(57)【要約】      （修正有）【課題】燃焼室内に残留したオゾンによるシリンダ内壁の酸化を防止できる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】気筒の燃焼室内にオゾンを供給するオゾン供給装置を備えた内燃機関の制御装置であって、前記燃焼室へオゾン供給を行う運転状態から内燃機関を停止し、内燃機関の停止状態が所定期間以上継続していることを検知した場合または継続することを検知した場合に、内燃機関を回転させて燃焼室内のオゾンを燃焼室外に排出させる制御を行う。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒の燃焼室内にオゾンを供給するオゾン供給装置を備えた内燃機関の制御装置であって、
前記燃焼室へオゾン供給を行う運転状態から内燃機関を停止し、内燃機関の停止状態が所定期間以上継続していることを検知した場合または継続することを検知した場合に、内燃機関を回転させて燃焼室内のオゾンを燃焼室外に排出させる制御を行うことを特徴とする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、オゾン供給装置を備えた内燃機関において燃焼室内のオゾンを燃焼室外に排出させる制御を行う制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃焼室に接続される吸気通路に配置され燃焼室内にオゾン（Ｏ3）を供給するオゾン供給装置を備えた内燃機関が種々知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
燃焼室内にオゾンを供給することは、内燃機関の燃焼効率を高め、低燃費化及び低公害化または再始動性の向上を図る上で有利である。
【０００４】
ところで、燃焼室へオゾンを供給する運転状態から内燃機関を停止した後、内燃機関の停止時間が所定期間以上に長くなる場合には、燃焼室内にオゾンが残存した状態が維持される。内燃機関の運転中はシリンダの内壁面に常にオイルが塗られた状態となっている一方、内燃機関が停止すると、シリンダの内壁面からオイルが剥離して、金属表面が剥き出しの状態となる。内燃機関停止後に通常シリンダとピストンとの間にある油膜がなくなり、この状態で燃焼室内に残存したオゾンの強い酸化力によってシリンダ内壁のピストン摺動面に酸化が生じると、摺動抵抗が増加し、シリンダまたはピストンに傷が入る焼き付きが生じる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２１８６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、燃焼室内に残留したオゾンによるシリンダ内壁の酸化を防止できる内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、以上のような課題を解決するために、次のような構成を採用したものである。すなわち、本発明は、気筒の燃焼室内にオゾンを供給するオゾン供給装置を備えた内燃機関の制御装置であって、前記燃焼室へオゾン供給を行う運転状態から内燃機関を停止し、内燃機関の停止状態が所定期間以上継続していることを検知した場合または継続することを検知した場合に、内燃機関を回転させて燃焼室内のオゾンを燃焼室外に排出させる制御を行うことを特徴とする。
【０００８】
このようなものであれば、内燃機関が所定期間以上継続して停止する状況において燃焼室内にオゾンが残存していることはなくなる。したがって、従来生じていた問題、すなわち、燃焼室内のオゾンがシリンダ内壁を酸化させてしまって焼き付きが生じるという問題を好適に抑制または解消することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、以上のような構成であるから、燃焼室内に残留したオゾンによるシリンダ内壁の酸化を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態におけるアイドルストップ車の制御装置のブロック図。
【図２】同実施形態における内燃機関の概略構成を示す図。
【図３】同実施形態におけるプラズマアクチュエータを示す側断面図。
【図４】同実施形態の制御装置がプログラムに従い実行する処理の手順例を示すフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１２】
図１に、本実施形態におけるアイドルストップ車両の制御装置１のブロック構成を示す。図示例はＡＴ車であり、内燃機関３のクランクシャフトがトルクコンバータ５を介してＣＶＴ４と連結している。トルクコンバータ５は、ロックアップクラッチ機構を含む。
【００１３】
内燃機関３を始動する際にクランキングするスタータ（セルモータ）６は、バッテリ２から電力供給を受ける。スタータ６は、リレー７を介してバッテリ２の正極端子に接続している。一方、バッテリ２の負極端子は、アイドルストップ車両の筐体に接続している。
【００１４】
また、内燃機関３の出力トルクは、巻掛伝動機構（ベルト及びプーリ等）１０を介してオルタネータ９にも伝達される。オルタネータ９は、車両の走行中等に随時発電してバッテリ２を充電する。バッテリ２の正極端子とリレー７との間に設けたバッテリセンサ８は、バッテリ電流及びバッテリ２の温度を検出する。
【００１５】
ブレーキ機構１１は、既知の液圧式のブレーキ倍力機構である。ブレーキブースタ１２は、内燃機関３の吸気マニホルド１３内の負圧を利用してブレーキペダル１４に加わる踏力を増幅し、ブレーキ力を助勢する。そのブレーキ力は、マスタシリンダ１７を介して車両の各車輪１５のホイールシリンダ１６に印加される。
【００１６】
図２に、本実施形態の車両用内燃機関３の概要を示す。本実施形態における内燃機関３は、三気筒のガソリン内燃機関であり、同図では、三気筒あるうちの任意の一気筒の概略構成を示している。この内燃機関３は、各気筒１８と、燃料を噴射するインジェクタ１９と、各気筒１８に吸気を供給するための吸気系２０と、各気筒１８から排気を排出するための排気系２１とを具備する。
【００１７】
内燃機関３の吸気系２０は、外部から空気を取り入れて気筒１８の吸気ポート２２へと導く。吸気系２０には、アクセルペダルの踏み込み量に応じて作動する電子スロットル弁２３を設けており、電子スロットル弁２３の下流にはサージタンク２４を有する吸気マニホルド１３を取り付けている。サージタンク２４には吸気管圧力を検出するための圧力センサ２５を配している。サージタンク２４より下流の吸気系２０には、吸気ポート２２に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁２６が取り付けてある。
【００１８】
内燃機関３の排気系２１は、気筒１８内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を気筒１８の排気ポート２７から外部へと導く。排気系２１には、排気マニホルド２８を取り付け、排気ガス浄化用の三元触媒２９を装着している。三元触媒２９の下流位置には排気ガス中の酸素濃度に応じた電圧信号ｇを出力するＯ2センサ３０を配置している。
【００１９】
気筒１８上部に形成される燃焼室３１の天井部には、吸気弁３２、排気弁３３及び点火プラグ３４が配置される。
【００２０】
本実施形態では、燃焼室３１に接続される吸気通路にオゾン供給装置であるプラズマアクチュエータ３５が配置されている。詳述すれば、各気筒１８の吸気ポート２２の内部は、吸気マニホルド１３側から気筒１８内の燃焼室３１に向けて下方に湾曲した形状をなしており、その吸気ポート２２の内周の曲面の表層部、曲率的に吸気の流れの剥離が生じやすいと思しき箇所に、プラズマアクチュエータ３５を設けている。このプラズマアクチュエータ３５によって燃焼室３１内にオゾン４４を供給するようにしている。
【００２１】
図３に拡大して示すプラズマアクチュエータ３５は、表側電極３６及び内側電極３７の対と、これら電極３６、３７間に挟まれる誘電体３８とを要素とするユニット３９を複数個、一定方向に沿って間欠的に配列してなる。表側電極３６は、前後方向（ユニット３９の配列方向。図中横方向）に沿った幅寸法が内側電極３７のそれよりも小さく、上下方向（電極３６、３７が誘電体３８を挟む方向、または誘電体３８の表面の放線方向。図中縦方向）の厚みも小さく薄い。各ユニット３９の表側電極３６は、誘電体３８の表面に露出させている。内側電極３７は、表側電極３６と比較して前後方向に大きく拡張する。各ユニット３９の内側電極３７は、誘電体３８内に埋設してあり、同じユニット３９を構成する表側電極３６に対して前方に偏倚した位置にある。誘電体３８は、典型的には樹脂やセラミックである。誘電体材料としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド等のポリマー系絶縁体や、アルミナ、ジルコニア、窒化ケイ素等のセラミック系絶縁体を採用することが好適である。
【００２２】
本プラズマアクチュエータ３５を用いるに際しては、各ユニット３９の表側電極３６及び内側電極３７間に、例えば１ｋＶないし１０ｋＶ程度の高圧、１ｋＨｚないし２０ｋＨｚ程度の周波数の、脈流電圧（直流パルス電圧）または交流電圧を印加する。印加電圧及び周波数は、電極３６、３７の寸法や電極３６、３７間の距離、誘電体３８の誘電率等に応じて定める。
【００２３】
両電極３６、３７間に電圧を印加すると、内側電極３７の直上にある誘電体３８の表面にプラズマ４１及びオゾン４４が生成され、このプラズマ４１に起因して誘電体３８の表面上に気体の衝撃波が発生する。プラズマアクチュエータ３５が生成したプラズマ４１は、流入する吸気に効率よく作用するとともに、プラズマアクチュエータ３５が生成したオゾン４４は、流入する吸気に混合される。
【００２４】
本実施形態の制御装置１は、エンジン制御ＥＣＵ５０、アイドルストップ制御ＥＣＵ５１、ＡＢＳ（Ａｎｔｉ−ｌｏｃｋ  Ｂｒａｋｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ）制御ＥＣＵ５２及びＣＶＴ制御ＥＣＵ５３を包含している。各制御ＥＣＵ５０、５１、５２、５３はそれぞれマイクロコンピュータ等により構成され、ＣＡＮ等の通信バス５４や専用線を介して互いに情報を送受信する。
【００２５】
エンジン制御ＥＣＵ５０は、内燃機関３の運転を制御するもので、中央演算装置５５、記憶装置５６、入力インターフェース５７、出力インターフェース５８などを有するコンピュータシステムである。
【００２６】
入力インターフェース５７には、圧力センサ２５から出力される吸気圧信号ａ、エンジン回転数を検出するための回転数センサ５９から出力される回転数信号ｂ、車速及び出力軸回転数を検出するための車速センサ６０から出力される車速信号ｃ、アクセルペダルの踏込量（または、電子スロットル弁２３の開度）を検出するためのアクセルセンサ６１から出力されるアクセル信号ｄ、シフトポジションスイッチ６２から出力されるシフトポジション信号ｅ、冷却水の温度を検出するための水温センサ６３から出力される水温信号ｆ、Ｏ2センサ３０から出力される電圧信号ｇなどが入力される。一方、出力インターフェース５８からは、インジェクタ１９に対して燃料噴射信号ｈ、点火プラグ３４に対して点火信号ｉ、電子スロットル弁２３に対してスロットル開度信号ｊ、プラズマアクチュエータ３５に対してオゾン供給信号ｋなどが出力される。
【００２７】
中央演算装置５５は、記憶装置５６に予め格納されているプログラムを解釈、実行し、内燃機関３の燃料噴射量や点火時期、気筒１８に充填される吸気量等の制御を遂行する。
【００２８】
内燃機関３の運転制御において、エンジン制御ＥＣＵ５０は、内燃機関３の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇを入力インターフェース５７を介して取得し、さらに現状の吸気量等を推定して、それらに基づいて制御入力である燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、電子スロットル弁２３の開度等を演算する。そして、演算した制御入力に対応した制御信号ｈ、ｉ、ｊ、ｋを、出力インターフェース５８を介して印加する。
【００２９】
制御装置１のＡＢＳ制御ＥＣＵ５２は、車速センサ６０から車速の情報を取得し、また液圧センサ６４からブレーキ機構１１のマスタシリンダ圧（Ｍ／Ｃ圧）の情報を取得する。アイドルストップ制御ＥＣＵ５１は、エンジン制御ＥＣＵ５０からエンジン回転数、冷却水温、負圧、スロットル開度といった内燃機関３の運転に係わる情報を受信する。ＡＢＳ制御ＥＣＵ５２からは車速やマスタシリンダ圧等の情報を受信し、ＣＶＴ制御ＥＣＵ５３からはロックアップクラッチによるロックアップの有無等の情報を受信する。その他、アイドルストップ制御ＥＣＵ５１は、バッテリ２の電圧、電流、温度や、スタータ６のＩＧ−ＯＮ信号等をも受信する。
【００３０】
しかして、本実施形態の制御装置１たるＥＣＵは、燃焼室３１へオゾン供給を行う運転状態から内燃機関３を停止し、内燃機関３の停止状態が所定期間以上継続していることを検知した場合に、内燃機関３を回転させて燃焼室３１内のオゾン４４を燃焼室３１外に排出させる制御を行う。
【００３１】
特に、エンジン制御ＥＣＵ５０及びアイドルストップ制御ＥＣＵ５１がアイドルストップに際して実行する処理の手順を示す。制御装置１は、アイドルストップ要求が発生したときに（ステップＳ１）、内燃機関３におけるオゾン供給装置であるプラズマアクチュエータ３５からのオゾン供給を停止する（ステップＳ２）。ステップＳ１では、バッテリ２の電圧が所定以上であり、車速が所定値（例えば、７ｋｍ／ｈ）以下であり、内燃機関３の冷却水温が所定以上高く、シフトポジションが走行レンジであり（ＡＴ車の場合）、ブレーキペダル１４が踏み込まれておりマスタシリンダ圧が所定値（例えば、０．７ＭＰａ）以上である、等の諸条件がおしなべて成立したことを以て、アイドルストップ要求があったものと判定する。ステップＳ２では、燃焼室３１へのオゾン供給を停止するように、プラズマアクチュエータ３５にオゾン供給停止信号ｋを印加する。そして、ステップＳ２と略同時または相前後して、内燃機関３におけるインジェクタ１９からの燃料噴射（及び、点火）を停止する（ステップＳ３）。
【００３２】
アイドルストップ中、再始動要求が発生していないときには（ステップＳ４）、内燃機関３の停止状態が所定期間以上継続しているかどうかを検知し（ステップＳ５）、スタータモータ６のピニオンギアをフライホイール（ＭＴ車の場合）またはドライブプレート（ＡＴ車の場合）外周のリングギアに噛合させてオゾン４４の排出動作を行う（ステップＳ６）。具体的には、１回転分、クランクシャフトを回転させて、排気弁３３が少なくとも一回は開閉動作を行うようにする。ステップＳ５では、例えば、内燃機関３の停止から所定時間（例えば、１分）が経過した等の成立を以て、内燃機関３の停止状態が所定期間以上継続している状態であると判定する。
【００３３】
その後、再始動要求が発生したときには（ステップＳ７）、スタータモータ６のピニオンギアをフライホイール（ＭＴ車の場合）またはドライブプレート（ＡＴ車の場合）外周のリングギアに噛合させてクランキングを行う（ステップＳ８）とともに、内燃機関３におけるインジェクタからの燃料噴射（及び、点火）を再開し（ステップＳ９）、内燃機関３を再始動する。ステップＳ４では、シフトポジションが非走行レンジに変更された（ＡＴ車の場合）、ブレーキペダル１４の踏み込みが緩められてマスタシリンダ圧が閾値以下に低下した、アクセルペダルが踏まれた、または内燃機関の停止から所定時間（例えば、３分）が経過した、等の何れかの成立を以て、再始動要求があったものと判定する。
【００３４】
なお、アイドルストップ中、再始動要求が発生したときには（ステップＳ４）、ステップＳ５〜Ｓ７を経ることなしに、内燃機関３の再始動を行う（ステップＳ８、Ｓ９）。
【００３５】
このように、本実施形態の内燃機関３の制御装置１は、燃焼室３１に接続される吸気通路に配置され燃焼室３１内にオゾン４４を供給するプラズマアクチュエータ３５を備えたものであって、前記燃焼室３１へオゾン供給を行う運転状態から内燃機関３を停止し、内燃機関３の停止状態が所定期間以上継続していることを検知した場合に、内燃機関３を回転させて燃焼室３１内のオゾン４４を燃焼室３１外に排出させる制御を行う。したがって、アイドリングストップ中等、内燃機関３が所定期間以上継続して停止する状況において燃焼室３１内にオゾン４４が残存していることはなくなる。したがって、従来生じていた問題、すなわち、内燃機関３の燃焼室３１内にオゾン４４を長期間入れた状態にしておくと、オゾン４４がシリンダ内壁等、内燃機関３の金属を酸化させてしまって焼き付きが生じてしまうという問題を好適に抑制または解消することができる。
【００３６】
なお、内燃機関３停止時のオゾン４４による燃焼室３１やシリンダの内壁の酸化を防止するために、プラズマアクチュエータ３５によるオゾン供給を停止し、オゾン４４が燃焼室３１から排出されるのを待って内燃機関３を停止することも考えられるが、オゾン供給を停止した後の燃料噴射が無駄となってしまう。ところが、本実施形態のような制御装置１によれば、このような無駄な燃料噴射を抑制でき、特に、アイドルストップを行う車両の場合、なるべく早くアイドリングを停止することでアイドルストップ時間を長くし燃料消費量を節約できるため有効である。
【００３７】
また、従来、アイドリングストップ後の始動直後の内燃機関３は、吸入酸素量が少なく、燃焼性能が低いという問題があったが、本実施形態の制御装置１によれば、アイドリングストップ後の再始動時の燃焼室３１内には、オゾン供給がなされている場合よりもオゾン４４の含まれる割合が少ない吸気を入れておくことができる。そのため、アイドリングストップ後の再始動時の燃焼性能を高めることができる。
【００３８】
また、本実施形態の内燃機関３によれば、プラズマアクチュエータ３５によりオゾン４４を発生させて燃焼室３１に当該オゾン４４を供給しているので、吸気効率を高くすることができる。なお、燃焼室３１内から排気弁３３が開くことにより排気ポート２７側へと排出されたオゾン４４は、排気通路内または大気中で化学反応を起こし、酸素となるので、人体や環境への有害性はない。
【００３９】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
【００４０】
例えば、制御装置は、内燃機関を停止し、その停止状態が所定期間以上継続するようなものであれば、アイドルストップによらない内燃機関停止にも適用できる。
【００４１】
また、本実施形態では、内燃機関停止期間が所定以上継続していることを検出して制御するようにしていたが、内燃機関が停止し、例えば、イグニッションスイッチがＯＦＦにされた場合等、停止期間が所定以上継続すると考えられる条件を満たした場合に、上述したのに準じた制御を行うようにしてもよい。
【００４２】
また、本実施形態では、スタータモータによってオゾンの排出動作を行うようにしていたが、例えば、燃料噴射弁から燃料を噴射（及び点火プラグに点火）することによって内燃機関を回転させる方法、スタータ以外のモータジェネレータで内燃機関を回転させる方法、通常の内燃機関停止時やアイドリングストップ時において燃焼室へのオゾン供給を停止した後、内燃機関を所定回数回転させてから燃料噴射を遮断する方法等、種々の方法を採用することができる。
【００４３】
また、スタータモータによってオゾンの排出動作を行う場合であっても、その回転数は、上述したものに限られない。すなわち、吸気弁より上流側にオゾンが残留する場合、吸気通路内及び燃焼室内のオゾンを燃焼室外に排出できるものでなければならないため、オゾンの排出動作を行うための内燃機関の回転数は、２〜３回転またはそれ以上回転させる必要がある。
【００４４】
オゾン供給装置は、上述したプラズマアクチュエータに限られず、例えば、吸気マニホルドの内部の負圧によって導入された空気をイオン化電極のコロナ放電によってイオン化してオゾンを発生させるコロナ放電方式ものや、無声放電方式によるもの、またはいくつかの放電方式を組み合わせた複合放電方式等の放電によって発生される方法その他種々のものを適用してもよい。また、オゾン供給装置は、吸気通路に配されるものに限られず、燃焼室内に配されるものであってもよい。さらに、オゾン供給装置としてのプラズマアクチュエータも図示したものに限られず、表側電極が内側電極と比べてより誘電体の表面に近い位置に配置されるものであれば、例えば、表側電極を誘電体の表面下に埋設する等種々変更可能である。
【００４５】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御装置に適用することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１…制御装置
３…内燃機関
１８…気筒
３１…燃焼室
３５…プラズマアクチュエータ（オゾン供給装置）
４４…オゾン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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