JP2017115699A - オゾン供給制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】還元されずに大気へ放出されるＮＯｘ量の低減を図ったオゾン供給制御装置を提供する。
【解決手段】オゾン供給制御装置は、排気中のＮＯｘを吸着して還元する触媒が配置されている排気通路のうち、触媒の上流側へオゾンを供給するオゾン供給装置の作動を制御する。このオゾン供給制御装置は、ステップＳ２００による推定部、およびステップＳ２６によるＮＯ_２酸化制御部を備える。推定部は、触媒に吸着されているＮＯｘのうちＮＯ_２の吸着量を推定する。ＮＯ_２酸化制御部は、推定部により推定されたＮＯ_２吸着量が所定の閾値ＴＨ１以上であり、かつ、触媒温度が活性化温度未満である場合に、排気通路へオゾンを供給して、触媒に吸着されているＮＯ_２を酸化させる。
【選択図】図６

Description

本発明は、オゾン供給制御装置に関する。

特許文献１に記載されている内燃機関の排気通路には、排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を吸着して還元する触媒を有した浄化装置が配置されている。この浄化装置では、触媒が活性化していない低温時にはＮＯｘを吸着成分に吸着させる。一方、触媒が活性化温度に達している時には、還元剤を排気通路へ供給して、触媒上でＮＯｘを還元させて浄化させる。

さらに特許文献１には、排気通路のうち浄化装置の上流側へオゾンを供給するオゾン供給装置が開示されている。そして、上述した低温時にオゾンを供給することで、排気中のＮＯ（一酸化窒素）を酸化させている。これにより、吸着されやすいＮＯ_２（二酸化窒素）やＮＯ_３（硝酸イオン）にＮＯが変化するので、触媒へのＮＯｘ吸着量が増大し、ＮＯｘが触媒に吸着されずに排出されてしまうことの抑制が図られる。

特開２０１２−１９３６２０号公報

さて、触媒に吸着されているＮＯｘの多くはＮＯ_２やＮＯ_３であるが、ＮＯ_２はＮＯ_３に比べて吸着力が弱い。そのため、ＮＯ_２の状態で吸着しているＮＯｘ（以下、弱ＮＯｘと記載）は、触媒が温度上昇していく過程で、低温の早いタイミングで触媒から脱離する。したがって、その脱離温度が活性化温度未満であれば、脱離した弱ＮＯｘは還元されずに大気へ放出されることになる。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、還元されずに大気へ放出されるＮＯｘ量の低減を図ったオゾン供給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。

開示される発明は、内燃機関（１０）の排気中のＮＯｘを吸着して還元する触媒が配置されている排気通路（１０ｅｘ）のうち、触媒の上流側へオゾンを供給するオゾン供給装置の作動を制御するオゾン供給制御装置において、触媒に吸着されているＮＯｘのうちＮＯ_２の吸着量を推定する推定部（Ｓ２００、Ｓ２００ａ）と、推定部により推定されたＮＯ_２吸着量が所定の閾値以上であり、かつ、触媒温度が活性化温度未満である場合に、排気通路へオゾンを供給して触媒に吸着されているＮＯ_２を酸化させるＮＯ_２酸化制御部（Ｓ２６）と、を備えるオゾン供給制御装置である。

この発明によれば、触媒に吸着されているＮＯｘのうちＮＯ_２（つまり弱ＮＯｘ）の吸着量を推定し、推定されたＮＯ_２吸着量が所定の閾値以上であり、かつ、触媒温度が活性化温度未満である場合に、排気通路へオゾンを供給して弱ＮＯｘを酸化させる。そのため、触媒温度が活性化温度未満である低温時において、弱ＮＯｘが、吸着力の強い状態のＮＯ_３（以下、強ＮＯｘと記載）に変化することになる。よって、触媒が温度上昇していく過程において、低温の早いタイミングで触媒から脱離するＮＯｘの量を低減でき、還元されずに大気へ放出されるＮＯｘ量を低減できる。

本発明の第１実施形態に係るオゾン供給装置を有する還元剤供給装置と、その還元剤供給装置が適用される燃焼システムと、オゾン供給制御装置とを示す模式図。 図１に示す還元剤供給装置の作動を制御する処理手順を示すフローチャート。 ＮＯｘ吸着量、ＮＯｘ吸着率および触媒温度の関係を示す試験結果。 ＮＯｘ熱脱離量および触媒温度の関係を示す試験結果。 ＮＯｘが触媒に吸着されている状態を示す模式図。 第１実施形態に係るＮＯ_２酸化制御の処理手順を示すフローチャート。 図６の制御を実行した場合における、弱ＮＯｘ吸着量の時間変化とＮＯ_２酸化制御の実行タイミングとの一例を示す図。 本発明の第２実施形態に係るＮＯ_２酸化制御の処理手順を示すフローチャート。 本発明の第３実施形態に係るＮＯ_２酸化制御の処理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ＮＯ_２酸化制御の処理手順を示すフローチャート。 本発明の第５実施形態に係るオゾン供給装置を示す模式図。

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（以下、エンジン１０）、過給機１１、ＮＯｘ浄化装置１２、微粒子捕集装置（以下、ＤＰＦ１３）、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、エンジン１０の出力を駆動源として走行する。エンジン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。エンジン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（つまり、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、エンジン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、エンジン１０の吸気通路１０ｉｎに配置され、吸気を圧縮してエンジン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（つまり、加圧空気）を冷却する、図示しない冷却器が配置されている。冷却器により冷却された圧縮吸気は、図示しないスロットルバルブにより流量調整され、エンジン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ＮＯｘ浄化装置１２が配置され、さらにその下流側にはＤＰＦ１３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。

排気通路１０ｅｘのうちＮＯｘ浄化装置１２の上流側には、還元剤添加装置の接続管２３が接続されている。この接続管２３から排気通路１０ｅｘへ、還元剤添加装置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る。また、還元剤添加装置は、接続管２３から排気通路１０ｅｘへオゾンを供給する機能を有しており、オゾン供給装置を提供する。

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触媒が担持されている。ＮＯｘ浄化装置１２は、排気中のＮＯｘを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。

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Ｔｃａｔが低い場合に、触媒は排気中のＮＯｘを吸着する機能を発揮する。例えば、白金や銀等の還元触媒成分、およびバリウム等の吸着成分が担体に担持されており、これらの成分が、排気中のＮＯｘを吸着して還元する触媒を提供する。触媒の吸着成分に吸着されていたＮＯｘは、触媒温度Ｔｃａｔが活性化温度以上の場合には、触媒から脱離する。そして、脱離したＮＯｘは還元触媒成分上で改質燃料により還元されて浄化される。

次に、改質燃料またはオゾンを生成して接続管２３から排気通路１０ｅｘへ添加する還元剤添加装置について説明する。還元剤添加装置は、以下に詳述する反応容器２０、ヒータ２１、噴射弁２２、オゾナイザ３０、送風機５０、接続管２３、供給管２６、開閉弁２６ｖおよび電子制御装置（以下、ＥＣＵ４０）を備える。

オゾナイザ３０は、放電によりオゾンを生成する電極３１と、電極３１を内部に収容する電極収容ケース３２とを有する。電極収容ケース３２は内部に流通路３２ａを形成し、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（以下、マイコン４１）により制御される。オゾナイザ３０の電極収容ケース３２には、送風機５０により送風された空気が流入する。

電極３１へ電圧を印加して電極３１間で放電させると、電極間通路３１ａを流通する酸素分子がオゾンに変化する。要するに、電極３１に電圧を印加して送風機５０を作動させた状態にすれば、各々の電極３１間において、高活性物質であるオゾンが生成される。生成されたオゾンは、送風機５０の送風圧力により電極間通路３１ａおよび流通路３２ａから流出する。

送風機５０は、ブロワケース内に収容されたファンを電動モータで回転駆動させることで空気を送風する構造である。送風機５０から吹き出された空気はオゾナイザ３０へ供給され、電極収容ケース３２の内部、つまり電極３１が配置されている流通路３２ａへ供給される。送風機５０による送風量は、電動モータへの通電をマイコン４１が制御することで調節される。例えば、電動モータへの供給電力量をマイコン４１がデューティ制御することで送風量を制御する。

オゾナイザ３０は、供給管２６を介して反応容器２０に接続される。供給管２６には、電磁駆動式の開閉弁２６ｖが取り付けられている。開閉弁２６ｖは反応容器２０の上流側に位置する。開閉弁２６ｖの開閉駆動はマイコン４１により制御される。詳細には、開閉弁２６ｖの弁体は全開位置と全閉位置とに切り替え制御され、供給管２６を開閉する。

したがって、送風機５０を駆動させて開閉弁２６ｖを開弁作動させると、オゾナイザ３０から流出したオゾンを含む空気は、供給管２６、反応容器２０および接続管２３を順に流通して排気通路１０ｅｘへ流入することとなる。また、排気圧力が高い場合に開閉弁２６ｖを閉弁させることで、排気が供給管２６を逆流してオゾナイザ３０へ流れ込むことを抑制できる。よって、排気に含まれる煤等の異物が電極３１に付着することを抑制でき、異物付着により放電が妨げられることを抑制できる。

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、エンジン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、ヒータ２１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（つまり、改質燃料）は、接続管２３を通じて排気通路１０ｅｘに流入する。

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（つまり、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（つまり、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。また、反応室２０ａへ供給される空気にオゾンが多く含まれているほど、燃料が部分酸化される反応が促進される。つまり、部分酸化されずに反応室２０ａから流出してしまう燃料（つまり、非改質燃料）が少なくなる。

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等のプロセッサと、を備える。ＥＣＵ４０は、単位時間当りのエンジン回転数およびエンジン負荷等の各種検出値に基づき、エンジン１０の作動を制御する。

エンジン回転数は、エンジン１０の出力軸近傍に取り付けられたクランク角センサ１４により検出される。エンジン負荷を表わす物理量としては、吸気圧、吸気量、アクセルペダル踏込量等が挙げられる。吸気圧は、吸気通路１０ｉｎのうちコンプレッサ１１ｃの下流側部分に取り付けられた吸気圧センサ１５により検出される。吸気量は、吸気通路１０ｉｎのうちコンプレッサ１１ｃの上流側部分に取り付けられたエアフロメータ１６により検出される。アクセルペダル踏込量は、アクセルペダルに取り付けられたアクセルセンサ１７により検出される。

ＥＣＵ４０は、エンジン回転数やエンジン負荷等のエンジン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、排気温度センサ４３、排気圧センサ４４、送風量センサ４５および送風圧センサ４６により検出された物理量を取得する。そして、これらの物理量に基づき、還元剤添加装置の作動を制御する。

触媒温度センサ４２は、ＮＯｘ浄化装置１２に取り付けられ、触媒の雰囲気温度（つまり、触媒温度Ｔｃａｔ）を検出する。排気温度センサ４３は、排気通路１０ｅｘに取り付けられて排気温度を検出する。排気圧センサ４４は、排気通路１０ｅｘに取り付けられて排気圧力を検出する。排気温度センサ４３および排気圧センサ４４は、排気通路１０ｅｘのうちＮＯｘ浄化装置１２の上流側、かつタービン１１ａの下流側に取り付けられている。送風量センサ４５は、供給管２６のうちオゾナイザ３０の上流側かつ送風機５０の下流側に取り付けられており、送風機５０により送風される空気の量である送風量を検出する。送風圧センサ４６は、供給管２６のうち反応容器２０の上流側かつオゾナイザ３０の下流側に取り付けられており、供給管２６内の空気の圧力である送風圧力を検出する。

概略、ＥＣＵ４０は以下のように還元剤添加装置の作動を制御する。すなわち、反応室温度Ｔｈに基づき、排気通路１０ｅｘへ還元剤を供給する還元剤供給制御と、排気通路１０ｅｘへオゾンを供給するオゾン供給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２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、還元剤添加装置の作動を制御する。先ず、図２のステップＳ１０において、エンジン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Ｓ１９において還元剤添加装置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への供給を停止させる制御である。つまり、送風機５０、オゾナイザ３０、ヒータ２１、噴射弁２２を全て停止させ、開閉弁２６ｖを閉弁作動させる。

一方、ステップＳ１０によりエンジン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、触媒温度Ｔｃａｔが第１所定温度Ｔ１より高温であるか否かを判定する。第１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Ｔｃａｔ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Ｔｃａｔが第３所定温度Ｔ３より高温であるか否かを判定する。第３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Ｓ１４において、触媒温度Ｔｃａｔが第４所定温度Ｔ４より高温であるか否かを判定する。

第１所定温度Ｔ１および第２所定温度Ｔ２は、第３所定温度Ｔ３より高温に設定されている。第１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、第３所定温度Ｔ３が２００℃である場合、第２所定温度Ｔ２を３５０℃、第１所定温度Ｔ１を４００℃に設定する。ここで、第３所定温度Ｔ３とは、触媒上でＮＯｘを還元浄化できる最低温度（つまり、活性化温度）のことである。第４所定温度Ｔ４とは、触媒に活性酸素を吸着できる最低温度のことであり、第３所定温度よりも低温に設定されている。

ステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４の判定により、触媒温度Ｔｃａｔが第４所定温度Ｔ４より低温と判定された場合、ステップＳ１９にて先述した全停止制御を実施する。触媒温度Ｔｃａｔが第４所定温度Ｔ４より高温、かつ第３所定温度Ｔ３より低温と判定された場合、ステップＳ１５にてオゾン供給制御を実施する。触媒温度Ｔｃａｔが第３所定温度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Ｓ１６にて強酸化制御を実施する。触媒温度Ｔｃａｔが第２所定温度Ｔ２より高温、かつ第１所定温度Ｔ１より低温と判定された場合、ステップＳ１７にて弱酸化制御を実施する。触媒温度Ｔｃａｔが第１所定温度Ｔ１より高温と判定された場合、ステップＳ１８にて酸化停止制御を実施する。

さて、噴射した燃料と供給される空気の比率である当量比、および噴射された燃料の雰囲気温度を所定範囲に調整すると、噴射された燃料は、熱炎反応に達することなく冷炎反応する。熱炎反応とは、燃料が完全燃焼して二酸化炭素および水が生成される反応である。冷炎反応とは、空気中の酸素により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である改質燃料の具体例として、炭化水素化合物である燃料の一部が、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。この知見に基づいて、ステップＳ１６、Ｓ１７、Ｓ１８に係る強酸化制御、弱酸化制御、酸化停止制御では、改質燃料が触媒に供給されるように、当量比および雰囲気温度を調整している。

ステップＳ１６に係る強酸化制御では、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冷炎反応して部分酸化される。

具体的には、反応室温度センサ２７による検出値である反応室温度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、熱炎反応に達することなく冷炎反応させる雰囲気温度（例えば３７０℃）となるように設定されている。

さらに、上記強酸化制御では、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へ供給するための還元剤添加量を、目標燃料量Ｆｔｒｇとして算出する。例えば、単位時間当たりにＮＯｘ浄化装置１２へ流入するＮＯｘ流入量および触媒温度Ｔｃａｔに基づき、目標燃料量Ｆｔｒｇを設定する。ＮＯｘ流入量は、エンジン１０の運転状態に基づき推定される。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Ｔｃａｔに応じて触媒上でＮＯｘが還元される量（つまり還元力）が異なってくるので、触媒温度Ｔｃａｔによる還元力の違いに応じて目標燃料量Ｆｔｒｇを設定する。そして、算出した目標燃料量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。

さらに、上記強酸化制御では、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。そして、目標当量比φｔｒｇおよび目標燃料量Ｆｔｒｇに基づき目標空気量Ａｔｒｇを算出し、この目標空気量Ａｔｒｇに基づき、送風機５０の作動を制御する。上述のごとく反応室温度Ｔｈおよび当量比を制御することで、冷炎反応を生じさせて改質燃料が生成される。

さらに、上記強酸化制御では、開閉弁２６ｖを開弁制御するとともに、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、反応室２０ａ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、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内に供給されるので、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。

このように、ステップＳ１６の強酸化制御によれば、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、ステップＳ１７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。つまり、ヒータ制御、燃料噴射制御、エアポンプ制御および開弁制御を実施する。但し、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。

ステップＳ１７の弱酸化制御によれば、ヒータ制御による加熱を実施して部分酸化させている。これに対し、ステップＳ１８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。これにより、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、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。

ステップＳ１８による酸化停止制御では、燃料噴射制御、エアポンプ制御および開弁制御を実施する。但し、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、かつ、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２のステップＳ１５に係るオゾン供給制御では、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、開閉弁２６ｖを開弁作動させた状態で送風機５０を作動させることで、生成したオゾンを、供給管２６および接続管２３を通じて排気通路１０ｅｘへ供給する。これにより、ＮＯｘ浄化装置１２の触媒が活性化していない場合において、排気中のＮＯがオゾンによりＮＯ_２に酸化されて、触媒へのＮＯｘ吸着量が増大する。

このように、ステップＳ１５の処理を実行している時のマイコン４１は、触媒温度Ｔｃａｔが活性化温度未満である場合に排気通路１０ｅｘへオゾンを供給して排気中のＮＯを酸化させるＮＯ酸化制御部に相当する。また、このようにオゾンを供給している時の還元剤添加装置は、排気通路１０ｅｘへオゾンを供給するオゾン供給装置に相当する。また、オゾン供給装置の作動を制御して排気通路１０ｅｘへのオゾン供給量を制御している時のＥＣＵ４０は、オゾン供給制御装置に相当する。

オゾン供給制御では、ＥＣＵ４０はエンジン１０の運転状態を取得する。運転状態には、エンジン負荷、エンジン回転数および排気温度Ｔｅｘが含まれる。ＥＣＵ４０は、運転状態に基づき、単位時間当たりの排気量および排気中のＮＯ濃度を算出し、これらの値から、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。このようにして推定されたＮＯ量に基づき、ＥＣＵ４０は、排気中のＮＯを酸化させるのに必要なオゾン量を目標オゾン量Ｏｔｒｇとして算出する。そして、目標オゾン量Ｏｔｒｇのオゾンを生成して供給するように、オゾナイザ３０への供給電力および送風機５０による送風量を制御する。

なお、本実施形態に反してオゾン供給制御時にヒータ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、オゾン供給制御時には、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る。これにより、オゾンが燃料と反応することや加熱崩壊を回避でき、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。

さて、本発明者らがＮＯｘ吸着量、ＮＯｘ吸着率および触媒温度の関係を試験したところ、図３に示す結果が得られた。ＮＯｘ吸着量とは、浄化装置１２で吸着されているＮＯｘ量のことであり、浄化装置１２の１リットル容積当りに吸着されているＮＯｘの質量である。ＮＯｘ吸着率とは、浄化装置１２へ流入させたＮＯｘ量に対するＮＯｘ吸着量の割合のことである。この試験では、所定温度に触媒温度を維持させた状態で、浄化装置１２へＮＯｘを流入させた時のＮＯｘ吸着量およびＮＯｘ吸着率を計測している。上記所定温度を１００℃、１５０℃、２００℃の各々に設定した場合について、上記試験を実施して図３に示す試験結果を得ている。

図３の試験結果は、いずれの触媒温度であっても、ＮＯｘ吸着量の増大に伴いＮＯｘ吸着率が低下していくことを示し、また、触媒温度が低いほど、ＮＯｘ吸着力が弱くなり、ＮＯｘ吸着量の増大に伴うＮＯｘ吸着率の低下が顕著になることを示す。このような試験結果になる理由は、触媒温度が低いほど、触媒の活性化度合いが低く、触媒の酸化力が低下していることが原因と考察される。

次に、本発明者らがＮＯｘ熱脱離量および触媒温度の関係を試験したところ、図４に示す結果が得られた。ＮＯｘ熱脱離とは、触媒に吸着されているＮＯｘが、触媒の温度上昇に伴い触媒から脱離を開始する現象のことである。図４は、十分な量のＮＯｘが吸着された状態の触媒を温度上昇させていき、ＮＯｘ熱脱離量を計測した試験結果である。図４中の実線（１）は、触媒温度を１００℃に維持させた状態で十分な量のＮＯｘを吸着させて、ＮＯｘ熱脱離量を計測した結果である。図４中の一点鎖線（２）は、触媒温度を２００℃に維持させた状態で十分な量のＮＯｘを吸着させて、ＮＯｘ熱脱離量を計測した結果である。

先述した通り、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触媒から熱脱離する。但し厳密には、図４に示すように、活性化温度Ｔ３よりも低温の時点から熱脱離は開始する。そして、図４の（１）（２）に示す試験結果から、ＮＯｘ吸着時の触媒温度が低いほど、ＮＯｘ吸着力が弱いことに起因して、ＮＯｘ熱脱離の開始温度が低くなることが分かる。具体的には、１００℃で吸着した場合には１５０℃で熱脱離を開始し、２００℃で吸着した場合には２２５℃で熱脱離を開始する。図４の例では、１００℃で吸着した場合と２００℃で吸着した場合のいずれにおいても、活性化温度Ｔ３に達するまでに熱脱離を開始する。そして、熱脱離開始温度が低いほど、活性化温度Ｔ３に達するまでのＮＯｘ熱脱離量、つまり還元されずに大気へ放出されるＮＯｘ量が多くなる。

図４中の点線（３）は、ＮＯｘが吸着された状態の触媒にオゾンを添加し、その後で、触媒を温度上昇させてＮＯｘ熱脱離量を計測した結果である。（３）の試験でのＮＯｘ吸着時の触媒温度は、（１）の試験でのＮＯｘ吸着時の触媒温度（つまり１００℃）と同じに設定されている。なお、（１）の試験では、上記オゾン添加を実施することなく、触媒を温度上昇させてＮＯｘ熱脱離量を計測した結果である。

図４の（１）（３）に示す試験結果によると、オゾン添加を実施していない場合には１５０℃から熱脱離が開始し、オゾン添加を実施した場合には２５０℃から熱脱離が開始する。したがって、例えば活性化温度Ｔ３が２７０℃である場合には、オゾン添加を実施していないと、触媒温度が活性化温度に上昇するまでの間に、多くのＮＯｘが熱脱離してしまい、還元されずに大気へ放出されることになる。これに対しオゾン添加を実施すれば、還元されずに大気放出されるＮＯｘは無視できる程度に少量になることが図４の試験結果から分かる。

オゾン添加により熱脱離開始温度が高くなる理由について、本発明者らは次のように考察している。図５は、還元触媒成分に白金を用い、吸着成分にバリウムを用いた場合において、ＮＯｘがバリウムに吸着されている状態を模式的に示す。触媒に吸着されているＮＯｘには、ＮＯ_２とＮＯ_３が存在する。ＮＯ_２の吸着力はＮＯ_３の吸着力に比べて弱いので、ＮＯ_２の方がＮＯ_３に比べて低温で熱脱離を開始する。そこで、上述の如くオゾン添加を実施すると、図５の左欄に示すＮＯ_２（弱ＮＯｘ）が酸化されてＮＯ_３（強ＮＯｘ）に変化する。つまり、オゾン添加によりＮＯｘの吸着力が強くなり、熱脱離開始温度が高くなる。

この点に着目した本実施形態では、触媒に吸着されているＮＯｘのうちＮＯ_２の吸着量を推定する。そして、推定したＮＯ_２吸着量が所定の閾値以上であり、かつ、触媒温度が活性化温度未満である場合に、オゾンを供給してＮＯ_２をＮＯ_３に酸化させている。これにより、触媒温度が活性化温度に上昇するまでの間におけるＮＯｘ熱脱離量を低減し、還元されずに大気へ放出されるＮＯｘ量の低減が図られる。

具体的には、図６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、オゾン供給装置の作動を制御し、オゾン供給によるＮＯ_２の酸化を図る。先ず、図６のステップＳ２０において、触媒へのＮＯｘ吸着量Ａを算出する。このＮＯｘ吸着量Ａには、弱ＮＯｘおよび強ＮＯｘの両方が含まれている。算出手法の一例としては、エンジン１０の運転状態に応じた推定が挙げられる。例えば、エンジン負荷、エンジン回転数、ＥＧＲ率、過給圧等のエンジン運転状態の値に対するＮＯｘの排出量を、予め試験して取得しておき、その試験結果をマップ化して記憶させておく。そして、実際に検出されたエンジン運転状態の値に基づき、上記マップを参照してＮＯｘ排出量を算出する。そして、ＮＯｘ排出量とＮＯｘ吸着量Ａとの相関に基づき、算出されたＮＯｘ排出量からＮＯｘ吸着量Ａを算出する。例えば、ＮＯｘ吸着量Ａに所定の係数を乗算してＮＯｘ吸着量Ａを算出する。

続くステップＳ２１では、触媒温度センサ４２により検出された触媒温度に基づき弱ＮＯｘ係数Ｋを設定する。弱ＮＯｘ係数Ｋとは、ＮＯｘ吸着量Ａに対する弱ＮＯｘ量の割合のことである。例えば、触媒温度に対する弱ＮＯｘ係数Ｋの値を、予め試験して取得しておき、その試験結果をマップＭ１にして記憶させておく。そして、実際に検出された触媒温度に基づき、上記マップＭ１を参照して弱ＮＯｘ係数Ｋを算出する。

弱ＮＯｘ係数Ｋは、触媒温度が高いほど小さい値に設定される。但し、図６中のマップＭ１に示すように、触媒温度が所定温度（例えば２５０℃）以上であれば、弱ＮＯｘ係数Ｋは最小値に固定される。また、触媒温度が所定温度（例えば１００℃）未満であれば、弱ＮＯｘ係数Ｋは最大値に固定される。

続くステップＳ２２では、ステップＳ２０で算出したＮＯｘ吸着量Ａに、ステップＳ２１で設定した弱ＮＯｘ係数Ｋを乗算することで、弱ＮＯｘ吸着量Ａ１を算出する。このステップＳ２２で算出される弱ＮＯｘ吸着量Ａ１は瞬時的なものであり、単位時間あたりに触媒に吸着される量である。続くステップＳ２３では、このような瞬時的な弱ＮＯｘ吸着量Ａ１を積算して、現時点で触媒に吸着されている弱ＮＯｘの積算値を算出する。先述した通り、マップＭ１に記憶されている弱ＮＯｘ係数Ｋは、触媒温度が高いほど小さい値に設定されている。よって、ＮＯｘ吸着時の触媒温度が高いほど、ＮＯｘ瞬時吸着量に対するＮＯ_２瞬時吸着量の割合を小さく見積もってＮＯ_２吸着量が推定される。

ステップＳ２０、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３の処理をまとめてステップＳ２００と呼び、このステップＳ２００を実行している時のマイコン４１は、特許請求の範囲に記載の「推定部」に相当する。そして、ステップＳ２３で算出される積算値が、推定部により推定されるＮＯ_２の吸着量に相当する。

続くステップＳ２４では、ステップＳ２３で算出した積算値が所定の閾値ＴＨ１以上であるか否かを判定する。閾値ＴＨ１以上であると判定された場合には、続くステップＳ２５において、触媒温度Ｔｃａｔが活性化温度Ｔ３未満であるか否かを判定する。活性化温度Ｔ３未満と判定された場合、続くステップＳ２６において、先述したように弱ＮＯｘを強ＮＯｘに変化させるためのオゾンを排気通路１０ｅｘへ供給する制御であるＮＯ_２酸化制御の実行フラグをオンに設定する。

このＮＯ_２酸化制御では、図２のステップＳ１５におけるオゾン供給制御（ＮＯ酸化制御）と同様の制御を実行する。すなわち、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、開閉弁２６ｖを開弁作動させた状態で送風機５０を作動させることで、生成したオゾンを、供給管２６および接続管２３を通じて排気通路１０ｅｘへ供給する。これにより、ＮＯｘ浄化装置１２の触媒が活性化していない場合において、触媒に吸着されているＮＯ_２がオゾンによりＮＯ_３に酸化されて、触媒へのＮＯｘ吸着力が強くなる。つまり、弱ＮＯｘが強ＮＯｘに変化する。

なお、触媒温度Ｔｃａｔが活性化温度に達している場合、還元剤によるＮＯｘの還元が可能であるため、弱ＮＯｘを強ＮＯｘに変化させる必要性が低い。そこで、ステップＳ２５について触媒温度Ｔｃａｔが活性化温度Ｔ３未満でないと判定された場合には、ステップＳ２６によるＮＯ_２酸化制御を実行することなく、図６の処理を終了する。

図６のステップＳ２６によるＮＯ_２酸化制御および図２のステップＳ１５によるＮＯ酸化制御は、いずれもが排気通路１０ｅｘへオゾンを供給する制御である。これらの制御の両方を同時に実行させる場合には、オゾン供給量を次のように設定する。すなわち、排気中のＮＯを酸化させるのに必要なオゾン量であるＮＯ酸化用オゾン量に、所定量のオゾン量をＮＯ_２酸化用オゾン量として加算した量を、目標オゾン量Ｏｔｒｇとして算出する。そして、このように設定された目標オゾン量Ｏｔｒｇを供給するように、オゾナイザ３０および送風機５０への電力供給量を制御する。なお、図２のステップＳ１９にて全停止制御を実行している場合であっても、図６のステップＳ２６にてＮＯ_２酸化制御の実行フラグがオンに設定されている場合、ステップＳ２６の処理をステップＳ１９よりも優先させて、オゾン供給を実行する。

図７は、エンジン１０の運転開始時点からの各種変化を示しており、図中の最上段は、ＮＯｘ吸着量および弱ＮＯｘ吸着量であって瞬時吸着量の積算値の変化を示す。ＮＯｘ吸着量は、弱ＮＯｘ吸着量および強ＮＯｘ吸着量を合算した値である。図中の最下段は、触媒温度の変化を示す。時間経過とともに触媒温度が上昇していき、ｔ３時点で活性化温度Ｔ３に達している。したがって、エンジン１０始動からｔ３時点までの期間では、図２のステップＳ１５によるオゾン供給制御、つまりＮＯ酸化制御の実行フラグがオンに設定され、ＮＯ酸化用オゾンが排気通路１０ｅｘへ供給される。

また、図７の例では、エンジン１０始動から活性化温度到達のｔ３時点までの期間において、弱ＮＯｘ吸着量の積算値が閾値ＴＨ１にｔ１時点で達している。そのため、ｔ１時点で図６のステップＳ２４にて肯定判定されて、ステップＳ２６によるＮＯ_２酸化制御の実行フラグがオンに設定されている。その後、弱ＮＯｘ吸着量の積算値がゼロになったｔ２時点でＮＯ_２酸化制御の実行フラグがオフに設定されている。したがって、ｔ１時点からｔ２時点の期間において、ＮＯ_２酸化用オゾンが排気通路１０ｅｘへ供給される。なお、ｔ１時点からｔ２時点の期間では、ＮＯ酸化制御およびＮＯ_２酸化制御の両方について実行フラグがオンに設定されているので、この期間では、ＮＯ酸化用オゾンに加えてＮＯ_２酸化用オゾンが排気通路１０ｅｘへ供給される。

活性化温度到達のｔ３時点以降では、触媒からのＮＯｘ熱脱離量の増大に伴い、ＮＯｘ吸着量積算値が減少していく。但し、活性化温度到達のｔ３時点で、図２のステップＳ１５によるオゾン供給制御から、ステップＳ１６の強酸化制御に切り替えて、還元剤としての改質燃料の添加を開始するので、触媒から熱脱離したＮＯｘは還元される。

以上により、本実施形態によれば、触媒に吸着されているＮＯｘのうちＮＯ_２の吸着量である弱ＮＯｘ量を推定する推定部が、ステップＳ２００の処理により提供される。そして推定された弱ＮＯｘ量が閾値ＴＨ１以上であり、かつ、触媒温度Ｔｃａｔが活性化温度Ｔ３未満である場合に、排気通路１０ｅｘへオゾンを供給して弱ＮＯｘを強ＮＯｘに酸化させるＮＯ_２酸化制御部が、ステップＳ２６の処理により提供される。そのため、触媒温度が活性化温度未満である低温時において、弱ＮＯｘ量が閾値ＴＨ１にまで溜まるとオゾンが供給され、吸着力の弱い弱ＮＯｘが強ＮＯｘに変化することになる。よって、触媒が温度上昇していく過程において、低温の早いタイミングで触媒から脱離するＮＯｘの量を低減でき、還元されずに大気へ放出されるＮＯｘ量を低減できる。

さらに本実施形態では、推定部は、触媒へのＮＯ_２の瞬時吸着量を積算してＮＯ_２吸着量を推定しており、ＮＯｘ吸着時の触媒温度が高いほど、ＮＯｘの瞬時吸着量に対するＮＯ_２の瞬時吸着量の割合を小さく見積もってＮＯ_２の瞬時吸着量を推定する。ここで、触媒に吸着されるＮＯｘの多くはＮＯ_２やＮＯ_３の状態で吸着されることは先述した通りであり、吸着時の触媒温度が低いほど、ＮＯ_３の状態で吸着されにくくなり、強ＮＯｘに対する弱ＮＯｘの割合が高くなる。したがって、触媒へ流入するＮＯｘ量が同じで、かつ、そのＮＯｘに含まれるＮＯ_２の割合が同じであっても、その時の触媒温度が低いほど、弱ＮＯｘの割合が多くなる。この点を鑑みた本実施形態では、上述したようにＮＯｘ吸着時の触媒温度が高いほど、ＮＯｘの瞬時吸着量に対するＮＯ_２の瞬時吸着量の割合を小さく見積もるので、吸着時の触媒温度が高いほど弱ＮＯｘ量が少なく推定される。よって、吸着時の触媒温度をも考慮して弱ＮＯｘ量を推定するので、弱ＮＯｘ量を精度良く推定できる。

さらに本実施形態では、上昇していく触媒温度が活性化温度に達した以降は、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供給する。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。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、図６のステップＳ２００に示す手順で弱ＮＯｘ量を推定している。これに対し本実施形態では、ステップＳ２００による推定処理を、図８のステップＳ２００ａに示す処理に変更させている。具体的には、先ず図８のステップＳ２０、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３において、図６と同様にして、ＮＯｘ吸着時の触媒温度が高いほど、ＮＯｘの瞬時吸着量に対するＮＯ_２の瞬時吸着量の割合を小さく見積もって、瞬時ＮＯ_２吸着量の積算値を算出する。

続くステップＳ２３ａ、Ｓ２３ｂ、Ｓ２３ｃでは、弱ＮＯｘが強ＮＯｘに遷移した量を加味して、ステップＳ２３で算出されたＮＯ_２吸着量を補正する。具体的には、先ずステップＳ２３ａにおいて、現時点での触媒温度に基づき強ＮＯｘ遷移係数Ｋａを設定する。強ＮＯｘ遷移係数Ｋａとは、弱ＮＯｘ量に対する、弱ＮＯｘから強ＮＯｘに遷移した量の割合のことである。例えば、触媒温度に対する強ＮＯｘ遷移係数Ｋａの値を、予め試験して取得しておき、その試験結果をマップＭ２にして記憶させておく。そして、実際に検出された触媒温度に基づき、上記マップＭ２を参照して強ＮＯｘ遷移係数Ｋａを算出する。

強ＮＯｘ遷移係数Ｋａは、触媒温度が高いほど大きい値に設定される。よって、触媒温度が高いほど、強ＮＯｘへの遷移量を小さく見積もってＮＯ_２吸着量が推定される。但し、図８中のマップＭ２に示すように、触媒温度が所定温度（例えば１００℃）未満であれば、強ＮＯｘ遷移係数Ｋａは触媒温度に拘らず一定の値に固定される。特に、ＮＯ_２酸化用オゾンが供給されていない場合には、触媒温度が所定温度未満であれば強ＮＯｘ遷移係数Ｋａはゼロに固定され、強ＮＯｘへの遷移が生じないとみなす。一方、ＮＯ_２酸化用オゾンが供給されている場合には、触媒温度が所定温度未満であっても強ＮＯｘへの遷移が一定量生じるとみなす。

続くステップＳ２３ｂでは、ステップＳ２３で算出した弱ＮＯｘ吸着量Ａ１の積算値に、ステップＳ２３ａで設定した強ＮＯｘ遷移係数Ｋａを乗算することで、弱ＮＯｘから強ＮＯｘへ遷移した量である強ＮＯｘ遷移量Ａ２を算出する。続くステップＳ２３ｃでは、ステップＳ２３で算出した弱ＮＯｘ吸着量Ａ１の積算値から、ステップＳ２３ｂで算出した強ＮＯｘ遷移量Ａ２を減算することで、弱ＮＯｘ吸着量Ａ１の積算値を補正する。

続くステップＳ２４では、ステップＳ２３ｃで補正された弱ＮＯｘ吸着量Ａ１の積算値が所定の閾値ＴＨ１以上であるか否かを判定する。閾値ＴＨ１以上であると判定され、かつ、ステップＳ２５にて触媒温度が活性化温度に達していると判定された場合には、続くステップＳ２６において、図６と同様にＮＯ_２酸化制御の実行フラグをオンに設定する。なお、上記第１実施形態に係る図２の処理については、本実施形態でも同様に実行する。

以上により、本実施形態によれば、触媒に吸着されているＮＯｘのうち、温度上昇に伴いＮＯ_２からＮＯ_３に遷移した量をＮＯ_３遷移量、つまり強ＮＯｘ遷移量Ａ２とする。そして、ステップＳ２００ａによる推定部は、ＮＯ_２の瞬時吸着量を積算したＮＯ_２吸着量よりも強ＮＯｘ遷移量Ａ２だけ少ない値を、ＮＯ_２吸着量として推定する。ここで、触媒温度が所定温度（例えば１００℃）以上であれば、オゾンにより弱ＮＯｘが強ＮＯｘに変化する酸化反応とは別に、弱ＮＯｘが強ＮＯｘに遷移する現象が生じる。この点を鑑みた本実施形態では、このように遷移したＮＯ_３遷移量、つまり強ＮＯｘ遷移量Ａ２を考慮して、弱ＮＯｘ量を推定するので、弱ＮＯｘ量を精度良く推定できる。

さらに本実施形態では、触媒温度が所定温度（例えば１００℃）以上であれば、触媒温度が高いほど強ＮＯｘ遷移量Ａ２が多くなることに着目し、触媒温度が高いほど強ＮＯｘ遷移量Ａ２を多く見積もってＮＯ_２吸着量を推定する。そのため、触媒に吸着した弱ＮＯｘが、その後強ＮＯｘに遷移することをも考慮して弱ＮＯｘ量が推定されるので、弱ＮＯｘ量を精度良く推定できる。

（第３実施形態）
本実施形態では、上記第１実施形態に係る図６の処理を、図９の処理に変更している。先ず、図９のステップＳ２０ａにおいて、エンジン１０から排出されるＮＯｘ量が所定量未満であるか否かを判定する。具体的には、先述したエンジン負荷が所定の閾値ＴＨ３未満であれば、排出されるＮＯｘ量が所定量未満であるとみなす。

ステップＳ２０ａにてエンジン負荷が閾値ＴＨ３以上と判定された場合、図６のステップＳ２００と同様にして、弱ＮＯｘ吸着量Ａ１の積算値を算出して弱ＮＯｘ吸着量を推定する。そして、その積算値が閾値ＴＨ１以上であると判定され、かつ、ステップＳ２５にて触媒温度が活性化温度に達していると判定された場合には、ステップＳ２６によるＮＯ_２酸化制御を実行する。一方、ステップＳ２０ａにてエンジン負荷が閾値ＴＨ３未満と判定された場合、弱ＮＯｘ吸着量が閾値ＴＨ１以上であるか否かに拘らず、触媒温度Ｔｃａｔが活性化温度Ｔ３未満であることを条件としてステップＳ２６によるＮＯ_２酸化制御を実行する。

ステップＳ２０ａ、Ｓ２６の処理を実行している時のマイコン４１は、ＮＯｘ排出量が所定量未満である場合には、弱ＮＯｘ吸着量が少ない場合であってもオゾンを供給して弱ＮＯｘを酸化させる臨時ＮＯ_２酸化制御部に相当する。なお、上記第１実施形態に係る図２の処理については、本実施形態でも同様に実行する。

以上により、本実施形態に係るオゾン供給制御装置は、先述した図２のステップＳ１５によるＮＯ酸化制御部、および上述した臨時ＮＯ_２酸化制御部を備える。これによれば、以下の理由によりオゾン供給装置を小型化できる。すなわち、図７に例示するように、ＮＯ_２酸化制御を実行するｔ１時点からｔ２時点の期間では、ＮＯ酸化制御を同時に実行する機会が多い。この場合、ＮＯ酸化用オゾン量にＮＯ_２酸化用オゾン量を加算した量のオゾン供給が要求される。よって、この期間に要求されるオゾン供給量（つまり要求オゾン量）が、オゾン供給装置の運転期間中における要求オゾン量の最大値になる蓋然性が高い。したがって、上記期間での要求オゾン量が少なくなれば、オゾン供給装置に要求されるオゾン供給量の最大値が小さくなり、オゾン供給装置を小型化できる。そして、ＮＯ酸化用オゾンに対する要求量が少ない時に、オゾンを臨時供給して弱ＮＯｘ量を少なくしておけば、ＮＯ_２酸化制御を実行する時に要求されるＮＯ_２酸化用オゾン量を少なくできる。

この点を鑑みた本実施形態では、ＮＯｘ排出量が所定量未満である場合、つまりＮＯ酸化用オゾンに対する要求量が少ない時に、臨時ＮＯ_２酸化制御により弱ＮＯｘ量を少なくしておくことができる。よって、ＮＯ_２酸化制御とＮＯ酸化制御を同時に実行する時の要求オゾン量の最大値を、臨時ＮＯ_２酸化制御により弱ＮＯｘ量を少なくしておいた分だけ小さくできる。そのため、オゾン供給装置に要求されるオゾン供給量の最大値を小さくでき、オゾン供給装置を小型化できる。

（第４実施形態）
本実施形態では、上記第１実施形態に係る図６の処理に、図１０に示すステップＳ２３ｄの処理を追加している。このステップＳ２３ｄでは、ステップＳ２４の判定に用いる閾値ＴＨ１を、エンジン１０の運転状態に基づき変更して設定する。例えば、排出されるＮＯｘ量が所定量未満となるような運転状態の場合に、所定量以上である場合に比べて閾値ＴＨ１を低くする。具体的には、エンジン負荷が所定の閾値ＴＨ３未満であれば、排出されるＮＯｘ量が所定量未満であるとみなし、閾値ＴＨ１を低下させる。

以上により、本実施形態に係るオゾン供給制御装置は、先述した図２のステップＳ１５によるＮＯ酸化制御部を備える。そして、ステップＳ２６によるＮＯ_２酸化制御の実行有無判定に用いる閾値ＴＨ１は、エンジン１０から排出されるＮＯｘ量が所定量未満である場合に、所定量以上である場合に比べて低い値に設定される。

これによれば、ＮＯｘ排出量が所定量未満である場合、つまりＮＯ酸化用オゾンに対する要求量が少ない時に、閾値ＴＨ１が低い値に変更されることで、ＮＯ_２酸化制御が実行される機会が増える。そのため、第３実施形態と同様にして、ＮＯ酸化用オゾンに対する要求量が少ない時に弱ＮＯｘ量を少なくしておくことができる。よって、ＮＯ_２酸化制御とＮＯ酸化制御を同時に実行する時の要求オゾン量の最大値を小さくできる。そのため、オゾン供給装置に要求されるオゾン供給量の最大値を小さくでき、オゾン供給装置を小型化できる。

（第５実施形態）
上記第１実施形態では、オゾンを供給する機能を有した還元剤添加装置がオゾン供給装置を提供している。これに対し本実施形態では、図１に示す反応容器２０、ヒータ２１および噴射弁２２を廃止した装置であって、図１１に示すオゾン供給装置を提供している。このオゾン供給装置は、オゾナイザ３０、送風機５０、供給管２６、接続管２３および開閉弁２６ｖを備える。

また、図１に示すＮＯｘ浄化装置１２は、Ｏ_２存在下において還元剤をＮＯｘと選択的に反応させる触媒を採用している。これに対し、本実施形態に係るＮＯｘ浄化装置１２Ａは、Ｏ_２存在下であるリーン環境でＮＯｘを吸蔵し、リッチ環境で還元剤をＮＯｘと反応させる触媒を採用している。

また、本実施形態による制御では、図２に示す処理内容を次のように変更している。すなわち、図２に示すステップＳ１１、Ｓ１２の判定を廃止するとともに、ステップＳ１６、Ｓ１７、Ｓ１８による還元剤供給の制御を廃止する。なお、ステップＳ１３にて触媒温度Ｔｃａｔが第３所定温度Ｔ３より大きいと判定された場合には、ステップＳ１９の全停止制御を実施する。そして、触媒へのＮＯｘ吸着量が閾値に達した時点で、十分な量の未燃燃料が排気中に含まれるようにエンジン１０の作動を制御する。この未燃燃料は、還元剤として触媒上でＮＯｘと反応し、ＮＯｘを還元浄化させる。

（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。

上記第１実施形態では、図７に示すように、弱ＮＯｘ吸着量の積算値がゼロになったｔ２時点でＮＯ_２酸化制御の実行フラグをオフに設定している。これに対し、上記積算値が所定量にまで低下した時点でオフに設定してもよい。或いは、ＮＯ_２酸化制御の実行フラグをオンにしたｔ１時点から所定時間が経過した時点で、ＮＯ_２酸化制御の実行フラグをオフに設定してもよい。

図１および図１１に示す実施形態では、送風機５０の下流側にオゾナイザ３０を配置しているが、送風機５０の上流側にオゾナイザ３０を配置してもよい。

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オゾン供給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オゾン供給装置を適用させて、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。

オゾン供給制御装置としてのＥＣＵ４０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。また、ＥＣＵ４０に替えてマイコン４１がオゾン供給制御装置を提供してもよいし、マイコン４１が有するプロセッサがオゾン供給制御装置を提供してもよい。

１０…内燃機関、１０ｅｘ…排気通路、２３…接続管（オゾン供給装置）、２６…供給管（オゾン供給装置）、２６ｖ…開閉弁（オゾン供給装置）、３０…オゾナイザ（オゾン供給装置）、４０…ＥＣＵ（オゾン供給制御装置）、５０…送風機（オゾン供給装置）、Ｓ２６…ＮＯ_２酸化制御部、Ｓ２００…推定部、Ｓ２００ａ…推定部。

Claims (6)

1. 内燃機関（１０）の排気中のＮＯｘを吸着して還元する触媒が配置されている排気通路（１０ｅｘ）のうち、前記触媒の上流側へオゾンを供給するオゾン供給装置の作動を制御するオゾン供給制御装置において、
   前記触媒に吸着されているＮＯｘのうちＮＯ_２の吸着量を推定する推定部（Ｓ２００、Ｓ２００ａ）と、
   前記推定部により推定されたＮＯ_２吸着量が所定の閾値以上であり、かつ、触媒温度が活性化温度未満である場合に、前記排気通路へオゾンを供給して前記触媒に吸着されているＮＯ_２を酸化させるＮＯ_２酸化制御部（Ｓ２６）と、
   を備えるオゾン供給制御装置。
2. 前記推定部は、前記触媒へのＮＯ_２の瞬時吸着量を積算した値を前記ＮＯ_２吸着量として推定しており、ＮＯｘ吸着時の触媒温度が高いほど、ＮＯｘの瞬時吸着量に対するＮＯ_２の瞬時吸着量の割合を小さく見積もってＮＯ_２の瞬時吸着量を推定する請求項１に記載のオゾン供給制御装置。
3. 前記触媒に吸着されているＮＯｘのうち、温度上昇に伴いＮＯ_２からＮＯ_３に遷移した量をＮＯ_３遷移量とし、
   前記推定部は、ＮＯ_２の瞬時吸着量を積算した値よりも前記ＮＯ_３遷移量だけ少ない値を、前記ＮＯ_２吸着量として推定する請求項２に記載のオゾン供給制御装置。
4. 前記推定部は、触媒温度が高いほど前記ＮＯ_３遷移量を多く見積もって前記ＮＯ_２吸着量を推定する請求項３に記載のオゾン供給制御装置。
5. 触媒温度が活性化温度未満である場合に、前記排気通路へオゾンを供給して排気中のＮＯを酸化させるＮＯ酸化制御部（Ｓ１５）と、
   前記内燃機関から排出されるＮＯｘ量が所定量未満である場合には、前記ＮＯ_２吸着量が前記閾値以上であるか否かに拘らず、前記排気通路へオゾンを供給して前記触媒に吸着されているＮＯ_２を酸化させる臨時ＮＯ_２酸化制御部（Ｓ２０ａ、Ｓ２６）と、
   を備える請求項１〜４のいずれか１つに記載のオゾン供給制御装置。
6. 触媒温度が活性化温度未満である場合に、前記排気通路へオゾンを供給して排気中のＮＯを酸化させるＮＯ酸化制御部（Ｓ１５）を備え、
   前記閾値は、前記内燃機関から排出されるＮＯｘ量が所定量未満である場合には、所定量以上である場合に比べて低い値に設定される請求項１〜４のいずれか１つに記載のオゾン供給制御装置。

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