JP2018178723A - 内燃機関制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】自着火燃焼方式の内燃機関において、燃焼室内温度が高温の場合に燃料の着火性を向上させる内燃機関制御システムを提供する。【解決手段】内燃機関制御システム８０１は、空気中の燃料を自着火燃焼させる拡散燃焼モードにより内燃機関１０の運転を制御する。水導入部３３及び超音波生成装置３５は、吸気通路２１又は燃焼室１２内にラジカルを発生させる添加物質として、ＯＨラジカルを発生させる過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）を供給可能であり、「添加物質供給装置」として機能する。供給制御部７１は、過酸化水素供給量を制御する。過酸化水素は７００Ｋ以上の温度で分解し、ＯＨラジカルを生成可能であるため、上死点付近での燃料噴射時における燃焼室内温度が８００〜９００Ｋ程度の高温である場合にも燃料の着火性を向上させることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の燃焼を制御する内燃機関制御システムに関する。

従来、内燃機関の燃焼制御に関して、燃料の自己着火性を向上させる技術が知られている。例えば特許文献１に開示された圧縮自己着火式エンジンは、燃焼室内にオゾンを供給する手段を備え、オゾンの分解によって生じるＯラジカルにより、予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ）燃焼における燃料の自己着火を促進させる。また、エンジンの負荷に応じて、高負荷時には燃料の噴射時期を遅らせてオゾンの供給タイミングを調整する。

特許第５９０６９８２号公報

特許文献１にも記載されている通り、オゾンは、燃焼室内温度が５００〜６００Ｋ程度で分解し、Ｏラジカルを生成する。以下、温度単位の［Ｋ］はケルビンである。
ラジカルは不安定な活性物質であり、生成されてから短時間で大部分が消失する。例えばＯラジカルの時定数は数十μｓであり、生成後１ｍｓも経過しないうちに数千〜数万分の一以下のオーダーにまで減少すると考えられる。

また、高圧縮比エンジンにおける圧縮端（すなわちピストンの上死点）付近の温度は、オゾンの分解温度を上回る８００〜９００Ｋ程度である。そのため、高圧縮比エンジンの圧縮端付近で燃料を噴射する場合、オゾンの供給によって燃料にＯラジカルを供給することは困難である。したがって、特許文献１の従来技術では、燃焼室内温度が高温の場合に燃料の着火性を向上させることができないという問題がある。

本発明はこのような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、自着火燃焼方式の内燃機関において、燃焼室内温度が高温の場合に燃料の着火性を向上させる内燃機関制御システムを提供することにある。

本発明の内燃機関制御システムは、空気中の燃料を自着火燃焼させる燃焼モードにより内燃機関（１０）の運転を制御する内燃機関制御システムであって、一つ以上の添加物質供給装置（３３、３５、４０）と、供給制御部（７１）と、を備える。
添加物質供給装置は、吸気通路（２１）又は燃焼室（１２）内にラジカルを発生させる添加物質を供給可能である。供給制御部は、添加物質の供給量を制御する。
そして、添加物質には、７００Ｋ以上の温度でラジカルを生成可能な物質が少なくとも含まれる。

ここで、「７００Ｋ以上の温度でラジカルを生成可能」とは、この技術分野の技術常識に鑑みて現実的に有効な量のラジカルを生成可能、という意味で解釈される。
つまり、一般に化学物質の分解は、反応の開始から化学平衡が分解側に移動し無限時間後に収束する一次遅れ応答の現象として理解される。言い換えれば、反応開始から有限時間後には分解が１００％完了するわけではなく、厳密にはごく微量の物質が未分解の状態で残留している。
例えば特許文献１に開示されているオゾンは、７００Ｋでほぼ分解し、発生したＯラジカルの大部分は直ちに消失すると考えられるが、それでも、内燃機関の燃焼サイクルオーダーの時間で、ごく微量のＯラジカルは存在するはずである。

しかし、その程度の微量のＯラジカルは、技術常識に照らして、着火性の向上効果に現実的に有効であるとは到底考えられない。したがって、たとえ生成量が厳密には０でないとしても、そのレベルのＯラジカルの生成は、「ラジカルを生成可能」という解釈からは除外されるものとする。
要するに、「７００Ｋ以上の温度でラジカルを生成可能」という特定事項は、燃焼室内にオゾンのみが供給される特許文献１の従来技術を排除する趣旨である。

また、「７００Ｋ以上の温度でラジカルを生成可能」とは、７００Ｋ以上のあらゆる高温領域、例えば数千Ｋでラジカルを生成可能である、という意味ではない。添加物質によるラジカルの生成が例えば８００〜９００Ｋの温度領域で実現可能であれば、この要件を満足するものと解釈する。もちろん、内燃機関の技術常識に照らして、現実的な燃焼室内の温度を上回る温度領域まで想定する必要が無いことは自明である。

本発明では、７００Ｋ以上の温度で吸気通路又は燃焼室内にラジカルを生成可能な添加物質が供給される。これにより、例えばガソリンの拡散燃焼方式において、上死点付近での燃料噴射時における燃焼室内温度が８００〜９００Ｋの場合にも、有効量のラジカルを発生させ、着火性を向上させることができる。

この内燃機関制御システムは、添加物質供給装置として具体的に、７００Ｋ以上の温度で吸気通路又は燃焼室内にＯＨラジカルを発生させる過酸化水素を供給可能な過酸化水素供給装置（３３、３５）を備えることが好ましい。また、過酸化水素とオゾンとの両方が供給される構成としてもよい。
なお、過酸化水素供給装置として、例えば特許第４１０３５２５号公報に開示された、水に超音波を照射して過酸化水素に変化させる技術を利用可能である。

第１実施形態による内燃機関制御システムの構成図。 燃焼室内温度センサの設置状態を示す図。 第１、第２実施形態による供給制御フローチャート。 （ａ）燃焼室内温度、（ｂ）運転負荷に応じて過酸化水素供給量を決定するマップ。 オゾン及び過酸化水素の分解特性を比較する図。 クランク角と燃焼室温度との関係を示す特性図。 第２実施形態による内燃機関制御システムの構成図。 第３実施形態による内燃機関制御システムの構成図。 第３実施形態による供給制御フローチャート。 排出未燃ＨＣ、ＳＯＯＴ量に応じて過酸化水素供給量を決定するマップ。 第４実施形態による内燃機関制御システムの構成図。 第４実施形態による供給制御フローチャート。 （ａ）燃焼室内温度、（ｂ）運転負荷、（ｃ）排出未燃ＨＣ、ＳＯＯＴ量に応じて過酸化水素又はオゾン供給量を決定するマップ。 燃焼室内温度に応じて、（ａ）過酸化水素及びオゾン供給量、（ｂ）（過酸化水素供給量／オゾン供給量）の比を決定するマップ。 第５実施形態による（ａ）各モードの供給制御、（ｂ）モード移行期間の供給制御のフローチャート。 燃焼モードによる燃料噴射時期の変更を示す図。

以下、内燃機関制御システムの複数の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の第１〜第４実施形態を包括して「本実施形態」という。複数の実施形態において実質的に同一の構成には、同一の符号を付して説明を省略する。
本実施形態の内燃機関制御システムは、空気中の燃料を自着火燃焼させる燃焼方式により内燃機関の運転を制御する制御システムである。本実施形態は、基本的に燃料としてガソリンを用いるガソリンエンジンに適用されることを想定する。なお、ガソリン以外の燃料への適用の可能性について、その他の実施形態に記載する。

ガソリンエンジンにおいては圧縮比を大きくすることにより理論効率を向上させることが高効率化のために有効である。この理論は、熱効率η、圧縮比ε、及び比熱比γの関係を表す下式において、圧縮比εを大きくするほど熱効率ηが１に近づくことに基づく。

しかし、高圧縮比とするとノック、すなわちエンドガスの自着火が発生しやすくなるため、ノックを抑制することが課題となっている。その解決策として、圧縮された空気に燃料を噴射しながら自着火させて燃焼させる、ディーゼルエンジンと同様の燃焼方式である「拡散燃焼方式」がある。
この拡散燃焼方式ではエンドガスに混合気が存在しないため、ノックフリー化が可能となる。しかし、ガソリンは着火性が低いため自着火が困難であり、着火性を向上させる技術が求められている。

上記の課題に対して、特許文献１（特許第５９０６９８２号公報）には、オゾン添加によるガソリンの着火性向上技術が提案されている。この技術では、化学式１によるオゾン分解で生成されるＯラジカルにより燃焼反応を促進することができる。

しかし、オゾンは５００〜６００Ｋ程度で分解し、Ｏラジカルを生成する。生成されたラジカルは不安定な活性物質であり、時定数が数十μｓ程度のオーダーで大部分が急速に消失する。
一方、拡散燃焼方式において、圧縮端（すなわちピストンの上死点）付近で燃料を噴射する場合、高圧縮比エンジンにおける圧縮端の温度は８００〜９００Ｋ程度となる。したがって、特許文献１の従来技術によるオゾン添加の技術では、燃料にラジカルを供給することは困難である。

そこで第１〜第３実施形態では、高圧縮比ガソリンエンジンの拡散燃焼方式において、燃焼室内温度が８００〜９００Ｋ程度の高温となる上死点付近で燃料噴射される場合に、効果的にラジカルを燃料に供給する技術を提案する。
具体的には、「７００Ｋ以上の温度でラジカルを生成可能な添加物質」を供給することで、生成されたラジカルが８００〜９００Ｋの環境でも直ちに消失しにくいようにする。その添加物質の例として、ＯＨラジカルを発生させる過酸化水素を供給する実施形態について詳しく説明する。

また、第４実施形態では、ラジカルを発生させる添加物質として過酸化水素を供給するモードと、オゾンを供給するモードとを切り替える実施形態について説明する。
以下、添加物質の記載について、原則として明細書中では「過酸化水素」、「オゾン」と記載し、図面中では化学式を用いて「Ｈ₂Ｏ₂」、「Ｏ₃」と記載する。

（第１実施形態）
第１実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。
内燃機関１０は、例えば車両に搭載される多気筒エンジンであり、各気筒のシリンダ１５内をピストン１３が往復移動する。図１には、一気筒のヘッド側部分断面を図示する。吸気通路２１から吸気マニホールド１１への分流、及び、排気マニホールド１４から排気通路２２への合流の図示を省略する。

燃焼室１２は、シリンダ１５の内側面、シリンダヘッド１６の下面、及び、ピストン１３の冠面１３０に区画された空間である。吸気弁１７は、吸気マニホールド１１から燃焼室１２に連通する吸気ポートを開閉する。排気弁１８は、燃焼室１２から排気マニホールド１４に連通する排気ポートを開閉する。燃料噴射弁３０は、燃焼室１２内に燃料を噴射する。

図１では、吸気通路２１におけるエアフィルタやスロットル弁、また、排気通路２２における排気浄化触媒等の図示を省略する。
第１実施形態の内燃機関制御システム８０１では、水タンク３１、水供給通路３２、及び、水タンク３１の水（すなわちＨ₂Ｏ）を吸気通路２１に導入する水導入部３３が設けられている。また、水供給通路３２の導入口３４よりも下流の吸気通路２１に、超音波生成装置３５が設けられている。

水導入部３３により吸気通路２１に導入された水に超音波生成装置３５が超音波を照射することで、過酸化水素が生成される。つまり、第１実施形態における水導入部３３及び超音波生成装置３５は「過酸化水素供給装置」として機能する。
特許第４１０３５２５号公報には、三元触媒等の上流域で排気に２００ｋＨｚ付近の超音波を照射し、排気中に含まれている水分を過酸化水素に変化させる排気浄化装置の技術が開示されている。この技術では、ＨＣ、ＣＯの未燃物を酸化させることによる浄化性能の向上や、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に対するＨＣ被毒の解消に過酸化水素を利用している。
それに対し第１実施形態では、別の目的で吸気中に過酸化水素を生成する。

第１実施形態において、過酸化水素は、「吸気通路２１又は燃焼室１２内にラジカルを発生させる添加物質」の一例である。また、水導入部３３及び超音波生成装置３５により構成される「過酸化水素供給装置」は、「添加物質供給装置」の一形態に相当する。
過酸化水素は、吸気通路２１又は燃焼室１２内において化学式２により分解し、ＯＨラジカルを生成する。燃焼室１２内にＯＨラジカルが供給されることで燃料の着火性が向上する。

図１には、吸気通路２１の内燃機関１０の近傍に、吸気温度を検出する熱電対等の温度センサ６１が設けられている。また、シリンダ１５の内側面から燃焼室１２に突き出し、燃焼室内温度を直接検出する熱電対等の温度センサ６２が設けられている。ただし、温度センサ６１、６２は、少なくともいずれか一方が設けられればよい。

また、燃焼室１２に温度センサが設けられる構成として、図２に示すように、シリンダヘッド１６の下面に、燃料噴射弁３０に隣接して、温度センサ６３が設けられてもよい。ただし、燃料噴射弁３０から噴射される噴霧が温度センサ６３にかかると、燃焼室内温度を精度良く検出することができない。そのため、温度センサ６３の燃焼室１２内への突き出し量ｄ３は、噴霧との干渉を避けるため０又はできるだけ微量とすることが好ましい。一方、燃料噴射弁３０から離れた位置に設けられる温度センサ６２は、噴霧による影響が少ないため、突き出し量ｄ２が比較的大きくても問題ない。

エンジンＥＣＵ７０は、供給制御部７１、噴射制御部７２等を含み、内燃機関１０の運転を制御する。
供給制御部７１は、一般化した表現では、「ラジカルを発生させる添加物質の供給量」を制御する。具体的に第１実施形態では、供給制御部７１は、水導入部３３及び超音波生成装置３５による過酸化水素供給量を制御する。
噴射制御部７２は、燃料噴射弁３０による燃料噴射量や噴射タイミングを制御する。

供給制御部７１は、吸気通路２１に設けられた温度センサ６１が検出した吸気温度に基づいて燃焼室内温度を推定するか、或いは、燃焼室１２に設けられた温度センサ６２が検出した温度を燃焼室内温度として取得する。
また、供給制御部７１は、内燃機関１０の運転負荷を取得する。例えば車両の内燃機関１０の場合、運転負荷を表すパラメータとして、アクセル開度がアクセルＥＣＵ７５から取得される。

図３に第１実施形態による過酸化水素供給制御のフローチャートを示す。以下のフローチャートの説明で記号Ｓは「ステップ」を表す。また、後出の実施形態のフローチャートにおいて、第１実施形態のステップと実質的に同一のステップには同一のステップ番号を付して説明を省略する。
供給制御部７１は、Ｓ１で温度センサ６１又は６２から燃焼室内温度を取得し、Ｓ２でアクセルＥＣＵ７５から運転負荷を取得する。Ｓ１及びＳ２の実行順序は問わない。

Ｓ４Ａでは、供給制御部７１は、燃焼室内温度及び運転負荷に応じて過酸化水素供給量を決定する。燃料は、燃焼室内温度が低いほど、また、運転負荷が低いほど自着火しにくいため、そのような自着火しにくい条件では過酸化水素を増量し、着火性を向上させることが好ましい。
そこで供給制御部７１は、図４（ａ）に示すように、燃焼室内温度が低いほど、過酸化水素供給量を増加させる。また、供給制御部７１は、図４（ｂ）に示すように、運転負荷が低いほど、過酸化水素供給量を増加させる。
Ｓ５Ａでは、供給制御部７１は、決定した供給量に基づいて、「過酸化水素供給装置」としての水導入部３３及び超音波生成装置３５を作動させる。

続いて図５、図６を参照し、第１実施形態による作用効果を説明する。
図５に、温度と、過酸化水素及びオゾンの分解速度との関係を示す。
オゾンは、低温のＬ領域においても分解速度が高く、温度上昇に伴い、高温のＨ領域に向かって分解速度が比較的緩やかな傾きで上昇する。一方、過酸化水素は、低温のＬ領域では、オゾンに対して分解速度が顕著に低い。そして、温度上昇に伴い、高温のＨ領域に向かって分解速度が比較的急な傾きで上昇する。
例えば、Ｌ領域は５００〜６００Ｋ程度の温度領域に相当し、Ｈ領域は８００〜９００Ｋ程度の温度領域に相当すると考えられる。

図６に、ピストン１３の位置に相関するクランク角と、燃焼室内温度との関係を示す。
吸気行程から圧縮行程の途中まで、燃焼室内温度は、オゾンの分解温度Ｔｒｅｓ＿Ｏ₃より低い。圧縮行程の終期から燃焼室内温度は急に上がり始め、上死点で燃料噴射されるときの温度は、過酸化水素の分解温度Ｔｒｅｓ＿Ｈ₂Ｏ₂と同等である。上死点後の燃焼行程では燃焼室内温度は更に上昇しピークに達した後、徐々に低下する。
ここで、例えば７００Ｋを基準とすると、オゾンが分解し、Ｏラジカルを生成する温度Ｔｒｅｓ＿Ｏ₃は７００Ｋより低く、過酸化水素の分解温度Ｔｒｅｓ＿Ｈ₂Ｏ₂は７００Ｋより高い。要するに、過酸化水素はオゾンに比べて高温で分解し、７００Ｋ以上の温度でＯＨラジカルを生成可能である。

このように、第１実施形態では、吸気に過酸化水素を供給することで、燃焼室１２内にＯＨラジカルを発生させ、拡散燃焼における燃料の着火性を向上させることができる。
また、供給制御部７１は、燃焼室内温度が低い場合や運転負荷が低い場合のように燃料が着火しにくい条件ほど過酸化水素供給量を増加させることで、着火性を向上させることができる。
また、吸気通路２１に導入された水に超音波生成装置３５により超音波を照射することで、簡易に過酸化水素を生成することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態について、図７を参照して説明する。
排気再循環（いわゆるＥＧＲ）システムを有する第２実施形態の内燃機関制御システム８０２は、排気通路２２から分岐し吸気通路２１に連通するＥＧＲ通路２３が設けられている。ＥＧＲバルブ２４が開いているとき、燃焼により生成された水分を含む排気の一部がＥＧＲ通路２３を経由して吸気通路２１に還流される。

ＥＧＲ通路２３には、超音波生成装置３５が設けられている。超音波生成装置３５は、還流される排気に超音波を照射し、排気中の水分を過酸化水素に変化させることにより、「過酸化水素供給装置」として機能する。
超音波生成装置３５から供給された過酸化水素は、吸気と共に燃焼室１２に供給され、ＯＨラジカルを生成することで、拡散燃焼での燃料の着火性を向上させる。

第２実施形態による過酸化水素供給制御のフローチャート、及び、燃焼室温度、運転負荷に応じた過酸化水素供給量のマップは、第１実施形態の図３、図４が援用される。フローチャートのＳ５Ａで、供給制御部７１は、「過酸化水素供給装置」としての超音波生成装置３５を作動させ、吸気通路２１に還流される排気中に過酸化水素を供給する。
第２実施形態は、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。また、排気再循環システムを有する内燃機関制御システム８０において、排気中の水分を有効に利用して過酸化水素を供給することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態について、図８〜図１０を参照して説明する。
図８に示すように、第３実施形態の内燃機関制御システム８０３は、第１実施形態の制御システム８０１の構成に加え、排気中の排出未燃ＨＣ、ＳＯＯＴ（いわゆる「すす」）量を測定し供給制御部７１に通知する測定装置５０が排気通路２２に設けられている。
車両の内燃機関１０では、例えば車両の加速時や冷間時等に排出未燃ＨＣやＳＯＯＴ量が増加する傾向にあり、これを低減することが求められる。

図９の供給制御フローチャートのＳ１、Ｓ２は、第１、第２実施形態の図３と共通である。Ｓ２の後のＳ３で、供給制御部７１は、排出未燃ＨＣ、ＳＯＯＴ量を取得する。
図１０のマップに示すように、供給制御部７１は、排気中の排出未燃ＨＣ、ＳＯＯＴ量が多いほど過酸化水素供給量を増加させることにより、未燃物質の排出量を低減させる。

つまり、供給制御部７１は、フローチャートのＳ４Ａで、燃焼室内温度、運転負荷、排出未燃ＨＣ、ＳＯＯＴ量の３つのパラメータに応じて過酸化水素供給量を決定する。そして、供給制御部７１は、Ｓ５Ａで、決定した供給量に基づいて、「過酸化水素供給装置」としての超音波生成装置３５を作動させる。
第３実施形態は、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。また、排出未燃ＨＣ、ＳＯＯＴ量が多いほど過酸化水素供給量を増加させることで、酸化力を高め、未燃物質の排出量を低減させることができる。

（第４実施形態）
第４実施形態について、図１１〜図１６を参照して説明する。
図１１に示すように、第４実施形態の内燃機関制御システム８０４は、第２実施形態の制御システム８０２と同様に、排気再循環システムのＥＧＲ通路２３が設けられている。
また、内燃機関制御システム８０４は、吸気通路２１又は燃焼室１２にＯラジカルを発生させる添加物質として、オゾンを供給可能なオゾン供給装置４０を備えている。

吸気の一部は、吸気通路２１の上流側から分岐した流入通路４１を経由してオゾン供給装置４０に流入する。オゾン供給装置４０で供給されたオゾンを含む吸気は、第１バルブ４４が開かれると、第１流出通路４３を経由して吸気通路２１の下流側に導入され、第２バルブ４６が開かれると、第２流出通路４５を経由してＥＧＲ通路２３に導入される。
第１流出通路４３を経由して吸気通路２１に供給されたオゾンは、吸気通路２１又は燃焼室１２内にＯラジカルを発生させる。

第２流出通路４５を経由してＥＧＲ通路２３に供給されたオゾンは、化学式３により、還流された排気中の水分を過酸化水素に変化させる。

すなわち、オゾン供給装置４０は、ＥＧＲ通路２３にオゾンを供給し、排気中の水分を利用して過酸化水素を生成する作用を通じて、「過酸化水素供給装置」としての機能を兼ねる。ＥＧＲ通路２３で生成された過酸化水素は、吸気通路２１又は燃焼室１２内にＯＨラジカルを発生させる。

ところで、第２バルブ４６を常に閉じたまま、オゾン供給装置４０で供給されたオゾンを全て吸気通路２１に供給する構成では、特許文献１の従来技術と実質的に違いが無い。一方、第１バルブ４４を常に閉じたまま、オゾン供給装置４０で供給されたオゾンを全てＥＧＲ通路２３に供給する構成では、過酸化水素の生成に使われないオゾンが多少残る可能性があるとしても、ほぼ、第１〜第３実施形態と大差が無いと考えられる。

したがって、第４実施形態では、燃焼室温度及び運転負荷の少なくとも一部の領域で、第１バルブ４４と第２バルブ４６との両方が同時に開かれ、過酸化水素及びオゾンの両方が供給される点に技術的意義がある。
供給制御部７１は、過酸化水素及びオゾンの両方を供給する領域において、各バルブ４４、４６の開度調整により、過酸化水素供給量及びオゾン供給量の絶対量や、オゾン供給量に対する過酸化水素供給量の比を制御する。

上述のように、オゾンは５００〜６００Ｋ程度で分解し、生成されたＯラジカルの大部分が直ちに消失するため、特に７００Ｋ以上の温度では、オゾンよりも分解しにくい過酸化水素を主に供給する方が着火性の向上に有利である。しかし、たとえ７００Ｋ以上の温度であっても、燃焼室１２内のＯラジカルが完全に消失するわけではなく、オゾン供給の効果はある程度期待できる。そこで、オゾン及び過酸化水素の供給量を総合的に制御することが第４実施形態の課題となる。

なお、過酸化水素を供給する構成としては、図１１に示す「ＥＧＲ通路２３にオゾンを供給し排気中の水分を過酸化水素に変化させる構成」に代えて、第１、第２実施形態と同様に超音波生成装置３５を用いてもよい。その場合、オゾン供給装置と過酸化水素供給装置とは独立して構成される。
また、図１１の制御システム８０４には、第３実施形態と同様に、排気通路２２に排出未燃ＨＣ、ＳＯＯＴ量測定装置５０が設けられているが、これは設けられなくてもよい。

図１２の供給制御フローチャートのＳ１、Ｓ２、Ｓ３は、第３実施形態の図９と共通である。Ｓ４Ｂでは、図３、図９のＳ４Ａにオゾンが加わり、供給制御部７１は、過酸化水素及びオゾンの供給量を決定する。同様にＳ５Ｂでは、図３、図９のＳ５Ａにオゾンが加わり、供給制御部７１は、過酸化水素及びオゾンの供給装置を作動する。

図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、図４（ａ）、（ｂ）、図１０の縦軸の「過酸化水素供給量」を「過酸化水素又はオゾン供給量」に置き換えたマップである。
供給制御部７１は、燃焼室内温度が低いほど、又は、内燃機関１０の運転負荷が低いほど、過酸化水素又はオゾンの少なくとも一方の供給量を増加させる。また、供給制御部７１は、排気中の排出未燃ＨＣ、ＳＯＯＴ量が多いほど、過酸化水素又はオゾンの少なくとも一方の供給量を増加させる。例えば供給制御部７１は、過酸化水素又はオゾンの一方の供給量を上記関係により増加させ、他方の供給量を、燃焼室内温度、運転負荷、排出未燃ＨＣ、ＳＯＯＴ量によらず一定としてもよい。

また、供給制御部７１は、燃焼室内温度に応じて、過酸化水素供給量とオゾン供給量とのバランスを変更する。すなわち、供給制御部７１は、燃焼室内温度が高いほど、オゾン供給量に対する過酸化水素供給量の比を増加させ、燃焼室内温度が低いほど、オゾン供給量に対する過酸化水素供給量の比を減少させる。
つまり、例えば７００Ｋ程度を基準として、燃焼室内温度が比較的低いときには、低温で分解するオゾンが優先的に供給され、燃焼室内温度が比較的高いときには、高温で分解する過酸化水素が優先的に供給される。これにより、燃焼室内温度に応じて燃料の着火性を有効に向上させることができる。

一例として、図１４（ａ）に実線で示すように、供給制御部７１は、燃焼室内温度の低下量に対するオゾン供給量の増加勾配を過酸化水素供給量の増加勾配よりも大きくするように、燃焼室内温度が低いほど、過酸化水素供給量及びオゾン供給量を共に増加させる。
これにより、図１４（ｂ）に実線で示すように、（過酸化水素供給量／オゾン供給量）の比は、燃焼室内温度が高いほど増加する。

別の例として、図１４（ａ）に破線で示すように、供給制御部７１は、燃焼室内温度が臨界温度Ｔｃ以上の領域でオゾン供給量を０とし、燃焼室内温度が臨界温度Ｔｃ未満の領域で、燃焼室内温度が低いほど、オゾン供給量を増加させる。
この場合、図１４（ｂ）に破線で示すように、臨界温度Ｔｃ以上の領域で、（過酸化水素供給量／オゾン供給量）の比は無限大となる。このように、「供給量比を増加させる」の概念には、無限大までの増加が含まれる。

次に第４実施形態を応用した燃焼モード切替制御について、図１５、図１６を参照して説明する。内燃機関制御システム８０４は、拡散燃焼モードと予混合自着火燃焼モードとを切替可能なシステムとして構成されている。
予混合自着火燃焼モードは、燃料及び空気の予混合気を圧縮して自着火燃焼させるモードであり、特許文献１に記載されたＨＣＣＩ燃焼等に該当する。なお、予混合自着火燃焼モード用に、吸気通路に別の燃料噴射弁が設けられてもよい。
拡散燃焼モードは、上述の通りディーゼルエンジンと同様に、圧縮された空気に燃料を噴射することで燃焼させるモードである。

予混合自着火燃焼モードは、着火性が良いが、運転負荷が高い場合に適さない。拡散燃焼モードは、高負荷時にも適用できるが、着火性が悪いという特徴がある。そこで、エンジンＥＣＵ７０は、両モードの利点を使い分けるように、運転負荷等に応じて燃焼モードを切り替える。例えば、エンジンＥＣＵ７０の噴射制御部７２は、燃料噴射弁３０の噴射時期を変更する。

図１５に示すように、予混合自着火燃焼モードでは、燃料と空気とを混合させるため、吸気行程又は圧縮行程の初期、つまり、オゾンが主に分解する圧縮行程の途中以前に燃料が噴射される。したがってこのモードでは、供給制御部７１は、オゾンを優先的に供給することで、燃料にＯラジカルを供給し、着火性を向上させることができる。
一方、拡散燃焼モードでは、圧縮行程終期の上死点付近で燃料が噴射される。したがってこのモードでは、供給制御部７１は、オゾンより高温で分解する過酸化水素を優先的に供給することで、燃料にＯＨラジカルを供給し、着火性を向上させることができる。

図１６（ａ）に、各燃焼モードでの供給制御のフローチャートを示す。
Ｓ１１では、燃焼モードが判別される。拡散燃焼モードのとき、Ｓ１１でＹＥＳと判断され、Ｓ１２に移行する。予混合自着火燃焼モードのとき、Ｓ１１でＮＯと判断され、Ｓ１３に移行する。

拡散燃焼モードのとき、供給制御部７１は、Ｓ１２で、過酸化水素のみを供給するか、或いは、（過酸化水素供給量／オゾン供給量）の比を増加させる。なお、過酸化水素のみを供給することは、（過酸化水素供給量／オゾン供給量）の比を無限大に増加させることに等しい。
予混合自着火燃焼モードのとき、供給制御部７１は、Ｓ１３で、オゾンのみを供給するか、或いは、（過酸化水素供給量／オゾン供給量）の比を減少させる。なお、オゾンのみを供給することは、（過酸化水素供給量／オゾン供給量）の比を０にすることに等しい。
これにより、予混合自着火燃焼モードでは、主にオゾンが生成するＯラジカルにより、拡散燃焼モードでは、主に過酸化水素が生成するＯＨラジカルにより、着火性を向上させることができる。

図１６（ｂ）に、モード移行期間における供給制御のフローチャートを示す。
ここでは、拡散燃焼モードのとき過酸化水素のみを供給し、予混合自着火燃焼モードのときオゾンのみを供給する構成を想定する。運転負荷等の変動に伴って、エンジンＥＣＵ７０が燃焼モードの変更を決定した時から、例えば所定の時間、又は、所定のクランク角範囲を移動する期間を「モード移行期間」と定義する。

Ｓ２１では、モード移行期間中であるか判定される。
モード移行期間中で、Ｓ２１でＹＥＳと判断された場合、供給制御部７１は、Ｓ２２で過酸化水素及びオゾンの両方を供給する。モード移行期間が終了すると、移行後の燃焼モードに応じて、過酸化水素又はオゾンの一方が供給されるようになる。これにより、燃焼モード切替時の着火安定性を確保することができる。

このように、第４実施形態は、拡散燃焼モードと予混合自着火燃焼モードとを切替可能なシステムに有効に適用される。なお、予混合自着火燃焼モードでオゾンを供給すること自体は特許文献１に開示された技術であるが、特許文献１には拡散燃焼モードとの切替については言及されていない。さらに、特許文献１には拡散燃焼モードで過酸化水素を供給することによりＯＨラジカルを発生させるという思想は全く示唆されていない。
よって、第４実施形態は、燃焼モードの切替に伴い、添加物質を適切に使い分けてラジカルを発生させるという点に特有の技術的意義を有するものである。

（他の実施形態）
（ａ）添加物質が生成するラジカルは、上記実施形態で例示したＯラジカル、ＯＨラジカル以外のラジカルでもよい。言い換えれば、添加物質供給装置が供給する添加物質は、オゾン又は過酸化水素以外に、何らかのラジカルを７００Ｋ以上の温度で生成可能な物質であればよい。また、化学反応における弊害が生じない限り、複数種類のラジカルが混在して供給されてもよい。
（ｂ）内燃機関の燃料は、ガソリンの他、アルコール燃料やガス燃料であってもよい。
（ｃ）内燃機関の用途は車両に限らず、他の乗物用や一般機械用のものでもよい。

以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

１０・・・内燃機関、
１２・・・燃焼室、
２１・・・吸気通路、
３５・・・超音波生成装置（過酸化水素供給装置、添加物質供給装置）、
４０・・・オゾン供給装置（過酸化水素供給装置、添加物質供給装置）、
７１・・・供給制御部、
８０１−８０４・・・内燃機関制御システム。

Claims (15)

1. 空気中の燃料を自着火燃焼させる燃焼方式により内燃機関（１０）の運転を制御する内燃機関制御システムであって、
   吸気通路（２１）又は燃焼室（１２）内にラジカルを発生させる添加物質を供給可能な一つ以上の添加物質供給装置（３３、３５、４０）と、
   前記添加物質の供給量を制御する供給制御部（７１）と、
   を備え、
   前記添加物質には、７００Ｋ以上の温度でラジカルを生成可能な物質が少なくとも含まれる内燃機関制御システム。
2. 前記添加物質供給装置として、７００Ｋ以上の温度で吸気通路又は燃焼室内にＯＨラジカルを発生させる過酸化水素を供給可能な過酸化水素供給装置（３３、３５）を備える請求項１に記載の内燃機関制御システム。
3. 前記供給制御部は、燃焼室内温度が低いほど、又は、内燃機関の運転負荷が低いほど、過酸化水素供給量を増加させる請求項２に記載の内燃機関制御システム。
4. 前記過酸化水素供給装置は、吸気通路に水を導入する水導入部（３３）、及び、前記水導入部により吸気通路に導入された水に超音波を照射して過酸化水素を生成可能な超音波照射装置（３５）を含む請求項２または３に記載の内燃機関制御システム。
5. 排気の一部を吸気通路に還流するＥＧＲ通路（２３）が設けられており、
   前記過酸化水素供給装置は、前記ＥＧＲ通路を還流する排気中の水分に超音波を照射して過酸化水素を生成可能な超音波照射装置（３５）を含む請求項２または３に記載の内燃機関制御システム。
6. 前記供給制御部は、排気中の排出未燃ＨＣ又はＳＯＯＴ量が多いほど、過酸化水素供給量を増加させる請求項２〜５のいずれか一項に記載の内燃機関制御システム。
7. 前記添加物質供給装置として、吸気通路又は燃焼室内にＯラジカルを発生させるオゾンを供給可能なオゾン供給装置（４０）をさらに備え、
   前記供給制御部は、燃焼室内温度、又は、内燃機関の運転負荷の少なくとも一部の領域で、過酸化水素及びオゾンの両方を供給する請求項２〜６のいずれか一項に記載の内燃機関制御システム。
8. 排気の一部を吸気通路に還流するＥＧＲ通路（２３）が設けられており、
   前記オゾン供給装置は、前記ＥＧＲ通路を還流する排気中の水分に超音波を照射して過酸化水素を生成可能な過酸化水素供給装置としての機能を兼ねる請求項７に記載の内燃機関制御システム。
9. 前記供給制御部は、燃焼室内温度が低いほど、又は、内燃機関の運転負荷が低いほど、過酸化水素又はオゾンの少なくとも一方の供給量を増加させる請求項７または８に記載の内燃機関制御システム。
10. 前記供給制御部は、排気中の排出未燃ＨＣ又はＳＯＯＴ量が多いほど、過酸化水素又はオゾンの少なくとも一方の供給量を増加させる請求項７〜９のいずれか一項に記載の内燃機関制御システム。
11. 前記供給制御部は、燃焼室内温度が高いほど、オゾン供給量に対する過酸化水素供給量の比を増加させる請求項７〜１０のいずれか一項に記載の内燃機関制御システム。
12. 圧縮された空気に燃料を噴射して燃焼させる拡散燃焼モードと、燃料及び空気の予混合気を圧縮して自着火燃焼させる予混合自着火燃焼モードとを切替可能な内燃機関制御システムにおいて、
    前記供給制御部は、
    拡散燃焼モードのとき、過酸化水素のみを供給するか、或いは、オゾン供給量に対する過酸化水素供給量の比を増加させ、
    予混合自着火燃焼モードのとき、オゾンのみを供給するか、或いは、オゾン供給量に対する過酸化水素供給量の比を減少させる請求項７〜１１のいずれか一項に記載の内燃機関制御システム。
13. 前記供給制御部は、前記拡散燃焼モードと前記予混合自着火燃焼モードとが切り替えられるモード移行期間において、オゾン及び過酸化水素の両方を供給する請求項１２に記載の内燃機関制御システム。
14. 前記供給制御部は、燃焼室内に設けられた温度センサ（６２、６３）が検出した温度を燃焼室内温度として取得する請求項１〜１３のいずれか一項に記載の内燃機関制御システム。
15. 前記供給制御部は、吸気通路に設けられた温度センサ（６１）が検出した吸気温度に基づいて燃焼室内温度を推定する請求項１〜１３のいずれか一項に記載の内燃機関制御システム。

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