JP2015108354A - 高活性物質添加装置 - Google Patents

Abstract

【課題】還元剤が電極に付着することの抑制を図る。
【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高活性物質添加装置は、放電リアクタ２０、燃料噴射弁３３および熱交換配管３８（酸素ガス加熱手段）を備える。放電リアクタ２０は、酸素ガスが流通する流通路２２ａを形成するとともに、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る。燃料噴射弁３３は、放電リアクタ２０へ燃料を供給することで、該燃料を、放電リアクタ２０により電離された酸素ガスで酸化させて高活性物質として改質還元剤を生成させる。熱交換配管３８は、放電リアクタ２０へ供給される酸素ガスを加熱する。
【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、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。そして、特許文献１には、微粒化した液体の還元剤を、放電する電極間に通過させることで改質し、改質された還元剤を触媒の上流側へ添加する高活性物質添加装置が開示されている。

特開２００９−１６２１７３号公報

しかし、上記従来の高活性物質添加装置では、気化した還元剤が凝縮して電極に付着することがある。このような付着が生じると、付着した還元剤が気化するタイミングについては意図通りに制御できないので、改質した還元剤を触媒の上流側へ添加するにあたり、所望のタイミングで添加できなくなる。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、還元剤が電極に付着することの抑制を図っ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、ひとつの態様として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還元剤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、少なくとも酸素を含んだ酸素ガスが流通する流通路（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る放電リアクタ（２０）と、放電リアクタへ炭化水素を供給することで、該炭化水素を、放電リアクタにより電離された酸素ガスで酸化させて高活性物質として改質還元剤を生成させる炭化水素供給手段（３３）と、流通路へ供給される酸素ガスを加熱する酸素ガス加熱手段（３８、４０、５０）と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、流通路へ供給される酸素ガスが加熱されて温度上昇する。そのため、供給された炭化水素が酸素ガスで冷却されることを抑制でき、炭化水素が凝縮して電極に付着することが抑制される。よって、改質した還元剤を排気通路へ添加するにあたり所望のタイミングで添加できなくなる、といった不具合を抑制できる。

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。 第１実施形態において、酸素ガス加熱手段の詳細を示す模式図。 第１実施形態において、改質還元剤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、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、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３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。 本発明の第４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。 本発明の第５実施形態において、酸素ガス加熱手段の詳細を示す模式図。 本発明の第６実施形態において、酸素ガス加熱手段の詳細を示す模式図。 本発明の第７実施形態において、酸素ガス加熱手段の詳細を示す模式図。

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）、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高活性物質として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３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説明する。高活性物質添加装置は、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および熱交換配管３８を備える。放電リアクタ２０は、接地電圧および高電圧となる一対の電極２１を複数組備える。各々の電極２１は平板形状であり、互いに平行に対向するように配置されている。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。

放電リアクタ２０の上流側には、内部に混合室３０ａを形成する混合ケース３０が取り付けられている。混合室３０ａ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が空気導入管３２を通じて流入する。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から分岐させて混合室３０ａへ流入させる。

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２に示すように、高温吸気配管１０ｈには熱交換配管３８が取り付けられている。熱交換配管３８は、高温吸気配管１０ｈの途中に直列接続されて高温吸気を流通させる配管であり、還流配管１０ｅｇｒに取り付けられている。詳細には、熱交換配管３８は、還流配管１０ｅｇｒの外周面１０ａに巻き回して取り付けられており、熱交換配管３８の巻き回し内周面３８ａと還流配管１０ｅｇｒの外周面１０ａとは接触している。これにより、還流配管１０ｅｇｒ内を流通する高温のＥＧＲガスと、熱交換配管３８内を流通する高温吸気とは熱交換する。よって、高温吸気はＥＧＲガスにより加熱される。つまり、熱交換配管３８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３７を通じて空気導入管３２に接続されている。切替バルブ３７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導入管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。

図１の説明に戻り、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の噴孔から混合室３０ａへ噴射される。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。燃料噴射弁３３は、燃料を噴射することで電気ヒータ３４へ炭化水素を供給する「炭化水素噴射手段」を提供する。

ポンプ３３ｐにより燃料噴射弁３３に圧送された燃料は、燃料噴射弁３３の噴孔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電気ヒータ３４へ供給される。つまり、燃料噴射弁３３は、液体燃料を微粒化して電気ヒータ３４へ供給する「微粒化手段」も提供しており、例えば、液体燃料の粒径を６０μｍ以下の状態にして噴射する。

混合ケース３０には、燃料供給管３５ａにより気化ケース３５が接続されている。気化ケース３５には、燃料噴射弁３３および電気ヒータ３４が取り付けられている。電気ヒータ３４の加熱面３４１は、気化ケース３５内の気化室３５ｂに配置される。燃料噴射弁３３は、気化室３５ｂ内へ液体燃料を噴射する。噴射された微粒子状の液体燃料は、電気ヒータ３４の加熱面３４１により加熱される。

加熱面３４１の下方部分は、噴射された液体燃料を加熱して気化する気化加熱面として機能する。加熱面３４１の上方部分は、以下に説明するクラッキング加熱面として機能する。クラッキング加熱面は、気化加熱面により気化された燃料をさらに加熱して、炭素数の少ない炭化水素に分解する。このように分解されることをクラッキングと呼び、クラッキングされた燃料は沸点が低くなる。

電気ヒータ３４への通電状態はマイコン８１により制御される。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ことで、液体燃料は混合室３０ａ内で気化してクラッキングされる。

気化ケース３５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３５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３５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。

混合室３０ａでは、電気ヒータ３４により気化およびクラッキングされた燃料と、高温吸気配管１０ｈまたは低温吸気配管１０ｃから導入された酸素ガスを含む空気とが混合される。その混合気は、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３を用いてその生成反応について説明する。

先ず、図３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４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、この状態で燃料が噴射されていれば、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、燃料噴射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５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３および図４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。

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６および図７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６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４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３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３７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３７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７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。

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は、電極２１の放電により酸素ガスを電離させるとともに、電離された酸素ガスで燃料を酸化させて改質還元剤を生成させる放電リアクタ２０と、熱交換配管３８（酸素ガス加熱手段）を備える。熱交換配管３８は、放電リアクタ２０へ供給される酸素ガスを加熱する。

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。そのため、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３０ａ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、熱交換配管３８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、熱交換配管３８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に熱交換配管３８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、熱交換配管３８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７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、および熱交換配管３８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６のステップＳ１５、Ｓ１６により切替バルブ３７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、燃料供給管３５ａから供給される気体燃料が、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、図７のステップＳ２３により必要還元剤量を算出し、必要還元剤量に応じてヒータ温度および燃料噴射量を制御する。これによれば、必要還元剤量が多い場合には、燃料噴射量を増大させるのみならず、ヒータ温度も上昇させて添加量を増大できる。一方、必要還元剤量が少ない場合には、燃料噴射量を減少させるとともにヒータ温度も低下させることで、電気ヒータ３４での消費電力軽減を図ることができる。

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１に示す実施形態では、還流配管１０ｅｇｒに熱交換配管３８を取り付けている。これに対し、図８に示す本実施形態では、以下に説明する下流排気管１０ｐに熱交換配管３８を取り付けている。この下流排気管１０ｐ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。熱交換配管３８は、下流排気管１０ｐを流通する排気の熱を利用して酸素ガスを加熱する。

ここで、下流排気管１０ｐ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に熱交換配管３８を取り付ける場合に比べて、下流排気管１０ｐ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、熱交換配管３８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および混合ケース３０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、混合ケース３０の近傍に下流排気管１０ｐが位置する蓋然性が高い。この点を鑑みた本実施形態では、熱交換配管３８を下流排気管１０ｐに取り付けるので、熱交換配管３８を混合ケース３０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。

（第３実施形態）
図１に示す実施形態では、還流配管１０ｅｇｒに熱交換配管３８を取り付けている。これに対し、図９に示す本実施形態では、排気マニホールド１０ｍに熱交換配管３８を取り付けている。熱交換配管３８は、排気マニホールド１０ｍを流通する排気の熱を利用して酸素ガスを加熱する。

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。よって、高温の排気マニホールド１０ｍに熱交換配管３８を取り付けた本実施形態によれば、酸素ガスを効率的に加熱できる。

（第４実施形態）
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を空気導入管３２へ導いている。これに対し、図１０に示す本実施形態では、電動モータにより駆動するエアポンプ３１により、酸素ガスとしての空気を空気導入管３２へ圧送している。エアポンプ３１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。エアポンプ３１の駆動はマイコン８１により制御される。エアポンプ３１により送風される空気は、内燃機関１０の廃熱を利用した熱交換配管３８により加熱される。

以上により、本実施形態によれば、図１に示す低温吸気配管１０ｃおよび高温吸気配管１０ｈを廃止できる。よって、スロットルバルブ１３により吸気量を調整するにあたり、空気導入管３２へ分岐する吸気分を補正することが不要になるので、燃焼室へ吸入される吸気量を精度良く調整できる。

（第５実施形態）
図２に示す実施形態では、熱交換配管３８の巻き回し内周面３８ａと還流配管１０ｅｇｒの外周面１０ａとを接触させている。これに対し、図１１に示す本実施形態では、熱交換配管３８を還流配管１０ｅｇｒに対して非接触の状態に保持させて、熱交換配管３８の内周面３８ａと還流配管１０ｅｇｒの外周面１０ａとの間に隙間３８ｂを設けている。そのため、熱交換配管３８の内周面３８ａは、熱源流体を流通させる還流配管１０ｅｇｒから放射される熱を受ける「受熱面」を提供することとなり、熱交換配管３８は、還流配管１０ｅｇｒからの熱放射で加熱される。

なお、還流配管１０ｅｇｒの材質が鉄系金属であるのに対し、熱交換配管３８および高温吸気配管１０ｈの材質はアルミ系金属である。また、熱交換配管３８の内周面３８ａおよび還流配管１０ｅｇｒの外周面１０ａを黒色に塗装することで、熱放射量および受熱量の増大を図っている。

以上により、本実施形態によれば、熱交換配管３８は、還流配管１０ｅｇｒからの熱放射により非接触で加熱されるので、熱交換配管３８および高温吸気配管１０ｈが過剰に加熱されて熱損傷するおそれを低減できる。よって、熱交換配管３８および高温吸気配管１０ｈに、鉄系金属に比べて耐熱性に劣るアルミ系金属を採用できるようになり、装置の軽量化を図ることができる。また、このように熱交換配管３８が過剰に加熱されるおそれを低減できるので、混合室３０ａ内が過剰に高温になるおそれを低減できる。よって、混合室３０ａまたは放電リアクタ２０内で燃料が燃焼するおそれを低減できる。

また、本実施形態によれば、熱交換配管３８は還流配管１０ｅｇｒに対して非接触の状態に保持されているので、内燃機関１０の振動が、還流配管１０ｅｇｒを介して熱交換配管３８および高温吸気配管１０ｈに伝播することを回避できる。よって、高活性物質添加装置が内燃機関１０の振動で損傷するおそれを低減できる。

（第６実施形態）
図２に示す実施形態では、高温吸気配管１０ｈに直列接続された熱交換配管３８により酸素ガス加熱手段が提供されている。これに対し、図１２に示す本実施形態では、還流配管１０ｅｇｒに取り付けられた熱交換ブロック４０により酸素ガス加熱手段が提供されている。

熱交換ブロック４０には、還流配管１０ｅｇｒを内部に配置させる貫通穴４０ａ、および高温吸気配管１０ｈを内部に配置させる貫通穴４０ｂが形成されている。図１２の例では貫通穴４０ｂが複数形成されている。熱交換ブロック４０は、貫通穴４０ａ、４０ｂを２分割するように、第１ブロック４１および第２ブロック４２に分割されており、両ブロック４１、４２を組み合わせて構成されている。

還流配管１０ｅｇｒの外周面は貫通穴４０ａの内周面と接触している。高温吸気配管１０ｈの外周面は貫通穴４０ｂの内周面４０ｃとは接触しておらず、高温吸気配管１０ｈは熱交換ブロック４０に対して非接触の状態で保持されている。そのため、熱交換ブロック４０の貫通穴４０ｂの内周面４０ｃは、高温吸気配管１０ｈへ向けて熱源からの熱を放射する「放熱面」を提供することとなる。熱交換ブロック４０は、還流配管１０ｅｇｒにより加熱されるとともに、高温吸気配管１０ｈを熱放射で加熱する。

以上により、本実施形態によれば、上記第５実施形態と同様の効果が発揮される。すなわち、高温吸気配管１０ｈは、還流配管１０ｅｇｒにより加熱された熱交換ブロック４０からの熱放射により非接触で加熱されるので、高温吸気配管１０ｈが過剰に加熱されて熱損傷するおそれを低減できる。よって、高温吸気配管１０ｈにアルミ系金属を採用して装置を軽量化できる。また、混合室３０ａ内が過剰に高温になるおそれを低減でき、混合室３０ａまたは放電リアクタ２０内で燃料が燃焼するおそれを低減できる。また、内燃機関１０の振動が熱交換ブロック４０を介して高温吸気配管１０ｈに伝播することを回避できるので、高活性物質添加装置が内燃機関１０の振動で損傷するおそれを低減できる。

（第７実施形態）
図１２に示す実施形態では、熱交換ブロック４０に形成された貫通穴４０ｂに高温吸気配管１０ｈを配置させている。これに対し、図１３に示す本実施形態では、解放端を有する溝５０ｂを熱交換ブロック５０に形成し、この溝５０ｂの内部に高温吸気配管１０ｈを配置させている。また、図１２に示す実施形態では、高温吸気配管１０ｈの複数個所を熱交換ブロック４０で加熱するにあたり、高温吸気配管１０ｈの複数個所の各々に対して貫通穴４０ｂを形成している。これに対し本実施形態では、１つの溝５０ｂの内部に高温吸気配管１０ｈの複数個所を配置させている。

熱交換ブロック５０は、還流配管１０ｅｇｒが配置される貫通穴５０ａおよび溝５０ｂを２分割するように、第１ブロック５１および第２ブロック５２に分割されており、両ブロック５１、５２を組み合わせて構成されている。還流配管１０ｅｇｒの外周面は貫通穴５０ａの内周面と接触している。高温吸気配管１０ｈの外周面は溝５０ｂの内面５０ｃとは接触しておらず、高温吸気配管１０ｈは熱交換ブロック５０に対して非接触の状態で保持されている。そのため、熱交換ブロック５０の溝５０ｂの内面５０ｃは、高温吸気配管１０ｈへ向けて熱源からの熱を放射する「放熱面」を提供することとなる。熱交換ブロック５０は、還流配管１０ｅｇｒにより加熱されるとともに、高温吸気配管１０ｈを熱放射で加熱する。

以上により、本実施形態によっても上記第６実施形態と同様の効果が発揮される。さらに、本実施形態によれば、高温吸気配管１０ｈを溝５０ｂの内部に配置させるので、貫通穴４０ｂに配置させる場合に比べて、非接触の状態を保持させるために要求される高温吸気配管１０ｈの位置精度を低くできる。

（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、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１０の実施形態では、高温吸気配管１０ｈ、低温吸気配管１０ｃおよび切替バルブ３７を廃止してエアポンプ３１を採用している。これに対し、低温吸気配管１０ｃおよび切替バルブ３７を備えつつ、高温吸気配管１０ｈを廃止してエアポンプ３１を採用してもよい。この場合、オゾン生成時には低温吸気配管１０ｃからの低温吸気を放電リアクタ２０へ流入させ、改質還元剤生成時にはエアポンプ３１により送風される酸素ガスを放電リアクタ２０へ流入させるよう、切替バルブ３７の作動を制御すればよい。

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３５へ流出させ、気化ケース３５内に一旦貯留させるようにしてもよい。

図１０に示す実施形態を、以下の構成に変形させてもよい。すなわち、エアポンプ３１により送風される空気を、熱交換配管３８を通じて混合室３０ａへ流入させる高温通路と、熱交換配管３８をバイパスして混合室３０ａへ流入させるバイパス通路と、を備える。さらに、バイパス通路と本通路との開閉を切り替える切替弁を備える。そして、オゾン生成時にはバイパス通路から混合室３０ａへ空気を流入させ、改質還元剤生成時には高温通路から混合室３０ａへ空気を流入させるよう、切替バルブ３７の作動を制御する。これによれば、オゾン生成時には加熱されていない常温の空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。

図１２および図１３に示す実施形態では、還流配管１０ｅｇｒに熱交換ブロック４０、５０を取り付けて、放熱面として機能する内周面４０ｃおよび内面５０ｃを熱交換ブロック４０、５０に形成している。これに対し、高温吸気配管１０ｈに熱交換ブロック４０、５０を取り付けてもよい。この場合、還流配管１０ｅｇｒからの放射熱により加熱される受熱面を熱交換ブロック４０、５０に形成すればよい。

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３０ａへ液体燃料を供給しているが、混合室３０ａ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３０ａへ供給するようにしてもよい。

図１に示す実施形態では、車両搭載状態において板形状の電極２１が水平の向きになるように放電リアクタ２０を設置している。これに対し、板形状の電極２１の板面が水平方向に対して傾くように設置することで、電極２１に付着した液体燃料が重力で落下しやすくなるようにしてもよい。また、板形状の電極２１の板面が上下方向に対して平行な向きになるように設置してもよい。

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３１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６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。

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、３３…燃料噴射弁（炭化水素供給手段）、３８…熱交換配管（酸素ガス加熱手段）、４０、５０…熱交換ブロック（酸素ガス加熱手段）。

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高活性物質添加装置において、
   少なくとも酸素を含んだ酸素ガスが流通する流通路（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る放電リアクタ（２０）と、
   前記放電リアクタへ炭化水素を供給することで、該炭化水素を、前記放電リアクタにより電離された酸素ガスで酸化させて前記高活性物質として改質還元剤を生成させる炭化水素供給手段（３３）と、
   前記流通路へ供給される前記酸素ガスを加熱する酸素ガス加熱手段（３８、４０、５０）と、
   を備えることを特徴とする高活性物質添加装置。
2. 前記酸素ガス加熱手段は、前記内燃機関で生じた熱を利用して前記酸素ガスを加熱す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. 前記燃焼システムは、排気の一部を吸気へ還流させる還流配管（１０ｅｇｒ）を備えており、
   前記酸素ガス加熱手段は、前記還流配管の熱を利用して前記酸素ガスを加熱することを特徴とする請求項２に記載の高活性物質添加装置。
4. 前記燃焼システムは、前記内燃機関が有する複数の燃焼室から排出される排気を集合させる排気マニホールド（１０ｍ）、および前記排気マニホールドの下流側における前記排気通路を形成する下流排気管（１０ｐ）を備えており、
   前記酸素ガス加熱手段は、前記下流排気管の熱を利用して前記酸素ガスを加熱することを特徴とする請求項２に記載の高活性物質添加装置。
5. 前記燃焼システムは、前記内燃機関が有する複数の燃焼室から排出される排気を集合させる排気マニホールド（１０ｍ）を備えており、
   前記酸素ガス加熱手段は、前記排気マニホールドの熱を利用して前記酸素ガスを加熱することを特徴とする請求項２に記載の高活性物質添加装置。
6. 前記酸素ガス加熱手段は、前記酸素ガスを流通させる配管（１０ｈ）へ向けて熱源からの熱を放射する放熱面（４０ｃ、５０ｃ）、または熱源流体を流通させる配管（１０ｅｇｒ）から放射される熱を受ける受熱面（３８ａ）を備えることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１つに記載の高活性物質添加装置。
7. 前記電極は、互いに対向するように配置された平板形状であり、
   一対の前記電極の間に、前記酸素ガスが流通する電極間通路（２１ａ）が形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の高活性物質添加装置。
8. 前記放電リアクタへの炭化水素の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ガスからオゾンを生成させるように制御するオゾン生成制御手段（Ｓ２２）と、
   前記放電リアクタへの炭化水素の供給を実施させることで、前記放電リアクタにより電離された酸素ガスで炭化水素を酸化させて改質還元剤を生成させるように制御する改質制御手段（Ｓ２６）と、
   を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の高活性物質添加装置。
9. 前記燃焼システムは、前記内燃機関の吸気を過給する過給機（１１）、および前記過給機により過給された吸気を冷却する冷却器（１２）を備えており、
   前記冷却器で冷却された後の低温吸気の一部を、前記酸素ガスとして前記放電リアクタへ供給する低温吸気配管（１０ｃ）と、
   前記酸素ガス加熱手段により加熱された酸素ガスを前記放電リアクタへ供給する高温吸気配管（１０ｈ）と、
   前記低温吸気配管および前記高温吸気配管を切り替えて前記放電リアクタと連通させる切替バルブ（３７）と、
   前記オゾン生成制御手段によるオゾン生成時には前記低温吸気配管を前記放電リアクタと連通させ、前記改質制御手段による改質還元剤生成時には前記高温吸気配管を前記放電リアクタと連通させるよう、前記切替バルブの作動を制御する切替制御手段（Ｓ１５、Ｓ１６）と、
   を備えることを特徴とする請求項８に記載の高活性物質添加装置。
10. 前記高温吸気配管は、前記過給機により過給された吸気のうち前記冷却器で冷却される前の高温吸気の一部を、前記酸素ガスとして前記放電リアクタへ供給することを特徴とする請求項９に記載の高活性物質添加装置。

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