JP5551555B2 - Control device for internal combustion engine - Google Patents

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  • Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。詳しくは、内燃機関の吸気系にオゾンを供給するオゾン供給手段を備えた内燃機関の制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for an internal combustion engine. Specifically, the present invention relates to a control device for an internal combustion engine provided with an ozone supply means for supplying ozone to an intake system of the internal combustion engine.

近年の内燃機関の排気浄化システムでは、排気浄化触媒の浄化効率の向上によって、排気浄化触媒の暖機後におけるテールパイプエミッションは極めて少ないと言われている。ところが、内燃機関の冷間始動時におけるテールパイプエミッションが問題視されており、その低減が望まれている。ここで、テールパイプエミッションを低減するためには、燃焼室内の燃焼状態を改善して有害物質の発生を抑制するとともに、発生した有害物質を排気浄化触媒により効率良く浄化することが重要である。   In recent internal combustion engine exhaust gas purification systems, it is said that tail pipe emissions after warming-up of the exhaust gas purification catalyst are extremely small due to the improvement of the purification efficiency of the exhaust gas purification catalyst. However, tail pipe emission at the time of cold start of the internal combustion engine is regarded as a problem, and reduction thereof is desired. Here, in order to reduce tail pipe emissions, it is important to improve the combustion state in the combustion chamber to suppress the generation of harmful substances and to efficiently purify the generated harmful substances with an exhaust purification catalyst.

しかしながら、冷間始動時には、内燃機関の回転数が変動して安定した燃焼状態を確保するのが困難であるため、通常、燃焼室内の空燃比のリッチ化が行われている。このため、空燃比のリッチ化によって有害物質が多量に発生する結果、テールパイプエミッションを低減するのが困難であった。   However, at the time of cold start, since it is difficult to ensure a stable combustion state due to fluctuations in the rotational speed of the internal combustion engine, the air-fuel ratio in the combustion chamber is normally enriched. For this reason, as a result of the generation of a large amount of harmful substances due to the enrichment of the air-fuel ratio, it has been difficult to reduce tail pipe emissions.

また、冷間始動時には、不安定な燃焼によって燃焼室内の温度が低いため、排気系に設けられた排気浄化触媒の温度が活性化温度まで到達しない。このため、排気浄化触媒が活性化されずに十分な浄化効果が得られない結果、テールパイプエミッションを低減するのが困難であった。   Further, at the time of cold start, because the temperature in the combustion chamber is low due to unstable combustion, the temperature of the exhaust purification catalyst provided in the exhaust system does not reach the activation temperature. For this reason, the exhaust purification catalyst is not activated and a sufficient purification effect cannot be obtained. As a result, it is difficult to reduce tail pipe emissions.

テールパイプエミッションの低減に関して、排気浄化触媒の温度に応じて、点火時期の遅角量を制御するとともに、吸気中に供給するオゾン量を制御する技術が開示されている（特許文献１参照）。また、内燃機関の運転状態に応じて、放電装置により活性化される燃焼室内の混合気の量及び分布を制御する技術が開示されている（特許文献２参照）。   Regarding the reduction of tail pipe emissions, a technique for controlling the amount of retarding ignition timing and the amount of ozone supplied during intake according to the temperature of the exhaust purification catalyst is disclosed (see Patent Document 1). Further, a technique for controlling the amount and distribution of the air-fuel mixture in the combustion chamber activated by the discharge device according to the operating state of the internal combustion engine is disclosed (see Patent Document 2).

特開２００８−２３３２号公報JP 2008-2332 A 特開２００７−３０９１６０号公報JP 2007-309160 A

しかしながら、特許文献１の技術は、点火時期の遅角と吸気中へのオゾンの供給によって、混合気の燃焼を継続させて排気浄化触媒を早期に活性化する技術であり、冷間始動時の燃焼状態を改善するものではない。従って、冷間始動時において、有害物質の発生を十分に抑制できてはおらず、テールパイプエミッションを十分に低減できているとは言えない。   However, the technique of Patent Document 1 is a technique for activating the exhaust purification catalyst early by continuing combustion of the air-fuel mixture by retarding the ignition timing and supplying ozone into the intake air. It does not improve the combustion state. Therefore, at the time of cold start, generation of harmful substances cannot be sufficiently suppressed, and it cannot be said that tail pipe emission can be sufficiently reduced.

また、特許文献２の技術では、活性化される混合気の量及び分布を内燃機関の運転状態に応じて瞬時に制御するとされているが、実際にはこれは困難である。放電装置により発生する活性物質の量は、混合気の状態（温度や湿度等）により変化してしまうからである。また、特許文献２の技術では、燃焼室内への直接放電方式を採用していることから、十分な放電時間が得られないため、内燃機関の運転状態及び混合気の状態に応じて十分な活性物質を添加するのは困難である。従って、冷間始動時において、テールパイプエミッションを十分に低減できているとは言えない。さらには、特許文献２の技術の適用対象は圧縮自己着火式の内燃機関に限定されており、火花点火式内燃機関への適用は困難である。   Moreover, in the technique of Patent Document 2, the amount and distribution of the air-fuel mixture to be activated are instantaneously controlled according to the operating state of the internal combustion engine, but this is actually difficult. This is because the amount of the active substance generated by the discharge device varies depending on the state of the air-fuel mixture (temperature, humidity, etc.). In addition, since the technique disclosed in Patent Document 2 employs a direct discharge method into the combustion chamber, a sufficient discharge time cannot be obtained. Therefore, sufficient activity can be achieved depending on the operating state of the internal combustion engine and the state of the air-fuel mixture. It is difficult to add substances. Therefore, it cannot be said that tail pipe emissions can be sufficiently reduced during cold start. Furthermore, the application object of the technique of Patent Document 2 is limited to a compression self-ignition internal combustion engine, and application to a spark ignition internal combustion engine is difficult.

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の冷間始動時におけるテールパイプエミッションを低減できる内燃機関の制御装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a control device for an internal combustion engine that can reduce tail pipe emissions during cold start of the internal combustion engine.

上記目的を達成するため本発明は、内燃機関（例えば、後述のエンジン３）の吸気系（例えば、後述の吸気系４０）を介して当該機関の燃焼室（例えば、後述の燃焼室３５）に吸入される吸気の流量（例えば、後述の吸気量ＱＧ）を制御する吸気量制御手段（例えば、後述のスロットル弁４７）と、前記機関に燃料を供給する燃料供給手段（例えば、後述のポート燃料噴射弁４５）と、前記吸気系にオゾンを供給するオゾン供給手段（例えば、後述のオゾン供給部４８）と、を備えた内燃機関の制御装置（例えば、後述の制御装置１）を提供する。本発明に係る内燃機関の制御装置は、前記吸気系を介して前記機関の燃焼室に導入されるオゾン量を検出または推定するオゾン導入量取得手段（例えば、後述のＥＣＵ２を構成するオゾン導入量取得部）と、前記検出または推定されたオゾン導入量（例えば、後述のオゾン導入量ＱＯ３）に基づいて前記吸気量及び燃料供給量（例えば、後述の燃料噴射量ＱＩＮＪ）を制御することにより、前記燃焼室内の混合気の空燃比（例えば、後述の空燃比ＡＦＳＴ）を制御する空燃比制御手段（例えば、後述のＥＣＵ２を構成する空燃比制御部）と、を備えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the present invention provides a combustion chamber (for example, a combustion chamber 35 described later) of an internal combustion engine (for example, an engine 3 described later) via an intake system (for example, an intake system 40 described later) of the engine. Intake amount control means (for example, a later-described throttle valve 47) for controlling the flow rate of intake air (for example, an after-mentioned intake amount QG) and fuel supply means for supplying fuel to the engine (for example, later-described port fuel) An internal combustion engine control device (for example, a control device 1 described later) including an injection valve 45) and ozone supply means (for example, an ozone supply unit 48 described later) for supplying ozone to the intake system is provided. The control apparatus for an internal combustion engine according to the present invention is an ozone introduction amount acquisition means for detecting or estimating an ozone amount introduced into the combustion chamber of the engine via the intake system (for example, an ozone introduction amount constituting an ECU 2 described later). Acquisition unit) and the detected or estimated ozone introduction amount (for example, an after-mentioned ozone introduction amount QO3) to control the intake air amount and the fuel supply amount (for example, a later-described fuel injection amount QINJ), And an air-fuel ratio control means (for example, an air-fuel ratio control unit constituting the ECU 2 described later) for controlling an air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber (for example, an air-fuel ratio AFST described later).

本発明では、吸気系にオゾンを供給するオゾン供給手段を備える内燃機関の制御装置において、吸気系を介して燃焼室に導入されるオゾン量を検出または推定し、当該検出または推定されたオゾン導入量に基づいて吸気量及び燃料供給量を制御することにより、燃焼室内の混合気の空燃比を制御する。
オゾンは強力な酸化力を有するため、吸気系を介してオゾンを燃焼室内に導入すると、オゾンと燃料との予反応が生じて燃料が活性化される。このため、燃料の着火性が向上し、安定した燃焼状態を確保できるようになる。そこで本発明では、例えば燃焼状態が不安定な冷間始動時にオゾンを供給するとともに、燃焼室に導入されるオゾン導入量に基づいて混合気の空燃比を制御することで、当該空燃比をリーンに制御でき、有害物質、特にＨＣ及びＣＯの発生を抑制できる。また、安定した燃焼状態の確保によって燃焼室内の温度を早期に昇温できるため、排気系に設けられた排気浄化触媒を早期に活性化でき、始動直後から有害物質を効率良く浄化できる。従って、本発明によれば、冷間始動時におけるテールパイプエミッションを低減できる。さらには、本発明を火花点火式内燃機関に適用した場合には、排気浄化触媒の早期活性化のために通常行われている点火時期の遅角量を低減できるため、テールパイプエミッションを低減しつつ、燃費を改善できる。 According to the present invention, in an internal combustion engine control device comprising ozone supply means for supplying ozone to an intake system, the amount of ozone introduced into the combustion chamber via the intake system is detected or estimated, and the detected or estimated ozone introduction is detected. The air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber is controlled by controlling the intake air amount and the fuel supply amount based on the amount.
Since ozone has a strong oxidizing power, when ozone is introduced into the combustion chamber through the intake system, a pre-reaction between ozone and fuel occurs and the fuel is activated. For this reason, the ignitability of the fuel is improved, and a stable combustion state can be secured. Therefore, in the present invention, for example, ozone is supplied at the time of cold start where the combustion state is unstable, and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled based on the amount of ozone introduced into the combustion chamber, thereby reducing the air-fuel ratio. It is possible to control the generation of harmful substances, particularly HC and CO. In addition, since the temperature in the combustion chamber can be raised quickly by ensuring a stable combustion state, the exhaust purification catalyst provided in the exhaust system can be activated early, and harmful substances can be efficiently purified immediately after startup. Therefore, according to the present invention, tail pipe emission during cold start can be reduced. Furthermore, when the present invention is applied to a spark ignition internal combustion engine, the amount of retard of the ignition timing that is normally performed for early activation of the exhaust purification catalyst can be reduced, so that tail pipe emission is reduced. In addition, fuel efficiency can be improved.

この場合、前記オゾン供給手段は、空気を導入してオゾンを発生させるオゾン発生器（例えば、後述のオゾン発生器４８１）と、交流電圧を印加して前記オゾン発生器を駆動させる駆動装置（例えば、後述の駆動装置４８３）と、を備え、前記オゾン導入量取得手段は、前記オゾン発生器に導入された空気の流量及び温度、前記交流電圧のデューティー比並びに電圧印加時間に基づいて、前記オゾン発生器で発生したオゾン発生量を算出し、当該算出されたオゾン発生量と、前記オゾン発生器から前記燃焼室までのオゾン導入経路（例えば、後述の吸気管４，吸気マニホールド，吸気ポート４１）における温度、湿度及び経路長のうち少なくとも１つに基づいて、前記オゾン導入量を推定することが好ましい。   In this case, the ozone supply means includes an ozone generator (for example, an ozone generator 481 to be described later) that introduces air to generate ozone, and a driving device (for example, an ozone generator that drives the ozone generator by applying an alternating voltage). The ozone introduction amount acquisition means includes the ozone flow rate based on the flow rate and temperature of the air introduced into the ozone generator, the duty ratio of the AC voltage, and the voltage application time. The amount of ozone generated in the generator is calculated, the calculated amount of ozone generated, and the ozone introduction path from the ozone generator to the combustion chamber (for example, an intake pipe 4, an intake manifold, an intake port 41 described later) The ozone introduction amount is preferably estimated based on at least one of temperature, humidity, and path length.

この発明では、オゾン供給手段を構成するオゾン発生器に導入された空気の流量及び温度、オゾン発生器に印加する交流電圧のデューティー比並びに電圧印加時間に基づいて、オゾン発生量を算出する。
オゾン発生器における単位時間あたりのオゾン発生量は、オゾン発生器に導入される空気の流量及び温度と、オゾン発生器に印加する交流電圧のデューティー比とによって一義的に決定される。従って、この発明によれば、オゾン発生器に導入される空気の流量及び温度と、オゾン発生器に印加する交流電圧のデューティー比とに基づいて、単位時間あたりのオゾン発生量を正確に算出できる。また、算出された単位時間あたりのオゾン発生量に、電圧印加時間を乗じることにより、オゾン発生器で発生したオゾン発生量を正確に算出できる。 In the present invention, the amount of ozone generated is calculated based on the flow rate and temperature of air introduced into the ozone generator constituting the ozone supply means, the duty ratio of the AC voltage applied to the ozone generator, and the voltage application time.
The amount of ozone generated per unit time in the ozone generator is uniquely determined by the flow rate and temperature of air introduced into the ozone generator and the duty ratio of the AC voltage applied to the ozone generator. Therefore, according to the present invention, the amount of ozone generated per unit time can be accurately calculated based on the flow rate and temperature of the air introduced into the ozone generator and the duty ratio of the AC voltage applied to the ozone generator. . Moreover, the ozone generation amount generated by the ozone generator can be accurately calculated by multiplying the calculated ozone generation amount per unit time by the voltage application time.

また、この発明では、算出されたオゾン発生量と、オゾン発生器から燃焼室までの導入経路における温度、湿度及び経路長のうち少なくとも１つに基づいて、オゾン導入量を推定する。
オゾンは不安定な分子であり、高温多湿であるほど酸素に変化し易い特性がある。即ち、オゾン発生器で発生し、吸気系に供給されたオゾンは、燃焼室に導入されるまでの間に、オゾン発生器から燃焼室までの導入経路における温度、湿度及び経路長に応じて減少する。そこでこの発明によれば、上記で算出されたオゾン発生量と、オゾン発生器から燃焼室までの導入経路における温度、湿度及び経路長のうち少なくとも１つに基づいてオゾン導入量を推定することにより、燃焼室に導入されるオゾン導入量を精度良く推定できる。従って、この発明によれば、オゾン濃度計を設けることなく、上記発明の効果が奏される。 In the present invention, the ozone introduction amount is estimated based on the calculated ozone generation amount and at least one of the temperature, humidity, and path length in the introduction path from the ozone generator to the combustion chamber.
Ozone is an unstable molecule and has a characteristic of being easily changed to oxygen as it is hot and humid. That is, the ozone generated by the ozone generator and supplied to the intake system decreases in accordance with the temperature, humidity, and path length in the introduction path from the ozone generator to the combustion chamber before being introduced into the combustion chamber. To do. Therefore, according to the present invention, the ozone generation amount is estimated based on the ozone generation amount calculated above and at least one of the temperature, humidity, and path length in the introduction path from the ozone generator to the combustion chamber. The amount of ozone introduced into the combustion chamber can be accurately estimated. Therefore, according to this invention, the effect of the said invention is show | played, without providing an ozone concentration meter.

この場合、運転者の始動意志の有無を判定する始動意志判定手段（例えば、後述のＥＣＵ２を構成する始動意志判定部）と、運転者の始動意志が有ると判定されたことに応じて前記オゾン供給手段によりオゾンの供給を開始するオゾン供給制御手段（例えば、後述のＥＣＵ２を構成するオゾン供給制御部）と、前記機関の回転数が所定値に達したときに前記機関が始動したと判定する始動判定手段（例えば、後述のＥＣＵ２を構成する始動判定部）と、前記機関が始動したと判定されたことに応じて前記オゾン導入量取得手段により検出または推定されたオゾン導入量に基づいて、始動時における前記混合気の目標空燃比を設定する始動時目標空燃比設定手段（例えば、後述のＥＣＵ２を構成する始動時目標空燃比設定部）と、をさらに備え、前記空燃比制御手段は、始動時における前記混合気の空燃比を前記設定された始動時目標空燃比（例えば、後述の始動時目標空燃比ＡＦＣＭＤＳＴ）と一致するように制御することが好ましい。   In this case, a starting will determination means (for example, a starting will determination unit constituting the ECU 2 described later) for determining the presence or absence of the driver's starting intention, and the ozone in response to the determination that the driver has a starting intention. Ozone supply control means (for example, an ozone supply control unit that constitutes ECU 2 described later) for starting supply of ozone by the supply means, and determining that the engine has started when the rotational speed of the engine reaches a predetermined value Based on the ozone introduction amount detected or estimated by the ozone introduction amount acquisition means in response to the start determination unit (for example, a start determination unit constituting the ECU 2 described later) and the engine being determined to have started, Start-time target air-fuel ratio setting means for setting a target air-fuel ratio of the air-fuel mixture at the time of start-up (for example, a start-time target air-fuel ratio setting unit constituting the ECU 2 described later) is further provided. The air-fuel ratio control means, the air-fuel ratio to the set starting target air-fuel ratio of the mixture at the start (e.g., the target air-fuel ratio AFCMDST at startup will be described later) is preferably controlled so as to coincide with.

この発明では、運転者の始動意志が有るときにオゾンの供給を開始する。そして、内燃機関の回転数が所定値に達し、内燃機関が始動したと判定されたときに検出または推定されたオゾン導入量に基づいて、始動時における混合気の目標空燃比を設定する。また、設定された始動時目標空燃比と一致するように、混合気の空燃比を制御する。
従来、内燃機関の冷間始動時には、有害物質が多量に発生しており、また発生した有害物質を効率良く浄化できていなかった。そこでこの発明によれば、冷間始動時に上記発明のオゾン導入量に基づいた空燃比制御が可能となるため、燃焼室内の燃焼状態を改善して有害物質の発生を抑制できるとともに、発生した有害物質を排気浄化触媒により効率良く浄化できる。 In the present invention, the supply of ozone is started when the driver has a will to start. Then, based on the ozone introduction amount detected or estimated when it is determined that the internal combustion engine has reached a predetermined value and the internal combustion engine has started, the target air-fuel ratio of the air-fuel mixture at the start is set. Further, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled so as to coincide with the set start-time target air-fuel ratio.
Conventionally, at the time of cold start of an internal combustion engine, a large amount of harmful substances are generated, and the generated harmful substances cannot be efficiently purified. Therefore, according to the present invention, since the air-fuel ratio control based on the ozone introduction amount of the above invention can be performed at the cold start, the combustion state in the combustion chamber can be improved and the generation of harmful substances can be suppressed, and the generated harmful Substances can be efficiently purified by the exhaust purification catalyst.

この場合、前記始動時目標空燃比設定手段は、前記始動時目標空燃比を理論空燃比よりもリーン側に設定することが好ましい。   In this case, it is preferable that the starting target air-fuel ratio setting means sets the starting target air-fuel ratio to a leaner side than the theoretical air-fuel ratio.

この発明では、始動時目標空燃比を理論空燃比よりもリーン側に設定する。これにより、内燃機関の冷間始動時において、例えば燃料供給量を低減し、混合気の空燃比をリーン側に設定された始動時目標空燃比に一致させることで、混合気の空燃比をリーンに制御できる。従って、この発明によれば、上記発明の効果がより確実に奏される。   In the present invention, the starting target air-fuel ratio is set to be leaner than the stoichiometric air-fuel ratio. Thus, at the time of cold start of the internal combustion engine, for example, the fuel supply amount is reduced, and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is made lean by matching the air-fuel ratio of the air-fuel mixture with the target air-fuel ratio at start-up set to the lean side. Can be controlled. Therefore, according to this invention, the effect of the said invention is show | played more reliably.

本発明によれば、内燃機関の冷間始動時におけるテールパイプエミッションを低減できる内燃機関の制御装置を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the control apparatus of the internal combustion engine which can reduce tail pipe emission at the time of the cold start of an internal combustion engine can be provided.

本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置を適用した内燃機関の構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a configuration of an internal combustion engine to which a control device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention is applied. 上記実施形態に係る始動時目標空燃比の設定を行う処理のフローチャートである。It is a flowchart of the process which performs the setting of the target air-fuel ratio at the time of start which concerns on the said embodiment. 空気流量に応じた印加交流波のデューティー比と単位時間あたりのオゾン発生量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the duty ratio of the applied alternating current wave according to an air flow rate, and the ozone generation amount per unit time. 外気温と単位時間あたりのオゾン発生量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between external temperature and the amount of ozone generation per unit time. 上記実施形態のテールパイプエミッション低減効果を説明するための図であり、（Ａ）は、上記実施形態に係る制御装置を適用したエンジンと、従来のエンジンの始動時におけるテールパイプＨＣ濃度を示す図であり、（Ｂ）は、それらの始動時におけるテールパイプＣＯ濃度を示す図である。It is a figure for demonstrating the tail pipe emission reduction effect of the said embodiment, (A) is a figure which shows the tail pipe HC density | concentration at the time of starting of the engine to which the control apparatus which concerns on the said embodiment is applied, and the conventional engine (B) is a figure which shows the tail pipe CO density | concentration at the time of those starting. 上記実施形態に係る制御装置を適用したエンジンと、従来のエンジンの始動時におけるテールパイプＨＣ濃度の変化を示す図である。It is a figure which shows the engine to which the control apparatus which concerns on the said embodiment is applied, and the change of the tail pipe HC density | concentration at the time of the starting of the conventional engine.

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳しく説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置１を適用した内燃機関３の構成を示す図である。内燃機関（以下、「エンジン」という）３は、図示しない車両に搭載されたポート噴射型の火花点火式エンジンであり、例えば直列４気筒４サイクルエンジンである。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an internal combustion engine 3 to which an internal combustion engine control device 1 according to an embodiment of the present invention is applied. The internal combustion engine (hereinafter referred to as “engine”) 3 is a port injection type spark ignition engine mounted on a vehicle (not shown), for example, an in-line four-cylinder four-cycle engine.

エンジン３の各気筒３０（１つのみ図示）のピストン３１とシリンダヘッド３３との間には、燃焼室３５が形成されている。燃焼室３５には、吸気管４及び排気管５が接続されている。吸気管４の吸気ポート４１には、一対の吸気弁４３，４３（１つのみ図示）が設けられている。排気管５の排気ポート５１には、一対の排気弁５３，５３（１つのみ図示）が設けられている。また、シリンダヘッド３３には、点火プラグ３７が燃焼室３５に臨むように設けられている。   A combustion chamber 35 is formed between the piston 31 and the cylinder head 33 of each cylinder 30 (only one is shown) of the engine 3. An intake pipe 4 and an exhaust pipe 5 are connected to the combustion chamber 35. The intake port 41 of the intake pipe 4 is provided with a pair of intake valves 43 and 43 (only one is shown). The exhaust port 51 of the exhaust pipe 5 is provided with a pair of exhaust valves 53 and 53 (only one is shown). The cylinder head 33 is provided with a spark plug 37 so as to face the combustion chamber 35.

吸気管４の吸気マニホールドには、ポート燃料噴射弁４５が、気筒３０毎に吸気ポート４１に臨むように設けられている。ポート燃料噴射弁４５は、図示しない燃料ポンプで昇圧された燃料を、吸気ポート４１に噴射する。ポート燃料噴射弁４５は、後述する電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）２に電気的に接続されており、その開弁時期及び開弁時間がＥＣＵ２により制御される。   A port fuel injection valve 45 is provided in the intake manifold of the intake pipe 4 so as to face the intake port 41 for each cylinder 30. The port fuel injection valve 45 injects fuel boosted by a fuel pump (not shown) into the intake port 41. The port fuel injection valve 45 is electrically connected to an electronic control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 2 to be described later, and its valve opening timing and valve opening time are controlled by the ECU 2.

吸気管４には、吸気系４０（吸気管４、吸気マニホールド及び吸気ポート４１）を介して燃焼室３５に吸入される吸気の流量ＱＧを制御するスロットル弁４７が設けられている。ここで、スロットル弁４７により流量制御される吸気には、酸素の少なくとも一部がオゾンに変換された空気が含まれる。スロットル弁４７は、図示しないアクチュエータを介してＥＣＵ２に電気的に接続されており、スロットル弁４７はＥＣＵ２によりその開度が制御される。   The intake pipe 4 is provided with a throttle valve 47 for controlling the flow rate QG of intake air taken into the combustion chamber 35 via the intake system 40 (intake pipe 4, intake manifold and intake port 41). Here, the intake air whose flow rate is controlled by the throttle valve 47 includes air in which at least a part of oxygen is converted into ozone. The throttle valve 47 is electrically connected to the ECU 2 via an actuator (not shown), and the opening degree of the throttle valve 47 is controlled by the ECU 2.

また、吸気管４には、スロットル弁４７の上流側に、オゾン発生器４８１が設けられている。オゾン発生器４８１は、外気から吸気管４内に吸入された空気を導入し、空気中の酸素を原料としてオゾンを発生させる。オゾン発生器４８１は、オゾン発生器４８１を駆動させる駆動装置４８３を介して、ＥＣＵ２と電気的に接続されている。オゾン発生器４８１は、駆動装置４８３を介して、ＥＣＵ２により駆動制御される。   The intake pipe 4 is provided with an ozone generator 481 on the upstream side of the throttle valve 47. The ozone generator 481 introduces air sucked into the intake pipe 4 from outside air, and generates ozone using oxygen in the air as a raw material. The ozone generator 481 is electrically connected to the ECU 2 via a driving device 483 that drives the ozone generator 481. The ozone generator 481 is driven and controlled by the ECU 2 via the driving device 483.

オゾン発生器４８１は、無声放電式のオゾン発生器であり、図示しない一対の電極を含んで構成される。吸気管４に吸入された空気は、オゾン発生器４８１の上流側に設けられたエアクリーナ４９を通過した後、オゾン発生器４８１の電極間に導入される。このとき、電極間には、駆動装置４８３から交流電圧が印加される。これにより、電極間にコロナ放電が生じ、高エネルギ状態の電子が空気中の酸素に作用することで、下記式（１）に示すように酸素活性成分であるオゾンが発生する。より詳しくは、酸素分子に電子が衝突して酸素原子が生じ、この酸素原子が酸素分子と結合することで、オゾンが発生する。
［化１］

３Ｏ２→２Ｏ３ ・・・（１）
The ozone generator 481 is a silent discharge type ozone generator and includes a pair of electrodes (not shown). The air sucked into the intake pipe 4 passes through an air cleaner 49 provided on the upstream side of the ozone generator 481 and is then introduced between the electrodes of the ozone generator 481. At this time, an AC voltage is applied between the electrodes from the driving device 483. As a result, corona discharge is generated between the electrodes, and electrons in a high energy state act on oxygen in the air, so that ozone which is an oxygen active component is generated as shown in the following formula (1). More specifically, ozone collides with oxygen molecules to generate oxygen atoms, which are combined with oxygen molecules to generate ozone.
[Chemical 1]

3O 2 → 2O 3 (1)

また、吸気管４には、スロットル弁４７とオゾン発生器４８１との間に、エアフローメータ９１が設けられている。エアフローメータ９１は、吸気系４０を介して燃焼室３５に吸入される吸気の流量ＱＧを検出する。エアフローメータ９１は、後述するＥＣＵ２に電気的に接続されており、その検出信号はＥＣＵ２に送信される。   The intake pipe 4 is provided with an air flow meter 91 between the throttle valve 47 and the ozone generator 481. The air flow meter 91 detects the flow rate QG of the intake air sucked into the combustion chamber 35 via the intake system 40. The air flow meter 91 is electrically connected to the ECU 2 described later, and a detection signal thereof is transmitted to the ECU 2.

排気管５の下流側には、三元触媒（以下、「ＴＷＣ」という）５３が設けられている。ＴＷＣ５３は、排気中に含まれるＣＯ及びＨＣを酸化して浄化するとともに、排気中に含まれるＮＯｘを還元して浄化する。ＴＷＣ５３としては、アルミナ、シリカ、ジルコニア、チタニア、セリア及びゼオライトからなる群より選択される少なくとも１種の酸化物からなる担体に、ＰｔやＲｈ等の貴金属を担持させたものが好ましく用いられる。ＴＷＣ５３の調製方法については特に限定されず、従来公知のスラリー法等により調製される。具体的には、上記の酸化物や貴金属等を含むスラリーを調製後、調製したスラリーをコージェライト製ハニカム支持体にコートして焼成することにより調製される。   A three-way catalyst (hereinafter referred to as “TWC”) 53 is provided on the downstream side of the exhaust pipe 5. The TWC 53 oxidizes and purifies CO and HC contained in the exhaust gas, and reduces and purifies NOx contained in the exhaust gas. As TWC53, a support in which a noble metal such as Pt or Rh is supported on a support made of at least one oxide selected from the group consisting of alumina, silica, zirconia, titania, ceria and zeolite is preferably used. The method for preparing TWC53 is not particularly limited, and it is prepared by a conventionally known slurry method or the like. Specifically, it is prepared by preparing a slurry containing the above oxide, noble metal, etc., and then coating the prepared slurry on a cordierite honeycomb support and firing.

ＥＣＵ２は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定のレベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路と、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）とを備える。この他、ＥＣＵ２は、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路と、ポート燃料噴射弁４５、スロットル弁４７、駆動装置４８３等に制御信号を出力する出力回路と、を備える。   The ECU 2 shapes input signal waveforms from various sensors, corrects the voltage level to a predetermined level, converts an analog signal value into a digital signal value, and a central processing unit (hereinafter “ CPU ”). In addition, the ECU 2 includes a storage circuit that stores various calculation programs executed by the CPU, calculation results, and the like, and an output circuit that outputs control signals to the port fuel injection valve 45, the throttle valve 47, the drive device 483, and the like. Prepare.

また、ＥＣＵ２には、イグニッションスイッチ９３と、スタータスイッチ９５と、クランク角度位置センサ９７が電気的に接続されている。イグニッションスイッチ９３は、運転者のエンジン３の始動意志を示すＯＮ／ＯＦＦ信号をＥＣＵ２に送信する。スタータスイッチ９５は、エンジン３のスタータの作動状態を示すＯＮ／ＯＦＦ信号をＥＣＵ２に送信する。クランク角度位置センサ９７は、エンジン３のクランク軸の回転角度を検出するとともに、クランク角１度毎にパルスを発生し、そのパルス信号をＥＣＵ２に送信する。エンジン３の回転数ＮＥは、このパルス信号に基づいてＥＣＵ２により算出される。   Further, an ignition switch 93, a starter switch 95, and a crank angle position sensor 97 are electrically connected to the ECU 2. The ignition switch 93 transmits to the ECU 2 an ON / OFF signal indicating the driver's intention to start the engine 3. The starter switch 95 transmits an ON / OFF signal indicating the operation state of the starter of the engine 3 to the ECU 2. The crank angle position sensor 97 detects the rotation angle of the crankshaft of the engine 3, generates a pulse at every crank angle, and transmits the pulse signal to the ECU 2. The rotational speed NE of the engine 3 is calculated by the ECU 2 based on this pulse signal.

以上のようなハードウェア構成からなるＥＣＵ２には、オゾン導入量取得部、空燃比制御部、始動意志判定部、オゾン供給制御部、エンジン始動判定部及び目標空燃比設定部の各モジュールが構成されている。これらのモジュールにより、始動時目標空燃比ＡＦＣＭＤＳＴの設定処理が実行され、設定された始動時目標空燃比ＡＦＣＭＤＳＴに応じた空燃比制御が実行される。
なお、本実施形態において、始動時にオゾンを供給したときの混合気の空燃比は、酸素の少なくとも一部がオゾンに変換された空気の質量（即ち、オゾンを含めた空気の質量）を燃料の質量で除した値を意味する。 The ECU 2 having the above-described hardware configuration includes modules of an ozone introduction amount acquisition unit, an air-fuel ratio control unit, a start intention determination unit, an ozone supply control unit, an engine start determination unit, and a target air-fuel ratio setting unit. ing. By these modules, the start target air-fuel ratio AFCMDST is set, and the air-fuel ratio control according to the set start target air-fuel ratio AFCMDST is executed.
In the present embodiment, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture when ozone is supplied at the time of start-up is the mass of air in which at least a part of oxygen is converted to ozone (that is, the mass of air including ozone). It means the value divided by mass.

以下、ＥＣＵにより実行される始動時目標空燃比ＡＦＣＭＤＳＴの設定処理ついて説明する。
図２は、ＥＣＵにより実行される始動時目標空燃比ＡＦＣＭＤＳＴの設定を行う処理のフローチャートである。この設定処理では、エンジン３の冷間始動時に燃焼室に導入されるオゾン導入量ＱＯ３に基づいて、始動時目標空燃比ＡＦＣＭＤＳＴを設定する。 Hereinafter, the setting process of the target air-fuel ratio at start time AFCMDST executed by the ECU will be described.
FIG. 2 is a flowchart of processing for setting the starting target air-fuel ratio AFCMDST executed by the ECU. In this setting process, the starting target air-fuel ratio AFCMDST is set based on the ozone introduction amount QO3 introduced into the combustion chamber when the engine 3 is cold started.

ステップＳ１では、運転者の始動意志の有無を判別する。具体的には、運転者がイグニッションスイッチをＯＮにしたときに始動意志有りと判別する。この判別がＹＥＳの場合には、ステップＳ２に移って、駆動装置によりオゾン発生器を起動させる。一方、この判別がＮＯの場合には、本処理を終了する。   In step S1, it is determined whether or not the driver is willing to start. Specifically, it is determined that there is a willingness to start when the driver turns on the ignition switch. If this determination is YES, the process proceeds to step S2 and the ozone generator is activated by the driving device. On the other hand, if this determination is NO, this process is terminated.

ステップＳ２では、駆動装置によりオゾン発生器を起動させて、吸気管へのオゾンの供給を開始する。このとき、オゾン発生器に印加する交流電圧（印加交流波）のデューティー比は、図３に示す空気流量［Ｌ／分］に応じた印加交流波のデューティー比［％］と単位時間あたりのオゾン発生量［ｇ／時］との関係に基づいて設定される。図３に示すように、単位時間あたりのオゾン発生量は、オゾン発生器に導入する原料の空気の流量を大きくすると、それに比例して増加する一方で、印加交流波のデューティー比を大きくすると、単調増加ではなくあるピークをもって減少に転じる特性がある。また、このとき見られるピークの位置は、空気の温度を変化させても変動しない。従って本ステップでは、図３に示す関係を利用し、導入される空気流量に応じて、オゾン発生器に印加する交流電圧のデューティー比を単位時間あたりのオゾン発生量が最大となるように設定する。なお、本実施形態のオゾン発生器は吸気管内に設けられていることから、オゾン発生器に導入される空気の流量は、エアフローメータの検出信号に基づいてＥＣＵにより算出される。   In step S2, an ozone generator is started by the drive device, and supply of ozone to the intake pipe is started. At this time, the duty ratio of the alternating voltage (applied alternating current wave) applied to the ozone generator is the duty ratio [%] of the applied alternating current wave according to the air flow rate [L / min] shown in FIG. 3 and the ozone per unit time. It is set based on the relationship with the generation amount [g / hour]. As shown in FIG. 3, the amount of ozone generated per unit time increases in proportion to the flow rate of the raw material air introduced into the ozone generator, while increasing the duty ratio of the applied AC wave, There is a characteristic that turns to decrease with a certain peak instead of monotonously increasing. Further, the position of the peak seen at this time does not change even if the temperature of the air is changed. Accordingly, in this step, the relationship shown in FIG. 3 is used, and the duty ratio of the AC voltage applied to the ozone generator is set so as to maximize the ozone generation amount per unit time according to the introduced air flow rate. . Since the ozone generator of the present embodiment is provided in the intake pipe, the flow rate of air introduced into the ozone generator is calculated by the ECU based on the detection signal of the air flow meter.

ステップＳ３では、単位時間あたりのオゾン発生量の積算を開始する。具体的には、先ず、ステップＳ２で設定したオゾン発生器に印加する交流電圧のデューティー比と、エアフローメータの検出信号に基づいて算出された空気流量［Ｌ／分］に基づいて、図３に示す関係から単位時間あたりのオゾン発生量基準値［ｇ／時］を算出する。ここで、図３はある基準温度下でのものであり、単位時間あたりのオゾン発生量は、オゾン発生器に導入される空気の温度、即ち外気温が低いほど、増加する特性がある。図４は、外気温［℃］と単位時間あたりのオゾン発生量［ｇ／時］との関係を示す図である。図４に示すように、単位時間あたりのオゾン発生量は、外気温が低いほど増加することが分かる。従って、この特性に基づいて、外気温に応じて単位時間あたりのオゾン発生量補正係数を算出し、算出された補正係数を、上記で算出された単位時間あたりのオゾン発生量基準値に乗じることで、単位時間あたりのオゾン発生量を算出する。本ステップでは、このようにして逐次算出される単位時間あたりのオゾン発生量の積算を開始する。積算は、オゾン発生器を停止するまで継続する。   In step S3, integration of the ozone generation amount per unit time is started. Specifically, first, based on the duty ratio of the AC voltage applied to the ozone generator set in step S2 and the air flow rate [L / min] calculated based on the detection signal of the air flow meter, FIG. The ozone generation amount reference value [g / hour] per unit time is calculated from the relationship shown. Here, FIG. 3 is for a certain reference temperature, and the amount of ozone generated per unit time increases as the temperature of the air introduced into the ozone generator, that is, the outside air temperature is lower. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the outside air temperature [° C.] and the ozone generation amount [g / hour] per unit time. As shown in FIG. 4, it can be seen that the amount of ozone generated per unit time increases as the outside air temperature decreases. Therefore, based on this characteristic, the ozone generation amount correction coefficient per unit time is calculated according to the outside air temperature, and the calculated ozone generation amount per unit time calculated above is multiplied by the calculated correction coefficient. Then, the amount of ozone generated per unit time is calculated. In this step, the integration of the ozone generation amount per unit time calculated sequentially in this way is started. Integration continues until the ozone generator is stopped.

図２に戻って、ステップＳ４では、ステップＳ１で運転者の始動意志が有ると判別されたときから、所定時間が経過したか否かを判別する。この判別がＮＯの場合には、ステップＳ５に移って、エンジンが始動されたか否かを判別する。具体的には、スタータスイッチがＯＮにされ、スタータによるクランキングによってエンジンの回転数が所定の回転数に達したか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、エンジンが始動したと判断し、ステップＳ６に移る。一方、この判別がＮＯの場合には、エンジンがまだ始動していないと判断し、ステップＳ４に戻る。また、ステップＳ４の判別がＹＥＳの場合には、運転者の始動意志が有ると判断されてから所定時間が経過したにもかかわらずエンジンが始動されていない状態であるため、オゾンの発生を停止させるべきと判断し、ステップＳ９に移ってオゾン発生器を停止させ、本処理を終了する。   Returning to FIG. 2, in step S4, it is determined whether or not a predetermined time has elapsed since it was determined in step S1 that the driver has a will to start. If this determination is NO, the process proceeds to step S5 to determine whether or not the engine has been started. Specifically, the starter switch is turned on, and it is determined whether or not the engine speed has reached a predetermined speed by cranking by the starter. If this determination is YES, it is determined that the engine has started, and the routine goes to Step S6. On the other hand, if this determination is NO, it is determined that the engine has not yet been started, and the process returns to step S4. If the determination in step S4 is YES, the generation of ozone is stopped because the engine has not been started even though a predetermined time has elapsed since it was determined that the driver has a will to start. It judges that it should be made, moves to step S9, stops an ozone generator, and complete | finishes this process.

ステップＳ６では、燃焼室に導入されるオゾン導入量ＱＯ３を推定して取得する。以下、オゾン導入量ＱＯ３の推定について、詳しく説明する。
先ず、ステップＳ３で積算を開始し、本ステップに至るまでの単位時間あたりのオゾン発生量の積算値を取得する。取得した積算値は、吸気系内に供給されたオゾンの総量に相当する。なお、吸気系に供給されたオゾンは、吸気系内を素早く拡散し、吸気系内で略均一に存在する。 In step S6, the ozone introduction amount QO3 introduced into the combustion chamber is estimated and acquired. Hereinafter, estimation of the ozone introduction amount QO3 will be described in detail.
First, integration is started in step S3, and an integrated value of the ozone generation amount per unit time up to this step is acquired. The acquired integrated value corresponds to the total amount of ozone supplied into the intake system. Note that the ozone supplied to the intake system diffuses quickly in the intake system and exists substantially uniformly in the intake system.

ところで、オゾンは不安定な物質であり、時間の経過とともに下記式（２）で示すように酸素に変化する。
［化２］

２Ｏ３→３Ｏ２ ・・・（２）

上記式（２）の反応は、温度が高くなるほど促進されるとともに、圧力が高くなるほど促進される。即ち、オゾンは、高温多湿な環境下にあるほど、酸素に変化し易い特性がある。 By the way, ozone is an unstable substance, and changes to oxygen as shown by the following formula (2) over time.
[Chemical formula 2]

2O 3 → 3O 2 (2)

The reaction of the above formula (2) is promoted as the temperature is increased, and is promoted as the pressure is increased. That is, ozone has a characteristic that it is easily changed to oxygen as it is in a hot and humid environment.

上記の特性から、オゾン発生器から吸気系に供給されたオゾンは、燃焼室に導入されるまでの導入経路（吸気管、吸気マニホールド、吸気ポート）で、少なくともその一部が酸素に変化することが分かる。このため、燃焼室内に導入されるオゾン量を推定する際には、酸素への変化によるオゾンの減少分を考慮する必要がある。そこで、オゾン発生器から燃焼室までの導入経路における温度、湿度及び経路長のうち少なくとも１つのパラメータに基づいて、酸素に変化して減少するオゾンの減少量を推定する。そして、推定されたオゾン減少量を、上記で取得した積算値から減算することにより、吸気系内に実際に存在するオゾンの総量を推定する。   Because of the above characteristics, ozone supplied from the ozone generator to the intake system must be at least partially changed to oxygen in the introduction path (intake pipe, intake manifold, intake port) until it is introduced into the combustion chamber. I understand. For this reason, when estimating the amount of ozone introduced into the combustion chamber, it is necessary to consider the decrease in ozone due to the change to oxygen. In view of this, the amount of ozone that decreases by changing to oxygen is estimated based on at least one of the temperature, humidity, and path length in the introduction path from the ozone generator to the combustion chamber. Then, the total amount of ozone actually present in the intake system is estimated by subtracting the estimated ozone reduction amount from the integrated value acquired above.

次いで、エンジンの始動による燃料噴射の開始に伴って、吸気弁が開弁されて燃焼室に導入されるオゾン導入量ＱＯ３を推定する。具体的には、上記で推定された吸気系内に実際に存在するオゾンの総量に、吸気系容積に対する気筒容積の比を乗じる。これにより、燃焼室に導入されるオゾン導入量ＱＯ３を推定する。   Next, the ozone introduction amount QO3 introduced into the combustion chamber is estimated by opening the intake valve with the start of fuel injection by starting the engine. Specifically, the total amount of ozone actually present in the intake system estimated above is multiplied by the ratio of the cylinder volume to the intake system volume. Thereby, the ozone introduction amount QO3 introduced into the combustion chamber is estimated.

なお、ステップＳ５で実行されるクランキングの際に吸気弁が開弁される場合には、吸気系内に蓄積されていたオゾンが燃焼室に導入されて排気されてしまうため、その減少分を考慮する必要がある。ここで、吸気系の容積は気筒の容積に比して十分に大きいことから、燃料噴射及び点火より前のクランキングによって、吸気系内のオゾンの一部が燃焼室に導入されて排気されることとなる。クランキングによるオゾンの減少量は、クランキングによって燃焼室に吸入された吸気量ＱＧをエアフローメータで検出し、当該検出された吸気量ＱＧに基づいて推定する。推定されたクランキングによるオゾン減少量に応じて、上記で推定されたオゾン導入量を補正することで、正確なオゾン導入量ＱＯ３が推定される。   If the intake valve is opened at the time of cranking performed in step S5, the ozone accumulated in the intake system is introduced into the combustion chamber and exhausted. It is necessary to consider. Here, since the volume of the intake system is sufficiently larger than the volume of the cylinder, a part of ozone in the intake system is introduced into the combustion chamber and exhausted by cranking before fuel injection and ignition. It will be. The amount of ozone decrease due to cranking is estimated based on the intake air amount QG detected by detecting the intake air amount QG sucked into the combustion chamber by cranking. The correct ozone introduction amount QO3 is estimated by correcting the ozone introduction amount estimated above according to the estimated ozone reduction amount by cranking.

ステップＳ７では、混合気の始動時目標空燃比ＡＦＣＭＤＳＴを設定する。具体的には、ステップＳ６で推定されたオゾン導入量ＱＯ３に基づいて、混合気の始動時目標空燃比ＡＦＣＭＤＳＴを設定する。ここで、混合気中の燃料は、オゾンの導入によって活性化されているため、着火性に優れ、安定した燃焼状態を確保できるようになっている。従って、本ステップでは、始動時目標空燃比ＡＦＣＭＤＳＴを、理論空燃比よりもリーン側に設定する。   In step S7, the target air-fuel ratio AFCMDST at the start of the air-fuel mixture is set. Specifically, the target air-fuel ratio AFCMDST at the start of the air-fuel mixture is set based on the ozone introduction amount QO3 estimated in step S6. Here, since the fuel in the air-fuel mixture is activated by the introduction of ozone, it is excellent in ignitability and can secure a stable combustion state. Accordingly, in this step, the starting target air-fuel ratio AFCMDST is set to be leaner than the stoichiometric air-fuel ratio.

ここで、図示しない本実施形態に係る空燃比制御処理によって、本ステップで設定された始動時目標空燃比ＡＦＣＭＤＳＴと一致するように、始動時における混合気の空燃比ＡＦＳＴが制御される。具体的には、吸気系を介して燃焼室内に吸入される吸気量ＱＧをエアフローメータで検出し、当該検出された吸気量ＱＧと、上記で設定された始動時目標空燃比ＡＦＣＭＤＳＴに基づいて、始動時の燃料噴射量ＱＩＮＪを算出する。次いで、算出された燃料噴射量ＱＩＮＪに応じた燃料噴射を実行する。これにより、始動時における混合気の空燃比ＡＦＳＴがリーンに制御される。   Here, the air-fuel ratio AFST of the air-fuel mixture at the time of start is controlled by the air-fuel ratio control process according to the present embodiment (not shown) so as to coincide with the target air-fuel ratio at start-up AFCMDST set at this step. Specifically, an intake air amount QG taken into the combustion chamber via the intake system is detected by an air flow meter, and based on the detected intake air amount QG and the start target air-fuel ratio AFCMDST set above, A fuel injection amount QINJ at the start is calculated. Next, fuel injection corresponding to the calculated fuel injection amount QINJ is executed. Thereby, the air-fuel ratio AFST of the air-fuel mixture at the start is controlled to be lean.

ステップＳ８では、燃焼室内の混合気が安定して燃焼しているか否かを判別する。具体的には、例えばステップＳ５でエンジンが始動したと判別されてから、所定時間が経過したか否かを判別する。この判別がＹＥＳの場合には、安定した燃焼状態が確保できているためこれ以上のオゾンの供給は不要であると判断し、ステップＳ９に移ってオゾン発生器を停止し、本処理を終了する。一方、ステップＳ８の判別がＮＯの場合には、ステップＳ６に戻って、再度、燃焼室に導入されるオゾン導入量ＱＯ３に基づいた空燃比制御を実行する。このときのオゾン導入量ＱＯ３は、このときまでに積算された単位時間あたりのオゾン発生量の積算値と、前回サイクルまでのオゾン導入量ＱＯ３とを用いて、上述した推定手順に従って推定する。   In step S8, it is determined whether or not the air-fuel mixture in the combustion chamber is stably combusting. Specifically, for example, it is determined whether or not a predetermined time has elapsed since it was determined in step S5 that the engine was started. If this determination is YES, it is determined that the supply of further ozone is unnecessary because a stable combustion state is secured, the process proceeds to step S9, the ozone generator is stopped, and this process is terminated. . On the other hand, if the determination in step S8 is NO, the process returns to step S6, and air-fuel ratio control based on the ozone introduction amount QO3 introduced into the combustion chamber is executed again. The ozone introduction amount QO3 at this time is estimated according to the above-described estimation procedure using the integrated value of the ozone generation amount per unit time accumulated up to this time and the ozone introduction amount QO3 until the previous cycle.

本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態では、吸気系にオゾンを供給するオゾン供給部４８を備えるエンジン３の制御装置１において、吸気系を介して燃焼室３５に導入されるオゾン量を検出または推定し、当該検出または推定されたオゾン導入量ＱＯ３に基づいて吸気量ＱＧ及び燃料噴射量ＱＩＮＪを制御することにより、燃焼室３５内の混合気の空燃比ＡＦＳＴを制御する。
オゾンは強力な酸化力を有するため、吸気系を介してオゾンを燃焼室３５内に導入すると、オゾンと燃料との予反応が生じて燃料が活性化される。このため、燃料の着火性が向上し、安定した燃焼状態を確保できるようになる。そこで本実施形態では、例えば燃焼状態が不安定な冷間始動時にオゾンを供給するとともに、燃焼室３５に導入されるオゾン導入量ＱＯ３に基づいて混合気の空燃比ＡＦＳＴを制御することで、当該空燃比ＡＦＳＴをリーンに制御でき、有害物質、特にＨＣ及びＣＯの発生を抑制できる。また、安定した燃焼状態の確保によって燃焼室３５内の温度を早期に昇温できるため、排気管５に設けられたＴＷＣ５３を早期に活性化でき、始動直後から有害物質を効率良く浄化できる。従って、本実施形態によれば、冷間始動時におけるテールパイプエミッションを低減できる。さらには、火花点火式のエンジン３において、ＴＷＣ５３の早期活性化のために通常行われている点火時期の遅角量を低減できるため、テールパイプエミッションを低減しつつ、燃費を改善できる。 According to this embodiment, the following effects are produced.
In the present embodiment, in the control device 1 of the engine 3 including the ozone supply unit 48 that supplies ozone to the intake system, the amount of ozone introduced into the combustion chamber 35 through the intake system is detected or estimated, and the detection or estimation is performed. The air-fuel ratio AFST of the air-fuel mixture in the combustion chamber 35 is controlled by controlling the intake air amount QG and the fuel injection amount QINJ based on the ozone introduction amount QO3.
Since ozone has a strong oxidizing power, when ozone is introduced into the combustion chamber 35 via the intake system, a pre-reaction between ozone and fuel occurs and the fuel is activated. For this reason, the ignitability of the fuel is improved, and a stable combustion state can be secured. Therefore, in the present embodiment, for example, ozone is supplied during a cold start where the combustion state is unstable, and the air-fuel ratio AFST of the air-fuel mixture is controlled based on the ozone introduction amount QO3 introduced into the combustion chamber 35. The air-fuel ratio AFST can be controlled lean, and generation of harmful substances, particularly HC and CO can be suppressed. Moreover, since the temperature in the combustion chamber 35 can be raised quickly by ensuring a stable combustion state, the TWC 53 provided in the exhaust pipe 5 can be activated early, and harmful substances can be efficiently purified immediately after startup. Therefore, according to the present embodiment, tail pipe emission at the time of cold start can be reduced. Furthermore, in the spark ignition type engine 3, the retard amount of the ignition timing that is normally performed for the early activation of the TWC 53 can be reduced, so that the fuel consumption can be improved while the tail pipe emission is reduced.

また、本実施形態では、オゾン供給部４８を構成するオゾン発生器４８１に導入された空気の流量及び温度、オゾン発生器４８１に印加する交流電圧のデューティー比並びに電圧印加時間に基づいて、オゾン発生量を算出する。
オゾン発生器４８１における単位時間あたりのオゾン発生量は、オゾン発生器４８１に導入される空気の流量及び温度と、オゾン発生器４８１に印加する交流電圧のデューティー比とによって一義的に決定される。従って、本実施形態によれば、オゾン発生器４８１に導入される空気の流量及び温度と、オゾン発生器４８１に印加する交流電圧のデューティー比とに基づいて、単位時間あたりのオゾン発生量を正確に算出できる。また、算出された単位時間あたりのオゾン発生量に、電圧印加時間を乗じることにより、オゾン発生器４８１で発生したオゾン発生量を正確に算出できる。 Further, in the present embodiment, ozone generation is based on the flow rate and temperature of air introduced into the ozone generator 481 constituting the ozone supply unit 48, the duty ratio of the alternating voltage applied to the ozone generator 481, and the voltage application time. Calculate the amount.
The amount of ozone generated per unit time in the ozone generator 481 is uniquely determined by the flow rate and temperature of the air introduced into the ozone generator 481 and the duty ratio of the AC voltage applied to the ozone generator 481. Therefore, according to the present embodiment, the ozone generation amount per unit time is accurately determined based on the flow rate and temperature of the air introduced into the ozone generator 481 and the duty ratio of the AC voltage applied to the ozone generator 481. Can be calculated. Further, the ozone generation amount generated by the ozone generator 481 can be accurately calculated by multiplying the calculated ozone generation amount per unit time by the voltage application time.

また、本実施形態では、算出されたオゾン発生量と、オゾン発生器４８１から燃焼室３５までの導入経路（即ち、吸気管４、吸気マニホールド及び吸気ポート４１）における温度、湿度及び経路長のうち少なくとも１つに基づいて、オゾン導入量ＱＯ３を推定する。
オゾンは不安定な分子であり、高温多湿であるほど酸素に変化し易い特性がある。即ち、オゾン発生器４８１で発生し、吸気系に供給されたオゾンは、燃焼室３５に導入されるまでの間に、オゾン発生器４８１から燃焼室３５までの導入経路における温度、湿度及び経路長に応じて減少する。そこで本実施形態によれば、算出されたオゾン発生量と、オゾン発生器４８１から燃焼室３５までの導入経路における温度、湿度及び経路長のうち少なくとも１つに基づいてオゾン導入量ＱＯ３を推定することにより、燃焼室３５に導入されるオゾン導入量ＱＯ３を精度良く推定できる。従って、本実施形態によれば、オゾン濃度計を設けることなく、上記の効果が奏される。 In the present embodiment, the calculated ozone generation amount and the temperature, humidity, and path length in the introduction path from the ozone generator 481 to the combustion chamber 35 (that is, the intake pipe 4, the intake manifold and the intake port 41). The ozone introduction amount QO3 is estimated based on at least one.
Ozone is an unstable molecule and has a characteristic of being easily changed to oxygen as it is hot and humid. That is, the ozone generated in the ozone generator 481 and supplied to the intake system is introduced into the combustion chamber 35 until the temperature, humidity, and path length in the introduction path from the ozone generator 481 to the combustion chamber 35 are reached. Decrease depending on Therefore, according to the present embodiment, the ozone introduction amount QO3 is estimated based on the calculated ozone generation amount and at least one of the temperature, humidity, and path length in the introduction path from the ozone generator 481 to the combustion chamber 35. Thus, the ozone introduction amount QO3 introduced into the combustion chamber 35 can be accurately estimated. Therefore, according to the present embodiment, the above effect can be achieved without providing an ozone concentration meter.

また、本実施形態では、運転者の始動意志が有るときにオゾンの供給を開始する。そして、エンジン３の回転数が所定値に達し、エンジン３が始動したと判定されたときに検出または推定されたオゾン導入量ＱＯ３に基づいて、始動時における混合気の目標空燃比を設定する。また、設定された始動時目標空燃比ＡＦＣＭＤＳＴと一致するように、混合気の空燃比ＡＦＳＴを制御する。
従来、エンジンの冷間始動時には、有害物質が多量に発生しており、また発生した有害物質を効率良く浄化できていなかった。そこで本実施形態によれば、冷間始動時に上記のオゾン導入量ＱＯ３に基づいた空燃比制御が可能となるため、燃焼室３５内の燃焼状態を改善して有害物質の発生を抑制できるとともに、発生した有害物質をＴＷＣ５３により効率良く浄化できる。 In the present embodiment, the supply of ozone is started when the driver has a will to start. Then, based on the ozone introduction amount QO3 detected or estimated when it is determined that the engine 3 has reached a predetermined value and the engine 3 has been started, the target air-fuel ratio of the air-fuel mixture at the start is set. Further, the air-fuel ratio AFST of the air-fuel mixture is controlled so as to coincide with the set target air-fuel ratio at start-up AFCMDST.
Conventionally, a large amount of harmful substances have been generated when the engine is cold started, and the generated harmful substances have not been efficiently purified. Therefore, according to the present embodiment, the air-fuel ratio control based on the ozone introduction amount QO3 can be performed at the cold start, so that the combustion state in the combustion chamber 35 can be improved and the generation of harmful substances can be suppressed. Generated harmful substances can be efficiently purified by TWC53.

本実施形態では、始動時目標空燃比ＡＦＣＭＤＳＴを理論空燃比よりもリーン側に設定する。これにより、エンジン３の冷間始動時において、例えば燃料噴射量ＱＩＮＪを低減し、混合気の空燃比ＡＦＳＴをリーン側に設定された始動時目標空燃比ＡＦＣＭＤＳＴに一致させることで、混合気の空燃比ＡＦＳＴをリーンに制御できる。従って、本実施形態によれば、上記の効果が確実に奏される。   In the present embodiment, the starting target air-fuel ratio AFCMDST is set to be leaner than the theoretical air-fuel ratio. Thus, when the engine 3 is cold started, for example, the fuel injection amount QINJ is reduced, and the air-fuel ratio AFST of the air-fuel mixture is made to coincide with the target air-fuel ratio AFCMDST at the time of start set to the lean side. The fuel ratio AFST can be controlled lean. Therefore, according to the present embodiment, the above-described effect is reliably achieved.

ここで、上記実施形態のテールパイプエミッション低減効果の検証結果について説明する。
図５は、上記実施形態のテールパイプエミッション低減効果を説明するための図であり、（Ａ）は、上記実施形態に係る制御装置１を適用したエンジン３と、従来のエンジンの始動時におけるテールパイプＨＣ濃度を示す図であり、（Ｂ）は、それらの始動時におけるテールパイプＣＯ濃度を示す図である。より詳しくは、上記実施形態で説明した手順に従って、冷間始動時に所定量のオゾンを吸気系に供給し、燃焼室に導入されるオゾン導入量ＱＯ３に基づいた空燃比制御（即ち、リーン化）を実行した場合と、冷間始動時にオゾンを供給せずに従来の空燃比制御（即ち、リッチ化）を実行した場合について、始動時のテールパイプＨＣ平均濃度及びテールパイプＣＯ平均濃度の比較を行ったものである。これらの図から、テールパイプＨＣ及びテールパイプＣＯいずれも、上記実施形態に係る制御装置１を適用したエンジン３の方が従来のエンジンよりも有意に少ないことが分かる。 Here, the verification result of the tail pipe emission reduction effect of the above embodiment will be described.
FIG. 5 is a diagram for explaining the effect of reducing tail pipe emissions of the above embodiment. FIG. 5A shows an engine 3 to which the control device 1 according to the above embodiment is applied and a tail at the start of a conventional engine. It is a figure which shows pipe HC density | concentration, (B) is a figure which shows the tail pipe CO density | concentration at the time of those starting. More specifically, according to the procedure described in the above embodiment, a predetermined amount of ozone is supplied to the intake system at the time of cold start, and air-fuel ratio control based on the ozone introduction amount QO3 introduced into the combustion chamber (that is, leaning). Compare the tailpipe HC average concentration and the tailpipe CO average concentration at the time of starting for the case of executing the conventional air-fuel ratio control (that is, enrichment) without supplying ozone at the time of cold starting. It is what I did. From these figures, it can be seen that both the tail pipe HC and the tail pipe CO are significantly fewer in the engine 3 to which the control device 1 according to the above embodiment is applied than in the conventional engine.

また、図６は、上記実施形態に係る制御装置１を適用したエンジン３と、従来のエンジンの始動時におけるテールパイプＨＣ濃度の変化を示す図である。より詳しくは、図５の（Ａ）と同様に、上記実施形態で説明した手順に従って、冷間始動時に所定量のオゾンを吸気系に供給し、燃焼室に導入されるオゾン導入量ＱＯ３に基づいた空燃比制御（即ち、リーン化）を実行した場合と、冷間始動時にオゾンを供給せずに従来の空燃比制御（即ち、リッチ化）を実行した場合について、テールパイプＨＣ濃度の時間変化の比較を行ったものである。この図６から、いずれのエンジンにおいても始動直後のテールパイプＨＣ濃度が高く、時間の経過に伴ってテールパイプＨＣ濃度が低下することが分かる。また、始動直後におけるテールパイプＨＣ濃度は、上記実施形態に係る制御装置１を適用したエンジン３の方が従来のエンジンよりテールパイプＨＣが有意に少ないことが分かる。
以上の結果から、上記実施形態のテールパイプエミッション低減効果が検証されたと言える。 FIG. 6 is a diagram showing changes in the tail pipe HC concentration when the engine 3 to which the control device 1 according to the above embodiment is applied and the conventional engine is started. More specifically, as in FIG. 5A, according to the procedure described in the above embodiment, a predetermined amount of ozone is supplied to the intake system at the time of cold start, and is based on the ozone introduction amount QO3 introduced into the combustion chamber. Change of tail pipe HC concentration over time when air-fuel ratio control (ie leaning) is executed and when conventional air-fuel ratio control (ie enrichment) is executed without supplying ozone during cold start This is a comparison. From FIG. 6, it can be seen that in any engine, the tail pipe HC concentration immediately after start-up is high, and the tail pipe HC concentration decreases with time. Further, it can be seen that the tail pipe HC concentration immediately after the start is significantly lower in the engine 3 to which the control device 1 according to the embodiment is applied than in the conventional engine.
From the above results, it can be said that the tail pipe emission reduction effect of the above embodiment has been verified.

本実施形態では、図２のステップＳ１の実行に係る手段が始動意志判定手段に相当し、ステップＳ２の実行に係る手段がオゾン供給制御手段に相当し、ステップＳ３及びＳ６の実行に係る手段がオゾン導入量取得手段に相当し、ステップ５の実行に係る手段が始動判定手段に相当し、ステップＳ７の実行に係る手段が始動時目標空燃比設定手段に相当する。   In the present embodiment, the means related to the execution of step S1 in FIG. 2 corresponds to the starting will determination means, the means related to the execution of step S2 corresponds to the ozone supply control means, and the means related to the execution of steps S3 and S6. Corresponding to the ozone introduction amount obtaining means, the means relating to the execution of step 5 corresponds to the start determination means, and the means relating to the execution of step S7 corresponds to the starting target air-fuel ratio setting means.

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は本発明に含まれる。   It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications and improvements within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.

上記実施形態では、ポート噴射型の火花点火式エンジンに本発明を適用したが、これに限定されない。例えば、筒内噴射型の火花点火式エンジンに本発明を適用してもよい。   In the above embodiment, the present invention is applied to a port injection type spark ignition engine, but the present invention is not limited to this. For example, the present invention may be applied to a cylinder ignition type spark ignition engine.

また、上記実施形態では、燃焼室３５に導入されるオゾン量を推定して取得したが、気筒３０に近い吸気ポート４１付近にオゾン濃度計を配置し、このオゾン濃度計により検出されるオゾン濃度とエアフローメータで検出される吸気量ＱＧに基づいて、オゾン導入量ＱＯ３を算出してもよい。   In the above embodiment, the amount of ozone introduced into the combustion chamber 35 is estimated and acquired. However, an ozone concentration meter is disposed near the intake port 41 near the cylinder 30, and the ozone concentration detected by the ozone concentration meter is obtained. The ozone introduction amount QO3 may be calculated based on the intake air amount QG detected by the air flow meter.

また、上記実施形態では、オゾン発生器４８１として無声放電式のものを用いたがこれに限定されない。例えば、電気分解式や紫外線式のものを用いてもよい。   In the above embodiment, the silent generator is used as the ozone generator 481, but the present invention is not limited to this. For example, an electrolysis type or an ultraviolet type may be used.

また、上記実施形態では、オゾン発生器４８１を吸気管４内に設けたが、これに限定されない。例えば、吸気管４とは別にオゾン発生器を設け、このオゾン発生器から吸気管４内にオゾンを供給してもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the ozone generator 481 was provided in the intake pipe 4, it is not limited to this. For example, an ozone generator may be provided separately from the intake pipe 4, and ozone may be supplied from the ozone generator into the intake pipe 4.

１…制御装置
２…ＥＣＵ（オゾン導入量取得手段、空燃比制御手段、始動意志判定手段、オゾン供給制御手段、始動判定手段、始動時目標空燃比設定手段）
３…エンジン（内燃機関）
４…吸気管（吸気系）
３５…燃焼室
４０…吸気系
４１…吸気ポート（吸気系）
４５…ポート燃料噴射弁（燃料供給手段）
４７…スロットル弁（吸気量制御手段）
４８…オゾン供給部（オゾン供給手段）
５３…ＴＷＣ
９１…エアフローメータ
９３…イグニッションスイッチ
９５…スタータスイッチ
９７…クランク角度位置センサ
４８１…オゾン発生器（オゾン供給手段）
４８３…駆動装置（オゾン供給手段） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Control apparatus 2 ... ECU (Ozone introduction amount acquisition means, air-fuel ratio control means, starting intention determination means, ozone supply control means, start determination means, start target air-fuel ratio setting means)
3. Engine (internal combustion engine)
4 ... Intake pipe (intake system)
35 ... Combustion chamber 40 ... Intake system 41 ... Intake port (intake system)
45. Port fuel injection valve (fuel supply means)
47. Throttle valve (intake air amount control means)
48 ... Ozone supply unit (ozone supply means)
53 ... TWC
DESCRIPTION OF SYMBOLS 91 ... Air flow meter 93 ... Ignition switch 95 ... Starter switch 97 ... Crank angle position sensor 481 ... Ozone generator (ozone supply means)
483 ... Drive device (ozone supply means)

Claims (3)

内燃機関の吸気系を介して当該機関の燃焼室に吸入される吸気の流量を制御する吸気量制御手段と、前記機関に燃料を供給する燃料供給手段と、前記吸気系にオゾンを供給するオゾン供給手段と、を備えた内燃機関の制御装置において、
前記吸気系を介して前記機関の燃焼室に導入されるオゾン量を検出または推定するオゾン導入量取得手段と、
前記検出または推定されたオゾン導入量に基づいて前記吸気量及び燃料供給量を制御することにより、前記燃焼室内の混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段と、を備え、
前記オゾン供給手段は、空気を導入してオゾンを発生させるオゾン発生器と、交流電圧を印加して前記オゾン発生器を駆動させる駆動装置と、を更に備え、
前記オゾン導入量取得手段は、前記オゾン発生器に導入された空気の流量及び温度、前記交流電圧のデューティー比並びに電圧印加時間に基づいて、前記オゾン発生器で発生したオゾン発生量を算出し、当該算出されたオゾン発生量と、前記オゾン発生器から前記燃焼室までのオゾン導入経路における温度、湿度及び経路長のうち少なくとも１つに基づいて、前記オゾン導入量を推定することを特徴とする内燃機関の制御装置。 Intake amount control means for controlling the flow rate of intake air taken into the combustion chamber of the internal combustion engine via the intake system, fuel supply means for supplying fuel to the engine, and ozone for supplying ozone to the intake system An internal combustion engine control device comprising:
Ozone introduction amount acquisition means for detecting or estimating the amount of ozone introduced into the combustion chamber of the engine via the intake system;
By controlling the intake air amount and the fuel supply amount based on the detected or estimated ozone introduction amount, Bei give a, and the air-fuel ratio control means for controlling the air-fuel ratio of the mixture in the combustion chamber,
The ozone supply means further comprises an ozone generator that introduces air to generate ozone, and a drive device that drives the ozone generator by applying an alternating voltage,
The ozone introduction amount acquisition means calculates the ozone generation amount generated in the ozone generator based on the flow rate and temperature of air introduced into the ozone generator, the duty ratio of the AC voltage and the voltage application time, The ozone introduction amount is estimated based on the calculated ozone generation amount and at least one of temperature, humidity, and path length in an ozone introduction path from the ozone generator to the combustion chamber. Control device for internal combustion engine. 内燃機関の吸気系を介して当該機関の燃焼室に吸入される吸気の流量を制御する吸気量制御手段と、前記機関に燃料を供給する燃料供給手段と、前記吸気系にオゾンを供給するオゾン供給手段と、を備えた内燃機関の制御装置において、
前記吸気系を介して前記機関の燃焼室に導入されるオゾン量を検出または推定するオゾン導入量取得手段と、
前記検出または推定されたオゾン導入量に基づいて前記吸気量及び燃料供給量を制御することにより、前記燃焼室内の混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段と、を備え、
運転者の始動意志の有無を判定する始動意志判定手段と、
運転者の始動意志が有ると判定されたことに応じて前記オゾン供給手段によりオゾンの供給を開始するオゾン供給制御手段と、
前記機関の回転数が所定値に達したときに前記機関が始動したと判定する始動判定手段と、
前記機関が始動したと判定されたことに応じて前記オゾン導入量取得手段により検出または推定されたオゾン導入量に基づいて、始動時における前記混合気の目標空燃比を設定する始動時目標空燃比設定手段と、を更に備え、
前記空燃比制御手段は、始動時における前記混合気の空燃比を前記設定された始動時目標空燃比と一致するように制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。 Intake amount control means for controlling the flow rate of intake air taken into the combustion chamber of the internal combustion engine via the intake system, fuel supply means for supplying fuel to the engine, and ozone for supplying ozone to the intake system An internal combustion engine control device comprising:
Ozone introduction amount acquisition means for detecting or estimating the amount of ozone introduced into the combustion chamber of the engine via the intake system;
By controlling the intake air amount and the fuel supply amount based on the detected or estimated ozone introduction amount, Bei give a, and the air-fuel ratio control means for controlling the air-fuel ratio of the mixture in the combustion chamber,
Starting will determination means for determining the presence or absence of the driver's intention to start;
Ozone supply control means for starting the supply of ozone by the ozone supply means in response to a determination that the driver has a willingness to start;
Start determination means for determining that the engine has started when the rotational speed of the engine reaches a predetermined value;
A target air-fuel ratio at start-up that sets a target air-fuel ratio of the air-fuel mixture at the time of start-up based on the amount of ozone introduced or detected by the ozone-introduction-amount acquisition means when it is determined that the engine has started Setting means, and
The control apparatus for an internal combustion engine, wherein the air-fuel ratio control means controls an air-fuel ratio of the air-fuel mixture at the time of start-up to coincide with the set start-time target air-fuel ratio . 前記始動時目標空燃比設定手段は、前記始動時目標空燃比を理論空燃比よりもリーン側に設定することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の制御装置。
3. The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the starting target air-fuel ratio setting means sets the starting target air-fuel ratio to a leaner side than the theoretical air-fuel ratio.
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