JP2015183682A - 放電制御装置および還元剤添加装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した放電を確保しつつ、電力効率の向上を図る。
【解決手段】放電制御装置は、電流検出回路、試行手段、放電相関算出手段、判定手段および制御電圧設定手段を備える。電流検出回路は電極に流れた電流を検出する。試行手段（Ｓ３２、Ｓ３６）は、最小安定電圧Ｖｑを探索することが要求された場合に、電圧を変更させながら電極への電圧印加を複数回試行する。放電相関算出手段（Ｓ３３、Ｓ３４）は、試行手段による各回の試行毎に、電流検出回路により検出された電流に基づきバラツキ値σ（放電相関値）を算出する。判定手段（Ｓ３５）は、試行手段による各回の試行毎に算出されたバラツキ値σに基づき、複数回の電圧印加のいずれが最小安定電圧Ｖｑであるかを判定する。制御電圧設定手段は、最小安定電圧Ｖｑに基づき、電極へ印加する制御電圧を設定する。
【選択図】図４

Description

本発明は、電極からの放電によりガスを改質するガス改質装置に用いられた放電制御装置、およびその放電制御装置により放電制御されるガス改質装置を備えた還元剤添加装置に関する。

従来より、電極からの放電によりガスを改質するガス改質装置が知られている。この装置の用途の具体例としては、内燃機関の排ガスに含まれるＮＯｘを還元するための還元剤を改質したり、酸素ガスをオゾンに改質したりする用途が挙げられる。

特開２００６−１２２８４９号公報

さて、電極へ印加する電圧（制御電圧）が過小であると放電が生じない。或いは、時には放電が生じ、時には放電が生じないといった、不安定な放電になる。一方、制御電圧が過大であると、安定した放電が確実に得られるものの、電極へ供給した電力量に対するガス改質量の割合が小さくなり、電力効率が悪くなる。したがって、所定以上の安定度で放電可能な電圧の範囲内で、できるだけ小さい値（最適値）に制御電圧を設定することが、放電の安定性および電力効率の点で望ましい。

しかしながら、電極の雰囲気温度、湿度、圧力等の放電環境や、ガス改質装置の個体差、経年劣化に起因して、上述した最適値は異なってくる。そのため、従来の放電制御装置では制御電圧を最適値にすることは困難であり、不安定な放電や電力効率の悪い状態に陥りやすいのが現状である。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、安定した放電を確保しつつ、電力効率の向上を図った放電制御装置、または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放電制御装置である。この放電制御装置は、電極（２１、２１Ｂ、２１Ｃ）からの放電によりガスを改質するガス改質装置（２０、２０Ｂ、２０Ｃ）に用いられ、ガス改質装置の作動を制御する放電制御装置（８０）であることを前提とする。

そして、電極への電圧印加に伴い電極に流れた電流を検出する電流検出回路（８４）と、所定以上の安定度で放電可能な電圧の最小値である最小安定電圧（Ｖｑ）を探索することが要求された場合に、電圧を変更させながら電極への電圧印加を複数回試行する試行手段（Ｓ３２、Ｓ３６、Ｓ２２Ａ、Ｓ２５Ａ）と、試行手段による各回の試行毎に、電流検出回路により検出された電流に基づき、放電状態と相関のある放電相関値を算出する放電相関算出手段（Ｓ３３、Ｓ３４、Ｓ２３Ａ）と、試行手段による各回の試行毎に算出された放電相関値に基づき、複数回の電圧印加のいずれが最小安定電圧であるかを判定する判定手段（Ｓ３５、Ｓ２４Ａ）と、放電によるガスの改質が要求された場合に、判定手段により判定された最小安定電圧に基づき、電極へ印加する制御電圧を設定する制御電圧設定手段（Ｓ４０）と、を備えることを特徴とする。

上記発明によれば、電圧を変更させながら電極への電圧印加を複数回試行し、その試行毎に放電相関値を算出するので、放電状態と電圧との関係を把握できる。そして、その把握に基づき、複数回の電圧印加のいずれが最小安定電圧であるかを判定する。要するに、意図的に印加電圧を変更して最小安定電圧を探索する。したがって、実際の放電環境やガス改質装置の個体差、経年劣化等に応じた最小安定電圧を、高精度で探索できる。

そして、このように探索された最小安定電圧に基づき制御電圧を設定するので、所定以上の安定度で放電可能な電圧の範囲内で、できるだけ小さい値（最適値）に制御電圧を設定することを、高精度で実現できる。よって、安定した放電を確保しつつ、電力効率の向上を図ることができる。

本発明の第１実施形態に係る放電制御装置、その放電制御装置により放電制御されるガス改質装置を備えた還元剤添加装置、およびその還元剤添加装置が適用される燃焼システムを示す図。 図１に記載の放電リアクタ（ガス改質装置）を模式的に示す断面図。 図１に記載のＥＣＵが実施する放電制御の手順を示すフローチャート。 図１に記載のＥＣＵが実施する放電制御の手順を示すフローチャート。 電極に印加した電圧のパルス波形と、その電圧印加に伴い電極に流れた電流の波形を示す試験結果。 （ａ）は図５に記載のＩpeakと電圧との関係を示す試験結果であり、（ｂ）（ｃ）（ｄ）の各々は、電力効率、ΔＩ／ΔＶ、σと電圧との関係を示す試験結果。 Ｉpeakと印加電圧との関係を示す試験結果。 Ｉpeakのバラツキと印加電圧との関係を示す試験結果。 本発明の第２実施形態において、放電制御の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、放電制御の手順を示すフローチャート。 本発明の第４実施形態に係る放電リアクタを模式的に示す断面図。 本発明の第５実施形態に係る放電リアクタを模式的に示す断面図。 本発明の第６実施形態に係る還元剤添加装置を示す図。

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、以下に詳述する放電リアクタ２０（ガス改質装置）、エアポンプ２０ｐ、反応容器３０、燃料噴射弁４０、およびヒータ５０を備える。

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が所定方向（図１の上下方向）に並べて配置されている。具体的には、図２に示すように、ハウジング２２内には複数の電極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（印加電極）と、接地されている電極（接地電極）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）により制御される。

放電リアクタ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ＥＣＵ８０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。

放電リアクタ２０の下流側には、反応室３０ａを内部に形成する反応容器３０が取り付けられている。この反応室３０ａでは、燃料と空気が混合し、空気中の酸素により燃料を酸化反応させる。電極間通路２１ａを流通して空気流入口３０ｃから流入した空気は、反応室３０ａに流入した後、反応容器３０に形成された噴出口３０ｂから噴出する。噴出口３０ｂは供給管３２と連通する。

反応容器３０には、燃料噴射弁４０が取り付けられている。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）から反応室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ＥＣＵ８０により制御される。

反応容器３０には、通電により発熱するヒータ５０が取り付けられており、ヒータ５０への通電状態はＥＣＵ８０により制御される。ヒータ５０の発熱面は反応室３０ａに配置され、燃料噴射弁４０から噴射された液体燃料を加熱する。なお、燃料噴射弁４０はヒータ５０の発熱面よりも上方に位置する。そして、燃料噴射弁４０から噴射された液体燃料は発熱面に付着し、ヒータ５０により加熱されて気化する。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、反応室３０ａで生じる。

反応容器３０には、反応室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、反応室３０ａのうちヒータ５０の発熱面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、放電リアクタ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、放電リアクタ２０は、誘電体バリア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、反応室３０ａへ流入する空気には、放電リアクタ２０で生成されたオゾンが含まれている。

反応室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、放電リアクタ２０で生成されたオゾンが空気中に含まれていると、反応室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、反応室３０ａで燃料が滞留する時間が長いと、反応室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、および反応室３０ａでの燃料滞留時間が調整されている。例えば、雰囲気温度は、温度センサ３１による検出温度に基づきヒータ５０への給電量を制御することで調整される。当量比は、燃料噴射弁４０およびエアポンプ２０ｐを制御することで調整される。

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、反応室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、放電リアクタ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反応室３０ａから流出する燃料の量を低減できる。

図２に示すように、電極２１は、以下に説明する基材２４、電極線２５および誘電体膜２６を有して構成されている。基材２４は、誘電体で形成された板状である。基材２４には電極線２５が設けられ、さらに、電極線２５を覆う誘電体膜２６が基材２４に設けられている。つまり、基材２４表面の全体は、印刷された電極線２５を内包するように誘電体膜２６により覆われている。

具体的には、図２に示す複数の電極２１のうち、両端に位置する電極以外については、基材２４の両面に電極線２５が印刷されている。電極線２５は、基材２４表面の全体に分布するように、基材２４表面に沿って蛇行して延びる線状である。電極２１の断面を表した図２では、同一の基材２４上に複数の電極線２５が配置されているように見えるが、電極線２５は複数に分岐して延びる形状であり、図２で表現される上記複数の電極線２５は、平面視においては互いに繋がっている。図２に示す複数の電極２１のうち、両端に位置する電極については、基材２４の片面に電極線２５および誘電体膜２６が設けられている。

なお、図２では、電極線２５の断面積を模式的に誇張して表現しているため、誘電体膜２６と基材２４の間に空間が存在するように図示されている。しかし、実際にはこのような空間は存在しておらず、誘電体膜２６は、電極線２５を内包した状態で基材２４に密着している。

図２に示す４つの電極２１のうち、一番下に位置する電極２１およびその２つ上に位置する電極２１は、先述した印加電極である。また、一番上に位置する電極２１およびその２つ下に位置する電極２１は、先述した接地電極である。印加電極が有する２つの電極線２５にはパルス電圧が印加される。接地電極が有する２つの電極線２５はいずれも接地されている。つまり、同一の電極２１内に設けられた２つの電極線２５は同電位となっている。接地電極の電極線２５から放出された電子が、電極間通路２１ａを通じて印加電極へ向けて移動する。このように移動する電子が電極間通路２１ａに存在する酸素分子に衝突することにより、オゾンが生成される。

ここで、本実施形態に反し、電極線２５に換えて板状の電極を用いた場合には、電極間通路２１ａに生じる電界の強度分布は均一になる。これに対し本実施形態では、線状の電極線２５を採用するので、電極間通路２１ａに生じる電界は電極線２５の部分に集中する。電極間通路２１ａでは、このように電界が集中した部分を起点に放電（種放電）が生じ、その種放電に誘発されて、電解集中していない部分での放電が生じやすくなる。よって、電極線２５への印加電圧を高くすることなく、電極間通路２１ａでの放電を安定して生じさせることができる。

さらに本実施形態では、電極線２５を覆う誘電体膜２６を備えるので、印加電極へ向けて移動した電子は、印加電極の誘電体膜２６の表面に沿って移動するといった、沿面放電が生じるようになる。すると、放電された電子が、電極間通路２１ａに存在する酸素に接触する機会が増大するので、酸素をオゾンに改質する割合（改質率）が向上する。

図２に示すように、接地電極が有する電極線２５はグランドに接続され、印加電極が有する電極線２５はパルス回路８２に接続されている。パルス回路８２は、車両に搭載されたバッテリの電圧（例えば１２Ｖ）を昇圧する昇圧回路、および昇圧した直流電圧によるパルス波形を生成するパルス生成回路等を有する。パルス回路８２は、昇圧されたパルス波形の電圧を印加電極の電極線２５へ印加する。このように印加電極へ電圧が印加されると、印加電極が有する電極線２５と接地電極が有する電極線２５との間で放電が為される。

ＥＣＵ８０は、マイクロコンピュータ（マイコン８１）、上述したパルス回路８２、コントローラ８３および電流検出回路８４を有する。コントローラ８３は、マイコン８１から出力される指令信号にしたがってパルス回路８２の作動を制御する。具体的には、パルス回路８２により生成されるパルス波形の電圧Ｖpeak（図５参照）、および電圧印加するタイミングを、指令信号にしたがってコントローラ８３は制御する。これにより、ＥＣＵ８０は、放電リアクタ２０の放電状態を制御する放電制御装置として機能する。

電流検出回路８４は、電極線２５への電圧印加に伴い電極線２５に流れた電流を検出する。詳細には、並列接続された複数（図２の例では３本）の電極線２５の各々に流れる電流の総和を、電流検出回路８４は検出する。図２に示すように、複数の印加電極が有する複数の電極線２５は並列接続されている。そのため、これらの電極線２５には全て同じ電圧が印加される。

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９１、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、ＮＯｘセンサ９７等が挙げられる。

アクセルペダルセンサ９１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。排気温度センサ９６は、排気通路１０ｅｘのうちＤＰＦ１４とＮＯｘ浄化装置１５の間に取り付けられ、ＮＯｘ浄化装置１５へ流入する排ガスの温度を検出する。ＮＯｘセンサ９７は、排気通路１０ｅｘのうちＮＯｘ浄化装置１５の下流側に取り付けられ、ＮＯｘ浄化装置１５で還元されずに流出したＮＯｘ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、およびＮＯｘセンサ９７により検出された流出ＮＯｘ量等に基づき、還元剤添加装置Ａ１の作動を制御する。

具体的には、内燃機関１０が運転中であることを条件として、以下に説明するオゾン添加制御と改質燃料添加制御とを切り替えるよう、還元剤添加装置Ａ１の作動を制御する。

すなわち、ＮＯｘ浄化装置１５が有する還元触媒の温度（ＮＯｘ触媒温度）が還元触媒の活性化温度Ｔ１（例えば２５０℃）未満であれば、オゾン添加制御を実施する。ＮＯｘ触媒温度が活性化温度Ｔ１以上であれば改質燃料添加制御を実施する。なお、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。

オゾン添加制御では、後に詳述する環境値に応じた制御電圧をマップから取得し、取得した制御電圧に調整されたパルス電圧を電極２１へ印加するよう、コントローラ８３の作動を制御する。また、要求されるオゾン量に応じた空気量が放電リアクタ２０へ供給されるよう、エアポンプ２０ｐの作動を制御する。オゾン添加制御での要求オゾン量は、排気通路１０ｅｘを通じてＮＯｘ浄化装置１５へ流入するＮＯ_２流入量に基づき設定される。上述したオゾン添加制御によれば、放電リアクタ２０でオゾンが生成され、生成されたオゾンは、反応室３０ａおよび供給管３２を通じて排気通路１０ｅｘへ添加される。

また、オゾン添加制御では、ヒータ５０への通電を停止させるとともに、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。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、上述したオゾン添加制御では、ヒータ５０による加熱を停止させ、かつ、燃料噴射を停止させている。そのため、オゾンが燃料と反応することや加熱崩壊を回避できるので、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。

改質燃料添加制御では、要求される改質燃料量に応じた燃料噴射量となるよう、燃料噴射弁４０の作動を制御する。改質燃料添加制御での要求改質燃料量は、排気通路１０ｅｘを通じてＮＯｘ浄化装置１５へ流入するＮＯｘ流入量、そのＮＯｘに含まれるＮＯとＮＯ_２の割合、ＮＯｘ触媒温度等に基づき設定される。

改質燃料添加制御では、反応室３０ａの温度（反応室温度）が所定温度範囲になるように、ヒータ５０の作動が制御される。所定温度範囲は、反応室３０ａで冷炎反応が生じるが熱炎反応は生じないような温度範囲に設定されている。すなわち、燃料噴射弁４０から噴射される燃料の量に基づき、当量比が所定当量比範囲になるようにエアポンプ２０ｐの作動が制御される。所定当量比範囲は、反応室３０ａで冷炎反応が生じるが熱炎反応は生じないような温度範囲に設定されている。

また、改質燃料添加制御でもオゾン添加制御と同様にして、環境値に応じた制御電圧に調整されたパルス電圧を電極２１へ印加するよう、コントローラ８３の作動を制御する。

次に、先述した制御電圧を設定する手順について、図３〜図８を用いて以下に説明する。図３および図４は、マイコン８１により実施される制御電圧設定の処理手順を示すフローチャートであり、内燃機関１０の運転中に所定周期で繰返し実行される。

先ず、図３のステップＳ１０（環境値取得手段）において、電極２１の放電環境を表した物理量である環境値を取得する。環境値の具体例としては、放電リアクタ２０の内部温度（流通路２２ａの温度）、放電リアクタ２０へ流入する空気量、大気圧、放電リアクタ２０の内部湿度等が挙げられる。これらの環境値に応じて制御電圧の最適値は異なってくる。上記最適値とは、安定した放電が生じる範囲内で、できるだけ小さい値の電圧のことである。例えば、内部温度が高いほど放電されやすくなるので最適値は低くなる。空気量が少ないほど放電されやすくなるので最適値は低くなる。大気圧が低いほど放電されやすくなるので最適値は低くなる。

続くステップＳ１１では、後述する探索を実施して制御電圧Ｖｒを学習するタイミングであるか否かを判定する。具体的には、ステップＳ１０で取得した環境値に所定以上の変化が生じた場合に、上記探索および学習を実施するタイミングであると判定する。そして、学習タイミングであると判定された場合には、概略、次のステップＳ２０にて最小放電電圧Ｖｐを探索する。最小放電電圧Ｖｐとは、安定した放電であるか否かに拘らず放電可能な電圧の最小値のことである。その後、図４に示すステップＳ３０において、最小放電電圧Ｖｐ以上の範囲で最小安定電圧Ｖｑを探索する。最小放電電圧Ｖｐとは、所定以上の安定度で放電可能な電圧の最小値である。その後、ステップＳ４０おいて、最小安定電圧Ｖｑに基づき制御電圧Ｖｒを設定する。

以下、ステップＳ２０による最小放電電圧Ｖｐ探索の手順について詳述する。

先ず、ステップＳ２１において、電極２１へ印加する電圧Ｖを初期値Ｖａに設定する。初期値Ｖａは、放電が生じない十分に低い値に設定されている。続くステップＳ２２では、ステップＳ２１で設定した電圧Ｖのパルスを、１回だけ単発で電極２１へ印加する。

続くステップＳ２３では、電流検出回路８４により検出された電流に基づき、電極２１への電圧印加に伴い電極２１に流れた電流のピーク値Ｉpeak（図５参照）を算出する。なお、図５中の横軸は、電圧印加を開始してからの経過時間を示し、縦軸は、電流検出回路８４により検出された電流および印加した電圧を示す。図５の例では、印加したパルスの立ち上りエッジ時間Ｔａは約０．１μｓｅｃとなっており、放電が生じた場合の試験結果である。パルス電圧が最大値Ｖpeakに達した時に、電流のピーク値Ｉpeakが現れている。

さて、図６（ａ）は、ピーク値Ｉpeakと印加電圧との関係を示す。図６（ｂ）は、電極２１へ供給した電力量に対するガス改質量の割合（電力効率）と印加電圧との関係を示す。図６（ｃ）は、（ａ）に示すＩpeak特性線の傾きΔＩ／ΔＶと印加電圧との関係を示す。ΔＶは、パルス電圧の最大値Ｖpeakの変更量であり、ΔＩは、ΔＶに対するピーク値Ｉpeakの変化量である。図６（ｄ）は、後述するＩpeakのバラツキを示す標準偏差（バラツキ値σ）と印加電圧との関係を示す。

これらのピーク値Ｉpeak、傾きΔＩ／ΔＶおよびバラツキ値σは、放電状態との相関が高く、「放電相関値」に相当する。特に、ピーク値Ｉpeakとの相関がある傾きΔＩ／ΔＶは「ピーク相関値」に相当する。例えば、図６（ａ）に示すように、パルスの電圧Ｖpeakが小さいと放電が生じず、ピーク値Ｉpeakが生じない。図６に示す最小放電電圧Ｖｐ以上の電圧Ｖpeakを印加すると放電が生じる。なお、図６（ｂ）に示すように、最小安定電圧Ｖｑ以上の領域では電圧が高いほど電力効率は低くなる。

また、図６（ｃ）に示すように、放電できない低電圧から徐々に電圧を上昇させていくと、最小放電電圧Ｖｐに達するまでは傾きΔＩ／ΔＶおよびバラツキ値σは上昇し、最小放電電圧Ｖｐに達した以降は傾きΔＩ／ΔＶおよびバラツキ値σは低下していく。

図３の説明に戻り、ステップＳ２４において、ステップＳ２３で算出したピーク値Ｉpeakが、予め設定しておいた判定値Ａ以上であるか否かを判定する。Ｉpeak≧判定値Ａでないと否定判定された場合には、ステップＳ２２で印加した電圧は最小放電電圧Ｖｐより低い電圧であるとみなし、続くステップＳ２５において、印加する電圧Ｖを所定値Ｖｂだけ増大させる。

その後、ステップＳ２２の処理に戻り、増大させた電圧Ｖのパルスを１回だけ単発で電極２１へ印加する。したがって、Ｉpeak≧判定値Ａと肯定判定されるまで、電圧Ｖを所定値Ｖｂずつ増大させて、電圧印加とピーク値Ｉpeakの算出を繰返し実施することとなる。ステップＳ２４でＩpeak≧判定値Ａと肯定判定された場合には、ステップＳ２６に進み、その時の電圧Ｖを最小放電電圧Ｖｐとして設定する。

以上により、ステップＳ２０では、毎回異なる電圧に変更しながら電圧印加を複数回試行して、各回の試行毎にピーク値Ｉpeak（放電相関値）を取得し、取得されたピーク値Ｉpeakが判定値Ａ（所定値）以上となる場合の印加電圧最小値が探索される。このように探索された印加電圧最小値が最小放電電圧Ｖｐに相当する。また、ステップＳ２２、Ｓ２５の処理を実行している時のマイコン８１が「プレ試行手段」に相当する。要するに、ステップＳ２０では、初期値Ｖａ以上の電圧範囲で、Ｉpeak≧判定値Ａとなる最小放電電圧Ｖｐが探索される。

以下、図４のステップＳ３０による最小安定電圧Ｖｑ探索の手順について詳述する。

先ず、ステップＳ３１（初期値設定手段）において、電極２１へ印加する電圧Ｖの初期値を、ステップＳ２６で算出した最小放電電圧Ｖｐに設定する。続くステップＳ３２では、ステップＳ３１で設定した電圧Ｖのパルスを電極２１へ印加することを、予め設定された所定回数だけ繰返す。上記所定回数は複数回に設定されており、図７に示す例では１０回に設定されている。

続くステップＳ３３では、電流検出回路８４により検出された電流に基づき、電極２１への電圧印加に伴い電極２１に流れた電流のピーク値Ｉpeakを、所定回数の電圧印加毎に算出する。続くステップＳ３４では、ステップＳ３３で取得した所定回数分のピーク値Ｉpeakのバラツキ値σを算出する。続くステップＳ３５（判定手段）では、ステップＳ３４で算出したバラツキ値σが、予め設定しておいた判定値Ｂ以下であるか否かを判定する。

バラツキ値σ≦判定値Ｂでないと否定判定された場合には、ステップＳ３６に進み、印加する電圧Ｖを所定値Ｖｃだけ増大させる。その後、ステップＳ３２の処理に戻り、増大させた電圧Ｖのパルスを電極２１へ印加することを所定回数繰返す。したがって、σ≦判定値Ｂと肯定判定されるまで、電圧Ｖを所定値Ｖｃずつ増大させて、所定回数の電圧印加とバラツキ値σの算出を繰返し実施することとなる。ステップＳ３５でバラツキ値σ≦判定値Ｂと肯定判定された場合には、その時の電圧Ｖを最小安定電圧Ｖｑとして設定する。

以上により、ステップＳ３０では、電圧Ｖを変更させながら電圧印加を複数回試行するにあたり、１回の試行では、同一の電圧で繰返し電圧印加してバラツキ値σ（放電相関値）を算出する。そして、各回の試行毎にバラツキ値σを取得する。そして、取得されたバラツキ値σが所定値以下となる場合の印加電圧最小値が探索される。このように探索された印加電圧最小値が最小安定電圧Ｖｑに相当する。要するに、ステップＳ３０では、最小放電電圧Ｖｐを初期値とし、その初期値以上の電圧範囲で、σ≦判定値Ｂとなる最小安定電圧Ｖｑが探索される。

なお、ステップＳ３２、Ｓ３６の処理を実行している時のマイコン８１が「試行手段」に相当する。ステップＳ３３、Ｓ３４を実行している時のマイコン８１が「放電相関算出手段」に相当する。特に、ステップＳ３３は「ピーク算出手段」、ステップＳ３４は「バラツキ算出手段」を提供する。

図７に示すように、電圧Ｖが１４ｋＶである場合には、電流のピーク値Ｉpeakが判定値Ａ以下となる場合があり、ピーク値Ｉpeakのバラツキが大きい。このことは、電圧Ｖが同じ値（１４ｋＶ）であっても、電圧印加毎に放電する場合と放電しない場合が存在することを表している。なお、１４ｋＶの場合には、バラツキ値σが判定値Ｂよりも大きくなっている（図８参照）。

一方、電圧Ｖが１５ｋＶまたは１６ｋＶである場合には、電流のピーク値Ｉpeakが判定値Ａ以上になっている（図７参照）。しかし、１５ｋＶの場合にはバラツキが大きく、ピーク値Ｉpeakが不安定である。つまり、ピーク値Ｉpeakが判定値Ａよりも大きいものの、十分には大きくないならない場合が存在する。この場合には、複数の電極２１の全てが放電されておらず、一部の電極２１で放電が生じていなくなっていると考察される。したがって、このように一部で放電が生じていないことに起因して、バラツキ値σが判定値Ｂよりも大きくなっている（図８参照）。

したがって、図７および図８の試験結果では、図３のステップＳ２０において１４ｋＶで印加した場合には、ステップＳ２４で否定判定され、その後１５ｋＶで印加した際に肯定判定される。よって、ステップＳ２６において、１５ｋＶが最小放電電圧Ｖｐとして設定されることとなる。その後、図４のステップＳ３０において１５ｋＶで印加した場合には、ステップＳ３５で否定判定され、１６ｋＶで印加した際に肯定判定される。よって、ステップＳ３７において、１６ｋＶが最小安定電圧Ｖｑとして設定されることとなる。

以下、図４のステップＳ４０以降の処理内容について詳述する。

ステップＳ４０の処理を実行している時のマイコン８１が「制御電圧設定手段」に相当し、このステップＳ４０では、ステップＳ３７で設定された最小安定電圧Ｖｑに基づき制御電圧Ｖｒを設定する。具体的には、最小安定電圧Ｖｑに所定値Ｖｄを加算した値を制御電圧Ｖｒとして設定する。所定値Ｖｄは、最小安定電圧Ｖｑに対する余裕分である。

次のステップＳ５０（学習手段）では、ステップＳ１０で取得した環境値と関連付けて、ステップＳ４０で算出した制御電圧Ｖｒをマップに記憶させて学習する。当該マップは、環境値の所定領域毎に制御電圧Ｖｒを記憶させるように構成されている。ステップＳ１１の判定に用いる「環境値に所定以上の変化が生じた場合」の具体例として、「マップ上における異なる領域に環境値が変化した場合」が挙げられる。オゾン添加制御および改質燃料添加制御の実施に起因して放電によるガスの改質が要求された場合には、その時の環境値に応じた制御電圧Ｖｒをマップから取得し、取得した制御電圧Ｖｒで電極線２５への電圧印加を実施する。

次のステップＳ６０（異常判定手段）では、ステップＳ３７で算出した最小安定電圧Ｖｑが、予め設定しておいた正常範囲内にあるか否かを判定する。最小安定電圧Ｖｑが正常範囲から外れた値である場合に、放電リアクタ２０、パルス回路８２およびコントローラ８３のいずれかで異常が生じていると判定する。異常が判定された場合にはステップＳ６１にて異常フラグをオンに設定し、異常発生の旨をユーザに報知する。

以上により、本実施形態によれば、電圧を変更させながら電極２１への電圧印加を複数回試行し、その試行毎にバラツキ値σ（放電相関値）を算出するので、バラツキ値σと電圧との関係を把握できる。そして、バラツキ値σが大きいほど放電状態が不安定である蓋然性が高いため、放電状態と電圧の関係を把握できると言える。そして、その把握に基づき、複数回の電圧印加のいずれが最小安定電圧Ｖｑであるかを判定する。したがって、実際の放電環境やガス改質装置の個体差、経年劣化等に応じた最小安定電圧Ｖｑを、高精度で探索できる。

そして、このように探索された最小安定電圧Ｖｑに基づき制御電圧Ｖｒを設定するので、所定以上の安定度で放電可能な電圧の範囲内で、できるだけ小さい値（最適値）に制御電圧を設定することを、高精度で実現できる。よって、安定した放電を確保しつつ、電力効率の向上を図ることができる。

さらに本実施形態では、電圧を変更させながら電圧印加を複数回試行するにあたり、１回の試行において同一の電圧で繰返し電圧印加してその印加毎に電流のピーク値Ｉpeakを算出する。１回の試行で算出された複数のピーク値Ｉpeakに対するバラツキ値σを、放電相関値として算出する。各回の試行毎に算出されたバラツキ値σが所定値（判定値Ｂ）以下となっている場合の印加電圧のうち、最小の印加電圧を最小安定電圧Ｖｑとして設定する。

これによれば、放電の安定性を直接表しているバラツキ値σを実際に検出し、そのバラツキ値σに基づき最小安定電圧Ｖｑを算出するので、最小安定電圧Ｖｑを高精度で取得できる。よって、安定した放電を確保しつつ電力効率を向上できる最適値に制御電圧を設定することを、高精度で実現できる。

さらに本実施形態では、ステップＳ３０により最小安定電圧Ｖｑを探索する前に、ステップＳ２０による最小放電電圧Ｖｐの探索を実行する。そして、ステップＳ２０により探索された最小放電電圧Ｖｐを初期値として、ステップＳ３０により最小安定電圧Ｖｑを探索する。

具体的には、毎回異なる電圧に変更しながら電圧印加するプレ試行手段（Ｓ２２、Ｓ２５参照）を備える。また、プレ試行手段により電圧を印加する毎に算出されたピーク値Ｉpeakが所定値（判定値Ａ）以上となっている場合の印加電圧のうち、最小の印加電圧（最小放電電圧Ｖｐ）を算出する。そして、このように算出された最小放電電圧Ｖｐを、最小安定電圧Ｖｑを探索する初期値として設定する初期値設定手段（Ｓ３１参照）を備える。

ここで、バラツキ値σを検出して最小安定電圧Ｖｑを算出すると、最小安定電圧Ｖｑを高精度で取得できることは先述した通りである。しかしながら、バラツキ値σを検出するためには同一の電圧で繰返し電圧印加することを要し、しかも、その電圧印加毎にピーク値Ｉpeakを算出することを要する。そのため、バラツキ値σを検出するにはマイコン８１の処理負荷が大きくなることが懸念される。

この点を鑑みた本実施形態では、同一の電圧で繰返し電圧印加することを要しないプレ試行手段により最小放電電圧Ｖｐを算出し、その最小放電電圧Ｖｐを初期値として最小安定電圧Ｖｑの探索を実施する。そのため、バラツキ値σの検出に起因した処理負荷の増大を抑制できる。

さらに本実施形態では、電極２１の放電環境を表した物理量である環境値を取得する環境値取得手段（Ｓ１０参照）を備え、取得した環境値と関連付けて最小安定電圧Ｖｑを記憶して学習する学習手段（Ｓ５０参照）を備える。これによれば、環境値毎に最小安定電圧Ｖｑを探索して学習するので、放電によるガスの改質が要求された場合に、その要求時の環境値に応じた最適値で電圧印加することを高精度で実現できる。

さらに本実施形態では、判定手段（Ｓ３７参照）により判定された最小安定電圧Ｖｑが、予め設定された正常範囲内の値であるか否かに基づき、異常発生の有無を判定する異常判定手段（Ｓ６０参照）を備える。

これによれば、例えば電極２１に異物が付着して堆積していることに起因して、印加電圧を高くしなければ安定した放電が得られない異常状態に陥っている場合には、最小安定電圧Ｖｑが正常範囲を超えて高い値になる。或いは、電極２１間の距離が短くなっていることに起因して、小さい印加電圧でも放電が為されてしまう異常状態に陥っている場合には、最小安定電圧Ｖｑが正常範囲を超えて低い値になる。したがって、これらに例示する放電異常状態の有無を、制御電圧の設定に用いる最小安定電圧Ｖｑを利用して容易に判定できる。

さらに本実施形態では、放電する一対の電極２１が複数組備えられ、複数組の電極２１には同じ電圧が印加されるように構成されており、電流検出回路８４により検出される電流は、複数組の電極２１の各々に流れる電流の総和である。

このような構成の放電リアクタ２０の場合、複数組の電極２１のうちの一部では放電が為されているものの、他の一部では放電が為されていないといった、不完全放電の状況があり得る。図７および図８に示す１５ｋＶの試験結果が不完全放電の状況を表しており、ピーク値Ｉpeakが判定値Ａ以上であるものの、バラツキ値σが大きい。このように、不完全放電が懸念される放電リアクタ２０の場合であっても、本実施形態によれば、先述したように最小安定電圧Ｖｑを高精度で検知できる。よって、電極２１を複数組備えた放電リアクタ２０であっても、安定した放電を確保しつつ電力効率を向上できる最適値に制御電圧を設定することを実現できる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、ステップＳ２０により最小放電電圧Ｖｐを探索し、探索した最小放電電圧Ｖｐを初期値として、ステップＳ３０により最小安定電圧Ｖｑを探索している。これに対し、図９に示す本実施形態では、ステップＳ２０による最小放電電圧Ｖｐの探索を廃止しており、ステップＳ３０Ａによる最小安定電圧Ｖｑの探索の初期値Ｖａを、予め設定された値に設定している。

具体的には、図３のステップＳ１１において、制御電圧Ｖｒを学習するタイミングであると判定された場合に、図９のステップＳ３１Ａに進み、電極２１へ印加する電圧Ｖの初期値Ｖａを、放電が生じない十分に低い値に設定する。要するに、本実施形態では、図３のステップＳ２０で探索した電圧の領域にまで拡大して、ステップＳ３０Ａによる最小安定電圧Ｖｑの探索を実施していると言える。そのため、本実施形態によれば、第１実施形態に比べて処理負荷が大きくなるものの、最小安定電圧Ｖｑの探索精度を向上できる。

（第３実施形態）
上記第１実施形態では、バラツキ値σを放電相関値として用いて、最小安定電圧Ｖｑの探索をステップＳ３０で実施している。これに対し、図１０に示す本実施形態では、電流のピーク値Ｉpeakを放電相関値として用いて、最小安定電圧Ｖｑの探索をステップＳ２０Ａで実施している。

具体的には、図１０のステップＳ１１において、制御電圧Ｖｒを学習するタイミングであると判定された場合に、ステップＳ２１において、電極２１へ印加する電圧Ｖを初期値Ｖａに設定する。初期値Ｖａは、放電が生じない十分に低い値に設定されている。続くステップＳ２２Ａでは、ステップＳ２１で設定した電圧Ｖのパルスを、１回だけ単発で電極２１へ印加する。

続くステップＳ２３Ａ（放電相関算出手段）では、電流検出回路８４により検出された電流に基づき、電極２１への電圧印加に伴い電極２１に流れた電流のピーク値Ｉpeakを算出する。続くステップＳ２４Ａ（判定手段）では、ステップＳ２３で算出したピーク値Ｉpeakが、予め設定しておいた判定値Ａ以上であるか否かを判定する。Ｉpeak≧判定値Ａでないと否定判定された場合には、ステップＳ２２で印加した電圧は最小放電電圧Ｖｐより低い電圧であるとみなし、続くステップＳ２５Ａにおいて、印加する電圧Ｖを所定値Ｖｂだけ増大させる。

その後、ステップＳ２２Ａの処理に戻り、増大させた電圧Ｖのパルスを１回だけ単発で電極２１へ印加する。したがって、Ｉpeak≧判定値Ａと肯定判定されるまで、電圧Ｖを所定値Ｖｂずつ増大させて、電圧印加とピーク値Ｉpeakの算出を繰返し実施することとなる。ステップＳ２４ＡでＩpeak≧判定値Ａと肯定判定された場合には、その時の電圧Ｖを最小安定電圧Ｖｑとして設定する。なお、図１０のステップＳ２４Ａで用いる判定値Ａは、図３のステップＳ２４で用いた判定値Ａに比べて高い値である。ステップＳ２２Ａ、Ｓ２５Ａの処理を実行している時のマイコン８１が「試行手段」に相当する。

その後、ステップＳ４０では、ステップＳ２６Ａで設定された最小安定電圧Ｖｑに基づき制御電圧Ｖｒを設定する。次のステップＳ５０では、ステップＳ１０で取得した環境値と関連付けて、ステップＳ４０で算出した制御電圧Ｖｒをマップに記憶させて学習する。次のステップＳ６０（異常判定手段）では、ステップＳ３７で算出した最小安定電圧Ｖｑが、予め設定しておいた正常範囲内にあるか否かを判定する。

以上により、本実施形態では、ステップＳ２２Ａ、Ｓ２５Ａにより提供される試行手段は、毎回異なる電圧に変更しながら電圧印加する。放電相関算出手段（Ｓ２３Ａ参照）は、試行手段により毎回異なる電圧を印加する毎に電流のピーク値Ｉpeakを放電相関値として算出する。判定手段（Ｓ２４Ａ参照）は、各回の試行毎に算出されたピーク値Ｉpeakが判定値Ａ（所定値）以上となっている場合の印加電圧のうち、最小の印加電圧が最小安定電圧Ｖｑであると判定する。

そのため、最小安定電圧Ｖｑを取得するにあたり、バラツキ値σの算出が不要であるため、図４のステップＳ３０の如く１回の試行において同一の電圧で繰返し電圧印加することを不要にできる。よって、マイコン８１による演算処理負荷の軽減を図りつつ、安定した放電の確保と電力効率の向上を図った最適値に制御電圧を設定することを実現できる。

（第４実施形態）
図２に示す実施形態では、放電する一対の電極２１が複数組備えられた放電リアクタ２０を制御対象としている。これに対し本実施形態では、図１１に示すように、放電する一対の電極２１Ｂが１組だけ備えられた放電リアクタ２０Ｂを制御対象としている。図１１に示す電極２１Ｂは、電極線２５および誘電体膜２６を基材２４の一方の面に設けた構成である。

このような放電リアクタ２０Ｂの場合には、先述した不完全放電の懸念は生じない。よって、制御電圧を最適値にすることに対する要求精度が低くなるので、例えば第３実施形態の如くバラツキ値σの算出を実施せずに最小安定電圧Ｖｑを算出する放電制御を、本実施形態に組み合わせることが望ましい。

（第５実施形態）
図２に示す実施形態では、線状の電極線２５を採用することで電界集中させるとともに、誘電体膜２６を備えることで沿面放電を生じさせている。これに対し本実施形態に係る放電リアクタ２０Ｃでは、図１２に示すように、平板状の電極２１Ｃを用いており、電極線２５および誘電体膜２６を廃止している。これによれば、図２に示す放電リアクタ２０に比べて、電極線２５および誘電体膜２６を不要にできる点で構成を簡素にできる。

そして、このように電極線２５および誘電体膜２６を廃止して簡素化を図った放電リアクタ２０Ｃであっても、電圧を変更させながら最小安定電圧Ｖｑを探索する制御を適用することができる。

（第６実施形態）
図１に示す還元剤添加装置Ａ１は、反応室３０ａの空気流れ上流側に放電リアクタ２０を配置している。これに対し、本実施形態に係る還元剤添加装置Ａ２は、図１３に示すように、反応室３０ａの空気流れ下流側に放電リアクタ２０を配置している。この還元剤添加装置Ａ２では、反応室３０ａで生じる燃料の酸化反応は極一部であり、酸化反応の大半は放電リアクタ２０の電極間通路２１ａで生じるように構成されている。電極間通路２１ａでは、空気中の酸素分子が電離し、電離した活性酸素原子が存在する環境下で燃料を酸化反応させる。これにより、放電リアクタ２０において、燃料の一部が酸化されて改質燃料が生成される。

このように、放電リアクタ２０で燃料を改質させる方式の還元剤添加装置Ａ２であっても、電圧を変更させながら最小安定電圧Ｖｑを探索する制御を適用することができる。

（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３のステップＳ２０では、電流検出回路８４により検出された電流に基づきピーク値Ｉpeakを算出し、そのピーク値Ｉpeakに基づき最小放電電圧Ｖｐを算出している。これに対し、検出された電流に基づき、先述した傾きΔＩ／ΔＶを算出し、その傾きΔＩ／ΔＶに基づき最小放電電圧Ｖｐを算出してもよい。また、図１０のステップＳ２０Ａにおいても、検出された電流に基づき傾きΔＩ／ΔＶを算出し、その傾きΔＩ／ΔＶに基づき最小安定電圧Ｖｑを算出してもよい。

また、図４および図９のステップＳ３０、Ｓ３０Ａでは、電流検出回路８４により検出された電流に基づきピーク値Ｉpeakを算出し、そのピーク値Ｉpeakに基づきバラツキ値σを算出している。これに対し、検出された電流に基づき、先述した傾きΔＩ／ΔＶを算出し、その傾きΔＩ／ΔＶに基づきバラツキ値σを算出してもよい。

図４のステップＳ５０では、最小安定電圧Ｖｑに基づき設定された制御電圧Ｖｒを学習している。これに対し、制御電圧Ｖｒの設定に用いた最小安定電圧Ｖｑを学習してもよい。

図３の実施形態では、ステップＳ１１の判定に基づき、環境値に所定以上の変化が生じた場合に最小安定電圧Ｖｑの探索を実施して学習している。これに対し、所定期間毎に、或いは車両が所定距離だけ走行した毎に、最小安定電圧Ｖｑの探索を実施して学習してもよい。

図３のステップＳ２０に示す探索の処理では、探索の初期値Ｖａを放電しない低電圧に設定し、印加する電圧Ｖを所定値Ｖｂずつ増大させて最小放電電圧Ｖｐを探索している。これに対し、探索の初期値Ｖａを、確実に安定して放電されることが予想される高電圧に設定し、印加する電圧Ｖを所定値Ｖｂずつ減少させて最小放電電圧Ｖｐを探索してもよい。図１０のステップＳ２０Ａに示す探索の処理についても同様にして、探索の初期値Ｖａを、確実に安定して放電されることが予想される高電圧に設定し、印加する電圧Ｖを所定値Ｖｂずつ減少させて最小安定電圧Ｖｑを探索してもよい。

そして、上述のごとく増大させながら探索すると、探索の過程で過大な電圧が電極２１に印加されるおそれを低減できる。また、上述のごとく減少させながら探索すると、探索の過程で放電が停止することを回避できるので、放電によるガス改質を実施しながら探索を実施できる。

また、印加電圧の増大と減少を繰り返しながら最小放電電圧Ｖｐまたは最小安定電圧Ｖｑを探索してもよい。この場合、例えばステップＳ２０で最小放電電圧Ｖｐを探索するにあたり、所定値（判定値Ａ）以上となっている放電相関値の中から、最小の印加電圧を最小放電電圧Ｖｐとして判定すればよい。

図１に示す実施形態では、電流検出回路８４、コントローラ８３およびパルス回路８２を、ＥＣＵ８０に備えさせている。これに対し、電流検出回路８４、コントローラ８３およびパルス回路８２の少なくとも一つを、ＥＣＵ８０とは別体に設けてもよい。また、図１および図２に示すパルス回路８２は、パルス状の電圧を間欠的に電極２１に印加している。これに対し、交流電圧を電極２１に印加する構成であってもよい。

図１に示す実施形態では、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、ＮＯｘ浄化装置１５には、リーン燃焼時に所定温度範囲でＮＯｘ還元性能を有する触媒として、鉄系、銅系等の触媒が考えられ、これらの触媒に還元剤として改質燃料を供給すれば良い。

上述した各実施形態では、還元剤に燃料を用いる方式の還元剤添加装置に、本発明に係るガス改質装置を適用させている。これに対し、尿素水をＮＯｘ浄化装置１５の上流側に添加してアンモニアを還元剤として用いる方式の還元剤添加装置に、本発明に係るガス改質装置を適用させてもよい。例えば、ガス改質装置により生成したオゾンを尿素水とともにＮＯｘ浄化装置１５の上流側に添加する用途が具体例として挙げられる。

上述した各実施形態では、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。

上述した各実施形態では、内燃機関１０の排気浄化に本発明に係るガス改質装置を適用させている。これに対し、ガス改質装置により生成したオゾンを空調風に含ませて、その空調風を室内に送風する空調装置に、本発明に係るガス改質装置を適用させてもよい。或いは、ガス改質装置により生成したオゾンを水中に吹き出してオゾン水を生成する装置に、本発明に係るガス改質装置を適用させてもよい。

２０、２０Ｂ、２０Ｃ…放電リアクタ（ガス改質装置）、２１、２１Ｂ、２１Ｃ…電極、８０…ＥＣＵ（放電制御装置）、８４…電流検出回路、Ｖｑ…最小安定電圧、Ｓ３２、Ｓ３６、Ｓ２２Ａ、Ｓ２５Ａ…試行手段、Ｓ３３、Ｓ３４、Ｓ２３Ａ…放電相関算出手段、Ｓ３５、Ｓ２４Ａ…判定手段、Ｓ４０…制御電圧設定手段。

Claims (8)

1. 電極（２１、２１Ｂ、２１Ｃ）からの放電によりガスを改質するガス改質装置（２０、２０Ｂ、２０Ｃ）に用いられ、前記ガス改質装置の作動を制御する放電制御装置（８０）において、
   前記電極への電圧印加に伴い前記電極に流れた電流を検出する電流検出回路（８４）と、
   所定以上の安定度で放電可能な電圧の最小値である最小安定電圧（Ｖｑ）を探索することが要求された場合に、電圧を変更させながら前記電極への電圧印加を複数回試行する試行手段（Ｓ３２、Ｓ３６、Ｓ２２Ａ、Ｓ２５Ａ）と、
   前記試行手段による各回の試行毎に、前記電流検出回路により検出された電流に基づき、放電状態と相関のある放電相関値を算出する放電相関算出手段（Ｓ３３、Ｓ３４、Ｓ２３Ａ）と、
   前記試行手段による各回の試行毎に算出された前記放電相関値に基づき、複数回の電圧印加のいずれが前記最小安定電圧であるかを判定する判定手段（Ｓ３５、Ｓ２４Ａ）と、
   放電によるガスの改質が要求された場合に、前記判定手段により判定された前記最小安定電圧に基づき、前記電極へ印加する制御電圧を設定する制御電圧設定手段（Ｓ４０）と、
   を備えることを特徴とする放電制御装置。
2. 前記試行手段（Ｓ３２、Ｓ３６）は、電圧を変更させながら前記電極への電圧印加を複数回試行するにあたり、１回の試行において同一の電圧で繰返し電圧印加しており、
   前記放電相関算出手段は、
   前記試行手段により同一の電圧を印加する毎に、前記電極に流れた電流のピーク値または前記ピーク値と相関のあるピーク相関値を算出するピーク算出手段（Ｓ３３）と、
   １回の試行において前記ピーク値または前記ピーク相関値のバラツキを表したバラツキ値を、前記放電相関値として算出するバラツキ算出手段（Ｓ３４）と、
   を有し、
   前記判定手段（Ｓ３５）は、各回の試行毎に算出された前記バラツキ値が所定値以下となっている場合の印加電圧のうち、最小の印加電圧が前記最小安定電圧であると判定することを特徴とする請求項１に記載の放電制御装置。
3. 前記試行手段による試行の前に、毎回異なる電圧に変更しながら電圧印加するプレ試行手段（Ｓ２２、Ｓ２５）と、
   前記プレ試行手段により電圧を印加する毎に算出された前記ピーク値または前記ピーク相関値が所定値以上となっている場合の印加電圧のうち、最小の印加電圧を初期値（Ｖｐ）として設定する初期値設定手段（Ｓ３１）と、
   を備え、
   前記試行手段は、電圧を変更させながら前記電極への電圧印加を複数回試行するにあたり、前記初期値以上の電圧範囲で試行することを特徴とする請求項２に記載の放電制御装置。
4. 前記試行手段（Ｓ２２Ａ、Ｓ２５Ａ）は、毎回異なる電圧に変更しながら電圧印加しており、
   前記放電相関算出手段（Ｓ２３Ａ）は、前記試行手段により毎回異なる電圧を印加する毎に、前記電極に流れた電流のピーク値または前記ピーク値と相関のある値を前記放電相関値として算出し、
   前記判定手段（Ｓ２４Ａ）は、各回の試行毎に算出された前記放電相関値が所定値以上となっている場合の印加電圧のうち、最小の印加電圧が前記最小安定電圧であると判定することを特徴とする請求項１に記載の放電制御装置。
5. 前記電極の放電環境を表した物理量である環境値を取得する環境値取得手段（Ｓ１０）と、
   前記判定手段により判定された前記最小安定電圧、または前記制御電圧設定手段により設定された制御電圧を、前記環境値と関連付けて記憶して学習する学習手段（Ｓ５０）と、
   を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の放電制御装置。
6. 前記判定手段により判定された前記最小安定電圧が、予め設定された正常範囲内の値であるか否かに基づき、異常発生の有無を判定する異常判定手段（Ｓ６０）を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の放電制御装置。
7. 放電する一対の前記電極（２１、２１Ｃ）が複数組備えられ、
   複数組の前記電極には同じ電圧が印加されるように構成されており、
   前記電流検出回路により検出される電流は、複数組の前記電極の各々に流れる電流の総和であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の放電制御装置。
8. 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、
   請求項１〜７のいずれか１つに記載の放電制御装置（８０）と、
   前記放電制御装置により放電状態が制御され、空気中に含まれる酸素を放電によりオゾンに改質させるガス改質装置（２０）と、
   前記ガス改質装置により改質されたオゾンを含む空気と、炭化水素化合物である燃料とを混合させることで、燃料を部分的に酸化させる反応容器（３０）と、
   前記反応容器へ燃料を供給する燃料噴射弁（４０）と、
   前記燃料噴射弁から供給された燃料を加熱するヒータ（５０）と、
   を備え、
   前記反応容器の内部で部分的に酸化された燃料を、前記還元剤として用いることを特徴とする還元剤添加装置。

Images