記コロナ放電部に印加する印加電圧をアーク放電が発生しない電圧範囲に制限するアーク放電防止手段を備えてなる請求項１乃至８のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
排気ガス中に含まれる粒子状物質の量であるＰＭ量を、少なくとも排気空燃比、機関温度及び燃料噴射時期に基いて算出するＰＭ量算出手段と、
前記コロナ電極部を構成する２つの電極間に仮想電圧を印加した場合に一方の電極から他方の電極に向けて生じる放電の到達距離を、少なくとも前記仮想電圧と前記ＰＭ量とに基いて算出する放電距離算出手段と、を備え、
前記アーク放電防止手段は、前記放電の到達距離が前記各電極の電極間距離と等しくなるときの仮想電圧に基いて前記印加電圧を制限する構成としてなる請求項９に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、コロナ放電型の排気浄化装置を備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、例えば特許文献１（日本特開２００９−２４３４１９号公報）に開示されているように、コロナ放電型の排気浄化装置を備えた内燃機関の制御装置が知られている。この排気浄化装置は、排気ガス中でコロナ放電を発生させることにより、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を燃焼させるものである。従来技術では、コロナ放電により排気ガス中に投入するエネルギを、ＰＭの燃焼（酸化）に必要な活性化エネルギ以上に設定し、ＰＭを効率よく浄化するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本特開２００９−２４３４１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した従来技術では、コロナ放電時の投入エネルギがＰＭの酸化エネルギ以上となるように、投入エネルギを制御する構成としている。しかしながら、ＰＭの浄化能力は、コロナ放電時の排気空燃比によっても変化する。これに対し、従来技術では、排気空燃比について考慮していないため、エンジンの運転状態によっては、投入エネルギの制御が排気空燃比に適合しない場合があり、ＰＭの浄化能力を安定的に発揮することができないという問題がある。【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、排気空燃比に応じてコロナ放電の状態を適切に制御し、排気ガス中のＰＭを常に効率よく浄化することが可能な内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、内燃機関の排気通路内でコロナ放電を発生するコロナ放電部を有し、排気ガス中の粒子状物質をコロナ放電により浄化する排気浄化装置と、
排気空燃比を検出する空燃比検出手段と、
前記排気浄化装置のコロナ放電部に給電する手段であって、当該コロナ放電部への給電状態を前記排気空燃比に基いて制御する給電制御手段と、
を備えることを特徴とする。【０００７】
第２の発明によると、前記給電制御手段は、前記排気空燃比が理論空燃比よりもリッチ側となるリッチ領域において、前記コロナ放電部に印加する印加電圧を制御する印加電圧制御手段を備える。【０００８】
第３の発明によると、前記印加電圧制御手段は、前記排気空燃比が前記リッチ領域内でリッチ化するほど、前記印加電圧を低下させる構成としている。【０００９】
第４の発明によると、前記給電制御手段は、前記排気空燃比が理論空燃比よりもリーン側となるリーン領域において、前記コロナ放電部に流れる放電電流を制御する放電電流制御手段を備える。【００１０】
第５の発明によると、前記放電電流制御手段は、前記排気空燃比が前記リーン領域内でリーン化するほど、前記放電電流を減少させる構成としている。【００１１】
第６の発明によると、前記放電電流制御手段は、前記リーン領域内の所定の空燃比である空燃比境界値を有し、前記排気空燃比が理論空燃比と前記空燃比境界値との間である場合には、前記排気空燃比がリーン化するほど前記放電電流を増加させ、前記排気空燃比が前記空燃比境界値よりもリーン側である場合には、前記排気空燃比がリーン化するほど前記放電電流を減少させる構成としている。【００１２】
第７の発明は、排気ガス中に含まれる粒子状物質の量であるＰＭ量を、少なくとも排気空燃比、機関温度及び燃料噴射時期に基いて算出するＰＭ量算出手段を備え、
前記印加電圧制御手段は、前記ＰＭ量に基いて前記印加電圧を算出する構成としている。【００１３】
第８の発明は、前記コロナ放電部に仮想電圧を印加した場合に流れる放電電流を、少なくとも当該仮想電圧と前記ＰＭ量とに基いて推定する放電電流推定手段を備え、
前記印加電圧制御手段は、前記放電電流の推定値が粒子状物質の浄化に必要な要求値を満たすときの仮想電圧を実際の印加電圧として算出する構成としている。【００１４】
第９の発明は、前記コロナ放電部に印加する印加電圧をアーク放電が発生しない電圧範囲に制限するアーク放電防止手段を備える。【００１５】
第１０の発明は、排気ガス中に含まれる粒子状物質の量であるＰＭ量を、少なくとも排気空燃比、機関温度及び燃料噴射時期に基いて算出するＰＭ量算出手段と、
前記コロナ電極部を構成する２つの電極間に仮想電圧を印加した場合に一方の電極から他方の電極に向けて生じる放電の到達距離を、少なくとも前記仮想電圧と前記ＰＭ量とに基いて算出する放電距離算出手段と、を備え、
前記アーク放電防止手段は、前記放電の到達距離が前記各電極の電極間距離と等しくなるときの仮想電圧に基いて前記印加電圧を制限する構成としている。
【発明の効果】
【００１６】
第１の発明によれば、給電制御手段は、個々の空燃比領域におけるＰＭ浄化率の傾向やアーク放電の発生確率の傾向等に応じて、排気浄化装置への給電状態（印加電圧及び放電電流）を適切に制御することができる。従って、リッチ領域からリーン領域にわたる広い空燃比領域において、コロナ放電の状態を適切に制御することができ、アーク放電を防止しつつ、ＰＭ浄化率を安定的に向上させることができる。【００１７】
第２の発明によれば、リッチ領域では、排気ガス中のＰＭ量が多いので、ＰＭを媒介として放電電流が流れ易くなり、アーク放電が生じ易い。このため、リッチ領域では、アーク放電を回避しつつ放電電流を正確に制御するのが難しい。従って、印加電圧制御手段は、リッチ領域において、印加電圧を制御してアーク放電を防止することができ、アーク放電が発生しない範囲でＰＭ浄化率を向上させることができる。【００１８】
第３の発明によれば、リッチ領域では、空燃比がリッチ化するほど、アーク放電が発生し易くなる特性がある。このため、印加電圧制御手段は、空燃比がリッチ化した分だけ印加電圧を低下させ、アーク放電を防止することができる。また、空燃比に応じて印加電圧の低下量を最低限に抑えることができ、ＰＭ浄化率を向上させることができる。【００１９】
第４の発明によれば、リーン領域では、排気ガス中のＰＭ量（燃焼によるＰＭの発生量）が少ないので、ＰＭを媒介として放電電流が流れ難くなり、アーク放電の発生確率が低下する。このため、放電電流制御手段は、リーン領域において、放電電流の制御を容易に行うことができる。そして、放電電流の制御によれば、ＰＭ浄化率とほぼ比例関係にある放電電流を制御し、ＰＭ浄化率を正確かつ容易に最大化することができる。【００２０】
第５の発明によれば、排気ガス中のＰＭ量が少ないリーン領域では、放電電流を減少させても、ＰＭの排出量を十分に抑えることができる。このため、放電電流制御手段は、空燃比がリーン化するほど放電電流を減少させ、必要最小限のエネルギによってＰＭの排出量を低減することができる。従って、排気浄化装置の消費電力を抑制し、ＰＭの浄化を効率よく行うことができる。【００２１】
第６の発明によれば、空燃比が理論空燃比と空燃比境界値との間である領域（軽度リーン領域）では、ＰＭ浄化率が急激に低下する特性がある。このため、軽度リーン領域では、空燃比がリーン化するほど放電電流を増加させることにより、ＰＭ浄化率が急激に低下する特性を補償することができる。一方、空燃比が空燃比境界値よりもリーン側である領域（重度リーン領域）では、ＰＭの発生量が極端に少ないので、放電電流を減少させても、ＰＭの排出量を低減することができる。このため、重度リーン領域では、空燃比がリーン化するほど放電電流を減少させ、排気浄化装置の消費電力を抑制することができる。【００２２】
第７の発明によれば、印加電圧制御手段は、排気ガス中のＰＭ量に基いて印加電圧を算出することができる。これにより、排気ガス中のＰＭを酸化するのに必要な要求印加エネルギ、空燃比、機関温度、燃料噴射時期等からなるパラメータの状態を印加電圧に反映させることができ、各パラメータに応じて印加電圧を適切に制御することができる。【００２３】
第８の発明によれば、放電電流推定手段は、印加しようとする仮想電圧とＰＭ量とに基いて放電電流を推定することができる。これにより、印加電圧制御手段は、実際の電圧を印加する前に、推定放電電流に基いて印加電圧を調整し、排気ガス中のＰＭ量に対して必要かつ十分な印加エネルギが付与されるように印加電圧を最適化することができる。従って、コロナ放電時に印加エネルギが不足したり、必要以上のエネルギが印加されるのを防止することができ、消費電力を抑制しつつ、ＰＭを効率よく浄化することができる。【００２４】
第９の発明によれば、アーク放電防止手段は、印加電圧をアーク放電が発生しない電圧範囲に制限することができる。これにより、アーク放電が発生してから印加電圧を低下させる非効率な制御が不要となり、アーク放電を未然に防止しつつ、ＰＭを効率よく浄化することができる。【００２５】
第１０の発明によれば、アーク放電防止手段は、放電の到達距離が各電極の電極間距離と等しくなるときの仮想電圧に基いて印加電圧を制限することができる。これにより、実際の電圧を印加する前に、印加しようとする電圧をアーク放電が発生しない範囲で最大の電圧値に設定することができる。従って、アーク放電を未然に防止しつつ、最大限のＰＭ浄化率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。
【図２】コロナ放電型の排気浄化装置を示す断面図である。
【図３】排気空燃比とＰＭ浄化率との関係を印加電圧毎に示す特性線図である。
【図４】ＥＣＵの制御により実現される印加電圧と排気空燃比との関係を示す特性線図である。
【図５】ＥＣＵの制御により実現される放電電流と排気空燃比との関係を示す特性線図である。
【図６】コロナ放電による浄化処理後のＰＭ排出量と排気空燃比との関係を示す特性線図である。
【図７】排気空燃比に基いて電圧補正係数Ｖkを決定するためのマップデータである。
【図８】排気空燃比に基いて電流補正係数Ｉkを決定するためのマップデータである。
【図９】本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態２において、排気空燃比と排気ガス中のＰＭ粒子数との関係を示す特性線図である。
【図１１】燃料噴射時期と排気ガス中のＰＭ粒子数との関係を示す特性線図である。
【図１２】図１１中の特性線とエンジン水温との関係を示す特性線図である。
【図１３】筒内噴射量とＰＭ粒子数との関係を示す特性線図である。
【図１４】要求印加エネルギとＰＭ量とに基いて基本印加電圧を決定するためのマップデータである。
【図１５】印加電圧とＰＭ量とに基いて放電半径を算出するためのマップデータである。
【図１６】印加電圧とＰＭ量とに基いて基本放電電流を算出するためのマップデータである。
【図１７】排気温度に基いて排気温度電流補正係数を算出するためのマップデータである。
【図１８】排気空燃比に基いてＡ／Ｆ電流補正係数を算出するためのマップデータである。
【図１９】本発明の実施の形態２において、ＥＣＵにより実行される印加電圧制御を示すフローチャートである。
【図２０】本発明の実施の形態２において、ＥＣＵにより実行されるＰＭ量の算出処理を示すフローチャートである。
【図２１】本発明の実施の形態２において、ＥＣＵにより実行される放電電流の推定処理を示すフローチャートである。
【図２２】本発明の実施の形態３において、ＥＣＵにより実行される印加電圧補正制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図９を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。本実施の形態のシステムは、内燃機関として直噴型のエンジン１０を備えている。エンジン１０の各気筒には、ピストン１２により燃焼室１４が画成されており、ピストン１２は、エンジン１０の出力軸であるクランク軸１６に連結されている。また、エンジン１０は、各気筒に吸入空気を吸込む吸気通路１８と、各気筒から排気ガスが排出される排気通路２０とを備えている。吸気通路１８は各気筒の吸気ポートに接続されており、排気通路２０は各気筒の排気ポートに接続されている。
【００２８】
また、吸気通路１８には、アクセル開度等に基いて吸入空気量を調整する電子制御式のスロットルバルブ２２が設けられている。一方、排気通路２０には、排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を浄化するコロナ放電型の排気浄化装置２４が設けられている。なお、排気浄化装置２４の構造については、図２を参照して後述する。また、各気筒には、燃焼室１４内（筒内）に燃料を噴射する筒内噴射弁２６と、筒内の混合気に点火する点火プラグ２８と、吸気ポートを開，閉する吸気バルブ３０と、排気ポートを開，閉する排気バルブ３２とが設けられている。
【００２９】
さらに、本実施の形態のシステムは、クランク角センサ３４、エアフローセンサ３６、水温センサ３８、排気温センサ４０、空燃比センサ４２等を含むセンサ系統と、エンジン１０の運転状態を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０とを備えている。まず、センサ系統について説明すると、クランク角センサ３４は、クランク軸１６の回転に同期した信号を出力するもので、エアフローセンサ３６は吸入空気量を検出する。また、水温センサ３８は、エンジン１０の機関温度として、エンジン冷却水の温度（エンジン水温）を検出するもので、排気温センサ４０は排気温度を検出する。さらに、空燃比センサ４２は、排気浄化装置２４の上流側で排気空燃比（以下、単に空燃比と称す）を検出するもので、本実施の形態の空燃比検出手段を構成している。
【００３０】
センサ系統には、上述した各センサ３４〜４２に加えて、エンジン１０及びこれを搭載した車両の制御に必要な各種のセンサ（例えば、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ等）が含まれており、これらのセンサはＥＣＵ５０の入力側に接続されている。ＥＣＵ５０の出力側には、スロットルバルブ２２、排気浄化装置２４、筒内噴射弁２６、点火プラグ２８等を含む各種のアクチュエータが接続されている。
【００３１】
そして、ＥＣＵ５０は、エンジンの運転情報をセンサ系統により検出しつつ、各アクチュエータを駆動し、運転制御を実行する。具体的に述べると、クランク角センサ３４の出力に基いてエンジン回転数及びクランク角を検出し、エアフローセンサ３６の出力に基いて吸入空気量を算出する。また、吸入空気量、エンジン回転数等に基いてエンジンの負荷（負荷率）を算出し、クランク角に基いて燃料噴射時期等を決定し、吸入空気量、負荷等に基いて燃料噴射量を算出する。そして、燃料噴射時期が到来したときに筒内噴射弁２６を駆動し、その後に点火プラグ２８を駆動する。これにより、筒内で混合気を燃焼させ、エンジン１０を運転することができる。
【００３２】
また、ＥＣＵ５０は、後述のように、排気浄化装置２４に対する給電状態を空燃比等に基いて制御する。このため、ＥＣＵ５０は、排気浄化装置２４の電極６２，６４間に印加する印加電圧Ｖを制御する印加電圧制御回路５０Ａと、電極６２，６４間に流れる放電電流Ｉを検出する放電電流検出回路５０Ｂとを備えている。
【００３３】
次に、図２を参照して、排気浄化装置２４の構成について説明する。図２は、コロナ放電型の排気浄化装置を示す断面図である。排気浄化装置２４は、コロナ放電を利用して排気ガス中のＰＭ（ナノミクロン級の微粒子）を浄化するもので、例えば日本特開２００９−２４３４１９号公報に記載された排気浄化装置とほぼ同様の構成を有している。即ち、排気浄化装置２４は、図２に示すように、排気通路２０の一部を構成する円筒状のハウジング６０と、ハウジング６０内の中心位置に配置された中心電極６２と、ハウジング６０の内周側に設けられた円筒状の接地電極６４とを備えている。中心電極６２は、ハウジング６０の周壁を貫通して径方向に延びた細筒状の絶縁碍子６６と、絶縁碍子６６の内周側に挿嵌された棒状の電極支持部６８とにより支持されている。
【００３４】
ここで、中心電極６２は略円板状に形成されており、その周縁部には複数の突起が放射状に設けられている。また、電極支持部６８は、ハウジング６０の周壁部から中心位置まで径方向に突出すると共に、先端部が略Ｌ字状に屈曲しており、この先端部には中心電極６２が固着されている。そして、中心電極６２は、電極支持部６８等を介してＥＣＵ５０の出力側に接続されている。一方、接地電極６４は、絶縁碍子６６を介して中心電極６２と絶縁された状態で、車体等にアースされている。上記構成により、中心電極６２と接地電極６４とは、ハウジング６０の径方向において互いに対向しており、これらの電極６２，６４間には、所定寸法のギャップが全周にわたって均等に形成されている。そして、これらの電極６２，６４は、本実施の形態のコロナ放電部を構成している。
【００３５】
次に、排気浄化装置２４の基本的な動作について説明する。エンジンの運転中には、ハウジング６０（接地電極６４）内を排気ガスが流通する。このとき、ＥＣＵ５０により中心電極６２に電圧を印加すると、電極６２，６４間に印加された電圧に応じて、中心電極６２の周囲にコロナ放電が発生する。コロナ放電により放射される電子は、高いエネルギを有しているので、排気ガス中の酸素を容易にイオン化し、化学的な活性度が高い酸素イオン（酸素ラジカル）を発生させる。排気ガス中のＰＭ（炭素）は、この酸素ラジカルと反応することにより酸化されてＣＯ２となるので、コロナ放電によりＰＭを浄化することができる。
【００３６】
[実施の形態１の特徴]
排気浄化装置２４の作動時には、電極６２，６４間に印加する印加電圧や、電極６２，６４間に流れる放電電流を適切に制御し、高いＰＭ浄化率を維持するのが好ましい。ここで、ＰＭ浄化率とは、例えば浄化処理を行わない場合のＰＭの量を基準として、浄化されたＰＭの量の割合を表すものである。本願発明者は、ＰＭ浄化率と空燃比との間に相関があることを見出し、両者の相関を求めるための実験を行った。この実験によれば、図３に示すように、空燃比がリーン化するほど、ＰＭ浄化率が低下する現象が確認された。
【００３７】
図３は、排気空燃比（Ａ／Ｆ）とＰＭ浄化率との関係を印加電圧毎に示す特性線図である。この図には、電極６２，６４間の印加電圧をそれぞれ異なる一定の値とした状態で得られる複数本の特性線（等印加電圧線）が記載されている。図３に示すように、ＰＭ浄化率は、印加電圧を一定とした状態でも、空燃比がリーン化するにつれて低下する。ＰＭ浄化率がリーン側で低下する理由は、次のように推定される。まず、空燃比がリーン化すると、筒内での燃焼により発生するＰＭの発生量が減少するので、コロナ放電時にＰＭの酸化反応を媒介として流れる放電電流が減少する。この結果、放電電流の作用により連鎖的に酸化されるＰＭの量が減少し、ＰＭ浄化率が低下すると考えられる。
【００３８】
このように、ＰＭ浄化率は、エンジンの運転状態（空燃比）によって変化するので、本実施の形態では、少なくとも空燃比に基いて電極６２，６４への給電状態を制御する構成としている。具体的に述べると、空燃比がストイキ（理論空燃比）よりもリッチ側となる領域（以下、リッチ領域と称す）では、印加電圧制御を実行する。また、空燃比がストイキよりもリーン側となる領域（以下、リーン領域と称す）では、放電電流制御を実行する。即ち、本実施の形態は、空燃比に基いて印加電圧制御と放電電流制御の何れかに制御を切換えることを特徴としている。以下、図４及び図５を参照して、これらの制御について説明する。図４は、ＥＣＵの制御により実現される印加電圧と排気空燃比との関係を示す特性線図であり、図５は、放電電流と排気空燃比との関係を示す特性線図である。
【００３９】
（印加電圧制御）
印加電圧制御は、電極６２，６４間に印加する印加電圧Ｖを目標電圧値に制御するもので、リッチ領域で実行される。リッチ領域では、排気ガス中のＰＭが多いので、ＰＭを媒介として放電電流が流れ易い。放電電流とＰＭ浄化率とはほぼ比例関係にあるので、理論的には、印加電圧を高くして放電電流を増加させれば、最大のＰＭ浄化率を得ることができる。しかし、リッチ領域では、放電電流が流れ易い分だけ、ＰＭの酸化に寄与しないアーク放電が発生し易い。即ち、印加電圧や放電電流を不用意に増加させると、コロナ放電によるＰＭ浄化率が最大となる前にアーク放電が生じ、ＰＭ浄化率が殆ど零となる可能性が高い。しかも、放電電流は、例えば排気ガス中のＰＭ量、排気温度等によっても変動するので、アーク放電を回避しつつ放電電流を正確に制御するのは難しい。
【００４０】
このため、リッチ領域では、印加電圧制御を実行することにより、アーク放電が発生しない電圧範囲内で印加電圧を出来るだけ高い値に制御する。アーク放電の発生確率は、印加電圧と空燃比とに基いて決定される（他の条件が一定の場合）。更に言えば、アーク放電は、空燃比がリッチであるほど、また、印加電圧が高いほど発生し易い。従って、印加電圧制御では、図４中のリッチ領域に示すように、空燃比がリッチ化するほど、印加電圧を低下させる。このときの電圧低下量は、アーク放電の発生確率が十分に低下する範囲で、最大のＰＭ浄化率が得られるように設定する。
【００４１】
また、空燃比がリーン化した場合には、その分だけ印加電圧を高くする。これにより、放電電流は、図５に示すように、空燃比が変化しても、アーク放電が発生しない範囲での最大の電流値（ＰＭ浄化率）に対応する一定値に保持される。このように、印加電圧制御によれば、リッチ領域では、空燃比がリッチ化した分だけ印加電圧を低下させ、アーク放電を防止することができる。また、空燃比に応じて印加電圧の低下量を最低限に抑えることができ、ＰＭ浄化率を向上させることができる。なお、上述した印加電圧制御は、空燃比以外のパラメータを考慮しない状態（例えばエンジン回転数、吸入空気量、エンジン水温、燃料噴射時期等が一定の状態）において、空燃比に基いて印加電圧を制御する場合を例示したものである。リッチ領域で印加すべき最適な印加電圧は、他のパラメータがある程度変動しても、空燃比により大きく影響される。従って、印加電圧制御では、空燃比のみに基いて印加電圧を設定した場合でも、十分な作用効果を得ることができる。なお、他のパラメータも考慮した印加電圧制御の具体例については、実施の形態２で説明する。
【００４２】
（放電電流制御）
放電電流制御は、電極６２，６４間に流れる放電電流Ｉを目標電流値にフィードバック制御するもので、リーン領域で実行される。リーン領域では、排気ガス中のＰＭが減少するので、その分だけ放電電流が流れ難くなる。この結果、印加電圧を一定とした状態でも、放電電流（印加エネルギ）が減少し易い。一方、リーン領域では、印加電圧を高くしてもアーク放電が発生し難いので、放電電流制御を容易に行うことができる。そして、放電電流制御によれば、ＰＭ浄化率とほぼ比例関係にある放電電流を制御し、ＰＭ浄化率を正確かつ容易に最大化することができる。このため、本実施の形態では、リーン領域において放電電流制御を行う構成としている。
【００４３】
また、リーン領域には、図３に示すように、空燃比の変化に対するＰＭ浄化率の感度が異なる２つの領域（以下、軽度リーン領域及び重度リーン領域と称する）が存在する。放電電流制御では、その制御内容を軽度リーン領域と重度リーン領域とで切換える構成としている。具体的に述べると、ＰＭ浄化率の感度（図３中に示す特性線の勾配）は、リーン領域内の所定の空燃比である空燃比境界値Ｋ1を挟んで大きく変化する。即ち、空燃比がストイキと空燃比境界値Ｋ1との間となる軽度リーン領域では、空燃比がリーン化するにつれてＰＭ浄化率が急激に低下する。一方、空燃比が空燃比境界値Ｋ1よりもリーンとなる重度リーン領域では、空燃比がリーン化するにつれてＰＭ浄化率が比較的緩やかに低下する。なお、空燃比境界値Ｋ1は、ストイキを１４．５として、例えば１５〜１６程度の値となるものである。上述したＰＭ浄化率の感度特性は、図６に示すように、リーン領域でのＰＭの浄化能力に影響を与える。
【００４４】
図６は、コロナ放電による浄化処理後のＰＭ排出量と排気空燃比との関係を示す特性線図である。なお、図６中の実線は、印加電圧を一定とした場合（等印加電圧時）のＰＭ排出量を示し、点線は、印加エネルギを一定とした場合（等印加エネルギ時）のＰＭ排出量を示している。図６に示すように、ＰＭの排出量（粒子数）は、基本的な傾向として、空燃比がリーン化するにつれて減少する。この傾向は、主としてＰＭの発生量がリーン側で減少することにより生じるものである。しかし、ストイキに近い軽度リーン領域では、ＰＭの発生量がそれほど減少していないにも拘らず、前述のようにＰＭ浄化率が急激に減少する。この結果、等印加電圧時には、軽度リーン領域において、空燃比がリーン化するにつれてＰＭの排出量が増加し、浄化能力が低下する現象が生じる。
【００４５】
このため、放電電流制御では、図５に示すように、軽度リーン領域において空燃比がリーン化するほど、印加電圧を高くして放電電流を増加させる。この制御によれば、軽度リーン領域では、放電電流を増加させることにより、ＰＭ浄化率が急激に低下する特性を補償することができ、ＰＭの浄化に必要なエネルギを確実に印加することができる。従って、軽度リーン領域でも、浄化処理後のＰＭ排出量を抑制し、図６中に示す等印加エネルギ時と同等の浄化能力を実現することができる。
【００４６】
一方、重度リーン領域では、空燃比がリーン化するほど、ＰＭの発生量が極端に減少する。このため、重度リーン領域でのＰＭの排出量は、図６に示すように、等印加電圧時でも少量となり、十分な浄化能力が確保される。従って、放電電流制御では、図５に示すように、重度リーン領域において空燃比がリーン化するほど、放電電流を減少させる。この制御によれば、重度リーン領域では、必要最小限のエネルギによってＰＭの排出量を低減することができ、装置の消費電力を抑制してＰＭの浄化を効率よく行うことができる。
【００４７】
なお、本実施の形態では、放電電流制御の内容を軽度リーン領域と重度リーン領域とで切換えるものとした。しかし、リーン領域でのＰＭ排出量は、基本的に、空燃比がリーン化するほど減少する傾向がある。このため、軽度リーン領域でＰＭ排出量のピークが生じる特性を無視したとしても、全体としては高い浄化能力を発揮することができる。従って、本発明では、必ずしも放電電流制御の内容を軽度リーン領域と重度リーン領域とで切換える必要はない。即ち、放電電流制御では、例えば図５中に仮想線で示すように、リーン領域の全体において、空燃比がリーン化するほど放電電流を減少させる構成としてもよい。この構成でも、ＰＭの排出量を十分に低減しつつ、消費電力を抑制することができる。
【００４８】
また、放電電流制御として行われるフィードバック制御は、例えば放電電流検出回路５０Ｂにより検出した実電流値に基いて印加電圧を増減し、実電流値を目標電流値に一致させるものである。この場合、実電流値の取得は、放電電流検出回路５０Ｂにより行ってもよいが、エンジンの運転状態等に基いて推定する構成としてもよい。放電電流の具体的な推定方法については、実施の形態２で説明する。
【００４９】
さらに、ＥＣＵ５０には、上述した印加電圧制御と放電電流制御とを実現するために、図７及び図８に示すデータが予め記憶されている。これらのデータについて説明すると、まず、図７は、排気空燃比に基いて電圧補正係数Ｖkを決定するためのマップデータである。この電圧補正係数Ｖkは、ストイキでの印加電圧（基準電圧）Ｖsに乗算されることにより、図４中のリッチ領域に示す印加電圧の特性を実現するものである。リッチ領域では、ストイキよりもアーク放電が生じ易いので、印加電圧制御では、印加電圧を基準電圧Ｖsよりも低い電圧範囲で制御する。このため、電圧補正係数Ｖkは、ストイキでの値が「１」となり、空燃比がリッチ化するほど減少するように設定されている。一方、図８は、排気空燃比に基いて電流補正係数Ｉkを決定するためのマップデータである。この電流補正係数Ｉkは、ストイキでの放電電流（基準電流）Ｉsに乗算されることにより、図５中のリーン領域に示す放電電流の特性を実現するものである。なお、これらの補正係数Ｖk，Ｉkを用いた処理については、図９において説明する。
【００５０】
［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
次に、図９を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図９は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御のフローチャートである。この図に示すルーチンは、エンジンの運転中に繰返し実行される。図９に示すルーチンでは、まず、ステップ１００において、センサ系統の出力に基いてエンジンの運転情報を取得する。この運転情報には、少なくともエンジン回転数、負荷、エンジン水温、空燃比、燃料噴射時期、排気温度等が含まれる。
【００５１】
次に、ステップ１０２では、取得した運転情報等に基いてストイキ時の基準電圧Ｖs及び基準電流Ｉsを算出する。ここで、基準電圧Ｖsとは、ストイキ状態において、アーク放電が発生しない範囲でＰＭ浄化率が最大となる印加電圧として定義される。基準電圧Ｖsは、例えばエンジン回転数、吸入空気量、空燃比、エンジン水温、排気温度、燃料噴射量、燃料噴射時期等のパラメータに応じて変化する。これらのパラメータと基準電圧Ｖsとの関係は、実験等により求めてマップデータ化することができ、ＥＣＵ５０には、このマップデータが予め記憶されている。
【００５２】
このため、ＥＣＵ５０は、ステップ１０２で取得した運転情報（上記のパラメータ）に基いてマップデータを参照し、基準電圧Ｖsを算出することができる。また、基準電流Ｉsは、ストイキ状態において、アーク放電が発生しない範囲でＰＭ浄化率が最大となる放電電流として定義される。ＥＣＵ５０は、基準電圧Ｖsの場合とほぼ同様の方法により、運転情報に基いてマップデータを参照し、基準電流Ｉsを算出することができる。
【００５３】
次に、ステップ１０４では、空燃比がストイキよりもリッチ側であるか否か、即ち、リッチ領域であるか否かを判定する。この判定が成立した場合には、ステップ１０６において、空燃比に基いて図７のマップデータを参照し、電圧補正係数Ｖkを算出する。そして、ステップ１０８では、この電圧補正係数Ｖkを基準電圧Ｖsに乗算することにより、印加電圧Ｖ（Ｖ＝Ｖs×Ｖk）を算出する。次に、ステップ１１０では、印加電圧Ｖを目標電圧値として、印加電圧を制御する。
【００５４】
一方、ステップ１０４の判定が不成立の場合には、ステップ１１２において、空燃比に基いて図８のマップデータを参照し、電流補正係数Ｉkを算出する。そして、ステップ１１４では、この電流補正係数Ｉkを基準電流Ｉsに乗算することにより、放電電流Ｉ（Ｉ＝Ｉs×Ｉk）を算出する。次に、ステップ１１６では、目標電流値である放電電流Ｉに対して実電流値が一致するように、放電電流のフィードバック制御を実行する。
【００５５】
以上詳述した通り、本実施の形態によれば、空燃比に応じて印加電圧制御と放電電流制御とを適切に切換えることができる。これにより、リッチ領域とリーン領域の両方において、コロナ放電の状態を適切に制御することができ、アーク放電を防止しつつ、ＰＭ浄化率を安定的に向上させることができる。
【００５６】
なお、前記実施の形態１では、図９中のステップ１０４〜１１６が請求項１における給電制御手段の具体例を示している。このうち、ステップ１０６〜１１０は、請求項２，３における印加電圧制御手段の具体例を示し、ステップ１１２〜１１６は、請求項４，６における放電電流制御手段の具体例を示している。また、図５中に仮想線で示す特性線は、請求項５における放電電流制御手段の具体例を示している。
【００５７】
また、実施の形態１では、リッチ領域とリーン領域とで制御を切換える構成とした。しかし、本発明は、排気浄化装置２４への給電状態を制御するパラメータとして、空燃比を用いることを特徴とするものであり、空燃比に基いて行われる任意の印加電圧制御及び放電電流制御を含むものである。よって、本発明は、リッチ領域とリーン領域とで制御を切換える構成に限定されるものではない。具体例を挙げれば、本発明では、リッチ領域やリーン領域として区分されない任意の空燃比領域において、ＰＭ浄化率やアーク放電の発生確率が特徴的な傾向を示す場合に、この空燃比領域において前記傾向を改善（または助長）する電圧制御や電流制御を実行する構成としてもよい。このような構成でも、個々の空燃比領域におけるＰＭ浄化率の傾向やアーク放電の発生確率の傾向等に応じて、排気浄化装置２４への給電状態（印加電圧及び放電電流）を適切に制御することができる。従って、リッチ領域からリーン領域にわたる広い空燃比領域において、アーク放電を防止しつつ、最大のＰＭ浄化率を安定的に実現することができる。
【００５８】
また、実施の形態１では、空燃比に応じて印加電圧制御と放電電流制御の何れかを実行するものとした。しかし、本発明はこれに限らず、例えばリッチ領域とリーン領域とからなる両方の領域において、空燃比に基いて印加電圧制御を実行してもよい。また、両方の領域において、空燃比に基いて放電電流制御を実行してもよい。さらには、リッチ領域とリーン領域のうち一方の領域においてのみ、空燃比に基いて印加電圧制御または放電電流制御を実行し、他方の領域では、空燃比に関係なく印加電圧または放電電流の制御を行う構成としてもよい。
【００５９】
また、実施の形態１では、図９において、空燃比がちょうどストイキである場合に放電電流制御を実行するものとした。しかし、本発明はこれに限らず、空燃比がストイキである場合には、印加電圧制御と放電電流制御の何れを実行する構成としてもよい。
【００６０】
実施の形態２．
次に、図１０乃至図２１を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態は、実施の形態１とほぼ同様の構成及び制御（図１、図９等）において、空燃比以外のパラメータも考慮して印加電圧制御を実行することを特徴としている。なお、本実施の形態では、前記実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００６１】
［実施の形態２の特徴］
前述したように、印加電圧制御は、空燃比に基いて実行することができるが、他のパラメータも考慮することにより、制御の精度を向上させることができる。ここで、空燃比以外のパラメータを例示すると、機関温度（エンジン水温）、燃料噴射時期、筒内噴射量等である。なお、機関温度としては、エンジン水温に限らず、潤滑油の温度等を用いてもよい。上記各パラメータが変化すると、排気ガス中のＰＭ量（ＰＭの発生量）が変化し、これに伴ってＰＭ浄化率を最大とする最適な印加電圧が変化する。このため、本実施の形態では、まず、排気空燃比、エンジン水温、燃料噴射時期、筒内噴射量等に基いて排気ガス中のＰＭ量を算出し、ＰＭ量等に基いて印加電圧を算出する。
【００６２】
（ＰＭ量の算出処理）
まず、図１０乃至図１３を参照して、上記各パラメータとＰＭ量との関係について説明する。図１０は、本発明の実施の形態２において、排気空燃比と排気ガス中のＰＭ粒子数との関係を示す特性線図である。空燃比がリーン化すると、その分だけ燃焼に寄与する燃料が減少するので、ＰＭの発生量も低下する。このため、ＰＭ粒子数は、図１０に示すように、空燃比がリーン化するほど減少する特性がある。なお、ＰＭ粒子数とは、排気流量を一定とした状態での排気ガス中のＰＭの濃度（密度）に相当している。
【００６３】
また、図１１は、燃料噴射時期（噴射開始時期）と排気ガス中のＰＭ粒子数との関係を示す特性線図である。燃焼行程では、噴射燃料のうちピストンに付着した燃料や吸気バルブと干渉した燃料の量が多いほど、ＰＭの発生量が増加し易い。また、ピストンや吸気バルブに対する燃料の付着量（干渉量）は、燃料が噴射されるときのピストンの位置や吸気バルブのリフト量に影響される。このため、ＰＭ粒子数と燃料噴射時期との間には相関があり、この相関を実験等により求めると、図１１に示す特性線図を得ることができる。なお、図１１中に実線で示す特性線Ａは、ピストンの付着燃料に起因するＰＭ粒子数の特性線Ｂと、吸気バルブと噴射燃料との干渉に起因するＰＭ粒子数の特性線Ｃとを合成したものである。
【００６４】
また、図１２は、図１１中の特性線とエンジン水温との関係を示す特性線図である。一般に、低温時には燃焼性が悪化するので、排気ガス中のＰＭ粒子数は、機関温度が低いほど増加する。このため、上記特性線Ａは、図１２に示すように、エンジン水温が低いほど、ＰＭ粒子数が増加する方向に変化する。なお、図１２に示す特性線において、ピストンへの付着燃料に起因する部分（上記特性線Ｂに対応する部分）と、吸気バルブと噴射燃料との干渉に起因する部分（上記特性線Ｃに対応する部分）とを比較すると、エンジン水温の変化に対する感度は、吸気バルブと噴射燃料との干渉に起因する部分の方が大きい。図１２に示す特性線には、このような温度変化に対する感度も反映されている。
【００６５】
一方、図１３は、筒内噴射量とＰＭ粒子数との関係を示す特性線図である。一般に、筒内噴射弁と吸気ポート噴射弁とを備えたデュアル噴射型のエンジンでは、全体の燃料噴射量が一定でも、筒内噴射量の比率が増加することにより、筒内や吸気バルブへの燃料付着量が増加する。このため、図１３に示すように、筒内噴射量（または、全体の燃料噴射量に対する筒内噴射比率）が増えるほど、ＰＭ粒子数は増加する傾向がある。
【００６６】
ＥＣＵ５０には、上記図１０〜図１３に示すデータに基いて作成された複数のマップデータが予め記憶されている。このマップデータには、燃料噴射時期に基いて推定ピストン付着量ＦＭpと推定ＩＮ弁干渉量ＦＭivとをそれぞれ算出するための基本マップデータと、エンジン水温に基いて水温補正係数ｋa1，ｋb1をそれぞれ算出するための水温マップデータと、空燃比に基いてＡ／Ｆ補正係数ｋa2，ｋb2をそれぞれ算出するための空燃比マップデータと、筒内噴射比率に基いて噴射比率補正係数ｋa3，ｋb3をそれぞれ算出するための噴射比率マップデータとが含まれている。
【００６７】
ここで、推定ピストン付着量ＦＭpとは、ピストンに付着した燃料に起因するＰＭの発生量に相当するもので、推定ＩＮ弁干渉量ＦＭivは、吸気バルブと噴射燃料との干渉に起因するＰＭの発生量に相当するものである。また、補正係数ｋa1，ｋa2，ｋa3は、それぞれ推定ピストン付着量ＦＭpを水温、空燃比、噴射比率に基いて補正するための補正係数であり、補正係数ｋb1，ｋb2，ｋb3は、それぞれ推定ＩＮ弁干渉量ＦＭivを水温、空燃比、噴射比率に基いて補正するための補正係数である。なお、補正係数ｋa1〜ｋa3，ｋb1〜ｋb3は、それぞれ０〜１の範囲で設定される。また、噴射比率補正係数ｋa3，ｋb3は、デュアル噴射型のエンジンに適用されるもので、本実施の形態では１に保持される。
【００６８】
次に、上記各マップデータに基いてＰＭ量を算出する処理について説明する。ＰＭ量の算出処理では、まず、センサ系統の出力に基いてエンジン水温、燃料噴射時期及び筒内噴射比率を取得する。そして、これらのパラメータに基いて上記各マップデータを参照することにより、推定ピストン付着量ＦＭp、推定ＩＮ弁干渉量ＦＭiv及び補正係数ｋa1〜ｋa3，ｋb1〜ｋb3をそれぞれ算出し、更に、下記（１）〜（３）式に基いてＰＭ濃度Ｄ（個／ｃｍ３）を算出する。
【００６９】
ａn＝（ｋa1×ｋa2×ｋa3）×ａn-1      ・・・（１）
ｂn＝（ｋb1×ｋb2×ｋb3）×ｂn-1      ・・・（２）
Ｄ＝ａn×ＦＭp＋ｂn×ＦＭiv          ・・・（３）
【００７０】
ここで、ａn，ｂnは、それぞれ補正係数ｋa1〜ｋa3，ｋb1〜ｋb3が反映された総合補正係数である。また、総合補正係数ａn，ｂnは、最新の演算サイクルで算出される値を示し、その算出時には、前回の演算サイクルで算出された総合補正係数ａn-1，ｂn-1が用いられる。次の処理では、エンジン回転数、吸入空気量、燃料噴射量等に基いて排気流量Ｅ（ｃｍ３／sec）を算出し、この排気流量Ｅと上記ＰＭ濃度Ｄとに基いて、下記（４）式によりＰＭ量Ｆを算出する。これにより、ＰＭ量Ｆは、個数の流量（個／sec）として算出される。なお、総合補正係数ａn，ｂnの初期値は１とすればよい。
【００７１】
Ｆ＝Ｄ×Ｅ      ・・・（４）
【００７２】
さらに、排気ガス中のＰＭ粒子数は、エンジンの負荷が高いほど増加する。従って、本発明では、ＰＭ粒子数と負荷との関係をマップデータ化し、負荷に基いてＰＭ量を補正する構成としてもよい。
【００７３】
（印加電圧の算出処理）
次に、ＰＭ量に基いて印加電圧を算出する処理について説明する。この算出処理は、アーク放電が発生しない範囲で必要最大限の電圧を印加することを目的としている。このため、印加電圧の算出処理では、まず、排気ガス中のＰＭ量に基いて、ＰＭの全量を酸化するのに必要な理論上のエネルギ（要求印加エネルギ）Ｅbを算出し、この要求印加エネルギを排気ガス中に印加するために必要な印加電圧（基本印加電圧）Ｖbを算出する。
【００７４】
要求印加エネルギＥbは、例えば既知であるＰＭの単位粒子当りの酸化エネルギ（活性化エネルギ）を、排気ガス中のＰＭ量分だけ加算したものである。ＥＣＵ５０には、この加算処理をデータ化したマップデータ、即ち、ＰＭ量に基いて要求印加エネルギＥbを算出するためのマップデータ（エネルギマップデータ）が予め記憶されている。また、基本印加電圧Ｖbは、図１４に示すように、要求印加エネルギＥbが高いほど、また、ＰＭ量が多いほど高くする必要がある。図１４は、要求印加エネルギＥbとＰＭ量とに基いて基本印加電圧Ｖbを決定するためのマップデータであり、このマップデータはＥＣＵ５０に予め記憶されている。なお、図１４に示すマップデータの参照するときには、ＰＭ量としてＰＭ粒子数、即ち、前述したＰＭ濃度Ｄ（個／ｃｍ３）を用いるのが好ましい。ＥＣＵ５０は、上記２つのマップデータにより、ＰＭ量に基いて基本印加電圧Ｖbを算出し、この基本印加電圧Ｖbを電極６２，６４間に印加することができる。
【００７５】
上述した印加電圧の算出処理によれば、排気ガス中のＰＭを酸化するのに必要な要求印加エネルギＥb、空燃比、エンジン水温、燃料噴射時期及び筒内噴射比率からなるパラメータの状態を基本印加電圧Ｖbに反映させ、各パラメータに応じて基本印加電圧Ｖbを適切に制御することができる。具体的には、基本的な傾向として、排気ガス中のＰＭ量が多いほど、基本印加電圧Ｖbを低下させることができる。より詳しく言えば、空燃比のリッチ度合いが大きいほど、エンジン水温が低いほど、また、筒内噴射比率が高いほど、基本印加電圧Ｖbを低下させることができる。さらに、ＰＭ量が増加し易い燃料噴射時期である場合にも、基本印加電圧Ｖbを低下させることができる。
【００７６】
一方、上述のように印加電圧を適切に制御しても、電極６２，６４間に流れる実際の放電電流は、印加電圧以外の要因や各種の損失等により変動し易い。放電電流が想定よりも減少側に変動した場合には、実際の印加エネルギが要求印加エネルギＥbよりも低くなり、ＰＭ浄化率が低下する。また、放電電流が想定よりも増加側に変動した場合には、アーク放電が発生する虞れがある。このため、本実施の形態では、以下に述べる電圧最適化処理と、アーク放電防止処理とを実行することにより、基本印加電圧Ｖbを初期値として最終的な印加電圧Ｖを算出し、この印加電圧Ｖを電極６２，６４間に印加する。
【００７７】
（電圧最適化処理）
この処理では、実際の電圧を印加する前に、まず、印加しようとする電圧（以下、仮想電圧と称す）等に基いて、後述の方法により放電電流を推定する。次に、推定放電電流と仮想電圧とに基いて印加エネルギを推定し、この印加エネルギの推定値が要求印加エネルギＥbと等しくなるように仮想電圧を補正する。そして、印加エネルギの推定値が要求印加エネルギＥbと等しくなるとき、即ち、推定放電電流が要求印加エネルギＥbを満たすときの仮想電圧を、適切な印加電圧として算出する。この処理において、基本印加電圧Ｖbは、仮想電圧の初期値（補正前の値）として用いられる。
【００７８】
上述した電圧最適化処理によれば、実際の電圧を印加する前に、印加しようとする電圧に基いて放電電流を推定し、推定放電電流Ｉeに基いて印加電圧を調整することができる。即ち、印加エネルギが要求印加エネルギＥbと等しくなるように、印加電圧を最適化することができる。従って、コロナ放電時に印加エネルギが不足したり、必要以上のエネルギが印加されるのを防止することができ、消費電力を抑制しつつ、ＰＭを効率よく浄化することができる。
【００７９】
（アーク放電防止処理）
この処理は、電圧最適化処理により得られた印加電圧を、アーク放電が発生しない電圧範囲に制限するものである。コロナ放電時には、中心電極６２から接地電極６４に向けて円形状の放電領域が形成されるが、その放電半径（放電の到達距離）Ｒbが接地電極６４の半径（電極６２，６４の電極間距離）以内であれば、コロナ放電を安定的に持続させることができる。これに対し、放電半径Ｒbが接地電極６４の半径（以下、配管径Ｒと称す）を超えた場合には、アーク放電の発生確率が急増する傾向がある。このため、アーク放電防止処理では、まず、印加しようとする仮想電圧とＰＭ量とに基いて、当該仮想電圧を印加した場合の放電半径Ｒbを算出する。
【００８０】
図１５は、印加電圧とＰＭ量（ＰＭ粒子数）とに基いて放電半径Ｒbを算出するためのマップデータであり、このマップデータはＥＣＵ５０に予め記憶されている。放電半径Ｒbは、図１５に示すように、印加電圧が高いほど、また、排気ガス中のＰＭ粒子数が多いほど、増加する傾向がある。アーク放電防止処理では、図１５のマップデータに基いて算出した放電半径Ｒbが配管径Ｒと等しくなる特定の仮想電圧を印加電圧の上限値として算出し、この上限値により実際の印加電圧を制限する。具体的には、電圧最適化処理により算出した印加電圧と前記上限値のうち小さい方を最終的な印加電圧Ｖとして算出する。なお、配管径Ｒは、既知のデータとしてＥＣＵ５０に予め記憶されている。
【００８１】
上述したアーク放電防止処理によれば、実際の電圧を印加する前に、印加しようとする電圧をアーク放電が発生しない範囲で最大の電圧値に制限することができる。従って、アーク放電が発生してから印加電圧を低下させる非効率な制御が不要となり、アーク放電を未然に防止しつつ、最大限のＰＭ浄化率を得ることができる。
【００８２】
（放電電流の推定処理）
次に、電圧最適化処理で用いられる放電電流の推定処理について説明する。この推定処理は、実際に電圧を印加せずに、印加電圧（仮想電圧）、ＰＭ量、排気温度及び空燃比に基いて放電電流の大きさを推定するものである。具体的には、まず、図１６に示すマップデータに基いて、推定処理の初期値となる基本放電電流Ｉbを算出する。図１６は、印加電圧とＰＭ量とに基いて基本放電電流を算出するためのマップデータであり、ＥＣＵ５０に予め記憶されている。この図に示すように、放電電流は、印加電圧が高いほど、また、排気ガス中のＰＭ量が多いほど増加する傾向がある。前述した電圧最適化処理では、仮想電圧とＰＭ量とに基いて図１６のマップデータを参照することにより、当該仮想電圧を印加した場合に流れる放電電流を推定することができる。
【００８３】
次の処理では、排気温度と空燃比とに基いて基本放電電流Ｉbを補正し、最終的な推定値である推定放電電流Ｉeを算出する。このため、ＥＣＵ５０には、図１７及び図１８に示すマップデータが予め記憶されている。図１７は、排気温度に基いて排気温度電流補正係数ｋi1を算出するためのマップデータであり、図１８は、排気空燃比に基いてＡ／Ｆ電流補正係数ｋi2を算出するためのマップデータである。なお、これらの補正係数ｋi1，ｋi2は、それぞれ０〜１の範囲で設定される。
【００８４】
放電電流は、図１７に示すように、他の条件が同一でも、排気温度が高いほど増加する傾向がある。また、放電電流は、図１８に示すように、空燃比がリーン化するほど減少する傾向がある。ＥＣＵ５０は、これらのマップデータにより算出した補正係数ｋi1，ｋi2と、基本放電電流Ｉbとに基いて、下記（５）式のように推定放電電流Ｉeを算出する。
【００８５】
Ｉe＝ｋi1×ｋi2×Ｉb      ・・・（５）
【００８６】
上述した放電電流の推定処理によれば、実際の電圧を印加しなくても、排気ガス中のＰＭ量、排気温度、空燃比及び印加電圧の状態が反映された推定放電電流Ｉeを算出することができる。より詳しく述べると、本実施の形態では、ＥＣＵ５０の放電電流検出回路５０Ｂにより実際の放電電流を検出することも可能であるが、この場合には、電極６２，６４間に電圧を一旦印加する必要があり、この電圧印加によってアーク放電が生じる場合も考えられる。これに対し、上述の推定処理を用いれば、アーク放電を誤って発生させることなく、放電電流の挙動が考慮された印加電圧の最適値を容易に取得することができる。
【００８７】
［実施の形態２を実現するための具体的な処理］
次に、図１９乃至図２１を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。まず、図１９は、本発明の実施の形態２において、ＥＣＵにより実行される印加電圧制御のフローチャートである。この図に示すルーチンは、実施の形態１（図９）のステップ１０６〜１１０に代えて実行される。図１９に示すルーチンでは、まず、ステップ２００において、後述の図２０に示す処理を実行することにより、排気ガス中のＰＭ量を算出する。そして、ステップ２０２，２０４では、前述した印加電圧の算出処理を実行する。即ち、ステップ２０２では、ＰＭ量に基いて前記エネルギマップデータを参照し、要求印加エネルギＥbを算出する。また、ステップ２０４では、要求印加エネルギＥbとＰＭ量とに基いて図１４のマップデータを参照し、基本印加電圧Ｖbを算出する。
【００８８】
次に、ステップ２０６〜２１４では、前述した電圧最適化処理を実行する。まず、ステップ２０６では、後述の図２１に示す処理を実行することにより、印加電圧（仮想電圧）とＰＭ量とに基いて推定放電電流Ｉeを算出する。ここで、ステップ２０６〜２１２の処理は、ループ処理として繰返し実行されるが、ステップ２０６の初回実行時には、ステップ２０４で算出された基本印加電圧Ｖbが仮想電圧の初期値として用いられる。次に、ステップ２０８では、ステップ２０６で算出した推定放電電流Ｉeと、基本印加電圧Ｖbとに基いて印加エネルギＥ（＝Ｖb×Ｉe）を算出する。そして、ステップ２１０では、印加エネルギＥの算出値が要求印加エネルギＥbと等しいか否かを判定する。
【００８９】
ステップ２１０の判定が不成立の場合には、ステップ２１２において、基本印加電圧Ｖbの値を所定の更新量分だけ更新（変更）し、ステップ２０６に戻る。そして、ステップ２０６では、更新された基本印加電圧Ｖbを仮想電圧として、推定放電電流Ｉeを再び算出する。なお、基本印加電圧Ｖbの更新量は、例えば印加エネルギＥと要求印加エネルギＥbとの差分（Ｅ−Ｅb）の大きさ及び正負に基いて、印加エネルギＥが要求印加エネルギＥbに近づくように設定される。これにより、ステップ２０６〜２１２では、印加エネルギＥが要求印加エネルギＥbと等しくなるまで、基本印加電圧Ｖbを更新しながらループ処理が行われる。そして、両者が等しくなった時点で、ステップ２１０の判定が成立してループ処理が終了するので、ステップ２１４では、前記ループ処理での基本印加電圧Ｖbの最終的な更新値を、暫定的な印加電圧Ｖ1として算出する。
【００９０】
次に、ステップ２１６〜２３０では、前述したアーク放電防止処理を実行する。まず、ステップ２１６では、暫定的な印加電圧Ｖ1を、更新用の変数である仮想電圧Ｖb2に代入する。そして、ステップ２１６では、仮想電圧Ｖb2とＰＭ量とに基いて図１５のマップデータを参照し、放電半径Ｒbを算出する。次に、ステップ２２０では、放電半径Ｒbが配管径Ｒと等しいか否かを判定する。この判定が不成立の場合には、ステップ２２２で仮想電圧Ｖb2を所定の更新量分だけ更新（変更）し、ステップ２１８に戻る。そして、ステップ２１８では、更新された仮想電圧Ｖb2とＰＭ量とに基いて放電半径Ｒbを再び算出する。これにより、ステップ２１８〜２２２では、放電半径Ｒbが配管径Ｒと等しくなるまで、仮想電圧Ｖb2を更新しながらループ処理が行われる。そして、両者が等しくなった時点で、ステップ２２０の判定が成立してループ処理が終了するので、ステップ２２４では、前記ループ処理での仮想電圧Ｖb2の最終的な更新値を、アーク放電を回避可能な最大印加電圧Ｖ2として算出する。
【００９１】
次に、ステップ２２６では、前述の印加電圧Ｖ1が最大印加電圧Ｖ2よりも大きいか否かを判定する。この判定が成立した場合には、印加電圧Ｖ1をそのまま印加するとアーク放電の発生確率が高いので、ステップ２２８では、最大印加電圧Ｖ2を最終的な印加電圧Ｖとして算出する。一方、ステップ２２６の判定が不成立の場合には、印加電圧Ｖ1によりアーク放電を回避することができるので、ステップ２３０では、印加電圧Ｖ1を最終的な印加電圧Ｖとして算出する。以上の処理により最終的な印加電圧Ｖが算出されるので、ステップ２３２では、この印加電圧Ｖを目標電圧値として、電極６２，６４間に印加する電圧を制御する。
【００９２】
次に、図２０を参照して、ＰＭ量の算出処理について説明する。図２０は、ＥＣＵにより実行されるＰＭ量の算出処理を示すフローチャートである。なお、この図に示すルーチンは、エンジンの運転中に繰返し実行されるものとする。図２０に示すルーチンにおいて、まず、ステップ３００では、センサ系統の出力に基いてエンジンの運転情報を取得する。この運転情報には、少なくともエンジン回転数、吸入空気量、負荷、エンジン水温、空燃比、排気温度、燃料噴射時期、筒内噴射比率（デュアル噴射型エンジンの場合）等が含まれる。
【００９３】
次に、ステップ３０２では、燃料噴射時期に基いて前記基本マップデータを参照し、推定ピストン付着量ＦＭpを算出する。また、ステップ３０４では、燃料噴射時期に基いて基本マップデータを参照し、推定ＩＮ弁干渉量ＦＭivを算出する。また、ステップ３０６では、エンジン水温に基いて前記水温マップデータを参照することにより、水温補正係数ｋa1，ｋb1を算出し、ステップ３０８では、空燃比に基いて前記空燃比マップデータを参照することにより、Ａ／Ｆ補正係数ｋa2，ｋb2を算出する。さらに、ステップ３１０では、筒内噴射比率に基いて噴射比率マップデータを参照し、噴射比率補正係数ｋa3，ｋb3を算出する。次に、ステップ３１２では、前記（１），（２）式により総合補正係数ａn，ｂnを算出し、ステップ３１４では、前記（３）式によりＰＭ濃度（ＰＭ粒子数）Ｄを算出する。そして、ステップ３１６では、エンジン回転数、吸入空気量、燃料噴射量等に基いて排気流量Ｅを算出し、前記（４）式によりＰＭ量Ｆを算出する。
【００９４】
次に、図２１を参照して、放電電流の推定処理について説明する。図２１は、ＥＣＵにより実行される放電電流の推定処理を示すフローチャートである。なお、この図に示すルーチンは、エンジンの運転中に繰返し実行されるものとする。図２１に示すルーチンにおいて、まず、ステップ４００では、印加電圧（仮想電圧）とＰＭ量とに基いて図１６のマップデータを参照し、基本放電電流Ｉbを算出する。そして、ステップ４０２では、排気温度に基いて図１７のマップデータを参照し、排気温度電流補正係数ｋi1を算出する。また、ステップ４０４では、空燃比に基いて図１８のマップデータを参照し、Ａ／Ｆ電流補正係数ｋi2を算出する。次に、ステップ４０６では、前記（５）式により推定放電電流Ｉeを算出する。
【００９５】
なお、前記実施の形態１では、図１９中のステップ２００〜２３２が請求項２，３，７，８における印加電圧制御手段の具体例を示している。また、図２０中のステップ３００〜３１６が請求項７，１０におけるＰＭ量算出手段の具体例を示し、図２１中のステップ４００〜４０６が請求項８における放電電流推定手段の具体例を示している。さらに、図１９中のステップ２１６〜２３０が請求項９，１０におけるアーク放電防止手段の具体例を示し、ステップ２１８が請求項１０における放電距離算出手段の具体例を示している。
【００９６】
また、実施の形態２では、まず、印加電圧の算出処理により基本印加電圧Ｖbを算出し、次に、電圧最適化処理とアーク放電防止処理とにより基本印加電圧Ｖbを初期値として最終的な印加電圧Ｖを算出し、この印加電圧Ｖを電極６２，６４間に印加する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば印加電圧の算出処理のみを実行し、基本印加電圧Ｖbをそのまま電極６２，６４間に印加する構成としてもよい。また、印加電圧の算出処理を実行した後に、電圧最適化処理とアーク放電防止処理のうち何れか一方の処理のみを実行し、他方の処理を省略する構成としてもよい。このように、一部の処理のみを実行する場合でも、個々の処理の効果をそれぞれ発揮することができる。
【００９７】
また、本発明では、実施の形態１の印加電圧制御（図９中のステップ１０６〜１１０）に加えて、実施の形態２で述べたアーク放電防止処理を行う構成としてもよい。この場合には、図９中のステップ１０８で算出した印加電圧Ｖを図１９中のステップ２１６で仮想電圧Ｖb2に代入し、ステップ２１６〜２３０のアーク放電防止処理を実行すればよい。これにより、実施の形態１の印加電圧制御に対しても、アーク放電防止処理の効果を付加することができる。
【００９８】
さらに、実施の形態２では、印加電圧の算出処理において、排気ガス中のＰＭ量が多いほど、印加電圧を低下させる構成とした。しかし、本発明は、印加電圧を制御するパラメータとして、排気ガス中のＰＭ量を用いることを特徴とするものであり、ＰＭ量に基いて行われる任意の印加電圧制御を含むものである。よって、本発明は、ＰＭ量が多いほど印加電圧を低下させる構成に限定されるものではなく、必要であれば、ＰＭ量が多いほど印加電圧を上昇させる構成としてもよい。また、ＰＭ量が特定の範囲となる場合にのみ、印加電圧を低下または上昇させる構成としてもよい。
【００９９】
実施の形態３．
次に、図２２を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態２において、コロナ放電中に実際の放電電流を検出し、実際の放電電流と推定放電電流との差分に基いて印加電圧を補正することを特徴としている。なお、本実施の形態では、前記実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【０１００】
［実施の形態３の特徴］
本実施の形態では、コロナ放電中に実際の放電電流（実放電電流）Ｉrを検出する。また、アーク放電を発生させない電圧範囲での最大印加電圧Ｖ2（前記図１９参照）と、排気ガス中のＰＭ量とに基いて、前述の放電電流推定処理により推定放電電流Ｉeを算出する。そして、実放電電流Ｉrが推定放電電流Ｉeよりも大きい場合には、これらの電流値の差分（Ｉr−Ｉe）に基いて印加電圧の補正量ｆ（Ｉr−Ｉe）を算出し、補正量ｆ（Ｉr−Ｉe）に基いて印加電圧Ｖを補正する。
【０１０１】
ここで、補正量ｆ（Ｉr−Ｉe）は、印加電圧を減少させるための補正係数である。そして、補正量ｆ（Ｉr−Ｉe）は、電流値の差分（Ｉr−Ｉe）が大きくなるほど、０〜１の範囲で減少する関数として予め設定されている。また、印加電圧Ｖは、補正量ｆ（Ｉr−Ｉe）に基いて下記（６）式のように補正される。
【０１０２】
Ｖ補正後＝ｆ（Ｉr−Ｉe）×Ｖ補正前      ・・・（６）
【０１０３】
［実施の形態３を実現するための具体的な処理］
次に、図２２を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図２２は、本発明の実施の形態３において、ＥＣＵにより実行される印加電圧補正制御を示すフローチャートである。この図に示すルーチンは、実施の形態２で説明した印加電圧制御と並行して、エンジンの運転中に繰返し実行されるものとする。図２２に示すルーチンでは、まず、ステップ５００において、ＥＣＵ５０の放電電流検出回路５０Ｂによりコロナ放電中の実放電電流Ｉrを検出する。また、ステップ５０２では、前述のアーク放電防止処理により算出された最大印加電圧Ｖ2と、ＰＭ量の算出処理により算出されたＰＭ量とに基いて、推定放電電流Ｉeを算出する。そして、ステップ５０４では、実放電電流Ｉrが推定放電電流Ｉeよりも大きいか否かを判定する。この判定が成立した場合には、ステップ５０６において、補正量ｆ（Ｉr−Ｉe）を算出し、前記（６）式により印加電圧Ｖを補正する。そして、ステップ５０８では、印加電圧Ｖを補正後の値に更新する。
【０１０４】
上記構成によれば、実放電電流Ｉrに基いて放電半径Ｒbが配管径Ｒに近いと判断される場合には、実放電電流Ｉrと推定放電電流Ｉeとの差分（Ｉr−Ｉe）に応じて算出される補正量ｆ（Ｉr−Ｉe）分だけ、印加電圧Ｖを減少させることができる。これにより、推定放電電流Ｉeに含まれる誤差を印加電圧Ｖにフィードバックし、印加電圧Ｖをより適切な値に補正することができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１０  エンジン（内燃機関）
１２  ピストン
１４  燃焼室
１６  クランク軸
１８  吸気通路
２０  排気通路
２２  スロットルバルブ
２４  排気浄化装置
２６  筒内噴射弁
２８  点火プラグ
３０  吸気バルブ
３２  排気バルブ
３４  クランク角センサ
３６  エアフローセンサ
３８  水温センサ
４０  排気温センサ
４２  空燃比センサ（空燃比検出手段）
５０  ＥＣＵ
５０Ａ  印加電圧制御回路
５０Ｂ  放電電流検出回路
６０  ハウジング
６２，６４  電極（コロナ放電部）
６６  絶縁碍子
６８  電極支持部
Ｋ1  空燃比境界値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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