JP6156238B2 - 還元剤添加装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＮＯｘの還元に用いる還元剤として炭化水素化合物（燃料）を添加する、還元剤添加装置に関する。

内燃機関の排気に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を浄化する技術に関し、排気通路のうち還元触媒の上流側へ燃料（還元剤）を添加する還元剤添加装置が従来より知られている。この添加装置によれば、還元触媒上で燃料によりＮＯｘが還元されて浄化される。

この種の添加装置に関し、特許文献１には、排気通路のうち触媒の上流側に、放電によりオゾンを生成するオゾナイザを設ける技術が開示されている。これによれば、触媒上での反応がオゾンにより活性化されて浄化率が向上する。また、オゾンは高温環境下で破壊されやすいことを鑑みて、特許文献１には、オゾナイザを空冷する技術も開示されている。具体的には、オゾナイザが上限値を超えて高温になった場合には、冷却空気の流量を増大させて、オゾナイザの温度上昇を抑制させている。

特開２０１１−８５０８６号公報

さて、本発明者らは、燃料をヒータで加熱して空気と混合することで、燃料を部分的に酸化させて改質燃料を生成し、その改質燃料を排気通路へ添加する還元剤添加装置を検討した。さらに、このような部分酸化に用いる空気を、オゾナイザの放電によりオゾンを含有した空気にすることで、燃料の部分酸化を促進させることを検討した。そして、この検討による装置においても、オゾナイザが高温になった場合には、オゾナイザに供給される空気の流量を増大させることでオゾナイザを空冷させ、オゾンの熱破壊を抑制させることが望ましい。

但し、上記検討による装置では、オゾナイザに供給される空気は、オゾナイザの下流側にて燃料と混合し、燃料の酸化（改質）に用いられる。そのため、オゾナイザに供給される空気の流量を増大させて空冷を図ろうとすると、ヒータで加熱した燃料までもが温度低下することとなり、燃料の部分酸化が阻害される懸念が生じる。

要するに、空気流量増大によりオゾナイザの空冷を促進させると、燃料改質を促進させるためのオゾンを増大できるものの、その背反として燃料温度の低下を招き、燃料改質が阻害される。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、還元剤として用いられる燃料の改質促進を図った、還元剤添加装置を提供することにある。

ここに開示される発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。

開示される発明のひとつは、内燃機関（１０）の排気に含まれるＮＯｘを還元触媒上で浄化するＮＯｘ浄化装置（１５）が排気通路（１０ｅｘ）に備えられた燃焼システムに設けられ、排気通路のうち還元触媒の上流側へ還元剤を添加する還元剤添加装置であることを前提とする。

そして、供給される空気に放電して、オゾンを含有する空気を生成するオゾナイザ（２０）と、炭化水素化合物である燃料を噴射する燃料噴射弁（４０）と、
燃料噴射弁から噴射された燃料を加熱するヒータ（５０）と、
オゾナイザにより生成されたオゾン含有空気と、ヒータにより加熱された燃料とを混合させる混合室（３０ａ）を内部に形成し、混合により燃料を部分的に酸化させて改質燃料を生成する混合容器（３０）と、
燃料噴射弁、ヒータおよびオゾナイザを作動させることで改質燃料を生成させ、当該改質燃料を還元剤として排気通路へ添加させるように制御する燃料添加制御手段（Ｓ１２）と、
燃料噴射弁およびヒータの作動を停止させつつオゾナイザを作動させることでオゾンを生成させ、当該オゾンを排気通路へ添加させるように制御するオゾン添加制御手段（Ｓ１３）と、
オゾナイザの内部温度が上限値（Ｔｕ１、Ｔｕ２）を超えて高温になった場合に、オゾナイザへ供給される空気の流量を増大させることで、内部温度の上昇を抑制させる空気増大制御手段（Ｓ２５、Ｓ５０）と、を備え、
燃料添加制御手段による制御時の上限値（Ｔｕ２）は、オゾン添加制御手段による制御時の上限値（Ｔｕ１）よりも高い値に設定されていることを特徴とする。

上記発明によれば、燃料添加制御手段およびオゾン添加制御手段の制御において、オゾナイザが以下のように作用する。すなわち、燃料添加制御手段による制御時には、オゾン含有空気により還元剤としての燃料が改質されるので、還元触媒上でのＮＯｘ還元を促進できる。また、オゾン添加制御手段による制御時には、排気通路にオゾンを添加するので、排気中のＮＯがＮＯ_２に酸化され、ＮＯｘ浄化装置へのＮＯｘ吸着量を増大できる。つまり、燃料の改質促進に用いるオゾナイザを、例えば触媒が活性化しておらず燃料添加しても還元できない状況の時には、ＮＯ酸化による吸着量増大に利用できる。

さらに上記発明によれば、オゾナイザの内部温度が上限値を超えて高温になった場合に、オゾナイザへ供給される空気の流量が増大されるので、オゾナイザの空冷が促進されて温度上昇が抑制され、高温によるオゾン破壊が抑制される。

ここで、燃料添加時に上記空冷を促進させると、燃料の温度が低下して改質が阻害されるようになる。この点を鑑みた上記発明では、空気流量増大の実行有無の判定に用いる上限値を、改質燃料添加時にはオゾン添加時よりも高い値に設定する。そのため、燃料添加時には、ある程度の高温では空気流量増大が実行されなくなるので、燃料温度低下により改質が阻害されるといった懸念を低減できる。換言すれば、空気流量増大に起因した燃料温度低下のデメリットが、空気流量増大に起因したオゾン増大によるメリットよりも大きくならないように上限値を設定できる。

以上により、上記発明によれば、燃料添加時にまでオゾン添加時と同様に空気増大制御を実施することが回避され、燃料添加時における燃料の改質促進を十分に図ることができるようになる。

本発明の第１実施形態に係る還元剤添加装置、およびその装置が適用される燃焼システムを示す模式図。 第１実施形態に係る還元剤添加装置を模式的に示す断面図。 図１に示す還元剤添加装置の作動モードを切り替えるための、制御の処理手順を示すフローチャート。 図３に示す作動モードの各々において、オゾナイザの最適温度を示す図。 図３に示すオゾン生成制御に係る、サブルーチン処理の手順を示すフローチャート。 図３に示す改質燃料生成制御に係る、サブルーチン処理の手順を示すフローチャート。 図３に示す改質燃料生成制御に係る、サブルーチン処理の手順を示すフローチャート。 図３に示す待機制御に係る、サブルーチン処理の手順を示すフローチャート。 本発明の第２実施形態において、待機制御の処理手順を示すフローチャート。 本発明の第３実施形態において、オゾン生成制御の処理手順を示すフローチャート。 本発明の第４実施形態において、改質燃料生成制御の処理手順を示すフローチャート。 本発明の第５実施形態に係る還元剤添加装置、およびその装置が適用される燃焼システムを示す模式図。 本発明の第６実施形態に係る還元剤添加装置、およびその装置が適用される燃焼システムを示す模式図。

以下、図面を参照しながら発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において、先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において、構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を参照し適用することができる。

（第１実施形態）
図１に示す燃焼システムは、以下に詳述する内燃機関１０、過給機１１、微粒子捕集装置（ＤＰＦ１４）、ＤＰＦ再生装置（再生用ＤＯＣ１４ａ）、ＮＯｘ浄化装置１５、還元剤浄化装置（浄化用ＤＯＣ１６）および還元剤添加装置Ａ１を備える。燃焼システムは車両に搭載されたものであり、当該車両は、内燃機関１０の出力を駆動源として走行する。内燃機関１０は、圧縮自着火式のディーゼルエンジンであり、燃焼に用いる燃料には軽油を用いている。

過給機１１は、タービン１１ａ、回転軸１１ｂおよびコンプレッサ１１ｃを備える。タービン１１ａは、内燃機関１０の排気通路１０ｅｘに配置され、排気の運動エネルギにより回転する。回転軸１１ｂは、タービン１１ａおよびコンプレッサ１１ｃの各インペラを結合することで、タービン１１ａの回転力をコンプレッサ１１ｃに伝達する。コンプレッサ１１ｃは、内燃機関１０の吸気通路１０ｉｎに配置され、吸気を圧縮して内燃機関１０へ過給する。

吸気通路１０ｉｎのうちコンプレッサ１１ｃの下流側には、コンプレッサ１１ｃで圧縮された吸気を冷却する冷却器１２が配置されている。冷却器１２により冷却された圧縮吸気は、スロットルバルブ１３により流量調整された後、吸気マニホールドにより内燃機関１０の複数の燃焼室へ分配される。

排気通路１０ｅｘのうちタービン１１ａの下流側には、再生用ＤＯＣ１４ａ（Diesel Oxidation Catalyst）、ＤＰＦ１４（Diesel Particulate Filter）、ＮＯｘ浄化装置１５、浄化用ＤＯＣ１６が順に配置されている。ＤＰＦ１４は、排気に含まれている微粒子を捕集する。再生用ＤＯＣ１４ａは、排気中の未燃燃料を酸化させて燃焼させる触媒を有する。この燃焼により、ＤＰＦ１４で捕集された微粒子を燃焼させて、ＤＰＦ１４を再生させて捕集能力を維持させる。なお、再生用ＤＯＣ１４ａへの未燃燃料供給による燃焼は、常時実施されるものではなく、再生が必要な時期に一時的に実施される。

排気通路１０ｅｘのうちＤＰＦ１４の下流側かつＮＯｘ浄化装置１５の上流側には、還元剤添加装置Ａ１の供給管３２が接続されている。この供給管３２から排気通路１０ｅｘへ、還元剤添加装置Ａ１により生成された改質燃料が還元剤として添加される。改質燃料とは、還元剤として用いる炭化水素（燃料）を部分的に酸化して、アルデヒド等の部分酸化炭化水素に改質したものであり、後に詳述する。

ＮＯｘ浄化装置１５は、還元触媒を担持するハニカム状の担体１５ｂと、担体１５ｂを内部に収容するハウジング１５ａとを備える。ＮＯｘ浄化装置１５は、排気中のＮＯｘを還元触媒上で改質燃料と反応させてＮ_２に還元することで、排気に含まれているＮＯｘを浄化する。なお、排気中にはＮＯｘの他にＯ_２も含まれているが、改質燃料はＯ_２存在下においてＮＯｘと選択的に反応する。

還元触媒には、ＮＯｘを吸着する機能を有したものが用いられている。詳細には、還元反応が可能となる活性化温度よりも触媒温度が低い場合には、還元触媒は排気中のＮＯｘを吸着する機能を発揮する。そして、触媒温度が活性化温度以上の場合には、吸着されていたＮＯｘは改質燃料により還元されて、還元触媒から放出される。例えば、担体１５ｂに担持された銀アルミナによる還元触媒により、ＮＯｘ吸着機能を有したＮＯｘ浄化装置１５が提供される。

浄化用ＤＯＣ１６は、酸化触媒を担持する担体をハウジング内に収容して構成されている。浄化用ＤＯＣ１６は、還元触媒上にてＮＯｘ還元に用いられずにＮＯｘ浄化装置１５から流出した還元剤を、酸化触媒上で酸化する。これにより、排気通路１０ｅｘの出口から還元剤が大気に放出されることを防止する。なお、酸化触媒の活性化温度（例えば２００℃）は、還元触媒の活性化温度（例えば２５０℃）よりも低い。

次に、改質燃料を生成して供給管３２から排気通路１０ｅｘへ添加する還元剤添加装置Ａ１について説明する。還元剤添加装置Ａ１は、以下に詳述するオゾナイザ２０、エアポンプ２０ｐ、混合容器３０、燃料噴射弁４０およびヒータ５０を備える。

図２に示すように、オゾナイザ２０は、内部に流通路２２ａを形成するハウジング２２を備え、流通路２２ａには複数の電極２１が配置されている。具体的には、電気絶縁部材２３を介してハウジング２２内に電極２１が保持されている。これらの電極２１は、互いに平行に対向するように配置された平板形状であり、高電圧が印加される電極と接地電圧の電極とが交互に配置されている。電極２１への電圧印加は、電子制御装置（ＥＣＵ８０）が備えるマイクロコンピュータ（マイコン８１）により制御される。

オゾナイザ２０のハウジング２２には、エアポンプ２０ｐにより送風された空気が流入する。エアポンプ２０ｐは電動モータにより駆動し、その電動モータはマイコン８１により制御される。エアポンプ２０ｐにより送風された空気は、ハウジング２２内の流通路２２ａに流入し、電極２１間の通路である電極間通路２１ａを流通する。エアポンプ２０ｐにより送風される空気の流量であって、単位時間当たりにオゾナイザ２０へ供給される空気の質量（以下、エア流量と呼ぶ）は、マイコン８１により制御される。例えば、マイコン８１が電動モータをデューティ制御することでエア流量を制御する。

オゾナイザ２０の下流側には、混合室３０ａを内部に形成する混合容器３０が取り付けられている。混合容器３０には、電極間通路２１ａを流通した空気を混合室３０ａへ流入させる空気流入口３０ｂが形成されている。さらに混合容器３０には、混合室３０ａへ流入した空気を供給管３２へ噴出させる噴出口３０ｃが形成されている。

混合容器３０には、燃料噴射弁４０が取り付けられている。図１に示す燃料タンク４０ｔ内の液体燃料は、ポンプ４０ｐにより燃料噴射弁４０に供給され、燃料噴射弁４０の噴孔（図示せず）から混合室３０ａへ噴射される。燃料タンク４０ｔ内の燃料は、先述した燃焼用の燃料としても用いられており、内燃機関１０の燃焼に用いる燃料と、還元剤として用いる燃料は共用される。燃料噴射弁４０は、電磁ソレノイドによる電磁力により開弁作動させる構造であり、その電磁ソレノイドへの通電はマイコン８１により制御される。

混合容器３０には、ヒータ５０が取り付けられている。ヒータ５０は、通電により発熱する発熱体（図示せず）、および発熱体を内部に収容する伝熱カバー５１を備える。発熱体への通電状態はマイコン８１により制御される。伝熱カバー５１の外周面が加熱面５１ａに相当し、伝熱カバー５１が発熱体により加熱されることで、加熱面５１ａは温度上昇する。

燃料噴射弁４０から噴射された液体燃料が加熱面５１ａに直接付着するよう、加熱面５１ａは、混合室３０ａのうち燃料噴射弁４０の噴孔に対向する位置に配置されている。ヒータ５０により加熱された液体燃料は混合室３０ａ内で気化する。さらに、気化した燃料は、ヒータ５０により所定温度以上にまで加熱される。これにより、炭素数の少ない炭化水素に燃料が分解されるといったクラッキングが生じる。加熱された気体燃料は、空気流入口３０ｂから流入した空気と混合室３０ａで混合される。その結果、空気中の酸素により燃料が部分的に酸化され、アルデヒド等の部分酸化炭化水素に燃料が改質される。

混合容器３０には、混合室３０ａの温度を検出する温度センサ３１が取り付けられている。具体的には、混合室３０ａのうち加熱面５１ａの上方部分に温度センサ３１は配置されている。温度センサ３１により検出される温度は、気化した燃料と空気との反応後の温度である。温度センサ３１は、検出した温度の情報（検出温度）をＥＣＵ８０へ出力する。

さて、オゾナイザ２０への通電を実施すると、電極２１から放出された電子が、電極間通路２１ａの空気中に含まれる酸素分子に衝突する。すると、酸素分子からオゾンが生成される。つまり、オゾナイザ２０は、放電により酸素分子をプラズマ状態にして、活性酸素としてのオゾンを生成する。したがって、空気流入口３０ｂから混合容器３０内部へ流入する空気には、オゾナイザ２０で生成されたオゾンが含まれている。

混合室３０ａでは、空気中の酸素またはオゾンにより気体燃料が部分的に酸化される冷炎反応が生じている。このように部分的に酸化された燃料を改質燃料と呼び、改質燃料の具体例として、燃料（炭化水素化合物）の一部がアルデヒド基（ＣＨＯ）に酸化された状態の部分酸化物（例えばアルデヒド）が挙げられる。そして、オゾナイザ２０で生成されたオゾンが空気中に含まれていると、混合室３０ａにおける燃料の酸化反応速度が速くなる。

ここで、高温環境下の燃料は、大気圧であっても、周囲の空気に含まれる酸素と酸化反応して自着火燃焼する。このような自着火燃焼による酸化反応は、発熱しながら二酸化炭素と水が生成される熱炎反応とも呼ばれている。但し、燃料と空気の比率（当量比）および雰囲気温度が所定範囲にある場合には、以下に説明する冷炎反応で留まる期間が長くなり、その後に熱炎反応が生じる。つまり、冷炎反応と熱炎反応の２段階で酸化反応が生じる。

この冷炎反応は、雰囲気温度が低く当量比が小さい場合に生じやすい反応であり、周囲の空気に含まれる酸素により燃料が部分的に酸化される反応である。そして、冷炎反応による発熱で雰囲気温度が上昇し、その後一定の時間が経過すると、部分酸化された燃料（例えばアルデヒド）が酸化されて先述の熱炎反応が生じる。したがって、混合室３０ａで燃料が滞留する時間が長いと、混合室３０ａで冷炎反応が生じた後、熱炎反応も生じる。

本実施形態では、冷炎反応は生じるが熱炎反応は生じないように、雰囲気温度、当量比、および混合室３０ａでの燃料滞留時間が調整されている。そして、冷炎反応により生成されたアルデヒド等の部分酸化燃料をＮＯｘ浄化用の還元剤として用いることで、ＮＯｘ浄化装置１５によるＮＯｘ浄化率の向上が図られる。また、混合室３０ａに流入する空気に含まれるオゾン濃度が高いほど、燃料の酸化反応が促進され、冷炎反応の開始時期が早くなる。よって、オゾナイザ２０により十分な量のオゾンを生成することで、アルデヒド等に改質されずに混合室３０ａから流出する燃料の量を低減できる。

ＥＣＵ８０が備えるマイコン８１は、プログラムを記憶する記憶装置と、記憶されたプログラムにしたがって演算処理を実行する中央演算処理装置と、を備える。ＥＣＵ８０は、各種センサの検出値に基づき内燃機関１０の作動を制御する。上記各種センサの具体例として、機関回転速度センサ９２、スロットル開度センサ９３、吸気圧センサ９４、吸気量センサ９５、排気温度センサ９６、外気温度センサ９１等が挙げられる。

機関回転速度センサ９２は、内燃機関１０の出力軸１０ａの回転速度（エンジン回転数）を検出する。スロットル開度センサ９３はスロットルバルブ１３の開度を検出する。吸気圧センサ９４は、吸気通路１０ｉｎのうちスロットルバルブ１３の下流側の圧力を検出する。吸気量センサ９５は吸気の質量流量を検出する。

概略、ＥＣＵ８０は、出力軸１０ａの回転速度および内燃機関１０の負荷に応じて、図示しない燃料噴射弁から噴射される燃焼用燃料の噴射量および噴射時期を制御する。さらにＥＣＵ８０は、排気温度センサ９６により検出された排気温度に基づき、還元剤添加装置Ａ１の作動を制御する。すなわち、マイコン８１は、図３に示す手順のプログラムを所定周期で繰り返し実行することで、改質燃料の生成とオゾンの生成を切り替えるように制御する。上記プログラムは、イグニッションスイッチがオン操作されたことをトリガとして始動し、内燃機関１０の運転期間中は常時実行される。

先ず、図３のステップＳ１０において、内燃機関１０での燃焼によりＮＯｘが発生している状態であるか否かを判定する。ＮＯｘ発生中であると判定されれば、ＮＯｘ浄化装置１５が有する還元触媒の温度（ＮＯｘ触媒温度）に応じて還元剤添加装置Ａ１を作動させる。

具体的には、先ずステップＳ１１において、ＮＯｘ触媒温度が還元触媒の活性化温度Ｔａｃｔ（例えば２５０℃）未満であるか否かを判定する。ＮＯｘ触媒温度は、排気温度センサ９６により検出された排気温度に基づき推定される。ここで、還元触媒の活性化温度とは、改質燃料によりＮＯｘを還元浄化できる温度を示す。

ＮＯｘ触媒温度が活性化温度Ｔａｃｔ未満でないと判定されれば、ステップＳ１２において、後述する改質燃料生成制御のサブルーチン処理（図６、図７参照）を実施する。ＮＯｘ触媒温度が活性化温度Ｔａｃｔ未満であると判定されれば、ステップＳ１３において、後述するオゾン生成制御のサブルーチン処理（図５参照）を実施する。以下、改質燃料生成制御による還元剤添加装置Ａ１の作動モードを改質燃料モードと呼び、オゾン生成制御による還元剤添加装置Ａ１の作動モードをオゾンモードと呼ぶ。

一方、ステップＳ１０にてＮＯｘ発生中でないと判定された場合には、ステップＳ１４に進み、ＮＯｘ浄化装置１５によるＮＯｘ浄化を迅速に開始できるように準備しておく必要があるか否かを判定する。例えば、アイドルストップ制御により内燃機関１０を自動停止させている場合や、電動モータによる車両走行時に内燃機関１０を自動停止させる場合には、所定時間以内にＮＯｘが発生する可能性が高いとみなし、ＮＯｘ浄化の準備が必要と判定する。

ステップＳ１４にて浄化準備が必要と判定されれば、ステップＳ１５において、後述する待機制御のサブルーチン処理（図８参照）を実施する。以下、待機制御による還元剤添加装置Ａ１の作動モードを待機モードと呼ぶ。一方、ステップＳ１４にて浄化準備が不要と判定されれば、ステップＳ１６において還元剤添加装置Ａ１の作動を停止させる。具体的には、オゾナイザ２０、エアポンプ２０ｐ、燃料噴射弁４０、およびヒータ５０への通電が為されていた場合、それらの通電を停止させる。

さて、オゾンは高温環境下で破壊されやすいので、オゾナイザ２０の温度が上限値を超えて高温になった場合には、オゾナイザ２０への空気の供給流量（エア流量）を増大させて、オゾナイザ２０を空冷することが望ましい。但し、オゾナイザ２０に供給される空気は、オゾナイザ２０の下流側にて燃料と混合し、燃料の酸化（改質）に用いられる。そのため、エア流量を増大させて空冷を図ろうとすると、混合室３０ａ内の温度（気化した燃料の温度）が低下してしまい、燃料の部分酸化が阻害される懸念が生じる。

そこで、エア流量による空冷と、その背反として生じる燃料温度の低下とを鑑みて、オゾナイザ２０の内部温度、つまり流通路２２ａの空気温度の最適温度範囲を、図４の如く設定している。具体的には、オゾンモード時の最適温度範囲Ｒ１を１２０℃以下、改質燃料モード時の最適温度範囲Ｒ２を８０℃以上２００℃以下、待機モード時（待機状態時）の最適温度範囲Ｒ３を８０℃以上１２０℃以下に設定している。そして、オゾナイザ２０の内部温度がこれらの最適温度範囲Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３となるよう、各モード如くエア流量が制御される。

オゾンモードでは、先ず図５に示すステップＳ２０において、燃料噴射弁４０への通電を停止させて燃料噴射を停止させるとともに、ヒータ５０への通電を停止させて混合室３０ａの加熱を停止させる。続くステップＳ２１では、単位時間あたりに要求される排気通路１０ｅｘへのオゾン添加量である、要求オゾン流量Ｏｒｅｑを算出する。具体的には、内燃機関１０の負荷やエンジン回転数等、内燃機関１０の作動状態に基づき排出されるＮＯｘ流量を推定し、推定したＮＯｘ流量に基づき要求オゾン流量Ｏｒｅｑを算出する。

続くステップＳ２２では、ステップＳ２１で算出した要求オゾン流量Ｏｒｅｑに基づき、エア流量のベース値であるベースエア流量Ａｂａｓｅを算出する。ベースエア流量Ａｂａｓｅは、要求オゾン流量Ｏｒｅｑに応じたオゾン生成量に必要な流量である。高温によるオゾンの破壊がなければ、ベースエア流量Ａｂａｓｅの空気をオゾナイザ２０へ流入すると、要求オゾン流量Ｏｒｅｑでオゾンを過不足無く生成できる。

続くステップＳ２３では、オゾナイザ２０の内部温度（オゾナイザ温度Ｔａ）を取得する。例えば、外気温度センサ９１により検出された外気温度、エア流量、および放電による発熱量等に基づき、オゾナイザ温度Ｔａを推定する。続くステップＳ２４では、オゾナイザ温度Ｔａが上限値Ｔｕ１（オゾン添加時上限値）を超えて高温になっているか否かを判定する。上限値Ｔｕ１は、予め設定された値であり、図４に示す最適温度範囲Ｒ１の上限値Ｔｕ１に相当する。オゾンモードでの上限値Ｔｕ１は、改質燃料モードでの最適温度範囲Ｒ２の上限値Ｔｕ２（燃料添加時上限値）よりも小さい値に設定されている。

オゾナイザ温度Ｔａが上限値Ｔｕ１を超えて高温になっていると判定された場合には、次のステップＳ２５において、ベースエア流量Ａｂａｓｅに所定値αを加算した値を目標エア流量Ａｔｒｇとして設定する。一方、オゾナイザ温度Ｔａが上限値Ｔｕ１以下であると判定された場合には、次のステップＳ２６において、混合室３０ａの温度（混合室温度Ｔｂ）を取得する。具体的には、温度センサ３１の検出値を取得する。その後、ステップＳ２７にて、混合室温度Ｔｂが所定温度Ｔｘ以上であるか否かを判定する。

混合室温度Ｔｂが所定温度Ｔｘ未満であると判定されれば、次のステップＳ２８において、ベースエア流量Ａｂａｓｅから所定値αを減算した値を目標エア流量Ａｔｒｇとして設定する。一方、混合室温度Ｔｂが所定温度Ｔｘ以上であると判定されれば、次のステップＳ２９において、ベースエア流量Ａｂａｓｅを目標エア流量Ａｔｒｇとして設定する。

続くステップＳ３０では、ステップＳ２５、Ｓ２８、Ｓ２９で設定された目標エア流量Ａｔｒｇに基づき、エアポンプ２０ｐの作動を制御する。具体的には、目標エア流量Ａｔｒｇに応じた電力を、エアポンプ２０ｐの電動モータへ供給することで、エア流量が目標エア流量Ａｔｒｇとなるように制御する。

次に、ステップＳ３１において、ステップＳ２４で否定される状態（Ｔａ＞Ｔｕ１）が所定時間以上継続しているか否かを判定する。継続していないと否定判定された場合、ステップＳ３２に進み、通常電力をオゾナイザ２０へ供給して放電（通常放電）させる。一方、Ｔａ＞Ｔｕ１の状態が所定時間以上継続していると肯定判定された場合には、ステップＳ３３に進み、ステップＳ３２における通常電力よりも低い電力をオゾナイザ２０へ供給して放電（低電力放電）させる。具体的には、電極２１に印加する電圧を、低電力放電時には通常放電時に比べて低い値に変更する。なお、電極２１への印加電圧が過剰に低いと放電が不安定になり、過剰に高いと給電量に対するオゾン発生量の割合が低くなり電費が悪化する。そのため、これらのバランスを鑑みた範囲内の値、つまり安定した放電を確保しつつも電費が所定以下にならない値に印加電圧は設定されている。

以上に説明したオゾン生成制御によれば、オゾナイザ２０でオゾンが生成され、生成されたオゾンは、混合室３０ａおよび供給管３２を通じて排気通路１０ｅｘへ添加される。ここで、ヒータ５０への通電を実施していると、オゾンは加熱されて崩壊する。また、燃料噴射を実施していると、オゾンは燃料と反応してしまう。これらの点を鑑み、図５の制御ではヒータ５０による加熱および燃料噴射を停止させているので、オゾンが燃料と反応することや加熱崩壊を回避でき、生成したオゾンがそのまま排気通路１０ｅｘへ添加されることとなる。

改質燃料モードでは、先ず図６に示すステップＳ４０において、単位時間あたりに要求される混合室３０ａへの燃料噴射量である、要求燃料量Ｆｒｅｑを算出する。具体的には、内燃機関１０の負荷やエンジン回転数等、内燃機関１０の作動状態に基づき排出されるＮＯｘ流量を推定し、推定したＮＯｘ流量に基づき要求燃料量Ｆｒｅｑを算出する。

続くステップＳ４１では、ステップＳ４０で算出した要求燃料量Ｆｒｅｑに基づき、燃料噴射弁４０の作動を制御して、要求燃料量Ｆｒｅｑに応じた量の燃料を混合室３０ａへ噴射させる。続くステップＳ４２では、温度センサ３１により検出された混合室温度Ｔｂを取得する。続くステップＳ４３では、検出された混合室温度Ｔｂと目標混合室温度Ｔｂｔｒｇとの偏差ΔＴｂを算出する。目標混合室温度Ｔｂｔｒｇは、先述した冷炎反応は生じるが熱炎反応は生じない温度に設定されている。

続くステップＳ４５では、ステップＳ４３で算出した偏差ΔＴｂに基づきヒータ５０への給電量を制御する。つまり、例えば、偏差ΔＴｂがゼロになるようにヒータ５０への給電量をフィードバック制御する。続くステップＳ４６では、ステップＳ４２で取得した混合室温度Ｔｂに基づき、目標当量比φｔｒｇを設定する。目標当量比φｔｒｇは、冷炎反応は生じるが熱炎反応は生じない当量比に設定される。このように冷炎反応だけを生じさせる当量比は、燃料の雰囲気温度に応じて異なるので、実際に検出された混合室温度Ｔｂに基づき、冷炎反応だけを生じさせる当量比を算出し、その当量比となるように目標当量比φｔｒｇを設定する。

続くステップＳ４７では、ステップＳ４６で設定された目標当量比φｔｒｇおよびステップＳ４０で算出された要求燃料量Ｆｒｅｑに基づき、エア流量のベース値であるベースエア流量Ａｂａｓｅを算出する。ベースエア流量Ａｂａｓｅの空気を混合室３０ａへ流入すると、混合室３０ａの気体燃料と空気の比率は目標当量比φｔｒｇになる。

続く図７のステップＳ４８では、オゾナイザ温度Ｔａを取得する。例えば、外気温度センサ９１により検出された外気温度、エア流量、放電による発熱量、および混合容器３０からの輻射熱等に基づき、オゾナイザ温度Ｔａを推定する。続くステップＳ４９では、オゾナイザ温度Ｔａが上限値Ｔｕ２を超えて高温になっているか否かを判定する。上限値Ｔｕ２は、予め設定された値であり、図４に示す最適温度範囲Ｒ２の上限値Ｔｕ２に相当する。改質燃料モードでの上限値Ｔｕ２は、オゾンモードでの最適温度範囲Ｒ１の上限値Ｔｕ１よりも大きい値に設定されている。

オゾナイザ温度Ｔａが上限値Ｔｕ２を超えて高温になっていると判定された場合には、次のステップＳ５０において、ベースエア流量Ａｂａｓｅに所定値βを加算した値を目標エア流量Ａｔｒｇとして設定する。一方、オゾナイザ温度Ｔａが上限値Ｔｕ２以下であると判定された場合には、次のステップＳ５１において、オゾナイザ温度Ｔａが下限値Ｔｄを超えて低温になっているか否かを判定する。下限値Ｔｄは、予め設定された値であり、図４に示す最適温度範囲Ｒ２の下限値Ｔｄに相当する。改質燃料モードでの下限値ｄは、オゾンモードでの最適温度範囲Ｒ１の上限値Ｔｕ１よりも小さい値に設定されている。

オゾナイザ温度Ｔａが下限値Ｔｄ未満であると判定されれば、次のステップＳ５２において、ベースエア流量Ａｂａｓｅから所定値βを減算した値を目標エア流量Ａｔｒｇとして設定する。一方、オゾナイザ温度Ｔａが下限値Ｔｄ以上であると判定されれば、次のステップＳ５３において、ベースエア流量Ａｂａｓｅを目標エア流量Ａｔｒｇとして設定する。

続くステップＳ５４では、ステップＳ５０、Ｓ５２、Ｓ５３で設定された目標エア流量Ａｔｒｇに基づき、エアポンプ２０ｐの作動を制御する。具体的には、目標エア流量Ａｔｒｇに応じた電力を、エアポンプ２０ｐの電動モータへ供給することで、エア流量が目標エア流量Ａｔｒｇとなるように制御する。

次に、ステップＳ５５において、ステップＳ４９で否定される状態（Ｔａ＞Ｔｕ２）が所定時間以上継続しているか否かを判定する。継続していないと否定判定された場合、ステップＳ５６に進み、通常電力をオゾナイザ２０へ供給して放電（通常放電）させる。一方、Ｔａ＞Ｔｕ２の状態が所定時間以上継続していると肯定判定された場合には、ステップＳ５７に進み、ステップＳ５６における通常電力よりも低い電力をオゾナイザ２０へ供給して放電（低電力放電）させる。具体的には、電極２１に印加する電圧を、低電力放電時には通常放電時に比べて低い値に変更する。なお、電極２１への印加電圧が過剰に低いと放電が不安定になり、過剰に高いと給電量に対するオゾン発生量の割合が低くなり電費が悪化する。そのため、これらのバランスを鑑みた範囲内の値、つまり安定した放電を確保しつつも電費が所定以下にならない値に印加電圧は設定されている。

以上に説明した改質燃料生成制御によれば、冷炎反応が生じるように混合室温度Ｔｂおよび当量比が調整され、冷炎反応により部分的に酸化された燃料（改質燃料）を、ＮＯｘ浄化用の還元剤として排気通路１０ｅｘに添加する。そのため、部分酸化されていない燃料を還元剤としてそのまま用いる場合に比べて、ＮＯｘ浄化率を向上させることができる。また、燃料の酸化に用いる空気にオゾンを含ませることにより、冷炎反応の開始時期の早期化と、冷炎反応時間の短縮化が図られる。

待機モードでは、先ず図８に示すステップＳ６０において、オゾナイザ２０、燃料噴射弁４０、およびヒータ５０への通電が為されていた場合、それらの通電を停止させる。続くステップＳ６１では、図５のステップＳ２３と同様にしてオゾナイザ温度Ｔａを取得する。続くステップＳ６２では、ステップＳ６１で取得したオゾナイザ温度Ｔａが、下限値Ｔｄ未満であるか否かを判定する。この判定で用いる下限値Ｔｄの値は、図７のステップＳ５１の判定で用いる下限値Ｔｄと同一である。

Ｔａ＜Ｔｄでないと否定判定された場合には、続くステップＳ６３において、オゾナイザ温度Ｔａが上限値Ｔｕ１以下となるようにエアポンプ２０ｐへの給電量を制御する。この制御で用いる上限値Ｔｕ１の値は、図５のステップＳ２４の判定で用いる上限値Ｔｕ１と同一である。一方、Ｔａ＜Ｔｄであると肯定判定された場合には、エアポンプ２０ｐへの通電を停止させることで、オゾナイザ温度Ｔａの空冷が抑制される。

なお、マイコン８１は、各種ステップの処理を実行している時に、以下に説明する各種の制御手段として機能する。

すなわち、ステップＳ２５、Ｓ５０では、オゾナイザ温度Ｔａが上限値Ｔｕ１、Ｔｕ２を超えて高温になった場合に、エア流量を増大させてオゾナイザ温度Ｔａの上昇を抑制させる「空気増大制御手段」として機能する。ステップＳ５２では、オゾナイザ温度Ｔａが下限値Ｔｄを超えて低温になった場合に、エア流量を減少させてオゾナイザ温度Ｔａの低下を抑制させる「空気減少制御手段」として機能する。ステップＳ３３、Ｓ５７では、空気増大制御手段による制御時に、オゾナイザ２０へ供給する電力量を減少させる「電力減少制御手段」として機能する。

ステップＳ１２では、改質燃料を生成して添加させる「燃料添加制御手段」として機能する。ステップＳ１３では、オゾンを生成して添加させる「オゾン添加制御手段」として機能する。ステップＳ６２、Ｓ６３、Ｓ６４では、Ｔｄ＜Ｔａ≦Ｔｕ１となるようにエア流量を制御する「待機時流量制御手段」として機能する。

ステップＳ２１、Ｓ２２、Ｓ２９では、要求オゾン流量Ｏｒｅｑ（要求流量）に基づきベースエア流量Ａｂａｓｅ（目標流量）を算出し、ベースエア流量Ａｂａｓｅとなるようにエア流量を制御する「オゾン用空気制御手段」として機能する。ステップＳ４０、Ｓ４７、Ｓ５３では、要求燃料量Ｆｒｅｑ（要求流量）に基づきベースエア流量Ａｂａｓｅ（目標流量）を算出し、ベースエア流量Ａｂａｓｅとなるようにエア流量を制御する「燃料用空気制御手段」として機能する。

以上により、本実施形態によれば、オゾナイザ温度Ｔａが上限値Ｔｕ１、Ｔｕ２を超えて高温になった場合に、オゾナイザ２０へ供給される空気の流量が増大される。そのため、オゾナイザ２０の空冷が促進されて温度上昇が抑制され、高温によるオゾン破壊が抑制される。そして、改質燃料添加時の判定に用いる上限値Ｔｕ１を、オゾン添加時の判定に用いる上限値Ｔｕ２よりも高い値に設定している。そのため、燃料添加時には、ある程度の高温では空気流量増大が実行されなくなるので、燃料温度低下により改質が阻害されるといった懸念を低減できる。換言すれば、空気流量増大に起因した燃料温度低下のデメリットが、空気流量増大に起因したオゾン増大によるメリットよりも大きくならないように、改質燃料添加時の判定に用いる上限値Ｔｕ１を設定できる。

さらに本実施形態では、燃料添加制御手段による制御時に、オゾナイザ温度Ｔａが下限値Ｔｄを超えて低温になった場合に（Ｓ５１：ＮＯ）、エア流量を減少させる空気減少制御手段（Ｓ５２）を備える。これによれば、混合室温度Ｔｂ低下による冷炎反応の阻害を抑制でき、改質燃料の生成量低下を抑制できる。換言すれば、混合室温度Ｔｂを目標混合室温度Ｔｂｔｒｇにするためのヒータ５０による消費電力が、エア流量減少により低減できるようになる。

さらに本実施形態では、待機モード時にＴｄ＜Ｔａ≦Ｔｕ１となるようにエア流量を制御する待機時流量制御手段（Ｓ６２〜Ｓ６４）を備える。これによれば、次回、改質燃料モードおよびオゾンモードのいずれが要求された場合であっても、その要求時に、オゾナイザ温度Ｔａを最適温度範囲Ｒ１、Ｒ２に制御することを迅速に実現できる。

さらに本実施形態では、先述したオゾン用空気制御手段（Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２９）を備える。そして、オゾンモード時にオゾナイザ温度Ｔａが上限値Ｔｕ１を超えて高温になった場合には、オゾン用空気制御手段による制御よりも優先して、空気増大制御（Ｓ２５）による制御を実施する。これによれば、オゾナイザ温度Ｔａを最適温度範囲Ｒ１にすることでオゾン生成の効率が向上するので、オゾナイザ温度Ｔａを無視してエア流量を制御するよりも、オゾン生成量を多くできる。

さらに本実施形態では、先述した燃料用空気制御手段（Ｓ４０、Ｓ４７、Ｓ５３）を備える。そして、改質燃料モード時にオゾナイザ温度Ｔａが上限値Ｔｕ２を超えて高温になった場合には、燃料用空気制御手段による制御よりも優先して、空気増大制御（Ｓ５０）による制御を実施する。これによれば、オゾナイザ温度Ｔａを最適温度範囲Ｒ２にすることで改質燃料生成の効率が向上するので、オゾナイザ温度Ｔａを無視してエア流量を制御するよりも、改質燃料生成量を多くできる。

さらに本実施形態では、オゾンモード時に混合室温度Ｔｂが所定温度Ｔｘ未満であれば、オゾナイザ温度Ｔａが上限値Ｔｕ１を超えて高温になっていないことを条件として、エア流量を減少させる。これによれば、オゾンモード時に、混合室温度Ｔｂが過剰に低温になることを回避できる。そのため、オゾンモードから改質燃料モードに切り替わった直後において、混合室温度Ｔｂを目標混合室温度Ｔｂｔｒｇにすることを迅速にできる。よって、改質燃料モードに切り替わった直後に改質燃料の生成量が少なくなることを抑制できる。

さらに本実施形態では、空気増大制御手段による制御時に、オゾナイザ２０へ供給する電力量を減少させる電力減少制御手段を備える。これによれば、エア流量増大によるオゾナイザ２０の空冷に加え、オゾナイザ２０への給電に伴い生じる発熱量が低下するので、より迅速にオゾナイザ温度Ｔａを低下させることができる。

さらに本実施形態では、燃料の酸化に用いる空気にオゾンを含ませることにより、冷炎反応の開始時期の早期化と、冷炎反応時間の短縮化が図られる。よって、混合容器３０内での燃料の滞留時間が短くなるように混合容器３０を小型化しても、上記滞留時間内に冷炎反応が完了するようにできる。よって、混合容器３０の小型化を図ることができる。

さらに本実施形態では、還元触媒が活性化温度Ｔａｃｔ未満である場合には、燃料噴射弁４０による燃料噴射を停止させつつ、オゾナイザ２０により生成されたオゾンを混合室３０ａへ供給させることで、排気通路１０ｅｘへオゾンを添加する。これによれば、ＮＯｘ浄化装置１５の還元触媒が活性化していないにも拘わらず、還元剤としての改質燃料を添加することを防止できる。そして、オゾンの添加により、排気中のＮＯをＮＯ_２に酸化させてＮＯｘ浄化触媒に吸着させるので、ＮＯｘ浄化装置１５へのＮＯｘ吸着量を増大できる。

さらに本実施形態では、燃料を加熱するヒータ５０と、混合室温度Ｔｂを検出する温度センサ３１とを備える。そして、図６のステップＳ４３、Ｓ４５において、検出された混合室温度Ｔｂに応じてヒータ５０の作動を制御することで、混合室温度Ｔｂを所定の温度範囲に調整する。これによれば、混合室３０ａの温度が温度センサ３１により直接検出される。また、混合室３０ａの燃料がヒータ５０により直接加熱される。そのため、混合室３０ａの温度を所定の温度範囲に調整することを精度良く実現できる。

ここで、冷炎反応が生じる当量比範囲は混合室温度Ｔｂに応じて異なる。この点を鑑みた本実施形態では、ステップＳ４６において、検出された混合室温度Ｔｂに応じて目標当量比φｔｒｇを変更している。そのため、検出された混合室温度Ｔｂが目標混合室温度Ｔｂｔｒｇからずれている場合であっても、実際の混合室温度Ｔｂに応じた当量比に調整されるので、冷炎反応を確実に生じさせるようにできる。

さらに本実施形態では、ヒータ５０により炭素数の少ない炭化水素化合物に燃料を分解させるクラッキングを実施している。クラッキングにより炭素数が少なくなった炭化水素は沸点が低くなるので、気化した燃料が液体に戻ることが抑制される。

（第２実施形態）
上述した図８の待機制御では、オゾナイザ温度Ｔａが、オゾンモード時の最適温度範囲Ｒ１と改質燃料モード時の最適温度範囲Ｒ２との重複範囲となるようにエア流量を制御している。つまり、Ｔｄ＜Ｔａ≦Ｔｕ１となるようにエア流量を制御して、次回、いずれのモードを実施する場合にも迅速に最適温度範囲Ｒ１、Ｒ２にすることを図っている。これに対し、本実施形態に係る待機制御では、次回、いずれのモードを実施するかを予測し、予測したモードに対する最適温度範囲となるようにエア流量を制御する。

具体的には、図９に示すように、先ず、ステップＳ７０において、オゾナイザ２０、燃料噴射弁４０、およびヒータ５０への通電が為されていた場合、それらの通電を停止させる。続くステップＳ７１では、ＮＯｘ触媒温度Ｔｃａｔを取得する。具体的には、排気温度センサ９６により検出された排気温度に基づきＮＯｘ触媒温度Ｔｃａｔを推定する。

続くステップＳ７２では、ステップＳ７１で取得したＮＯｘ触媒温度Ｔｃａｔの推移に基づき、次回、オゾンモードおよび改質燃料モードのいずれが要求されるかを予測する。例えば、アイドルストップ制御により内燃機関１０の自動停止時や、内燃機関１０を自動停止させて電動モータにより車両を走行させるモータ走行時には、ＮＯｘが内燃機関１０から排出されていないため待機モードになる。

このような状況の待機モード時に、ＮＯｘ触媒温度Ｔｃａｔが活性化温度Ｔａｃｔ以上であれば、次回、改質燃料モードが要求されると予測する。一方、上記状況の待機モード時に、ＮＯｘ触媒温度Ｔｃａｔが活性化温度Ｔａｃｔ未満であれば、次回、オゾンモードが要求されると予測する。

続くステップＳ７３では、図７のステップＳ４８と同様にしてオゾナイザ温度Ｔａを取得する。続くステップＳ７４では、ステップＳ７２による予測結果、およびステップＳ７３で取得したオゾナイザ温度Ｔａに基づき、目標エア流量Ａｔｒｇを設定する。例えば、改質燃料モードと予測されていれば、改質燃料モードの最適温度範囲Ｒ２にオゾナイザ温度Ｔａを調整するよう、目標エア流量Ａｔｒｇを設定する。また、例えばオゾンモードと予測されていれば、オゾンモードの最適温度範囲Ｒ１にオゾナイザ温度Ｔａを調整するよう、目標エア流量Ａｔｒｇを設定する。

続くステップＳ７５では、ステップＳ７４で設定した目標エア流量Ａｔｒｇに基づき、エアポンプ２０ｐの作動を制御する。具体的には、目標エア流量Ａｔｒｇに応じた電力を、エアポンプ２０ｐの電動モータへ供給することで、エア流量が目標エア流量Ａｔｒｇとなるように制御する。

なお、ステップＳ７２の処理を実行している時のマイコン８１は、次回実施する制御モードがオゾンモードおよび改質燃料モードのいずれであるかの予測する「待機時予測手段」を提供する。そして、ステップＳ７４、Ｓ７５の処理を実行している時のマイコン８１は、上記予測の結果およびオゾナイザ温度Ｔａに基づきエア流量を制御する「待機時流量制御手段」を提供する。

以上に説明した改質燃料生成制御によれば、上述した待機時予測手段（Ｓ７２）および待機時流量制御手段（Ｓ７４、Ｓ７５）を備える。よって、次回、改質燃料モードおよびオゾンモードのいずれが要求された場合であっても、オゾナイザ温度Ｔａを予め最適温度範囲Ｒ１、Ｒ２にしておくことができる。よって、待機モードから他のモードへ切り替わった直後から、オゾンの熱破壊抑制を十分に図ることができる。

（第３実施形態）
本実施形態では、図５に示すオゾン生成制御を、図１０に示すように変形させている。具体的には、ステップＳ２３にてオゾナイザ温度Ｔａを取得した後、ステップＳ２４にてオゾナイザ温度Ｔａが上限値Ｔｕ１以下であると判定された場合には、ステップＳ２４１にて以下の判定（予測）を実施する。すなわち、現状のオゾン生成制御から、図３のステップＳ１２による改質燃料生成制御に切り替えることが、所定時間以内に為されるか否かを判定する。換言すると、改質燃料生成制御への移行が所定時間以内に為される燃料移行直前状態であるか否かを判定する。

ステップＳ２４１では、図９のステップＳ７１、Ｓ７２と同様にして、ＮＯｘ触媒温度Ｔｃａｔの推移に基づき、所定時間内に改質燃料モードが要求されるかを予測する。例えば、ＮＯｘ触媒温度Ｔｃａｔが所定時間内に活性化温度Ｔａｃｔにまで上昇すると予測されれば、燃料移行直前状態であると判定する。

燃料移行直前状態であると予測判定された場合には、続くステップＳ２４２において、オゾナイザ温度Ｔａが、上限値Ｔｕ１よりも所定温度低い値に設定された第１温度以上であるか否かを判定する。本実施形態では、改質燃料生成制御で用いられる下限値Ｔｄと同じ値に第１温度を設定している。ステップＳ２４２にて第１温度以上であると判定された場合、またはステップＳ２４１にて燃料移行直前状態ではないと判定された場合には、ステップＳ２９に進み、ベースエア流量Ａｂａｓｅを目標エア流量Ａｔｒｇとして設定する。

一方、燃料移行直前状態であると予測判定され、かつ、オゾナイザ温度Ｔａが第１温度以上でないと判定された場合には、ベースエア流量Ａｂａｓｅから所定値αを減算した値を目標エア流量Ａｔｒｇとして設定する。なお、本実施形態では、図５のステップＳ２６、Ｓ２７の処理を廃止している。

要するに、本実施形態に係るオゾン生成制御では、燃料移行直前状態でなければ、オゾナイザ温度Ｔａが最適温度範囲Ｒ１となるようにエア流量を制御する。一方、燃料移行直前状態であると予測判定されれば、最適温度範囲Ｒ１のうち第１温度以上の高温領域となるようにエア流量を制御する。

ステップＳ２４１の処理を実行している時のマイコン８１は、オゾンモード時に、改質燃料モードへの移行が所定時間以内に為される燃料移行直前状態であるか否かを判定する「燃料移行予測手段」を提供する。ステップＳ２４３の処理を実行している時のマイコン８１は、燃料移行直前状態であると判定された場合に、オゾナイザ温度Ｔａが第１温度以上となるようにエア流量を制御する「燃料移行直前制御手段」を提供する。

以上により、本実施形態によれば、燃料移行予測手段および燃料移行直前制御手段を備えるので、改質燃料モードに切り替わる前に、オゾナイザ温度Ｔａを改質燃料モードの最適温度範囲Ｒ２にしておくことができる。或いは、最適温度範囲Ｒ２に近づけておくことができる。よって、待機モードから他のモードへ切り替わった直後において、オゾナイザ温度Ｔａが最適温度範囲Ｒ２よりも低い温度になっている時間を無くすことができる。或いは、上記時間を短くすることができる。

（第４実施形態）
本実施形態では、図７に示す改質燃料生成制御を、図１１に示すように変形させている。具体的には、ステップＳ４９、Ｓ５１にてオゾナイザ温度Ｔａが上限値Ｔｕ２以下であり、かつ、下限値Ｔｄ以上であると判定された場合には、ステップＳ５１１にて以下の判定（予測）を実施する。すなわち、現状の改質燃料生成制御から、図３のステップＳ１３によるオゾン生成制御に切り替えることが、所定時間以内に為されるか否かを判定する。換言すると、オゾン生成制御への移行が所定時間以内に為されるオゾン移行直前状態であるか否かを判定する。

ステップＳ５１１では、図９のステップＳ７１、Ｓ７２と同様にして、ＮＯｘ触媒温度Ｔｃａｔの推移に基づき、所定時間内にオゾンモードが要求されるかを予測する。例えば、ＮＯｘ触媒温度Ｔｃａｔが所定時間内に活性化温度Ｔａｃｔ未満にまで低下すると予測されれば、オゾン移行直前状態であると判定する。

オゾン移行直前状態であると予測判定された場合には、続くステップＳ５１２において、オゾナイザ温度Ｔａが、下限値Ｔｄよりも所定温度高い値に設定された第２温度以下であるか否かを判定する。本実施形態では、オゾン生成制御で用いられる上限値Ｔｕ１と同じ値に第２温度を設定している。ステップＳ５１２にて第２温度以下であると判定された場合には、ステップＳ５３に進み、ベースエア流量Ａｂａｓｅを目標エア流量Ａｔｒｇとして設定する。一方、オゾン移行直前状態であると予測判定され、かつ、オゾナイザ温度Ｔａが第２温度以下でないと判定された場合には、ベースエア流量Ａｂａｓｅから所定値βを加算した値を目標エア流量Ａｔｒｇとして設定する。

要するに、本実施形態に係る改質燃料生成制御では、オゾン移行直前状態でなければ、オゾナイザ温度Ｔａが最適温度範囲Ｒ２となるようにエア流量を制御する。一方、オゾン移行直前状態であると予測判定されれば、最適温度範囲Ｒ２のうち第２温度以下の低温領域となるようにエア流量を制御する。

ステップＳ５１１の処理を実行している時のマイコン８１は、改質燃料モード時に、オゾンモードへの移行が所定時間以内に為されるオゾン移行直前状態であるか否かを判定する「オゾン移行予測手段」を提供する。ステップＳ５１３の処理を実行している時のマイコン８１は、オゾン移行直前状態であると判定された場合に、オゾナイザ温度Ｔａが第２温度以下となるようにエア流量を制御する「オゾン移行直前制御手段」を提供する。

以上により、本実施形態によれば、オゾン移行予測手段およびオゾン移行直前制御手段を備えるので、オゾンモードに切り替わる前に、オゾナイザ温度Ｔａをオゾンモードの最適温度範囲Ｒ１にしておくことができる。或いは、最適温度範囲Ｒ１に近づけておくことができる。よって、改質燃料モードからオゾンモードへ切り替わった直後において、オゾナイザ温度Ｔａが最適温度範囲Ｒ１よりも高い温度になっている時間を無くすことができる。或いは、上記時間を短くすることができる。

（第５実施形態）
図１に示す還元剤添加装置Ａ１では、エアポンプ２０ｐによりオゾナイザ２０へ空気を供給している。これに対し、図１２に示す本実施形態の還元剤添加装置Ａ２では、内燃機関１０の吸気の一部を分岐させてオゾナイザ２０へ流入させる。

具体的には、吸気通路１０ｉｎのうちコンプレッサ１１ｃの下流かつ冷却器１２の上流部分とオゾナイザ２０の流通路２２ａとは、分岐配管３６ｈにより接続されている。また、吸気通路１０ｉｎのうち冷却器１２の下流部分と流通路２２ａとは、分岐配管３６ｃにより接続されている。分岐配管３６ｈは、冷却器１２により冷却される前の高温吸気をオゾナイザ２０へ供給する。分岐配管３６ｃは、冷却器１２により冷却された後の低温吸気をオゾナイザ２０へ供給する。

これらの分岐配管３６ｈ、３６ｃには、内部通路を開閉する電磁バルブ３６が取り付けられている。電磁バルブ３６の作動はマイコン８１により制御される。分岐配管３６ｈを開けて分岐配管３６ｃを閉じるように電磁バルブ３６が作動すると、高温吸気がオゾナイザ２０へ流入する。分岐配管３６ｃを開けて分岐配管３６ｈを閉じるように電磁バルブ３６が作動すると、低温吸気がオゾナイザ２０へ流入する。

電磁バルブ３６の作動により、冷却器１２の上流部分から冷却器１２により冷却される前の高温吸気を分岐させる高温モードと、冷却器１２の下流部分から冷却器１２により冷却された後の低温吸気を分岐させる低温モードとが切り替えられる。オゾンモード時には低温モードにして、生成したオゾンが吸気の熱で破壊されることの抑制を図る。また、改質燃料モード時には高温モードにして、ヒータ５０により加熱された燃料が、混合室３０ａで吸気により冷却されることの抑制を図る。

また、電磁バルブ３６の開度を調整することで、オゾナイザ２０へ供給される空気の流量を制御する。そして、本実施形態においても上記第１実施形態と同様にして、改質燃料モード時の判定に用いる上限値Ｔｕ１を、オゾンモード時の判定に用いる上限値Ｔｕ２よりも高い値に設定している。そのため、本実施形態によっても上記第１実施形態と同様の効果が得られる。

さらに本実施形態によれば、過給機１１により過給された吸気の一部をオゾナイザ２０へ供給する。そのため、図１に示すエアポンプ２０ｐを用いることなく、酸素を含んだ空気をオゾナイザ２０へ供給することが可能になる。

さらに本実施形態によれば、高温モードと低温モードの切り替えにより、オゾナイザ２０へ供給する空気の温度を変えることができるので、オゾナイザ温度Ｔａを最適温度範囲Ｒ１、Ｒ２にすることを迅速に実現できる。

（第６実施形態）
図１２に示す上記第５実施形態では、２つの分岐配管３６ｈ、３６ｃを備え、電磁バルブ３６により高温モードと低温モードに切り替えられる。これに対し、本実施形態の還元剤添加装置Ａ３では、図１３に示すように、低温吸気をオゾナイザ２０へ供給する分岐配管３６ｃを廃止している。そして、電磁バルブ３６の開度を調整することで、オゾナイザ２０へ供給される空気の流量を制御する。

本実施形態においても上記第１実施形態と同様にして、改質燃料モード時の判定に用いる上限値Ｔｕ１を、オゾンモード時の判定に用いる上限値Ｔｕ２よりも高い値に設定している。そのため、本実施形態によっても上記第１実施形態と同様の効果が得られる。

（他の実施形態）
以上、発明の好ましい実施形態について説明したが、発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、以下に例示するように種々変形して実施することが可能である。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である
図８のステップＳ６２、Ｓ６４では、オゾナイザ温度ＴａがＴｄ未満となった場合にエアポンプ２０ｐを停止させているが、混合室温度Ｔｂが所定値未満となった場合にエアポンプ２０ｐを停止させてもよい。

上記第１実施形態では、オゾンモード時において、Ｔａ＜Ｔｕ１の場合には、排出されるＮＯｘ流量に応じた要求オゾン流量Ｏｒｅｑに基づきエア流量を制御し、Ｔａ≧Ｔｕ１の場合には、上記制御よりも優先して、エア流量を増大させる（Ｓ２５）。これに対し、Ｔａ＜Ｔｕ１の場合に、予め設定されたエア流量で制御してもよい。

上記第１実施形態では、改質燃料モード時において、Ｔａ＜Ｔｕ２の場合には、冷炎反応に適した目標当量比φｔｒｇに基づきエア流量を制御し、Ｔａ≧Ｔｕ１の場合には、上記制御よりも優先して、エア流量を増大させる（Ｓ５０）。これに対し、Ｔａ＜Ｔｕ２の場合に、予め設定されたエア流量で制御してもよい。

図５のステップＳ２３では、放電による発熱量、外気温度およびエア流量に基づきオゾナイザ温度Ｔａを推定している。これに対し、オゾナイザ２０に温度センサを取り付け、オゾナイザ温度Ｔａを直接検出してもよい。

図５のステップＳ２５、Ｓ２８、Ｓ２９では、エア流量を３段階に変化させている。すなわち、ベースエア流量Ａｂａｓｅ、Ａｂａｓｅ＋α、Ａｂａｓｅ−αの３段階に変化させている。これに対し、オゾナイザ温度Ｔａと上限値Ｔｕ１との差分に応じてエア流量を無段階に変化させてもよい。

上記第３実施形態および第４実施形態では、オゾンモードの最適温度範囲Ｒ１と改質燃料モードの最適温度範囲Ｒ２が一部重複している場合の実施形態である。これに対し、これらの最適温度範囲Ｒ１、Ｒ２が重複しない場合には、図１０のステップＳ２４２の判定に用いる第１温度を、上限値Ｔｕ１よりも所定温度（例えば１０℃）だけ低い温度に設定すればよい。また、図１１のステップＳ５１２の判定に用いる第２温度を、下限値Ｔｄよりも所定温度（例えば１０℃）だけ高い温度に設定すればよい。

図１に示す上記実施形態では、ＮＯｘを物理的に捕捉（つまり吸着）する還元触媒が採用されているが、ＮＯｘを化学的結合により捕捉（つまり吸蔵）する還元触媒が採用された燃焼システムに、還元剤添加装置を適用させてもよい。

内燃機関１０が理論空燃比よりもリーンな状態で燃焼させている時に、ＮＯｘ浄化装置１５がＮＯｘを吸着し、リーン燃焼以外の時にＮＯｘを還元させる燃焼システムに、還元剤添加装置Ａ１、Ａ２、Ａ３を適用させてもよい。この場合、リーン燃焼時にはオゾンモードでオゾンを排気通路１０ｅｘに添加し、リーン燃焼以外の時に改質燃料モードで改質燃料を排気通路１０ｅｘに添加させればよい。このようにリーン燃焼時にＮＯｘを捕捉する触媒の具体例としては、担体に担持された白金とバリウムによる吸蔵還元触媒が挙げられる。

上記第１実施形態では、図３のステップＳ１１で用いるＮＯｘ触媒温度を、排気温度センサ９６により検出された排気温度から推定している。これに対し、ＮＯｘ浄化装置１５に温度センサを取り付けて、ＮＯｘ触媒温度を直接計測してもよい。或いは、出力軸１０ａの回転速度および内燃機関１０の負荷等に基づき、ＮＯｘ触媒温度を推定してもよい。

図１に示す実施形態では、オゾナイザ２０は、平板形状の電極２１を互いに平行に対向するように配置して構成されている。これに対し、放電リアクタは、針状に突出した形状の針状電極と、針状電極を環状に取り囲む環状電極とから構成されていてもよい。

図１に示す実施形態では、車両に搭載された燃焼システムに還元剤添加装置を適用させている。これに対し、定置式の燃焼システムに還元剤添加装置を適用させてもよい。図１に示す実施形態では、圧縮自着火式のディーゼルエンジンに還元剤添加装置を適用させており、燃焼用の燃料として用いる軽油を還元剤として用いている。これに対し、点火着火式のガソリンエンジンに還元剤添加装置を適用させて、燃焼用の燃料として用いるガソリンを還元剤として用いてもよい。

１０…内燃機関、１０ｅｘ…排気通路、１５…ＮＯｘ浄化装置、２０…オゾナイザ、３０…混合容器、３０ａ…混合室、４０…燃料噴射弁、５０…ヒータ、Ｓ１２…燃料添加制御手段、Ｓ１３…オゾン添加制御手段、Ｓ２５、Ｓ５０…空気増大制御手段、Ｔｕ１…オゾンモード時の上限値、Ｔｕ２…改質燃料モード時の上限値、Ａ１、Ａ２、Ａ３…還元剤添加装置。

Claims (10)

1. 内燃機関（１０）の排気に含まれるＮＯｘを還元触媒上で浄化するＮＯｘ浄化装置（１５）が排気通路（１０ｅｘ）に備えられた燃焼システムに設けられ、前記排気通路のうち前記還元触媒の上流側へ還元剤を添加する還元剤添加装置において、
   供給される空気に放電して、オゾンを含有する空気を生成するオゾナイザ（２０）と、
   炭化水素化合物である燃料を噴射する燃料噴射弁（４０）と、
   前記燃料噴射弁から噴射された燃料を加熱するヒータ（５０）と、
   前記オゾナイザにより生成されたオゾン含有空気と、前記ヒータにより加熱された燃料とを混合させる混合室（３０ａ）を内部に形成し、前記混合により燃料を部分的に酸化させて改質燃料を生成する混合容器（３０）と、
   前記燃料噴射弁、前記ヒータおよび前記オゾナイザを作動させることで前記改質燃料を生成させ、当該改質燃料を前記還元剤として前記排気通路へ添加させるように制御する燃料添加制御手段（Ｓ１２）と、
   前記燃料噴射弁および前記ヒータの作動を停止させつつ前記オゾナイザを作動させることでオゾンを生成させ、当該オゾンを前記排気通路へ添加させるように制御するオゾン添加制御手段（Ｓ１３）と、
   前記オゾナイザの内部温度が上限値（Ｔｕ１、Ｔｕ２）を超えて高温になった場合に、前記オゾナイザへ供給される空気の流量を増大させることで、前記内部温度の上昇を抑制させる空気増大制御手段（Ｓ２５、Ｓ５０）と、
   を備え、
   前記燃料添加制御手段による制御時の前記上限値（Ｔｕ２）は、前記オゾン添加制御手段による制御時の前記上限値（Ｔｕ１）よりも高い値に設定されていることを特徴とする還元剤添加装置。
2. 前記燃料添加制御手段による制御時に前記オゾナイザの内部温度が下限値（Ｔｄ）を超えて低温になった場合に、前記オゾナイザへ供給される空気の流量を減少させることで、前記内部温度の低下を抑制させる空気減少制御手段（Ｓ５２）を備えることを特徴とする請求項１に記載の還元剤添加装置。
3. 前記燃料添加制御手段による制御時に、前記オゾン添加制御手段による制御への移行が所定時間以内に為されるオゾン移行直前状態であるか否かを判定するオゾン移行予測手段（Ｓ５１１）と、
   前記オゾン移行直前状態であると判定された場合に、前記オゾナイザの内部温度が、前記下限値よりも所定温度高い値に設定された温度以下となるように、前記オゾナイザへ供給される空気の流量を制御するオゾン移行直前制御手段（Ｓ５１３）と、
   を備えることを特徴とする請求項２に記載の還元剤添加装置。
4. 前記オゾン添加制御手段による制御時の前記上限値（Ｔｕ１）であるオゾン添加時上限値は、前記下限値よりも高い値に設定されており、
   前記燃料添加制御手段および前記オゾン添加制御手段のいずれによる制御も実施せずに待機する待機状態時に、前記オゾナイザの内部温度が前記オゾン添加時上限値と前記下限値の間の範囲となるよう、前記オゾナイザへ供給される空気の流量を制御する待機時流量制御手段（Ｓ６２、Ｓ６３、Ｓ６４）を備えることを特徴とする請求項２または３に記載の還元剤添加装置。
5. 前記燃料添加制御手段および前記オゾン添加制御手段のいずれによる制御も実施せずに待機する待機状態時に、次回実施する制御がいずれであるかを予測する待機時予測手段（Ｓ７２）と、
   前記待機状態時に、前記待機時予測手段による予測結果および前記オゾナイザの内部温度に基づき、前記オゾナイザへ供給される空気の流量を制御する待機時流量制御手段（Ｓ７４、Ｓ７５）と、
   を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の還元剤添加装置。
6. 前記オゾン添加制御手段による制御時に、前記燃料添加制御手段による制御への移行が所定時間以内に為される燃料移行直前状態であるか否かを判定する燃料移行予測手段（Ｓ２４１）と、
   前記燃料移行直前状態であると判定された場合に、前記オゾナイザの内部温度が、前記オゾン添加制御手段による制御時の前記上限値よりも所定温度低い値に設定された温度以上となるように、前記オゾナイザへ供給される空気の流量を制御する燃料移行直前制御手段（Ｓ２４３）と、
   を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の還元剤添加装置。
7. 前記排気通路へ添加するオゾンの要求流量に基づき、前記オゾナイザへ供給する空気の目標流量を算出し、当該目標流量となるように空気の供給流量を制御するオゾン用空気制御手段（Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２９）を備え、
   前記オゾン添加制御手段による制御時に前記オゾナイザの内部温度が前記上限値（Ｔｕ１）を超えて高温になった場合には、前記オゾン用空気制御手段による制御よりも優先して、前記空気増大制御（Ｓ２５）による制御を実施することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の還元剤添加装置。
8. 前記排気通路へ添加する改質燃料の要求流量に基づき、前記オゾナイザへ供給する空気の目標流量を算出し、当該目標流量となるように空気の供給流量を制御する燃料用空気制御手段（Ｓ４０、Ｓ４７、Ｓ５３）を備え、
   前記燃料添加制御手段による制御時に前記オゾナイザの前記内部温度が前記上限値（Ｔｕ２）を超えて高温になった場合には、前記燃料用空気制御手段による制御よりも優先して、前記空気増大制御手段（Ｓ５０）による制御を実施することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の還元剤添加装置。
9. 前記オゾン添加制御手段による制御時に、前記混合室の温度が所定温度（Ｔｘ）未満であれば、前記オゾナイザの内部温度が前記上限値を超えて高温になっていないことを条件として、前記オゾナイザへ供給される空気の流量を減少させることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の還元剤添加装置。
10. 前記空気増大制御手段による制御時に、前記オゾナイザへ供給する電力量を減少させる電力減少制御手段（Ｓ３３、Ｓ５７）を備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の還元剤添加装置。

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