(57)【要約】【課題】本発明は、排気浄化触媒が暖機状態にある場合に、大気中へ排出される未燃燃料を効果的に低減しつつ、排気浄化触媒の暖機を促進させることを課題とする。【解決手段】本発明は、内燃機関の燃焼室における排気ポート近傍に臨む放電部を有する点火プラグと、点火プラグに駆動電圧を印加することにより、前記放電部において非平衡なプラズマ放電を発生させる駆動部と、排気浄化触媒が暖機状態にある場合に、排気バルブの開弁期間における初期の期間であって、且つ排気のブローダウン現象が発生する期間である第１の所定期間において、駆動部から点火プラグへ駆動電圧を印加させることで、放電部において非平衡なプラズマ放電を発生させる制御部と、を備える。【選択図】図６
2018132023.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に配置される排気浄化触媒を備えた内燃機関に適用される、内燃機関の点火装置であって、
前記点火装置は、
前記内燃機関の燃焼室における排気ポート近傍に臨む放電部を有する点火プラグと、
前記点火プラグに駆動電圧を印加することにより、前記放電部において非平衡なプラズマ放電を発生させる駆動部と、
前記排気浄化触媒が暖機状態にある場合に、排気バルブが開弁し始めてから所定の期間であって、且つ排気のブローダウン現象が発生する期間である第１の所定期間に、前記駆動部から前記点火プラグへ駆動電圧を印加させることで、前記放電部において非平衡なプラズマ放電を発生させる制御部と、
を備えることを特徴とする、内燃機関の点火装置。
【請求項２】
前記排気浄化触媒が暖機状態にある場合に、前記制御部は、前記第１の所定期間に加え、前記第１の所定期間の終了後から排気行程の半ばまでの一部の期間であって且つ前記燃焼室から前記排気ポートへ排出されたガスが前記燃焼室へ逆流する期間である第２の所定期間においても、前記駆動部から前記点火プラグへ駆動電圧を印加させることで、前記放電部において非平衡なプラズマ放電を発生させることを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の点火装置に関し、特に内燃機関の非平衡プラズマを発生可能な点火装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
放電電極が燃焼室の中心に臨むように取り付けられる中心点火プラグと、放電電極が燃焼室の周縁に臨むように取り付けられる環状点火プラグと、を備え、排気浄化触媒の暖機中は、圧縮上死点近傍において混合気に点火すべく中心点火プラグから放電させることに加え、排気上死点近傍において未燃燃料に点火すべく環状点火プラグから放電させるものが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１３８７５０号公報
【特許文献２】特開２００５−２０１１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した従来技術は、シリンダボア壁面に付着していた未燃燃料が排気行程中のピストンによって掻き上げられ、掻き上げられた未燃燃料が排気上死点近傍において燃焼室の周縁に誘導されるという知見に基づくものである。しかしながら、ピストンが排気上死点近傍にあるときは、燃焼室内に残留しているガスの量が少なくなるため、それに応じて残留酸素量も少なくなる。特に、未燃燃料が燃焼室の周縁に誘導されることで、環状点火プラグ近傍が燃料過濃な状態になり易い。その結果、環状点火プラグから放電されても、未燃燃料の反応が生起されない可能性もある。その場合、未燃燃料が排気浄化触媒においても浄化されずに、大気中へ排出される可能性がある。
【０００５】
本発明は、上記したような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気浄化触媒が暖機状態にある場合に、大気中へ排出される未燃燃料を効果的に低減しつつ、排気浄化触媒の暖機を促進させることもできる、内燃機関の点火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】
本発明は、上記した課題を解決するために、排気浄化触媒の暖機中において、比較的多量の既燃ガスが点火プラグの放電部を通過するときに、該点火プラグによって非平衡プラズマを発生させることにより、既燃ガス中の未燃燃料を酸化力の強い性質に改質するようにした。
【０００７】
詳細には、本発明は、排気通路に配置される排気浄化触媒を備えた内燃機関に適用される、内燃機関の点火装置である。この点火装置は、前記内燃機関の燃焼室における排気ポート近傍に臨む放電部を有する点火プラグと、前記点火プラグに駆動電圧を印加することにより、前記放電部において非平衡なプラズマ放電を発生させる駆動部と、前記排気浄化触媒が暖機状態にある場合に、排気バルブが開弁し始めてから所定の期間であって、且つ排気のブローダウン現象が発生する期間である第１の所定期間において、前記駆動部から前記点火プラグへ駆動電圧を印加させることで、前記放電部において非平衡なプラズマ放電を発生させる制御部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
内燃機関の運転中において、排気バルブが開弁し始めると、混合気の既燃ガスが気筒内
から排気ポートへ流出することになる。ここで、排気バルブが開弁し始めてから閉弁し終わるまでの期間（開弁期間）のうち、排気バルブが開弁し始めてから所定の期間は、高温且つ高圧の既燃ガスが気筒内に多量に存在するため、気筒内の圧力が排気ポート内の圧力より大きくなるとともに、それらの圧力差が大きくなる。よって、排気バルブが開弁し始めた直後は、気筒内の既燃ガスが勢いよく排気ポートへ流出する、所謂ブローダウン現象が発生する。斯様なブローダウン現象が発生している期間（第１の所定期間）では、排気ポートの近傍に配置された放電部を比較的多量の既燃ガスが通過する。
【０００９】
そこで、本発明の内燃機関の点火装置では、排気浄化触媒が暖機状態にある場合に、前記第１の所定期間において前記駆動部から前記点火プラグへ駆動電圧を印加させることで、前記放電部に非平衡なプラズマ放電を発生させるようにした。その場合、非平衡なプラズマ放電により生成された高エネルギの電子が、前記放電部近傍を通過する多量の既燃ガスと衝突することで、ＯＨラジカル等のように反応力の強い活性種が多量に生成される。その結果、斯様に生成された活性種が既燃ガス中の未燃燃料（炭化水素）と反応し易くなる。上記の活性種と既燃ガス中の未燃燃料とが反応すると、その未燃燃料が酸化力の強い不飽和炭化水素（例えば、オレフィン）等に改質される。このようにして改質された未燃燃料の少なくとも一部は、排気浄化触媒より上流の排気通路で酸化されるため、排気中の未燃燃料の量が減少する。また、未燃燃料が酸化される際に反応熱が発生することで、排気浄化触媒へ流入する排気の温度が高められることになる。その結果、排気中の未燃燃料の量を減らしつつ、排気浄化触媒の暖機を促進させることができる。一方、排気浄化触媒より上流の排気通路で酸化されなかった未燃燃料は、暖機途中の排気浄化触媒に流入することになるが、その未燃燃料の性質が酸化力の強い性質に改質されているため、暖機途中の排気浄化触媒によっても酸化され易い。そして、排気浄化触媒において未燃燃料が酸化される際の反応熱によって、排気浄化触媒の暖機を促進させることもできる。よって、本発明に係わる内燃機関の点火装置によれば、排気浄化触媒が暖機状態にある場合に、大気中へ排出される未燃燃料を低減しつつ、排気浄化触媒の暖機を促進させることが可能となる。
【００１０】
ここで、上記のブローダウン現象によって気筒内の既燃ガスが排気ポートへ勢いよく排出されると、気筒内の圧力が低下する。特に、上記のブローダウン現象が収束（前記第１の所定期間が終了）してから排気行程の半ばまでの期間では、ピストンが下死点寄りに位置することによって、気筒内の容積が比較的大きくなるため、気筒内の圧力が低くなり易い。そのような状態において、他気筒のブローダウン現象等に起因する正圧波が該気筒の排気ポートに作用すると、排気ポート内の圧力が気筒内の圧力より大きくなって、排気ポートから気筒内へ排気が逆流する可能性がある。なお、斯様にして気筒内へ逆流した排気は、排気行程の後半におけるピストンの動作によって再び排気ポートへ排出される。ここで、排気ポートから気筒内へ逆流した排気の少なくとも一部は、前記点火プラグの放電部を通過する。よって、排気が排気ポートから気筒内へ逆流する期間において、前記点火プラグの放電部に非平衡なプラズマ放電を発生させると、該排気に含まれる未燃燃料を酸化力の強い性質に改質させることが可能になる。
【００１１】
そこで、本発明に係わる内燃機関の点火装置では、前記排気浄化触媒が暖機状態にある場合に、前記制御部が、前記第１の所定期間に加え、前記第１の所定期間の終了後から排気行程の半ばまでの一部の期間であって且つ前記燃焼室から前記排気ポートへ排出されたガスが前記燃焼室へ逆流する期間である第２の所定期間においても、前記駆動部から前記点火プラグへ駆動電圧を印加させることで、前記放電部において非平衡なプラズマ放電を発生させるようにしてもよい。
【００１２】
このように構成される内燃機関の点火装置によれば、１サイクルあたりに、前記第１の所定期間と前記第２の所定期間との２つの期間において、既燃ガス中の未燃燃料を改質さ
せることができるため、大気中に排出される未燃燃料をより確実に減少させつつ、排気浄化触媒の暖機をより一層促進させることができる。
【００１３】
ここで、本発明に係わる点火プラグは、圧縮上死点の近傍において混合気に点火するための点火プラグとは別途に設けられてもよいが、斯様な点火プラグと本発明に係わる点火プラグとを１つの点火プラグで兼用することが望ましい。その場合、点火装置を２つ設ける必要がないため、車載性の悪化や部品点数の増加を抑制することができる。また、本発明に係わる点火プラグと混合気に点火するための点火プラグとを１つの点火プラグで兼用する場合は、混合気の点火も非平衡プラズマ放電で行ってもよく、又は混合気の点火を熱プラズマで行ってもよい。なお、混合気の点火を熱プラズマで行う場合は、混合気の点火と未燃燃料の改質とで、放電形態を切替え可能なように、点火プラグおよびまたは駆動部を構成すればよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係わる内燃機関の点火装置によれば、排気浄化触媒が暖機状態にある場合に、大気中へ排出される未燃燃料を効果的に低減しつつ、排気浄化触媒の暖機を促進させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】点火プラグの先端部の拡大図である。
【図３】点火プラグの印加電圧とパルス幅と放電形態との関係を示す図である。
【図４】暖機促進処理において、点火プラグで非平衡プラズマ放電を発生させるタイミングを説明する図である。
【図５】暖機促進処理の実行時期を示すタイミングチャートである。
【図６】暖機促進処理の実行手順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】
【００１６】
以下、本発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態に記載される構成部品の寸法、材質、形状、相対配置等は、特に記載がない限り発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１７】
図１は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、複数の気筒２を有し、且つ点火プラグ３を利用して混合気に強制点火する内燃機関（例えば、ガソリンエンジン）である。なお、図１においては、複数の気筒２のうち、１つの気筒２のみが図示されている。
【００１８】
内燃機関１の各気筒２は、その天井面がペントルーフ型に形成された燃焼室２０を有する。そして、各気筒２には、ピストン２１が気筒２の軸方向に摺動自在に収容されている。また、各気筒２には、点火プラグ３が取り付けられている。その際、点火プラグ３は、該点火プラグ３の先端部が燃焼室２０の中心に臨むように、各気筒２に取り付けられるものとする。なお、点火プラグ３の先端部には、図２に示すように、該先端部の中心に配置される中心電極３０と、該中心電極３０と所定の放電ギャップを介して対向するように配置される接地電極３１とが設けられており、前記中心電極３０に駆動電圧が印加されることで、該中心電極３０と前記接地電極３１との間に放電が発生するようになっている。前記中心電極３０と前記接地電極３１とを含む点火プラグ３の先端部は、本発明に係わる「放電部」に相当する。
【００１９】
前記点火プラグ３は、電圧制御回路３００と電気的に接続されている。電圧制御回路３００は、前記点火プラグ３の中心電極３０に印加される電圧を制御するための回路であり
、例えば、点火プラグ３の中心電極３０と接地電極３１との間に熱プラズマ放電（例えば、アーク放電）を発生させるモード（以下、「第１放電モード」と称する）と、点火プラグ３の中心電極３０と接地電極３１との間に非平衡プラズマ放電（例えば、コロナ放電）を発生させるモード（以下、「第２放電モード」と称する）と、を選択的に実行する回路である。第１放電モードの実行方法としては、例えば、点火プラグ３の中心電極３０に対して、長パルスの電圧を印加させる方法を用いることができる。一方、第２放電モードの実行方法としては、例えば、点火プラグ３の中心電極３０に対して、短パルスの電圧を繰り返し印加させる方法を用いることができる。その際、第２放電モードにおけるパルス幅は、中心電極３０と接地電極３１との間に発生する放電形態がコロナ放電からアーク放電へ移行しないように設定される。ここで、印加電圧とパルス幅と放電形態との関係を図３に示す。図３中の実線より下側の領域は、中心電極３０と接地電極３１との間に発生する放電形態がコロナ放電となる領域であり、実線より上側の領域は、中心電極３０と接地電極３１との間に発生する放電形態がアーク放電となる領域である。図３に示すように、コロナ放電からアーク放電への移行は、印加電圧が高くなるほどパルス幅を短くすることで回避することができる。よって、第２放電モードにおけるパルス幅は、印加電圧が高くなるほど短く設定されればよい。なお、電圧制御回路３００は、本発明に係わる「駆動部」に相当する。
【００２０】
ここで図１に戻り、各気筒２の燃焼室２０の天井面には、吸気ポート４の開口端と排気ポート５の開口端とが、前記点火プラグの先端部を挟むように配置されている。その際、吸気ポート４の開口端と排気ポート５の開口端とのうち、少なくとも排気ポート５の開口端は、該開口端の縁の一部が点火プラグ３と近接するように配置されるものとする。なお、吸気ポート４は、気筒２内へ空気や燃料を取り入れるためのポートであり、吸気管４０と接続されている。一方、排気ポート５は、気筒２内からガスを排出させるためのポートであり、排気管５０と接続されている。また、吸気ポート４の開口端と排気ポート５の開口端とは、吸気バルブ６と排気バルブ７とによって各々開閉されるようになっている。
【００２１】
また、内燃機関１の各気筒２には、吸気ポート４内へ燃料を噴射する燃料噴射弁８が設けられる。なお、内燃機関１の各気筒２には、上記の燃料噴射弁８の代わりに、気筒２内へ燃料を噴射する燃料噴射弁が設けられてもよく、又はそれら２種類の燃料噴射弁が設けられてもよい。
【００２２】
上記の排気管５０は、気筒２内から排気ポート５へ排出された排気を図示しないテールパイプに導くものである。排気管５０の途中には、触媒ケーシング５１や図示しない消音器等が配置されている。触媒ケーシング５１は、所定の温度以上で活性して、排気中の有害ガス成分を浄化する排気浄化触媒が収容されている。ここでいう排気浄化触媒としては、例えば、三元触媒、ＮＯＸ吸蔵還元型触媒、又は酸化触媒等を利用することができる。
【００２３】
このように構成された内燃機関１には、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）９が併設
される。ＥＣＵ９は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等から構成される電子制御ユニットである。ＥＣＵ９は、クランクポジションセンサ１０、アクセルポジションセンサ１１、エアフローメータ１２、水温センサ１３等の各種センサと電気的に接続されており、それら各種センサの検出信号を入力可能になっている。
【００２４】
クランクポジションセンサ１０は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転位置に相関した電気信号を出力するように構成される。アクセルポジションセンサ１１は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関した電気信号を出力するように構成される。エアフローメータ１２は、内燃機関１の吸入空気量に相関した電気信号を出力するように構成される。水温センサ１３は、内燃機関１を循環する冷却水の温度に相関する電気信号を出力するように構成される。
【００２５】
ＥＣＵ９は、上記した各種センサの出力信号に基づいて、燃料噴射弁８や電圧制御回路３００等の各種機器を制御する。例えば、ＥＣＵ９は、クランクポジションセンサ１０の出力信号から演算される機関回転速度と、アクセルポジションセンサ１１の出力信号から演算される機関負荷と、水温センサ１３の出力信号（冷却水温度）と、をパラメータとして、燃料噴射量（燃料噴射時間）や燃料噴射時期を演算する。そして、ＥＣＵ９は、演算された燃料噴射時間と燃料噴射時期とに従って燃料噴射弁８を制御する。また、ＥＣＵ９は、機関回転速度と機関負荷と冷却水温度とをパラメータとして、点火プラグ３の点火タイミングを演算する。そして、ＥＣＵ９は、演算された点火タイミングに従って電圧制御回路３００を制御する。なお、ここでいう点火タイミングは、各気筒２の燃焼室２０に形成された混合気に点火するためのタイミングであり、例えば、各気筒２のピストン２１が圧縮上死点近傍に位置するタイミングである（以下、このような点火タイミングを「主点火タイミング」と称する）。このような主点火タイミングでは、ＥＣＵ９は、第１放電モードで点火プラグ３を作動させるべく、電圧制御回路３００を制御する。なお、内燃機関１がリーン空燃比の混合気を燃焼させる運転（リーン運転）と、理論空燃比の混合気を燃焼させる運転（ストイキ運転）とを切替え可能に構成される場合は、ストイキ運転時の主点火タイミングに第１放電モードで点火プラグ３を作動させ、リーン運転時の主点火タイミングに第２放電モードで点火プラグ３を作動させるように、電圧制御回路３００を制御してもよい。
【００２６】
また、本実施形態のＥＣＵ９は、上記した各種制御に加え、排気浄化触媒の暖機中において、大気中へ排出される未燃燃料を減少させつつ、排気浄化触媒の暖機を促進させるための処理（以下、「暖機促進処理」と称する）を実行する。以下、暖機促進処理の実行方方について説明する。
【００２７】
本実施形態における暖機促進処理は、排気浄化触媒が暖機状態にあるときに、気筒２内の既燃ガスに含まれる未燃燃料を、酸化力の強い性質に改質する処理である。具体的には、排気浄化触媒が暖機状態にある場合において、比較的多量の既燃ガスが点火プラグ３の先端部を通過するときに、該点火プラグ３によって非平衡プラズマ放電を発生させることにより、既燃ガス中の未燃燃料を不飽和炭化水素（例えば、オレフィン）等の酸化力の強い未燃燃料に改質する。
【００２８】
ここで、暖機促進処理において、点火プラグ３で非平衡プラズマ放電を発生させるタイミングについて、図４に基づいて説明する。図４中の（ａ）は、排気バルブ７の開弁期間中における、クランク位置と気筒２内のガス量との関係を示す図である。図４中（ｂ）は、排気バルブ７の開弁期間中における、クランク位置と点火プラグ３の先端部を通過するガスの流速との関係を示す図である。なお、図４に示す例では、排気バルブ７が排気下死点（図４中のｔ１）より早い時期（図４中のｔ０）に開弁し始め、且つ排気上死点（図４中のｔ３）より遅くに閉弁し終わるようになっている。また、図４では、気筒２内から排気ポート５へガスが流れるときの流速を正値で示すとともに、排気ポート５から気筒２内へガスが流れるときの流速を負値で示している。
【００２９】
図４中のｔ０において排気バルブ７が開弁し始めると、気筒２内の既燃ガスが勢いよく排気ポート５へ流出するブローダウン現象が発生するため、気筒２内のガス量が急速に減少する。その際、点火プラグ３の先端部が排気ポート５の開口端の縁に近接しているため、ブローダウン現象によって気筒２内から排気ポート５へ流れる排気のうち、多量の排気が点火プラグ３の先端部近傍を通過することになる。その結果、排気バルブ７が開弁し始めてから第１の所定期間（図４中のｔ０〜ｔ０１までの期間Ｐ１）では、点火プラグ３の先端部を通過するガスの流速が大きくなる。
【００３０】
その後、排気行程の前半（排気下死点ｔ１から排気行程の半ば（ｔ２（ＢＴＤＣ９０））までの期間）では、上記のブローダウン現象によって気筒２内の大部分の既燃ガスが排気ポート５へ排出されていることに加え、気筒２内の容積が大きくなることに起因して、気筒２内の圧力が低くなる。そのような状態において、他の気筒２のブローダウン現象等に起因する正圧波が当該気筒２の排気ポート５に作用すると、排気ポート５内の圧力が気筒２内の圧力より大きくなるため、排気ポート５から気筒２内への排気の逆流が発生する。その結果、点火プラグ３の先端部を通過するガスの流速が正値から負値へ変化し、それに伴って気筒２内のガス量が減少傾向から増加傾向に変化する。そして、排気の逆流が発生している期間のうち、点火プラグ３の先端部を通過するガスの流速の絶対値が比較的大きくなる第２の所定期間（図４中のｔ１１〜ｔ１２までの期間Ｐ２）では、比較的多量の排気が点火プラグ３の先端部を通過していると考えられる。
【００３１】
よって、本実施形態の暖機促進処理では、上記した第１の所定期間Ｐ１と第２の所定期間Ｐ２との２つの期間において、点火プラグ３で非平衡プラズマ放電を発生させるようにした。点火プラグ３の先端部を比較的多量の既燃ガス（排気）が通過する、第１の所定期間Ｐ１と第２の所定期間Ｐ２とにおいて、点火プラグ３で非平衡プラズマ放電を発生させると、既燃ガスに含まれる未燃燃料のうち、比較的多量の未燃燃料を改質させることできる。
【００３２】
なお、非平衡プラズマによる未燃燃料の改質は、凡そ以下のようなメカニズムによって行われる。先ず、点火プラグ３の中心電極３０と接地電極３１との間に非平衡プラズマ放電が発生しているときに、それらの電極間及びその近傍を既燃ガスが通過すると、非平衡なプラズマ放電により生成された高エネルギの電子が既燃ガス中の水分等と衝突することで、水分等の解離が発生して、ＯＨラジカル等の活性種が生成される。斯様にして生成された活性種が既燃ガス中の未燃燃料（炭化水素）と反応すると、その未燃燃料が酸化力の強い不飽和炭化水素（例えば、オレフィン）等に改質される。
【００３３】
上記したメカニズムにより改質された未燃燃料の少なくとも一部は、触媒ケーシング５１より上流の排気管５０内で酸化される。それにより、排気中の未燃燃料の量が減少するとともに、触媒ケーシング５１へ流入する排気の温度が高められる。その結果、排気中の未燃燃料の量を減らしつつ、排気浄化触媒の暖機を促進させることができる。また、触媒ケーシング５１より上流の排気管５０内で酸化されなかった未燃燃料は、暖機途中の排気浄化触媒に流入することになるが、その未燃燃料が酸化力の強い性質に改質されているため、暖機途中の排気浄化触媒であっても酸化され易い。その結果、排気中の未燃燃料をより確実に減らすことができるとともに、排気浄化触媒の暖機をより一層促進させることができる。そして、上記の第１の所定期間Ｐ１及び第２の所定期間Ｐ２において点火プラグ３で非平衡プラズマ放電を発生させることで、上記の如く改質される未燃燃料の量が多くなると、排気浄化触媒の暖機中に大気中へ排出される未燃燃料の量を効果的に減らすことができるとともに、排気浄化触媒の暖機を促進させることも可能になる。
【００３４】
ところで、上記の第１の所定期間Ｐ１と第２の所定期間Ｐ２は、内燃機関の仕様や運転状態に応じて変化するため、各運転状態における第１の所定期間Ｐ１と第２の所定期間Ｐ２とを、予め実験やシミュレーションによって求めておき、マップや関数式の形態でＥＣＵ９のＲＯＭに記憶させておく。ここで、排気のブローダウン現象や逆流現象が発生するタイミングは、機関回転速度や主点火タイミング等に応じて変化するため、それらを引数として、第１の所定期間Ｐ１及び第２の所定期間Ｐ２を導出することができるマップや関数式を作成してもよい。また、排気バルブ７の開閉タイミングを変更可能な可変動弁機構が搭載される場合には、機関回転速度や主点火タイミングに加え、排気バルブ７の開閉タイミングも引数として用いるマップを作成してもよい。
【００３５】
次に、本実施形態における暖機促進処理の実行時期について、図５に基づいて説明する。図５は、内燃機関１の始動開始（図５中のｔ２０）から排気浄化触媒の暖機が完了（図５中のｔ２２）までの期間における、冷却水温度、機関回転速度、始動判定フラグ、暖機促進処理要求フラグ、及び積算吸入空気量の経時変化を示す図である。なお、始動判定フラグは、内燃機関１の運転が停止されたときにｏｆｆにされ、内燃機関１の再始動が完了したときにｏｎにされるフラグである。暖機促進処理要求フラグは、内燃機関１の始動完了時において排気浄化触媒が活性していないと判定されることでｏｎにされ、その後に排気浄化触媒が活性したと判定されることでｏｆｆにされるフラグである。積算吸入空気量は、内燃機関１の始動完了時からの吸入空気量の積算値である。
【００３６】
内燃機関１の始動が開始されると（図５中のｔ２０）、機関回転速度が上昇し始める。そして、機関回転速度が始動判定値Ｎｅｔｈｒｅ以上まで上昇すると（図５中のｔ２１）、内燃機関１の始動が完了したと判定されて、始動判定フラグがｏｆｆからオンへ切り換えられる。その際、水温センサ１３により検出される冷却水温度が閾値Ｔｔｈｒｅより低ければ、排気浄化触媒が活性してないと判定されて、暖機促進処理要求フラグがｏｆｆからｏｎへ切り換えられるとともに、積算吸入空気量の演算が開始される。なお、閾値Ｔｔｈｒｅは、冷却水温度が該閾値Ｔｔｈｒｅより低ければ、排気浄化触媒の温度が活性温度より低いと推定される値である。暖機促進処理要求フラグがｏｆｆからｏｎへ切り換えられると、上記の暖機促進処理が開始される。その後、積算吸入空気量が暖機完了判定値ΣＧａｔｈｒｅ以上になると（図５中のｔ２２）、暖機促進処理要求フラグがｏｎからｏｆｆへ切り換えられ、それに伴って暖機促進処理が終了される。なお、暖機完了判定値ΣＧａｔｈｒｅは、排気浄化触媒の暖機が完了するまで（排気浄化触媒の温度が活性温度以上になるまで）に要する積算吸入空気量であり、内燃機関１の始動完了時における冷却水温度が低くなるほど大きな値に設定される。
【００３７】
図５に示したように、暖機促進処理要求フラグがｏｎにされてからｏｆｆにされるまでの期間（図５中のｔ２１〜ｔ２２までの期間）、言い換えると、内燃機関１の始動完了から排気浄化触媒の暖機完了までの期間において、暖機促進処理が実行されると、排気浄化触媒が暖機状態にある期間に大気中へ排出される未燃燃料の量を効果的に減らすことができる。また、前述したように、暖機促進処理の実行によって排気浄化触媒の暖機も促進されることになるため、上記の暖機完了判定値ΣＧａｔｈｒｅは、斯様な暖機促進処理による排気浄化触媒の暖機促進効果も見込んで定められるものとする。このように暖機完了判定値ΣＧａｔｈｒｅが定められると、暖機促進処理が不要に長く実行されることも抑制される。なお、積算吸入空気量の代わりに、排気浄化触媒の温度の推定値をパラメータとして、暖機促進処理の終了タイミングを決定してもよい。例えば、排気浄化触媒の推定温度が該排気浄化触媒の活性温度以上になると、暖機促進処理が終了されるようにしてもよい。なお、排気浄化触媒の温度を推定する方法としては、触媒ケーシング５１より上流の排気管５０と触媒ケーシング５１より下流の排気管５０との少なくとも一方に排気温センサを取付け、その排気温センサにより検出される排気温度から排気浄化触媒の温度を推定する方法を利用することができる。
【００３８】
以下、本実施形態における暖機促進処理の実行手順について、図６に沿って説明する。図６は、内燃機関１の始動完了、言い換えると、前述した始動判定フラグがｏｆｆからｏｎへ切り換えられたことをトリガとして、ＥＣＵ９によって実行される処理ルーチンを示すフローチャートである。この処理ルーチンは、予めＥＣＵ９のＲＯＭ等に記憶されているものとする。
【００３９】
図６の処理ルーチンでは、ＥＣＵ９は、先ずＳ１０１の処理において、水温センサ１３の出力信号（冷却水温度）Ｔｈｗを読み込む。なお、このＳ１０１の処理で読み込まれる冷却水温度Ｔｈｗは、前述した図５におけるｔ２１のタイミングにおける冷却水温度に相
当する。
【００４０】
Ｓ１０２の処理では、ＥＣＵ９は、前記Ｓ１０１の処理で読み込まれた冷却水温度Ｔｈｗが閾値Ｔｔｈｒｅより低いか否かを判別する。ここでいう閾値Ｔｔｈｒｅは、前述したように、冷却水温度が該閾値Ｔｔｈｒｅより低ければ、排気浄化触媒の温度が活性温度より低いと推定される値である。Ｓ１０２の処理において否定判定された場合は、排気浄化触媒の温度が活性温度以上であると推定（排気浄化触媒が暖機完了状態にあると推定）することができるため、ＥＣＵ９は、暖機促進処理を実行せずに、本処理ルーチンを終了する。一方、Ｓ１０２の処理において肯定判定された場合は、排気浄化触媒の温度が活性温度未満であると推定（排気浄化触媒が暖機状態にあると推定）することができるため、ＥＣＵ９は、Ｓ１０３以降の処理において暖機促進処理を実行する。
【００４１】
ＥＣＵ９は、暖機促進処理を実行するにあたり、先ずＳ１０３の処理において、第１の所定期間Ｐ１及び第２の所定期間Ｐ２を演算するためのパラメータとしての機関回転速度Ｎｅ及び主点火タイミングＩｇｔに加え、積算吸入空気量の演算に必要となる吸入空気量Ｇａを読み込む。
【００４２】
Ｓ１０４の処理では、ＥＣＵ９は、前記Ｓ１０３の処理で読み込まれた機関回転速度Ｎｅと主点火タイミングＩｇｔとを引数として、第１の所定期間Ｐ１と第２の所定期間Ｐ２とを導出する。その際、前述したように、機関回転速度Ｎｅと主点火タイミングＩｇｔとを引数として、第１の所定期間Ｐ１と第２の所定期間Ｐ２とを導出するためのマップ又は関数式を、予めＥＣＵ９のＲＯＭに記憶させておくものとする。なお、ここで導出される第１の所定期間Ｐ１と第２の所定期間Ｐ２とは、クランク位置により特定されるものとする。
【００４３】
Ｓ１０５の処理では、ＥＣＵ９は、前記Ｓ１０４の処理で導出された第１の所定期間Ｐ１と第２の所定期間Ｐ２とにおいて、点火プラグ３で非平衡プラズマ放電を発生させるべく、電圧制御回路３００を制御する。詳細には、ＥＣＵ９は、クランクポジションセンサ１０により検出されるクランク位置が第１の所定期間Ｐ１に属するとき、及びクランクポジションセンサ１０により検出されるクランク位置が第２の所定期間Ｐ２に属するときの各々において、点火プラグ３の中心電極３０へ短パルスの電圧を繰り返し印加させることにより、中心電極３０と接地電極３１との間に非平衡プラズマ放電を発生させる。これにより、排気のブローダウン現象が発生する期間（第１の所定期間Ｐ１）、及び比較的多量の排気による逆流現象が発生する期間（第２の所定期間Ｐ２）において、既燃ガス中の未燃燃料が酸化力の強い性質に改質されるため、排気中の未燃燃料を効果的に減らすことができるとともに、排気浄化触媒の暖機を促進させることができる。
【００４４】
また、Ｓ１０６の処理では、ＥＣＵ９は、前記Ｓ１０３の処理で読み込まれた吸入空気量Ｇａを積算吸入空気量の前回の演算値ΣＧａｏｌｄに加算することにより、内燃機関１の始動完了から現時点までの積算吸入空気量ΣＧａを演算する。積算吸入空気量ΣＧａは、前述したように、内燃機関１の始動完了時からの吸入空気量の積算値である。
【００４５】
Ｓ１０７の処理では、ＥＣＵ９は、前記Ｓ１０６の処理で演算された積算吸入空気量ΣＧａが暖機完了判定値ΣＧａｔｈｒｅ以上であるか否かを判別する。ここでいう暖機完了判定値ΣＧａｔｈｒｅは、前述したように、内燃機関１の始動完了から排気浄化触媒の暖機完了までに要する吸入空気量の積算値であり、暖機促進処理による排気浄化触媒の暖機促進効果も見込んで決定されている。Ｓ１０７の処理において肯定判定された場合は、排気浄化触媒の暖機が完了（排気浄化触媒の温度が活性温度以上に上昇）したと推定することができるため、ＥＣＵ９は、暖機促進処理の実行を終了する。すなわち、ＥＣＵ９は、Ｓ１０８の処理において積算吸入空気量ΣＧａの演算値を“０”にリセットして、本処理
ルーチンの処理を終了する。一方、Ｓ１０７の処理において否定判定された場合は、排気浄化触媒の暖機が完了していない（排気浄化触媒の温度が活性温度未満である）と推定することができるため、ＥＣＵ９は、前記Ｓ１０３の処理へ戻って、暖機促進処理の実行を継続する。
【００４６】
以上述べたように、ＥＣＵ９が図６の処理ルーチンを実行することにより、本発明に係わる「制御部」が実現される。その結果、排気浄化触媒が暖機状態にあるときに、大気中に排出される未燃燃料を効果的に低減しつつ、排気浄化触媒の暖機を促進させることができる。
【００４７】
なお、本実施形態では、第１の所定期間Ｐ１と第２の所定期間Ｐ２との２つの期間において、点火プラグ３により非平衡プラズマ放電を発生させる例について述べたが、第１の所定期間Ｐ１と第２の所定期間Ｐ２との一方の期間においてのみ、点火プラグ３によって非平衡プラズマ放電を発生させてもよい。その場合、点火プラグ３の先端部を通過する既燃ガスの量が相対的に多くなる、第１の所定期間Ｐ１においてのみ、点火プラグ３によって非平衡プラズマ放電を発生させてもよい。このような方法によって暖機促進処理が実行されると、第１の所定期間Ｐ１と第２の所定期間Ｐ２との２つの期間において非平衡プラズマ放電を発生させる方法に比して、未燃燃料の低減効果が低くなるものの、点火プラグ３の作動にかかる消費電力を少なく抑えることができる。
【００４８】
また、本実施形態では、本発明に係わる点火プラグとして、熱プラズマ放電と非平衡プラズマ放電とを切り換え可能な点火プラグを例に挙げたが、非平衡プラズマ放電のみを発生可能な点火プラグを用いることもできる。その場合は、主点火タイミングにおいても、非平衡プラズマ放電を発生させることで、混合気の着火を図ればよい。
【符号の説明】
【００４９】
１      内燃機関
２      気筒
３      点火プラグ
５      排気ポート
７      排気バルブ
８      燃料噴射弁
９      ＥＣＵ
１３    水温センサ
２０    燃焼室
３０    中心電極
３１    接地電極
５０    排気管
５１    触媒ケーシング
３００  電圧制御回路
【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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