JPWO2017094164A1 - 内燃機関の燃焼安定化装置 - Google Patents

Abstract

内燃機関の機関出力を制御するための機関出力指令の単位時間当たりの変化量を、機関出力上昇率として演算し、演算された機関出力上昇率に対応する供給電力が、電力供給器からの供給電力によって燃焼促進剤を発生させて内燃機関の燃焼室に供給するとともに供給電力が増加するほど燃焼促進剤の発生量が増加する燃焼促進剤発生器へ供給されるように、電力供給器を制御することで、燃焼促進剤の発生量を調整するように構成されている。

Description

本発明は、燃焼を促進する燃焼促進剤を燃焼室に供給することで燃焼を安定化させる内燃機関の燃焼安定化装置および燃焼安定化方法に関するものである。

従来の内燃機関において、燃焼室にオゾンを供給することで燃焼の安定化を図る技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−２７６４０４号公報

ここで、従来の内燃機関において、低負荷時だけでなく、負荷の上昇時にも過渡的に燃焼が不安定化することがある。特許文献１に記載の従来技術では、内燃機関の負荷の上昇時に燃焼室に供給するオゾン量を減少させる制御を行うように構成されている。

しかしながら、このような制御方式では、内燃機関の負荷の上昇時には、瞬間的にさらなる燃焼の不安定化を招いてしまうという問題がある。また、内燃機関の燃焼状態を検出し、検出結果に従って燃焼室に供給するオゾン量を調整する機能を備えて構成した場合であっても、過渡的な燃焼不安定時には応答が間に合わないという問題がある。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、内燃機関の負荷の上昇に伴う過渡的な燃焼の不安定化を抑制することのできる内燃機関の燃焼安定化装置および燃焼安定化方法を得ることを目的とする。

本発明における内燃機関の燃焼安定化装置は、電力を供給する電力供給器と、電力供給器からの供給電力によって燃焼促進剤を発生させて内燃機関の燃焼室に供給し、供給電力が増加するほど燃焼促進剤の発生量が増加する燃焼促進剤発生器と、内燃機関の機関出力を制御するための機関出力指令を出力する機関出力指令器と、電力供給器を制御する電子制御ユニットと、を備え、電子制御ユニットは、機関出力指令器が出力する機関出力指令の単位時間当たりの変化量を、機関出力上昇率として演算する機関出力上昇率演算部と、機関出力上昇率演算部によって演算された機関出力上昇率に対応する供給電力が供給されるように電力供給器を制御することで、燃焼促進剤の発生量を調整する電力供給制御部と、を有するものである。

また、本発明における内燃機関の燃焼安定化方法は、内燃機関の機関出力を制御するための機関出力指令の単位時間当たりの変化量を、機関出力上昇率として演算するステップと、演算された機関出力上昇率に従って、内燃機関の燃焼室へ供給する燃焼促進剤の量を調整するステップと、を備え、ステップは、電子制御ユニットによって実行されるものである。

本発明によれば、内燃機関の機関出力を制御するための機関出力指令の単位時間当たりの変化量を、機関出力上昇率として演算し、機関出力上昇率に対応する供給電力が供給されるように電力供給器を制御することで、燃焼促進剤発生器からの燃焼促進剤の発生量を調整するように構成されている。これにより、内燃機関の負荷の上昇に伴う過渡的な燃焼の不安定化を抑制することのできる内燃機関の燃焼安定化装置および燃焼安定化方法を得ることができる。

本発明の実施の形態１における内燃機関の燃焼安定化装置の一例を示す概略図である。 本発明の実施の形態１における電力供給器の構成の一例を示す回路図である。 本発明の実施の形態１における燃焼促進剤発生器の構成の一例を示す概略図である。 本発明の実施の形態１における燃焼促進剤発生器の構成の別例を示す概略図である。 本発明の実施の形態１における内燃機関の燃焼安定化装置の一例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１における機関出力指令、機関出力上昇率および供給電力の関係の第１の例を示すタイミング図である。 本発明の実施の形態１における機関出力指令、機関出力上昇率および供給電力の関係の第２の例を示すタイミング図である。 本発明の実施の形態１における機関出力指令、機関出力上昇率および供給電力の関係の第３の例を示すタイミング図である。 本発明の実施の形態１における機関出力指令、機関出力上昇率および供給電力の関係の第４の例を示すタイミング図である 本発明の実施の形態１における機関出力指令、機関出力上昇率および供給電力の関係の第５の例を示すタイミング図である 本発明の実施の形態２における内燃機関の燃焼安定化装置の一例を示す概略図である。 本発明の実施の形態２における内燃機関の燃焼安定化装置の一例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２における機関回転数と電力補正係数とを関連付けたマップの一例を示す概略図である。 本発明の実施の形態２における機関負荷と電力補正係数とを関連付けたマップの一例を示す概略図である。 本発明の実施の形態２における吸気温度と電力補正係数とを関連付けたマップの一例を示す概略図である。 本発明の実施の形態２における吸気湿度と電力補正係数とを関連付けたマップの一例を示す概略図である。 本発明の実施の形態２における吸気圧力と電力補正係数とを関連付けたマップの一例を示す概略図である。 本発明の実施の形態２における発生器温度と電力補正係数とを関連付けたマップの一例を示す概略図である。 図１５に示すマップに従って演算される電力補正係数を説明するための概略図である。 本発明の実施の形態３における内燃機関の燃焼安定化装置の一例を示すブロック図である 本発明の実施の形態３における電力供給時期演算部によって演算される電力供給時期の一例を説明するためのタイミング図である。 本発明の実施の形態４における内燃機関の燃焼安定化装置の一例を示す概略図である。

以下、本発明による内燃機関の燃焼安定化装置および燃焼安定化方法を、好適な実施の形態にしたがって図面を用いて説明する。なお、図面の説明においては、同一部分または相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における内燃機関の燃焼安定化装置の一例を示す概略図である。なお、図１では、内燃機関の燃焼安定化装置（以下、燃焼安定化装置と略すことがある）が適用される内燃機関１と、内燃機関１の燃焼室２および吸気経路３と、吸気経路３に設けられた吸気量調整器８とが併せて図示されている。

ここで、本実施の形態１では、燃焼安定化装置は、内燃機関１の燃焼室２に、燃焼を促進する燃焼促進剤を供給することで燃焼を安定化させるように構成されている。また、燃焼促進剤は、後述する燃焼促進剤発生器５の電極間に交流電圧を印加することで生じる放電によって発生させるように構成されている。

図１において、燃焼安定化装置は、電力供給器４、燃焼促進剤発生器５、電子制御ユニット６および機関出力指令器７を備える。電子制御ユニット６は、電力供給制御部６１、機関出力上昇率演算部６２および吸気量制御部６３を有する。電子制御ユニット６は、例えば、メモリに記憶されたプログラムを実行するＣＰＵと、システムＬＳＩ等の処理回路によって実現される。

電力供給器４は、直流電圧をより高電圧の交流電圧に変換する機能を備え、電力供給制御部６１から入力される電力量指令に従った電力を燃焼促進剤発生器５へ供給する。具体的には、電力供給器４は、電力供給制御部６１から入力される制御信号に従って、電力供給器４自体が有する最大出力以下の電力の範囲内で任意の電力を燃焼促進剤発生器５へ供給可能に構成されている。また、電力供給器４から燃焼促進剤発生器５への電力の供給時期についても、電力供給制御部６１から入力される制御信号に従って制御される。

なお、電力供給器４によって供給される電力、すなわち、交流電圧について、燃焼促進剤発生器５の電極間へ交流電圧を印加したときに放電が発生可能であればよいので、正弦波に限定するものでなく、矩形波であってもよい。

ここで、電力供給器４の具体的な構成例について、図２を参照しながら説明する。図２は、本発明の実施の形態１における電力供給器４の構成の一例を示す回路図である。

図２において、電力供給器４は、直流電源４１、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２、スイッチング素子４３、昇圧トランス４４および共振用コイル４５を有する。

直流電源４１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２へ直流電圧を出力する。なお、直流電源４１としては、例えば、１２Ｖの直流電圧を印加可能な一般的な自動車のバッテリを用いればよい。

ＤＣ／ＤＣコンバータ４２は、直流電源４１が出力する直流電圧を、例えば２倍以上４０倍以下に昇圧し、昇圧後の直流電圧を出力する。昇圧後の直流電圧は、２直列２並列に接続された４つのスイッチング素子４３で構成されたフルブリッジ回路のインバータによって、交流電圧に変換される。スイッチング素子４３は、電力供給制御部６１から入力される制御信号に従って、オンおよびオフに切り替えられる。このような切り替え制御が行われることで、交流電圧の生成が可能となる。

なお、図２では、直流電圧から交流電圧への変換をフルブリッジ回路で行うように構成しているが、その変換をハーフブリッジ回路で行うように構成してもよい。このようにハーフブリッジ回路を用いた場合、スイッチング素子４３の個数が２つで済むものの、フルブリッジ回路と比べて、２倍の電圧がスイッチング素子４３に印加されることとなるので、より高い耐圧のスイッチング素子４３を選定する必要がある。

また、直流電源４１の直流電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ４２によって昇圧せずに、スイッチング素子４３によって、直流電源４１の直流電圧から交流電圧へ直接変換するように構成すれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ４２が不要となる。

昇圧トランス４４の一次側は、２直列２並列に接続された４つのスイッチング素子４３の各２直列間を結ぶように接続されている。昇圧トランス４４の二次側の高圧側端子は、共振用コイル４５を介して燃焼促進剤発生器５に接続される一方、低圧側端子は、接地されている。なお、昇圧トランス４４の巻数比は、必要な昇圧比に従って、例えば、２以上２０以下の範囲で決定される。このように、昇圧トランス４４による昇圧と、共振による昇圧との併用によって生成された高電圧が燃焼促進剤発生器５の電極間へ印加される。

なお、本実施の形態１では、昇圧トランス４４は必ずしも必要ではなく、昇圧トランス４４を設けなくてもよい。この場合、昇圧トランス４４による昇圧と、共振による昇圧との併用でなく、共振による昇圧のみによって、燃焼促進剤発生器５の電極間へ印加する高電圧を生成する必要がある。

電力供給制御部６１は、１Ｈｚ以上の繰り返し周波数を有する制御信号をスイッチング素子４３に出力する。電力供給器４は、電力供給制御部６１から入力される制御信号に従って、燃焼促進剤発生器５の電極間へ電圧を印加する動作と、その電極間に電圧を印加しない動作とを繰り返す。また、その電極間へ電圧を印加する期間と、電圧を印加しない期間との両期間の比率によって、電力供給器４から燃焼促進剤発生器５へ供給される電力の調整が可能となる。なお、制御信号の繰り返し周波数は、内燃機関１の回転と同期させてもよく、その場合、機関回転数と対応させることが可能となるので制御が容易となる。

ここで、燃焼促進剤発生器５の電極間へ電圧を印加する期間においては、時間当たりの燃焼促進剤発生器５への供給電力が一定であると考えられるが、実際には完全に一定ではなく、燃焼促進剤発生器５の放電環境および電力供給器４の温度によって、わずかに増減する。そこで、燃焼促進剤発生器５の低電圧側にコンデンサを設け、電極間へ印加した電圧およびコンデンサの電圧から、リサジュー波形を取得して電力を常時検出し、その検出結果から繰り返し周波数を調整することで電力が一定となるよう保つように構成してもよい。

燃焼促進剤発生器５は、電力供給器４からの供給電力によって、電極間で放電を発生させることで燃焼促進剤を発生させて内燃機関１の燃焼室２に供給する。また、燃焼促進剤発生器５への供給電力が増加するほど燃焼促進剤の発生量が増加する。

ここで、燃焼促進剤発生器５の具体的な構成例について、図３および図４を参照しながら説明する。

図３は、本発明の実施の形態１における燃焼促進剤発生器５の構成の一例を示す概略図である。図３において、燃焼促進剤発生器５は、第１の電極５１、第２の電極５２および誘電体５３を有する。

第１の電極５１は、間隙を介して、第２の電極５２と対向して設けられている。また、第１の電極５１および第２の電極５２の間に、少なくとも１つの誘電体５３を介在させた構成となっている。

第１の電極５１に電力供給器４の高電圧端子を接続し、第２の電極５２に電力供給器４の低電圧端子を接続している。電力供給器４から電極間へ電圧が印加されたとき、誘電体５３を介して、第１の電極５１および第２の電極５２の間隙で誘電体バリア放電が発生する。バリア放電が発生すると、空気中の酸素分子および水分子が分解され、燃焼を促進する燃焼促進剤として、オゾン、ＯＨラジカルおよびＯラジカルの少なくとも１つ以上が生成される。

図４は、本発明の実施の形態１における燃焼促進剤発生器５の構成の別例を示す概略図である。図４において、燃焼促進剤発生器５は、第１の電極５１、第２の電極５２および誘電体５３を有する。

第１の電極５１は、第２の電極５２と対向して設けられている。また、第１の電極５１および第２の電極５２の間に設けられた誘電体５３は、第１の電極５１および第２の電極５２の両方に接した構成となっている。このように構成することで、誘電体５３の表面に沿った放電が可能となり、上記と同様に、燃焼促進剤の発生が可能となる。

ここで、図３に示す構成と、図４に示す構成とを比較した場合、図３に示す構成では、燃焼促進剤の発生効率がより高いという利点があり、図４に示す構成では、放電を発生させるのに必要な印加電圧がより低いという利点がある。

燃焼促進剤発生器５は、内燃機関１の吸気経路３に設けられている。なお、吸気経路３に燃焼促進剤発生器５を設ける際、内燃機関１の吸気量を調整する吸気量調整器８に対して、燃焼室２側に設けてもよいし、大気側に設けてもよい。

吸気量調整器８に対して燃焼室２側に燃焼促進剤発生器５を設けた場合、燃焼促進剤が発生する位置から燃焼室２までの距離を短くすることができるので、発生直後の燃焼促進剤を燃焼室２へ供給することができる。燃焼促進剤が発生する位置から燃焼室２までの距離が長くなる場合、発生した燃焼促進剤の一部が分解されることがあるので、その距離を適切に設定する必要がある。また、内燃機関１の吸気時期に合わせて、燃焼促進剤発生器５で放電を発生させることで、燃焼促進剤が発生してから燃焼室２へ供給されるまでの時間がさらに短縮可能である。

燃焼促進剤発生器５の設置環境は、大気圧以下の環境であるので、放電を発生させるのに必要な電圧が低くなることが利点である。また、吸気による圧力の脈動を利用して、燃焼促進剤発生器５での放電時期を設定することができる。

一方、吸気量調整器８に対して大気側に燃焼促進剤発生器５を設けた場合、安定した圧力環境下での放電の発生が可能となる。また、燃焼促進剤発生器５で放電を発生させるときの周辺圧力の変動によって、電力供給器４が供給する電力が変動してしまう場合であっても、燃焼促進剤発生器５への安定した電力供給が可能となる。

機関出力指令器７は、内燃機関１の機関出力を制御するための機関出力指令を出力するように構成されている。なお、機関出力とは、機関負荷および機関回転数の積で表される。したがって、機関出力の上昇とは、機関負荷および機関回転数の積が上昇することを示す。機関出力指令器７が出力する機関出力指令は、機関出力上昇率演算部６２および吸気量制御部６３に入力される。

ここで、機関出力指令器７の具体的な構成例として、内燃機関１が４輪自動車に搭載されている場合には、アクセルペダルが機関出力指令器７に相当する。また、内燃機関１が２輪自動車に搭載されている場合には、スロットルグリップが機関出力指令器７に相当する。

吸気量制御部６３は、機関出力指令器７が出力する機関出力指令に従って、吸気量を調整するための吸気量指令を吸気量調整器８に出力する。吸気量調整器８は、吸気量指令に従って、吸気量を調整する。具体的には、例えば、吸気量調整器８が吸気バルブで構成される場合、吸気量制御部６３は、吸気バルブの開度を制御するための吸気量指令を出力する。この場合、吸気量調整器８は、吸気量指令に従って吸気バルブの開度が制御されることで、吸気量を調整する。

なお、一般的な自動車では、吸気量に合わせて燃焼室２への燃料の噴射量が決定される。したがって、内燃機関１において、燃焼が安定していれば、吸気量の増加に伴って、機関出力が上昇する。換言すると、本実施の形態１では、燃焼安定化装置によって燃焼を安定化させることができるので、その結果、吸気量の増加に伴って確実に機関出力を上昇させることができる。

機関出力上昇率演算部６２は、機関出力指令器７が出力する機関出力指令の単位時間当たりの変化量を、機関出力上昇率として演算する。具体的には、機関出力上昇率演算部６２は、機関出力指令器７が出力する機関出力指令の時間微分値を演算し、その演算結果を機関出力上昇率とする。なお、本実施の形態１では、機関出力上昇率演算部６２によって演算される機関出力上昇率が０以上の値であるものとする。

通常、内燃機関１では、機関出力の上昇時には少なからず過渡的な燃焼不安定化が発生し、機関出力が急上昇するほど燃焼は不安定化しやすくなる。そこで、吸気量制御部６３は、より時間をかけて吸気量が増加するように、吸気量調整器８を制御する。

なお、燃焼の不安定化とは、内燃機関１の燃焼サイクルごとの機関出力変動が大きくなることを示す。また、燃焼の不安定化が続くと、機関運転が停止する可能性がある。また、内燃機関１が圧縮自着火式のものである場合、多量の排ガス再循環によって、排ガスの熱を次のサイクルに持ち越して連続運転を行っているので、機関出力の上昇時にはより緩慢な調整が必要となる。しかしながら、機関出力指令器７が機関出力指令を出力してから、実際に機関出力が上昇するまでの時間が長くなることは、応答性の低下となるので、実用の観点から好ましくない。

したがって、機関出力上昇時では、燃焼の不安定化および応答性の低下というトレードオフの関係にある両者に対して、バランスを考慮した制御を行っている。つまり、本実施の形態１では、燃焼安定化装置によって、機関出力上昇時における過渡的な燃焼の不安定化を改善するとともに、より急速に機関出力が上昇する際にも燃焼を安定化させることができる。

次に、燃焼安定化装置の制御動作について、図５を参照しながらさらに説明する。図５は、本発明の実施の形態１における内燃機関の燃焼安定化装置の一例を示すブロック図である。

図５において、機関出力指令器７が出力する機関出力指令は、機関出力上昇率演算部６２と、吸気量制御部６３とに入力される。吸気量制御部６３は、入力された機関出力指令に従って、吸気量指令を吸気量調整器８に出力する。吸気量調整器８は、吸気量指令に従って、吸気量を調整する。

機関出力上昇率演算部６２は、入力された機関出力指令から、機関出力上昇率を演算し、その機関出力上昇率を電力供給制御部６１に出力する。

電力供給制御部６１は、機関出力上昇率演算部６２から入力される機関出力上昇率に従って、その機関出力上昇率に対応する、燃焼促進剤発生器５への供給電力を決定する。電力供給制御部６１は、入力された機関出力上昇率が大きいほど、供給電力がより大きくなるように供給電力を決定する。

具体的には、例えば、機関出力上昇率と、供給電力とに関連付けられ、機関出力上昇率が大きくなるほど供給電力が大きくなるように規定されているマップをメモリに予め記憶する。電力供給制御部６１は、メモリに記憶されているマップから、機関出力上昇率演算部６２から入力される機関出力上昇率に対応する供給電力を決定する。

電力供給制御部６１は、決定された供給電力が燃焼促進剤発生器５へ供給されるように、電力供給器４を制御する。これにより、燃焼促進剤発生器５への供給電力に対応する量の燃焼促進剤が発生可能となる。また、燃焼促進剤発生器５への供給電力が大きいほど、燃焼促進剤の発生量が大きくなる。

このように、電力供給制御部６１は、機関出力上昇率演算部６２によって演算された機関出力上昇率に対応する供給電力が供給されるように電力供給器４を制御することで、燃焼促進剤の発生量を調整する。

ここで、内燃機関１の燃焼状態を検出し、その検出結果として燃焼安定度が低ければ、燃焼促進剤を発生させるフィードバック制御も可能であると考えられる。しかしながら、燃焼促進剤発生器５は、吸気経路３に設けられているので、燃焼促進剤が発生してから燃焼室２へ供給されるまでの時間に遅れが生じる。したがって、このようなフィードバック制御では、機関出力に伴う過渡的な燃焼不安定化に対して、応答が間に合わない。これに対して、本実施の形態１では、機関出力の上昇時には、燃焼が不安定化する以前に燃焼促進剤発生器５から燃焼促進剤が発生するので、燃焼が不安定化すると同時に燃焼促進剤を供給することが可能となる。

次に、燃焼安定化装置の動作例について、図６〜図１０を参照しながら説明する。なお、電力供給制御部６１は、図６〜図１０の各図で示す複数の制御パターンの少なくとも１つ以上を用いて、燃焼促進剤発生器５への供給電力を制御するように構成される。

図６は、本発明の実施の形態１における機関出力指令、機関出力上昇率および供給電力の関係の第１の例を示すタイミング図である。

図６において、各縦軸は、機関出力指令器７が出力する機関出力指令の相対値と、機関出力上昇率演算部６２が演算する機関出力上昇率の相対値と、電力供給器４が供給する供給電力の相対値とを示し、横軸は、共通の時間軸としている。

また、図６では、横軸に対して、機関出力指令が一定となる期間Ａと、機関出力指令が増加方向に変化する期間Ｂと、機関出力指令が再度一定となる期間Ｃとに分類することができる。なお、機関出力指令に従って、機関出力が実際に上昇して燃焼が不安定化する時期は、図示する期間Ｃよりもさらに後の未来となる。

図６において、期間Ａでは、機関出力指令が一定となるので、機関出力上昇率が０となり、燃焼促進剤発生器５への供給電力も０となる。燃焼促進剤発生器５への供給電力が０となる場合、燃焼促進剤の発生量が０となる。

続いて、期間Ｂでは、機関出力指令が直線的に増加しているので、機関出力上昇率および供給電力が０ではない一定の値となる。なお、図６から分かるように、期間Ｂは、機関出力指令が増加方向に変化し、かつ機関出力上昇率が一定となる期間である。

続いて、期間Ｃでは、機関出力指令が再度一定となるので、期間Ａと同様に、機関出力上昇率が０となり、燃焼促進剤発生器５への供給電力も０となる。燃焼促進剤発生器５への供給電力が０となる場合、燃焼促進剤の発生量が０となる。

このように、電力供給制御部６１は、期間Ｂ、すなわち、機関出力指令が増加方向に変化し、かつ機関出力上昇率が一定となる期間において、供給電力が一定となるように電力供給器を制御することで、燃焼促進剤の発生量を一定にする。

ここで、期間Ｂよりも、実際に機関出力が上昇する期間の方が長い場合が多い。したがって、期間Ｂから期間Ｃに移行する移行時点から、一定期間、供給電力が継続して供給されるように構成してもよい。

また、機関出力の上昇後に燃焼不安定化が徐々に回復するのであれば、期間Ｂから期間Ｃに移行する移行時点で供給電力を瞬間的に０にせずに、その移行時点から、一定期間をかけて供給電力が徐々に下がりながら継続して供給されるように構成してもよい。この場合、必ずしも供給電力を完全に０まで下げる必要は無く、内燃機関１の運転状況によっては、供給電力が下がり終えた後、わずかな供給電力が継続して供給されるように構成してもよい。このように構成することで、燃焼をより安定化することが可能となる。

また、期間Ｂから期間Ｃに移行する移行時点から、一定期間、その移行時点における供給電力、すなわち、期間Ｂでの供給電力が継続して供給されるようにし、完全に燃焼が安定した後に、供給電力が０となるように構成してもよい。このように構成することで、燃焼が安定するまで十分な量の燃焼促進剤の供給を行うことが可能となる。

なお、期間Ｂから期間Ｃに移行する移行時点から、一定期間、供給電力が継続して供給されるように構成される場合、その移行時点から供給電力が継続して供給される供給時間は、内燃機関１の特性および運転条件を考慮し、予め設定しておけばよい。また、この場合、期間Ｃでの供給電力の値は、期間Ｂでの供給電力以下となるように予め設定しておけばよい。

ここで、機関出力上昇率は、機関出力指令の時間微分値によって示される。具体的には、機関出力上昇率は、機関出力上昇率演算部６２の時間分解能によって離散化されてステップ的に得られる値に対して差分を取ることで、算出される。つまり、現在の機関出力指令と１ステップ前の過去の機関出力指令との差を算出し、その差を時間分解能で除した値を、機関出力指令の時間微分値とする。

機関出力上昇率演算部６２の時間分解能が十分に高い場合、単純な後退差分で問題が生じない場合が多く、機関出力上昇率の算出負荷を軽減することができる。

一方、機関出力上昇率演算部６２の時間分解能が十分に高くない場合、より高次の差分法が必要となる。この場合、現在の機関出力指令と２ステップ以上前の過去の機関出力指令とを用いて、機関出力指令の時間微分値を算出する。なお、どの程度過去の機関出力指令を用いるか、すなわち、どの程度高次の算出を行うかは、算出精度と計算負荷とのトレードオフとなるので、機関出力上昇率演算部６２の時間分解能、メモリ容量および演算速度を考慮して決定すればよい。

図７は、本発明の実施の形態１における機関出力指令、機関出力上昇率および供給電力の関係の第２の例を示すタイミング図である。図７の縦軸および横軸は、先の図６と同様である。

また、図７では、先の図６と同様に、横軸に対して、機関出力指令が一定となる期間Ａと、機関出力指令が増加方向に変化する期間Ｂと、機関出力指令が再度一定となる期間Ｃとに分類することができる。

図７において、期間Ａでは、機関出力指令が一定となるので、機関出力上昇率が０となり、燃焼促進剤発生器５への供給電力も０となる。

続いて、期間Ｂでは、機関出力指令が下に凸となる曲線に沿って増加し、機関出力上昇率が直線的に増加する。そのため、機関出力上昇率の増加に従って、供給電力も直線的に増加する。なお、図７から分かるように、期間Ｂは、機関出力指令が増加方向に変化し、かつ機関出力上昇率が増加方向に変化する期間である。

続いて、期間Ｃでは、機関出力指令が再度一定となるので、期間Ａと同様に、機関出力上昇率が０となり、燃焼促進剤発生器５への供給電力も０となる。

このように、電力供給制御部６１は、期間Ｂ、すなわち、機関出力指令が増加方向に変化し、かつ機関出力上昇率が増加方向に変化する期間において、供給電力が増加方向に変化するように電力供給器４を制御することで、燃焼促進剤の発生量を増加させる。

なお、図７では、期間Ｂにおいて、機関出力上昇率の増加に伴い供給電力が直線的に増加するように制御される場合を例示しているが、供給電力が増加方向に変化すれば、供給電力をどのように増加させてもよい。また、必ずしも、機関出力上昇率と供給電力とを比例関係にする必要は無い。例えば、機関出力上昇率および供給電力の各相対値において、機関出力上昇率が１のとき、供給電力を１０とする場合、機関出力上昇率が２のとき、供給電力を２０ではなく、１５としてもよい。

また、図７では、期間Ｂから期間Ｃに移行する移行時点では、供給電力が０となる場合を例示しているが、上記と同様に、その移行時点から、一定期間、供給電力が継続して供給されるように構成されてもよい。

図８は、本発明の実施の形態１における機関出力指令、機関出力上昇率および供給電力の関係の第３の例を示すタイミング図である。図８の縦軸および横軸は、先の図６と同様である。

また、図８では、先の図６と同様に、横軸に対して、機関出力指令が一定となる期間Ａと、機関出力指令が増加方向に変化する期間Ｂと、機関出力指令が再度一定となる期間Ｃとに分類することができる。

図８において、期間Ａでは、機関出力指令が一定となるので、機関出力上昇率が０となり、燃焼促進剤発生器５への供給電力も０となる。

続いて、期間Ｂでは、機関出力指令が上に凸となる曲線に沿って増加し、機関出力上昇率が直線的に減少する。そのため、機関出力上昇率の減少に従って、供給電力も直線的に減少する。なお、図８から分かるように、期間Ｂは、機関出力指令が増加方向に変化し、かつ機関出力上昇率が減少方向に変化する期間である。

続いて、期間Ｃでは、機関出力指令が再度一定となるので、期間Ａと同様に、機関出力上昇率が０となり、燃焼促進剤発生器５への供給電力も０となる。

このように、電力供給制御部６１は、期間Ｂ、すなわち、機関出力指令が増加方向に変化し、かつ機関出力上昇率が減少方向に変化する期間において、供給電力が減少方向に変化するように電力供給器４を制御することで、燃焼促進剤の発生量を減少させる。

なお、図８では、期間Ｂにおいて、機関出力上昇率の減少に伴い供給電力が直線的に減少するように制御される場合を例示しているが、供給電力が減少方向に変化すれば、供給電力をどのように減少させてもよい。

図９は、本発明の実施の形態１における機関出力指令、機関出力上昇率および供給電力の関係の第４の例を示すタイミング図である。図９の縦軸および横軸は、先の図６と同様である。

また、図９では、横軸に対して、機関出力指令が増加方向に変化する期間Ａと、機関出力指令が増加方向に変化する期間Ｂと、機関出力指令が一定となる期間Ｃとに分類することができる。

図９において、期間Ａでは、機関出力指令が直線的に増加し、機関出力上昇率が一定となる。この場合、電力供給制御部６１は、機関出力上昇率と予め設定された閾値とを比較し、その比較結果から、供給電力を決定する。具体的には、電力供給制御部６１は、その機関出力上昇率が閾値以下であれば、供給電力を０とし、その機関出力上昇率が閾値よりも大きければ、その機関出力上昇率に対応する供給電力を供給する。

このように構成することで、燃焼が著しく不安定とならないような緩慢な機関出力の上昇時には、無駄な電力を消費しないといったことが可能となる。なお、図９では、期間Ａにおいて、機関出力上昇率が閾値以下である場合を例示している。また、閾値は、内燃機関１の特性および運転条件を考慮し、予め設定しておけばよい。

続いて、期間Ｂでは、機関出力指令が上に凸となる曲線に沿って増加し、機関出力上昇率が直線的に減少する。この場合、機関出力上昇率の減少に従って、供給電力も直線的に減少する一方、その供給電力が０よりも大きい予め設定された下限値に到達すれば、その供給電力がその下限値となる。なお、図９から分かるように、期間Ｂは、機関出力指令が増加方向に変化し、かつ機関出力上昇率が減少方向に変化する期間である。

このように構成することで、上記と同様に、期間Ｂから期間Ｃに移行する移行時点から、一定期間、供給電力を継続して供給するようにすることができる。なお、図９では、その移行時点で、供給電力を下限値から０にする場合を例示している。

続いて、期間Ｃでは、機関出力指令が一定となるので、機関出力上昇率が０となり、燃焼促進剤発生器５への供給電力も０となる。

このように、電力供給制御部６１は、期間Ｂ、すなわち、機関出力指令が増加方向に変化し、かつ機関出力上昇率が減少方向に変化する期間において、供給電力が下限値に達した時点以降では、下限値の供給電力が供給されるように電力供給器４を制御する。

図１０は、本発明の実施の形態１における機関出力指令、機関出力上昇率および供給電力の関係の第５の例を示すタイミング図である。図１０の縦軸および横軸は、先の図６と同様である。

また、図１０では、先の図６と同様に、横軸に対して、機関出力指令が一定となる期間Ａと、機関出力指令が増加方向に変化する期間Ｂと、機関出力指令が再度一定となる期間Ｃとに分類することができる。

図１０において、期間Ａでは、機関出力指令が一定となるので、機関出力上昇率が０となり、燃焼促進剤発生器５への供給電力も０となる。

続いて、期間Ｂでは、機関出力指令が直線的に増加しているので、機関出力上昇率および供給電力が０ではない一定の値となる。なお、図１０から分かるように、期間Ｂは、機関出力指令が増加方向に変化し、かつ機関出力上昇率が一定となる期間である。

続いて、期間Ｃでは、機関出力指令が再度一定となるので、機関出力上昇率が０となり、燃焼促進剤発生器５への供給電力も０となる。ここで、期間Ｂが短いほど、瞬時的に供給電力を供給する必要があり、電力供給器４の最大出力に限界がある場合、必要な供給電力を確保することができない。そこで、期間Ｃでは、期間Ｂから期間Ｃに移行する移行時点から、一定期間、供給電力を継続して供給するように制御されている。

このように構成することで、電力供給器４の最大出力に限界がある場合であっても、供給電力の供給時間を延長することができるので、その結果、必要な供給電力を確保することができる。

このように、電力供給制御部６１は、期間Ｂ、すなわち、機関出力指令が増加方向に変化し、かつ機関出力上昇率が一定となる期間から機関出力指令が一定となる期間に移行する移行時点から、一定期間、供給電力が継続して供給されるように電力供給器４を制御する。

以上、本実施の形態１によれば、内燃機関の機関出力を制御するための機関出力指令の単位時間当たりの変化量を、機関出力上昇率として演算し、機関出力上昇率に対応する供給電力が供給されるように電力供給器を制御することで、燃焼促進剤発生器からの燃焼促進剤の発生量を調整するように構成されている。

このように、機関出力指令および機関出力上昇率に従って、燃焼促進剤発生器への供給電力を制御することで燃焼促進剤の発生量が調整されているので、燃焼室への燃焼促進剤の供給の高応答化が可能となるとともに、内燃機関の負荷の上昇に伴う過渡的な燃焼の不安定化の抑制が可能となる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２では、先の実施の形態１の構成に対して、機関出力上昇率に対応する供給電力を補正し、補正後の供給電力が燃焼促進剤発生器５へ供給されるように制御する機能を備えた場合について説明する。なお、本実施の形態２では、先の実施の形態１と同様である点の説明を省略し、先の実施の形態１と異なる点を中心に説明する。

ここで、先の実施の形態１では、機関出力指令の上昇に合わせて、供給電力を制御するように構成されている一方、供給電力に対応して発生する燃焼促進剤の量が、燃焼促進剤発生器５および内燃機関１の各状態によっては変化する可能性があることを考慮していなかった。具体的には、例えば、燃焼促進剤発生器５の温度および内燃機関１の吸気状態量によっては、同等の供給電力が燃焼促進剤発生器５へ供給されても、燃焼促進剤の発生量が異なる可能性がある。

また、燃焼の不安定化の改善に関して、厳密には、燃焼促進剤の発生量だけでなく、燃焼促進剤の濃度も影響するので、内燃機関１の機関回転数および機関負荷に対応する吸気量そのものを把握しておく必要がある。したがって、条件によっては、機関出力上昇率に対応する供給電力が燃焼促進剤発生器５へ供給されても、燃焼促進剤の濃度が足りず、燃焼の不安定化が十分に改善できない可能性がある。

そこで、本実施の形態２では、上記の課題を解決する手段の一例として、燃焼促進剤発生器５および内燃機関１の各状態に従って、機関出力上昇率に対応する供給電力を補正し、補正後の供給電力が燃焼促進剤発生器５へ供給されるように構成されている。

図１１は、本発明の実施の形態２における内燃機関の燃焼安定化装置の一例を示す概略図である。図１１において、燃焼安定化装置は、先の図１の構成に対して、吸気状態量検出器９と、発生器温度検出器１０と、機関回転数検出器１１と、機関負荷検出器１２とをさらに備える。

吸気状態量検出器９は、内燃機関１の吸入空気の状態量である吸気状態量を検出する。具体的には、吸気状態量検出器９は、吸入空気の温度である吸気温度と、吸入空気の湿度である吸入湿度と、吸入空気の圧力である吸気圧力との少なくとも１つを、吸気状態量として検出する。

なお、吸気状態量検出器９の検出位置は、燃焼促進剤発生器５の上流側が好ましい。燃焼促進剤発生器５の上流側を検出位置にすることが構成上困難であれば、燃焼促進剤発生器５の下流側を検出位置としてもよい。また、内燃機関１への吸入前の大気を検出し、圧力損失および燃焼促進剤発生器５の放電による発熱を考慮して補正を行うことで、吸気状態量を検出するように、吸気状態量検出器９を構成してもよい。

吸気状態量として検出される対象によって吸気状態量検出器９の検出位置を変更してもよい。また、内燃機関１に搭載されているセンサ類の値を流用することで吸気状態量を検出するように、吸気状態量検出器９を構成してもよい。

吸気状態量として検出される対象に吸気温度が含まれる場合、吸気状態量検出器９は、一例として、熱電対またはサーミスタ等の温度検出器によって構成される。なお、内燃機関１に吸気温センサが搭載されている場合、吸気状態量検出器９は、別途、上記の温度検出器を用いる必要がなく、その吸気温センサによって構成される。また、吸気温大気の温度を検出する検出器が存在する場合、その検出器の検出値から吸気温度を推定するように、吸気状態量検出器９を構成してもよい。

吸気状態量として検出される対象に吸気湿度が含まれる場合、吸気状態量検出器９は、一例として、サーミスタ、乾湿度計または伸縮式湿度計等の検出器によって構成される。

吸気状態量として検出される対象に吸気圧力が含まれる場合、燃焼促進剤発生器５の位置によって、吸気圧力の検出の仕方が変わる。燃焼促進剤発生器５が吸気量調整器８に対して大気側に設けられている場合、吸気状態量検出器９は、大気側から吸気量調整器８までの吸気経路３では、大気圧と吸気圧力とが等しいものとして、その大気圧を吸気圧力とする。

一方、燃焼促進剤発生器５が吸気量調整器８に対して燃焼室２側に設けられている場合、吸気状態量検出器９は、吸気圧力を検出する。なお、内燃機関１に吸気圧センサが搭載されている場合、吸気状態量検出器９は、その吸気圧センサによって構成される。

発生器温度検出器１０は、燃焼促進剤発生器５の温度である発生器温度を検出する。発生器温度検出器１０は、一例として、熱電対またはサーミスタ等の接触式の温度検出器によって構成される。発生器温度検出器１０の検出位置は、燃焼促進剤発生器５の誘電体５３または第２の電極５２とする。ただし、燃焼促進剤発生器５で放電が発生している間にも、発生器温度を検出するので、検出位置は、誘電体５３および第２の電極５２のいずれであっても、低電圧側であって放電による電気ノイズの影響が小さい位置とする。

なお、誘電体５３の歪み量を検出することで発生器温度を検出するように、または電力供給器４が印加する電圧波形から発生器温度を検出するように、発生器温度検出器１０を構成してもよい。このように構成することで、コストを低減することができる。

また、接触式の温度検出器ではなく、放射温度計等の非接触式の温度検出器によって発生器温度検出器１０を構成してもよい。このように構成することで、接触式の温度検出器を用いる場合と比較して、放電による電気ノイズの影響を受けにくく、設置位置の自由度が上がる。

機関回転数検出器１１は、内燃機関１の機関回転数を検出する。機関回転数検出器１１は、一例として、クランク角を検出するクランク角センサの検出値から機関回転数を検出するように構成される。

機関負荷検出器１２は、内燃機関１の機関負荷を検出する。機関負荷検出器１２は、燃焼室２内の圧力を検出する圧力センサの検出値に対応する正味図示平均有効圧力を用いて、機関負荷を検出するように構成される。また、機関出力指令および機関回転数から機関負荷を推定するように、機関負荷検出器１２を構成してもよい。このように構成することで、機関負荷の検出の応答性が高くなる。

なお、一般的な内燃機関では、吸気量と機関負荷とが同じような指標となるが、本実施の形態２では、燃焼が安定していることを前提条件とはしていないので、吸気量が増加しても機関負荷が増加するとは限らず、両者が示す意味を切り分けている。

次に、燃焼安定化装置の制御動作について、図１２を参照しながらさらに説明する。図１２は、本発明の実施の形態２における内燃機関の燃焼安定化装置の一例を示すブロック図である。

先の図５の構成では、電力供給制御部６１は、機関出力上昇率演算部６２の出力から、燃焼促進剤発生器５へ供給される供給電力を制御する。すなわち、機関出力上昇率に対応する供給電力が燃焼促進剤発生器５へ供給されるように制御される。

これに対して、図１２の構成では、電力供給制御部６１は、機関出力上昇率演算部６２の出力に加えて、さらに、吸気状態量検出器９、発生器温度検出器１０、機関回転数検出器１１および機関負荷検出器１２の各出力から、燃焼促進剤発生器５へ供給される供給電力を制御する。すなわち、上記の各出力に従って、機関出力上昇率に対応する供給電力を補正し、補正後の供給電力が燃焼促進剤発生器５へ供給されるように制御される。

次に、燃焼安定化装置の動作例について、図１３〜図１８を参照しながら説明する。図１３は、本発明の実施の形態２における機関回転数と電力補正係数とを関連付けたマップの一例を示す概略図である。なお、図１３に示すマップは、メモリに予め記憶されている。

ここで、吸気量が機関回転数と概ね比例関係にあるので、燃焼促進剤の濃度は、機関回転数の増加に対して反比例的に低下する。そこで、図１３に示すマップは、機関回転数の増加に対して電力補正係数が比例的に増加するように設定されている。

電力供給制御部６１は、図１３に示すマップに従って、機関回転数検出器１１によって検出された機関回転数に対応する電力補正係数を演算する。

図１４は、本発明の実施の形態２における機関負荷と電力補正係数とを関連付けたマップの一例を示す概略図である。なお、図１４に示すマップは、メモリに予め記憶されている。

ここで、機関負荷が低負荷時には燃焼が不安定になりやすく、機関負荷が中負荷から高負荷に上昇する時よりも、機関負荷が低負荷から中負荷に上昇する時の方が、より大きな供給電力を必要とする。そこで、図１４に示すマップは、機関負荷が中負荷以降の領域にある場合には、機関負荷の増加に対して電力補正係数が比例直線に沿って比例的に増加する一方、機関負荷が低負荷の領域にある場合には、その比例直線に沿った値よりも大きな値の電力補正係数となるように設定されている。

電力供給制御部６１は、図１４に示すマップに従って、機関負荷検出器１２によって検出された機関負荷に対応する電力補正係数を演算する。

このように、機関回転数および機関負荷のそれぞれに対応する電力補正係数は、吸気量の増加に対して比例直線に沿って比例的に増加する一方、機関負荷に対応する電力補正係数は、機関負荷が低負荷の場合には、その比例直線に沿った値よりも大きな値となる。

なお、機関回転数検出器１１および機関負荷検出器１２を設ける代わりに、吸気経路３に流量センサを設け、流量センサによって検出された流量に対応する電力補正係数が演算されるように構成してもよい。この場合、流量に対応する電力補正係数は、流量の増加に対して比例直線に沿って比例的に増加する一方、その流量が低流量である場合には、その比例直線に沿った値よりも大きな値の電力補正係数となるように設定される。

図１５は、本発明の実施の形態２における吸気温度と電力補正係数とを関連付けたマップの一例を示す概略図である。なお、図１５に示すマップは、メモリに予め記憶されている。

ここで、吸気温度が高いほど燃焼促進剤の寿命が短くなり、その結果、燃焼促進剤の発生効率が低下する一方、吸気温度が常温付近では、その寿命は、吸気温度に対して大きな影響を受けない。そこで、図１５に示すマップは、吸気温度の増加に対して、電力補正係数が下に凸となる曲線に沿って増加するように設定されている。

電力供給制御部６１は、図１５に示すマップに従って、吸気状態量検出器９によって検出された吸気温度に対応する電力補正係数を演算する。

図１６は、本発明の実施の形態２における吸気湿度と電力補正係数とを関連付けたマップの一例を示す概略図である。なお、図１６に示すマップは、メモリに予め記憶されている。

ここで、燃焼促進剤発生器５で発生する放電エネルギーが吸気中の水分子によって吸収されるので、吸気湿度が高いほど供給電力を増加させる必要がある。そこで、図１６に示すマップは、吸気湿度の増加に対して電力補正係数が比例的に増加するように設定されている。

電力供給制御部６１は、図１６に示すマップに従って、吸気状態量検出器９によって検出された吸気湿度に対応する電力補正係数を演算する。

図１７は、本発明の実施の形態２における吸気圧力と電力補正係数とを関連付けたマップの一例を示す概略図である。なお、図１７に示すマップは、メモリに予め記憶されている。

ここで、吸気圧力が大気圧以下の領域では、吸気圧力が高いほど燃焼促進剤の発生効率が上がる。そこで、図１７に示すマップは、吸気圧力の増加に対して、電力補正係数が下に凸となる曲線に沿って減少するように設定されている。

電力供給制御部６１は、図１７に示すマップに従って、吸気状態量検出器９によって検出された吸気圧力に対応する電力補正係数を演算する。

図１８は、本発明の実施の形態２における発生器温度と電力補正係数とを関連付けたマップの一例を示す概略図である。なお、図１８に示すマップは、メモリに予め記憶されている。

図１８に示すマップは、先の図１５に示すマップと同様に、発生器温度の増加に対して電力補正係数が下に凸となる曲線に沿って増加するように設定されている。ただし、放電の熱によって、発生器温度が吸気温度よりも高温となってしまうので、発生器温度が、燃焼促進剤が発生不可な温度となる可能性がある。したがって、図１８に示すように、燃焼促進剤が発生不可な温度では、電力補正係数が０となるように設定されている。

このように構成することで、発生器温度が、燃焼促進剤が発生不可な温度に達すれば、電力供給を停止することができ、その結果、無駄な電力を削減するととともに、その停止中には、吸気によって、燃焼促進剤発生器５を冷却状態とすることができる。

電力供給制御部６１は、図１８に示すマップに従って、発生器温度検出器１０によって検出された発生器温度に対応する電力補正係数を演算する。

電力供給制御部６１は、上記のように、図１３〜図１８に示す複数のマップに従って複数の電力補正係数を演算した後、機関出力上昇率に対応する供給電力に対して、演算されたすべての電力補正係数を乗ずることで、その供給電力を補正する。なお、機関出力上昇率に対応する供給電力に対して、各電力補正係数を乗ずる順番は問わない。

なお、本実施の形態２では、図１３〜図１８の各図に示す複数のマップをすべて用いて、機関出力上昇率に対応する供給電力を補正するように構成する場合を例示するが、複数のマップの少なくとも１つを用いて、その供給電力を補正するように構成してもよい。この場合、機関出力上昇率に対応する供給電力に対して、用いたマップに従って演算された各電力補正係数を乗ずることで、その供給電力を補正するように構成すればよい。

次に、電力補正係数について、図１９を参照しながらさらに説明する。図１９は、図１５に示すマップに従って演算される電力補正係数を説明するための概略図である。

ここで、先の図１３〜図１８に示す各マップには、電力補正係数が１となる場合の基準値が予め設定されている。例えば、図１９に示すように、吸気温度と電力補正係数とを関連付けたマップでは、電力補正係数が１となる場合の吸気温度が基準吸気温度となる。

吸気状態量検出器９によって検出された吸気温度が基準吸気温度よりも低ければ、電力補正係数が１未満の値となる。この場合、電力供給制御部６１は、機関出力上昇率に対応する供給電力に対して１未満の値の電力補正係数を乗ずることで補正するので、補正後の供給電力が補正前の供給電力に対して減少する。

一方、吸気状態量検出器９によって検出された吸気温度が基準吸気温度よりも高ければ、電力補正係数が１よりも大きい値となる。この場合、電力供給制御部６１は、機関出力上昇率に対応する供給電力に対して１よりも大きい値の電力補正係数を乗ずることで補正するので、補正後の供給電力が補正前の供給電力に対して増加する。

このように、図１３〜図１８の各図に示す複数のマップの少なくとも１つを用いて、機関出力上昇率に対応する供給電力を補正するように構成することで、燃焼促進剤の発生量を適切に制御することができ、その結果、燃焼促進剤の不足による燃焼の不安定化の解消および消費電力の節約が可能となる。

以上、本実施の形態２によれば、先の実施の形態１の構成において、機関出力上昇率に対応する供給電力に対して、各種パラメータの検出値に従って補正を行い、補正後の供給電力が供給されるよう電力供給器を制御するように構成されている。

これにより、機関出力上昇率に対応する供給電力が燃焼促進剤発生器へ供給されても、燃焼促進剤の濃度が足りなくなるような状況の発生を抑制することができ、その結果、燃焼の不安定化をより抑制することができる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３では、先の実施の形態２の構成に対して、燃焼が不安定化する時期に合わせて燃焼促進剤を燃焼室２へ供給する機能を備えた場合について説明する。なお、本実施の形態３では、先の実施の形態２と同様である点の説明を省略し、先の実施の形態２と異なる点を中心に説明する。

ここで、先の実施の形態１、２では、機関出力指令の上昇に合わせて、供給電力が制御されるように構成されている一方、燃焼促進剤を発生させてから燃焼室２に供給するまでには条件に応じた遅れ時間が発生することを考慮していなかった。そこで、本実施の形態３では、その遅れ時間を考慮した電力供給時期を決定し、その電力供給時期に合わせて、供給電力が燃焼促進剤発生器５へ供給されるように構成されている。

図２０は、本発明の実施の形態３における内燃機関の燃焼安定化装置の一例を示すブロック図である。図２０において、燃焼安定化装置は、先の図１２の構成に対して、電子制御ユニット６に含まれる遅れ時間演算部６４および電力供給時期演算部６５をさらに備える。なお、電子制御ユニット６の演算処理の能力によっては、電子制御ユニット６とは別の電子制御ユニットに遅れ時間演算部６４および電力供給時期演算部６５を備えて構成してもよい。

遅れ時間演算部６４は、燃焼促進剤発生器５から発生した燃焼促進剤が燃焼室２へ供給されるまでの時間を、遅れ時間として演算する。ここで、吸気速度または燃焼状態の遷移時間は、機関回転数によって比例的に決まる。そこで、遅れ時間演算部６４は、機関回転数に対応する燃焼サイクル数を単位として遅れ時間を演算する。

例えば、１秒という時間について、機関回転数が３０００ｒｐｍである場合と、機関回転数が１０００ｒｐｍの場合とを比較すると、機関回転数が３０００ｒｐｍである場合の方がより影響が大きくなる。したがって、本実施の形態３において、遅れ時間を燃焼サイクル数で表現する方がより適切である。

遅れ時間演算部６４は、燃焼促進剤発生器５から燃焼室２までの吸気経路３に存在する空気量Ｍｇを、燃焼サイクルの１サイクルで用いられる空気量Ｍｃで除することで、遅れ時間を演算する。

ここで、空気量Ｍｇは、既知であり、燃焼促進剤発生器５から燃焼室２までの吸気経路３の容積から予め求めておくものである。燃焼促進剤発生器５から燃焼室２までの吸気経路３の容積は既知であり、例えば、燃焼促進剤発生器５を吸気経路３に設ける際にその容積を測定しておけばよい。なお、既知の空気量Ｍｇに対して、吸気量調整器８の上流側および下流側の各圧力を基に補正を行うように、遅れ時間演算部６４を構成してもよい。この場合、上流側の圧力を大気圧とし、下流側の圧力を吸気状態量検出器９によって検出された吸気圧力とすればよい。

空気量Ｍｃは、遅れ時間演算部６４によって演算されるものである。遅れ時間演算部６４は、吸気状態量検出器９によって検出された吸気圧力と、既知である内燃機関１の行程容積とから、空気量Ｍｃを演算する。なお、内燃機関１の筒内圧力を検出し、その筒内圧力を吸気圧力の代わりに用いて空気量Ｍｃを演算するように遅れ時間演算部６４を構成してもよい。

このように、遅れ時間演算部６４は、空気量Ｍｇを空気量Ｍｃで除することで、燃焼促進剤が発生してから燃焼室２へ供給されるまでに要するサイクル数を、遅れ時間として演算することができる。

電力供給時期演算部６５は、遅れ時間演算部６４によって演算された遅れ時間と、機関出力上昇率演算部６２によって演算された機関出力上昇率とから、電力供給時期を演算する。具体的には、電力供給時期演算部６５は、機関出力が上昇開始となる時期と、燃焼促進剤発生器５から発生した燃焼促進剤が燃焼室２へ供給開始となる時期とが一致するように、電力供給時期を決定する。

電力供給制御部６１は、電力供給時期演算部６５によって演算された電力供給時期に合わせて、供給電力が燃焼促進剤発生器５へ供給されるように制御する。

図２１は、本発明の実施の形態３における電力供給時期演算部６５によって演算される電力供給時期の一例を説明するためのタイミング図である。図２１において、各縦軸は、機関出力指令の相対値と、機関出力の相対値と、供給電力の相対値と、燃焼促進剤の量の相対値とを示し、横軸は、共通の時間軸としている。

図２１では、横軸に対して、機関出力指令が上昇開始となる時期Ａと、機関出力が上昇開始となる時期Ｂと、供給電力が供給開始となる時期Ｃ、すなわち、電力供給時期と、燃焼促進剤が燃焼室２へ供給開始となる時期Ｄとを図示している。

電力供給時期演算部６５は、時期Ａと時期Ｃとの間の期間（以下、期間ＡＣと称す）を求め、その期間ＡＣを用いて、時期Ｂと時期Ｄとを一致させる。

時期Ｃと時期Ｄとの間の期間（以下、期間ＣＤと称す）は、遅れ時間演算部６４によって演算された遅れ時間に相当するので、既知である。

また、時期Ａと時期Ｂとの間の期間（以下、期間ＡＢと称す）は、内燃機関１の特性によって異なる。そこで、機関出力上昇率と期間ＡＢとの関係を事前に調べ、機関出力上昇率と期間ＡＢとを関連付けたマップをメモリに記憶する。電力供給時期演算部６５は、そのマップに従って、機関出力上昇率演算部６２によって演算された機関出力上昇率に対応する期間ＡＢを演算する。

電力供給時期演算部６５は、期間ＡＢと期間ＣＤとの差から、期間ＡＣを演算し、その演算結果を用いて、時期Ｂと時期Ｄとが一致するように、電力供給時期を求めることができる。

例えば、吸気圧力が低く期間ＣＤが大きいほど、電力供給時期演算部６５によって演算される期間ＡＣが小さくなる。すなわち、電力供給制御部６１は、遅れ時間演算部６４によって演算された遅れ時間が大きいほど早く供給電力が供給されるように電力供給器４を制御する。

また、例えば、機関出力上昇率が大きいほど、期間ＡＢが小さくなるので、電力供給時期演算部６５によって演算される期間ＡＣが小さくなる。すなわち、電力供給制御部６１は、機関出力上昇率演算部６２によって演算された機関出力上昇率が大きいほど早く供給電力が供給されるように電力供給器４を制御する。

以上、本実施の形態３によれば、先の実施の形態１、２の各構成において、遅れ時間を考慮した電力供給時期を決定し、その電力供給時期に合わせて、供給電力が燃焼促進剤発生器へ供給されるよう電力制御器を制御するように構成されている。これにより、燃焼促進剤を発生させてから燃焼室に供給するまでの遅れ時間を考慮した適切な制御が実現可能となる。

実施の形態４．
本発明の実施の形態４では、先の実施の形態１〜３の各燃焼安定化装置を、複数の気筒を備えた多気筒内燃機関に適用する場合について説明する。なお、本実施の形態４では、先の実施の形態１〜３と同様である点の説明を省略し、先の実施の形態１〜３と異なる点を中心に説明する。

先の実施の形態１〜３の各燃焼安定化装置は、単気筒内燃機関および多気筒内燃機関の両方に適用可能である。また、各燃焼安定化装置が多気筒内燃機関に適用される場合には、各気筒へ分岐している吸気経路３に燃焼促進剤発生器５がそれぞれ設けられる構成を採用することができる。

図２２は、本発明の実施の形態４における内燃機関の燃焼安定化装置の一例を示す概略図である。図２２において、吸気経路３は、内燃機関１の４つの気筒のそれぞれへ分岐している。また、各気筒への吸気経路３に燃焼促進剤発生器５がそれぞれ設けられている。

このように構成することで、燃焼促進剤発生器５をより燃焼室２側へ設けることができるので、先の図１６に示す期間ＣＤの短縮が可能となる。また、応答性の向上だけでなく、発生した燃焼促進剤が燃焼室２へ供給されるまでに分解される量が減少するので、消費電力を削減することができる。

吸気経路３が分岐される分岐点よりも下流側では、各気筒の吸気による圧力の脈動が顕著である。そこで、各気筒で燃焼促進剤を発生させる時期が異なるように、燃焼促進剤発生器５の放電時期を制御することで、放電環境の圧力を気筒ごとに適切に選ぶことが可能となる。

例えば、放電環境の圧力が低い時期を放電時期とすれば、放電に必要な電圧を低くすることができる。一方、放電環境の圧力が高い時期を放電時期とすれば、燃焼促進剤の発生効率を高くすることができる。

以上、本実施の形態４によれば、先の実施の形態１〜３の各構成において、内燃機関の複数の気筒の各気筒への吸気経路に燃焼促進剤発生器がそれぞれ設けられるように構成されている。これにより、燃焼促進剤発生器をより燃焼室側へ設けることが可能となる。

なお、本実施の形態１〜４について個別に説明してきたが、本実施の形態１〜４のそれぞれで開示した構成例は、任意に組み合わせることが可能である。

本発明は、燃焼を促進する燃焼促進剤を燃焼室に供給することで燃焼を安定化させる内燃機関の燃焼安定化装置に関するものである。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、内燃機関の負荷の上昇に伴う過渡的な燃焼の不安定化を抑制することのできる内燃機関の燃焼安定化装置を得ることを目的とする。

本発明における内燃機関の燃焼安定化装置は、電力を供給する電力供給器と、電力供給器からの供給電力によって燃焼促進剤を発生させて内燃機関の燃焼室に供給し、供給電力が増加するほど燃焼促進剤の発生量が増加する燃焼促進剤発生器と、内燃機関の機関出力を制御するための機関出力指令を出力する機関出力指令器と、電力供給器を制御する電子制御ユニットと、を備え、電子制御ユニットは、機関出力指令器が出力する機関出力指令の単位時間当たりの変化量を、機関出力上昇率として演算する機関出力上昇率演算部と、機関出力上昇率演算部によって演算された機関出力上昇率に対応する供給電力が供給されるように電力供給器を制御することで、燃焼促進剤の発生量を調整する電力供給制御部と、燃焼促進剤発生器から燃焼室までの吸気経路に存在する空気量を、燃焼サイクルの１サイクルで用いられる空気量で除することで、燃焼促進剤発生器から発生した燃焼促進剤が燃焼室に供給されるまでの遅れ時間を演算する遅れ時間演算部と、遅れ時間演算部によって演算された遅れ時間と、機関出力上昇率演算部によって演算された機関出力上昇率とから、機関出力が上昇開始となる時期と、燃焼促進剤発生器から発生した燃焼促進剤が燃焼室に供給される時期とが一致するように、供給電力が供給開始となる電力供給時期を演算する電力供給時期演算部と、を有し、電力供給制御部は、電力供給時期演算部によって演算された電力供給時期に合わせて、供給電力が供給されるように電力供給器を制御するものである。

本発明によれば、内燃機関の機関出力を制御するための機関出力指令の単位時間当たりの変化量を、機関出力上昇率として演算し、機関出力上昇率に対応する供給電力が供給されるように電力供給器を制御することで、燃焼促進剤発生器からの燃焼促進剤の発生量を調整するように構成されている。これにより、内燃機関の負荷の上昇に伴う過渡的な燃焼の不安定化を抑制することのできる内燃機関の燃焼安定化装置を得ることができる。

以下、本発明による内燃機関の燃焼安定化装置を、好適な実施の形態にしたがって図面を用いて説明する。なお、図面の説明においては、同一部分または相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

Claims (15)

1. 電力を供給する電力供給器と、
   前記電力供給器からの供給電力によって燃焼促進剤を発生させて内燃機関の燃焼室に供給し、前記供給電力が増加するほど前記燃焼促進剤の発生量が増加する燃焼促進剤発生器と、
   前記内燃機関の機関出力を制御するための機関出力指令を出力する機関出力指令器と、
   前記電力供給器を制御する電子制御ユニットと、
   を備え、
   前記電子制御ユニットは、
   前記機関出力指令器が出力する前記機関出力指令の単位時間当たりの変化量を、機関出力上昇率として演算する機関出力上昇率演算部と、
   前記機関出力上昇率演算部によって演算された前記機関出力上昇率に対応する前記供給電力が供給されるように前記電力供給器を制御することで、前記燃焼促進剤の発生量を調整する電力供給制御部と、
   を有する内燃機関の燃焼安定化装置。
2. 前記電力供給制御部は、
   前記機関出力指令が増加方向に変化し、かつ前記機関出力上昇率が一定となる期間において、前記供給電力が一定となるように前記電力供給器を制御する
   請求項１に記載の内燃機関の燃焼安定化装置。
3. 前記電力供給制御部は、
   前記機関出力指令が増加方向に変化し、かつ前記機関出力上昇率が増加方向に変化する期間において、前記供給電力が増加方向に変化するように前記電力供給器を制御する
   請求項１または２に記載の内燃機関の燃焼安定化装置。
4. 前記電力供給制御部は、
   前記機関出力指令が増加方向に変化し、かつ前記機関出力上昇率が減少方向に変化する期間において、前記供給電力が減少方向に変化するように前記電力供給器を制御する
   請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の燃焼安定化装置。
5. 前記内燃機関の吸気温度、前記内燃機関の吸気湿度および前記内燃機関の吸気圧力の少なくとも１つを、吸気状態量として検出する吸気状態量検出器をさらに備え、
   前記電力供給制御部は、
   前記機関出力上昇率演算部によって演算された前記機関出力上昇率に対応する前記供給電力に対して、前記吸気状態量検出器によって検出された前記吸気状態量に従って補正を行い、補正後の前記供給電力が供給されるように前記電力供給器を制御する
   請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関の燃焼安定化装置。
6. 前記内燃機関の機関負荷を検出する機関負荷検出器をさらに備え、
   前記電力供給制御部は、
   前記機関出力上昇率演算部によって演算された前記機関出力上昇率に対応する前記供給電力に対して、前記機関負荷検出器によって検出された前記機関負荷に従って補正を行い、補正後の前記供給電力が供給されるように前記電力供給器を制御する
   請求項１から５のいずれか１項に記載の内燃機関の燃焼安定化装置。
7. 前記内燃機関の機関回転数を検出する機関回転数検出器をさらに備え、
   前記電力供給制御部は、
   前記機関出力上昇率演算部によって演算された前記機関出力上昇率に対応する前記供給電力に対して、前記機関回転数検出器によって検出された前記機関回転数に従って補正を行い、補正後の前記供給電力が供給されるように前記電力供給器を制御する
   請求項１から６のいずれか１項に記載の内燃機関の燃焼安定化装置。
8. 前記燃焼促進剤発生器の発生器温度を検出する発生器温度検出器をさらに備え、
   前記電力供給制御部は、
   前記機関出力上昇率演算部によって演算された前記機関出力上昇率に対応する前記供給電力に対して、前記発生器温度検出器によって検出された前記発生器温度に従って補正を行い、補正後の前記供給電力が供給されるように前記電力供給器を制御する
   請求項１から７のいずれか１項に記載の内燃機関の燃焼安定化装置。
9. 前記電子制御ユニットは、
   前記燃焼促進剤発生器から前記燃焼室までの吸気経路に存在する空気量を、燃焼サイクルの１サイクルで用いられる空気量で除することで、前記燃焼促進剤発生器から発生した前記燃焼促進剤が前記燃焼室に供給されるまでの遅れ時間を演算する遅れ時間演算部と、
   前記遅れ時間演算部によって演算された前記遅れ時間と、前記機関出力上昇率演算部によって演算された前記機関出力上昇率とから、前記機関出力が上昇開始となる時期と、前記燃焼促進剤発生器から発生した前記燃焼促進剤が前記燃焼室に供給される時期とが一致するように、前記供給電力が供給開始となる電力供給時期を演算する電力供給時期演算部と、
   を有し、
   前記電力供給制御部は、
   前記電力供給時期演算部によって演算された前記電力供給時期に合わせて、前記供給電力が供給されるように前記電力供給器を制御する
   請求項１から８のいずれか１項に記載の内燃機関の燃焼安定化装置。
10. 前記電力供給制御部は、
    前記遅れ時間演算部によって演算された前記遅れ時間が大きいほど早く前記供給電力が供給されるように前記電力供給器を制御する
    請求項９に記載の内燃機関の燃焼安定化装置。
11. 前記電力供給制御部は、
    前記機関出力上昇率演算部によって演算された前記機関出力上昇率が大きいほど早く前記供給電力が供給されるように前記電力供給器を制御する
    請求項９に記載の内燃機関の燃焼安定化装置。
12. 前記内燃機関は、複数の気筒を備え、各気筒への吸気経路に前記燃焼促進剤発生器がそれぞれ設けられている
    請求項１から１１のいずれか１項に記載の内燃機関の燃焼安定化装置。
13. 前記燃焼促進剤発生器から前記燃焼促進剤を発生させる時期を各気筒で異ならせる
    請求項１２に記載の内燃機関の燃焼安定化装置。
14. 前記燃焼促進剤は、オゾンである
    請求項１から１３のいずれか１項に記載の内燃機関の燃焼安定化装置。
15. 内燃機関の機関出力を制御するための機関出力指令の単位時間当たりの変化量を、機関出力上昇率として演算するステップと、
    演算された前記機関出力上昇率に従って、前記内燃機関の燃焼室へ供給する燃焼促進剤の量を調整するステップと、
    を備え、
    前記ステップは、電子制御ユニットによって実行される
    内燃機関の燃焼安定化方法。

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