(57)【要約】【課題】活性酸素成分生成装置４０を併用した際においても正確なフィードバック制御を担保すること。【解決手段】排気通路２０中に触媒ユニット３０を設ける。排気通路２０中の前記触媒ユニット３０よりも上流側に活性酸素成分を吐出する吐出管４１を有する活性酸素成分生成装置４０を設ける。この活性酸素成分生成装置４０を制御する制御手段１００を設ける。制御手段１００は、排気通路２０中の吐出管４１よりも上流側に配置された空燃比センサＳＷ１０の検出に基づいて、所定の目標空燃比になるように実空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御機能を有する。【選択図】図１
2008069730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路中に配置され、当該排気通路中の排気ガスを浄化する触媒ユニットと、
前記排気通路中の前記触媒ユニットよりも上流側に活性酸素成分を吐出する吐出管を有する活性酸素成分生成装置と、
エンジンの運転状態を判定する運転状態判定手段と、
前記排気通路中の当該吐出管よりも上流側に配置された空燃比センサと、
前記排気通路中の当該吐出管と当該触媒ユニットとの間に配置された上流側酸素濃度センサと、
前記運転状態判定手段によって判定された運転状態に基づいて前記活性酸素成分生成装置の作動を制御する制御手段と
を備え、
前記制御手段は、前記運転状態判定手段並びに前記空燃比センサの検出に基づいて所定の目標空燃比になるように実空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御機能と、前記上流側酸素濃度センサの検出に基づいて前記活性酸素成分生成装置が吐出する活性酸素成分の濃度を調整する濃度調整機能とを有するものである
ことを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項２】
請求項１記載のエンジンの排気ガス浄化装置において、
前記制御手段は、前記エンジン本体の冷間運転時における前記活性酸素成分生成装置の初動期間においては、前記上流側酸素濃度センサの出力値に基づいて空燃比が目標空燃比になるまで活性酸素成分の濃度を上昇させ、その後の前記活性酸素成分生成装置の作動中においては、前記活性酸素成分生成装置に供給される空気添加量を低減して活性酸素成分の濃度を抑制するものである
ことを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項３】
請求項２記載のエンジンの排気ガス浄化装置において、
前記制御手段は、前記排気通路中の当該吐出管よりも下流側の空燃比が前記目標空燃比よりも空気過剰状態となることを限度に前記空気添加量を抑制するものである
ことを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項４】
請求項１から３の何れか１項に記載のエンジンの排気ガス浄化装置において、
前記触媒ユニットは、ＮＯｘ吸蔵触媒を含んでいる
ことを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエンジンの排気ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンから排出される未浄化ガスの主成分は、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）である。
【０００３】
これらの成分は、当該エンジンに設けられた触媒によって浄化される。この触媒による浄化率は、当該エンジンの排気温度に依存する。すなわち、エンジンが暖機された後は、浄化率は高くなる。しかし、エンジンが始動し、充分に暖機されるまでの冷間運転時では、触媒貴金属の活性が低いこと、および酸素吸蔵材（ＯＳＣ）の酸素吸蔵放出機能が充分に発揮されないこと等のため、実用上、充分な浄化率を得ることは困難である。このため、排気マニホールドの直下に連結したマニホールド触媒（クローズカップルド触媒）と床下触媒とを２カ所設けていることが多い。ここで、マニホールド触媒は、エンジン始動後に極力速く昇温させることを目的とするものである。しかし、「極力速く」とはいっても、触媒貴金属が活性化する温度下限には限界があり、通常は、２５０℃前後でやっと排気ガスの５０％程度が浄化できるのが現状である。
【０００４】
これに対し、特許文献１並びに特許文献２には、排気ガス成分とオゾン等の活性酸素成分とを反応させて、上記温度よりも低温であっても排気ガスを浄化できる方法が記載されている。
【０００５】
具体的には、特許文献１には、ＮＯｘ吸蔵還元触媒において、その上流側に放電手段と水素供給手段とを設け、放電手段で酸素ラジカルまたはオゾンを発生させてＮＯをＮＯ2に酸化し、ＮＯｘ吸蔵材にＮＯ2を吸蔵させ、水素供給手段からの水素でＮＯｘ吸蔵材から放出されたＮＯ2を還元することが記載されている。
【０００６】
また、特許文献２には、炭化水素とオゾンとを反応させて炭化水素を一旦、主としてＣＯに転化し、後段の触媒でさらに酸化してＣＯ2に転化することが記載されている。その具体的な態様としては、排気通路中にプラズマ発生装置を内蔵したもの、或いは、排気通路外に配置された活性酸素成分生成装置(Ozonizer)からオゾンを排気通路内に供給するもの等が開示されている。
【０００７】
なお、活性酸素成分生成装置としてのオゾナイザとしては、特許文献３に示すように、無声放電式のものが一般的である。
【特許文献１】特開２００５−３４４６８８号公報
【特許文献２】特開２００５−２０７３１６号公報
【特許文献３】特開平９−１５６９０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、エンジンの空燃比を制御する際には、排気通路中の排気ガス触媒直近上流部に空燃比制御用の酸素濃度センサを設け、この酸素濃度センサが検出した値をフィードバック要素として、所定の目標空燃比にフィードバック制御が実行される。しかしながら、上述のような活性酸素成分生成装置をエンジンに併用すると、その活性酸素成分生成装置は空気を導入してその一部を活性酸素成分とするものであるところ、生成された活性酸素成分および導入された残空気成分が外乱として作用し、正確なフィードバック制御が妨げられるおそれがある。
【０００９】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、活性酸素成分生成装置を併用した際においても正確なフィードバック制御を担保することのできるエンジンの排気ガス浄化装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明は、排気通路中に配置され、当該排気通路中の排気ガスを浄化する触媒ユニットと、前記排気通路中の前記触媒ユニットよりも上流側に活性酸素成分を吐出する吐出管を有する活性酸素成分生成装置と、エンジンの運転状態を判定する運転状態判定手段と、前記排気通路中の当該吐出管よりも上流側に配置された空燃比センサと、前記排気通路中の当該吐出管と当該触媒ユニットとの間に配置された上流側酸素濃度センサと、前記運転状態判定手段によって判定された運転状態に基づいて前記活性酸素成分生成装置の作動を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記運転状態判定手段並びに前記空燃比センサの検出に基づいて所定の目標空燃比になるように実空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御機能と、前記上流側酸素濃度センサの検出に基づいて前記活性酸素成分生成装置が吐出する活性酸素成分の濃度を調整する濃度調整機能とを有するものであることを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置である。この態様では、上流側酸素濃度センサによって活性酸素成分生成装置のフィードバック制御を実行することができるとともに、活性酸素成分生成装置が排気通路に活性酸素成分を吐出する位置よりも上流側に配置された空燃比センサによって、エンジンの空燃比をフィードバック制御できるので、必要充分な活性酸素成分を供給しつつ、この活性酸素成分の吐出量に依存しない酸素濃度を空燃比センサで検出して本来の実空燃比を所定の目標空燃比に制御することが可能になり、エンジン本体の燃焼特性に悪影響を及ぼす虞がない。
【００１１】
好ましい態様において、前記制御手段は、前記エンジン本体の冷間運転時における前記活性酸素成分生成装置の初動期間においては、前記上流側酸素濃度センサの出力値に基づいて空燃比が目標空燃比になるまで活性酸素成分の濃度を上昇させ、その後の前記活性酸素成分生成装置の作動中においては、前記活性酸素成分生成装置に供給される空気添加量を低減して活性酸素成分の濃度を抑制するものである。この態様では、活性酸素成分生成装置の初動期間においては、活性酸素成分の濃度を上昇させているので、速やかにＨＣやＣＯの浄化を図ることができるとともに、初動期間経過後の運転期間中は、必要充分な活性酸素濃度に低減することにより、過度に活性酸素成分が放出されるのを防止することができる。
【００１２】
好ましい態様において、前記制御手段は、前記排気通路中の当該吐出管よりも下流側の空燃比が前記目標空燃比よりも空気過剰状態となることを限度に前記空気添加量を抑制するものである。この態様では、最低限必要な活性酸素成分を確保しつつ、可及的に活性酸素濃度を抑制し、消費電力の節約や活性酸素成分が過剰となることによる弊害（例えば、排気系部品の酸化やセンサ感度の低下）を防止することができる。
【００１３】
好ましい態様において、前記触媒ユニットは、ＮＯｘ吸蔵触媒を含んでいる。この態様では、活性酸素成分生成装置から吐出された活性酸素成分によって、空燃比センサよりも下流側では、リーン状態が多くなるため、活性酸素成分生成中は、排気ガス中のＮＯｘがＮＯｘ吸蔵触媒に吸着される。他方、活性酸素成分が生成されない定常運転時でのリッチ（または理論空燃比）状態においては、ＮＯｘの放出または還元浄化をＮＯｘ吸蔵触媒で行うことが可能になる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明は、必要充分な活性酸素成分を供給しつつ、この活性酸素成分の吐出量に依存しない酸素濃度を空燃比センサで検出して本来の実空燃比を所定の目標空燃比に制御することが可能になる結果、活性酸素成分生成装置を併用した際においても正確なフィードバック制御を担保することができるという顕著な効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態について説明する。
【００１６】
図１は、本発明の実施の一形態による装置を備えたエンジンの全体構成図である。
【００１７】
図１を参照して、同図に示す火花点火式ガソリンエンジンのエンジン本体１には、複数の気筒２が設けられている。各気筒２には、燃焼室２ａが形成されている。各燃焼室２ａには、吸気ポート３及び排気ポート４が開口し、これらのポートに吸気弁５および排気弁６が設けられている。さらに各燃焼室２ａに対して点火プラグ７が装備されている。
【００１８】
上記エンジン本体１には、各気筒２に新気を供給する吸気通路１０と、各気筒２からの排気ガスを導出する排気通路２０とが接続されている。
【００１９】
吸気通路１０は、各気筒２の吸気ポート３に接続される気筒別の吸気通路を有する図略の吸気マニホールドを介して、新気を各気筒２に導入するように構成されている。吸気通路１０の上流側には、吸気シャッターバルブ１１が設けられており、ステッピングモータ１２によって開弁量が制御されるようになっている。
【００２０】
次に、排気通路２０は、各気筒２の排気ポート４に接続される気筒別の排気通路を有する図略の排気マニホールドを介して、各気筒２から既燃ガスを排出するように構成されている。この排気通路２０の下流側には、触媒ユニット３０が接続される。
【００２１】
触媒ユニット３０は、表１に示すように、三元触媒３１と、この三元触媒３１の下流側に配置され、ＮＯｘ触媒として、ＮＯｘ吸蔵機能を含有するＰｔ／Ｒｈ触媒３３とによって構成されている。
【００２２】
【表１】
2008069730.tif 000003
【００２３】
次に、本実施形態では、上記排気通路２０に活性酸素成分としてのオゾンを供給するオゾナイザ（活性酸素成分生成装置の一例）４０を設けている。
【００２４】
図１を参照して、オゾナイザ４０は、排気通路２０の当該触媒ユニット３０よりも上流側に接続された吐出管４１と、この吐出管４１の途中部分に設けられたオゾン発生ユニット４２と、オゾン発生ユニット４２にオゾンを生成するための空気を送給するエアポンプ４３と、エアポンプ４３とオゾン発生ユニット４２との間に配置され、エアポンプ４３が送給した空気量を計測するエアフローメータ４４と、オゾン発生ユニット４２に高電圧を印可する給電ユニット４５とを備えている。なお、図示の実施形態では、吐出管４１のオゾン発生ユニット４２よりも下流側に調整弁４１ａが設けられており、この調整弁４１ａによって、オゾナイザ４０の停止時に排気ガスが吐出管４１に逆流しないように構成されている。
【００２５】
オゾン発生ユニット４２は、例えば、円筒形状のアース電極と、アース電極内に同心に配置された印加電極とを有し、給電ユニット４５によって、印加電極に高電圧を印可することによって、アース電極との間に無声放電を生成し、両電極間の空気からオゾンを生成するものである。
【００２６】
エアポンプ４３は、吐出管４１からのオゾン吐出量（送給量）を調整できるように、外気を吐出管４１に導入し、新気（導入された外気）をオゾン発生ユニット４２に送給するものである。
【００２７】
エアフローメータ４４は、エアポンプ４３から供給された空気量を示す信号を出力し、詳しくは後述するエンジン制御ユニット１００に入力するものである。
【００２８】
給電ユニット４５は、後述するエンジン制御ユニット１００に制御されることによって、オゾン発生ユニット４２の印加電極に高電圧を印可するものである。この給電ユニット４５は、給電時の印加電圧に相当する信号を後述するエンジン制御ユニット１００に出力するように構成されている。
【００２９】
エンジン本体１の運転状態を検出するために、当該エンジン本体１の所定箇所には、一対のクランク角センサＳＷ１と、水温センサＳＷ２とが設けられている。
【００３０】
クランク角センサＳＷ１は、一方から出力される検出信号に基づいてエンジン回転速度Ｎｅが検出されるとともに、双方から出力される位相のずれた検出信号に基づいてクランクシャフト８の回転方向および位相（クランク角度ＣＡ）を検出するようになっている。
【００３１】
水温センサＳＷ２は、エンジン本体１の冷却水の温度を検出するものである。
【００３２】
また、吸気通路１０においては、図略のエアクリーナを通過した直後の空気流量を検出するために、吸気通路１０のエアクリーナと吸気シャッターバルブ１１との間に配置されたエアフローメータＳＷ３が設けられている。
【００３３】
また、エンジンには、図略のアクセルペダル５０の踏み込み量を検出するアクセル開度センサＳＷ４が設けられている。
【００３４】
他方、排気通路２０においては、空燃比を制御するための空燃比センサＳＷ１０が排気通路２０の当該オゾン吐出管４１よりも上流側に配置されている。本実施形態においては、この空燃比センサＳＷ１０が吐出管４１の上流側に配置されることにより、オゾナイザ４０によって排気通路２０に吐出される活性酸素成分、および残空気成分の多少に拘わらず、エンジン本体１の空燃比をフィードバック制御することが可能になる。図示の空燃比センサＳＷ１０は、酸素濃度センサで具体化されており、排気通路２０に排出された排気ガスに含まれる酸素原子数に基づいて酸素濃度を検出し、対応する検出値ＬSL0を後述するエンジン制御ユニット１００に出力するように構成されている。
【００３５】
また、触媒ユニット３０の上流側と下流側には、それぞれ酸素濃度センサＳＷ１１、ＳＷ１２と、当該触媒ユニット３０の温度を推定するための排気温度センサＳＷ３１、ＳＷ３２とが配置されている。
【００３６】
酸素濃度センサＳＷ１１、ＳＷ１２は、主としてオゾナイザ４０によって生成される活性酸素成分の濃度を制御するために用いるものである。上流側酸素濃度センサＳＷ１１は、吐出管２１から吐出されたオゾンや酸素を含む排気ガスの浄化前の酸素原子数に基づいて酸素濃度を検出し、対応する検出値ＬSL1を後述するエンジン制御ユニット１００に出力するように構成されている。また、下流側酸素濃度センサＳＷ１２は、触媒ユニット３０の下流側に配置され、触媒ユニット３０によって浄化された後の排気ガスに含まれる酸素原子数に基づいて酸素濃度を検出し、対応する検出値ＬSL2を後述するエンジン制御ユニット１００に出力するように構成されている。
【００３７】
なお、空燃比センサＳＷ１０並びに酸素濃度センサＳＷ１１およびＳＷ１２は、排気ガス温度が低温であっても機能するように、センサ素子を少なくとも２５０℃以上に加熱するヒータ付酸素センサとされている。
【００３８】
排気温度センサＳＷ３１、ＳＷ３２は、触媒ユニット３０の前後の温度差を演算し、触媒ユニット３０の温度を検出するために用いられるものであり、上流側温度センサＳＷ３１は上流側検出値Ｔ１を、下流側温度センサＳＷ３２は下流側検出値Ｔ２を、それぞれ後述するエンジン制御ユニット１００に出力するように構成されている。
【００３９】
次にエンジン制御ユニット１００について説明する。
【００４０】
エンジン制御ユニット１００は、ＣＰＵ１０１、メモリ１０２、カウンタタイマ群１０３、インターフェース１０４並びにこれらのユニット１０１〜１０４を接続するバス１０５を有するマイクロプロセッサで構成されている。
【００４１】
インターフェース１０４には、入力要素として、エンジン作動スイッチＳＳの他、上述した各センサを含む各種のセンサが接続されており、これらエンジン作動スイッチＳＳやセンサ等からの検出信号を受けることによって運転状態を判定できるようになっている。また、インターフェース１０４には、出力要素として、図略のコントローラや、ドライバと接続されており、これらのユニットを介して、点火プラグ７の点火タイミング、吸気シャッターバルブ１１のステッピングモータ１２やオゾナイザ４０等を駆動できるように構成されている。
【００４２】
メモリ１０２には、エンジン全体を制御するためのプログラムやデータが記憶されている。かかるプログラムを詳しくは後述するフローチャートに基づいて実行することにより、エンジン制御ユニット１００は、エンジン作動スイッチＳＳのＯＮ／ＯＦＦ動作に基づき、オゾナイザ４０の作動を初めとして、エンジンの運転／停止制御を統括的に司る制御手段を機能的に構成している。
【００４３】
なお、本実施形態においては、図略の燃料噴射弁から燃料を噴射する周知の燃料噴射システムが設けられており、運転状態に応じてエンジン制御ユニット１００が燃料噴射システムによる燃料噴射タイミングや燃料噴射量を制御できるようになっている。
【００４４】
図２は、図１の実施形態に係る活性酸素成分生成装置としてのオゾナイザ４０のオゾン発生量と消費電力との関係を示すグラフである。
【００４５】
次に、図２を参照して、本実施形態においては、オゾナイザ４０を制御するために、当該オゾナイザ４０の消費電力と発生するオゾン発生量との関係が実験データに基づいて図２に示すようにマップ化され、制御マップとして、エンジン制御ユニット１００のメモリ１０２に記憶されている。図示の例では、例えば消費電力が１２０Ｗの場合、生成されるオゾン量は、１２ｍｌ／ｍｉｎとなっている。この１２ｍｌ／ｍｉｎという量は、一見、少ない値のように思われるが、エンジンの排気ガス流量においては、約０．１％程度に匹敵する量である。エンジンの低回転時における排気ガス中に含まれる酸素の量が０．６％であるところから考えると、１２ｍｌ／ｍｉｎのオゾン量であってもＨＣやＣＯを酸化浄化する効果は、充分に得られるのである。そのため、排気ガス温度によっては、１２ｍｌ／ｍｉｎのオゾン量であっても、供給過剰となる場合がある。そこで、本実施形態においては、可及的にオゾン量を低減し、必要充分な供給量が維持されるように、燃料噴射量や空気添加量が制御されるように構成されている。
【００４６】
次に、エンジン制御ユニット１００による本実施形態の制御例を説明する。
【００４７】
図３は、図１の実施形態に係る運転制御の一例を示すフローチャートである。
【００４８】
図３を参照して、エンジン作動スイッチＳＳがＯＮにされ、この運転制御が実行されると、エンジン制御ユニット１００は、各部の初期化を実行する（ステップＳ１）。
【００４９】
次に、エンジン制御ユニット１００は、上述した入力要素から信号を読み取り、運転状態を把握する（ステップＳ２）。次いで、エンジン制御ユニット１００は、オゾナイザ４０が稼動しているか否かを判定し（ステップＳ３）、稼動している場合にはオゾナイザ４０をＯＦＦにする（ステップＳ４）。オゾナイザ４０の運転を停止した場合、またはステップＳ３において、オゾナイザ４０が稼動していないと判定した場合、エンジン制御ユニット１００は、運転状態に基づき、目標空燃比Ｌｓを設定する（ステップＳ５）。この目標空燃比Ｌｓは、燃料噴射量を空燃比センサＳＷ１０の検出値ＬSL0に基づいてフィードバック制御するための制御目標であり、例えば、中心空燃比をλ＝１とし、周期的に変動、或いは空燃比の周期的変動を抑えた状態に設定される。
【００５０】
次いで、エンジン制御ユニット１００は、目標空燃比Ｌｓに対し、空燃比センサＳＷ１０の検出値ＬSL0とエアフローメータＳＷ３からの入力値をフィードバック要素として、燃料噴射量を制御する（ステップＳ６）。次いで、エンジン制御ユニット１００は、エンジン作動スイッチＳＳがＯＦＦに切り換えられた否かを判定し（ステップＳ７）、切り換えられた場合には制御を終了するとともに、切り換えられていない場合にはステップＳ１に戻って上述した制御を繰り返す。
【００５１】
図４は、図３の運転制御と並行して実行されるオゾナイザの運転制御例を示すフローチャートである。
【００５２】
図４を参照して、エンジン制御ユニット１００は、各種センサからの信号を読み取り（ステップＳ１０）、読み取った値から冷間始動運転時であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。このステップＳ１１での判定条件は、触媒ユニット３０が所定の活性温度（本実施形態では３００℃）に達するまでオゾナイザ４０を稼動させるための条件である。冷間始動時であるか否かは、例えば、クランク角センサＳＷ１によって推定されるエンジン本体１の回転速度Ｎｅ、水温センサＳＷ２によって推定されるエンジン本体１の筒内温度、或いは各排気温度センサＳＷ３１、ＳＷ３２の検出値Ｔ１、Ｔ２から推定される触媒ユニット３０の温度等によって判定される。
【００５３】
ステップＳ１１において、エンジンが冷間始動時ではないと判定した場合、エンジン制御ユニット１００は、冷間始動時オゾン生成運転サブルーチン（ステップＳ１２）を実行する。この冷間始動時オゾン生成運転サブルーチンは、オゾナイザ４０を運転することにより、触媒ユニット３０が活性化温度に達し、所期の触媒作用を奏するまで、オゾンによる排気ガスの浄化を図るためのプログラムである。
【００５４】
ステップＳ１１において、活性化条件が成立していないと判定した場合、またはステップＳ１２の冷間始動時オゾン生成運転サブルーチンを終了した場合、エンジン制御ユニット１００は、ＮＯｘ吸蔵材を含有するＰｔ／Ｒｈ触媒再生運転判定サブルーチン（ステップＳ１４）を実行する。
【００５５】
このＮＯｘ吸蔵材を含有するＰｔ／Ｒｈ触媒活性運転サブルーチンは、オゾナイザ４０を運転することにより、ＮＯｘ吸蔵材を含有するＰｔ／Ｒｈ触媒３３に吸蔵されたＮＯｘを放出し、ＮＯｘ吸蔵材を含有するＰｔ／Ｒｈ触媒３３の浄化性能を所期のレベルに回復するためのプログラムである。
【００５６】
次いでエンジン制御ユニット１００は、ＮＯｘ吸蔵材を含有するＰｔ／Ｒｈ触媒３３の再生運転条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ１５）。
【００５７】
ステップＳ１５において、ＮＯｘ吸蔵材を含有するＰｔ／Ｒｈ触媒再生運転条件が成立していると判定した場合、エンジン制御ユニット１００は、ＮＯｘ吸蔵材を含有するＰｔ／Ｒｈ触媒再生運転サブルーチン（ステップＳ１６）を実行する。このＮＯｘ吸蔵材を含有するＰｔ／Ｒｈ触媒再生運転サブルーチンは、触媒ユニット３０のＮＯｘ吸蔵材を含有するＰｔ／Ｒｈ触媒３３に吸蔵されたＮＯｘを放出・浄化し、ＮＯｘ吸蔵材を含有するＰｔ／Ｒｈ触媒３３のＮＯｘ吸蔵能を回復するためのプログラムである。
【００５８】
ステップＳ１５において、ＮＯｘ吸蔵材を含有するＰｔ／Ｒｈ触媒再生運転条件が成立していないと判定した場合、またはステップＳ１６のＮＯｘ吸蔵材を含有するＰｔ／Ｒｈ触媒活性運転サブルーチンを終了した場合、エンジン制御ユニット１００は、ステップＳ１１に戻って上述した判定とサブルーチンとを繰り返す。
【００５９】
次に、図４の各サブルーチンについて詳述する。
【００６０】
図５は、図４のフローチャートにおける冷間始動時オゾン生成運転サブルーチンの一例を示すフローチャートである。また、図６は、図５のフローチャートを実行した一例を示すタイミングチャートである。
【００６１】
図５および図６を参照して、図示の冷間始動時オゾン生成運転サブルーチンにおいて、エンジン制御ユニット１００は、まず、オゾナイザ４０をＯＮにし（ステップＳ１２０）、空気添加量を最大値に設定する（ステップＳ１２１）。この結果、図６に示すように、上流側酸素濃度センサＳＷ１１によって検出される空燃比（酸素濃度）は、急速にリーン側に上昇する。
【００６２】
次いで、エンジン制御ユニット１００は、上流側酸素濃度センサＳＷ１１の検出値ＬSL1を読み取り（ステップＳ１２２）、オゾン吐出管４１から下流側の排気通路２０内の雰囲気がステップＳ５で設定された目標空燃比Ｌｓに達するのを待機し（ステップＳ１２３）達していない場合には、ステップＳ１２１以下のステップを繰り返す。このように、エンジン本体１の冷間始動時において、オゾナイザ４０をフル稼動し、活性酸素濃度を高めることにより、可及的に短期間でＨＣやＣＯの浄化率を高めることが可能になる。図６に示すように、本実施形態においては、オゾナイザ４０をＯＮにしたタイミングｔ１からステップＳ２１３の条件を満たしたタイミングｔ２までを初動期間ＩＴとしている。
【００６３】
ステップＳ１２３において、上流側酸素濃度センサＳＷ１１の検出値ＬSL1がステップＳ５で設定された目標空燃比Ｌｓに達すると、エンジン制御ユニット１００は、空気添加量を低減する（ステップＳ１２４）。この結果、図６に示すように、上流側酸素濃度センサＳＷ１１の検出した値ＬSL1が目標空燃比Ｌｓで留まり、その間にステップＳ６の制御により実空燃比として検出される空燃比センサＳＷ１０の検出した値ＬSL0が目標空燃比Ｌｓに到達する。
【００６４】
次いで、エンジン制御ユニット１００は、以下に示す（１）式に基づき、必要充分な空気添加量に達したか否かを判定する（ステップＳ１２５）。
【００６５】
ｄＬSL1−ｄＬSL0＝Ｌｔ−Ｌｓ                                      （１）
但し、ｄＬSL0は、空燃比センサＳＷ１０の検出した値ＬSL0の微分値、
ｄＬSL1は、上流側酸素濃度センサＳＷ１１の検出した値ＬSL1の微分値、
Ｌｔは、酸素濃度制御用空燃比である。
【００６６】
図６に示すように、酸素濃度制御用空燃比Ｌｔは、エンジンの運転状態に応じて空燃比センサＳＷ１０による目標空燃比Ｌｓよりも空気過剰雰囲気（例えばλ＝１．０２〜１．０３）になるように設定される制御目標である。（１）式でオゾン吐出管４１から吐出される活性酸素成分が設定されることにより、三元触媒３１が活性化する活性化温度に達するまでに、必要充分なオゾン供給量を維持して、排気性能を確保しつつ、過剰にオゾンが吐出されるのを防止することが可能になる。
【００６７】
ステップＳ１２５において、空燃比センサＳＷ１０と上流側酸素濃度センサＳＷ１１とによって検出された値が（１）式を満たさない場合（ステップＳ１２５において、ＮＯの場合）には、ステップＳ１２４に戻って空気添加量を低減し続ける。他方、ステップＳ１２５において、空燃比センサＳＷ１０と上流側酸素濃度センサＳＷ１１とによって検出された値が（１）式を満たした場合（ステップＳ１２５において、ＹＥＳの場合）には、空気添加量を一定にする（ステップＳ１２６）。この結果、オゾナイザ４０から過剰なオゾンが供給されるのを防止しつつ、ＨＣ、ＣＯの浄化と三元触媒３１の活性化促進とを図ることが可能になる。
【００６８】
次いで、エンジン制御ユニット１００は、所定の終了条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ１２７）。ここで、終了条件とは、三元触媒３１が活性化温度に達し、所定の浄化能を発揮し得る状態に達したと判定できる条件である。この終了条件は、本実施形態においては、上流側および下流側酸素濃度センサＳＷ１１、ＳＷ１２を用いて判定することとしている。尤もこれとは別に、或いは、これと併用して、上流側および下流側の排気温度センサＳＷ３１、ＳＷ３２の検出値Ｔ１、Ｔ２から推定される触媒ユニット３０の温度を用いた判定であってもよく、さらには、カウンタタイマ群１０３を用いたタイマ設定による判定であってもよい。
【００６９】
ステップＳ１２５の判定において、終了条件が成立していると判定した場合、エンジン制御ユニット１００は、図６のタイミングｔ３で示すようにオゾナイザ４０をＯＦＦにし（ステップＳ１２６）、メインルーチンに復帰する。他方、終了条件が成立していないと判定した場合、ステップＳ１２６に戻って、終了条件が成立するのを待機する。
【００７０】
図５の冷間始動時オゾン生成運転サブルーチンが実行されることにより、オゾナイザ４０から排気通路２０に吐出されたオゾンが排気ガス中のＣＯやＨＣと反応し、これらの有害物質を浄化するとともに、オゾンとＣＯ等との反応熱により、触媒ユニット３０の三元触媒３１等が加熱され、速やかに活性化温度に達するようになる。
【００７１】
以上説明したように、本実施形態では、排気通路２０中の当該吐出管４１よりも上流側に配置された空燃比センサＳＷ１０と、排気通路２０中の当該吐出管４１と当該触媒ユニット３０との間に配置された上流側酸素濃度センサＳＷ１１とを備え、エンジン制御ユニット１００は、センサＳＷ１〜ＳＷ４、ＳＷ１１、ＳＷ１２、ＳＷ３１、ＳＷ３２等の検出に基づいて所定の目標空燃比Ｌｓになるように空燃比をフィードバック制御する空燃比フィードバック制御機能と、上流側酸素濃度センサＳＷ１１の検出に基づいてオゾナイザ４０が吐出するオゾンの濃度を調整する濃度調整機能とを有している。このため本実施形態では、上流側酸素濃度センサＳＷ１１によってオゾナイザ４０のフィードバック制御を実行することができるとともに、オゾナイザ４０が排気通路２０にオゾンを吐出する位置よりも上流側に配置された空燃比センサＳＷ１０によって、エンジン本体１の空燃比をフィードバック制御できるので、必要充分なオゾンを排気通路２０に供給しつつ、このオゾンの吐出量に依存しない酸素濃度を空燃比センサＳＷ１０で検出して本来の実空燃比を所定の目標空燃比Ｌｓに制御することが可能になり、エンジン本体１の燃焼特性に悪影響を及ぼす虞がない。
【００７２】
また、本実施形態では、エンジン本体１の冷間運転時におけるオゾナイザ４０の初動期間ＩＴにおいては、空燃比センサＳＷ１０の出力値に基づいて空燃比が目標空燃比になるまではオゾンの濃度を上昇させ、その後のオゾナイザ４０の作動中においては、オゾナイザ４０に供給される空気添加量を低減してオゾンの濃度を抑制するものである。このため本実施形態では、オゾナイザ４０の初動期間ＩＴ（図６におけるｔ１からｔ２の期間）においては、オゾンの濃度を上昇させているので、速やかにＨＣやＣＯの浄化を図ることができるとともに、初動期間ＩＴ経過後の運転期間中は、必要充分な活性酸素濃度に低減することにより、過度にオゾンが放出されるのを防止することができる。
【００７３】
また、本実施形態では、排気通路２０中の当該吐出管４１よりも下流側の空燃比が目標空燃比Ｌｓよりも空気過剰状態となるように空気添加量を抑制するものである。このため本実施形態では、最低限必要なオゾンを確保しつつ、可及的に活性酸素濃度を抑制し、消費電力の節約やオゾンが過剰となることによる弊害を防止することができる。
【００７４】
また、本実施形態では、触媒ユニット３０がＮＯｘ吸蔵触媒としてのＮＯｘ吸蔵材を含有するＰｔ／Ｒｈ触媒３３を含んでいる。このため本実施形態では、ＮＯｘの放出または還元浄化をＮＯｘ吸蔵材を含有するＰｔ／Ｒｈ触媒３３で行うことが可能になる。すなわち、オゾナイザ４０から吐出されたオゾンによって、空燃比センサＳＷ１０よりも下流側では、リーン状態が多くなるため、オゾン生成中は、排気ガス中のＮＯｘがＮＯｘ吸蔵材を含有するＰｔ／Ｒｈ触媒３３に吸着される。他方、オゾンが生成されない定常運転時でのリッチ（または理論空燃比）状態においては、ＮＯｘ吸蔵材を含有するＰｔ／Ｒｈ触媒３３により、ＮＯｘの放出または還元浄化を行うことが可能になる。
【００７５】
以上説明したように、本実施形態は、必要充分なオゾンを供給しつつ、このオゾンの吐出量に依存しない酸素濃度を空燃比センサＳＷ１０で検出して本来の実空燃比を所定の目標空燃比Ｌｓに制御することが可能になる結果、オゾナイザ４０を併用した際においても正確なフィードバック制御を担保することができるという顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施の一形態による装置を備えたエンジンの全体構成図である。
【図２】図１の実施形態に係る活性酸素成分生成装置としてのオゾナイザのオゾン発生量と消費電力との関係を示すグラフである。
【図３】図１の実施形態に係る運転制御の一例を示すフローチャートである。
【図４】図３の運転制御と並行して実行されるオゾナイザの運転制御例を示すフローチャートである。
【図５】図４のフローチャートにおける冷間始動時オゾン生成運転サブルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図６】図５のフローチャートを実行した一例を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００７７】
１  エンジン本体
２  気筒
２ａ  燃焼室
３  吸気ポート
４  排気ポート
５  吸気弁
６  排気弁
７  点火プラグ
８  クランクシャフト
１０  吸気通路
１１  吸気シャッターバルブ
１２  ステッピングモータ
２０  排気通路
２１  吐出管
３０  触媒ユニット
３１  三元触媒
３２  パティキュレートフィルタ
３３  ＮＯｘ吸蔵材を含有するＰｔ／Ｒｈ触媒（ＮＯｘ吸蔵触媒）
４０  オゾナイザ（活性酸素成分生成装置）
４１  オゾン吐出管
４２  オゾン発生ユニット
４３  エアポンプ
４４  エアフローメータ
４５  給電ユニット
１００  エンジン制御ユニット
Ａｏ  アクセル開度
ＣＡ  クランク角度
Ｌｓ  目標空燃比
Ｌｔ  空気添加量制御用空燃比
ＳＷ１０  空燃比センサ
ＳＷ１１  上流側酸素濃度センサ
ＳＷ１２  下流側酸素濃度センサ
ＳＷ３１  上流側温度センサ
ＳＷ３２  下流側温度センサ
ＳＷ４  アクセル開度センサ
【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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