(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スロットル弁下流の吸気通路と排気通路とを互いに接続する排気再循環通路と、該排気再循環通路内に配置されて該排気再循環通路内を流通する排気再循環ガス量を制御する排気再循環制御弁と、を具備した内燃機関において、粒子状物質を酸化除去するために排気再循環通路内にオゾンを供給するオゾン供給手段と、該オゾン供給手段のオゾン供給作用を制御するオゾン供給制御手段と、を具備し、該オゾン供給制御手段は該オゾン供給手段を制御して、排気再循環ガス供給作用時であってかつ該オゾン供給手段のオゾン供給先の温度があらかじめ定められた設定温度範囲内にあるときにオゾン供給作用を行い、排気再循環ガス供給作用停止時又は該オゾン供給手段のオゾン供給先の温度が該設定温度範囲外にあるときにオゾン供給作用を停止する、排気浄化装置。
【請求項２】
前記排気再循環通路内に酸化機能を有する排気再循環触媒を配置し、前記オゾン供給手段のオゾン供給端を該排気再循環触媒上流の排気再循環通路に接続し、前記オゾン供給制御手段は該オゾン供給手段を制御して、排気再循環ガス供給作用時であってかつ該排気再循環触媒の温度が前記設定温度範囲内にあるときにオゾン供給作用を行い、排気再循環ガス供給作用停止時又は該排気再循環触媒の温度が前記設定温度範囲外にあるときにオゾン供給作用を停止する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
前記設定温度範囲の下限閾値をオゾン存在下における前記排気再循環触媒の活性温度に設定し、前記設定温度範囲の上限閾値をオゾン不存在下における前記排気再循環触媒の活性温度に設定した請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記設定温度範囲の上限閾値をオゾンの熱分解温度に設定した請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記設定温度範囲の下限閾値を１００から２００℃までの間に設定し、前記設定温度範囲の上限閾値を２５０から３００℃までの間に設定した請求項１から４までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記排気再循環通路内に排気再循環ガスを冷却する排気再循環クーラを配置し、前記オゾン供給手段のオゾン供給端を該排気再循環クーラ下流の排気再循環通路に接続し、前記オゾン供給制御手段は前記オゾン供給手段を制御して、排気再循環ガス供給作用時にオゾン供給作用を行い、排気再循環ガス供給作用停止時にオゾン供給作用を停止する 請求項１から５までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
ブローバイガス換気通路が吸気通路に接続されており、前記排気再循環通路の流出端を該ブローバイガス換気通路の流出端上流の吸気通路に接続した請求項１から６までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記オゾン供給手段のオゾン供給端を前記排気再循環制御弁下流の前記排気再循環通路に接続した請求項１から７までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】
前記オゾン供給手段が、前記排気再循環制御弁下流の前記排気再循環通路を空気源に接続する空気通路と、該空気通路内に配置されて該空気通路内を流通する空気量を制御する空気制御弁と、該空気通路内に配置されて該空気通路内の空気中の酸素からオゾンを生成するオゾン生成器と、を具備し、前記オゾン供給手段によるオゾン供給作用を行うべきときには該空気制御弁を開弁しつつ該オゾン生成器を作動させ、前記オゾン供給手段によるオゾン供給作用を停止すべきときには該空気制御弁を閉弁し又は該オゾン生成器を作動停止する請求項８に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１０】
前記空気通路から前記排気再循環通路内に流入する空気中のオゾン濃度を制御する手段を更に具備し、機関負荷が高いときには低いときに比べて該オゾン濃度を高めるようにした請求項９に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１１】
前記空気通路から前記排気再循環通路内に流入する空気量に基づいてスロットル開度を制御するスロットル開度制御手段を更に具備した請求項９又は１０に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１２】
前記空気源をスロットル弁上流の吸気通路から構成した請求項９から１１までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１３】
バルブオーバラップ量が機関運転状態に応じて変更可能になっており、前記オゾン供給制御手段は、バルブオーバラップ量があらかじめ定められた許容上限よりも大きいときには、排気再循環ガス供給作用停止時又は前記オゾン供給手段のオゾン供給先の温度が前記設定温度範囲外にあるときであっても、前記オゾン供給手段によるオゾン供給作用を行う請求項８から１２までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１４】
前記オゾン供給手段から供給されるオゾンの量を制御する手段を更に具備し、バルブオーバラップ量が大きいときには小さいときに比べて該供給されるオゾンの量を多くする請求項１３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１５】
前記オゾン供給手段から供給されるオゾンの量を制御する手段を更に具備し、排気再循環ガス量が多いときには少ないときに比べて該供給されるオゾンの量を多くする請求項１から１３までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１６】
前記オゾン供給手段から供給されるオゾンの量を制御する手段を更に具備し、機関温度が低いときには機関温度が高いときに比べて該供給されるオゾンの量を多くする請求項１から１５までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１７】
前記オゾン供給手段のオゾン供給端下流の前記排気再循環通路の通路長を変更可能な通路長変更手段を具備し、該オゾン供給手段によるオゾン供給作用が行われているときにはオゾン供給作用が停止されているときに比べて該通路長を長くする請求項１から１６までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１８】
排気通路内に触媒が配置されており、前記排気再循環通路の流入端を該触媒下流の排気通路に接続した請求項１から１７までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１９】
排気通路内に排気過給機のコンプレッサが配置されており、前記排気再循環通路の流入端を該コンプレッサ上流の排気通路に接続した請求項１から１８までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２０】
排気通路内に排気過給機のコンプレッサが配置されており、前記排気再循環通路の流入端を該コンプレッサ下流の排気通路に接続した請求項１から１８までのいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、スロットル弁下流の吸気通路と排気通路とを排気再循環通路により互いに接続し、吸気通路内に排気再循環ガスを供給するようにした内燃機関が知られている。
【０００３】
ところが、この排気再循環ガス中には例えば固体炭素からなる粒子状物質が含まれており、この粒子状物質が排気再循環通路及び吸気通路の内壁面や吸気弁に付着し堆積し、その結果排気再循環ガス又は新気の量が正規の量から逸脱するおそれがある。
【０００４】
そこで、排気再循環通路内にオゾンを供給し、このオゾンでもって粒子状物質を酸化除去するようにした内燃機関が公知である（特許文献１参照）。この内燃機関では、排気再循環通路内に配置された例えば排気再循環制御弁に堆積した粒子状物質の量が許容量を越えた後の内燃機関の停止直後又はアイドリング時にオゾン供給作用が行われる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１２０３９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
内燃機関の停止直後又はアイドリング時には排気再循環ガスを供給しないのが一般的である。そうすると上述の内燃機関では、排気再循環ガス供給作用の停止時にオゾン供給作用が行われるということになる。しかしながら、排気再循環ガス供給作用停止時にオゾンを排気再循環通路内又は吸気通路内に広く供給するのは困難であり、したがって粒子状物質を確実に酸化除去するのは困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために本発明によれば、スロットル弁下流の吸気通路と排気通路とを互いに接続する排気再循環通路と、該排気再循環通路内に配置されて該排気再循環通路内を流通する排気再循環ガス量を制御する排気再循環制御弁と、を具備した内燃機関において、粒子状物質を酸化除去するために排気再循環通路内にオゾンを供給するオゾン供給手段と、該オゾン供給手段のオゾン供給作用を制御するオゾン供給制御手段と、を具備し、該オゾン供給制御手段は該オゾン供給手段を制御して、排気再循環ガス供給作用時であってかつ該オゾン供給手段のオゾン供給先の温度があらかじめ定められた設定温度範囲内にあるときにオゾン供給作用を行い、排気再循環ガス供給作用停止時又は該オゾン供給手段のオゾン供給先の温度が該設定温度範囲外にあるときにオゾン供給作用を停止する、排気浄化装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
排気再循環ガス中の粒子状物質を確実に酸化除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は本発明を圧縮着火式内燃機関に適用した場合を示している。しかしながら、火花着火式内燃機関に本発明を適用することもできる。
【００１０】
図１を参照すると、機関本体１は例えば４つの気筒１ａを具備する。各気筒１ａは対応する吸気枝管２を介してサージタンク３に連結され、サージタンク３は吸気ダクト４を介してエアクリーナ５に連結される。吸気ダクト４内には、吸入空気量に比例した出力電圧を発生するエアフローメータ６と、ステップモータ（図示しない）により駆動されるスロットル弁７とが配置される。各気筒１ａはまた、排気マニホルド８及び排気管９を介して酸化機能を有する補助触媒１０に連結され、補助触媒１０は排気管１１を介して主触媒１２に連結され、主触媒１２は排気管１３に連結される。補助触媒１０は小容量であって機関本体１に隣接配置され、主触媒１２は大容量であって車両床下に配置される。
【００１１】
機関本体１の例えばクランクケース内にはブローバイガス換気通路１４が接続されており、このブローバイガス換気通路１４の流出端１４ｅは４つに分岐されてそれぞれ対応する吸気枝管２に接続される。ブローバイガス換気通路１４内には、ブローバイガスが機関本体１から吸気枝管２に向けてのみ流通可能な逆止弁１５が配置される。
【００１２】
また、排気再循環（以下、ＥＧＲとも言う。）通路１６が設けられ、このＥＧＲ通路１６の流入端１６ｉは排気管１１に接続され、流出端１６ｅは４つに分岐されてそれぞれ対応する吸気枝管２に接続される。この場合、ＥＧＲ通路１６の流出端１６ｅはブローバイガス換気通路１４の流出端１４ｅ上流の吸気枝管２に接続される。ＥＧＲ通路１６内には電磁駆動式のＥＧＲ制御弁１７が配置され、ＥＧＲ制御弁１７下流のＥＧＲ通路１６内には酸化機能を有するＥＧＲ触媒１８が配置される。更に、ＥＧＲ触媒１８下流のＥＧＲ通路１６内にはＥＧＲ触媒１８から流出するＥＧＲガスの温度を検出するための温度センサ１９が配置される。ＥＧＲ触媒１８から流出するＥＧＲガスの温度はＥＧＲ触媒１８の温度を表している。
【００１３】
本発明による実施例では更に、オゾンを供給するためのオゾン供給装置２０が設けられる。オゾン供給装置２０は空気源に接続された空気通路２１を具備し、空気通路２１内には放電式のオゾン生成器２２及び電磁駆動式の空気制御弁２３が配置される。空気通路２１の流入端２１ｉはスロットル弁７上流の吸気ダクト４に接続され、したがって図１に示される例では空気源がスロットル弁７上流の吸気ダクト４から構成される。一方、空気通路２１ないしオゾン供給装置２０の供給端２１ｅはＥＧＲ制御弁１７とＥＧＲ触媒１８間のＥＧＲ通路１６に接続される。オゾン生成器２２は空気通路２１内の空気中で放電することによりこの空気中の酸素からオゾンを生成する。また、空気制御弁２３は空気通路２１内を流通する空気の量を制御する。なお、オゾン生成器２２を流出端２１ｅ下流のＥＧＲ通路１６内に配置し、空気通路２１から空気をＥＧＲ通路１６内に供給しつつオゾン生成器２２でオゾンを発生するようにしてもよい。しかしながら、ＥＧＲ通路１６内は空気だけでなくＥＧＲガスも流通するのに対し空気通路２１内は空気のみが流通するので、ガス中の酸素濃度が高くなっている。したがって、オゾン生成器２２を空気通路２１内に配置することによってオゾンを容易に発生することができる。
【００１４】
電子制御ユニット３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５及び出力ポート３６を具備する。機関本体１には機関温度を表す機関冷却水温ＴＨＷに比例した出力電圧を発生する水温センサ２９が取り付けられる。エアフローメータ６、温度センサ１９、及び水温センサ２９の出力電圧はそれぞれ対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル３９にはアクセルペダル３９の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４０が接続され、負荷センサ４０の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。さらに、入力ポート３５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４１が接続される。ＣＰＵ３４ではクランク角センサ４１からの出力パルスに基づいて機関回転数Ｎｅが算出される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介してスロットル弁７の駆動用ステップモータ、ＥＧＲ制御弁１７、オゾン生成器２２及び空気制御弁２３に接続される。
【００１５】
本発明による実施例では、ＥＧＲガス供給作用が機関運転状態例えば機関負荷率ＫＬ及び機関回転数Ｎｅに基づいて制御される。すなわち、機関運転状態が例えば図２に破線で囲まれた領域ＳＰ内にあるときにはＥＧＲガス供給作用が実行され、機関運転状態が領域ＳＰ外の領域ＳＴ内にあるときにはＥＧＲガス供給作用が停止される。なお、機関負荷率ＫＬは全負荷に対する機関負荷の割合をいう。
【００１６】
ＥＧＲガス供給作用が実行されると、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路１６を介し吸気枝管２内に流入し、次いで新気と共に気筒１ａ内に送り込まれる。この場合、ＥＧＲガス中に含まれている粒子状物質は未燃ＨＣ，ＣＯと共にＥＧＲ触媒１８において酸化除去される。
【００１７】
ところが、例えばＥＧＲ触媒１８の温度が低いときにはＥＧＲ触媒１８において粒子状物質を酸化除去することが困難となる。
【００１８】
そこで本発明による実施例では、ＥＧＲガス供給作用時にオゾン供給装置２０からＥＧＲ通路１６内にオゾンを供給し、このオゾンでもって粒子状物質を酸化除去するようにしている。すなわち、ＥＧＲ通路１６内に供給されたオゾンはＥＧＲガス流れによってＥＧＲ通路１６内に広く運ばれ、このとき粒子状物質をＥＧＲガス中又はＥＧＲ触媒１８内において酸化除去する。
【００１９】
しかしながら、ＥＧＲ触媒温度がオゾン存在下におけるＥＧＲ触媒１８の活性温度（１００から２００℃程度）よりも低いときには、ＥＧＲ触媒１８において粒子状物質を十分に酸化除去できないので、このときオゾン供給作用を行ってもオゾンを粒子状物質の酸化除去のために有効利用することができない。また、ＥＧＲ触媒温度がオゾン不存在下におけるＥＧＲ触媒１８の活性温度（２５０から３００℃程度）よりも高いときには、オゾン供給作用を行わなくてもＥＧＲ触媒１８において粒子状物質を良好に酸化除去することができる。
【００２０】
そこで本発明による実施例では、オゾン存在下におけるＥＧＲ触媒１８の活性温度を下限閾値としオゾン不存在下におけるＥＧＲ触媒１８の活性温度を上限閾値とした設定温度範囲をあらかじめ設定しておき、ＥＧＲガス供給作用時であってかつＥＧＲ触媒温度がこの設定温度範囲内にあるときにオゾン供給作用を実行し、ＥＧＲガス供給作用の停止時又はＥＧＲ触媒温度が設定温度範囲外にあるときにオゾン供給作用を停止するようにしている。このようにすると、オゾンを粒子状物質の酸化除去のために有効利用しつつ粒子状物質を確実に酸化除去することができる。
【００２１】
すなわち、図３にＡで示されるように、ＥＧＲガス供給作用が行われておらずＥＧＲ触媒温度ＴＥＣが設定温度範囲ＴＲよりも低いときには、オゾン供給作用は停止される。次いで、図３のＢで示されるようにＥＧＲガス供給作用が開始されても、ＥＧＲ触媒温度ＴＥＣが設定温度範囲ＴＲ外である限りオゾン供給作用は停止され続け、一方このときＥＧＲ触媒温度ＴＥＣが上昇し始める。次いで、図３にＣで示されるようにＥＧＲ触媒温度ＴＥＣが設定温度範囲ＴＲの下限閾値ＴＲＬを越えて設定温度範囲ＴＲ内になると、オゾン供給作用が開始される。次いで、図３にＤで示されるようにＥＧＲ触媒温度ＴＥＣが設定温度範囲ＴＲ内にあってもＥＧＲガス供給作用が一時的に停止されるとオゾン供給作用も一時的に停止される。次いで、図３にＥで示されるようにＥＧＲ触媒温度ＴＥＣが設定温度範囲ＴＲを越えて設定温度範囲ＴＲ外になると、ＥＧＲガス供給作用が行われていてもオゾン供給作用が停止される。
【００２２】
したがって、本発明による実施例では、ＥＧＲガス供給作用時であってかつＥＧＲ触媒温度ＴＥＣが設定温度範囲ＴＲ内にあるときにオゾン供給作用が実行され、ＥＧＲガス供給作用停止時又はＥＧＲ触媒温度ＴＥＣが設定温度範囲ＴＲ外にあるときにオゾン供給作用が停止されるということになる。
【００２３】
ここで、オゾン供給作用を行うべきときには、空気制御弁２３が開弁されつつオゾン発生器２２が作動される。その結果、ＥＧＲ通路１６内に作用する吸気負圧によって空気通路２１内を空気が流通し、このとき空気通路２１内を流通する空気中の酸素からオゾン発生器２２によってオゾンが生成され、斯くしてオゾン又はオゾンを含む空気が空気通路２１からＥＧＲ通路１６内に供給される。このようにすると、オゾンをＥＧＲ通路１６内に送り込むためにポンプ等を必要としない。一方、オゾン供給作用を停止すべきときには空気制御弁２３が閉弁される。
【００２４】
ＥＧＲ通路１６内に供給されたオゾンは上述したようにＥＧＲ通路１６内又はＥＧＲ触媒１８において粒子状物質を酸化除去する。あるいは、オゾンはＥＧＲ通路１６の流出端１６ｅを介し吸気枝管２内に流入し、吸気枝管２内においても粒子状物質を酸化除去する。ところで、ブローバイガス換気通路１４から吸気枝管２内に流入するブローバイガス中には潤滑油等が含まれており、オゾンは潤滑油等を酸化することもできる。このため、ＥＧＲ通路１６の流出端１６ｅをブローバイガス換気通路１４の流出端１４ｅ下流の吸気枝管２内に配置すると、吸気枝管２内に流入したオゾンが粒子状物質よりも潤滑油等の酸化除去に消費されるおそれがある。
【００２５】
そこで本発明による実施例では、ＥＧＲ通路１６の流出端１６ｅをブローバイガス換気通路１４の流出端１４ｅ上流の吸気枝管２内に配置し、それによってオゾンが粒子状物質の酸化除去のために有効利用されるようにしている。
【００２６】
また、本発明による実施例では、ＥＧＲ通路１６の流入端１６ｉを補助触媒１０下流の排気管１０に接続し、それによってＥＧＲ通路１６内に流入するＥＧＲガス中に含まれる粒子状物質等の量を低減するようにしている。
【００２７】
なお、設定温度範囲ＴＲの上限閾値ＴＲＵをオゾンの熱分解温度（２５０から３００℃程度）に設定することもできる。このようにすると、ＥＧＲ触媒温度ＴＥＣがオゾンの熱分解温度よりも高いときにオゾン供給作用が停止され、したがってオゾンを粒子状物質の酸化除去のために有効利用することができる。
【００２８】
図４は本発明による実施例のオゾン供給制御ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
【００２９】
図４を参照すると、まずステップ１００ではＥＧＲガス供給作用が実行されているか否かが判別される。ＥＧＲガス供給作用が実行されているときには次いでステップ１０１に進み、ＥＧＲ触媒温度ＴＥＣが設定温度範囲ＴＲ内であるか否かが判別される。ＥＧＲ触媒温度ＴＥＣが設定温度範囲ＴＲ内のときには次いでステップ１０２に進み、オゾン供給作用が実行される。これに対し、ＥＧＲガス供給作用が停止されているとき又はＥＧＲ触媒温度ＴＥＣが設定温度範囲ＴＲ外のときにはステップ１０３に進み、オゾン供給作用が停止される。
【００３０】
図５及び図６は上述した本発明による実施例を排気過給機２４を備えた内燃機関に適用した場合を示している。これらの例において、吸気ダクト４は排気過給機２４のコンプレッサ２４ｃの出口に連結され、コンプレッサ２４ｃの入口は吸気管４ａを介しエアクリーナ５に連結される。一方、排気管９は排気過給機２４のタービン２４ｔの入口に連結され、タービン２４ｔの出口は排気管９ａを介し補助触媒１０に連結される。
【００３１】
図５に示される例では、ＥＧＲ通路１６の流入端１６ｉがタービン２４ｔ上流の排気管９に接続される。このようにすると、高い排気圧力でもって多量のＥＧＲガスを供給することが可能となる。
【００３２】
これに対し、図６に示される例では、ＥＧＲ通路１６の流入端１６ｉがタービン２４ｔ下流の排気管９に接続される。このようにすると、ＥＧＲガス温度を低くすることができる。
【００３３】
一方、空気通路２１の流入端２１ｉはいずれの例でも吸気管４ａに接続される。しかしながら、流入端２１ｉを吸気ダクト４に接続するようにしてもよい。
【００３４】
図７は本発明による別の実施例を示している。
【００３５】
本発明による別の実施例では、ＥＧＲ制御弁１７したがってオゾン供給装置２０のオゾン供給端２１ｅ上流のＥＧＲ通路１６内にＥＧＲクーラ２５が配置される。ＥＧＲクーラ２５内には例えば機関冷却水が導かれ、この機関冷却水によってＥＧＲ通路１６内を流通するＥＧＲガスが冷却される。なお、図７に示される例では、ＥＧＲ触媒１８及び温度センサ１９が省略されている。
【００３６】
このようにＥＧＲクーラ２５を設けると、ＥＧＲクーラ２５下流のＥＧＲ通路１６内の温度は上述した設定温度範囲ＴＲの上限閾値ＴＲＵを越えることがない。また、例えば機関暖気運転中のように排気ガスないしＥＧＲガスの温度が極めて低い場合は別として、ＥＧＲクーラ２５下流のＥＧＲ通路１６内の温度が設定温度範囲ＴＲの下限閾値ＴＲＬを下回ることもない。すなわち、ＥＧＲクーラ２５下流のＥＧＲ通路１６内の温度は設定温度範囲ＴＲ内に維持されるのである。このことは、オゾンが供給されるＥＧＲ通路１６内の温度を監視する必要がないことを意味しており、したがって温度センサ１９を設ける必要がなくなる。
【００３７】
そこで本発明による別の実施例では、ＥＧＲガス供給作用時にオゾン供給作用を行い、ＥＧＲガス供給作用の停止時にオゾン供給作用を停止するようにしている。
【００３８】
図８は本発明による別の実施例のオゾン供給制御ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
【００３９】
図８を参照すると、まずステップ１００ではＥＧＲガス供給作用が実行されているか否かが判別される。ＥＧＲガス供給作用が実行されているときには次いでステップ１０２に進み、オゾン供給作用が実行される。これに対し、ＥＧＲガス供給作用が停止されているときにはステップ１０３に進み、オゾン供給作用が停止される。
【００４０】
ここで、図１，５，６に示される例のＥＧＲ触媒１８及び図７に示されるＥＧＲクーラ２５下流のＥＧＲ通路１６はオゾン供給装置２０からのオゾン供給先と考えることができる。したがって、一般化して言うと、ＥＧＲガス供給作用時であってかつオゾン供給装置２０のオゾン供給先の温度があらかじめ定められた設定温度範囲ＴＲ内にあるときにオゾン供給作用を行い、ＥＧＲガス供給作用停止時又はオゾン供給装置２０のオゾン供給先の温度が設定温度範囲ＴＲ外にあるときにオゾン供給作用を停止しているということになる。
【００４１】
なお、図１，５，６の例においてＥＧＲクーラ２５を設けてもよいし、図７の例においてＥＧＲ触媒１８を設けてもよい。
【００４２】
次に、本発明による更に別の実施例を説明する。
【００４３】
本発明による更に別の実施例では、機関本体１に可変動弁機構が設けられている点で、図１，５，６，７に示される実施例と構成を異にしている。この可変動弁機構は吸気弁及び排気弁両方が開弁しているバルブオーバラップの量を例えば機関運転状態に応じて変更する。以下では、図７に示される実施例に可変動弁機構を設けた場合を例にとって説明する。
【００４４】
ところが、バルブオーバラップ量が大きくなると、気筒１ａ内から吸気枝管２内に逆流する既燃ガスの量が多くなる。この既燃ガス中には粒子状物質が含まれており、したがってバルブオーバラップ量が多くなると吸気枝管２内に逆流する粒子状物質の量が多くなる。吸気枝管２内に逆流した粒子状物質の量が多くなると、粒子状物質が吸気枝管２内壁面や吸気弁周面に付着堆積するおそれがある。このことはＥＧＲガス供給作用の停止時にも生じ得る。
【００４５】
そこで本発明による更に別の実施例では、バルブオーバラップ量があらかじめ定められた許容上限よりも大きいときには、ＥＧＲガス供給作用の停止時であっても、オゾン供給作用を行うようにしている。
【００４６】
すなわち、図９にＡで示されるようにＥＧＲガス供給作用が停止されておりかつバルブオーバラップ量ＯＬが許容上限ＯＬＵよりも小さいときには、オゾン供給作用は停止される。次いで、図９にＢで示されるようにバルブオーバラップ量ＯＬが許容上限ＯＬＵを越えると、ＥＧＲガス供給作用の停止時であっても、オゾン供給作用が行われる。この場合、オゾンはＥＧＲ通路１６を介し吸気枝管２内に流出し、吸気枝管２内において粒子状物質を酸化除去する。次いで、図９にＣで示されるようにバルブオーバラップ量ＯＬが許容上限ＯＬＵよりも小さくなってもこのときＥＧＲガス供給作用が行われているので、オゾン供給作用が継続される。
【００４７】
したがって、図１，５，６に示される実施例まで拡張すると、バルブオーバラップ量ＯＬが許容上限ＯＬＵよりも大きいときには、ＥＧＲガス供給作用停止時又はオゾン供給先の温度が設定温度範囲ＴＲ外にあるときであってもオゾン供給作用を行うということになる。
【００４８】
図１０は本発明による更に別の実施例のオゾン供給制御ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
【００４９】
図１０を参照すると、まずステップ１００ではＥＧＲガス供給作用が実行されているか否かが判別される。ＥＧＲガス供給作用が実行されているときには次いでステップ１０１に進み、オゾン供給作用が実行される。これに対し、ＥＧＲガス供給作用が停止されているときには次いでステップ１０４に進み、バルブオーバラップ量ＯＬが許容上限ＯＬＵを越えているか否かが判別される。ＯＬ＞ＯＬＵのときには次いでステップ１０１に進み、オゾン供給作用が実行される。これに対し、ＯＬ≦ＯＬＵのときにはステップ１０３に進み、オゾン供給作用が停止される。
【００５０】
ここで、本発明による各実施例のオゾン供給作用におけるオゾン供給量制御について説明する。
【００５１】
ＥＧＲガス量ＱＥＧＲが多いときには少ないときに比べて、ＥＧＲ通路１６内を流通する粒子状物質の量が多くなる。そこで図１１に示されるように、ＥＧＲガス量ＱＥＧＲが多いときには少ないときに比べて、オゾン供給量ＱＯＺが多くされる。
【００５２】
また、機関冷却水温度ＴＨＷが低いときには高いときに比べて、ＥＧＲガス中に含まれる粒子状物質の量が多くなる。そこで図１２に示されるように、機関冷却水温度ＴＨＷが低いときには高いときに比べて、オゾン供給量ＱＯＺが多くされる。
【００５３】
更に、可変動弁機構を有する本発明による更に別の実施例では、バルブオーバラップ量ＯＬが大きいときには小さいときに比べて、吸気枝管２内に逆流する粒子状物質の量が多くなる。そこで図１３に示されるように、バルブオーバラップ量ＯＬが大きいときには小さいときに比べて、オゾン供給量ＱＯＺが多くされる。
【００５４】
この場合、オゾン供給量ＱＯＺは空気通路２１内を流通する空気量（空気制御弁２３の開度）及びオゾン発生器２２における放電電流の一方又は両方を制御することにより制御することができる。本発明による各実施例では、空気通路２１内を流通する空気中のオゾン濃度がほぼ一定になるようにオゾン発生器２２における放電電流が制御され、その上で空気通路２１内を流通する空気量を制御することによりオゾン供給量ＱＯＺが制御される。
【００５５】
ところが、機関負荷率ＫＬが高いときには低いときに比べて吸気負圧が小さくなる。このため、機関負荷率ＫＬが高いときには多量の空気が空気通路２１内を流通するのが困難となり、したがって多量のオゾンを供給するのが困難となる。
【００５６】
そこで図１４に示されるように、機関負荷率ＫＬが高いときには低いときに比べて、空気通路２１内を流通する空気中のオゾン濃度ＣＯＺが高くされる。このようにすると、空気通路２１からＥＧＲ通路１６内に流出する空気量を増大させなくてもオゾン供給量ＱＯＺを増大させることができる。
【００５７】
ところで、本発明による各実施例ではスロットル開度θｔｈが次式に基づいて算出される。
【００５８】
θｔｈ＝θｔｈｂ・ｋｔｈ
ここで、θｔｈｂは基本スロットル開度を、ｋｔｈは補正係数を、それぞれ表している。
【００５９】
基本スロットル開度θｔｈｂは各気筒１ａ内に充填される新気量を目標となる新気量に一致させるためのものであり、例えば例えば機関運転状態に応じてあらかじめ定められている。一方、補正係数ｋｔｈは基本スロットル開度θｔｈを減少補正するためのものであり（０＜ｋｔｈ≦１）、補正する必要がないときには１とされる。
【００６０】
オゾン供給作用時には、上述したように空気通路２１からＥＧＲ通路１６を介してオゾンを含む空気が吸気枝管２内に流入し、次いで各気筒１ａ内に充填される。ところが、この空気はスロットル弁７を迂回して各気筒１ａ内に充填されるものである。そうすると、オゾン供給作用時には、実際に各気筒１ａに充填される新気ないし空気の量がスロットル開度θｔｈに応じて定まる量よりも多くなるということになる。この場合、空気通路２１を介し各気筒１ａ内に流入する空気量ＱＡが多いときには少ないときに比べて、各気筒１ａ内に充填される新気量の増加分が多くなる。
【００６１】
そこで本発明による各実施例では、オゾン供給作用時に空気通路２１を介し各気筒１ａ内に流入する空気量ＱＡに基づいてスロットル開度θｔｈを制御するようにしている。具体的には、図１５に示されるように空気通路２１を介し各気筒１ａ内に流入する空気量ＱＡが多いときには少ないときに比べて小さくなる補正係数ｋｔｈを導入し、この補正係数ｋｔｈでもって基本スロットル開度θｔｈｂを減少補正することにより最終的なスロットル開度θｔｈを求めている。その結果、オゾン供給作用が行われているときにも、各気筒１ａ内に充填される新気量を目標量に維持することができる。
【００６２】
図１６は本発明による各実施例のスロットル開度θｔｈの算出ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
【００６３】
図１６を参照すると、まずステップ２００では基本スロットル開度θｔｈが算出される。続くステップ２０１ではオゾン供給作用が実行されているか否かが判別される。オゾン供給作用が実行されているときには次いでステップ２０２に進み、図１５のマップから補正係数ｋｔｈが算出される。次いでステップ２０４に進む。これに対し、オゾン供給作用が停止されているときには次いでステップ２０３に進み、補正係数ｋｔｈが１とされる。次いでステップ２０４に進む。ステップ２０４ではスロットル開度θｔｈが算出される（θｔｈ＝θｔｈｂ・ｋｔｈ）。
【００６４】
図１７は本発明による変更例を図７の実施例に適用した場合を示している。しかしながら、この変更例を本発明による他の実施例に適用することもできる。
【００６５】
図１７を参照すると、オゾン供給装置２０のオゾン供給端２１ｅ下流のＥＧＲ通路１６内に通路長可変機構２６が設けられる。この通路長可変機構２６は、通路長が短い短通路部分２７Ｓと、通路長が長い長通路部分２７Ｌと、ＥＧＲ通路１６を短通路部分２７Ｓ又は長通路部分２７Ｌに選択的に接続する通路長制御弁２８とを具備する。
【００６６】
通路長制御弁２８が図１７に実線で示される位置に制御されると、ＥＧＲ通路１６が短通路部分２７Ｓに接続され、その結果オゾン供給端２１ｅ下流のＥＧＲ通路１６の通路長が短くされる。これに対し、通路長制御弁２８が図１７に破線で示される位置に制御されると、ＥＧＲ通路１６が長通路部分２７Ｌに接続され、その結果オゾン供給端２１ｅ下流のＥＧＲ通路１６の通路長が長くされる。なお、通路長制御弁２８は電子制御ユニット３０に接続される。
【００６７】
図１８に示されるように、オゾン供給停止時にはオゾン供給端２１ｅ下流のＥＧＲ通路１６の通路長が短くされる。その結果、排気管１１と吸気枝管２とが可能な最短距離で連結されるようになり、斯くしてＥＧＲガスを応答性よく供給することができる。
【００６８】
これに対し、オゾン供給作用時にはオゾン供給端２１ｅ下流のＥＧＲ通路１６の通路長が長くされる。その結果、オゾンと粒子状物質との接触時間が長くなるので、粒子状物質の酸化除去を促進することができる。この点、上述したように吸気枝管２内においてもオゾンによる粒子状物質の酸化除去作用が期待できるので、例えばＥＧＲ通路１６の流出端１６ｅを吸気ダクト４等に接続することによってもオゾンと粒子状物質との接触時間を長くできると考えられる。しかしながら、吸気ダクト４等内にはオゾンを含む空気及び粒子状物質を含むＥＧＲガスだけでなく新気も流通しているので、オゾンと粒子状物質との接触頻度は必ずしも高くない。これに対し、本発明による変更例のようにオゾン供給端２１ｅ下流のＥＧＲ通路１６内にはオゾンを含む空気及び粒子状物質を含むＥＧＲガスだけが流通しており、したがってオゾンと粒子状物質との接触頻度が高い状態でオゾンと粒子状物質との接触時間を長くすることができ、斯くして粒子状物質の酸化除去を確実に促進することができる。
【００６９】
図１９は本発明による変更例の通路長制御ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとの割り込みによって実行される。
【００７０】
図１９を参照すると、まずステップ３００ではオゾン供給作用が実行されているか否かが判別される。オゾン供給作用が実行されているときには次いでステップ３０１に進み、ＥＧＲ通路１６が長通路部分２７Ｌに接続される。これに対し、オゾン供給作用が停止されているときには次いでステップ３０２に進み、ＥＧＲ通路１６が短通路部分２７Ｓに接続される。
【００７１】
なお、長通路部分２７Ｌを機関本体１の例えばシリンダブロック、シリンダヘッド、ヘッドカバー等と一体に設ければ、長通路部分２７Ｌの温度を高く維持することができ、したがって粒子状物質の酸化除去を促進することができる。
【００７２】
これまで述べてきた本発明による各実施例ではオゾン供給装置２０のオゾン供給端２１ｅをＥＧＲ制御弁１７下流のＥＧＲ通路１６に接続し、吸気負圧でもってオゾンがＥＧＲ通路１６内に供給されるようにしている。しかしながら、オゾン供給端２１ｅをＥＧＲ制御弁１７上流のＥＧＲ通路１６に接続してもよいし、ポンプ等によってオゾンをＥＧＲ通路１６内に供給するようにしてもよい。また、オゾンをあらかじめ貯蔵しておき、このオゾンをＥＧＲ通路１６内に供給するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】内燃機関の全体図である。
【図２】ＥＧＲガス供給作用の実行領域及び停止領域を示すマップである。
【図３】本発明による実施例のオゾン供給作用を説明するタイムチャートである。
【図４】本発明による実施例のオゾン供給制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図５】本発明による実施例の別の適用例を示す内燃機関の全体図である。
【図６】本発明による実施例の更に別の適用例を示す内燃機関の全体図である。
【図７】本発明による別の実施例を示す内燃機関の全体図である。
【図８】本発明による別の実施例のオゾン供給制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図９】本発明による更に別の実施例のオゾン供給作用を説明するタイムチャートである。
【図１０】本発明による更に別の実施例のオゾン供給制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図１１】オゾン供給量ＱＯＺとＥＧＲガス供給量ＱＥＧＲとの関係を示すマップである。
【図１２】オゾン供給量ＱＯＺと機関冷却水温ＴＨＷとの関係を示すマップである。
【図１３】オゾン供給量ＱＯＺとバルブオーバラップ量ＯＬとの関係を示すマップである。
【図１４】オゾン濃度ＣＯＺと機関負荷率ＫＬとの関係を示すマップである。
【図１５】補正係数ｋｔｈと空気量ＱＡとの関係を示すマップである。
【図１６】スロットル開度θｔｈの算出ルーチンを示すフローチャートである。
【図１７】本発明による変更例を示す内燃機関の全体図である。
【図１８】本発明による変更例の通路長制御を説明するタイムチャートである。
【図１９】本発明による変更例の通路長制御ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７４】
１    機関本体
２    吸気枝管
７    スロットル弁
１１    排気管
１６    ＥＧＲ通路
１７    ＥＧＲ制御弁
１８    ＥＧＲ触媒
２０    オゾン供給装置
【図１】
0004386134.tif 000002
【図２】
0004386134.tif 000003
【図３】
0004386134.tif 000004
【図４】
0004386134.tif 000005
【図５】
0004386134.tif 000006
【図６】
0004386134.tif 000007
【図７】
0004386134.tif 000008
【図８】
0004386134.tif 000009
【図９】
0004386134.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0004386134.tif 000013
【図１３】
0004386134.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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