(57)【要約】      （修正有）【課題】着火後に燃料が噴射される場合においてスモークを抑制する。【解決手段】エンジン１の制御装置は、シリンダ１１内に設けられたピストン１５を有し、該シリンダ１１及び該ピストン１５によって燃焼室１７が区画されるエンジン本体と、燃料を上記燃焼室１７内に噴射するインジェクタ３３と、上記燃焼室１７内でオゾンを生成するオゾン生成器４と、上記インジェクタ３３及び上記オゾン生成器４を制御するエンジン制御器１００とを備え、上記エンジン制御器１００は、上記インジェクタ３３に燃料を噴射させ、該燃料の着火後にも燃料を噴射させ、着火後の上記インジェクタ３３による燃料噴射に同期させて、上記オゾン生成器４にオゾンを生成させる。【選択図】図１
2015190368.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内に設けられたピストンを有し、該気筒及び該ピストンによって燃焼室が区画されるエンジン本体と、
燃料を上記燃焼室内に噴射するインジェクタと、
上記燃焼室内でオゾンを生成するオゾン生成器と、
上記インジェクタ及び上記オゾン生成器を制御する制御部とを備え、
上記制御部は、
上記インジェクタに燃料を噴射させ、該燃料の着火後にも燃料を噴射させ、
着火後の上記インジェクタによる燃料噴射に同期させて、上記オゾン生成器にオゾンを生成させる直噴エンジンの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の直噴エンジンの制御装置において、
上記制御部は、
上記インジェクタに主噴射を行わせ、
上記主噴射による燃料の着火後も継続する該主噴射と同期させて、上記オゾン生成器にオゾンを生成させる直噴エンジンの制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の直噴エンジンの制御装置において、
上記制御部は、
上記インジェクタに主噴射と、該主噴射による燃料が着火した後に該主噴射と間隔を開けて行うポスト噴射とを行わせ、
上記ポスト噴射と同期させて、上記オゾン生成器にオゾンを生成させる直噴エンジンの制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の直噴エンジンの制御装置において、
排気通路に設けられた触媒をさらに備え、
上記制御部は、上記触媒が未活性のときに上記インジェクタに上記ポスト噴射を行わせる直噴エンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示された技術は、直噴エンジンの制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃料に対してオゾンを供給する直噴エンジンが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示された直噴エンジンでは、自己着火性を向上させるために、圧縮行程中において筒内に燃料とオゾンとを供給し、燃料とオゾンとを良好に混合させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３０９９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、エンジンによっては、燃焼室内で燃料に着火した後も燃料が噴射される場合がある。例えば、主燃焼のための燃料を噴射する主噴射の途中で燃料に着火し、その後しばらく、燃料噴射が継続される場合や、主噴射による燃料に着火した後にポスト噴射を行う場合等である。このような場合、着火後の燃料が燃焼するときには、先の着火による燃焼によって燃焼室内の酸素が少なくなっている。そのため、スモークが発生しやすい環境となっている。
【０００６】
ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、着火後に燃料が噴射される場合においてスモークを抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ここに開示された技術は、直噴エンジンの制御装置を対象としている。この直噴エンジンの制御装置は、気筒内に設けられたピストンを有し、該気筒及び該ピストンによって燃焼室が区画されるエンジン本体と、燃料を上記燃焼室内に噴射するインジェクタと、上記燃焼室内でオゾンを生成するオゾン生成器と、上記インジェクタ及び上記オゾン生成器を制御する制御部とを備え、上記制御部は、上記インジェクタに燃料を噴射させ、該燃料の着火後にも燃料を噴射させ、着火後の上記インジェクタによる燃料噴射に同期させて、上記オゾン生成器にオゾンを生成させる。
【０００８】
この構成によれば、着火後にも燃料が噴射される。着火後に噴射された燃料が燃焼する際には、先の着火による燃焼によって燃焼室内の酸素が少ない状態となっている。そのため、スモークが発生しやすくなっている。それに対し、着火後の燃料噴射に同期させてオゾンが生成される。これにより、着火後に噴射された燃料にオゾンが作用し、燃料からＯＨラジカルが生成される。その結果、煤の酸化が促進され、スモークが低減される。
【０００９】
また、上記制御部は、上記インジェクタに主噴射を行わせ、上記主噴射による燃料の着火後も継続する該主噴射と同期させて、上記オゾン生成器にオゾンを生成させるようにしてもよい。
【００１０】
この構成の場合、主噴射中に燃料に着火し、その後も主噴射が継続される際に、着火後の主噴射に同期させて、オゾンが生成される。一連の主噴射において途中で燃料に着火すると、着火後に噴射される燃料が燃焼するときには燃焼室が酸素不足になっている虞がある。そのため、着火後も継続される主噴射による燃料にオゾンを作用させることによって、該燃料からＯＨラジカルを生成させ、煤の酸化を促進させることができる。その結果、着火後に継続される主噴射による燃料に起因するスモークを低減することができる。
【００１１】
また、上記制御部は、上記インジェクタに主噴射と、該主噴射による燃料が着火した後に該主噴射と間隔を開けて行うポスト噴射とを行わせ、上記ポスト噴射と同期させて、上記オゾン生成器にオゾンを生成させるようにしてもよい。
【００１２】
この構成によれば、制御部は、主噴射とポスト噴射とをインジェクタに行わせる。この場合、ポスト噴射による燃料が燃焼するときには、主噴射による燃料の燃焼によって燃焼室内の酸素は少なくなっている。そこで、制御部は、ポスト噴射に同期させて、オゾン生成器にオゾンを生成させる。これにより、ポスト噴射による燃料からＯＨラジカルが生成され、煤の酸化が促進される。その結果、ポスト噴射による燃料に起因するスモークを低減することができる。
【００１３】
また、直噴エンジンの制御装置は、排気通路に設けられた触媒をさらに備え、上記制御部は、上記触媒が未活性のときに上記インジェクタに上記ポスト噴射を行わせるようにしてもよい。
【００１４】
この構成によれば、触媒が未活性のときにポスト噴射が行われる。このポスト噴射は、触媒の活性化が目的であるため、燃焼により発生する熱が触媒に作用するように、ポスト噴射による燃料の燃焼時期は、排気弁の開弁時期の近くに設定される、即ち、できる限り遅くに設定される傾向にある。その結果、ポスト噴射による燃料が燃焼するときには、燃焼室の酸素が主噴射による燃焼に使われ、酸素不足となりやすい。そこで、制御部は、ポスト噴射に同期させて、オゾン生成器にオゾンを生成させる。これにより、ポスト噴射による燃料からＯＨラジカルが生成され、煤の酸化が促進される。その結果、ポスト噴射による燃料に起因するスモークを低減することができる。
【発明の効果】
【００１５】
上記構成によれば、着火後に燃料が噴射される場合においてスモークを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】直噴ガソリンエンジンを示す概略構成図である。
【図２】ピストンが圧縮上死点に位置する状態の燃焼室周辺の概略構成図である。
【図３】パルス発生装置が出力する短パルス高電圧を例示した概略図である。
【図４】短パルス放電の説明図である。
【図５】エンジン制御器のブロック図である。
【図６】ポスト噴射を行う際のフローチャートである。
【図７】ポスト噴射を行う際のタイミングチャートであって、（Ａ）は燃料噴射、（Ｂ）は熱発生率、（Ｃ）は煤の発生量を示す。
【図８】別の例に係るオゾン生成を行う際のタイミングチャートであって、（Ａ）は燃料噴射、（Ｂ）は煤の発生量を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１は、実施形態に係る直噴ガソリンエンジン（以下、「エンジン」という）１を概略的に示す。本実施形態では、エンジン１は、エンジン本体に付随する様々なアクチュエータ、様々なセンサ、及び、該センサからの信号に基づきアクチュエータを制御するエンジン制御器１００を含む。
【００１９】
エンジン１は、自動車等の車両に搭載されている。エンジン１のエンジン本体は、シリンダブロック１２と、その上に載置されるシリンダヘッド１３とを備えており、シリンダブロック１２の内部に複数のシリンダ１１（気筒）が形成されている（図１では、１つのみ示す）。シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３の内部には、図示は省略するが冷却水が流れるウォータージャケットが形成されている。エンジン１の燃料は、本実施形態ではガソリンであるが、バイオエタノール等を含むガソリンであってもよく、少なくともガソリンを含む燃料（液体燃料）であれば、どのような燃料であってもよい。
【００２０】
各シリンダ１１内には、ピストン１５が摺動自在にそれぞれ嵌挿されており、ピストン１５は、シリンダ１１及びシリンダヘッド１３と共に燃焼室１７を区画している。燃焼室１７は、所謂ドーム型である。すなわち、シリンダヘッド１３により形成される燃焼室１７の天井面は、アーチをシリンダ１１の中心軸を中心に回転させた形状をしている。ピストン１５の冠面１５ａも、燃焼室１７の天井面に対応させて、ドーム型に形成されている。ただし、冠面１５ａの中心部には、凹状のキャビティ１５ｂが形成されている。尚、上記天井面及びピストン１５の冠面１５ａの形状は、後述の高い幾何学的圧縮比が可能であれば、どのような形状であってもよい。例えば、天井面（シリンダヘッド１３の下面）は、吸気側及び排気側の２つの傾斜面からなる三角屋根状をなしていてもよい（所謂、ペントルーフ型）。
【００２１】
図１には１つのみ示すが、シリンダ１１毎に２つの吸気ポート１８がシリンダヘッド１３に形成され、それぞれがシリンダヘッド１３の下面（燃焼室１７の天井面における吸気側の傾斜面）に開口することで燃焼室１７に連通している。同様に、シリンダ１１毎に２つの排気ポート１９がシリンダヘッド１３に形成され、それぞれがシリンダヘッド１３の下面（燃焼室１７の天井面の排気側の傾斜面）に開口することで燃焼室１７に連通している。吸気ポート１８は、シリンダ１１内に導入される新気が流れる吸気通路（図示省略）に接続されている。吸気通路には、吸気流量を調整するスロットル弁が設けられており、エンジン制御器１００からの制御信号を受けて、スロットル弁の開度が調整される。一方、排気ポート１９は、各シリンダ１１からの既燃ガス（排気ガス）が流れる排気通路２４に接続されている。排気通路２４には、三元触媒２５と、三元触媒２５の温度を検出する触媒温度センサ２６とが設けられている。三元触媒２５は、触媒の一例である。排気通路２４には、排気ポート１９の近傍に、排気ガスの温度を測定する排ガス温度センサ２７が設けられている。また、排気通路と吸気通路には、排気ガスを吸気系に還流するＥＧＲ通路（図示省略）が設けられており、ＥＧＲ通路には、還流される排気ガス（ＥＧＲガス）の流量を調整するＥＧＲ弁が設けられている。
【００２２】
シリンダヘッド１３には、吸気弁２１及び排気弁２２が、それぞれ吸気ポート１８及び排気ポート１９を燃焼室１７から遮断（閉）することができるように配設されている。吸気弁２１は吸気弁駆動機構２１ａにより、排気弁２２は排気弁駆動機構２１ｂにより、それぞれ駆動される。吸気弁２１及び排気弁２２は所定のタイミングで往復動して、それぞれ吸気ポート１８及び排気ポート１９を開閉し、シリンダ１１内のガス交換を行う。吸気弁駆動機構２１ａ及び排気弁駆動機構２１ｂは、図示は省略するが、それぞれ、クランクシャフトに駆動連結された吸気カムシャフト及び排気カムシャフトを有し、これらのカムシャフトはクランクシャフトの回転と同期して回転する。また、少なくとも吸気弁駆動機構２１ａは、吸気カムシャフトの位相を所定の角度範囲内で連続的に変更可能な、液圧式又は機械式の位相可変機構（Variable Valve Timing：ＶＶＴ）２１ｂを含んで構成されている。尚、ＶＶＴ２１ｂと共に、弁リフト量を連続的に変更可能なリフト可変機構（ＣＶＶＬ（Continuous Variable Valve Lift））を備えるようにしてもよい。
【００２３】
シリンダヘッド１３におけるシリンダ１１の中心軸上には、気筒内（燃焼室１７内）に燃料を直接噴射するインジェクタ３３が配設されている。このインジェクタ３３は、例えばブラケットを使用する等の周知の構造でシリンダヘッド１３に取付固定されている。インジェクタ３３の先端は、燃焼室１７の天井部の中心に臨んでいる。
【００２４】
エンジン１は、燃料供給システム３４を備えている。燃料供給システム３４は、インジェクタ３３を駆動するための電気回路と、インジェクタ３３に燃料を供給する燃料供給系とを有している。エンジン制御器１００は、噴射信号を上記電気回路に出力することで、該電気回路を介してインジェクタ３３を作動させて、所望量の燃料を、気筒内に噴射させる。こうして、エンジン制御器１００は、燃料供給システム３４を介して、インジェクタ３３からの燃料噴射時期及び燃料噴射量を制御する。
【００２５】
また、エンジン１は、オゾン生成器４を備えている。オゾン生成器４は、放電プラグ４１と、パルス電圧発生装置４２とを有している。
【００２６】
放電プラグ４１の先端部には、図２に示すように、棒状の電極４１ａが設けられている。電極４１ａの周囲には、碍子４１ｂが設けられ、これにより、電極４１ａが周囲の構造物から電気的に絶縁さている。放電プラグ４１は、例えばねじ等の周知の構造によって、シリンダヘッド１３に固定されている。この状態において、電極４１ａは、燃焼室１７の天井面から燃焼室１７内に突出している。電極４１ａは、碍子４１ｂ等によって、シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３から電気的に絶縁されている。
【００２７】
電極４１ａの先端は、ピストン１５が圧縮上死点に位置する状態において、キャビティ１５ｂの中央１５ｃよりも、キャビティ１５ｂの周縁部と冠面１５ａとで形成される稜部１５ｄの近くに位置する。
【００２８】
パルス電圧発生装置４２は、放電プラグ４１と電気的に接続されており、パルス電圧を放電プラグ４１に印加する。具体的には、パルス電圧発生装置４２は、図３に示すように、パルス幅ＰＷが５０ｎｓ以下で電圧値が１０ｋＶ以上のパルス電圧（短パルス高電圧）を高い周波数で断続的に出力する。パルス電圧発生装置４２は、エンジン制御器１００からの制御信号を受けて、短パルス高電圧を放電プラグ４１に印加する。
【００２９】
オゾン生成器４は、短パルス高電圧を放電プラグ４１に印加することによって燃焼室１７内でストリーマ放電を発生させ、オゾンを燃焼室１７内で生成する。
【００３０】
図４に、針状の電極と、その周囲に配置された円筒状の電極間に高電圧を極短時間で印加した時の電流及び電圧の変化の一例を模式的に示す。
【００３１】
図４によれば、電流は、電圧に遅れて増加する。そのため、電圧が所定の高電圧に達した時点では、電流は、ほとんど流れていない。その後、電圧は高電圧でしばらく維持されて、電流は僅かに流れるようになる。更にその後、電流が急増し、電極間に高電流が流れるようになると、電圧は降下する。
【００３２】
電圧が所定の高電圧に達するまでの初期領域では、ストリーマ放電が発生し（ストリーマ放電発生領域ＳＤ）、電圧の降下及び電流の急増が生じる後期領域では、アーク放電が発生する（アーク放電発生領域ＡＤ）。これら両領域ＳＤ，ＡＤの間の中期領域は、遷移領域となっている。
【００３３】
遷移領域やアーク放電発生領域ＡＤでは、火花や熱等が発生する可能性があるが、ストリーマ放電発生領域ＳＤでは、その可能性が無い。そのため、ストリーマ放電発生領域ＳＤを超えない短パルス幅の高電圧を印加することによって、燃焼室１７内で火花等を生じさせることなく、ストリーマ放電を安定して発生させることができる。その結果、オゾンを安定して生成することができ、オゾン生成効率を向上させることができる。
【００３４】
エンジン制御器１００は、周知のマイクロコントローラであって、プログラムを実行するプロセッサと、例えばＲＡＭやＲＯＭにより構成されてプログラム及びデータを格納するメモリと、電気信号の入出力をする入出力（Ｉ／Ｏ）バスと、を備えている。エンジン制御器１００は、制御部の一例である。
【００３５】
エンジン制御器１００は、図５に示すように、エアフローセンサ、クランク角センサ、アクセル開度センサ及び車速センサ等の各種センサからの信号をそれぞれ受ける。エンジン制御器１００は、これらの入力信号に基づいて、例えば、所望のスロットル開度信号、燃料噴射パルス、点火信号、バルブ位相角信号等といった、エンジン１の制御パラメータを計算する。そして、エンジン制御器１００は、それらの信号を、スロットル弁、ＶＶＴ２１ｂ、ＥＧＲ弁、燃料供給システム３４及びパルス電圧発生装置４２等に出力する。
【００３６】
このエンジン１の幾何学的圧縮比εは、１５以上４０以下とされている。この幾何学的圧縮比εは、特に２５以上３５以下が好ましい。本実施形態では、エンジン１は圧縮比＝膨張比となる構成から、高圧縮比と同時に、比較的高い膨張比を有するエンジン１でもある。尚、圧縮比≦膨張比となる構成（例えばアトキンソンサイクルや、ミラーサイクル）を採用してもよい。また、吸気弁の遅閉じ等を行う場合には、エンジン１の有効圧縮比は、１２以上に設定される。好ましくは、エンジン１の有効圧縮比は、１８以上に設定される。
【００３７】
燃焼室１７は、図１に示すように、シリンダ１１の壁面と、ピストン１５の冠面と、シリンダヘッド１３の下面（天井面）と、吸気弁２１及び排気弁２２それぞれのバルブヘッドの面と、によって区画形成されている。そして、冷却損失を低減するべく、これらの各面に、断熱層が設けられている。断熱層は、燃焼室１７内の燃焼ガスの熱が、区画面を通じて放出されることを抑制するため、燃焼室１７を構成する金属製の母材よりも熱伝導率が低く設定される。例えば、母材の材質は、シリンダブロック１２、シリンダヘッド１３及びピストン１５については、アルミニウム合金や鋳鉄であり、吸気弁２１及び排気弁２２については、耐熱鋼や鋳鉄等である。
【００３８】
また、断熱層６は、冷却損失を低減する上で、母材よりも容積比熱が小さいことが好ましい。つまり、燃焼室１７内のガス温度は燃焼サイクルの進行によって変動するが、燃焼室１７の断熱構造を有しない従来のエンジンは、シリンダヘッドやシリンダブロック内に形成したウォータージャケット内を冷却水が流れることにより、燃焼室１７を区画する面の温度は、燃焼サイクルの進行にかかわらず、概略一定に維持される。
【００３９】
一方で、冷却損失は、冷却損失＝熱伝達率×伝熱面積×（ガス温度−区画面の温度）によって決定されることから、ガス温度と壁面の温度との差温が大きくなればなるほど冷却損失は大きくなってしまう。冷却損失を抑制するためには、ガス温度と区画面の温度との差温は小さくすることが望ましいが、冷却水によって燃焼室１７の区画面の温度を概略一定に維持した場合、ガス温度の変動に伴い差温が大きくなることは避けられない。そこで、断熱層６の熱容量を小さくして、燃焼室１７の区画面の温度が、燃焼室１７内のガス温度の変動に追従して変化するようにすることが好ましい。
【００４０】
上記断熱層６は、例えば、母材上にＺｒＯ２等のセラミック材料をプラズマ溶射によってコーティングして形成すればよい。このセラミック材料の中には、多数の気孔を含んでいてもよい。このようにすれば、断熱層６の熱伝導率及び容積比熱をより低くすることができる。
【００４１】
また、本実施形態では、吸気ポート１８の内壁を、熱伝導率が非常に低くて断熱性に優れかつ耐熱性にも優れたチタン酸アルミニウムで構成している。この構成は、新気が吸気ポート１８を通過するときに、シリンダヘッド１３から受熱して温度が上がることを抑制乃至回避し得る。これによってシリンダ１１内に導入する新気の温度（初期のガス温度）が低くなるため、燃焼時のガス温度が低下し、ガス温度と燃焼室１７の区画面との差温を小さくする上で有利になる。燃焼時のガス温度を低下させることは熱伝達率を低くし得るから、そのことによる冷却損失の低減にも有利になる。
【００４２】
本実施形態では、上記の燃焼室１７及び吸気ポート１８の断熱構造に加えて、気筒内（燃焼室１７内）においてガス層による断熱層を形成することで、冷却損失を大幅に低減するようにしている。
【００４３】
具体的には、エンジン制御器１００は、エンジン１の気筒内（燃焼室１７内）の外周部に新気を含むガス層が形成されかつ中心部に混合気層が形成されるように、圧縮行程においてインジェクタ３３から燃焼室１７内に燃料を噴射させるべく、燃料供給システム３４の電気回路に噴射信号を出力する。すなわち、圧縮行程においてインジェクタ３３により燃焼室１７内に燃料を噴射させかつその燃料噴霧のペネトレーションを、燃料噴霧が燃焼室１７内の周辺部まで届かないような大きさ（長さ）に抑えることで、燃焼室１７の中心部に混合気層が形成されかつその周囲に新気を含むガス層が形成されるという、成層化が実現する。このガス層は、新気のみであってもよく、新気に加えて、既燃ガス（ＥＧＲガス）を含んでいてもよい。尚、ガス層に少量の燃料が混じっても問題はなく、ガス層が断熱層の役割を果たせるように混合気層よりも燃料リーンであればよい。
【００４４】
上記のようにガス層と混合気層とが形成された状態で燃料が自己着火すれば、混合気層とシリンダ１１の壁面との間のガス層により、混合気層の火炎がシリンダ１１の壁面に接触することがなく、そのガス層が断熱層となって、シリンダ１１の壁面からの熱の放出を抑えることができるようになる。この結果、冷却損失を大幅に低減することができる。
【００４５】
尚、冷却損失を低減させるだけでは、その冷却損失の低減分が排気損失に転換されて図示熱効率の向上にはあまり寄与しないところ、このエンジン１では、高圧縮比化に伴う高膨張比化によって、冷却損失の低減分に相当する燃焼ガスのエネルギを、機械仕事に効率よく変換している。すなわち、エンジン１は、冷却損失及び排気損失を共に低減させる構成を採用することによって、図示熱効率を大幅に向上させているということができる。
【００４６】
このように構成されたエンジン１は、全運転領域において、自己着火燃焼を行う。エンジン制御器１００は、圧縮上死点以降に自己着火燃焼による主燃焼（エンジントルクを生成する燃焼（１サイクル中で最も大きな熱量を発生させる燃焼））が生じるようにインジェクタ３３に燃料噴射を行わせる。
【００４７】
さらに、エンジン制御器１００は、所定の運転条件において、インジェクタ３３に主噴射の後にポスト噴射を行わせている。以下、ポスト噴射を行う運転について、図６のフローチャートと、図７のタイミングチャートを用いて説明する。図７（Ａ）は、燃料噴射及びオゾン生成を示し、図７（Ｂ）は、熱発生率を示し、図７（Ｃ）は、煤の発生量を示す。主噴射とは、主燃焼（エンジントルクを生成する燃焼（１サイクル中で最も大きな熱量を発生させる燃焼））を生じさせる燃料の噴射であり、ポスト噴射は、主噴射の後で主噴射から間隔を空けて行われる噴射である。ポスト噴射は、排気ガスの温度（以下、「排ガス温度」）を上昇させるために行われる。
【００４８】
まず、エンジン制御器１００は、ステップＳ１において、各種センサの検出結果を読み込む。例えば、各種センサには、クランク角センサ、車速センサ、アクセル開度センサ、触媒温度センサ２６及び排ガス温度センサ２７等が含まれる。
【００４９】
次に、エンジン制御器１００は、ステップＳ２において、各種センサの検出結果に基づいて、ポスト噴射を行うか否かを判定する。エンジン制御器１００は、排気温度を上昇させる必要がある運転状態か否かを判定し、必要があれば、ポスト噴射を行うと判定する。例えば、エンジン制御器１００は、触媒温度センサ２６に基づく触媒温度が所定温度以上か否かによって、触媒２５が活性状態か否かを判定する。触媒２５が未活性状態であれば、エンジン制御器１００は、ポスト噴射を行うと判定する。また、エンジン１が排気ガスの熱量を回収して車内の暖房に利用するように構成されている場合には、車内の温度、排気温度等から排気温度を上昇させる必要があるか否かを判定し、必要であれば、ポスト噴射を行うと判定する。
【００５０】
エンジン制御器１００は、ポスト噴射を行うと判定した場合には、主噴射の後にポスト噴射を行う。具体的には、図７（Ａ）に示すように、エンジン制御器１００は、プレ噴射と、主噴射と、ポスト噴射とを行う。プレ噴射は、圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも前に行われる。プレ噴射は、主噴射の着火性を向上させるために行われ、その噴射量は、比較的少ない。主噴射は、圧縮上死点の付近で行われる。図７（Ａ）の例では、主噴射は、連続的な３回の噴射で構成され、圧縮上死点の直前から膨張行程の初期に亘るまで継続して行われる。ポスト噴射は、主噴射から間隔を空けて、膨張行程中に行われる。ポスト噴射は、連続的な２回の噴射で構成され、その総噴射量は、主噴射よりも少ない。
【００５１】
このような噴射形態によれば、図７（Ｂ）に示すような熱発生率となる。詳しくは、主噴射による燃料とプレ噴射による燃料とが圧縮上死点の直後に着火し、主燃焼が生じる。熱発生率は、その時点から急上昇する。やがて、熱発生率は、ピークに達し、減少に転じる。ポスト噴射のタイミングは、主燃焼における熱発生率のピーク以降に設定されている。つまり、熱発生率が減少している途中で、ポスト噴射が行われる。このポスト噴射による燃料が燃焼することによって、減少していた熱発生率は一時的に上昇し、あるいは、減少率が一時的に緩やかになる。こうして、ポスト噴射の分だけ、熱発生率が上昇し、それに対応して燃焼期間が延長される。
【００５２】
このとき、エンジン制御器１００は、オゾン生成器４にオゾンを生成させている。具体的には、プレ噴射の後であって主噴射の前に、オゾン生成器４によりオゾンが生成される（以下、「第１オゾン添加」という）。ここで、シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３等は接地されているので、放電プラグ４１に短パルス高電圧が印加されると、燃焼室１７の内壁と電極４１ａとの間で放電が生じる（電極４１ａがアノードに相当し、燃焼室１７の内壁がカソードに相当する）。印加される電圧は、所定の短パルス高電圧に制御されているので、燃焼室１７ではストリーマ放電のみが発生する。従って、火花や熱が生じるおそれはほとんどない。電極４１ａには誘電体が介在しておらず、さらに、オゾンが燃焼室１７で直接生成されるため、オゾン生成効率及びエネルギ利用効率を向上させることができる。この第１オゾン添加によって、プレ噴射による燃料及び燃焼室１７内の酸素が活性化され、主燃焼の着火性を向上させることができる。
【００５３】
それ加えて、エンジン制御器１００は、ポスト噴射に同期させて、オゾン生成器４にオゾンを生成させている（以下、「第２オゾン添加」という）。これにより、ポスト噴射の燃料噴射中に放電プラグ４１への電圧印加が行われることになる。詳しくは、燃料の液滴は、空気よりも電気抵抗が低いので、燃焼室１７内に燃料の液滴が存在する場合には、電極４１ａと液滴との間で放電が発生しやすくなる。その結果、電極４１ａと燃焼室１７の内壁との間で放電が発生する場合と比べて、放電が生じやすくなる。その結果、オゾン生成効率を向上させることができる。尚、同期とは、オゾン生成期間とポスト噴射の期間とが完全に重複している場合だけでなく、オゾン生成期間とポスト噴射の期間とが一部重複している場合も含む。
【００５４】
この第２オゾン添加によれば、ポスト噴射による燃料にオゾンが作用し、ＯＨラジカルが生成される。ポスト噴射による燃料の燃焼により発生する煤の酸化がこのＯＨラジカルにより促進される。
【００５５】
詳しくは、主燃焼において、部分的に燃料が酸素不足の状態で燃焼することによって煤が発生するので、図７（Ｃ）に示すように、主燃焼の進行に伴って煤が少しずつ増加していく。ここで、第２オゾン添加が無ければ、二点鎖線で示すように、ポスト噴射に伴って煤が増大してしまう。ポスト噴射が行われるときには、それまでの主燃焼によって燃焼室１７内の酸素が使用され、酸素が不足した環境となっている。そのため、ポスト噴射の噴射量は少量ではあるものの、煤が発生しやすくなっている。それに対し、ポスト噴射に同期させて第２オゾン添加を行うことによって、ポスト噴射による燃料が燃焼する際に発生する煤の酸化を促進させることができる。その結果、煤の発生量を、ポスト噴射が無い場合と同程度に抑制することができる。
【００５６】
その後、エンジン制御器１００は、ステップＳ４において、排ガス温度センサ２７の検出結果に基づいて、排ガス温度が目標温度以上となったか否かを判定する。排ガス温度が目標温度以上であれば、エンジン制御器１００は、そのままリターンする。その結果、次のフローのステップＳ２においてポスト噴射が不要と判定され、次からはポスト噴射が行われない。一方、排ガス温度が目標温度未満であれば、エンジン制御器１００は、ステップＳ５において、ポスト噴射の噴射量を増加させて、リターンする。その結果、次のフローのステップＳ２においてもポスト噴射が必要と判定され、続くステップＳ３において増量された噴射量にてポスト噴射が実行される。この制御を繰り返すことによって、排ガス温度が目標温度に達するまで、ポスト噴射の噴射量が少しずつ増量される。
【００５７】
以上のように、エンジン１の制御装置は、シリンダ１１内に設けられたピストン１５を有し、該シリンダ１１及び該ピストン１５によって燃焼室１７が区画されるエンジン本体と、燃料を上記燃焼室１７内に噴射するインジェクタ３３と、上記燃焼室１７内でオゾンを生成するオゾン生成器４と、上記インジェクタ３３及び上記オゾン生成器４を制御するエンジン制御器１００とを備え、上記エンジン制御器１００は、上記インジェクタ３３に燃料を噴射させ、該燃料の着火後にも燃料を噴射させ、着火後の上記インジェクタ３３による燃料噴射に同期させて、上記オゾン生成器４にオゾンを生成させる。
【００５８】
この構成によれば、着火後にも燃料が噴射されるので、着火後に噴射される燃料が燃焼する際には燃焼室１７内の酸素が少なくなっている。そのため、煤が発生しやすい環境になっている。それに対し、着火後の燃料噴射に同期させてオゾン生成（第２オゾン添加）が行われる。これにより、着火後に噴射される燃料からＯＨラジカルが生成され、煤の酸化が促進される。その結果、スモークを抑制することができる。
【００５９】
具体的には、上記エンジン制御器１００は、上記インジェクタ３３に主噴射と、該主噴射による燃料が着火した後に該主噴射と間隔を開けて行うポスト噴射とを行わせ、上記ポスト噴射と同期させて、上記オゾン生成器４にオゾンを生成させる。
【００６０】
この構成によれば、ポスト噴射を行う構成において、ポスト噴射に起因するスモークを抑制することができる。
【００６１】
さらに、エンジン１の制御装置は、排気通路２４に設けられた触媒２５をさらに備え、上記エンジン制御器１００は、上記触媒２５が未活性のときに上記インジェクタ３３に上記ポスト噴射を行わせる。
【００６２】
この構成によれば、ポスト噴射を行うことによって触媒２５を活性化させることができる。その際に、ポスト噴射と同期させてオゾン生成を行うことによって、触媒２５を活性化とスモークの低減とを両立させることができる。
【００６３】
尚、上記エンジン制御器１００は、図８のタイミングチャートに示すように、上記インジェクタ３３に主噴射を行わせ、上記主噴射による燃料の着火後も継続する該主噴射と同期させて、上記オゾン生成器４にオゾンを生成させるようにしてもよい。図８（Ａ）は、燃料噴射及びオゾン生成のタイミングを示し、図８（Ｂ）は、煤の発生量を示す。
【００６４】
詳しくは、エンジン制御器１００は、連続的な５回の噴射で構成される主噴射を圧縮上死点の直前から膨張行程の初期に亘るまでインジェクタ３３に行わせる。この例では、プレ噴射及びポスト噴射は、行われない。主噴射による燃料は、主噴射がすべて終了する前に着火する。燃料が着火すると、煤の発生量も増加し始める。ここで、エンジン制御器１００は、着火後も継続する主噴射と同期させてオゾン生成器４にオゾンを生成させ。すなわち、終盤の主噴射と同期させてオゾンが生成される。主噴射の終盤に噴射される燃料が燃焼する際には、それよりも以前に噴射された燃料の燃焼によって燃焼室１７の酸素が使用されているため、酸素不足になりやすい。それに対し、終盤の主噴射と同期させてオゾンを生成することによって、主噴射の終盤の燃料にオゾンを作用させ、該燃料からＯＨラジカルを生成して、該燃料の燃焼により発生した煤の酸化を促進させることができる。このオゾン添加が無ければ、図８（Ｂ）の二点鎖線で示すように、主燃焼が進行するに従って煤の発生量が増加していく。一方、主噴射の終盤にオゾン添加を行うことによって、主燃焼の終盤に発生する煤を抑制することができる。
【００６５】
《その他の実施形態》
以上のように、本出願において開示する技術の例示として、上記実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記実施形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。また、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
【００６６】
上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【００６７】
例えば、オゾン生成器４は、上記の構成に限られるものではない。燃料の着火後にオゾンを添加できる構成であれば、任意の構成を採用することができる。
【００６８】
放電プラグ４１の電極４１ａの先端は、ピストン１５が圧縮上死点に位置する状態において、キャビティ１５ｂの中央１５ｃよりもピストン１５の稜部１５ｄに近くなくてもよい。例えば、電極４１ａの先端がキャビティ１５ｂの中央１５ｃにより近い構成であってもよい。
【００６９】
また、以上の説明では、触媒２５の活性化のためのポスト噴射について説明しているが、ポスト噴射の目的はこれに限られるものではない。主噴射の後に間隔を空けて行われる燃料噴射であれば、任意の燃料噴射にオゾン生成を組み合わせることで、煤の発生を抑制することができる。また、ポスト噴射に限られず、燃料の着火後に行われる燃料噴射であれば、任意の燃料噴射にオゾン生成を組み合わせることができる。
【００７０】
尚、上記の例では、燃焼室１７及び吸気ポート１８の断熱構造を採用するとともに、気筒内（燃焼室１７内）にガス層による断熱層を形成するようにしたが、ここに開示する技術は、燃焼室１７及び吸気ポート１８の断熱構造や気筒内の断熱層を採用しないエンジンにも適用することができる。
【００７１】
また、上記エンジン１は、全運転領域において自己着火燃焼を行っているが、これに限られるものではない。一部の運転領域でのみ自己着火燃焼を行い、その他の運転領域では、火花点火による拡散燃焼を行うエンジンであってもよいし、全運転領域において拡散燃焼を行うエンジンであってもよい。その場合のエンジンは、点火プラグを備えている。
【００７２】
また、上記エンジン１は、ガソリンエンジンに限られるものではない。ディーゼルエンジンにおいて、着火後の燃料噴射と同期したオゾン生成を行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
以上説明したように、ここに開示された技術は、直噴エンジンの制御装置について有用である。
【符号の説明】
【００７４】
１        エンジン
１１      シリンダ（気筒）
１５      ピストン
１７      燃焼室
２４      排気通路
２５      触媒
３３      インジェクタ
４        オゾン生成器
１００    エンジン制御器（制御部）
【図１】
2015190368.tif 000003
【図２】
2015190368.tif 000004
【図３】
2015190368.tif 000005
【図４】
2015190368.tif 000006
【図５】
2015190368.tif 000007
【図６】
2015190368.tif 000008
【図７】
2015190368.tif 000009
【図８】
2015190368.tif 000010