JP2015108352A - 高活性物質添加装置 - Google Patents

Abstract

【課題】還元剤の混合性を高めることで、電極を大型化することなく改質能力を向上させ。
【解決手段】内燃機関１０の排気通路１０ｅｘのうちＮＯｘ浄化装置１５の上流側へ還元剤を添加する高活性物質添加装置は、混合容器３１および放電リアクタ２０を備える。混合容器３１は、還元剤を流通させる混合室３１ａ（還元剤通路）を有するとともに、酸素ガスを混合室３１ａへ導入する隙間ＣＬ（酸素導入口）を有し、酸素ガスと還元剤との混合気を混合室３１ａで形成する。放電リアクタ２０は、混合気が流通する流通路２２ａに配置された電極２１を有し、電極２１の放電により酸素ガスを電離させ、その電離した酸素ガスにより還元剤を酸化させて高活性物質としての改質還元剤を生成させる。そして、隙間ＣＬは、混合室３１ａの周方向に延びる形状である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＮＯｘの還元に用いる還元剤を添加する、高活性物質添加装置に関する。

従来より、内燃機関の排気に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を、触媒上で還元剤と反応させて浄化する技術が知られている。この技術に関し、特許文献１に記載の高活性物質添加装置では、内燃機関の燃焼に用いる燃料を還元剤として用いている。そして、液体の燃料を電極間の空気中に噴射し、電極間で放電を生じさせることで液体燃料を改質し、改質した液体燃料を排気通路へ添加している。

特開２００９−１６２１７３号公報

上記放電による燃料の改質では、電極間において空気中に含まれる酸素成分が必要である。すなわち、放電により酸素が電離され、電離した酸素により燃料が酸化されて改質される。したがって、上記特許文献１に記載の装置において、電極間に存在する空気と燃料の混合性を高めれば、電極を大型化することなく改質能力を向上できる余地がある。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、還元剤の混合性を高めることで、電極を大型化することなく改質能力を向上させた高活性物質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高活性物質添加装置である。この高活性物質添加装置は、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高活性物質を添加することを前提とする。そして、この高活性物質添加装置は、還元剤を流通させる還元剤通路（３１ａ）を有するとともに、少なくとも酸素を含んだ酸素ガスを還元剤通路へ導入する酸素導入口（ＣＬ、ＣＬａ）を有し、酸素ガスと還元剤との混合気を還元剤通路で形成する混合容器（３１）と、混合気が流通する流通路（２２ａ）を形成するとともに、流通路に配置された電極（２１）を有し、電極の放電により酸素ガスを電離させ、その電離した酸素ガスにより還元剤を酸化させて高活性物質としての改質還元剤を生成させる放電リアクタ（２０）と、を備え、酸素導入口は、還元剤通路の周方向に延びる形状であることを特徴とする。

この発明によれば、酸素導入口は還元剤通路の周方向に延びる形状であるため、還元剤通路の周方向において広い範囲から酸素ガスが導入されるので、還元剤通路を流通する還元剤と酸素ガスとの混合性が高められる。そのため、電離した酸素ガスにより還元剤を酸化させる反応が促進される。よって、電極を大型化することなく、単位時間当たりに改質可能な量（改質能力）を向上できる。

本発明の第１実施形態に係る高活性物質添加装置、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。 図１に示す高活性物質添加装置を模式的に示す断面図。 図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図。 図２中のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図。 第１実施形態において、改質ＨＣが生成されるメカニズムを説明する模式図。 第１実施形態において、オゾンが生成されるメカニズムを説明する模式図。 第１実施形態において、放電リアクタの断面構造を模式的に示す図。 第１実施形態において、噴出口から噴出された混合気の主流経路を模式的に示す斜視図。 第１実施形態において、混合容器を上流側から見た正面図。 第１実施形態において、オゾン生成と改質ＨＣ生成とを切り替える制御の手順を示すフローチャート。 第１実施形態において、燃料供給量およびヒータ温度を制御する処理手順を示すフローチャート。 本発明の第２実施形態に係る高活性物質添加装置を模式的に示す断面図。 第２実施形態に係る混合容器の、連結部における断面図。

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）、ＮＯｘ浄化装置１５、還元剤浄化装置（ＤＯＣ１６）および高活性物質添加装置を備える。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。

複数の燃焼室から排出された排気は、排気マニホールド１０ｍにより集合される。排気マニホールド１０ｍには、排気の一部をＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスとして吸気通路１０ｉｎへ還流させる還流配管１０ｅｇｒが取り付けられている。このようにＥＧＲガスを吸気に混合させることで、燃焼室での燃焼温度を低下させてＮＯｘ低減が図られる。還流配管１０ｅｇｒには、ＥＧＲクーラ１７およびＥＧＲバルブ１８が取り付けられている。ＥＧＲクーラ１７は、ＥＧＲガスを冷却することで燃焼温度をさらに低下させてＮＯｘ低減を促進させる。ＥＧＲバルブ１８は、ＥＣＵ８０により制御され内燃機関１０の運転状態に応じてＥＧＲガスの流量を制御する。

排気通路１０ｅｘのうちタービン１１ａの下流側には、ＤＰＦ１４（Diesel Particulate Filter）、ＮＯｘ浄化装置１５、ＤＯＣ１６（Diesel Oxidation Catalyst）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。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、高活性物質添加装置の供給管２４が接続されている。この供給管２４から排気通路１０ｅｘへ、高活性物質添加装置により生成された改質還元剤が添加される。改質還元剤とは、還元剤として用いる炭化水素（燃料）を部分的に酸化して部分酸化炭化水素に改質したものであり、図５を用いて後に詳述する。

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還元剤と反応させて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、改質還元剤は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は改質還元剤により還元されて、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。

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。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、改質還元剤を生成して供給管２４から排気通路１０ｅｘへ添加する高活性物質添加装置について、図１および図２を用いて説明する。

高活性物質添加装置は、排気通路１０ｅｘの外部に配置されており、以下に詳述する放電リアクタ２０、燃料噴射弁３３、電気ヒータ３４、高温吸気配管１０ｈ、低温吸気配管１０ｃ、熱交換器１０ａおよび電子制御装置（ＥＣＵ８０）を備える。放電リアクタ２０、燃料噴射弁３３および電気ヒータ３４への通電は、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。

放電リアクタ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。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。

放電リアクタ２０の上流側には、連結部材３０が取り付けられており、連結部材３０の内部空間３０ａには、混合室３１ａを内部に形成する筒状の混合容器３１が配置されている。混合容器３１は、ハウジング２２の上流側に接続される下流容器部３１２と、下流容器部３１２の上流側に繋がる上流容器部３１１とを備える。

下流容器部３１２の下流側開口部３１２ａは、矩形形状であり（図９参照）、ハウジング２２により形成される流通路２２ａの流入口２２ｂと連通する。下流容器部３１２の通路断面形状は、混合気の流れ方向におけるいずれの位置においても矩形であり、下流側に位置するほど徐々に通路断面が拡大していく。つまり、下流容器部３１２は下流側に向かって広がる末広がり形状に形成されている。

上流容器部３１１の上流側開口部３１１ａは、連結部材３０に設けられた筒状部材３０ｂの開口部３０ｅと同一の矩形形状であり（図９参照）、上流側開口部３１１ａと開口部３０ｅとは対向する。したがって、混合容器３１と筒状部材３０ｂとの間に形成された隙間ＣＬを介して、混合室３１ａと内部空間３０ａとは連通する。混合室３１ａの周囲には内部空間３０ａが存在しており、その内部空間３０ａの空気が、環状の隙間ＣＬを通じて混合室３１ａへ流入し、流通路２２ａおよび供給管２４へと順に流れるように構成されている。

混合室３１ａは、気化した燃料を放電リアクタ２０へ流通させる「還元剤通路」を提供する。隙間ＣＬは、空気配管３２を通じて内部空間３０ａに流入した酸素ガスを混合室３１ａへ導入する「酸素導入口」を提供する。隙間ＣＬは環状に形成されている。そのため、図９に示すように、気体燃料が流通する方向の周りの全体から（図９中の矢印参照）、隙間ＣＬを通じて混合室３１ａの上流側開口部３１１ａに酸素ガスが導入される。つまり、隙間ＣＬは、還元剤通路の全周に亘って環状に延びる形状であると言える。

連結部材３０の上流側には、後に詳述する気化ケース３６、燃料噴射弁３３、電気ヒータ３４および温度センサ３７を保持する保持部材３５が取り付けられている。保持部材３５の下方部分には第１空気通路３５ａが形成されている。一方、連結部材３０の下方部分には第２空気通路３０ｃが形成されており、第２空気通路３０ｃの下流端は内部空間３０ａと連通し、第２空気通路３０ｃの上流端は第１空気通路３５ａと連通する。保持部材３５には、高温吸気配管１０ｈまたは低温吸気配管１０ｃから導入された空気を第１空気通路３５ａへ流通させる空気配管３２が接続されている。

以上により、高温吸気配管１０ｈまたは低温吸気配管１０ｃから空気配管３２へ導入された空気は、第１空気通路３５ａ、第２空気通路３０ｃ、内部空間３０ａおよび隙間ＣＬを順に流れて混合室３１ａへ流入する。酸素ガスとして用いる空気を混合室３１ａへ導く「空気通路」は、第１空気通路３５ａ、第２空気通路３０ｃおよび内部空間３０ａにより提供される。

高温吸気配管１０ｈおよび低温吸気配管１０ｃは、コンプレッサ１１ｃで圧縮された吸気の一部を、吸気通路１０ｉｎから分岐させて空気配管３２へ導入する。高温吸気配管１０ｈは、吸気通路１０ｉｎのうち冷却器１２の上流部分から、冷却器１２で冷却される前の高温の吸気を分岐させる。低温吸気配管１０ｃは、吸気通路１０ｉｎのうち冷却器１２の下流部分から、冷却器１２で冷却された後の低温の吸気を分岐させる。これらの高温吸気または低温吸気には酸素分子が含まれており、以下、このように少なくとも酸素を含むガスのことを単に酸素ガスと呼ぶ。

図１に示すように、高温吸気配管１０ｈには熱交換器１０ａが取り付けられている。熱交換器１０ａにより、還流配管１０ｅｇｒ内を流通する高温のＥＧＲガスと、熱交換器１０ａ内を流通する高温吸気とが熱交換する。よって、高温吸気はＥＧＲガスにより加熱される。つまり、熱交換器１０ａは、放電リアクタ２０へ供給される酸素ガスを加熱する「酸素ガス加熱手段」を提供する。

低温吸気配管１０ｃおよび高温吸気配管１０ｈは、切替バルブ３２ａを通じて空気配管３２に接続されている。切替バルブ３２ａは、低温吸気配管１０ｃおよび高温吸気配管１０ｈのいずれか一方を空気配管３２に連通させるよう、マイコン８１により制御されて駆動する。

気化ケース３６は、断面円形の気化室３６ａを内部に形成する（図３、図４参照）。気化室３６ａには、気化室３６ａの軸方向（図２の左右方向）に沿って棒状に延びる、電気ヒータ３４の加熱面３４ａが配置されている。また、気化室３６ａのうち加熱面３４ａの上方には、温度センサ３７の検出部３７ａが配置されており、温度センサ３７は、気化室３６ａのうち加熱面３４ａの上方部分の温度を、電気ヒータ３４による実際の加熱度合いとして検出する。

気化ケース３６の周壁の上方部分には開口部３６ｃが形成されており、開口部３６ｃの上方には燃料噴射弁３３が配置されている。燃料噴射弁３３の噴孔３３ａ（図４参照）から噴射された霧状の液体燃料は、開口部３６ｃを通じて気化室３６ａへ流入し、加熱面３４ａに噴き付けられる。

気化室３６ａに流入した液体燃料は、電気ヒータ３４により加熱されて気化する。また、加熱面３４ａは、気化された燃料をさらに加熱することで、炭素数の少ない炭化水素に燃料を分解するクラッキングを生じさせる。例えば、軽油がクラッキングされる温度（３５０℃〜５００℃）に燃料を加熱するよう、マイコン８１が電気ヒータ３４への通電を制御する。クラッキングされた燃料は沸点が低くなり凝縮しにくくなる。

気化してクラッキングされた燃料は、気化ケース３６の軸方向先端部分に形成された複数の噴出口３６ｂから噴出する。噴出口３６ｂから噴出した気体燃料は、空気配管３２等により導入された空気（酸素ガス）と混合室３１ａで混合し、その後、放電リアクタ２０へ流入する。噴出口３６ｂは、混合室３１ａの中に位置しており、隙間ＣＬは、混合室３１ａのうち噴出口３６ｂよりも上流側に位置する。詳細には、隙間ＣＬの全体が、気化ケース３６の外表面のうちの噴出口３６ｂの位置よりも上流側に位置する。

燃料噴射弁３３、電気ヒータ３４および温度センサ３７は、図示しないシール材を介して気化ケース３６に取り付けられている。したがって、気化室３６ａのうち空気流入口３６ｄおよび噴出口３６ｂを除く部分については、密閉された空間になっている。よって、改質制御時に燃料が気化すると気化室３６ａが高圧になる。つまり、気化室３６ａを有する気化ケース３６は、還元剤を加熱することにより圧力上昇させる「高圧室」を有する「高圧ケース」を提供する。

なお、燃料タンク３３ｔ内の液体燃料は、ポンプ３３ｐにより燃料噴射弁３３に供給され、燃料噴射弁３３の噴孔３３ａから噴射されて減圧することにより、微粒化された状態で気化室３６ａへ供給される。つまり、燃料噴射弁３３は、電気ヒータ３４へ還元剤を供給する「還元剤供給手段」を提供するとともに、液体燃料を微粒化する「微粒化手段」も提供しており、例えば、液体燃料の粒径を６０μｍ以下の噴霧状態にして噴射する。

燃料タンク３３ｔ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３３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。

気化ケース３６内へ噴射される液体燃料の単位時間当たりの噴射量が、単位時間当たりに気化する気化量よりも多くなると、気化ケース３６内に液体燃料が貯留されることとなる。この場合、気化ケース３６は、噴射された液体燃料を気化するまで一時的に貯留する貯留槽を提供する。但し、貯留される燃料の液面が開口部３６ｃの最下端部３６ｅに達することのないよう、噴孔３３ａからの燃料噴射量は制御される。

保持部材３５には、第１空気通路３５ａから分岐する分岐通路が形成されている。この分岐通路は、第１分岐通路３５ｂ、第２分岐通路３５ｃおよび第３分岐通路３５ｄから構成されている。第１分岐通路３５ｂは、第１空気通路３５ａから分岐して上下方向に延びる（図２参照）。第２分岐通路３５ｃは、第１分岐通路３５ｂの上端から、気化ケース３６の底面に沿って水平方向に延びる（図２、図３参照）。第３分岐通路３５ｄは、第２分岐通路３５ｃの下流端から、気化ケース３６の外周面に沿って上方に延びる（図２、図４参照）。

図４に示すように、第３分岐通路３５ｄの上端（下流端）は、気化ケース３６の開口部３６ｃと連通する。よって、開口部３６ｃのうち第３分岐通路３５ｄと連通する部分が、空気流入口３６ｄに相当する。また、気化ケース３６の周壁のうち開口部３６ｃを形成する端面が、空気流入口３６ｄの最下端部３６ｅに相当する。そして、空気流入口３６ｄは噴出口３６ｂよりも下方に位置する。より具体的には、空気流入口３６ｄの最下端部３６ｅが、噴出口３６ｂの入口の最下端部よりも下方に位置する。

また、空気流入口３６ｄは、燃料噴射弁３３の噴孔３３ａから噴射される範囲の外に配置されている。この噴射範囲は、加熱面３４ａのうち、図２において噴孔３３ａから延びる２本の点線で囲まれる範囲である。要するに、第１分岐通路３５ｂの直上位置から図２の左側にずらした位置に、空気流入口３６ｄを位置させている。

第２空気通路３０ｃには、空気の流量を減少させる絞り部３０ｄが設けられている。そのため、第１空気通路３５ａの圧力よりも内部空間３０ａの圧力が低くなり、混合室３１ａの圧力は低下する。噴出口３６ｂは混合室３１ａに位置するので、混合室３１ａの圧力が低下すると、気化室３６ａ内の気体燃料は噴出口３６ｂから噴出されやすくなる。

気体燃料と空気とが混合室３１ａにて混合した混合気は、放電リアクタ２０の電極２１間の電極間通路２１ａを流通し、供給管２４を通じて排気通路１０ｅｘへ添加される。放電リアクタ２０は、混合気に含まれる燃料（炭化水素）を酸化させて改質還元剤を生成する。以下、図５を用いてその生成反応について説明する。

先ず、図５中の符号（１）に示すように、電極２１から放出された電子が、混合気に含まれる酸素ガス（酸素分子）に衝突する。すると、酸素分子は電離して活性酸素の状態になる（符号（２）参照）。次に、活性酸素は、混合気に含まれる気体燃料（炭化水素）と反応して炭化水素を部分的に酸化する（符号（３）参照）。これにより、炭化水素が部分的に酸化された状態の改質還元剤が生成される（符号（４）参照）。改質還元剤の具体例としては、炭化水素の一部がヒドロキシ基（ＯＨ）、アルデヒド基（ＣＨＯ）に酸化された状態の部分酸化物が挙げられる。

さらに放電リアクタ２０は、燃料噴射弁３３による燃料噴射が停止されて燃料が流入していない状態では、図６に示すようにオゾンを活発に生成するようになる。すなわち、先ず、電極２１から放出された電子が、導入されてくる酸素ガス（酸素分子）に衝突する（符号（１）参照）。すると、酸素分子は電離して活性酸素の状態になる（符号（２）参照）。そして活性酸素は、送風されてくる酸素分子と反応して酸化する（符号（５）参照）。

要するに、電極２１に電圧を印加して酸素ガスが導入される状態にすれば、放電リアクタ２０は、酸素ガスをグロー放電によりプラズマ状態にして、酸素分子を電離させて活性酸素にする。そして、この状態で噴出口３６ｂから燃料が噴出されていれば、放電リアクタ２０は活性酸素により燃料を部分的に酸化させて改質還元剤を生成する。一方、噴出口３６ｂからの燃料噴出が停止されていれば、放電リアクタ２０は活性酸素により酸素ガスからオゾンを生成する。生成された改質還元剤またはオゾンは、酸素ガスの供給圧力、つまりコンプレッサ１１ｃによる圧力により、電極２１間の電極間通路２１ａから流出し、供給管２４を通じて排気通路１０ｅｘへ添加される。

放電リアクタ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に電極２１が配置されている（図１参照）。以下、ハウジング２２内部における電極２１の配置状態を、図７を用いて詳細に説明する。図示されるように、電極２１は、絶縁基板２１ｂ、金属板２１ｃおよび絶縁保護膜２１ｄを備えて構成されている。絶縁基板２１ｂはセラミック製であり、金属板２１ｃを保持する。金属板２１ｃは高電圧が印加されることにより流通路２２ａにおいて放電する。絶縁保護膜２１ｄは、金属板２１ｃが電極間通路２１ａに露出しないように、電極間通路２１ａ側から金属板２１ｃの表面を覆う。

複数の電極２１は、スペーサ２３を介して積層配置されている。これにより、平板形状の電極２１が互いに平行に対向するように配置される。また、一対の電極２１はスペーサ２３により所定の間隔に保たれ、電極２１間に電極間通路２１ａが形成される。放電リアクタ２０は、一対の電極２１を複数組備えている。各々の電極２１間において、図５および図６を用いて説明した通り改質還元剤およびオゾンが生成される。

図８および図９に示すように、複数の噴出口３６ｂは５つであり、そのうちの４つは正方形の４隅に位置するように配置され、そのうちの１つは上記正方形の中央に配置されている。さて、電極間通路２１ａの各々の流入口は矩形であり、これらの流入口は、ハウジング２２内の流通路２２ａにおいて、一方向（図８の上下方向）に並んでいる。そのため、流通路２２ａの通路断面形状も矩形の形状であり、その形状に合わせて、流通路２２ａの流入口２２ｂも矩形の形状に形成されている（図９の一点鎖線参照）。

先述した４隅の噴出口３６ｂは、流入口２２ｂの矩形４隅に位置する隅部２２ｃへ向けて混合気を噴出する向きに形成されている。また、４つの噴出口３６ｂの中央に位置する噴出口３６ｂは、流入口２２ｂの矩形中央に位置する中央部２２ｄへ向けて混合気を噴出する向きに形成されている。

より詳細に説明すると、これら５つの噴出口３６ｂは円形に形成されているため、噴出口３６ｂから噴出された混合気は、下流に進むにつれて徐々に直径が拡大していく円錐状に拡がっていく（図８中の矢印参照）。したがって、円錐状に拡がる混合気の流入口２２ｂにおける投影形状は、図８および図９に示す如く円形となる。このような円形の投影範囲のうち、４隅の噴出口３６ｂから噴出した混合気の投影範囲は、流入口２２ｂの４箇所の隅部２２ｃに位置する。また、中央の噴出口３６ｂから噴出した混合気の投影範囲は、流入口２２ｂの中央部２２ｄに位置する。

気化ケース３６に形成される噴出口３６ｂの向きに関し、中央の噴出口３６ｂは、気化ケース３６の中心線に対して平行に延びる向きに形成されている。これにより、中央の噴出口３６ｂから噴出した混合気は中央部２２ｄへ向かうようになる。一方、４隅の噴出口３６ｂの延びる向きは、上記中心線に対して隅部２２ｃの側へ傾いている。これにより、４隅の噴出口３６ｂから噴出した混合気は隅部２２ｃへ向かうようになる。

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、アクセルペダルセンサ（図示せず）、機関回転速度センサ（図示せず）、スロットル開度センサ（図示せず）、吸気圧センサ（図示せず）、吸気量センサ９５、排気温度センサ９６等が挙げられる。

アクセルペダルセンサは、ユーザのアクセルペダル踏込量を検出する。機関回転速度センサは、内燃機関１０の出力軸の回転速度を検出する。スロットル開度センサはスロットルバルブ１３の開度を検出する。吸気圧センサは、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、高活性物質添加装置の作動を制御する。すなわち、マイコン８１は、図１０および図１１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、改質還元剤の生成とオゾンの生成を切り替えるように制御する。これらのプログラムは、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１０のステップＳ１１において、電極２１へ電圧を印加して放電リアクタ２０での放電を実施する。続くステップＳ１２では、ＮＯｘ浄化装置１５が有する還元触媒の温度（ＮＯｘ触媒温度）が、活性化温度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から推定される。ここで、還元触媒の活性化温度とは、改質還元剤により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未満であると判定された場合には、ステップＳ１３においてオゾン生成フラグをオンに設定する。このオゾン生成フラグは、図６の如くオゾンを生成するように指令するものである。一方、ＮＯｘ触媒温度が活性化温度未満でないと判定された場合には、ステップＳ１４において改質フラグをオンに設定する。この改質フラグは、図５の如く改質還元剤を生成するように指令するものである。

また、ステップＳ１３にてオゾン生成フラグをオンに設定した場合には、続くステップＳ１５において、低温吸気配管１０ｃから低温吸気を放電リアクタ２０へ供給させるよう、切替バルブ３２ａを作動させる。一方、ステップＳ１４にて改質フラグをオンに設定した場合には、続くステップＳ１６において、高温吸気配管１０ｈから高温吸気を放電リアクタ２０へ供給させるよう、切替バルブ３２ａを作動させる。ステップＳ１５、Ｓ１６の処理を実行している時のマイコン８１は「切替制御手段」を提供する。

次に、図１１のステップＳ２０では、改質フラグがオンに設定されているか否かを判定する。改質フラグがオンでないと判定されれば、続くステップＳ２１にて電気ヒータ３４への通電を停止させるとともに、ステップＳ２２において、燃料噴射を停止させるように燃料噴射弁３３を閉弁作動させる。ステップＳ２２の処理を実行している時のマイコン８１は「オゾン生成制御手段」を提供する。

一方、改質フラグがオンであると判定されれば、続くステップＳ２３にて、ＮＯｘ浄化装置１５が単位時間当りに必要とする改質還元剤の量（必要還元剤量）を算出する。このステップＳ２３の処理を実行している時のマイコン８１は「必要量算出手段」を提供する。以下、必要還元剤量を算出する具体例を説明する。

先ず、内燃機関１０の負荷、出力軸の回転速度および燃焼用の燃料の噴射量等、内燃機関１０の運転状態に基づき、排気中のＮＯｘ濃度および排気量を算出する。次に、算出したＮＯｘ濃度および排気量に基づき排気中のＮＯｘ量（ＮＯｘ排出量）を算出する。次に、算出したＮＯｘ排出量、供給した改質還元剤量およびＮＯｘ触媒温度等の履歴に基づき、ＮＯｘ浄化装置１５で吸着されているＮＯｘ量（ＮＯｘ吸着量）を算出する。次に、算出したＮＯｘ吸着量に現時点でのＮＯｘ排出量を加算してＮＯｘ総量を算出する。次に、ＮＯｘ総量を浄化するのに必要な改質還元剤の量を、必要還元剤量として算出する。

以上の如くステップＳ２３にて必要還元剤量を算出した後、続くステップＳ２４では、算出した必要還元剤量に基づき目標ヒータ温度を算出する。具体的には、必要還元剤量が多いほど目標ヒータ温度を高く設定する。但し、目標ヒータ温度の下限値はクラッキング可能温度以上に設定される。

続くステップＳ２５では、目標ヒータ温度となるように電気ヒータ３４への供給電力を制御する。例えば、電気ヒータ３４へ印加する電圧のパルス幅をデューティ制御することで供給電力を制御する。燃料が気化する際に、気化潜熱によって加熱面３４ａから熱量を持ち去るため、気化潜熱による温度低下分を考慮して、目標ヒータ温度となるように電気ヒータ３４へ電力供給する。続くステップＳ２６では、単位時間当たりの燃料噴射量が必要還元剤量になるよう、燃料噴射弁３３の開弁時間を制御して燃料噴射を実施する。ステップＳ２６の処理を実行している時のマイコン８１は「改質制御手段」を提供する。

さて、燃料噴射弁３３から噴射される液体燃料には、軽質燃料や重質燃料等の各種成分が含まれている。軽質燃料は加熱されると速やかに気化するのに対し、重質燃料は、加熱されると重合反応を起こして固形物を生成し、その固形物がデポジットとして気化室３６ａに堆積していく。そこで、上述した改質制御手段およびオゾン生成制御手段が実行されていない時に、以下に説明するクリーニング制御を実行して、デポジットを定期的に除去している。

このクリーニング制御では、燃料噴射弁３３からの燃料供給を停止させつつ電気ヒータ３４を作動させて空焚きし、かつ、空気流入口３６ｄから気化室３６ａに空気を流入させることで、上記デポジットを燃焼させる。これにより、加熱面３４ａに付着したデポジットが除去される。

以上に説明した通り、本実施形態に係る高活性物質添加装置では、酸素導入口として機能する隙間ＣＬは、還元剤通路として機能する混合室３１ａの全周に亘って環状に延びる形状である。そのため、還元剤通路の全周方向から空気（酸素ガス）が導入されるので、全周方向のうちの一部分から空気が導入される場合に比べて、混合室３１ａを流通する気体燃料と空気との混合性が高められる。よって、電離した酸素により燃料を酸化させる反応、つまり図５の（４）に示す反応が促進される。よって、電極２１への供給電力の増大や電極２１の大型化を要することなく、単位時間当たりに改質可能な量（改質能力）を向上できる。

さらに本実施形態では、気化室３６ａおよび噴出口３６ｂを有する気化ケース３６を備える。そして、加熱気化された燃料は気化室３６ａにて高圧の状態になり、高圧の気体燃料が噴出口３６ｂから混合室３１ａへ噴出される。そのため、気化室３６ａを流通する気体燃料の流速が高められるので、気体燃料と空気との混合性が向上する。

さらに本実施形態では、電極２１が平板形状であり、１組の電極２１が対向して配置されることで電極間通路２１ａが形成されている。また、放電リアクタ２０は、複数組の電極２１を有し、流通路２２ａの流入口２２ｂは、複数の電極間通路２１ａを含む矩形の形状である。そして、流入口２２ｂの矩形の隅部２２ｃに向けて燃料を噴出するよう、４つの隅部２２ｃの各々に対応して噴出口３６ｂが設けられている。これによれば、流入口２２ｂの隅部２２ｃへの混合気の流入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、酸素導入口として機能する隙間ＣＬは、還元剤通路として機能する混合室３１ａのうち噴出口３６ｂよりも上流側に位置する。さて、混合室３１ａのうち噴出口３６ｂの近傍部分では、気体燃料が高速で流れることに起因してベルヌーイの定理により低圧となっている。そのため、噴出口３６ｂよりも上流側に隙間ＣＬを位置させた本実施形態によれば、隙間ＣＬから導入された空気が上記低圧の部分に引き寄せられやすくなるので、空気と燃料との混合性が向上する。

さらに本実施形態では、電極２１による放電がグロー放電である。この場合、アーク放電させる場合に比べて電極２１間の距離が短く設定されることとなる。すると、空気と燃料との混合性を向上させることに起因した改質能力の向上が顕著に現れる。したがって、全周方向から空気を導入することにより混合性が向上させるといった先述の効果が、グロー放電させる本実施形態において顕著に発揮される。

さらに本実施形態では、液体の燃料を加熱して気化させる電気ヒータ３４を備えるので、液体の燃料が電極２１に付着する不具合を抑制しつつ改質還元剤を生成できる。それでいて、液体の燃料のうち気化されずに気化室に堆積した成分（デポジット）を、次のクリーニング制御により燃焼させて除去することができる。このクリーニング制御では、燃料供給を停止させつつ電気ヒータ３４を作動させて空焚きし、かつ、気化室３６ａに空気を流入させることで、上記デポジットを燃焼させて除去できる。

したがって、電気ヒータ３４の加熱面３４ａにデポジットが付着することにより加熱面３４ａから燃料への伝熱性が悪化することを抑制でき、燃料の速やかな気化がデポジットにより阻害されることを抑制できる。また、噴出口３６ｂがデポジットで詰まることにより混合室３１ａへの気体燃料の供給が阻害されることを抑制できる。

さらに本実施形態では、気化ケース３６に形成された空気流入口３６ｄは、噴出口３６ｂよりも下方に位置する。そのため、クリーニング制御時には以下に説明する対流が生じるようになる。すなわち、気化室３６ａ内の高温ガスは、比重が小さく軽いので、上方に位置する噴出口３６ｂからは排出されやすくなり、また、下方に位置する空気流入口３６ｄからは排出されにくくなる。したがって、気化室３６ａ内の高温ガスが噴出口３６ｂから排出され、その排出分だけ、空気流入口３６ｄから空気が気化室３６ａへ流入するといった対流が生じる。そのため、気化室３６ａへの空気流入を促進でき、酸素不足によりデポジットが十分に燃焼できなくなるおそれを抑制できる。

特に、クリーニング制御時には内燃機関１０が停止してコンプレッサ１１ｃが停止している場合があるが、この場合であっても、上記対流により気化室３６ａへ空気を流入させることができ、上記対流の効果が顕著に発揮される。しかも、改質制御時には燃料の気化により気化室３６ａが高圧になるので、空気流入口３６ｄからの空気の流入を抑制できる。なお、改質制御時には気体燃料が空気流入口３６ｄから流出したとしても、その流出した気体燃料は、第２空気通路３０ｃ、内部空間３０ａおよび隙間ＣＬを通じて混合室３１ａへ流入するだけであり、問題にならない。

さらに本実施形態では、第１空気通路３５ａのうち第１分岐通路３５ｂよりも下流側の部分に、空気の流量を減少させる絞り部３０ｄが設けられている。そのため、混合室３１ａと第１分岐通路３５ｂとの圧力差が増大される。よって、クリーニング制御手段の実行時における空気の流れ、すなわち噴出口３６ｂからの高温ガス排出と空気流入口３６ｄからの低温空気流入を促進できる。

さらに本実施形態では、空気配管３２から流入させる空気を加熱する熱交換器１０ａを備える。そのため、放電リアクタ２０へ供給される酸素ガスが加熱されて温度上昇する。よって、燃料噴射弁３３から噴射されて電気ヒータ３４により気化された燃料が、混合室３１ａで酸素ガスにより冷却され、凝縮して電極２１に付着することを抑制できる。よって、改質還元剤が低排気温時に意図に反して添加されたり、改質還元剤の添加が遅れたりする等の不具合、つまり、改質還元剤を排気通路１０ｅｘへ添加するタイミングを意図通りに制御できなくなる不具合を抑制できる。

さらに本実施形態では、熱交換器１０ａは、内燃機関１０で生じた熱を利用して酸素ガスを加熱する。そのため、内燃機関１０の廃熱が有効に利用されるので、例えば電気ヒータを用いて酸素ガスを加熱する場合に生じるエネルギ消費を不要にできる。

さらに本実施形態では、熱交換器１０ａは、還流配管１０ｅｇｒに取り付けられており、ＥＧＲガスの熱を利用して酸素ガスを加熱する。ここで、還流配管１０ｅｇｒは、排気マニホールド１０ｍの外側に張り出して配置される。そのため、例えば排気マニホールド１０ｍに熱交換器１０ａを取り付ける場合に比べて、還流配管１０ｅｇｒに取り付ける本実施形態によればその取り付け作業性を良好にでき、熱交換器１０ａの搭載スペースを容易に確保できる。また、ＥＧＲガスは、燃焼室から排出された直後の排気であるため高温である。よって、高温のＥＧＲガスを酸素ガスの加熱に利用する本実施形態によれば、酸素ガスを効率的に加熱できる。

さらに本実施形態では、電極２１は、互いに対向するように配置された平板形状であり、一対の電極２１の間に、酸素ガスが流通する電極間通路２１ａが形成されている。このように、放電リアクタ２０の電極２１が平行平板構造であった場合、限られた面積で効率よく放電が可能となるが、その背反として、燃料が付着する表面が広くなる。しかも、電極２１のうち電極間通路２１ａの端部を形成する部分に、表面張力により付着した燃料が滞留しやすくなる。そのため、電極２１への付着抑制といった先述の効果が、より一層効果的に発揮されるようになる。

さらに本実施形態では、供給された酸素ガスを放電により電離させて活性酸素にする放電リアクタ２０と、放電リアクタ２０へ燃料を供給する燃料噴射弁３３とを備える。そして、図１１のステップＳ２２によるオゾン生成制御手段、およびステップＳ２６による改質制御手段がマイコン８１により提供される。そのため、オゾン生成制御手段により燃料噴射を停止させれば、活性酸素によりオゾンが生成され、改質制御手段により燃料を噴射させれば、活性酸素により燃料が酸化（改質）されて改質還元剤が生成される。よって、１つの放電リアクタ２０で、還元剤の改質とオゾン生成の両方を実現できる。

ここで、液体燃料が電極２１に付着すると、改質還元剤の生成からオゾンの生成に切り替えた場合に、燃料供給を停止させているにも拘わらず、付着していた燃料が気化して電極間通路２１ａ内に燃料が存在することとなる。すると、放電により生成された活性酸素は、燃料を酸化させて改質還元剤を生成してしまい、酸素分子を酸化させてオゾンを生成する量が少なくなる。これに対し本実施形態によれば、上述の如く電極２１への燃料付着を抑制できるので、オゾン生成フラグオン時に改質還元剤が生成されるといった不具合を抑制できる。

さらに本実施形態では、冷却器１２で冷却された後の低温吸気を放電リアクタ２０へ供給する低温吸気配管１０ｃ、および熱交換器１０ａにより加熱された酸素ガスを放電リアクタ２０へ供給する高温吸気配管１０ｈを備える。そして、オゾン生成時には低温吸気配管１０ｃを放電リアクタ２０と連通させ、改質還元剤生成時には高温吸気配管１０ｈを放電リアクタ２０と連通させるよう、図１０のステップＳ１５、Ｓ１６により切替バルブ３２ａの作動を制御する。これによれば、オゾン生成時には低温吸気が供給されるので、生成したオゾンが吸気の熱で破壊されることを抑制できる。

さらに本実施形態では、高温吸気配管１０ｈは、過給機１１により過給された吸気のうち冷却器１２で冷却される前の高温吸気を放電リアクタ２０へ供給する。そのため、改質還元剤生成時には、コンプレッサ１１ｃの圧縮により温度上昇した吸気であって、冷却器１２で冷却される前の高温吸気が供給される。よって、改質還元剤生成時には酸素ガスを高温にすることを促進でき、気体燃料が凝縮して電極２１に付着することの抑制を促進できる。

さらに本実施形態では、電気ヒータ３４によりクラッキングされた燃料を放電リアクタ２０へ供給することで、該燃料を、放電リアクタ２０により電離された酸素ガスで部分的に酸化させて改質還元剤を生成する。そのため、燃料の沸点がクラッキングされることにより低下するので、気化した燃料が酸素ガスによって冷却されて温度低下する際に、燃料が再度液化することが抑制される。その結果、気体燃料が凝縮して電極２１に付着することの抑制を促進できる。

さらに本実施形態では、液体燃料を微粒化した状態で電気ヒータ３４へ供給する燃料噴射弁３３を備える。そのため、電気ヒータ３４にて液体燃料を気化してクラッキングするのに要する時間が短縮される。よって、必要還元剤量に対する改質還元剤の添加の応答性を速くできる。

さらに本実施形態では、還元触媒がＮＯｘを吸着する機能を有している。そのため、放電リアクタ２０にて生成されたオゾンを排気通路１０ｅｘに添加すると、排気中のＮＯがＮＯ_２に酸化され、還元触媒に吸着されやすくなる。よって、生成したオゾンを、還元触媒でのＮＯｘ吸着性向上に利用することができる。

さらに本実施形態では、還元触媒が活性化温度未満であることを条件としてオゾンを生成させ、還元触媒が活性化温度以上であることを条件として改質還元剤を生成させる。そのため、還元触媒が還元能力を発揮できない低温時に改質還元剤が排気通路１０ｅｘに添加されることを回避できる。そして、上記低温時には排気通路１０ｅｘにオゾンを添加してＮＯをＮＯ_２に酸化させ、ＮＯｘ吸着性を向上させるので、低温時にＮＯｘが浄化されないままＮＯｘ浄化装置１５から流出することを抑制できる。また、オゾンは高温であるほど熱分解しやすくなるが、本実施形態では、上記低温時にオゾンが排気通路１０ｅｘに添加され、低温時以外では添加されない。よって、添加したオゾンが排気熱で熱分解するおそれを低減できる。

（第２実施形態）
図２に示す上記実施形態では、混合容器３１および連結部材３０を別々の部材で形成している。そして、混合容器３１の上流側開口部３１１ａの全体が解放されるように、隙間ＣＬは全周方向の全体に亘って形成されている。これに対し、図１２および図１３に示す本実施形態では、混合容器３１および連結部材３０が一体に形成されている。そのため、上流容器部３１１と筒状部材３０ｂとを連結する連結部３０ｆが備えられている。

連結部３０ｆは、筒状部材３０ｂのうち開口部３０ｅを形成する部分の端面と、上流容器部３１１のうち上流側開口部３１１ａを形成する部分の端面とを連結する。連結部３０ｆは、上記端面の複数個所に備えられている。具体的には、図１３に示すように上下左右の４箇所に設けられている。したがって、上流側開口部３１１ａのうち、複数の連結部３０ｆの間に位置する隙間ＣＬａが酸素導入口として機能する。隙間ＣＬａは、還元剤通路の周方向に延びる形状である。

具体的には、隙間ＣＬａのうち混合室３１ａ内の流れ方向（図１２の左右方向）の長さよりも、隙間ＣＬａのうち還元剤通路の周方向に沿う長さ（図１３参照）の方が長い。ここで言う周方向に沿う長さとは、隣り合う連結部３０ｆの間隔であって、上流容器部３１１の外周面の沿面長さである。なお、図９に示す実施形態では隙間ＣＬが１つであるのに対し、図１３に示す本実施形態では、隙間ＣＬａが複数存在することになる。

本実施形態によれば、酸素導入口として機能する隙間ＣＬａは、還元剤通路として機能する混合室３１ａの周方向に延びる形状である。そのため、還元剤通路の周方向において広い範囲から空気（酸素ガス）が導入されるので、混合室３１ａを流通する気体燃料と空気との混合性が高められる。よって、電離した酸素により燃料を酸化させる反応が促進されるので、電極２１への供給電力の増大や電極２１の大型化を要することなく、単位時間当たりに改質可能な量（改質能力）を向上できる。

（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１に示す実施形態では、コンプレッサ１１ｃにより圧縮された吸気の一部を、空気配管３２へ導入している。これに対し、低温吸気配管１０ｃ、高温吸気配管１０ｈおよび切替バルブ３２ａを廃止して、電動のエアポンプを備えるようにしてもよい。この場合、エアポンプにより送風された空気は、空気配管３２を通じて混合室３１ａに流入する。エアポンプが送風する空気は、高活性物質添加装置の周囲に存在する常温常圧の大気である。空気には酸素分子が含まれているので、エアポンプが送風する空気は先述した酸素ガスに相当する。

上記各実施形態では、上流容器部３１１の上流側開口部３１１ａと筒状部材３０ｂの開口部３０ｅとの隙間ＣＬ、ＣＬａを、混合室３１ａ（還元剤通路）の周方向に延びる形状の酸素導入口として機能させている。そして、上流側開口部３１１ａと開口部３０ｅの形状および大きさを同一にしている。これに対し、上流側開口部３１１ａと開口部３０ｅの形状または大きさを異ならせてもよい。例えば、上流側開口部３１１ａの縦寸法および横寸法を、開口部３０ｅの縦寸法および横寸法よりも大きくしてもよい。

図１に示す実施形態では、還流配管１０ｅｇｒに熱交換器１０ａを取り付けている。これに対し、以下に説明する下流排気管に熱交換器１０ａを取り付けてもよい。この下流排気管は、排気マニホールド１０ｍの下流側における排気通路１０ｅｘを形成するものであり、詳細には、ＤＰＦ１４の下流側かつＮＯｘ浄化装置１５の上流側に位置する排気通路１０ｅｘを形成する。

ここで、下流排気管は、排気マニホールド１０ｍの外側に張り出して配置される。そのため、例えば排気マニホールド１０ｍに熱交換器１０ａを取り付ける場合に比べて、下流排気管に取り付ける本実施形態によれば、その取り付け作業性を良好にできる。また、熱交換器１０ａの搭載スペース確保を容易にできる。

また、放電リアクタ２０および混合容器３１はＮＯｘ浄化装置１５の近傍に配置することが望ましく、このような配置にすると、混合容器３１の近傍に下流排気管が位置する蓋然性が高い。よって、上述の如く下流排気管に熱交換器１０ａを取り付けると、熱交換器１０ａを混合容器３１の近傍に配置することを容易に実現でき、ひいては高温吸気配管１０ｈの配管長を短くできる。

或いは、排気マニホールド１０ｍに熱交換器１０ａを取り付けてもよい。排気マニホールド１０ｍは、燃焼室から排出された直後の排気が流通するため高温であるため、酸素ガスを効率的に加熱できる。

図１に示す実施形態では、内燃機関１０で生じた熱を利用して酸素ガスを加熱している。これに対し、インバータや内燃機関１０を冷却する冷却水を熱源として酸素ガスを加熱してもよいし、電気ヒータを用いて酸素ガスを加熱してもよい。

図１に示す実施形態では、燃料噴射弁３３の噴孔３３ａから液体燃料を噴射して微粒化させている。これに対し、燃料噴射弁３３を電磁バルブに置き換えて、ポンプ３３ｐから供給された燃料を微粒化させることなく気化ケース３６へ流出させ、気化ケース３６内に一旦貯留させるようにしてもよい。

図１に示す実施形態では、液体の炭化水素を加熱して気化させる加熱手段として電気ヒータ３４を採用しているが、内燃機関１０の廃熱を利用した熱交換器を加熱手段として採用してもよい。また、図１に示す実施形態では、燃料噴射弁３３から混合室３１ａへ液体燃料を供給しているが、混合室３１ａの外部で液体燃料を加熱して気化させておき、気体燃料を混合室３１ａへ供給するようにしてもよい。

図１に示す実施形態では、液体の炭化水素を微粒化して加熱手段へ供給する微粒化手段として、燃料噴射弁３３を採用している。これに対し、超音波等の高周波数で振動する振動板に液体燃料を接触させることで、液体燃料を振動させて微粒化させる振動装置を、微粒化手段として採用してもよい。

オゾンの生成および改質還元剤の生成をともに停止させている完全停止の場合には、放電リアクタ２０による放電を停止させて、無駄な電力消費の抑制を図るようにしてもよい。上記完全停止させるケースの具体例としては、ＮＯｘ触媒温度が活性化温度未満であり、かつ、ＮＯｘ吸着量が飽和状態になっているケースや、ＮＯｘ触媒温度が還元可能範囲を超えて高温になっているケースが挙げられる。また、上記完全停止の場合には、エアポンプの作動を停止して酸素ガスの供給を停止させることで、電力消費の低減を図ってもよい。

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、高活性物質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、高活性物質添加装置を適用させてもよい。この場合、リーン燃焼時にはオゾンを生成し、リーン燃焼以外の時に改質還元剤を生成させればよい。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。

吸着または吸蔵の機能を有しないＮＯｘ浄化装置１５が採用された燃焼システムに、高活性物質添加装置を適用させてもよい。この場合、放電リアクタ２０で生成されたオゾンをＤＰＦ１４の再生に用いればよい。すなわち、ＤＰＦ１４の上流へオゾンを添加することで、排気中のＮＯをＮＯ_２に酸化してＤＰＦ１４へ流入させる。すると、ＤＰＦ１４で捕集されて堆積した微粒子の炭素成分が、ＮＯ_２と反応して酸化される。これにより、ＤＰＦ１４に堆積した微粒子が除去されて、ＤＰＦ１４が再生される。

上記第１実施形態では、図７のステップＳ１２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、放電リアクタ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高活性物質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高活性物質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高活性物質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高活性物質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。また、還元剤は燃料（炭化水素）に限られるものではなく、例えば尿素水であってもよい。

１０…内燃機関、１０ｅｘ…排気通路、１５…ＮＯｘ浄化装置、２０…放電リアクタ、２１…電極、２２ａ…流通路、３１…混合容器、３１ａ…混合室（還元剤通路）、ＣＬ、ＣＬａ…隙間（酸素導入口）。

Claims (6)

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、高活性物質を添加する高活性物質添加装置において、
   還元剤を流通させる還元剤通路（３１ａ）を有するとともに、少なくとも酸素を含んだ酸素ガスを前記還元剤通路へ導入する酸素導入口（ＣＬ、ＣＬａ）を有し、前記酸素ガスと前記還元剤との混合気を前記還元剤通路で形成する混合容器（３１）と、
   前記混合気が流通する流通路（２２ａ）を形成するとともに、前記流通路に配置された電極（２１）を有し、前記電極の放電により前記酸素ガスを電離させ、その電離した酸素ガスにより前記還元剤を酸化させて前記高活性物質としての改質還元剤を生成させる放電リアクタ（２０）と、
   を備え、
   前記酸素導入口は、前記還元剤通路の周方向に延びる形状であることを特徴とする高活性物質添加装置。
2. 前記酸素導入口は、前記還元剤通路の全周に亘って環状に延びる形状であることを特徴とする請求項１に記載の高活性物質添加装置。
3. 前記還元剤を加熱することにより圧力上昇させる高圧室（３６ａ）、および前記還元剤を前記高圧室から前記還元剤通路へ噴出する噴出口（３６ｂ）を有する高圧ケース（３６）を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の高活性物質添加装置。
4. 前記電極は平板形状であり、１組の前記電極が対向して配置されることで、対向する前記電極の間に、前記混合気が流通する電極間通路（２１ａ）が形成され、
   前記放電リアクタは、複数組の前記電極を有し、
   前記流通路の流入口（２２ｂ）は、複数の前記電極間通路を含む矩形の形状であり、
   前記高圧ケースは、前記流入口の矩形の隅部（２２ｃ）に向けて前記還元剤を噴出するよう、前記噴出口を少なくとも４つ有することを特徴とする請求項３に記載の高活性物質添加装置。
5. 前記噴出口は、前記還元剤通路の中に位置しており、
   前記酸素導入口は、前記還元剤通路のうち前記噴出口よりも前記還元剤の流れの上流側に位置することを特徴とする請求項３または４に記載の高活性物質添加装置。
6. 前記電極による放電がグロー放電であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の高活性物質添加装置。

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