(57)【要約】【課題】電力消費を軽減して高い実用性を得る。【解決手段】内燃機関の吸気系に、誘電体材料１２と電極６、７を含むオゾン発生装置５と、吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段４を備える。吸入空気量に基づきオゾン発生装置５の電力を制御するオゾン発生制御手段１７と、吸入空気量に基づき燃料噴射手段の燃料噴射量を制御する燃料噴射制御手段１７を具備する。【選択図】図１
2005171810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気系に、誘電体材料と電極を含むオゾン発生装置と、吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段を備えると共に、
吸入空気量に基づきオゾン発生装置の電力を制御するオゾン発生制御手段と、吸入空気量に基づき燃料噴射手段の燃料噴射量を制御する燃料噴射制御手段を有することを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記オゾン発生装置は、誘電体材料をセラミックスハニカム構造体に担持もしくは含有していることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記オゾン発生装置は、誘電体材料と貴金属とをセラミックスハニカム構造体に担持もしくは含有していることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記誘電体材料は、BaTiO3であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関。
【請求項５】
前記貴金属は、０．１〜１０ｇであることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記セラミックスハニカム構造体の容積は、０．１〜２Ｌであることを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記オゾン発生制御手段は、機関の負荷に応じてオゾン発生装置のオゾン生成率を変えるように制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項８】
前記オゾン発生制御手段は、機関の負荷が小さいときにオゾン発生装置のオゾン生成率を減じるように制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項９】
前記オゾン発生制御手段は、オゾン発生装置の電力量によってオゾン生成率を制御することを特徴とする請求項７または８に記載の内燃機関。
【請求項１０】
前記燃料噴射制御手段は、オゾン発生装置でオゾンの発生によって吸入空気の体積が収縮するのに対して、その収縮した吸入空気が機関の気筒に到達するまでの遅延時間に基づき燃料噴射量を決定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の吸入空気の過給方法としては、ターボチャージャーやスーパーチャージャーを用いるものが知られているが、例えば、空気中の酸素をオゾンに変換することで、酸素を過給することが考えられており、このオゾン発生器としては、プラズマを発生させるようになっている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】実開平６−６０７５９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このオゾン発生器は単に絶縁体を介し電極間に電位を与えるものであり、機関の吸入空気の全ての酸素をオゾンに変換する場合、多大な電力が必要となってしまって、実用上困難となる問題があった。
【０００４】
この発明は、オゾンの発生を制御して、このような問題点を解決することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、内燃機関の吸気系に、誘電体材料と電極を含むオゾン発生装置と、吸入空気量を検出する吸入空気量検出手段を備える。吸入空気量に基づきオゾン発生装置の電力を制御するオゾン発生制御手段と、吸入空気量に基づき燃料噴射手段の燃料噴射量を制御する燃料噴射制御手段を具備する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、オゾン発生装置のオゾン生成に費やす電力を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、第１の実施形態を図面に基づいて説明する。
【０００８】
図１において、１はエンジン（本体）、２は吸気通路、３は排気通路を示す。
【０００９】
吸気通路２には、エンジン１の吸入空気量を検出するエアフローメータ４を設け、エアフローメータ４の下流の吸気通路２にオゾン発生装置５を取り付けている。
【００１０】
オゾン発生装置５は、図２のように−電極（放電極）６と＋電極７と誘電体８を備える。
【００１１】
−電極６は、格子状に形成すると共に、放電（グロー放電、コロナ放電等）をしやすくするように、格子各部に先鋭部を設けている。
【００１２】
誘電体８は、図２、図３のようにセラミックスからなる円柱状のハニカム構造体１０の各通路１１の壁部に、誘電体材料１２を担持している。誘電体材料１２にはBaTiO3（酸化チタンバリウム）を用いる。この場合、誘電体材料１２をセラミックス材に含有して、ハニカム構造体１０を形成して良い。
【００１３】
＋電極７は、格子状に形成している。
【００１４】
オゾン発生装置５は、所定ケースに収納して、吸気通路２に配置する。−電極６は吸気の入口側に、＋電極７は吸気の出口側に位置するように配置する。
【００１５】
電極６、７間に所定の電圧をかけると、電極６より放電し、誘電体８側に電子が飛び出して、通過する空気中の酸素をイオン化すると共に、オゾンＯ3を発生する。
【００１６】
ハニカム構造体１０は、排気浄化用触媒で用いられるものが好ましく、圧力損失の面から低セル（例えば、１００〜４００セル）のものが好ましい。また、ハニカム構造体１０の容積は、オゾン生成に必要な接触時間を確保する一方、圧力損失を抑えるように、０．１〜２Ｌ（リッター）の大きさに設定する。
【００１７】
オゾン発生装置５には、電力調整器１３を介して、バッテリ１４等の電力を供給する。バッテリ１４には、エンジン１等によって駆動される発電機１５の発電電力を蓄電する。
【００１８】
一方、エアフローメータ４の検出信号、エンジン１の負荷（アクセルの開度）を検出する負荷センサ１６の検出信号、エンジン１の回転速度を検出する回転速度センサの検出信号等をエンジンコントロールユニット１７に入力する。
【００１９】
エンジンコントロールユニット１７は、これらの検出信号等に基づいて、エンジン１の各気筒に設けた燃料噴射弁（図示しない）の燃料噴射を制御すると共に、電力調整器１３を介してオゾン発生装置５の電力を制御して、オゾンの発生を制御する。
【００２０】
オゾン発生装置５の電力は、エアフローメータ４の検出信号（吸入空気量）に基づき制御すると共に、負荷センサ１６の検出信号（エンジン１の負荷）に基づき制御する。
【００２１】
吸入空気量は、エンジン１の回転と共に増加するので、吸入空気量の増加に応じてオゾンの生成を増加するように、オゾン発生装置５の電力量を制御する。
【００２２】
エンジン１の負荷に対しては、図４のようにアイドル域、低負荷域のときに（負荷Ｔ≦低負荷境界値Ｔ０）、オゾンの生成率（オゾン生成量／酸素を全てオゾンへ変換した場合のオゾン量）を減少するように、オゾン発生装置５の電力量を減少制御する（Ｓ２、Ｓ３）。
【００２３】
この場合、電力量を０または電圧を所定以下に下げて、オゾンを生成しないようにして良い。
【００２４】
燃料噴射量は、エアフローメータ４の検出信号（吸入空気量）および回転速度センサの検出信号（エンジン１の回転速度）等に基づき制御するが、オゾン発生装置５のオゾンの生成率を低い状態から高い状態に変化させた際は、オゾン発生装置５でオゾンの発生によって吸入空気の体積が収縮するのに対して、その収縮した吸入空気がエンジン１の気筒に到達するまでの遅延時間を考慮して、決定して、制御する。
【００２５】
このような構成によって、オゾン発生装置５のオゾン生成に必要な電力を最小限となるように制御できる。
【００２６】
すなわち、オゾン発生装置５の電力を、エンジン１の吸入空気量に基づき制御するので、電力に無駄がなく、また、エンジン１の負荷に基づき、アイドル域ならびに出力要求の低い低負荷域に、オゾンの生成率を減少するようにオゾン発生装置５の電力を減少制御するので、電力消費を十分に低減できる。
【００２７】
そのため、発電のための燃料消費を最小限にでき、高い実用性を得ることができる。
【００２８】
また、燃料噴射量は、オゾン発生装置５のオゾンの生成率を低い状態から高い状態に変化させた際、体積の収縮した分の吸入空気がエンジン１の気筒に到達するまでの遅延時間を考慮して、決定するので、燃料噴射量が過剰になることを防止できる。
【００２９】
一方、オゾン発生装置５は、誘電体材料１２をセラミックスのハニカム構造体１０に担持あるいは含有させる構造としたので、大量に空気を吸入した場合でも、酸素を的確にオゾンに変換することが可能となる。
【００３０】
また、誘電体材料１２にBaTiO3（酸化チタンバリウム）を用いることで、イオン化を促進でき、オゾン発生量を高めることができる。
【００３１】
なお、ハニカム構造体１０に誘電体材料１２と貴金属（例えば、Pt（プラチナ）、Pd（パラジウム）等）とを担持、もしくは誘電体材料１２と貴金属とをセラミックス材に含有してハニカム構造体１０を形成して良い。この場合、貴金属は、ハニカム構造体１０の大きさに合わせて、０．１〜１０ｇを用いる。
【００３２】
このように誘電体材料１２のほかに貴金属を用いると、オゾン生成の効率を高めることができる。ただし、貴金属を増やしすぎると、導通の不具合を招く。
【００３３】
図５〜図７は、第２の実施形態を示す。
【００３４】
図５において、３０は火花点火式ガソリンエンジン（本体）、３１は吸気通路、３２は排気通路を示す。
【００３５】
吸気通路３１には、エンジン３０の吸入空気量を検出するエアフローメータ４を設け、エアフローメータ４のすぐ下流に電子制御スロットル３３を介装して、電子制御スロットル３３の下流にオゾン発生装置５を取り付けている。オゾン発生装置５は、第１の実施形態と同様の構成を備えたものであり、エンジン３０が吸入する空気は全てこのオゾン発生装置５を通過するようになっている。
【００３６】
エンジン３０の気筒の吸気ポート近くに、燃料噴射弁３４を配置している。これは、気筒に直接噴射するように配置した直噴式の燃料噴射弁でも良い。
【００３７】
１３は電力調整器、１４はバッテリ、３５はアクセルの開度を検出するアクセル開度センサ（負荷センサ）、３６はエンジン３０の回転速度を検出する回転速度センサ、３７はエンジンコントロールユニット３７である。
【００３８】
エンジンコントロールユニット３７は、エアフローメータ４の検出信号（吸入空気量）、アクセル開度センサ３５の検出信号、回転速度センサ３６の検出信号等に基づいて、電子制御スロットル３３の開度、燃料噴射弁３４の燃料噴射を制御すると共に、電力調整器１３を介してオゾン発生装置５の電力を制御して、オゾンの発生を制御する。
【００３９】
図６は、エンジンコントロールユニット３７内で所定時間毎に実行する吸気制御処理ルーチンを示す。
【００４０】
Ｓ１１では、アクセル開度APOとエンジン回転速度Neとに基づいて目標エンジントルクtTeを算出する。具体的には、APOとNeに対応させてtTeを記憶させてある制御マップから値をルックアップする。
【００４１】
Ｓ１２では、エンジン回転速度Neに基づいてエンジントルクしきい値Tethとエンジントルク最大値Temaxとを算出する。具体的には、図７のように、Neに対応させてTeth、Temaxを記憶させてある制御テーブルから値をルックアップする。
【００４２】
エンジントルクしきい値Tethは、オゾン発生装置５を作動させずに達成できるエンジントルクの最大値を示し、エンジントルク最大値Temaxは、吸気中の酸素を全てオゾンへ変換した場合に達成できるエンジントルクの最大値を示す。
【００４３】
Ｓ１３では、目標エンジントルクtTeがエンジントルクしきい値Teth以下であるか否かを判断する。
【００４４】
Ｓ１３で目標エンジントルクtTeがエンジントルクしきい値Teth以下であると判断された場合はＳ１４へ進み、目標エンジントルクtTeとエンジン回転速度Neとに基づいて電子制御スロットル３３の目標スロットル開度tTVOを算出する。
【００４５】
Ｓ１５では、目標オゾン生成率tRO3をゼロに設定する。目標オゾン生成率tRO3は、オゾン発生装置５におけるオゾン生成率（オゾン生成量／酸素を全てオゾンへ変換した場合のオゾン量）の目標値を示す。
【００４６】
Ｓ１３で目標エンジントルクtTeがエンジントルクしきい値Tethより大きいと判断された場合はＳ１６へ進み、電子制御スロットル３３の目標スロットル開度tTVOを全開に設定する。
【００４７】
Ｓ１７では、目標エンジントルクtTe、エンジントルクしきい値Teth、エンジントルク最大値Temaxに基づいて目標オゾン生成率tRO3（０＜tRO3≦１）を算出する。目標オゾン生成率tRO3は、目標エンジントルクtTeが大きくなるほど大きな値となり、目標エンジントルクtTeがエンジントルク最大値Temaxと等しいとき１となる。
【００４８】
Ｓ１８では、目標オゾン生成率tRO3と吸入空気量Qaとに基づいて目標電力tEを算出する。目標電力tEは、オゾン発生装置５へ供給する電力の目標値を示し、目標オゾン生成率tRO3が高くなるほど大きくなり、また、吸入空気量Qaが大きくなるほど大きくなる。目標オゾン生成率tRO3がゼロである場合は目標電力tEもゼロにする。
【００４９】
このように、目標スロットル開度tTVO、目標電力tEを決定して、エンジンコントロールユニット３７は、決定した目標スロットル開度tTVOに応じて電子制御スロットル３３を制御すると共に、決定した目標電力tEに応じて電力調整器１３を制御する。
【００５０】
一方、エンジンコントロールユニット３７は、燃料噴射弁３４の燃料噴射量の制御を行う。具体的には、理論空燃比相当の基本燃料噴射量Tpを以下の式によって算出し、この基本燃料噴射量Tpに各種の補正を加えて最終的な燃料噴射量Tiを算出する。
【００５１】
Tp＝K×吸入空気量Qa／エンジン回転速度Ne  （Kは係数）
上式は、オゾン発生装置５の作動／非作動に関わらず使用できる。ただし、オゾン発生装置５の目標オゾン生成率をゼロから大きな値に変化させた際は、前記形態と同様に、体積の収縮した分の吸入空気がエンジン３０の気筒に到達するまでの遅延時間を考慮して、算出する。
【００５２】
本形態は、アクセル開度が大きく、出力要求が高いときに、オゾン発生装置５によりオゾンを発生させる。
【００５３】
すなわち、高出力要求のとき、アクセル開度等にしたがって、オゾンを発生させると共に、オゾンの生成率を高くする。そのため、通常のエンジンにおける最大トルク以上のトルクを確保することができ、加速性を十分に向上しつつ、エンジンの高出力化を図ることができる。過給を行う必要のない負荷領域ではオゾン生成を行わずに電子制御スロットル３３の開度制御のみで出力を制御し、スロットル全開で得られるトルク（通常のエンジンにおける最大トルク）以上のトルクが要求される負荷領域ではオゾン生成による過給（吸入空気の体積収縮による過給効果）で出力を制御する。このため、通常のエンジンにおける最大トルク以上のトルクを確保してエンジンの高出力化を図ることができるとともに無駄な電力消費を無くすことができる。
【００５４】
なお、各形態は、火花点火式ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンに適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
車両用ならびに車両用以外の内燃機関およびボイラ等の燃焼装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】第１の実施形態の概略構成図である。
【図２】オゾン発生装置の概略斜視図である。
【図３】ハニカム構造体の部分詳細図である。
【図４】制御フローチャートである。
【図５】第２の実施形態の概略構成図である。
【図６】吸気制御処理のフローチャートである。
【図７】エンジントルクの制御テーブル図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  エンジン（本体）
２  吸気通路
４  エアフローメータ
５  オゾン発生装置
６  −電極
７  ＋電極
８  誘電体
１０  ハニカム構造体
１２  誘電体材料
１３  電力調整器
１４  バッテリ
１５  発電機
１６  負荷センサ
１７  エンジンコントロールユニット
３０  火花点火式ガソリンエンジン（本体）
３１  吸気通路
３３  電子制御スロットル
３４  燃料噴射弁
３５  アクセル開度センサ
３６  回転速度センサ
３７  エンジンコントロールユニット
【図１】
2005171810.tif 000003
【図２】
2005171810.tif 000004
【図４】
2005171810.tif 000005
【図５】
2005171810.tif 000006
【図６】
2005171810.tif 000007
【図７】
2005171810.tif 000008
【図３】
2005171810.tif 000009