JP2016079871A - オゾン添加制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】オゾン添加量の過不足を抑制して、オゾン生成に要する消費電力の低減と、オゾン添加によるＮＯｘ吸着向上との両立を図る。
【解決手段】ＥＣＵ４０（オゾン添加制御装置）は、ＮＯｘ浄化装置１２、ＤＯＣ１４（酸化装置）およびオゾン添加装置１５を備える排気浄化システムに適用されたものであり、第１取得手段４１ａ、第２取得手段４１ｂおよび制御手段４１ｃを備える。ＮＯｘ浄化装置１２は、ＮＯｘを吸着、還元して浄化する吸着触媒を有する。ＤＯＣ１４は、ＣＯまたはＨＣを酸化する酸化触媒を有する。オゾン添加装置１５は、排気通路１０ｅｘのうち、ＮＯｘ浄化装置１２の上流側かつＤＯＣ１４の下流側の部分へオゾンを添加する。第１取得手段４１ａは酸化触媒温度を取得し、第２取得手段４１ｂは吸着触媒温度を取得する。制御手段４１ｃは、取得した酸化触媒温度および吸着触媒温度に基づき、オゾン添加装置１５によるオゾン添加量を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気通路へオゾンを添加することで排気中のＮＯをＮＯ_２に酸化させるにあたり、そのオゾン添加量を制御するオゾン添加制御装置に関する。

特許文献１には、酸化触媒、吸着触媒およびオゾン添加装置を備える排気浄化システムが開示されている。吸着触媒は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気中に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を吸着する。そして、排気温度が高温になると、吸着触媒からＮＯｘが脱離して浄化される。特許文献１の例では、脱離したＮＯｘを吸気に還流して燃焼室で浄化させる。

オゾン添加装置は、排気通路のうち吸着触媒の上流側にオゾンを添加することで、排気中のＮＯ（一酸化窒素）をＮＯ_２（二酸化窒素）に酸化させる。吸着触媒によるＮＯ_２の吸着力はＮＯに比べて格段に高いので、上述の如くオゾンを添加すれば、吸着触媒が十分に昇温していない低温状態であっても、ＮＯｘを十分に吸着できるようになる。

ここで、排気中のＣＯ（一酸化炭素）やＨＣ（炭化水素）はＮＯ_２をＮＯに還元させ得るため、ＮＯ_２量が減少してＮＯｘ吸着量が低下することが懸念される。これに対し特許文献１では、排気通路のうちオゾン添加部分の上流側に酸化触媒が設けられているので、ＣＯやＨＣは酸化触媒により酸化される。つまり、ＮＯｘ吸着に有利なＮＯ_２を破壊するＣＯやＨＣは、酸化触媒で除去されるので、ＮＯ_２量が減少してＮＯｘ吸着量が低下するといった上記懸念は抑制される。

特開２０１０−２８１２８４号公報

さて、オゾンを生成するには高電圧で放電することを要し、この放電で消費される電力は大きいので、過剰なオゾン生成を回避して消費電力を低減させることが望まれる。一方、オゾン生成量が不足すると、ＮＯをＮＯ_２に酸化させる量が少なくなり、ＮＯｘの吸着が不十分になる。要するに、オゾン生成量の過不足を抑制して、消費電力低減とＮＯｘ吸着向上の両立を図ることが望まれる。

しかしながら、必要最小限のオゾン添加量を把握することは困難であり、オゾン生成量の過不足を十分に抑制できず、上記両立が十分に図られていないのが現状である。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、オゾン添加量の過不足を抑制して、オゾン生成に要する消費電力の低減と、オゾン添加によるＮＯｘ吸着向上との両立を図ったオゾン添加制御装置を提供することにある。

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

開示される発明のひとつは、内燃機関（１０）の排気に含まれるＮＯｘを吸着、還元して浄化する吸着触媒を有したＮＯｘ浄化装置（１２、１２Ａ）と、内燃機関の排気に含まれるＣＯまたはＨＣを酸化する酸化触媒を有した酸化装置（１４）と、内燃機関の排気通路（１０ｅｘ）のうち、ＮＯｘ浄化装置の上流側かつ酸化装置の下流側の部分へオゾンを添加するオゾン添加装置（１５）と、を備える排気浄化システムに適用されたオゾン添加制御装置（４０）であって、酸化触媒の温度である酸化触媒温度を取得する第１取得手段（４１ａ）と、吸着触媒の温度である吸着触媒温度を取得する第２取得手段（４１ｂ）と、取得した酸化触媒温度および吸着触媒温度に基づき、オゾン添加装置によるオゾン添加量を制御する制御手段（４１ｃ）と、を備えることを特徴とする。

本発明者らは、「必要最小限のオゾン添加量は、酸化触媒温度および吸着触媒温度に起因して変化する」との知見を得た。例えば、先述した通り、ＮＯｘ吸着に有利なＮＯ_２を破壊（還元）するＣＯやＨＣは、酸化触媒で除去（酸化）される。しかし、ＣＯやＨＣが酸化触媒で除去される度合いは、酸化触媒の温度に応じて大きく異なる。また、ＣＯやＨＣによりＮＯ_２が吸着触媒上で破壊される度合いは、吸着触媒の温度に応じて大きく異なる。

このような知見を鑑み、上記発明では、酸化触媒温度および吸着触媒温度を取得し、これらの取得した温度に基づきオゾン添加量を制御する。そのため、必要最小限のオゾン添加量に制御することを精度良く実現でき、オゾン生成量の過不足を抑制できる。よって、オゾン生成に要する消費電力の低減と、オゾン添加によるＮＯｘ吸着向上との両立を図ることができる。

本発明の第１実施形態に係るオゾン添加制御装置が適用される、燃焼システムを示す模式図。 冷炎反応と熱炎反応の２段階で酸化反応が生じることを説明するグラフ。 冷炎反応の反応経路を説明する図。 雰囲気温度および当量比の、２段階酸化反応が生じる範囲を示す図。 図１に示す還元剤添加装置に係る、制御の処理手順を説明するフローチャート。 図５に示す強酸化制御に係る、サブルーチン処理の手順を示すフローチャート。 図５に示すオゾン添加制御に係る、サブルーチン処理の手順を示すフローチャート。 図７の処理で用いるマップの一例を示す図。 図８のマップの根拠となる各種試験結果を示す図。 本発明の第２実施形態に係るオゾン添加制御装置が適用される、燃焼システムを示す模式図。

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

（第１実施形態）
図１に示す燃焼システムは、以下に詳述する内燃機関１０、過給機１１、ＮＯｘ浄化装置１２、微粒子捕集装置（ＤＰＦ１３）、酸化装置（ＤＯＣ１４）、オゾン添加装置１５および還元剤添加装置１６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、炭化水素化合物である軽油を用いている。内燃機関１０は、基本的にはリーン状態で燃焼させるように作動する。つまり、燃焼室に噴射された燃料と燃焼室に吸入される空気との比率である空燃比が、空気過剰に設定された状態で燃焼（リーン燃焼）させている。

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（加圧空気）を冷却する冷却器（図示せず）が配置されている。冷却器により冷却された圧縮吸気は、スロットルバルブ（図示せず）により流量調整され、内燃機関１０が有する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ＤＯＣ１４（Diesel Oxidation Catalyst）が配置され、さらにその下流側にはＮＯｘ浄化装置１２が配置され、さらにその下流側にはＤＰＦ１３（Diesel Particulate Filter）が配置されている。

ＤＰＦ１３は、排気に含まれている微粒子を捕集する。そして、定期的にＤＰＦ１３を高温にして捕集した微粒子を燃焼させて浄化（ＤＰＦ再生）する。ＤＯＣ１４は、白金等の酸化触媒を担体に担持させて構成されており、排気に含まれているＣＯやＨＣを酸化して浄化する。具体的には、酸化触媒上で、排気中のＯ_２によりＣＯはＣＯ_２に酸化される。また、酸化触媒上で、排気中のＯ_２によりＨＣはＨ_２ＯやＣＯ_２に酸化される。

排気通路１０ｅｘのうちＮＯｘ浄化装置１２の上流側には供給管２３が接続されている。オゾン添加装置１５により生成されたオゾン、および還元剤添加装置１６により生成された改質燃料は、供給管２３から排気通路１０ｅｘへ添加される。改質燃料とは、還元剤としての炭化水素化合物（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、図３を用いて後に詳述する。

ＮＯｘ浄化装置１２は、ハウジング内にハニカム状の担体を収容して構成される。担体の表面にはコーティング材が設けられており、そのコーティング材には還元触媒が担持されている。ＮＯｘ浄化装置１２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（酸素）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、還元触媒は排気中のＮＯｘを吸着する機能を発揮する。例えば、担体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１２が提供される。詳細には、担体表面にコーティングされたアルミナに、還元触媒および吸着触媒としての銀を担持させた構造である。吸着されていたＮＯｘは、触媒温度が活性化温度以上の場合には、還元触媒から脱離する。そして、脱離したＮＯｘは改質燃料により還元されて浄化される。

次に、オゾン添加装置１５および還元剤添加装置１６について説明する。オゾン添加装置１５は、オゾナイザ３０、エアポンプ３０ｐ、送風管２６、および逆止弁２６ｖを備え、還元剤添加装置１６は、以下に詳述する反応容器２０、ヒータ２１および噴射弁２２を備える。そして、電子制御装置（ＥＣＵ４０）は、オゾン添加装置１５および還元剤添加装置の作動を制御することで、オゾンまたは還元剤の排気通路１０ｅｘへの添加量を制御する。

オゾナイザ３０は、内部に流通路３２ａを形成するハウジング３２を備え、流通路３２ａには複数の電極３１が配置されている。これらの電極３１は、互いに平行に対向するように配置された平板形状であり、高電圧が印加される電極と接地電圧の電極とが交互に配置されている。電極３１への電圧印加は、ＥＣＵ４０が備えるマイクロコンピュータ（マイコン４１）により制御される。

オゾナイザ３０のハウジング３２には、エアポンプ３０ｐにより送風された空気が流入する。エアポンプ３０ｐは、遠心式のエアポンプであり、電動モータにより駆動されるインペラをケース内に収容して構成される。この電動モータはマイコン４１により制御される。エアポンプ３０ｐは、ケースに形成された吸入口３０ｉｎから大気を吸入して加圧し、オゾナイザ３０へ送風する。オゾナイザ３０へ送風された空気は、ハウジング３２内の流通路３２ａに流入し、電極３１間の通路である電極間通路３１ａを流通する。

オゾナイザ３０は、送風管２６を介して反応容器２０に接続される。送風管２６には、電磁駆動式の逆止弁２６ｖが取り付けられている。逆止弁２６ｖの開閉駆動はマイコン４１により制御される。詳細には、逆止弁２６ｖの弁体は全開位置と全閉位置とに切り替え制御される。したがって、エアポンプ３０ｐを駆動させて逆止弁２６ｖを開弁駆動させると、電極間通路３１ａを流通した空気は、送風管２６、反応容器２０および供給管２３を順に流通して排気通路１０ｅｘへ流入することとなる。つまり、供給管２３および送風管２６は、エアポンプ３０ｐにより送風される空気を排気通路１０ｅｘへ導く送風管を提供する。

反応容器２０には、ヒータ２１および噴射弁２２が取り付けられており、反応容器２０の内部には、流入口２０ｉｎおよび流出口２０ｏｕｔと連通する反応室２０ａが形成されている。ヒータ２１は、通電により発熱する発熱部を有し、発熱部への通電はマイコン４１により制御される。具体的には、発熱部への電力供給量をマイコン４１がデューティ制御することにより、発熱量が制御される。発熱部は反応室２０ａに配置され、噴射弁２２から反応室２０ａへ噴射された燃料を加熱する。反応室２０ａの温度は反応室温度センサ２７により検出される。反応室温度センサ２７は、検出した温度の情報（反応室温度Ｔｈ）をＥＣＵ４０へ出力する。

噴射弁２２は、噴孔が形成されたボデー、電気アクチュエータおよび弁体を有する。電気アクチュエータを通電オンさせると、弁体が開弁作動して噴孔から反応室２０ａへ燃料が噴射され、通電オフさせると弁体が閉弁作動して燃料噴射が停止される。マイコン４１は、電気アクチュエータへの通電を制御することで、反応室２０ａへの単位時間当たりの燃料噴射量を制御する。図示しない燃料タンク内の液体燃料は、図示しない燃料ポンプにより噴射弁２２へ供給される。燃料タンク内の燃料は、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。

噴射弁２２から反応室２０ａへ噴射された燃料は、発熱部に衝突し、加熱されて気化する。気化した燃料は、流入口２０ｉｎから反応室２０ａへ流入した空気と混合される。その結果、空気中の酸素により気体燃料が部分的に酸化され、アルデヒド等の部分酸化炭化水素に改質される。このように改質された気体燃料（改質燃料）は、供給管２３を通じて排気通路１０ｅｘに流入する。

さて、オゾナイザ３０の電極３１へ通電すると、電極３１から放出された電子が、電極間通路３１ａの空気中に含まれる酸素分子に衝突する。すると、酸素分子からオゾンが生成される。つまり、オゾナイザ３０は、放電により酸素分子をプラズマ状態にして、活性酸素としてのオゾンを生成する。したがって、オゾナイザ３０への通電時には、送風管２６を流通する空気にオゾンが含まれる。

反応室２０ａでは以下に詳述する冷炎反応が生じている。この冷炎反応は、流入口２０ｉｎから流入する空気中の酸素により気体燃料が部分的に酸化される反応である。このように部分的に酸化された燃料（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。

ここで、冷炎反応について図２および図３を用いて詳述する。

図２は、燃料（ヘキサデカン）をヒータ２１に噴き付けて気化させ、気化した燃料がヒータ２１近傍に滞留して改質される現象を模擬したシミュレーション結果である。具体的には、気体燃料（ヘキサデカン）を４３０℃に暴露した場合における、暴露開始からの経過時間に対する各種物理量の変化を示す。すなわち、図中の（ａ）は雰囲気温度の変化を示す。（ｂ）は、燃料（ヘキサデカン）のモル濃度の変化を示す。（ｃ）は、酸化で消費された酸素分子、酸化で生成された水分子および二酸化炭素分子について、各々のモル濃度の変化を示す。（ｄ）は、冷炎反応により生成された改質燃料であるアセトアルデヒドおよびプロピオンアルデヒドのモル濃度の変化を示す。燃料噴射開始時点での初期条件は、１気圧、ヘキサデカン濃度２２００ｐｐｍ、酸素濃度２０％、二酸化炭素濃度９％、水濃度２％である。

図２に示されるように、燃料を噴射すると直ぐ、雰囲気温度が上昇するとともに燃料のモル濃度が減少し、かつ、改質燃料のモル濃度が増加している。この現象は、燃料が酸素に酸化されて発熱していることと、燃料から改質燃料が生成されていることを意味する。つまり、冷炎反応が生じていることを意味する。但し、このような温度上昇や各種モル濃度の変化は一時的なものであり、燃料噴射開始から４秒ほどの期間は、温度上昇やモル濃度の変化は現れない。

そして、約４秒経過した時点で、雰囲気温度がさらに上昇するとともに改質燃料のモル濃度が減少し、かつ、二酸化炭素および水の生成量と、酸素の消費量が増加している。この現象は、改質燃料が酸素に酸化されて発熱していることと、改質燃料が完全燃焼して二酸化炭素および水が生成されていることを意味する。つまり、熱炎反応が生じていることを意味する。なお、冷炎反応による温度上昇量は、熱炎反応による温度上昇量よりも小さい。また、冷炎反応による酸素消費量は、熱炎反応による酸素消費量よりも少ない。

２段階で酸化反応が生じる場合には、冷炎反応が為されてから熱炎反応が開始されるまでの期間に、改質燃料が中間生成物として現れる。中間生成物には、アルデヒドやケトン等、様々な炭化水素化合物が具体例として挙げられる。図３では、アルデヒドが生成される主要な反応経路の一例を示す。

先ず、図中の（１）に示すように、炭化水素（軽油）が酸素分子と反応して炭化水素ペルオキシラジカルが生成される。この炭化水素ペルオキシラジカルは、アルデヒドと炭化水素ラジカルに分解される（（２）参照）。この炭化水素ラジカルと酸素分子とが反応して別の炭化水素ペルオキシラジカルが生成される（（３）参照）。この炭化水素ペルオキシラジカルは、アルデヒドと炭化水素ラジカルに分解される（（４）参照）。この炭化水素ラジカルと酸素分子とが反応して別の炭化水素ペルオキシラジカルが生成される（（５）参照）。このように、炭素数を減らしながら繰り返し炭化水素ペルオキシラジカルが生成され、その生成の都度、アルデヒドが生成されていく。なお、熱炎反応では、燃料が完全燃焼して二酸化炭素と水が生成され、中間生成物は現れない。すなわち、冷炎反応により生成された中間生成物は、酸化されて二酸化炭素と水になる。

図２に示すシミュレーションでは、暴露温度を４３０℃としていた。これに対し、さらに本発明者らは、暴露温度を異ならせてシミュレーションによる解析を実施した。その結果、暴露温度が５３０℃の場合には冷炎反応で留まる期間が殆ど無く、１段で酸化反応が完了する。暴露温度を３３０℃にすると、４３０℃にした場合に比べて冷炎反応の開始時期が遅くなる。暴露温度を２３０℃以下にすると、冷炎反応および熱炎反応のいずれもが生じなくなり、酸化反応が生じない。

図２に示すシミュレーションでは、噴射した燃料と供給される空気の比率である当量比を０．２３としていた。これに対し、さらに本発明者らは、当量比を異ならせてシミュレーションによる解析を実施した。なお、当量比を厳密に定義すると、「実際の混合気が含む燃料の重量」を、「完全燃焼できる燃料の重量」で除算した値である。当量比を１．０にすると、冷炎反応で留まる期間が殆ど無く、１段で酸化反応が完了する。また、当量比を０．３７にすると、当量比を０．２３にした場合に比べて、冷炎反応の開始時期が早くなる。また、冷炎反応速度が速くなり、冷炎反応期間が短くなる。また、冷炎反応が終了した時点での雰囲気温度が高くなる。

図４は、これらの解析結果をまとめて表したものである。つまり暴露温度（雰囲気温度）および当量比と、冷炎反応発生有無との関係を表しており、図４の横軸はヒータ温度（雰囲気温度）、縦軸は当量比を示す。図中のドットを付した領域は、２段酸化反応が生じる領域を表す。図示されるように、雰囲気温度が下限値よりも低い領域では、酸化反応が生じない無反応領域となる。雰囲気温度が下限値よりも高い場合であっても、当量比が１．０以上の領域であれば、１段で酸化反応が完了する１段酸化反応領域となる。

また、２段酸化反応領域と１段酸化反応領域との境界線は、雰囲気温度および当量比に応じて変化する。つまり、雰囲気温度が所定の温度範囲であり、かつ、当量比が所定の当量比範囲である場合に、２段酸化反応が生じる。これらの温度範囲および当量比範囲は、図４中のドットを付した領域の範囲に相当する。所定の温度範囲のうち最適温度（例えば３７０℃）に雰囲気温度を調整すると、上記境界線における当量比が最大値（例えば１．０）となる。したがって、冷炎反応を早期に生じさせるには、ヒータ温度を最適温度に調整し、当量比を１．０にすればよい。但し、当量比が１．０を超えると冷炎反応が生じなくなるので、１．０よりも余裕分だけ小さい値に当量比を調整することが望ましい。

図２に示すシミュレーションでは、空気中のオゾン濃度をゼロにしている。これに対し、さらに本発明者らは、空気中のオゾン濃度を異ならせたシミュレーションによる解析を実施した。このシミュレーションでの初期条件は、１気圧、ヘキサデカン濃度２２００ｐｐｍ、雰囲気温度３３０℃である。その結果、オゾン濃度が大きいほど、冷炎反応の開始時期が早くなることが確認された。このようなオゾンによる現象は以下の理由により生じる。すなわち、図３中の（１）（３）（５）では、炭化水素ラジカルと酸素分子とが反応しているが、空気中にオゾンが含まれている場合にはこの反応が促進され、アルデヒドが短時間で生成されることとなる。

ＥＣＵ４０が備えるマイコン４１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。ＥＣＵ４０は、アクセルペダル踏込量（エンジン負荷）、機関回転速度（エンジン回転数）、吸気圧、排気圧等の各種検出値に基づき、内燃機関１０の作動を制御する。

さらにＥＣＵ４０は、エンジン負荷やエンジン回転数等の内燃機関１０の作動状態の検出値に加え、反応室温度センサ２７、触媒温度センサ４２および酸化触媒温度センサ４３の検出値に基づき、オゾン添加装置１５および還元剤添加装置１６の作動を制御する。なお、触媒温度センサ４２は、ＮＯｘ浄化装置１２に取り付けられ、還元触媒および吸着触媒の雰囲気温度を検出する。酸化触媒温度センサ４３は、ＤＯＣ１４に取り付けられ、酸化触媒の雰囲気温度を検出する。

概略、ＥＣＵ４０は以下のようにオゾン添加装置１５および還元剤添加装置１６の作動を制御する。すなわち、反応室温度Ｔｈに基づき、排気通路１０ｅｘへ還元剤を添加する還元剤添加制御とオゾンを添加するオゾン添加制御とを切り替える。また、還元剤添加制御を実施するにあたり、反応室温度Ｔｈに基づき、強酸化制御、弱酸化制御および酸化停止制御を切り替える。

具体的には、図５に示す手順のプログラムをマイコン４１が所定周期で繰り返し実行することで、オゾン添加装置１５および還元剤添加装置１６の作動を制御する。先ず、図５のステップＳ１０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た場合、浄化対象となるＮＯｘが排気通路１０ｅｘに存在しないとみなし、ステップＳ１８において還元剤添加装置１６の作動を停止させる全停止制御を実施する。全停止制御は、オゾンおよび還元剤のいずれについても排気通路１０ｅｘへの添加を停止させる制御である。つまり、エアポンプ３０ｐ、オゾナイザ３０、ヒータ２１、噴射弁２２を全て停止させ、逆止弁２６ｖを閉弁作動させる。

一方、ステップＳ１０により内燃機関１０が運転中であると判定された場合、ステップＳ１１において、還元触媒の温度（触媒温度）が所定温度Ｔ１より高温であるか否かを判定する。所定温度Ｔ１より低温であると判定された場合、続くステップＳ１２において、触媒温度が第２所定温度Ｔ２より高温であるか否かを判定する。第２所定温度より低温であると判定された場合、続くステップＳ１３において、触媒温度が活性化温度Ｔ３より高温であるか否かを判定する。

所定温度Ｔ１および第２所定温度Ｔ２は、活性化温度Ｔ３より高温に設定されている。所定温度Ｔ１は、第２所定温度Ｔ２より高温に設定されている。例えば、活性化温度Ｔ３が２００℃である場合、第２所定温度Ｔ２を３５０℃、所定温度Ｔ１を４００℃に設定する。ここで、還元触媒の活性化温度Ｔ３とは、還元触媒上でＮＯｘを還元浄化できる最低温度のことである。

ステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３の判定により、触媒温度が活性化温度Ｔ３より低温と判定された場合、ステップＳ１４にてオゾン添加制御を実施する。触媒温度が活性化温度Ｔ３より高温、かつ第２所定温度Ｔ２より低温と判定された場合、ステップＳ１５にて強酸化制御を実施する。触媒温度が第２所定温度Ｔ２より高温、かつ所定温度Ｔ１より低温と判定された場合、ステップＳ１６にて弱酸化制御を実施する。触媒温度が所定温度Ｔ１より高温と判定された場合、ステップＳ１７にて酸化停止制御を実施する。

図５のステップＳ１５に係る強酸化制御では、図６に示すサブルーチン処理を実施する。先ず、図６のステップＳ２０において、反応室温度センサ２７による検出値（反応室温度Ｔｈ）を取得する。続くステップＳ２１では、取得した反応室温度Ｔｈが、予め設定しておいた目標温度Ｔｔｒｇと一致するよう、ヒータ２１をフィードバック制御する。目標温度Ｔｔｒｇは、図４に示す２段酸化反応領域のうち、当量比が最大となる雰囲気温度（例えば３７０℃）に設定されている。

続くステップＳ２２では、ＮＯｘ浄化装置１２へ流入したＮＯｘの全てを還元するにあたり、過不足なくＮＯｘ浄化装置１２へ添加するための還元剤添加量を、目標燃料量Ｆｔｒｇとして設定する。上記目標燃料量Ｆｔｒｇとは、単位時間当たりにＮＯｘ浄化装置１２へ添加する燃料の質量である。

具体的には、以下に説明するＮＯｘ流入量および触媒温度に基づき、目標燃料量Ｆｔｒｇを設定する。上記ＮＯｘ流入量とは、単位時間当たりにＮＯｘ浄化装置１２へ流入するＮＯｘの質量である。例えば、内燃機関１０の運転状態に基づき、ＮＯｘ流入量を推定できる。そして、ＮＯｘ流入量が多いほど、目標燃料量Ｆｔｒｇを増大させる。また、触媒温度に応じて還元触媒上でＮＯｘが還元される量（還元力）が異なってくるので、触媒温度による還元力の違いに応じて目標燃料量Ｆｔｒｇを設定する。

続くステップＳ２３では、ステップＳ２２で設定した目標燃料量Ｆｔｒｇに基づき、噴射弁２２の作動を制御して燃料噴射を実施する。具体的には、目標燃料量Ｆｔｒｇが多いほど噴射弁２２の開弁時間を長くする。或いは、今回の噴射終了から次回の噴射開始までのインターバルを短くする。

続くステップＳ２４では、反応室温度Ｔｈに基づき、冷炎反応を生じさせるように目標当量比φｔｒｇを算出する。具体的には、２段酸化反応領域における当量比の最大値であって、雰囲気温度に対応する当量比の最大値、またはその最大値から所定の余裕分だけ減算した値を、目標当量比φｔｒｇとしてマップ化してマイコン４１に記憶させておく。検出された反応室温度Ｔｈに対応する目標当量比φｔｒｇを、マップを参照して算出する。上述の如く余裕分を見込んで目標当量比φｔｒｇを設定することにより、実際の当量比が目標当量比φｔｒｇより大きくなったとしても、上記当量比の最大値を超えるおそれを低減でき、冷炎反応にとどまらず熱炎反応にまで至るおそれを低減できる。

続くステップＳ２５では、ステップＳ２４で設定した目標当量比φｔｒｇ、およびステップＳ２２で設定した目標燃料量Ｆｔｒｇに基づき、目標空気量Ａｔｒｇを算出する。具体的には、φｔｒｇ＝Ｆｔｒｇ／Ａｔｒｇとなるように目標空気量Ａｔｒｇを算出する。続くステップＳ２６では、ステップＳ２５で算出した目標空気量Ａｔｒｇに基づき、エアポンプ３０ｐの作動を制御する。具体的には、目標空気量Ａｔｒｇが大きいほど、エアポンプ３０ｐへの通電デューティ比を増大させる。

上述のごとく目標燃料量Ｆｔｒｇに応じて目標空気量Ａｔｒｇを設定するとともに目標温度Ｔｔｒｇを設定して、エアポンプ３０ｐおよびヒータ２１を制御することにより、反応室温度Ｔｈおよび当量比は、２段酸化反応領域に調整される。よって、冷炎反応を生じさせて先述した改質燃料が生成される。反応室温度Ｔｈが調整される温度範囲の下限は、１段酸化領域および２段酸化領域と無反応領域との境界線となる２６０℃である。上記温度範囲の上限は、１段酸化領域と２段酸化領域の境界線のうちの最大温度である。当量比が調整される範囲の上限は、１段酸化領域と２段酸化領域の境界線のうちの最大値であって、３７０℃に対応する当量比である。

続くステップＳ２７では、反応容器２０内での燃料の濃度に応じて、オゾナイザ３０への供給電力を制御する。詳細には、目標燃料量Ｆｔｒｇに基づき目標オゾン量Ｏｔｒｇを算出する。具体的には、気化室２５ａにおけるオゾン濃度の燃料濃度に対する比率が所定値（例えば０．２）となるように、目標オゾン量Ｏｔｒｇを算出する。例えば、所定時間（例えば０．０２秒）内に冷炎反応を完了させるよう、上記比率を設定する。また、還元触媒が低温であるほど目標オゾン量Ｏｔｒｇを増加させるように設定する。

そして、目標空気量Ａｔｒｇおよび目標オゾン量Ｏｔｒｇに基づき、オゾナイザ３０への目標通電量Ｐｔｒｇを算出する。具体的には、目標空気量Ａｔｒｇが多いほど、電極間通路３１ａでの空気の滞留時間が短くなるので、目標通電量Ｐｔｒｇを大きくする。また、目標オゾン量Ｏｔｒｇが多いほど、目標通電量Ｐｔｒｇを大きくする。次に、目標通電量Ｐｔｒｇに基づき、オゾナイザ３０への通電量を制御する。具体的には、目標通電量Ｐｔｒｇが大きいほど、オゾナイザ３０への通電デューティ比を増大させる。或いは、今回の通電終了から次回の通電開始までのインターバルを短くする。

このようなステップＳ２７の処理を実行することにより、オゾンが生成され、そのオゾンが反応容器２０内に添加されるので、冷炎反応の開始時期の早期化と冷炎反応時間の短縮化が図られる。よって、反応容器２０内での燃料の滞留時間が短くなるように反応容器２０を小型化しても、上記滞留時間内に冷炎反応が完了するようにできる。よって、反応容器２０の小型化を図ることができる。続くステップＳ２８では、逆止弁２６ｖを開弁制御する。

このように、図６の強酸化制御によれば、オゾナイザ３０で生成されたオゾン、空気中の酸素、およびヒータ２１により気化された燃料が混合され、オゾンが存在する環境下で燃料が部分酸化される。これに対し、図５のステップＳ１６による弱酸化制御では、オゾナイザ３０を停止させてオゾン生成を停止させることで、オゾンが存在しない環境下で燃料が部分酸化される。また、ステップＳ１７による酸化停止制御では、オゾナイザ３０およびヒータ２１を停止させて、オゾン生成と燃料加熱を停止させることで、酸素やオゾンによる酸化が為されることなく部分酸化していない燃料が、排気通路１０ｅｘへ添加される。そして、このように添加された燃料は、排気通路１０ｅｘまたはＮＯｘ浄化装置１２の内部で高温の排気に晒されて部分酸化する。

より詳細に説明すると、弱酸化制御では、図６に示すステップＳ２０〜Ｓ２６と同様の処理を実施しつつ、ステップＳ２７の処理を廃止している。つまり、ステップＳ２１、Ｓ２３、Ｓ２６、Ｓ２８によるヒータ制御、燃料噴射制御、エアポンプ制御、開弁制御、およびステップＳ２２、Ｓ２４、Ｓ２５による目標燃料量Ｆｔｒｇ、目標当量比φｔｒｇ、目標空気量Ａｔｒｇの設定を実施する。但し、ステップＳ２７による放電制御を実施せず、オゾナイザ３０への通電を停止させてオゾン生成を停止させる。

また、酸化停止制御では、図６に示すＳ２０、Ｓ２２〜Ｓ２６と同様の処理を実施しつつ、図６のステップＳ２１、Ｓ２７の処理を廃止している。つまり、ステップＳ２３、Ｓ２６、Ｓ２８による燃料噴射制御、エアポンプ制御、開弁制御、およびステップＳ２２、Ｓ２４、Ｓ２５による目標燃料量Ｆｔｒｇ、目標当量比φｔｒｇ、目標空気量Ａｔｒｇの設定を実施する。但し、ステップＳ２７による放電制御を実施せず、オゾナイザ３０への通電を停止させてオゾン生成を停止させる。また、ステップＳ２１によるヒータ制御を実施せず、ヒータ２１への通電を停止させて燃料の加熱を停止させる。

図５のステップＳ１４に係るオゾン添加制御では、概略、ヒータ２１への通電を停止させるとともに、噴射弁２２への通電を停止させて燃料噴射を停止させた状態で、オゾナイザ３０でオゾンを生成する。そして、生成したオゾンを、送風管２６および供給管２３を通じて排気通路１０ｅｘへ添加する。これにより、ＮＯｘ浄化装置１２の還元触媒（吸着触媒）がＮＯｘを浄化できる状態に活性化していない低温時に、排気中のＮＯがオゾンによりＮＯ_２に酸化されて、ＮＯｘ浄化装置１２の吸着触媒へのＮＯｘ吸着量が増大する。

但し、排気に含まれるＨＣやＣＯはＮＯ_２と反応（阻害反応）して、ＮＯ_２をＮＯに還元する。上記阻害反応は、排気通路１０ｅｘのうちＮＯｘ浄化装置１２よりも上流側の部分、または還元触媒上で生じる。具体的には、ＨＣがＮＯ_２と反応すると、ＨＣの部分酸化物（ＨＣ−Ｏ）とＮＯが生じる。ＣＯがＮＯ_２と反応するとＮＯとＣＯ_２が生じる。

また、ＨＣはオゾンと反応（阻害反応）してアルデヒド等の酸化物になるので、添加されたオゾンのうちＨＣと阻害反応した分だけ、ＮＯをＮＯ_２に酸化するのに用いられるオゾンの量が減少する。よって、これらの阻害反応が生じると、ＮＯ_２濃度が低下して還元触媒へのＮＯｘ吸着量が減少する。

そして、ＮＯｘ浄化装置１２が有する吸着触媒の温度（吸着触媒温度Ｔａｄ）が高いほど、上述した阻害反応の反応速度が速くなり、ＮＯ_２濃度低下によるＮＯｘ吸着量減少が促進されてしまう。また、ＤＯＣ１４が有する酸化触媒の温度（酸化触媒温度Ｔｏｘ）が低く、酸化触媒が十分に活性化していない状態であり、ＣＯやＨＣを十分に酸化できない状態である場合には、ＣＯやＨＣによる上記阻害反応を十分に抑制できない。すると、ＮＯ_２濃度低下によりＮＯｘ吸着量が減少する。

以上の知見を換言すると、ＨＣ濃度およびＣＯ濃度が高いほど、阻害反応が促進されると言える。また、ＣＯまたはＨＣの酸化が生じる酸化触媒の温度領域をＣＯ酸化領域とした場合において、酸化触媒温度ＴｏｘがＣＯ酸化領域よりも低ければ、ＣＯやＨＣを十分に除去できず、阻害反応が促進されると言える。また、ＣＯまたはＨＣによるＮＯ_２の還元が生じる吸着触媒の温度領域をＮＯ_２還元領域とした場合において、吸着触媒温度ＴａｄがＮＯ_２還元領域であれば、ＮＯ_２濃度低下によりＮＯｘ吸着量が減少すると言える。

これらの阻害反応の対策として、オゾン添加量を増大させれば、ＮＯｘ吸着量が減少することを以下のように抑制できる。すなわち、ＮＯをＮＯ_２に酸化するのに用いられるオゾンの余剰分は、排気中および吸着触媒上で、阻害反応要因となっているＣＯと反応してＣＯ_２に酸化させる。また、上記余剰分のオゾンは、阻害反応要因となっているＨＣと反応してアルデヒド等に酸化させる。このような酸化が生じることにより、阻害反応要因であるＣＯおよびＨＣの濃度が減少するので、阻害反応が抑制される。

また、ＮＯをＮＯ_２に酸化するのに用いられるオゾンの余剰分は、ＮＯ_２をさらに酸化させてＮ_２Ｏ_５（五酸化二窒素）およびＨＮＯ_３（硝酸）に変化させる。Ｎ_２Ｏ_５およびＨＮＯ_３はＮＯ_２に比べて吸着触媒への吸着力が強い。したがって、上記余剰分のオゾンは、ＮＯ_２に対する吸着力を増大させ、吸着した状態のＮＯ_２がＣＯやＨＣと阻害反応することを抑制できる。

これらの点を鑑み、マイコン４１は、ＮＯｘ濃度、ＣＯ濃度、ＨＣ濃度、吸着触媒温度Ｔａｄおよび酸化触媒温度Ｔｏｘに応じてオゾン添加量を制御する。具体的には、ＨＣ濃度が高いほど、ＣＯ濃度が高いほど、ＮＯ濃度が高いほど、オゾナイザ３０によるオゾン生成量を増大させて、オゾン添加量を増大させる。また、「酸化触媒温度ＴｏｘがＣＯ酸化領域より低温であり、かつ、吸着触媒温度ＴａｄがＮＯ_２還元領域である」といった吸着悪条件を満たす場合に、吸着悪条件を満たしていない場合に比べてオゾン添加量を増大させる。

以下、図７を用いてオゾン添加制御のサブルーチン処理について説明する。先ずステップＳ３０において、内燃機関１０から排出されたＮＯｘ、ＨＣおよびＣＯの濃度を取得する。例えば、内燃機関１０の運転負荷や機関回転速度等の運転状態に基づき、これらの濃度を推定する。

さらに、ＮＯｘ濃度については、内燃機関１０の運転状態に基づきＮＯとＮＯ_２の比率も取得する。例えば、内燃機関１０の機関回転数や燃料噴射量に基づき、ＮＯ濃度およびＮＯ_２濃度を推定する。具体的には、内燃機関１０の運転状態に応じたＮＯ濃度およびＮＯ_２濃度を予め試験して取得しておき、その試験値を運転状態と関連付けてマップ等の状態でマイコン４１に記憶させておく。そして、内燃機関１０の運転時に、マップを参照して運転状態に基づきＮＯ濃度およびＮＯ_２濃度を算出する。

続くステップＳ３１では、ステップＳ３０で取得したＮＯ濃度に基づき、ベースオゾン量Ｏｂａｓｅを算出する。詳細には、内燃機関１０の運転状態に基づき排気の流速を推定し、該流速とＮＯ濃度に基づき、単位時間あたりにＮＯｘ浄化装置１２へ流入するＮＯ量を推定する。このＮＯ量の全てをＮＯ_２に酸化するのに必要なオゾン量が、ベースオゾン量Ｏｂａｓｅである。

続くステップＳ３２では、ステップＳ３０で取得したＣＯ濃度およびＨＣ濃度に基づき、補正係数Ｋ１を算出する。詳細には、ＣＯ濃度およびＨＣ濃度が高いほどベースオゾン量Ｏｂａｓｅを増量補正させるよう、補正係数Ｋ１を設定する。

続くステップＳ３３では、酸化触媒温度センサ４３の検出値に基づき、酸化触媒温度Ｔｏｘを取得する。続くステップＳ３４では、触媒温度センサ４２の検出値に基づき、吸着触媒温度Ｔａｄを取得する。なお、上述の如くステップＳ３２で酸化触媒温度Ｔｏｘを取得している時のマイコン４１は、第１取得手段４１ａ（図１参照）を提供し、ステップＳ３３で吸着触媒温度Ｔａｄを取得している時のマイコン４１は、第２取得手段４１ｂ（図１参照）を提供する。

続くステップＳ３５では、ステップＳ３３、Ｓ３４で取得した酸化触媒温度Ｔｏｘおよび吸着触媒温度Ｔａｄに基づき、補正係数Ｋ２を算出する。具体的には、図８に例示するマップＭを参照して、酸化触媒温度Ｔｏｘおよび吸着触媒温度Ｔａｄに対応する補正係数Ｋ２を設定する。該マップＭは、酸化触媒温度Ｔｏｘおよび吸着触媒温度Ｔａｄと関連付けて、補正係数Ｋ２の最適値を記憶するものである。最適値とは、オゾン添加量の過不足を無くすようにした値である。

ここで、マップＭの横軸に示す還元開始温度Ｔａについて以下に詳述する。吸着触媒上において、ＣＯまたはＨＣによりＮＯ_２がＮＯに還元される反応は、吸着触媒温度Ｔａｄが低温であれば殆ど生じない。但し、このような低温の吸着触媒が温度上昇していくと、ある温度（還元開始温度Ｔａ）で、吸着触媒上でのＣＯまたはＨＣによるＮＯ_２の上記還元が活発に生じるようになる。

図９中の（ｂ）は、吸着触媒温度Ｔａｄを上昇させていった場合に、吸着触媒上でＮＯ_２がＮＯに還元される率（ＮＯ_２還元率）を計測した試験結果を示す。図示されるように、還元開始温度Ｔａ（例えば１００℃）以上になるとＮＯ_２還元率が急上昇することが、本発明者らが実施した試験により確認された。なお、マップＭ中の、還元開始温度Ｔａ以上の領域を、ＮＯ_２還元領域と呼ぶ。

したがって、ＮＯ_２還元領域（Ｔａｄ≧１００℃）では、吸着触媒へのＮＯｘ吸着量減少が懸念される。そこで、酸化触媒温度Ｔｏｘが同一である領域において、ＮＯ_２還元領域ではそれ以外の領域に比べて、ベースオゾン量Ｏｂａｓｅを増量補正させるように補正係数Ｋ２が設定されている。

次に、マップＭの縦軸に示す酸化開始温度Ｔｂについて以下に詳述する。酸化触媒上において、ＣＯまたはＨＣがＯ_２により酸化される反応は、酸化触媒温度Ｔｏｘが低温であれば殆ど生じない。但し、このような低温の酸化触媒が温度上昇していくと、ある温度（酸化開始温度Ｔｂ）で、酸化触媒上でのＣＯまたはＨＣのＯ_２による上記酸化が活発に生じるようになる。

図９中の（ａ）は、酸化触媒温度Ｔｏｘを上昇させていった場合に、酸化触媒上でＣＯがＣＯ_２に酸化される率（ＣＯ_２酸化率）を計測した試験結果を示す。図示されるように、酸化開始温度Ｔｂ（例えば１５０℃）以上になるとＣＯ_２酸化率が急上昇することが、本発明者らが実施した試験により確認された。また、酸化開始温度Ｔｂは還元開始温度Ｔａよりも高温であることも確認された。なお、マップＭ中の酸化開始温度Ｔｂ以上の領域を、ＣＯ酸化領域と呼ぶ。

したがって、マップＭ中のＣＯ酸化領域から外れた領域（Ｔｏｘ≦１５０℃）では、吸着触媒へのＮＯｘ吸着量減少が懸念される。そこで、吸着触媒温度Ｔａｄが同一である領域において、ＣＯ酸化領域から外れた領域ではＣＯ酸化領域に比べて、ベースオゾン量Ｏｂａｓｅを増量補正させるように補正係数Ｋ２が設定されている。

次に、マップＭの横軸に示す第２酸化開始温度Ｔｃについて以下に詳述する。ＮＯｘ浄化装置１２が酸化触媒を有する場合がある。以下、この酸化触媒を、ＤＯＣ１４が有する酸化触媒と区別して第２酸化触媒と呼ぶ。第２酸化触媒の温度は吸着触媒温度Ｔａｄと同じであると言える。そして、第２酸化触媒上においてＯ_２によりＮＯがＮＯ_２に酸化される反応は、第２酸化触媒の温度（吸着触媒温度Ｔａｄ）が低温であれば殆ど生じない。但し、このような低温の第２酸化触媒が温度上昇していくと、ある温度（第２酸化開始温度Ｔｃ）で、第２酸化触媒上での上記酸化が活発に生じるようになる。

図９中の（ｃ）は、吸着触媒温度Ｔａｄを上昇させていった場合に、第２酸化触媒上でＮＯがＮＯ_２に酸化される率（ＮＯ酸化率）を計測した試験結果を示す。図示されるように、第２酸化開始温度Ｔｃ（例えば２００℃）以上になるとＮＯ酸化率が急上昇することが、本発明者らが実施した試験により確認された。また、第２酸化開始温度Ｔｃは、酸化開始温度Ｔｂよりも高温であることも確認された。なお、マップＭ中の第２酸化開始温度Ｔｃ（例えば２００℃）以上の領域を、ＮＯ酸化領域と呼ぶ。

したがって、マップＭ中のＮＯ酸化領域（Ｔａｄ≧２００℃）では、吸着触媒へ流入するＮＯｘに対するＮＯ_２の割合が大きくなることが期待される。そこで、酸化触媒温度Ｔｏｘが同一である領域において、ＮＯ酸化領域では、ＮＯ酸化領域から外れた領域に比べてベースオゾン量Ｏｂａｓｅを減量補正させるように補正係数Ｋ２が設定されている。

そして、図８中の斜線は、ＣＯ酸化領域から外れた領域、ＮＯ酸化領域から外れた領域、およびＮＯ_２還元領域の３つの領域が重畳する範囲（重畳領域）であり、吸着触媒へのＮＯｘ吸着量減少が最も懸念される領域である。酸化触媒温度Ｔｏｘおよび吸着触媒温度Ｔａｄが上記重畳領域の温度であることを、吸着悪条件と呼ぶ。このような吸着悪条件を満たす重畳領域では、吸着悪条件を満たしていない領域に比べて、ベースオゾン量Ｏｂａｓｅを増量補正させるように補正係数Ｋ２が設定されている。

図９中の（ｄ）は、吸着触媒温度Ｔａｄを上昇させていった場合に、吸着触媒にＮＯ_２が吸着される率（ＮＯ_２吸着率）を計測した試験結果を示す。なお、排気通路１０ｅｘにおいてＮＯｘ浄化装置１２はＤＯＣ１４の下流に位置するので、厳密には、吸着触媒温度Ｔａｄは酸化触媒温度Ｔｏｘよりも低くなる。しかし、（ｄ）の試験結果では、吸着触媒温度Ｔａｄは酸化触媒温度Ｔｏｘと同一であるとみなして表現している。図示されるように、重畳領域（１００℃≦Ｔａｄ≦１５０℃）では、重畳領域以外の領域に比べてＮＯ_２吸着率が低くなることが、本発明者らが実施した試験により確認された。

図７の説明に戻り、ステップＳ３６では、ステップＳ３１、Ｓ３２、Ｓ３５で算出したベースオゾン量Ｏｂａｓｅおよび補正係数Ｋ１、Ｋ２に基づき、目標オゾン量Ｏｔｒｇを算出する。例えば、各々の補正係数Ｋ１、Ｋ２をベースオゾン量Ｏｂａｓｅに乗算することで、目標オゾン量Ｏｔｒｇを算出する。要するに、ＮＯｘ吸着量が低下しやすい環境であるほど、ベースオゾン量Ｏｂａｓｅを増大させる補正量を多くして、目標オゾン量Ｏｔｒｇが設定される。なお、目標オゾン量Ｏｔｒｇとは、単位時間あたりに排気通路１０ｅｘへ添加するオゾン量の目標値である。

続くステップＳ３７では、ステップＳ３６で算出した目標オゾン量Ｏｔｒｇに基づき、オゾナイザ３０に対する放電制御を行う。詳細には、目標オゾン量Ｏｔｒｇが多いほど、電極３１へ供給する電力量を増大させる。続くステップＳ３８では、目標オゾン量Ｏｔｒｇに基づきエアポンプ３０ｐの作動を制御する。詳細には、目標オゾン量Ｏｔｒｇが多いほど、エアポンプ３０ｐの電動モータへ供給する電力量を増大させて、エアポンプ３０ｐによる送風量を増大させる。

続くステップＳ３９では逆止弁２６ｖを開弁制御する。続くステップＳ４０では、ヒータ２１への通電を停止させるとともに、噴射弁２２への通電を停止させて燃料噴射を停止させる。本実施形態に反してヒータ２１への通電を実施すると、オゾンは加熱されて崩壊する。また、燃料噴射を実施するとオゾンは燃料と反応してしまう。これらの点を鑑み、ステップＳ４０にてヒータ２１による加熱を停止させ、かつ、燃料噴射を停止させているので、オゾンが燃料と反応することや加熱崩壊を回避できる。よって、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。

以上により、本実施形態によれば、酸化触媒温度Ｔｏｘおよび吸着触媒温度Ｔａｄに基づき、オゾン添加装置１５によるオゾン添加量を制御するので、以下の如くオゾン生成量の過不足を抑制できる。すなわち、図９の試験結果からも明らかなように、内燃機関１０から排出されるＣＯやＮＯの量が同じ条件であったとしても、酸化触媒温度Ｔｏｘおよび吸着触媒温度Ｔａｄに応じてＮＯ_２吸着率は変化する。したがって、ＮＯ_２吸着率が低くなるような温度条件の場合にオゾン添加量を増量補正する本実施形態によれば、オゾン生成量の過不足を抑制できる。よって、オゾン生成に要する消費電力の低減と、オゾン添加によるＮＯｘ吸着向上との両立を図ることができる。

さらに本実施形態では、酸化触媒温度ＴｏｘがＣＯ酸化領域から外れており（Ｔｏｘ≦Ｔｂ）、かつ、吸着触媒温度ＴａｄがＮＯ_２還元領域である（Ｔａｄ≧Ｔａ）場合を、吸着悪条件とする。このように、酸化触媒温度Ｔｏｘおよび吸着触媒温度Ｔａｄが吸着悪条件を満たす場合に、吸着悪条件を満たしていない場合に比べて、制御手段４１ｃはオゾン添加量を増大させる。そして、図９中の（ｄ）から明らかなように、上記吸着悪条件ではＮＯ_２吸着率が低くなるので、このような吸着悪条件の場合にオゾン添加量を増大させる本実施形態によれば、オゾン生成量の過不足抑制の確実性を向上できる。

さらに本実施形態では、制御手段４１ｃは、吸着触媒へのＮＯ流入量、ＣＯ流入量およびＨＣ流入量に基づき、オゾン添加量を制御する。ここで、酸化触媒温度Ｔｏｘおよび吸着触媒温度Ｔａｄが同じ条件であったとしても、内燃機関１０から排出されるＮＯ量が多ければ、必要なオゾン添加量は多くなる。この点を鑑み、本実施形態ではＮＯ量が多いほどベースオゾン量Ｏｂａｓｅを多く設定するので、オゾン生成量の過不足抑制を促進できる。

また、排出されるＣＯ量やＨＣ量が多ければ、ＤＯＣ１４で酸化されずにＮＯｘ浄化装置１２へ流入するＣＯやＨＣも多くなる。すると、阻害反応によるＮＯ_２濃度減少の懸念が高くなる。この点を鑑み、本実施形態では内燃機関１０から排出されるＣＯやＨＣが多いほどベースオゾン量Ｏｂａｓｅを多く設定するので、オゾン生成量の過不足抑制を促進できる。また、排出されるＮＯ量が多ければ、ＮＯを酸化させるためのオゾンの必要量も多くなる。この点を鑑み、本実施形態では内燃機関１０から排出されるＮＯが多いほどベースオゾン量Ｏｂａｓｅを多く設定するので、オゾン生成量の過不足抑制を促進できる。

さて、内燃機関１０の定常運転時においては、酸化触媒温度Ｔｏｘと吸着触媒温度Ｔａｄは殆ど同じ値になる。しかし、内燃機関１０を負荷が急上昇する過渡運転時には、酸化触媒温度Ｔｏｘの上昇に遅れて吸着触媒温度Ｔａｄが上昇するので、両温度に差が生じる。この点を鑑みた本実施形態では、酸化触媒温度Ｔｏｘおよび吸着触媒温度Ｔａｄを各々取得し、各々の温度に応じて補正係数Ｋ２を設定する。よって、上述の如く両温度Ｔｏｘ、Ｔａｄに差が生じている場合であっても、オゾンを過不足なく生成することを高精度で制御できる。

さらに本実施形態では、強酸化制御により冷炎反応を生じさせる時に、オゾナイザ３０により生成されたオゾンを添加する。そのため、冷炎反応の開始時期の早期化と、冷炎反応時間の短縮化を図ることができる。よって、反応室２０ａでの燃料の滞留時間が短くなるように反応容器２０を小型化しても、上記滞留時間内に冷炎反応が完了するようにできる。よって、反応容器２０の小型化を図ることができる。

さらに本実施形態によれば、還元触媒は少なくとも銀を含む物質である。具体的には、担体にコーティングされたアルミナ上に銀触媒が担持されている。このように銀触媒を採用することで、例えば白金触媒を採用した場合に比べて図３の部分酸化反応が生じやすくなる。よって、銀触媒を採用する本実施形態によれば、白金触媒を採用した場合に比べてＮＯｘ浄化率を向上できる。特に、還元触媒温度が活性化している温度領域のうち、低温の領域において、ＮＯｘ浄化率向上の効果が顕著に発揮されるようになる。

さらに本実施形態では、ヒータ２１により所定温度以上に加熱された還元剤を、空気中に含まれる酸素により部分的に酸化させて改質する。これによれば、燃料が部分酸化することを容易に実現でき、還元剤の改質を容易に実現できる。また、ヒータ２１で燃料を加熱することにより、炭素数の少ない炭化水素化合物に燃料を分解させるクラッキングが生じるようになる。そして、クラッキングにより炭素数が少なくなった炭化水素は沸点が低くなるので、気化した燃料が液体に戻ることが抑制される。

（第２実施形態）
上記第１実施形態に係るＮＯｘ浄化装置１２は、Ｏ_２存在下においてＮＯｘと選択的に還元剤を反応させてＮＯｘを浄化させるものであり、ＨＣ選択還元触媒を有する。これに対し、本実施形態に係るＮＯｘ浄化装置１２Ａ（図１０参照）は、内燃機関１０をリーン状態で燃焼させる通常運転時にＮＯｘを吸蔵し、定期的に実行されるリッチ状態での燃焼時に、吸蔵されたＮＯｘをリッチ環境で還元して浄化させるものである。つまり、還元剤添加装置１６ＡはＮＯｘ吸蔵還元触媒を有する。このように吸蔵するＮＯｘ吸蔵還元触媒の具体例として、バリウム等のアルカリ土類金属やリチウム等のアルカリ金属を白金に組合せた触媒が挙げられる。

また、本実施形態では、上記第１実施形態に係る還元剤添加装置１６を廃止した燃焼システムに、本発明に係るオゾン添加制御装置（ＥＣＵ４０）を適用させている。したがって、本実施形態では、図５および図７の制御を次のように変更している。すなわち、図５のステップＳ１５、Ｓ１６、Ｓ１７に係る還元剤供給の制御を廃止する。具体的には、ステップＳ１０にて内燃機関１０が運転中であると判定されれば、ステップＳ１４に係るオゾン添加制御を実施し、内燃機関１０が運転中でなければステップＳ１８に係る全停止制御を実施する。そして、本実施形態に係るオゾン添加制御では、図７のステップＳ３０〜Ｓ３９と同様の制御を実施しつつ、ステップＳ４０の制御を廃止している。

図５に示す実施形態では、還元触媒が活性化温度Ｔ３より高い場合には、ステップＳ１４にかかるオゾン添加制御を、ステップＳ１５、Ｓ１６、Ｓ１７に係る還元剤添加制御に切り替えている。そのため、吸着触媒温度Ｔａｄが図９中の（ｃ）に示すＮＯ酸化領域の場合には、還元剤添加制御が実施される場合が殆どである。これに対し本実施形態では、内燃機関１０の運転中であり、かつ、リーン燃焼させる通常運転時であれば、オゾン添加制御を実施する。そのため、吸着触媒温度ＴａｄがＮＯ酸化領域の場合にオゾン添加制御を実施する機会が多く、本実施形態に係る制御手段４１ｃは、吸着触媒温度ＴａｄがＮＯ酸化領域であるか否かに基づきオゾン添加量を制御する。

先述した通り、図８に示すマップＭ中のＮＯ酸化領域（Ｔａｄ≧２００℃）では、吸着触媒へ流入するＮＯｘに対するＮＯ_２の割合が大きくなることが期待される。そこで、酸化触媒温度Ｔｏｘが同一である領域において、ＮＯ酸化領域では、ＮＯ酸化領域から外れた領域に比べてベースオゾン量Ｏｂａｓｅを減量補正させるように補正係数Ｋ２が設定されている。

そのため、ＮＯｘ浄化装置１２の内部でＮＯがＮＯ_２に酸化されている分を差し引いてオゾン添加量が設定されるので、オゾンを過剰に添加することを回避でき、オゾン生成に要する消費電力の低減を図ることができる。

なお、本実施形態でも上記第１実施形態と同様にして、酸化触媒温度Ｔｏｘおよび吸着触媒温度Ｔａｄに基づき、オゾン添加装置１５によるオゾン添加量を制御する。よって、ＮＯ_２吸着率が低くなるような温度条件の場合にオゾン添加量を増量補正できるので、オゾン生成量の過不足を抑制できる。そのため、オゾン生成に要する消費電力の低減と、オゾン添加によるＮＯｘ吸着向上との両立を図ることができる。

（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７に示す実施形態では、酸化触媒温度Ｔｏｘおよび吸着触媒温度Ｔａｄに基づき補正係数Ｋ２を設定しており、両温度Ｔｏｘ、Ｔａｄに対応する補正係数Ｋ２をマップＭから算出している。換言すれば、還元開始温度Ｔａが酸化開始温度Ｔｂよりも低温であることを前提とし、図８の斜線に示す重畳領域であるか否かに基づき補正量を決定している。これに対し、酸化触媒温度Ｔｏｘに基づき第１補正係数Ｋ２ａを設定し、吸着触媒温度Ｔａｄに基づき第２補正係数Ｋ２ｂを設定し、これらの補正係数Ｋ２ａ、Ｋ２ｂを用いてベースオゾン量Ｏｂａｓｅを補正してもよい。つまり、制御手段４１ｃは、取得した酸化触媒温度ＴｏｘがＣＯ酸化領域であるか否かに基づきオゾン添加量を制御する。また、制御手段４１ｃは、取得した吸着触媒温度ＴａｄがＮＯ_２還元領域であるか否かに基づきオゾン添加量を制御する。これによれば、還元開始温度Ｔａが酸化開始温度Ｔｂよりも高温であり、上記重畳領域が存在しない場合であっても、酸化触媒温度Ｔｏｘおよび吸着触媒温度Ｔａｄの両温度に基づき、過不足の少ないオゾン添加量に制御できる。

図１０に示す排気浄化システムを次のように変形させて、オゾン添加制御装置（ＥＣＵ４０）を適用させてもよい。すなわち、排気通路１０ｅｘのうちＮＯｘ浄化装置１２、１２Ａの上流側に配置されている酸化装置（ＤＯＣ１４）に、酸化触媒に加えてＮＯｘ吸蔵還元触媒（例えば白金）を備えさせる。これによれば、供給管２３の下流側に位置するＮＯｘ吸蔵還元触媒と、供給管２３の上流側に位置するＮＯｘ吸蔵還元触媒の両方で、リーン状態でのＮＯｘ吸蔵、およびリッチ状態でのＮＯｘ還元が為される。よって、排気浄化システム全体におけるＮＯｘ捕捉量を増大できる。

より詳細に説明すると、排ガス温度が所定温度（例えば２００℃）以上の高温時には、オゾン添加を停止した状態で、上流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒または両方のＮＯｘ吸蔵還元触媒でＮＯｘを吸蔵する。一方、排ガス温度が所定温度未満の低温時には、排気通路１０ｅｘへオゾンを添加して、下流側のＮＯｘ吸蔵還元触媒でＮＯｘを吸蔵する。

ここで、内燃機関１０から排出されたＮＯ、ＨＣ、ＣＯの濃度は、ＮＯｘ浄化装置１２へのＮＯ、ＣＯ、ＨＣの流入量と相関がある。よって、これらの濃度に基づきオゾン添加量を制御すれば、上記流入量に応じたオゾン添加量に制御できる。そこで、図７の実施形態では、上記濃度に基づきオゾン添加量を制御している。これに対し、内燃機関１０から排出されたＮＯ、ＨＣ、ＣＯの濃度が酸化装置で変化することを鑑みて、上記濃度および酸化触媒温度Ｔｏｘに基づきＮＯｘ浄化装置１２への流入量を推定し、その推定値に基づきオゾン添加量を制御してもよい。また、図７のステップＳ３２、Ｓ３６では、ＨＣやＣＯの濃度に基づきオゾン添加量を補正しているが、このようなＨＣ、ＣＯ濃度に基づく上記補正を廃止してもよい。

本発明者らは以下の知見を得た。すなわち、排気中には硫黄成分が含まれており、この硫黄成分は吸着触媒に吸着し得る。吸着した硫黄成分はＮＯ_２に比べて吸着触媒から脱離しにくく、吸着触媒に蓄積されやすいので、吸着触媒への硫黄吸着量は増大していき、ひいてはＮＯ_２吸着量が減少するといった硫黄被毒の問題がある。そして、硫黄被毒が進行すると、吸着触媒のＮＯ_２に対する吸着力が弱くなる。すると、吸着した状態のＮＯ_２が、ＣＯやＨＣと阻害反応しやすくなる。したがって、硫黄吸着量（被毒量）が多いほど、ＮＯ_２の吸着力が低下する。この点を鑑み、硫黄吸着量を取得し、取得した硫黄吸着量に基づきオゾン添加量を制御してもよい。

上記各実施形態では、ＮＯｘ浄化装置１２に取り付けられた触媒温度センサ４２を備え、還元触媒の雰囲気温度（触媒温度）を直接検出している。これに対し、触媒温度センサ４２を廃止して、例えば内燃機関１０の運転状態等に基づき、吸着触媒温度Ｔａｄを推定してもよい。図７のステップＳ３０では、排気中のＮＯ濃度、ＨＣ濃度およびＣＯ濃度を、内燃機関１０の運転状態に基づき推定しているが、これらの濃度をセンサで直接検出してもよい。

図７のステップＳ３４では、触媒温度センサ４２により吸着触媒温度Ｔａｄを検出しているが、酸化触媒温度センサ４３等の他の温度センサの検出値や内燃機関１０の運転状態に基づき、吸着触媒温度Ｔａｄを推定してもよい。同様に、ステップＳ３３にて酸化触媒温度センサ４３により酸化触媒温度Ｔｏｘを検出することに替え、触媒温度センサ４２等の他の温度センサの検出値や内燃機関１０の運転状態に基づき、酸化触媒温度Ｔｏｘを推定してもよい。

上記第１実施形態では、銀を含んだＮＯｘ浄化装置１２を用いているが、本発明はこのような銀触媒に限定されるものではなく、例えば銅または鉄を含んだ触媒を還元触媒として用いてもよい。また、上記第１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、オゾン添加制御装置（ＥＣＵ４０）を適用させてもよい。上記第１実施形態では、ＮＯｘ浄化装置１２が酸化触媒（第２酸化触媒）を有しているが、第２酸化触媒を有していないＮＯｘ浄化装置であっても本発明は適用可能である。

上記第１実施形態では、排気通路１０ｅｘへ添加する還元剤に燃料を用いているが、尿素水を添加して、アンモニアを還元剤として用いた燃焼システムに、本発明に係るオゾン添加制御装置（ＥＣＵ４０）を適用させてもよい。

上記第１実施形態では、電磁駆動式の逆止弁２６ｖを採用しているが、機械式の逆止弁を採用してもよい。上記第１実施形態では、エアポンプ３０ｐをオゾナイザ３０の上流側に配置しているが、オゾナイザ３０の下流側に配置してもよい。上記各実施形態では、ＤＰＦ１３を、排気通路１０ｅｘのうちＮＯｘ浄化装置１２の下流側に配置しているが、ＮＯｘ浄化装置１２の上流側に配置してもよい。

上記第１実施形態に係る改質では、還元剤添加制御の実施にあたり、還元剤に含まれるアルデヒドの割合が所定割合（例えば１０％）となるように改質している。これに対し、ＮＯｘ浄化装置１２へ流入するＮＯｘ量や還元触媒温度に応じて、アルデヒドの割合を可変設定して改質してもよい。また、本発明に係る改質還元剤は、アルデヒドを含むことに限定されるものではない。例えば、アルコール、アセテート、一酸化炭素、水素を部分酸化物として用いた還元剤添加装置１６であってもよい。

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オゾン添加装置１５および還元剤添加装置１６を適用させている。これに対し、定置式の燃焼システムにオゾン添加装置１５および還元剤添加装置１６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本発明を適用させているが、点火着火式のガソリンエンジンに適用させてもよい。

ＥＣＵ４０（制御装置）が提供する手段および／または機能は、実体的な記憶媒体に記録されたソフトウェアおよびそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、制御装置がハードウェアである回路によって提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路によって提供することができる。

１０…内燃機関、１０ｅｘ…排気通路、１２、１２Ａ…ＮＯｘ浄化装置、１４…酸化装置、１５…オゾン添加装置、４０…オゾン添加制御装置、４１ａ…第１取得手段、４１ｂ…第２取得手段、４１ｃ…制御手段。

Claims (6)

1. 内燃機関（１０）の排気に含まれるＮＯｘを吸着、還元して浄化する吸着触媒を有したＮＯｘ浄化装置（１２、１２Ａ）と、
   前記内燃機関の排気に含まれるＣＯまたはＨＣを酸化する酸化触媒を有した酸化装置（１４）と、
   前記内燃機関の排気通路（１０ｅｘ）のうち、前記ＮＯｘ浄化装置の上流側かつ前記酸化装置の下流側の部分へオゾンを添加するオゾン添加装置（１５）と、を備える排気浄化システムに適用されたオゾン添加制御装置（４０）であって、
   前記酸化触媒の温度である酸化触媒温度を取得する第１取得手段（４１ａ）と、
   前記吸着触媒の温度である吸着触媒温度を取得する第２取得手段（４１ｂ）と、
   取得した前記酸化触媒温度および前記吸着触媒温度に基づき、前記オゾン添加装置によるオゾン添加量を制御する制御手段（４１ｃ）と、
   を備えることを特徴とするオゾン添加制御装置。
2. ＣＯまたはＨＣの酸化が生じる前記酸化触媒の温度領域をＣＯ酸化領域とした場合において、
   前記制御手段は、取得した前記酸化触媒温度が前記ＣＯ酸化領域であるか否かに基づき前記オゾン添加量を制御することを特徴とする請求項１に記載のオゾン添加制御装置。
3. ＣＯまたはＨＣによるＮＯ_２の還元が生じる前記吸着触媒の温度領域をＮＯ_２還元領域とした場合において、
   前記制御手段は、取得した前記吸着触媒温度が前記ＮＯ_２還元領域であるか否かに基づき前記オゾン添加量を制御することを特徴とする請求項１または２に記載のオゾン添加制御装置。
4. ＣＯまたはＨＣの酸化が生じる前記酸化触媒の温度領域をＣＯ酸化領域とし、ＣＯまたはＨＣによるＮＯ_２の還元が生じる前記吸着触媒の温度領域をＮＯ_２還元領域とした場合において、
   前記制御手段は、取得した前記酸化触媒温度が前記ＣＯ酸化領域から外れており、かつ、取得した前記吸着触媒温度が前記ＮＯ_２還元領域であるといった吸着悪条件を満たす場合に、前記吸着悪条件を満たしていない場合に比べて前記オゾン添加量を増大させることを特徴とする請求項１に記載のオゾン添加制御装置。
5. Ｏ_２によるＮＯの酸化が生じる前記吸着触媒の温度領域をＮＯ酸化領域とした場合において、
   前記制御手段は、取得した前記吸着触媒温度が前記ＮＯ酸化領域であるか否かに基づき前記オゾン添加量を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のオゾン添加制御装置。
6. 前記制御手段は、前記吸着触媒へのＮＯ流入量、ＣＯ流入量およびＨＣ流入量の少なくとも一つに基づき、前記オゾン添加量を制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のオゾン添加制御装置。

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