JP2021195924A - オゾン供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車載可能なシステム体格で、オゾン供給量の高精度な制御をより簡易に実現可能なオゾン供給装置を提供する。【解決手段】オゾン供給装置１０は、内燃機関４０の排気管４３に接続され、内燃機関からの排気を浄化する排気浄化触媒４６，４７の上流にオゾンを供給し、オゾン生成器１２と、生成されたオゾンを貯蔵する貯蔵器１３と、オゾン生成器から貯蔵器に向かう正方向の流れのみ許容する逆止弁１１０と、貯蔵器と排気管とを接続または遮断する供給弁１１１と、制御部１５と、を備える。制御部は、オゾン供給の要求があった場合に、供給弁を接続状態に制御して貯蔵器に貯蔵されたオゾンを排気管に供給する供給モードを実行し、オゾン供給の要求がない場合に、供給弁を遮断状態に制御して、貯蔵器にオゾンを充填する充填モードと、オゾンを貯蔵器内に保持する保持モードとを、貯蔵器内のオゾンの貯蔵状態に基づいて切換えて実行する。【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の排気系にオゾンや活性酸素種を供給するオゾン供給装置に関する。

排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）等を浄化するために、オゾンや活性酸素種を生成し、内燃機関の排気系に供給するオゾン供給装置が知られている。このようなオゾン供給装置においては、適時に適量のオゾンを内燃機関の排気管等に供給するために、オゾン供給量を高精度に制御することが求められる。特許文献１では、オゾン供給装置からのオゾン供給量を高精度に制御するために、エアフローセンサ、ＮＯｘセンサ、温度センサ、流量センサ、オゾン濃度センサおよび負荷センサ等、多種多様のセンサから得られる検出出力が用いられる。

特許第５４５６９４３号公報

特許文献１のように多種多様のセンサによって検出された多種多様のパラメータを用いる場合、センサ数が多いため、排気浄化システムが全体として大規模化することが懸念される。また、多種多様のパラメータを処理する必要から制御部が高負荷となった結果、要求されるオゾン供給量を適時に算出して制御することが困難となり、オゾン供給量の高精度な制御を却って阻害することも懸念される。

上記に鑑み、本発明は、車載可能なシステム体格で、オゾン供給量の高精度な制御をより簡易に実現可能なオゾン供給装置を提供することを目的とする。

本発明は、内燃機関の排気管に接続され、前記内燃機関からの排気を浄化する排気浄化触媒の上流にオゾンを供給するオゾン供給装置を提供する。このオゾン供給装置は、前記オゾンを生成するオゾン生成器と、前記オゾン生成器により生成されたオゾンを貯蔵する貯蔵器と、前記オゾン生成器から前記貯蔵器に向かう正方向の流れを許容する逆止弁と、前記貯蔵器と前記排気管とを接続または遮断する供給弁と、制御部と、を備える。前記制御部は、前記排気浄化触媒へのオゾン供給の要求があった場合に、前記供給弁を接続状態に制御して前記貯蔵器に貯蔵された前記オゾンを前記排気管に供給する供給モードを実行し、前記排気浄化触媒へのオゾン供給の要求がない場合に、前記供給弁を遮断状態に制御して、前記オゾン生成器により生成したオゾンを前記貯蔵器に充填する充填モードと、前記充填モードにより充填された前記オゾンを前記貯蔵器内に保持する保持モードとを、前記貯蔵器内の前記オゾンの貯蔵状態に基づいて切換えて実行する。

上記のオゾン供給装置によれば、オゾン生成器により生成されたオゾンを貯蔵する貯蔵器を備える。オゾン生成器により生成されたオゾンは、逆止弁を通過して貯蔵器内に流入させることができる。供給弁が遮断状態にある場合には、逆止弁から流入したオゾンを貯蔵器内に貯蔵することができる。また、貯蔵器内に貯蔵されたオゾンの排気管への供給は、供給弁の制御により容易に制御できる。

そして、制御部は、排気浄化触媒へのオゾン供給の要求があった場合に、供給弁を接続状態に制御して貯蔵器内に貯蔵されたオゾンを排気管に供給する供給モードを実行する。このため、供給弁の制御により、簡易かつ速やかに要求量のオゾンを排気管（より具体的には排気浄化触媒の上流）に供給することができる。また、制御部は、排気浄化触媒へのオゾン供給の要求がない場合には、供給弁を遮断状態に制御して、貯蔵器内のオゾンの貯蔵状態に基づいて、充填モードと保持モードとを、切換えて実行する。充填モードにより、貯蔵器内にオゾンを充填することができ、保持モードにより、充填モードにより充填されたオゾンを貯蔵器内に保持することができる。上記のオゾン供給装置によれば、排気浄化触媒へのオゾン供給の要求がない場合に貯蔵器内にオゾンを充填して保持し、排気浄化触媒へのオゾン供給の要求があった場合に、供給弁の制御のみで簡易かつ速やかに供給モードを実行することができる。このため、多種多様のセンサによって検出された多種多様のパラメータを用いてオゾン生成器を制御することなく、適時に、要求量に応じたオゾンを排気浄化触媒に供給することができる。その結果、車載可能なシステム体格で、オゾン供給量の高精度な制御をより簡易に実現できる。

第１実施形態に係るオゾン供給装置を含む排気浄化システムを示す図。 第１実施形態に係るオゾン供給装置の駆動制御処理のフローチャート。 第１実施形態に係るオゾン供給装置の概略図。 第１実施形態に係るオゾン供給装置の制御モード毎の制御の概要を示す表。 変形例に係るオゾン供給装置の概略図。 第２実施形態に係るオゾン供給装置の駆動制御処理のフローチャート。 第３実施形態に係るオゾン供給装置の駆動制御処理のフローチャート。

（第１実施形態）
図１に示す排気浄化システムは、車両に搭載され、内燃機関４０から排出される排気を第１触媒層４６および第２触媒層４７により浄化可能な装置として構成されている。図１に示すように、オゾン供給装置１０は、第１触媒層４６の上流にオゾンを供給するために、排気浄化システムに搭載されている。

内燃機関４０は、ディーゼルエンジンであり、吸気管４２から吸入した空気は、内燃機関４０の燃焼室内に吸入され、この燃焼室内において、燃料噴射弁から噴射された燃料とともに燃焼に供される。内燃機関４０からの排気は、排気管４３から排出され、第１触媒層４６および第２触媒層４７により浄化された後、車両の外部に排出される。

排気管４３と第１触媒層４６との間に、第１ＮＯｘセンサ１４１および圧力センサ１４２が、この順序で設けられている。第１ＮＯｘセンサ１４１および圧力センサ１４２により、内燃機関４０から排気管４３に排出された排気中のＮＯｘ量と、排気の温度とを検出できる。第１触媒層４６と第２触媒層４７との間に温度センサ１４４が設けられている。温度センサ１４４により、第１触媒層４６の出口かつ第２触媒層４７の入口における排気の温度を検出できる。第２触媒層４７の下流側に第２ＮＯｘセンサ１４５が設けられており、第２ＮＯｘセンサ１４５により、第２触媒層４７の出口の排気中のＮＯｘ量を検出できる。第１触媒層４６に触媒温度センサ１４３が設けられており、触媒温度センサ１４３により第１触媒層４６の温度Ｔを検出できる。第２触媒層４７に差圧センサ１４６が設けられており、差圧センサ１４６により第２触媒層４７の入口と出口との差圧を検出できる。

オゾン供給装置１０は、空気を原料ガスとして用い、空気中の酸素からオゾンや活性酸素種を生成する。オゾン供給装置１０は、排気管４３に接続され、生成したオゾンを排気管４３内に供給する。すなわち、オゾン供給装置１０は、第１触媒層４６の上流側の排気管４３内に、オゾンを供給することができる。

オゾン供給装置１０は、空気の流れ方向の上流側から順に、エアコンプレッサ１１と、オゾン生成器１２と、貯蔵器１３と、オゾン供給ＥＣＵ１５と、を備える。オゾン生成器１２の下流側かつ貯蔵器１３の上流側に逆止弁１１０が設けられている。逆止弁１１０は、オゾン生成器１２から貯蔵器１３に向かう正方向の流れを許容するとともに、貯蔵器１３からオゾン生成器１２に向かう逆方向の流れを遮断する。貯蔵器１３の下流側かつ排気管４３の上流側にタンク弁１１１が設けられている。本実施形態では、タンク弁１１１は、開閉制御が可能な電磁弁であるが、流体流量を調整可能な流量調整弁であってもよい。

エアコンプレッサ１１は、配管６１および電磁弁１３４を介して、車両吸気系５０の得たエアクリーナ５１と接続されている。車両の外部からの空気は、空気吸入管６０からエアクリーナ５１に流入し、スロットルバルブ４４側の吸気管４５と、電磁弁１３４側の吸気管６２とに分配される。エアコンプレッサ１１の上流側が車両吸気系５０に接続していることにより、内燃機関４０側と、オゾン供給装置１０側とで、エアクリーナ５１を共有することができる。電磁弁１３４が開状態でエアコンプレッサ１１を駆動することにより、エアクリーナ５１を通過した空気は、電磁弁１３４および配管６１を通過してエアコンプレッサ１１に流入する。エアコンプレッサ１１は、オゾン生成器１２に空気を圧送する。

オゾン生成器１２は、ハウジング内に配置された複数の電極板と、電極板に電圧印加する電圧印加手段とを備えている。エアコンプレッサ１１から供給された空気が複数の電極板によって隔てらえた流路を通過する際に、電圧印加手段によって複数の電極板間に高電圧が印加されて放電が起こると、電極板間の流路を流通する空気からオゾンや活性酸素種が生成される。

貯蔵器１３は、オゾンに対する耐食性を有する材料をその内部に用いた容器であり、より具体的には、ステンレス製の中空の容器である。貯蔵器１３として、中空の容器を用いると、タンク弁１１１を開放するだけで容易に貯蔵器１３内のオゾンを排気管４３に供給できる点において好ましい。なお、貯蔵器１３は、中空の容器に限定されず、オゾンを貯蔵可能に構成されていればよい。例えば、貯蔵器１３として、オゾンを吸着可能な吸着材を収容した吸着器を用いてもよい。貯蔵器１３には、圧力センサ１２１およびオゾン濃度センサ１２２が設けられている。圧力センサ１２１により、貯蔵器１３内の圧力Ｐを検出できる。オゾン濃度センサ１２２により、貯蔵器１３内のオゾン濃度Ｃを検出できる。

貯蔵器１３は、配管により、タンク弁１１１および電磁弁１１２を介して排気管４３に接続されている。タンク弁１１１と電磁弁１１２との間に温度センサ１２３および圧力センサ１２４が設けられている。温度センサ１２３および圧力センサ１２４により、オゾン生成器１２から排気管４３に供給される気体（オゾン、空気等を含む）の温度および圧力を検出できる。オゾン生成器１２は、第１触媒層４６の上流側、かつ、第１ＮＯｘセンサ１４１および圧力センサ１４２の下流側となる位置において、排気管４３に接続されている。電磁弁１１２は、排気管４３に対してオゾンを供給する場合には開放され、オゾンを供給しない場合には閉鎖される。

第１触媒層４６は、ＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒を触媒として含む触媒層である。本実施形態では、第１触媒層４６は、ＮＯｘ浄化触媒として選択還元（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ：ＳＣＲ）触媒を含む触媒層であるが、リーンノックストラップ（Ｌｅａｎ ＮＯｘ Ｔｒａｐ：ＬＮＴ）触媒等のＮＯｘを浄化する浄化触媒を用いることもできる。ＮＯｘ浄化触媒において、ＮＯｘを浄化するためのＮＯｘ浄化反応の触媒活性は、触媒温度等に依存する。例えば、ＮＯｘ浄化触媒の温度が活性温度に達していない場合には、ＮＯｘ浄化反応が十分でなく、ＮＯｘ浄化率が低くなることが懸念される。このような場合に、ＮＯｘ浄化触媒に対してオゾンを供給すると、ＮＯｘ浄化触媒に吸着するＮＯｘ量を向上させる効果などが得られることにより、ＮＯｘ浄化率を向上させることができる。

第２触媒層４７は、主として排気中のＮＯｘ以外の成分を浄化する機能を有する非ＮＯｘ浄化触媒を触媒として含む触媒層である。例えば、排気中の未反応燃料や粒子成分を浄化する機能を有する触媒を第２触媒層４７に用いることができる。本実施形態では、第２触媒層４７は、ディーゼル微粒子捕集フィルタ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ；ＤＰＦ）であるが、ディーゼル酸化触媒（Ｄｉｅｓｅｌ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｃａｔａｌｙｓｔ：ＤＯＣ）等の排気中の未反応燃料や粒子成分を浄化する機能を有する触媒を用いることもできる。

圧力センサ１２１、オゾン濃度センサ１２２、温度センサ１２３、圧力センサ１２４、圧力センサ１４２からの検出信号は、オゾン供給ＥＣＵ１５に出力される。第１ＮＯｘセンサ１４１、触媒温度センサ１４３、温度センサ１４４、第２ＮＯｘセンサ１４５、差圧センサ１４６からの検出信号は、エンジンＥＣＵ４１に出力される。

オゾン供給ＥＣＵ１５およびエンジンＥＣＵ４１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含むマイクロコンピュータを主体として構成された電子制御ユニットである。オゾン供給ＥＣＵ１５は、前述した各種センサの検出信号に基づいて、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、オゾン供給装置１０を制御する機能を有する。より具体的には、オゾン供給ＥＣＵ１５は、エアコンプレッサ１１、オゾン生成器１２、タンク弁１１１を制御する。エンジンＥＣＵ４１は、前述した各種センサの検出信号に基づいて、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、内燃機関４０の燃焼状態や第１触媒層４６および第２触媒層４７の温度等を制御する機能を有する。直流電源６３は、オゾン供給ＥＣＵ１５、エンジンＥＣＵ４１、およびオゾン生成器１２に電力を供給する。

オゾン供給ＥＣＵ１５は、供給モードと、充填モードと、保持モードとを選択的に実行可能に構成されている。供給モードでは、タンク弁１１１および電磁弁１１２を接続状態に制御して貯蔵器１３に貯蔵されたオゾンを排気管４３に供給する。充填モードでは、タンク弁１１１を遮断状態に制御して、貯蔵器１３にオゾンを充填する。保持モードでは、充填モードにより充填されたオゾンを貯蔵器１３内に保持する。

図２に、オゾン供給ＥＣＵ１５が実行するオゾン供給装置１０の駆動制御処理のフローチャートを示す。図２に示す処理は、所定の周期で繰り返し実行される。

ステップＳ１０１では、第１触媒層４６の温度Ｔが所定の温度閾値Ｔｃより低いか否か、および、内燃機関４０がエンジンオンの状態にあるか否かについて判断する。第１触媒層４６の温度Ｔとしては、触媒温度センサ１４３の検出値を用いることができる。また、温度閾値Ｔｃとしては、第１触媒層４６に含まれる排気浄化触媒である、ＮＯｘ浄化触媒の活性温度を用いることができる。Ｔ＜Ｔｃかつエンジンオンである場合には、ステップＳ１０１について肯定判定を行い、ステップＳ１０２に進み、供給モードの実行を決定する。Ｔ≧Ｔｃである場合、もしくは、エンジンオフである場合には、ステップＳ１０１について否定判定を行い、ステップＳ１０９に進む。

ステップＳ１０２〜Ｓ１０５に示す各処理は、供給モードに係る処理である。ステップＳ１０２において、供給モードの実行を決定した後、ステップＳ１０３に進み、オゾン生成器１２をオフ状態に制御する。オゾン生成器１２がオン状態の場合にはオフ状態に切り替え、オフ状態の場合にはその状態を維持する。続いて、ステップＳ１０４に進み、タンク弁１１１を開状態に制御する。タンク弁１１１が閉状態の場合には開状態に切り替え、開状態の場合にはその状態を維持する。なお、タンク弁１１１の下流に配置された電磁弁１１２は、タンク弁１１１と開閉状態が一致するように制御される。その後、ステップＳ１０５に進み、エアコンプレッサ１１をオフ状態に制御する。エアコンプレッサ１１がオン状態の場合にはオフ状態に切り替え、オフ状態の場合にはその状態を維持する。これによって、排気管４３に対して、専ら、貯蔵器１３内に保持されていたオゾンが供給される。ステップＳ１０５の後、図２に示す処理を終了する。

ステップＳ１０９では、貯蔵器１３内の圧力Ｐが、所定の圧力閾値Ｐｔ未満であるか否かを判定する。圧力Ｐとしては、例えば、圧力センサ１２１の検出値を用いることができる。圧力閾値Ｐｔは、例えば、排気浄化触媒の温度Ｔが、内燃機関４０の停止時における低温状態から触媒活性温度に到達するまでの間に第１触媒層４６に供給すべきオゾン量に基づいて設定することができる。Ｐ＜Ｐｔである場合には、ステップＳ１１１に進み、充填モードの実行を決定する。Ｐ≧Ｐｔである場合には、ステップＳ１２１に進み、保持モードの実行を決定する。

ステップＳ１１１〜Ｓ１１４に示す各処理は、充填モードに係る処理である。ステップＳ１１１において、充填モードの実行を決定した後、ステップＳ１１２に進み、エアコンプレッサ１１をオン状態に制御する。エアコンプレッサ１１がオフ状態の場合にはオン状態に切り替え、オン状態の場合にはその状態を維持する。続いて、ステップＳ１１３に進み、オゾン生成器１２をオン状態に制御する。オゾン生成器１２がオフ状態の場合にはオン状態に切り替え、オン状態の場合にはその状態を維持する。その後、ステップＳ１１４に進み、タンク弁１１１を閉状態に制御する。タンク弁１１１が開状態の場合には閉状態に切り替え、閉状態の場合にはその状態を維持する。ステップＳ１１４の後、図２に示す処理を終了する。

ステップＳ１２１〜Ｓ１２４に示す各処理は、保持モードに係る処理である。ステップＳ１２１において、保持モードの実行を決定した後、ステップＳ１２２に進み、オゾン生成器１２をオフ状態に制御する。オゾン生成器１２がオン状態の場合にはオフ状態に切り替え、オフ状態の場合にはその状態を維持する。続いて、ステップＳ１２３では、タンク弁１１１を閉状態に制御する。タンク弁１１１が開状態の場合には閉状態に切り替え、閉状態の場合にはその状態を維持する。続いて、ステップＳ１２４では、エアコンプレッサ１１をオフ状態に制御する。エアコンプレッサ１１がオン状態の場合にはオフ状態に切り替え、オフ状態の場合にはその状態を維持する。ステップＳ１２２〜ステップＳ１２４に示す処理により、貯蔵器１３が密閉状態となり、貯蔵器１３内に原料ガスが保持される。ステップＳ１２４の後、図２に示す処理を終了する。

図１に示すオゾン供給装置１０の概略図を、図３に示す。また、図２に示す供給モード、充填モード、および保持モードにおける制御の概要を図４に示す。

図２〜４に示すように、供給モードでは、オゾン生成器１２がオフ状態に制御されるとともに、タンク弁１１１が開状態に制御され、貯蔵器１３からのオゾンが排気管４３に供給されて、さらにその下流の第１触媒層４６へとオゾンを供給できる。

また、充填モードでは、エアコンプレッサ１１およびオゾン生成器１２はオン状態に制御されるとともに、タンク弁１１１が閉状態に制御されて、オゾン生成器１２からのオゾンを貯蔵器１３に充填できる。

また、保持モードでは、オゾン生成器１２およびエアコンプレッサ１１をオフ状態に制御するとともに、タンク弁１１１を閉状態に制御することにより、貯蔵器１３を密閉状態にして、貯蔵器１３内に充填されたオゾンを保持できる。

図２〜４に示すように、供給モードは、第１触媒層４６へのオゾン供給の要求があった場合に選択される。具体的には、エンジンオンの状態、すなわち、内燃機関４０から排気が排出されているが、第１触媒層４６の温度Ｔが十分高くないため、第１触媒層４６にオゾンを供給する必要がある場合に選択される。

供給モードの実行中に、オゾン供給の要求が無くなった場合、すなわち、ステップＳ１０１において否定判定された場合には、ステップＳ１０９に進む。供給モード中に貯蔵器１３内のオゾンは減少しているため、ステップＳ１０９において肯定判定されて、供給モードから充填モードに切り替わる。

充填モードの実行により、貯蔵器１３内に十分な量のオゾンが充填されると、ステップＳ１０９において否定判定され、充填モードから保持モードに切り替わる。保持モードでは、貯蔵器１３内にオゾンが保持されており、貯蔵器１３内の圧力Ｐは減少しないため、保持モードから充填モードに切り替わることは実質的に無く、次にオゾン要求が発生するまで、保持モードが継続する。保持モードの実行中に、オゾン供給の要求が発生すると、ステップＳ１０１において肯定判定され、供給モードに切り替わる。このため、供給モードでは、タンク弁１１１が開状態に制御されて、充填モードにより充填され、保持モードに保持された貯蔵器１３内のオゾンを第１触媒層４６において利用できる。

上記のとおり、オゾン供給ＥＣＵ１５は、ステップＳ１０１，Ｓ１０２〜Ｓ１０５に示すように、排気浄化触媒の温度情報が、第１触媒層４６が備える排気浄化触媒の温度Ｔが所定の温度閾値未満であることを示す状態である場合に、排気浄化触媒へのオゾン供給の要求があったと判断して供給モードを実行する。排気浄化触媒の温度Ｔが所定の温度閾値未満であり、触媒活性が十分に高くない場合に、オゾンを供給する供給モードを実行できる。そして、オゾン供給ＥＣＵ１５は、ステップＳ１０９，Ｓ１１１〜Ｓ１１４に示すように、貯蔵器１３内の圧力情報が、貯蔵器１３内の圧力Ｐが所定の圧力閾値未満であることを示す状態である場合に、充填モードを実行する。また、オゾン供給ＥＣＵ１５は、ステップＳ１０９，Ｓ１２１〜Ｓ１２４に示すように、貯蔵器１３内の圧力情報が、貯蔵器１３内の圧力Ｐが所定の圧力閾値以上であることを示す状態である場合に、保持モードを実行する。貯蔵器１３内の圧力情報を参照することにより、貯蔵器１３内の乾燥原料ガスの充填量が十分ではないと判断される場合には充填モードを選択し、貯蔵器１３内の乾燥原料ガスの充填量が十分であると判断される場合には保持モードを選択することができる。

上記のように、オゾン供給装置１０によれば、ステップＳ１０１，Ｓ１０９に示すような所定の条件に基づいて各モードを選択的に実行することにより、複雑な制御を要さず、第１触媒層４６が備える排気浄化触媒であるＮＯｘ浄化触媒が要するオゾンを貯蔵器１３内に確保し、必要に応じて供給できる。貯蔵器１３からのオゾンの供給は、タンク弁１１１の開閉によって簡易に実行できる。このため、多種多様のセンサによって検出された多種多様のパラメータを用いてオゾン生成器１２を制御することなく、適時に、要求量に応じたオゾンを第１触媒層４６のＮＯｘ浄化触媒に供給することができる。その結果、車載可能なシステム体格で、オゾン供給量の高精度な制御をより簡易に実現できる。

なお、ステップＳ１０１では、触媒温度センサ１４３の検出値を第１触媒層４６の温度Ｔとして用い、温度閾値Ｔｃと比較したが、これに限定されない。ステップＳ１０１は、第１触媒層４６の温度情報が、第１触媒層４６の温度Ｔが所定の温度閾値Ｔｃ未満であることを示す状態である場合に、第１触媒層４６へのオゾン供給の要求があったと判断して供給モードを選択するように構成されていればよい。なお、温度情報とは、第１触媒層４６の温度Ｔおよびこれに関連する他のパラメータを意味し、例えば、第１触媒層４６の昇温開始時からの経過時間、内燃機関４０の暖機の完了、内燃機関４０の冷却戻り水の水温、内燃機関４０の始動時からの燃料消費量、経過時間、走行距離等を挙げることができる。

また、ステップＳ１０９では、圧力センサ１２１の検出値を貯蔵器１３内の圧力Ｐとして用い、圧力閾値Ｐｔと比較したが、これに限定されない。ステップＳ１０９は、貯蔵器１３内の圧力情報が、貯蔵器１３内の圧力Ｐが所定の圧力閾値Ｐｔ未満であることを示す状態であるか否かに基づいて、充填モードまたは保持モードを選択するように構成されていればよい。なお、圧力情報とは、貯蔵器１３内の圧力Ｐおよびこれに関連する他のパラメータを意味し、例えば、供給モードおよび充填モードの実行時間の累計等を挙げることができる。

（変形例）
図５に、変形例に係るオゾン供給装置１０ａの概略図を示す。オゾン供給装置１０ａでは、エアコンプレッサ１１に替えて、タンク弁１１１の下流側に配置された吸引機１１ａが備えられている点において、図１，３に示すオゾン供給装置１０と相違している。オゾン供給装置１０ａにおいても、吸引機１１ａをエアコンプレッサ１１と同様にオン／オフ制御することにより、オゾン供給装置１０と同様に、図２，４に示すような供給モードと、充填モードと、保持モードとを選択的に実行できる。このため、変形例によっても、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

（第２実施形態）
図６に、第２実施形態に係るオゾン供給装置１０の駆動制御処理のフローチャートを示す。第２実施形態に係る駆動制御処理は、タンク弁１１１が貯蔵器１３から排気管４３に供給する流体流量を調整可能な流量調整弁である場合に好適に用いることができる。図６に示す処理は、所定の周期で繰り返し実行される。モードの選択を行うステップＳ２０１，Ｓ２０９の処理、充填モードに係るステップＳ２１１〜Ｓ２１４の処理、および保持モードに係るステップＳ２２１〜Ｓ２２４の処理は、図２に示すステップＳ１０１，Ｓ１０９，Ｓ１１１〜Ｓ１１４，Ｓ１２１〜Ｓ１１４に係る処理と同様であるため、説明を省略する。

図６のステップＳ２０２〜Ｓ２０６に示す各処理は、供給モードに係る処理である。ステップＳ２０２において、供給モードの実行を決定した後、ステップＳ２０３に進み、ステップＳ１０３と同様に、オゾン生成器１２をオフ状態に制御する。続いて、ステップＳ２０４に進み、ステップＳ１０５と同様に、エアコンプレッサ１１をオフ状態に制御する。その後、ステップＳ２０５に進む。

ステップＳ２０５では、第１触媒層４６のＮＯｘ浄化触媒に供給すべきオゾン量である要求オゾン量Ｘと、貯蔵器１３内のオゾン濃度Ｃとに基づいて、貯蔵器１３からタンク弁１１１を介して供給する流体流量である供給流量Ｑを算出する。例えば、要求オゾン量Ｘの単位が「ｍｇ／ｓ」であり、オゾン濃度Ｃの単位が「ｐｐｍ」である場合、供給流量Ｑ（単位は「ｌ／ｍｉｎ」）は、下記式（１）により算出できる。なお、下記式（１）における「１０＾−３」の表記は、１０の−３乗を示している。

Ｑ＝（Ｘ×２２．４×６０）／（４８×Ｃ×１０＾−３） … （１）

ステップＳ２０６では、Ｓ２０５で算出した供給流量Ｑに基づいて、タンク弁１１１を制御する。その後、処理を終了する。

第２実施形態によれば、ステップＳ２０５，Ｓ２０６に示すように、要求オゾン量Ｘおよびオゾン濃度Ｃに基づいて、タンク弁１１１における供給流量Ｑを調整することができる。タンク弁１１１の流量調整という簡易かつ応答性に優れた制御により、第１触媒層４６に供給するオゾン量を制御できるため、第１触媒層４６の触媒温度や排気中のＮＯｘ量に応じて経時的に変化する要求オゾン量Ｘに応じて、適量のオゾンを適時に供給できる。

（第３実施形態）
図７に、第３実施形態に係るオゾン供給装置１０の駆動制御処理のフローチャートを示す。図７に示す処理は、所定の周期で繰り返し実行される。モードの選択を行うステップＳ３０１の処理、供給モードに係るステップＳ３０２〜Ｓ３０５に充填モードに係るステップＳ３１１〜Ｓ３１４の処理、および保持モードに係るステップＳ３２１〜Ｓ３２４の処理は、図２に示すステップＳ１０１，Ｓ１０２〜Ｓ１０５，Ｓ１１１〜Ｓ１１４，Ｓ１２１〜Ｓ１２４の処理と同様であるため、説明を省略する。

図７に示すように、第３実施形態では、ステップＳ３０９において、図２に示すステップＳ１０９と同様の判定を行うが、否定判定となった場合にはステップＳ３１０に進む。ステップＳ３１０では、貯蔵器１３内のオゾン濃度Ｃが所定のオゾン濃度閾値Ｃｔ以下であるか否かを判定する。オゾン濃度Ｃとしては、例えば、オゾン濃度センサ１２２の検出値を用いることができる。オゾン濃度閾値Ｃｔは、例えば、排気浄化触媒の温度Ｔが、内燃機関４０の停止時における低温状態から触媒活性温度に到達するまでの間に第１触媒層４６に供給すべきオゾン量に基づいて設定することができる。より具体的には、オゾン濃度閾値Ｃｔは、例えば、オゾン濃度センサ１２２の検出下限値に設定してもよいし、零に設定してもよい。Ｃ≦Ｃｔである場合には、ステップＳ３１１に進み、充填モードに係る各処理を実行する。Ｃ＞Ｃｔである場合には、ステップＳ３２１に進み、保持モードに係る各処理を実行する。

貯蔵器１３内にオゾンを充填した後、相当な時間が経過すると、貯蔵器１３内でオゾンが分解する等により、貯蔵器１３内のオゾン濃度Ｃが低下する場合がある。貯蔵器１３内のオゾン量は、貯蔵器１３内に貯蔵されたガスの量と、貯蔵器１３内のオゾン濃度Ｃとに依存する。貯蔵器１３内においてオゾンの分解が進行する等により、貯蔵器内のオゾン濃度Ｃが低下している場合には、貯蔵器１３内の圧力Ｐが十分に高く、貯蔵されたガス量が多くても、貯蔵器１３内には十分な量のオゾンが存在していないことが懸念される。第３実施形態によれば、保持モード時に、貯蔵器１３内のオゾン濃度情報が、貯蔵器１３内のオゾン濃度Ｃが所定のオゾン濃度閾値Ｃｔ未満であることを示す状態である場合に、タンク弁１１１を接続状態に制御した後で保持モードから充填モードへの切換えを実行する。具体的には、図７に示すように、ステップＳ３０９に示す貯蔵器１３内の圧力Ｐを用いた判定に加えて，Ｓ３１０に示す貯蔵器１３内のオゾン濃度Ｃを用いた判定を実行する。これにより、貯蔵器１３内のオゾン量に応じて、より適切に充填モードと保持モードとの選択を実行することができる。ステップＳ３０９において圧力Ｐが十分に高いと判定されても、ステップＳ３１０においてオゾン濃度Ｃが低いと判定された場合には、保持モードではなく充填モードが選択され、貯蔵器１３内にオゾンを補充できる。充填モードは、オゾン濃度Ｃがオゾン濃度閾値Ｃｔを超えるまで継続されるため、貯蔵器１３内のオゾン濃度を維持した状態で保持モードを実行することができる。

なお、ステップＳ３１０では、オゾン濃度センサ１２２の検出値を貯蔵器１３内のオゾン濃度Ｃとして用い、圧力閾値Ｐｔと比較したが、これに限定されない。ステップＳ３１０は、貯蔵器１３内のオゾン濃度情報が、貯蔵器１３内のオゾン濃度Ｃが所定のオゾン濃度閾値Ｃｔ以下であることを示す状態であるか否かに基づいて、充填モードまたは保持モードを選択するように構成されていればよい。なお、オゾン濃度情報とは、貯蔵器１３内のオゾン濃度Ｃおよびこれに関連する他のパラメータを意味し、例えば、充填モードから保持モードに切り替えた時点からの経過時間等を挙げることができる。

上記の各実施形態によれば、下記の効果を得ることができる。

オゾン供給装置１０、１０ａは、内燃機関４０の排気管４３に接続され、内燃機関４０からの排気を浄化する排気浄化触媒を備える第１触媒層４６の上流にオゾンを供給するオゾン供給装置として機能する。オゾン供給装置１０、１０ａは、原料ガスからオゾンを生成するオゾン生成器１２と、オゾン生成器１２により生成されたオゾンを貯蔵する貯蔵器１３と、オゾン生成器１２から貯蔵器１３に向かう正方向の流れのみ許容する逆止弁１１０と、貯蔵器１３と排気管４３とを接続または遮断する供給弁としてのタンク弁１１１と、制御部として機能するオゾン供給ＥＣＵ１５と、を備える。オゾン生成器１２により生成されたオゾンは、逆止弁１１０を通過して貯蔵器内に流入する。タンク弁１１１が遮断状態にある場合には、逆止弁１１０から流入したオゾンを貯蔵器１３内に貯蔵することができる。オゾン供給装置１０、１０ａによれば、タンク弁１１１の制御により、貯蔵器１３に貯蔵したオゾンを必要に応じて的確に排気管４３に供給できる。

オゾン供給ＥＣＵ１５は、第１触媒層４６に備えられた排気浄化触媒へのオゾン供給の要求があった場合に、タンク弁１１１を接続状態に制御して貯蔵器１３に貯蔵されたオゾンを排気管４３に供給する供給モードを実行する。また、オゾン供給ＥＣＵ１５は、排気浄化触媒へのオゾン供給の要求がない場合に、タンク弁１１１を遮断状態に制御して、オゾン生成器１２により生成したオゾンを貯蔵器１３に充填する充填モードと、充填モードにより充填されたオゾンを貯蔵器１３内に保持する保持モードとを、貯蔵器１３内のオゾンの貯蔵状態に基づいて切換えて実行する。すなわち、オゾン供給ＥＣＵ１５は、排気浄化触媒へのオゾン供給の要求がない場合に貯蔵器１３内にオゾンを充填して保持し、排気浄化触媒へのオゾン供給の要求があった場合に、タンク弁１１１の制御のみにより簡易かつ速やかに供給モードを実行することができる。このため、多種多様のセンサによって検出された多種多様のパラメータを用いてオゾン生成器１２を制御することなく、適時に、要求量に応じたオゾンを排気浄化触媒に供給することができる。その結果、車載可能なシステム体格で、オゾン供給量の高精度な制御をより簡易に実現できる。

上記のオゾン供給装置１０、１０ａでは、貯蔵器１３は、中空の貯蔵容器であってもよい。より具体的には、貯蔵器１３としては、オゾンに対して耐食性を有する材料が内壁に用いられた貯蔵容器であることが好ましい。

オゾン供給ＥＣＵ１５は、第１触媒層４６の排気浄化触媒の温度情報に基づいて、排気浄化触媒へのオゾン供給の要求の有無を判断するように構成されていてもよい。排気浄化触媒の活性度は、排気浄化触媒の温度Ｔに依存するため、排気浄化触媒の温度情報に基づくことにより簡易にオゾン供給の要求の有無を判断することができる。より具体的には、オゾン供給ＥＣＵ１５は、排気浄化触媒の温度情報が、排気浄化触媒の温度Ｔが所定の温度閾値Ｔｃ（例えば、活性温度）未満であることを示す状態である場合に、排気浄化触媒へのオゾン供給の要求があったと判断するように構成されていてもよい。また、オゾン供給ＥＣＵ１５は、排気浄化触媒の温度情報が、排気浄化触媒の温度Ｔが所定の温度閾値以上であることを示す状態である場合に、排気浄化触媒へのオゾン供給の要求が無いと判断するように構成されていてもよい。

オゾン供給ＥＣＵ１５は、貯蔵器１３内の圧力情報に基づいて、充填モードと、保持モードとを切換えるように構成されていてもよい。より具体的には、オゾン供給ＥＣＵ１５は、貯蔵器１３内の圧力情報が、貯蔵器１３内の圧力Ｐが所定の圧力閾値未満であることを示す状態である場合に、充填モードを実行し、貯蔵器内の圧力情報が、貯蔵器内の圧力Ｐが所定の圧力閾値以上であることを示す状態である場合に、保持モードを実行するように構精されていてもよい。

オゾン供給ＥＣＵ１５は、供給モード時に、貯蔵器１３内のオゾン濃度情報に基づいてタンク弁１１１を制御するように構成されていてもよい。より具体的には、タンク弁１１１は、貯蔵器１３から排気管４３に供給する流体流量を調整可能に構成されていてもよく、オゾン供給ＥＣＵ１５は、供給モード時に、貯蔵器内のオゾン濃度情報に基づいてタンク弁１１１を調整することにより貯蔵器１３から排気管４３に供給する流体流量である供給流量Ｑを制御するように構成されていてもよい。より具体的には、オゾン供給ＥＣＵ１５は、供給モード時に、排気浄化触媒に供給すべきオゾン量である要求オゾン量Ｘと、貯蔵器１３内のオゾン濃度情報とに基づいて、貯蔵器１３から供給する流体流量である供給流量Ｑを算出するように構成されていてもよい。そして、算出した供給流量Ｑに基づいて、タンク弁１１１を制御するように構成されていてもよい。供給流量Ｑとなるようにタンク弁１１１の流量制御を行うという簡易な制御により、要求オゾン量Ｘに応じてオゾン供給量を適切に制御できる。

オゾン供給ＥＣＵ１５は、保持モード時に、貯蔵器１３内のオゾン濃度情報が、貯蔵器１３内のオゾン濃度Ｃが所定のオゾン濃度閾値未満であることを示す状態である場合に、タンク弁１１１を接続状態に制御した後で保持モードから充填モードへの切換えを実行するように構成されていてもよい。保持モード中に貯蔵器１３内のオゾン濃度が低下した場合には、充填モードに切り替えて、貯蔵器１３内にオゾンを補充できるため、貯蔵器１３内のオゾン濃度が低くなり過ぎないように維持しながら貯蔵器１３内にオゾンを保持できる。

本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリーを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリーと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

１０，１０ａ…オゾン供給装置、１２…オゾン生成器、１３…貯蔵器、１５…オゾン供給ＥＣＵ、４０…内燃機関、４３…排気管、４６…第１触媒層、４７…第２触媒層、１１０…逆止弁、１１１…供給弁

Claims (11)

1. 内燃機関（４０）の排気管（４３）に接続され、前記内燃機関からの排気を浄化する排気浄化触媒（４６，４７）の上流にオゾンを供給するオゾン供給装置（１０，１０ａ）であって、
   前記オゾンを生成するオゾン生成器（１２）と、
   前記オゾン生成器により生成されたオゾンを貯蔵する貯蔵器（１３）と、
   前記オゾン生成器から前記貯蔵器に向かう正方向の流れを許容する逆止弁（１１０）と、
   前記貯蔵器と前記排気管とを接続または遮断する供給弁（１１１）と、
   制御部（１５）と、を備え、
   前記制御部は、
   前記排気浄化触媒へのオゾン供給の要求があった場合に、前記供給弁を接続状態に制御して前記貯蔵器に貯蔵された前記オゾンを前記排気管に供給する供給モードを実行し、
   前記排気浄化触媒へのオゾン供給の要求がない場合に、前記供給弁を遮断状態に制御して、前記オゾン生成器により生成したオゾンを前記貯蔵器に充填する充填モードと、前記充填モードにより充填された前記オゾンを前記貯蔵器内に保持する保持モードとを、前記貯蔵器内の前記オゾンの貯蔵状態に基づいて切換えて実行する、オゾン供給装置。
2. 前記貯蔵器は、中空の貯蔵容器である請求項１に記載のオゾン供給装置。
3. 前記制御部は、前記排気浄化触媒の温度情報に基づいて、前記排気浄化触媒へのオゾン供給の要求の有無を判断する請求項１または２に記載のオゾン供給装置。
4. 前記制御部は、前記排気浄化触媒の温度情報が、前記排気浄化触媒の温度が所定の温度閾値未満であることを示す状態である場合に、前記排気浄化触媒へのオゾン供給の要求があったと判断する請求項３に記載のオゾン供給装置。
5. 前記制御部は、前記排気浄化触媒の温度情報が、前記排気浄化触媒の温度が所定の温度閾値以上であることを示す状態である場合に、前記排気浄化触媒へのオゾン供給の要求が無いと判断する請求項３または４に記載のオゾン供給装置。
6. 前記制御部は、前記貯蔵器内の圧力情報に基づいて、前記充填モードと、前記保持モードとを切換える請求項１〜５のいずれかに記載のオゾン供給装置。
7. 前記制御部は、前記貯蔵器内の圧力情報が、前記貯蔵器内の圧力が所定の圧力閾値未満であることを示す状態である場合に、前記充填モードを実行し、前記貯蔵器内の圧力情報が、前記貯蔵器内の圧力が所定の圧力閾値以上であることを示す状態である場合に、前記保持モードを実行する請求項６に記載のオゾン供給装置。
8. 前記制御部は、前記供給モード時に、前記貯蔵器内のオゾン濃度情報に基づいて前記供給弁を制御する請求項１〜７のいずれかに記載のオゾン供給装置。
9. 前記供給弁は、前記貯蔵器から前記排気管に供給する流体流量を調整可能に構成されており、
   前記制御部は、前記供給モード時に、前記貯蔵器内のオゾン濃度情報に基づいて前記供給弁を調整することにより前記貯蔵器から前記排気管に供給する流体の流量である供給流量を制御する請求項８に記載のオゾン供給装置。
10. 前記制御部は、前記供給モード時に、前記排気浄化触媒に供給すべきオゾン量である要求オゾン量と、前記貯蔵器内のオゾン濃度情報とに基づいて、前記供給流量を算出し、前記算出した供給流量に基づいて、前記供給弁を制御する請求項９に記載のオゾン供給装置。
11. 前記制御部は、前記保持モード時に、前記貯蔵器内のオゾン濃度情報が、前記貯蔵器内のオゾン濃度が所定のオゾン濃度閾値未満であることを示す状態である場合に、前記供給弁を接続状態に制御した後で前記保持モードから前記充填モードへの切換えを実行する請求項１〜１０のいずれかに記載のオゾン供給装置。

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