JP2015108353A - 還元剤添加装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＮＯｘ浄化率の向上を図る。【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還元剤添加装置は、触媒装置４１を備える。この触媒装置４１は、燃料噴射弁３３（燃料供給装置）から供給された燃料を酸素と反応させることに伴い水素を生成させる水素生成触媒を有する。そして、ＮＯｘ浄化装置１５の還元触媒が所定温度以上である場合には、触媒装置４１による水素生成を停止させつつ、燃料噴射弁３３から供給された燃料を還元剤として排気通路１０ｅｘへ添加する。一方、還元触媒が所定温度未満である場合には、触媒装置４１により水素を生成させて排気通路１０ｅｘへ添加しつつ、燃料噴射弁３３から供給された燃料を還元剤として排気通路１０ｅｘへ添加する。【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、還元剤添加装置に関する。

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にあたり、内燃機関の燃焼に用いる燃料を還元剤として用いる技術が知られている。また、この技術に関して特許文献１には、放電電極間に燃料を通過させることで燃料を改質し、改質した燃料を排気通路へ添加する旨が開示されている。

特開２００９−１６２１７３号公報

さて、触媒暖機が完了して触媒が活性化した状態であっても、触媒温度が所定温度未満であれば、燃料による還元作用が弱く、ＮＯｘ浄化量を十分に得ることができない。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、ＮＯｘ浄化量の向上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還元剤添加装置である。この還元剤添加装置は、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還元剤を添加することを前提とする。そして、この還元剤添加装置は、燃料を供給する燃料供給装置（３３）と、燃料供給装置から供給された燃料を酸素と反応させることに伴い水素を生成させる水素生成触媒を有した触媒装置（４１）と、還元触媒が所定温度（Ｔ２）以上である場合には、触媒装置による水素生成を停止させつつ、燃料供給装置から供給された燃料を還元剤として排気通路へ添加する高温時制御手段（Ｓ１６）と、還元触媒が所定温度未満である場合には、触媒装置により水素を生成させて排気通路へ添加しつつ、燃料供給装置から供給された燃料を還元剤として排気通路へ添加する低温時制御手段（Ｓ１５）と、を備えることを特徴とする。

さて、先述した通り、還元触媒の温度が所定温度未満であれば、還元触媒上における燃料の還元作用が弱い。しかし、水素が存在する環境下においては燃料の還元作用が活発になる。この点に着目した上記発明では、燃料を酸素と反応させることに伴い水素を生成させる触媒装置を備え、還元触媒が所定温度未満である場合には、生成した水素を燃料とともに排気通路へ添加する。そのため、還元触媒の温度が所定温度未満であっても、燃料の還元作用が活発になるので、ＮＯｘ浄化量を十分に得ることができる。

また、上記発明では、還元触媒が所定温度以上である場合には、触媒装置による水素生成を停止させつつ燃料を排気通路へ添加するので、燃料の還元作用が十分に発揮されている場合にまで無駄に水素を生成することを回避できる。

本発明の一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。 図１に示す還元剤添加装置の詳細を説明する模式図。 触媒通路部材による通路を閉弁させるとともにバイパス通路部材による通路を開弁させるよう、図１に示す切替弁を作動させた状態を示す図。 触媒通路部材による通路とバイパス通路部材による通路をともに開弁させるよう、図１に示す切替弁を作動させた状態を示す図。 図１に示すマイコンによる制御の処理手順を示すフローチャート。 図５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５に示すアルデヒド生成制御に係る、サブルーチン処理の手順を示すフローチャート。 図５に示す水素生成制御に係る、サブルーチン処理の手順を示すフローチャート。

以下、発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。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）および還元剤添加装置を備える。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、還元剤添加装置が備えるバイパス通路部材５１および触媒通路部材５２が接続されている。これらのバイパス通路部材５１および触媒通路部材５２から、還元剤として用いる燃料（炭化水素）が排気通路１０ｅｘへ添加される。

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、添加された還元剤は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。

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、バイパス通路部材５１および触媒通路部材５２から還元剤を排気通路１０ｅｘへ添加する還元剤添加装置について、図１および図２を用いて説明する。

還元剤添加装置は、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、エアポンプ３２ｐ、燃料噴射弁３３、電気ヒータ３４、触媒装置４１、グロープラグ４２、切替弁５０および電子制御装置（ＥＣＵ８０）を備える。放電リアクタ２０、エアポンプ３２ｐ、燃料噴射弁３３、電気ヒータ３４、グロープラグ４２および切替弁５０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の下流側開口部は、ハウジング２２により形成される流通路２２ａに接続される。混合容器３１の上流側開口部は、連結部材３０に設けられた筒状部材３０ｂの開口部と、所定の隙間ＣＬを介して対向する。

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。詳細には、流通路２２ａに連通する混合室３１ａの周囲には内部空間３０ａが存在する。そして、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、バイパス通路部材５１および触媒通路部材５２へと順に流れるように構成されている。

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および電気ヒータ３４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の下方部分には空気通路３５ａが形成されている。エアポンプ３２ｐにより送風された空気は、送風管３２を通じて空気通路３５ａへ流入する。エアポンプ３２ｐが送風する空気は、還元剤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、酸素を含むガスをエアポンプ３２ｐは混合室３１ａへ供給していると言える。以上により、エアポンプ３２ｐから送風管３２へ導入された空気は、空気通路３５ａ、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。

気化ケース３６は気化室３６ａを内部に形成する。気化室３６ａには電気ヒータ３４の加熱面３４ａが配置されている。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、隙間ＣＬから導入された空気と混合室３１ａで混合し、その後、放電リアクタ２０へ流入する。

燃料噴射弁３３および電気ヒータ３４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、燃料が気化することに伴い気化室３６ａは高圧になる。この圧力で、気化室３６ａの気体燃料は噴出口３６ｂから混合室３１ａへ噴出する。

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、液体の炭化水素を気化室３６ａへ供給する「燃料供給装置」を提供するとともに、液体燃料を微粒化する「微粒化装置」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。

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、バイパス通路部材５１または触媒通路部材５２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）を酸化させて高活性物質としての改質燃料を生成する。以下、その生成反応について説明する。

先ず、放電リアクタ２０の電極２１から放出された電子が、混合気に含まれる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。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。これにより、炭化水素が部分的に酸化された状態の改質燃料が生成される。改質燃料の具体例としては、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。これらの種々の部分酸化物は同時に生成され、改質燃料に含まれることとなる。以下の説明では、これらの各種改質燃料を代表してアルデヒドと呼ぶ場合がある。

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、以下に説明するように高活性物質としての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、電極間通路２１ａに導入されてくる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。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。

要するに、電極間通路２１ａに空気が導入されている状態で電極２１に電圧を印加すれば、放電リアクタ２０は、酸素分子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アルデヒド等の改質燃料を生成する。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。

生成されたアルデヒドまたはオゾンは、空気の供給圧力、つまりエアポンプ３２ｐによる圧力により、電極間通路２１ａから流出し、バイパス通路部材５１または触媒通路部材５２を通じて排気通路１０ｅｘへ添加される。なお、オゾンが排気通路１０ｅｘに添加されると、排気中のＮＯがオゾンにより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。

触媒通路部材５２には、触媒装置４１、グロープラグ４２、逆火防止装置４３および温度センサ４４が取り付けられている。触媒通路部材５２は、放電リアクタ２０から流出したアルデヒドを、触媒装置４１を経由して還元剤として排気通路１０ｅｘへ導く。但し、触媒通路部材５２を流通するアルデヒドの一部は、触媒装置４１により酸化されて水素に変換されて排気通路１０ｅｘへ添加される。また、アルデヒドとともに放電リアクタ２０を通過した空気も、触媒通路部材５２により触媒装置４１へ導かれる。

一方、バイパス通路部材５１は、放電リアクタ２０から流出したアルデヒドを、触媒装置４１をバイパスして還元剤として排気通路１０ｅｘへ導く。また、バイパス通路部材５１は、放電リアクタ２０から流出したオゾンを、触媒装置４１をバイパスして排気通路１０ｅｘへ導く場合もある。

切替弁５０は、触媒通路部材５２およびバイパス通路部材５１による各々の通路の開閉状態を切り替える。より詳細に説明すると、切替弁５０は、放電リアクタ２０の流通路２２ａと触媒通路部材５２の連通状態を切り替える第１バルブ５０ａ、および流通路２２ａとバイパス通路部材５１の連通状態を切り替える第２バルブ５０ｂを備える。第１バルブ５０ａおよび第２バルブ５０ｂは一体となって回転する。

切替弁５０は、図２、図３および図４に示す回転位置のいずれかに制御される。図２の回転位置では、切替弁５０は触媒通路部材５２を開弁してバイパス通路部材５１を閉弁する。図３の回転位置では、切替弁５０は触媒通路部材５２を閉弁してバイパス通路部材５１を開弁する。図４の回転位置では、バイパス通路部材５１および触媒通路部材５２の両方を切替弁５０は開弁する。

触媒装置４１は、水素生成触媒として機能する酸化触媒を担持する、ハニカム状の担体をハウジング内に収容して構成されている。上記水素生成触媒には、触媒通路部材５２を通じてアルデヒドおよび空気が流入する。水素生成触媒は、流入する空気に含まれる酸素分子とアルデヒドを酸化反応させる。この酸化反応に伴い、以下に説明するように水素生成触媒上で水素を生成させる。

すなわち、上記酸化反応を、アルデヒドに対して酸素分子が十分に多い燃料リーンの状態で生じさせてアルデヒドを完全燃焼させると、ＣＯ_２およびＨ_２Ｏが発生する。しかし、酸素分子が不足した燃料リッチの状態でアルデヒドを不完全燃焼させると、ＣＯ_２の替わりにＣＯが、Ｈ_２Ｏの替わりにＨ_２が発生する割合が多くなる。このように、燃料リッチの状態で水素生成触媒上にて燃料を酸化反応させることにより、水素を生成させる。また、先述したアルデヒド以外の改質燃料についても、水素生成触媒上で酸素分子と反応することに伴い、水素と一酸化炭素が生成される。水素生成触媒の具体例としては白金やニッケルが挙げられる。

燃料１モルを酸化させるのに要する酸素のモル数に対する燃料のモル数の比を当量比と呼ぶ。この当量比が１になるように燃料と空気の混合気が触媒装置４１に供給された場合、理論上、燃料に含まれる水素原子および炭素原子はＨ_２ＯおよびＣＯ_２になり、Ｈ_２およびＣＯは発生しない。当量比が１より大きい燃料リッチの状態で混合気を触媒装置４１に供給すれば、先述したように、酸素不足によりＣＯおよびＨ_２が発生する。また、供給された燃料の一部は酸素が不足することにより、酸化されずに触媒装置４１を通過する。この場合、触媒通路部材５２からは燃料とともに水素が排気通路１０ｅｘへ添加されることとなる。

グロープラグ４２は、触媒装置４１の上流側に配置され、触媒通路部材５２により導入された燃料を燃焼室５２ａで燃焼させて水素生成触媒の温度を上昇させる「燃焼装置」を提供する。逆火防止装置４３は、グロープラグ４２の上流側に配置され、グロープラグ４２による燃焼が通路の上流側へ伝播することを防止する。逆火防止装置４３は、混合気を燃焼室５２ａへ流入させる通路を内部に形成したハニカム形状であり、ステンレス等の耐火性に優れた材料が用いられている。温度センサ４４は、触媒装置４１の下流側に配置され、触媒通路部材５２内を流通するガスの温度を触媒装置４１の温度として検出する。

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、還元剤添加装置の作動を制御する。すなわち、マイコン８１は、図５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、アルデヒド生成、水素生成およびオゾン生成を切り替えるように制御する。このプログラムは、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する。

先ず、図５のステップＳ１１において、内燃機関１０が運転中であるか否かを判定する。運転中でないと判定されれば、ステップＳ１７において還元剤添加装置の作動を停止させる。具体的には、エアポンプ３２ｐ、燃料噴射弁３３、電気ヒータ３４、およびグロープラグ４２への通電が為されていた場合、その通電を停止させる。一方、内燃機関１０が運転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を作動させる。

具体的には、先ずステップＳ１２において、ＮＯｘ触媒温度が還元触媒の活性化温度Ｔ１（例えば２００℃）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Ｔ１未満であると判定された場合には、次のステップＳ１３において、図６に示すオゾン生成制御のサブルーチン処理を実施する。ＮＯｘ触媒温度が活性化温度Ｔ１以上であると判定された場合には、次のステップＳ１４において、ＮＯｘ触媒温度が所定温度Ｔ２未満であるか否かを判定する。所定温度Ｔ２は活性化温度Ｔ１よりも高い値（例えば３００℃）に設定されている。

さて、ＮＯｘ触媒温度が所定温度Ｔ２未満であれば、還元触媒上におけるアルデヒドの還元作用が弱い。しかし、水素が存在する環境下においてはアルデヒドの還元作用が活発になる。但し、ＮＯｘ触媒温度が所定温度Ｔ２以上であれば、水素が存在しなくてもアルデヒドの還元作用は十分に活発な状態になっており、水素による活性化向上の効果は殆ど奏しない。つまり、水素による活性化向上の効果が奏される最大の温度に上記所定温度Ｔ２は設定されている。

そして、上記ステップＳ１４においてＮＯｘ触媒温度が所定温度Ｔ２未満であると判定された場合には、次のステップＳ１５において、図８に示す水素生成制御のサブルーチン処理を実施する。一方、ＮＯｘ触媒温度が所定温度Ｔ２以上であると判定された場合には、次のステップＳ１６において、図７に示すアルデヒド生成制御のサブルーチン処理を実施する。なお、ステップＳ１５の処理を実行している時のマイコン８１は「低温時制御手段」を提供する。ステップＳ１６の処理を実行している時のマイコン８１は「高温時制御手段」を提供する。ステップＳ１３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。

次に、図６を用いてオゾン生成制御の処理手順について説明する。先ずステップＳ２０において、図３に示すオゾン添加位置に切替弁５０を作動させる。続くステップＳ２１では、内燃機関１０の運転状態に基づき、必要オゾン流量を設定する。すなわち、先述したようにオゾンは、排気中のＮＯをＮＯ_２に酸化してＮＯｘ吸着性向上に利用されるものである。したがって、排気中のＮＯ流量に応じて必要オゾン流量を設定する。そして、排気中のＮＯ流量は内燃機関１０の運転状態に応じて変化するので、内燃機関１０の運転状態、例えば、機関回転速度や内燃機関１０の負荷、排気温度等に基づき、必要オゾン流量を設定する。これらの運転状態は、先述したアクセルペダルセンサ、機関回転速度センサ、スロットル開度センサ、吸気圧センサ、吸気量センサ９５、排気温度センサ９６等の検出値に基づき取得される。

続くステップＳ２２では、ステップＳ２１で設定した必要オゾン流量に基づき、エアポンプ３２ｐの作動を制御する。具体的には、必要オゾン流量が多いほど、エアポンプ３２ｐへ印加する電圧パルスのデューティ比を大きくして、エアポンプ３２ｐによる送風量を増大させる。続くステップＳ２３では、放電リアクタ２０の電極２１へ通電して放電を生じさせる。続くステップＳ２４では、電気ヒータ３４への通電を停止させ、続くステップＳ２４では、グロープラグ４２への通電を停止させる。

以上により、ＮＯｘ触媒温度が活性化温度Ｔ１未満である場合には、還元剤添加装置は次のように作動する。すなわち、放電リアクタ２０へは燃料が供給されずに空気が供給された状態で放電が為されるので、先述したようにオゾンが生成される。そして、オゾン添加位置に切替弁５０が作動されているので、生成されたオゾンは、触媒装置４１をバイパスして排気通路１０ｅｘへ添加されることとなる。

次に、図７を用いてアルデヒド生成制御の処理手順について説明する。先ずステップＳ３０において、図２に示すアルデヒド添加位置に切替弁５０を作動させる。なお、ステップＳ３０の処理を実行している時のマイコン８１は、アルデヒド生成制御時に、触媒通路部材５２を閉弁させるとともにバイパス通路部材５１を開弁させるよう切替弁５０を制御する「切替弁制御手段」を提供する。

続くステップＳ３１では、内燃機関１０の運転状態に基づき、必要アルデヒド流量を設定する。すなわち、先述したようにアルデヒドは、ＮＯｘ浄化装置１５の還元触媒上でＮＯｘを還元する還元剤として用いられるものである。したがって、排気中のＮＯｘ流量に応じて必要アルデヒド流量を設定する。そして、排気中のＮＯｘ流量は内燃機関１０の運転状態に応じて変化するので、内燃機関１０の運転状態、例えば、機関回転速度や内燃機関１０の負荷、排気温度等に基づき、必要アルデヒド流量を設定する。また、ＮＯｘ浄化装置１５はＮＯｘを吸着する機能も有するので、還元触媒でのＮＯｘ吸着量に応じて必要アルデヒド流量を補正する。

続くステップＳ３２では、ステップＳ３１で設定した必要アルデヒド流量に基づき、燃料噴射弁３３の作動を制御する。具体的には、必要アルデヒド流量が多いほど、所定時間あたりに燃料噴射弁３３が開弁している時間を長くする。続くステップＳ３３では、ステップＳ３２にしたがって噴射される燃料と、エアポンプ３２ｐにより供給される空気との混合気が燃料リーンの状態になるよう、エアポンプ３２ｐの作動を制御する。ここで言う燃料リーンの状態とは、燃料１モルを放電リアクタ２０で酸化させるのに要する酸素のモル数に対する燃料のモル数の比（当量比）が、１未満の状態のことである。

続くステップＳ３４では、放電リアクタ２０の電極２１へ通電して放電を生じさせる。続くステップＳ３５では、電気ヒータ３４への通電を実施して、噴射された燃料を気化室３６ａで気化させる。続くステップＳ３６では、グロープラグ４２への通電を停止させる。

以上により、ＮＯｘ触媒温度が活性化温度Ｔ１以上であり、さらに所定温度Ｔ２以上でもある場合には、還元剤添加装置は次のように作動する。すなわち、燃料と空気の混合気が放電リアクタ２０へ供給された状態で放電が為されるので、先述したようにアルデヒドが生成される。そして、アルデヒド添加位置に切替弁５０が作動されているので、生成されたアルデヒドは、触媒装置４１をバイパスして排気通路１０ｅｘへ添加されることとなる。

次に、図８を用いて水素生成制御の処理手順について説明する。先ずステップＳ４０において、電気ヒータ３４への通電を実施する。続くステップＳ４１では、触媒装置４１が有する水素生成触媒の温度が活性化温度Ｔ３（例えば６００℃）未満であるか否かを判定する。活性化温度Ｔ３未満であると判定された場合、ステップＳ４２において、図３に示す水素添加位置に切替弁５０を作動させる。続くステップＳ４３ではグロープラグ４２への通電を実施する。このステップＳ４３の処理を実行している時のマイコン８１は「暖機制御手段」を提供する。

次に、ステップＳ４４において、水素生成触媒温度が所定温度Ｔ４未満であるか否かを判定する。この所定温度Ｔ４は、活性化温度Ｔ３よりも低い温度（例えば４５０℃）に設定されている。所定温度Ｔ４未満であると判定された場合、ステップＳ４５において、予め設定された暖機用エア流量で空気を送風するようにエアポンプ３２ｐを作動させる。暖機用エア流量とは、グロープラグ４２での燃焼において、単位時間あたりに生じさせる熱エネルギに必要な空気量のことである。

続くステップＳ４６では、ステップＳ４５にしたがって供給される空気と、燃料噴射弁３３から噴射される燃料との混合気が燃料リーンの状態になるよう、燃料噴射弁３３の作動を制御する。ここで言う燃料リーンの状態とは、燃料１モルを燃焼室５２ａで燃焼させるのに要する酸素のモル数に対する燃料のモル数の比（当量比）が、１未満の状態のことである。続くステップＳ４７では、放電リアクタ２０の電極２１へ予め設定された暖機用の電圧を印加して放電を生じさせる。

以上により、ＮＯｘ触媒温度が活性化温度Ｔ１以上であるが所定温度Ｔ２未満であり、かつ、水素生成触媒温度が所定温度Ｔ４未満である場合には、還元剤添加装置は次のように作動する。すなわち、燃料と空気の混合気が放電リアクタ２０へ供給された状態で放電が為されるので、先述したようにアルデヒドが生成される。また、燃料リーンの混合気に設定されているため、燃料と反応することなく放電リアクタ２０から流出される空気も存在する。そして、水素添加位置に切替弁５０が作動されているので、燃料と反応しなかった空気とアルデヒドの混合気（改質混合気）が、燃焼室５２ａへ供給される。この改質混合気は、グロープラグ４２により加熱されて燃焼室５２ａで燃焼する。これにより触媒装置４１の水素生成触媒温度が上昇し、触媒装置４１の暖機運転が為される。

一方、ステップＳ４４において、水素生成触媒温度が所定温度Ｔ４以上であると判定された場合には、ステップＳ４８において、内燃機関１０の運転状態に基づき、必要水素流量を設定する。すなわち、先述したように水素は、ＮＯｘ浄化装置１５の還元触媒上でアルデヒドによる還元作用を活性化させるものである。したがって、排気中のＮＯｘ流量に応じて必要水素流量を設定する。そして、排気中のＮＯｘ流量は内燃機関１０の運転状態に応じて変化するので、内燃機関１０の運転状態、例えば、機関回転速度や内燃機関１０の負荷、排気温度等に基づき、必要水素流量を設定する。また、ＮＯｘ浄化装置１５はＮＯｘを吸着する機能も有するので、還元触媒でのＮＯｘ吸着量に応じて必要水素流量を補正する。

続くステップＳ４９では、ステップＳ４８で設定した必要水素流量に基づき、エアポンプ３２ｐの作動を制御する。具体的には、必要水素流量が多いほど、エアポンプ３２ｐへ印加する電圧パルスのデューティ比を大きくして、エアポンプ３２ｐによる送風量を増大させる。

続くステップＳ５０では、ステップＳ４９にしたがって供給される空気と、燃料噴射弁３３から噴射される燃料との混合気が徐々に燃料リッチの状態になるよう、燃料噴射弁３３の作動を制御する。ここで言う燃料リッチの状態とは、燃料１モルを燃焼室５２ａで完全燃焼させるのに要する酸素のモル数に対する燃料のモル数の比（当量比）が、１以上の状態のことである。水素生成触媒温度が高いほど燃料リッチの状態にする。したがって、水素生成触媒温度が上昇して所定温度Ｔ４に達した時点では燃料リーンの状態であるが、水素生成触媒温度の温度上昇とともに徐々に当量比を上昇させて燃料リッチの状態に変化させる。続くステップＳ５１では、放電リアクタ２０の電極２１へ予め設定された水素生成用の電圧を印加して放電を生じさせる。

以上により、ＮＯｘ触媒温度が活性化温度Ｔ１以上であるが所定温度Ｔ２未満であり、かつ、水素生成触媒温度が所定温度Ｔ４より高い場合には、還元剤添加装置は次のように作動する。すなわち、燃料と空気の混合気が放電リアクタ２０へ供給された状態で放電が為されるので、先述したようにアルデヒドが生成される。そして、水素添加位置に切替弁５０が作動されているので、燃料と反応しなかった空気とアルデヒドの混合気（改質混合気）が、燃焼室５２ａへ供給される。この改質混合気は、グロープラグ４２により加熱されて燃焼室５２ａで燃焼する。これにより触媒装置４１の水素生成触媒温度が上昇し、触媒装置４１の暖機運転が為される。

但し、燃料リーンから燃料リッチの状態へ変化させるように当量比を徐々に上昇させるので、燃焼室５２ａへ供給される改質混合気は、完全燃焼に要する酸素が徐々に不足した状態に変化する。すると、酸素不足により燃焼できなかったアルデヒドが触媒装置４１へ供給され、その供給量は徐々に増加することとなる。この時、触媒装置４１の水素生成触媒は活性化温度には達していないものの、所定温度Ｔ４以上にはなっている。そのため、触媒装置４１へ供給されたアルデヒドの極一部は水素生成触媒上で酸化し、この酸化に伴い水素が生成される。また、残りの大部分のアルデヒドは、水素生成触媒上で酸化することなく触媒装置４１から流出する。

要するに、燃焼室５２ａでの燃焼により暖機運転を実施しつつ、アルデヒドと僅かな水素が排気通路１０ｅｘへ添加される。この時、ＮＯｘ触媒温度は活性化温度Ｔ１に達しているので、添加されたアルデヒドによりＮＯｘは還元触媒上で還元される。そして、水素生成触媒温度の上昇にともない、アルデヒドの添加量が徐々に増加することとなる。

一方、図８のステップＳ４１において、水素生成触媒温度が活性化温度Ｔ３以上であると判定された場合、燃焼室５２ａでの燃焼による水素生成触媒温度の上昇が不要になるので、以下のように暖機を終了させて水素を生成させる。すなわち、先ずステップＳ５２において、図４に示すアルデヒド／水素添加位置に切替弁５０を作動させる。なお、ステップＳ５２およびステップＳ４２の処理を実行している時のマイコン８１は、水素生成制御に触媒通路部材５２を開弁させるよう切替弁５０を制御する「切替弁制御手段」を提供する。

続くステップＳ５３ではグロープラグ４２への通電を停止させて燃焼室５２ａでの燃焼を終了させる。次のステップＳ５４では、内燃機関１０の運転状態に基づき、ステップＳ４８と同様にして必要水素流量を設定する。続くステップＳ５５では、ステップＳ５４で設定した必要水素流量に基づき、ステップＳ４９と同様にしてエアポンプ３２ｐの作動を制御する。

続くステップＳ５６では、ステップＳ５５にしたがって供給される空気と、燃料噴射弁３３から噴射される燃料との混合気が燃料リッチの状態になるよう、燃料噴射弁３３の作動を制御する。ここで言う燃料リッチの状態とは、燃料１モルを触媒装置４１で酸化させるのに要する酸素のモル数に対する燃料のモル数の比（当量比）が、１より大きい状態のことである。続くステップＳ５７では、放電リアクタ２０の電極２１へ予め設定された水素生成用の電圧を印加して放電を生じさせる。

以上により、ＮＯｘ触媒温度が活性化温度Ｔ１以上であるが所定温度Ｔ２未満であり、かつ、水素生成触媒温度が活性化温度Ｔ３より高い場合には、還元剤添加装置は次のように作動する。すなわち、燃料と空気の混合気が放電リアクタ２０へ供給された状態で放電が為されるので、先述したようにアルデヒドが生成される。そして、アルデヒド／水素添加位置に切替弁５０が作動されているので、生成されたアルデヒドの一部は、バイパス通路部材５１を通じて排気通路１０ｅｘへ添加される。残りのアルデヒドは、放電リアクタ２０にて燃料と反応しなかった空気とともに触媒通路部材５２を通じて触媒装置４１へ供給される。この時の水素生成触媒温度は活性化温度に達しているので、触媒装置４１は、供給されたアルデヒドを空気中の酸素と酸化反応させ、その酸化反応に伴い水素が生成される。生成された水素は、触媒通路部材５２を通じて排気通路１０ｅｘへ添加される。

以上に説明した通り、本実施形態に係る還元剤添加装置は、アルデヒドを酸素と反応させることに伴い水素を生成させる水素生成触媒を備える。そして、ＮＯｘ浄化装置１５の還元触媒が所定温度Ｔ２以上である場合には、水素生成触媒による水素生成を停止させつつ、アルデヒドを還元剤として排気通路１０ｅｘへ添加する。一方、還元触媒が所定温度Ｔ２未満である場合には、燃料リッチの状態でアルデヒドの一部を水素生成触媒上で酸化させることにより、水素を生成させる。そして、生成した水素をアルデヒドとともに排気通路１０ｅｘへ添加する。

さて、還元触媒が活性化温度Ｔ１以上であっても、所定温度Ｔ２未満である場合にはアルデヒドの還元作用は弱い。これに対し本実施形態では、還元触媒が所定温度Ｔ２未満である場合には水素を生成し、生成した水素をアルデヒドとともに排気通路１０ｅｘへ添加する。そのため、水素によって還元触媒が活性化して、還元剤としてのアルデヒドによる還元反応が活発になるので、ＮＯｘ浄化率を十分に得ることができる。その一方で、還元触媒が所定温度Ｔ２以上である場合には、水素生成を停止させつつアルデヒドを排気通路１０ｅｘへ添加するので、アルデヒドの還元反応が活発になっている場合にまで無駄に水素を生成することを回避できる。

さらに本実施形態では、燃料を燃焼させて水素生成触媒を温度上昇させるグロープラグ４２を備え、水素生成触媒が活性化温度Ｔ３未満である場合には、グロープラグ４２による燃焼を行って水素生成触媒温度を上昇させる。これによれば、水素生成触媒を迅速に活性化温度Ｔ３にまで上昇させることができる。よって、ＮＯｘ浄化装置１５で水素が要求されているにも拘わらず水素生成触媒が未活性であるため水素を添加できない、といった状況を減らすことができる。

さらに本実施形態では、グロープラグ４２による燃焼を実施する場合には、燃料リーンの混合気を燃焼室５２ａへ供給する。そのため、供給したアルデヒドの一部が酸素不足により燃焼されないといった不具合を回避でき、供給したアルデヒドを完全燃焼させることができるので、無駄な燃料消費を回避できる。

さらに本実施形態では、燃焼室５２ａでの燃焼が触媒通路部材５２の上流側へ伝播することを防止する逆火防止装置４３を備える。そのため、燃焼が上流に伝播して必要以上にアルデヒドが燃焼することを防止できる。

さらに本実施形態では、触媒装置４１で水素を生成させる場合には、燃料リッチの混合気を放電リアクタ２０から流出させる。そのため、アルデヒドの酸化に伴い生成される水素の割合を十分に確保できる。

さらに本実施形態では、燃料噴射弁３３から噴射された燃料を高活性物質（アルデヒド等）に改質する放電リアクタ２０を備える。そして、触媒装置４１へ供給される燃料および排気通路１０ｅｘへ添加する燃料には、放電リアクタ２０により改質されたアルデヒドが用いられる。これによれば、改質しない場合に比べて、触媒装置４１での酸化反応が促進されるので、触媒装置４１を大型化することなく水素の生成量を向上できる。また、改質しない場合に比べて、ＮＯｘ浄化装置１５での還元反応が促進されるので、ＮＯｘ浄化装置１５を大型化することなくＮＯｘ浄化量を向上できる。

さらに本実施形態では、アルデヒド生成制御により、放電リアクタ２０で改質されたアルデヒドを排気通路１０ｅｘへ添加する場合には、燃料リーンの混合気を放電リアクタ２０へ供給する。これによれば、放電リアクタ２０へ供給した燃料の一部が酸素不足により改質されないといった不具合を抑制できる。

さらに本実施形態では、ＮＯｘ触媒温度が活性化温度Ｔ３未満である場合には、触媒装置４１に燃料を供給して水素を生成させることを停止させつつ、放電リアクタ２０においてオゾンを生成して排気通路１０ｅｘへ添加する。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、還元剤としての燃料および還元剤を活性化させる水素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、触媒装置４１を経由して排気通路１０ｅｘへ燃料を導く触媒通路部材５２と、触媒装置４１をバイパスして排気通路１０ｅｘへ燃料を導くバイパス通路部材５１とを備える。そして、これらのバイパス通路部材５１および触媒通路部材５２の開閉状態を切替弁５０により開閉させる。これによれば、水素およびアルデヒドを添加する水素生成制御による状態と、アルデヒドを添加するアルデヒド生成制御による状態とを、１つの切替弁５０で切り替えることができる。よって、このような切り替えの構造を簡素にできる。

さらに本実施形態では、オゾン生成制御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、アルデヒド生成制御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）されてアルデヒド等の改質燃料が生成される。よって、１つの放電リアクタ２０で、燃料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、改質燃料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燃料を生成してしまい、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アルデヒドを生成できる。そして、電極２１への燃料付着によりオゾン生成制御時に改質燃料が生成されてしまう、といった不具合を抑制できる。

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燃料を生成する。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燃料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アルデヒド等の改質燃料を生成させる。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燃料が排気通路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。

（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、還元剤添加装置は、燃料を改質する放電リアクタ２０を備えている。そして、触媒装置４１へ供給される燃料には、放電リアクタ２０により改質されたアルデヒドを用いている。これに対し、放電リアクタ２０を廃止して、燃料噴射弁３３から噴射された燃料を改質することなく触媒装置４１へ供給してもよい。また、図５に示す実施形態では、ＮＯｘ触媒温度が活性化温度Ｔ１未満の場合にはオゾン生成制御を実施しているが、オゾン生成制御を廃止してもよい。

図８に示す実施形態では、ステップＳ４３による暖機運転を実施する期間中、ステップＳ４７にて放電を実施している。これに対し、上記暖機運転の期間中には、放電リアクタ２０での放電を停止して、省電力化を図るようにしてもよい。但し、放電を実施した方が暖機運転時の燃焼は促進される。

図１に示す実施形態では、放電リアクタ２０へ空気を供給する手段として、大気を送風するエアポンプ３２ｐを採用している。これに対し、内燃機関１０の吸気の一部を分岐させて放電リアクタ２０へ流入させるようにして、エアポンプ３２ｐの廃止を図ってもよい。例えば、吸気通路１０ｉｎのうちコンプレッサ１１ｃの下流かつ冷却器１２の上流部分から、高温の吸気を分岐させればよい。或いは、吸気通路１０ｉｎのうちコンプレッサ１１ｃの下流かつ冷却器１２の下流部分から、低温の吸気を分岐させればよい。放電リアクタ２０へ供給する空気を加熱する手段を設けて、気化した燃料が空気により冷却されることの抑制を図ってもよい。

図１に示す実施形態では、燃料噴射弁３３の噴孔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燃料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３２ｐの作動を停止してエア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、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燃料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、還元剤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。

図５に示す実施形態では、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…放電リアクタ、２１…電極、３３…燃料噴射弁（燃料供給装置）、４１…触媒装置、Ｓ１５…低温時制御手段、Ｓ１６…高温時制御手段、Ｔ２…所定温度。

Claims (9)

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、
   燃料を供給する燃料供給装置（３３）と、
   前記燃料供給装置から供給された燃料を酸素と反応させることに伴い水素を生成させる水素生成触媒を有した触媒装置（４１）と、
   前記還元触媒が所定温度（Ｔ２）以上である場合には、前記触媒装置による水素生成を停止させつつ、前記燃料供給装置から供給された燃料を前記還元剤として前記排気通路へ添加する高温時制御手段（Ｓ１６）と、
   前記還元触媒が前記所定温度未満である場合には、前記触媒装置により水素を生成させて前記排気通路へ添加しつつ、前記燃料供給装置から供給された燃料を前記還元剤として前記排気通路へ添加する低温時制御手段（Ｓ１５）と、
   を備えることを特徴とする還元剤添加装置。
2. 前記燃料供給装置から供給された燃料を燃焼させて前記水素生成触媒を温度上昇させる燃焼装置（４２）と、
   前記還元触媒が前記所定温度未満であり、かつ、前記水素生成触媒が活性化温度（Ｔ３）未満である場合に、前記燃焼装置を作動させる暖機制御手段（Ｓ４３）と、
   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. 前記暖機制御手段により前記燃焼装置を作動させる場合には、当量比が１未満である燃料リーンの状態で、燃料と空気の混合気を前記燃焼装置へ供給す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. 前記燃焼装置へ燃料を供給する通路に設けられ、前記燃焼装置による燃焼が前記通路の上流側へ伝播することを防止する逆火防止装置（４３）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. 前記触媒装置により水素を生成させる場合には、当量比が１より大きい燃料リッチの状態で、燃料と空気の混合気を前記触媒装置へ供給することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の還元剤添加装置。
6. 空気中の酸素を放電により電離させる電極（２１）を有し、その電離させた酸素により、前記燃料供給装置から供給された燃料を酸化させて高活性物質に改質する放電リアクタ（２０）を備え、
   前記排気通路へ添加する燃料および前記触媒装置へ供給する燃料には、前記放電リアクタにより改質された燃料が用いられ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. 前記高温時制御手段により、前記放電リアクタで改質された燃料を前記排気通路へ添加する場合には、当量比が１未満である燃料リーンの状態で、燃料と空気の混合気を前記放電リアクタへ供給することを特徴とする請求項６に記載の還元剤添加装置。
8. 前記燃料供給装置からの燃料供給を停止させることで、前記放電リアクタにより電離された酸素からオゾンを生成させ、そのオゾンを前記排気通路へ添加するオゾン生成制御手段（Ｓ１３）を備え、
   前記還元触媒が活性化温度未満である場合には、前記低温時制御手段による水素および燃料の添加を停止させつつ、前記オゾン生成制御手段によるオゾンの添加を行うことを特徴とする請求項７に記載の還元剤添加装置。
9. 前記燃料供給装置から供給された燃料を、前記触媒装置を経由して前記還元剤として前記排気通路へ導く触媒通路部材（５２）と、
   前記燃料供給装置から供給された燃料を、前記触媒装置をバイパスして前記還元剤として前記排気通路へ導くバイパス通路部材（５１）と、
   前記触媒通路部材および前記バイパス通路部材による各々の通路の開閉状態を切り替える切替弁（５０）と、
   前記高温時制御手段による制御時には、前記触媒通路部材による通路を閉弁させるとともに前記バイパス通路部材による通路を開弁させ、前記低温時制御手段による制御時には、前記触媒通路部材による通路を開弁させるよう、前記切替弁の作動を制御する切替弁制御手段（Ｓ３０、Ｓ４２、Ｓ５２）と、
   を備え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。

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