JP6482783B2

JP6482783B2 - オゾン発生量の制御装置及び制御方法

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Publication number: JP6482783B2
Application number: JP2014149695A
Authority: JP
Inventors: 一郎津曲; 細谷　満; 満細谷; 吉弘川田
Original assignee: Hino Motors Ltd
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Priority date: 2014-07-23
Filing date: 2014-07-23
Publication date: 2019-03-13
Anticipated expiration: 2034-07-23
Also published as: JP2016023112A

Description

本発明は、オゾン発生量の制御装置及びオゾン発生量の制御方法に関する。

従来から、ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する排気浄化システムとして、選択還元型触媒を用いた排気浄化システムが実用化されている。選択還元型触媒を用いた排気浄化システムでは、排気ガスに含まれる一酸化窒素（ＮＯ）と二酸化窒素（ＮＯ_２）とのモル比が１に近づくほど、ＮＯ及びＮＯ_２が窒素に還元される反応が速く進む。例えば特許文献１には、排気ガスに含まれるＮＯの一部を酸化してＮＯ_２に変換するべく、オゾン発生装置で発生させたオゾンを選択還元型触媒の上流に添加する排気浄化システムが開示されている。このオゾン発生装置では、誘電材を介して対向配置された一対の電極間に流れる酸素に交流電圧を印加してオゾンを発生させている。

特開２０１２−１９３６２０号公報

ところで、エンジンの運転状態が変化するとＮＯｘの浄化に必要とされるオゾンの量も変化する。そのため、オゾン発生装置には、エンジンの運転状態が変化したとしてもその運転状態に適した目標量のオゾンを適した時期に発生させることが求められる。

本発明は、目標量の変動に対するオゾン発生量の応答性を高めることが可能なオゾン発生量の制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するオゾン発生量の制御装置は、原料ガスからオゾンを生成するための交流電圧の振幅と、前記交流電圧の周波数とがオゾン発生量に対して規定された電圧マップを記憶する記憶部と、オゾン発生量の目標量に対応する前記振幅、および、前記目標量に対応する前記周波数を前記電圧マップから求め、前記求めた振幅と前記求めた周波数とを有する交流電圧に電源の出力を制御する制御部と、を備え、前記電圧マップにおいて、第１の目標量以下の前記目標量には、前記振幅として一定値である第１の振幅が対応付けられ、かつ、前記目標量が大きいほど高い周波数が対応付けられ、前記第１の目標量よりも大きく、かつ、第２の目標量以下の前記目標量には、前記振幅として前記第１の振幅よりも大きい一定値である第２の振幅が対応付けられ、かつ、前記目標量が大きいほど高い周波数が対応付けられている。

上記課題を解決するオゾン発生量の制御方法は、原料ガスからオゾンを生成するための交流電圧の振幅と、前記交流電圧の周波数とを変更することによりオゾン発生量を制御するオゾン発生量の制御方法であって、前記交流電圧を出力する電源の出力を制御する制御部は、前記オゾン発生量の目標量を演算する工程と、前記交流電圧の振幅と、前記交流電圧の周波数とがオゾン発生量に対して規定された電圧マップから、前記目標量に対応付けられた前記振幅と前記周波数とを求める工程と、前記求めた振幅と前記求めた周波数とを示す信号を前記電源に出力する工程と、を備え、前記電圧マップにおいて、第１の目標量以下の前記目標量には、前記振幅として一定値である第１の振幅が対応付けられ、かつ、前記目標量が大きいほど高い周波数が対応付けられ、前記第１の目標量よりも大きく、かつ、第２の目標量以下の前記目標量には、前記振幅として前記第１の振幅よりも大きい一定値である第２の振幅が対応付けられ、かつ、前記目標量が大きいほど高い周波数が対応付けられている。

オゾン発生器において、目標量の変動に対する応答性は、交流電圧の振幅のみを変更する場合よりも周波数のみを変更する場合の方が高い。また、目標量の自由度は、交流電圧の周波数のみを変更する場合よりも振幅のみを変更する場合の方が高い。

上記構成によれば、目標量が第１の目標量以下の範囲において変動する場合、オゾン発生量は、交流電圧の振幅ではなく交流電圧の周波数で制御される。その後、目標量が第１の目標量を超えると、交流電圧の振幅が第１の振幅から第２の振幅に変更される。そして、目標量が第１の目標量よりも大きく、且つ、第２の目標量以下の範囲において変動する場合、オゾン発生量は、交流電圧の振幅ではなく交流電圧の周波数で制御される。すなわち、制御部は、オゾン発生量の応答性が高いパラメーターである周波数でオゾン発生量を主に制御する。その結果、目標量の変動に対するオゾン発生量の応答性が高くなる。

上記オゾン発生量の制御装置は、前記交流電圧の印加によって生成されたオゾンの濃度を検出する検出部をさらに備え、前記制御部は、前記検出部が検出した前記濃度に基づいて前記オゾン発生量を演算し、前記目標量と前記オゾン発生量との偏差が、前記交流電圧の印加に対して前記オゾン発生量の応答性が高いと判定される範囲内であることを条件として有し、前記条件の成立時には前記目標量の新たな演算に基づき前記出力を制御し、前記条件の不成立時には前記偏差に基づく前記周波数のフィードバック制御により前記出力を制御することが好ましい。

上記構成によれば、目標量とオゾン発生量との偏差がオゾン発生量の応答性が高いと判定される範囲外である場合、例えば振幅の変更直後のように交流電圧の振幅が不安定な場合に、偏差に基づく周波数のフィードバック制御が行われる。フィードバック制御では、目標量とオゾン発生量との偏差が大きくともその偏差の大きさに応じて周波数が変更される。上述したように、周波数は、オゾン発生量の応答性が高いパラメーターである。すなわち、目標量とオゾン発生量との間に応答性が高いとはいえない偏差が生じたとしても、その偏差が生じたことによりオゾン発生量の応答性が高まる。

上記オゾン発生量の制御装置において、前記制御部は、前記フィードバック制御の継続時間が上限時間を超えると前記フィードバック制御を終了し、前記目標量の新たな演算に基づき前記出力を制御することが好ましい。

上記構成によれば、フィードバック制御に起因した周波数の過度な上昇、あるいは、過度な低下が抑えられる。
上記オゾン発生量の制御装置において、前記電圧マップでは、前記第１の振幅及び前記第２の振幅の各々において、前記周波数と前記オゾン発生量とが比例の関係にあることが好ましい。

交流電圧の印加によりオゾンを発生させるオゾン発生器は、交流電圧の振幅を一定に保持したまま周波数を変化させると、所定の周波数の範囲においては周波数に比例してオゾン発生量が増加するという特性を有する。上記構成によれば、電圧マップに規定された周波数は、同じ振幅の下ではオゾン発生量が比例する周波数である。そのため、オゾン発生量と周波数とが比例の関係にあるとの条件の下でフィードバック制御を行うことが可能であることから、フィードバック制御における比例項や積分項の演算が簡素化される。その結果、フィードバック制御における制御部の負荷が軽減される。

オゾン発生量の制御装置の一実施形態を搭載した排気浄化システムの概略構成を示す図である。交流電圧の一例を示す図であって、（ａ）は正弦波状の交流電圧を示す図であり、（ｂ）はパルス状の交流電圧を示す図である。（ａ）はオゾン発生器における交流電圧とオゾン発生量との関係の一例を示すグラフであり、（ｂ）は電圧マップの一例を模式的に示すグラフである。電源の出力を制御する処理の一例を示すフローチャートである。

図１〜図４を参照して、オゾン発生量の制御装置及び制御方法の一実施形態を説明する。まず、オゾン発生装置が搭載される排気浄化システムについて説明する。
図１に示されるように、排気浄化システム２０は、エンジン１０の排気通路１１の途中に配設された各種触媒や排気ガスに対して各種添加剤を添加する装置を備える。

ディーゼル酸化触媒２１は、エンジン１０の排気通路１１に配設されたタービン１２の下流に位置する。ディーゼル酸化触媒２１に流入する排気ガスでは、窒素酸化物（ＮＯｘ）の大部分が一酸化窒素（ＮＯ）である。ディーゼル酸化触媒２１は、排気ガスに含まれる炭化水素や一酸化炭素を酸化させて水や二酸化炭素に変換するとともに、排気ガスに含まれるＮＯの一部を酸化させて二酸化窒素（ＮＯ_２）に変換する。ディーゼル酸化触媒２１にてＮＯ_２に変換されるＮＯの量は、ディーゼル酸化触媒２１の活性度とディーゼル酸化触媒２１の通過に要する時間とに依存する。ディーゼル酸化触媒２１を通過した排気ガスは、ＤＰＦ２２に流入する。

ＤＰＦ２２は、排気ガスに含まれる粒子状物質を補足する。補足された粒子状物質は、例えばバーナーを用い、ＤＰＦ２２に流入する排気ガスを昇温させることで除去される。ＤＰＦ２２を通過した排気ガスには、尿素水添加装置２３によって尿素水が添加される。

排気ガスに添加された尿素水は、加水分解によりアンモニアと二酸化炭素とに変換される。尿素水が添加された排気ガスには、オゾン発生装置３０によってオゾン（Ｏ_３）が添加される。

オゾン発生装置３０は、空気を原料ガスとしてオゾンを発生させ、その発生させたオゾンを含むオゾンガスをオゾン添加ノズル２４から排気ガスに添加する。排気ガスに含まれるＮＯは、ＮＯ＋Ｏ_３→ＮＯ_２＋Ｏ_２で示される反応式のもとにオゾンによって酸化されてＮＯ_２に変換される。オゾンが添加された排気ガスは、選択還元型触媒２５に流入する。

選択還元型触媒２５は、アンモニアとＮＯｘとを反応させることでＮＯｘを窒素と水とに還元する。選択還元型触媒２５の下流に位置するアンモニア酸化触媒２６は、選択還元型触媒２５を通過したアンモニアを酸化して窒素と水とに変換する。

なお、エンジン１０の吸気通路１３には、エアクリーナー１４とコンプレッサー１５との間に、吸入空気量Ｑａを検出する吸入空気量センサー１７が取り付けられている。また、エンジン１０の排気通路１１には、ディーゼル酸化触媒２１を通過した排気ガスの温度である排気温度Ｔｅを検出する排気温度センサー２７、ディーゼル酸化触媒２１を通過した排気ガスのＮＯｘ濃度Ｃｘを検出するＮＯｘ濃度センサー２８が取り付けられている。

排気温度Ｔｅは、ディーゼル酸化触媒２１の温度、換言すればディーゼル酸化触媒２１の活性度に応じて変化する値である。また、吸入空気量Ｑａは、ディーゼル酸化触媒２１の通過に要する時間に関わる値である。そして、ディーゼル酸化触媒２１に流入するＮＯｘの大部分がＮＯであるため、排気温度Ｔｅ、吸入空気量Ｑａからディーゼル酸化触媒２１を通過した排気ガスにおけるモル比Ｒ（＝ＮＯ_２／ＮＯｘ）が推定される。

オゾン発生装置３０は、原料ガス生成部３２と、オゾン発生器３６と、オゾン発生量の制御装置４５と、を備える。
原料ガス生成部３２において、コンプレッサー３３は、大気中の空気を圧縮したガスを酸素を含む原料ガスとして、一定の供給量Ｑｓでエアドライヤー３４へ連続的に供給する。エアドライヤー３４は、原料ガスに含まれる水分を除去し、原料ガスを乾燥させたうえで酸素富化膜３５に供給する。酸素富化膜３５は、原料ガスの窒素と酸素とを分離し、原料ガスの酸素濃度を高める。原料ガス生成部３２は、水分含有量が少なく、且つ、酸素濃度の高い原料ガスをオゾン発生器３６に供給する。オゾン発生器３６は、原料ガスからオゾンを含むオゾンガスを生成する。オゾン発生器３６で生成されたオゾンガスは、オゾン添加ノズル２４から排気ガスに添加される。

オゾン発生器３６は、無声放電方式のオゾン発生器であり、電源３７に電気的に接続されたワイヤ状の放電電極３８と、放電電極３８を取り囲むように位置して放電電極３８に対して誘電体３９を介して対向する接地電極４０と、を備える。放電電極３８と誘電体３９との間の空間は、放電空間４１である。電源３７の出力は、振幅Ｅｍ及び周波数ｆを有する交流電圧Ｅである。電源３７は、交流電圧Ｅを放電電極３８に印加する。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に交流電圧Ｅの一例を示す。図２（ａ）に示されるように、交流電圧Ｅの１つの例は正弦波状の電圧である。正弦波状の電圧において、振幅Ｅｍは正弦波のピーク値であり、周波数ｆは周期Ｔの逆数である。また、図２（ｂ）に示されるように、交流電圧Ｅの他の例は、正極パルスと、正極パルスに対してオーバーシュートする反転パルスとを含むパルス状の電圧である。パルス状の電圧において、振幅Ｅｍは正極パルスのピーク値であり、周波数ｆは周期Ｔの逆数である。なお、本実施形態の放電電極３８には、図２（ｂ）に示すパルス状の電圧が交流電圧Ｅとして印加される。

オゾン発生器３６は、放電空間４１に対する原料ガスの供給と、電源３７からの交流電圧Ｅの印加とを受けて、原料ガスに含まれる酸素の一部をオゾンへと変換し、そのオゾンを含むオゾンガスを生成する。排気通路１１に供給されるオゾンガスのオゾン濃度Ｃｚは、検出部であるオゾン濃度センサー４２によって検出される。無声放電は電流値の変化が大きいときに発生しやすいことから、電流値が変化しやすい周波数ｆは、交流電圧Ｅの変化に対するオゾン発生量Ｇｚの応答性が高いパラメーターである。オゾン発生量Ｇｚは、オゾン発生器３６における単位時間あたりのオゾンの発生量であり、制御装置４５によって制御される。

制御装置４５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭを有するマイクロコンピューターを中心に構成される。制御装置４５は、各種処理を実行する制御部４６と、各種制御プログラムや各種データを格納する記憶部４７と、を備える。制御部４６は、記憶部４７に格納された各種制御プログラムに基づいて、オゾン発生量Ｇｚの目標量Ｇｔを演算し、その目標量Ｇｔの分だけのオゾンが生成されるように交流電圧Ｅの振幅Ｅｍと周波数ｆとを制御する処理を実行する。

制御部４６は、吸入空気量センサー１７からの信号に基づいて吸入空気量Ｑａ、排気温度センサー２７からの信号に基づいて排気温度Ｔｅ、ＮＯｘ濃度センサー２８からの信号に基づいてＮＯｘ濃度Ｃｘを取得する。制御部４６は、オゾン濃度センサー４２からの信号に基づいてオゾン濃度Ｃｚを取得する。

制御部４６は、目標量Ｇｔを演算する。制御部４６は、ディーゼル酸化触媒２１を通過した排気ガスにおけるモル比Ｒを排気温度Ｔｅ及び吸入空気量Ｑａに基づき演算する。そして、制御部４６は、吸入空気量Ｑａ、ＮＯｘ濃度Ｃｘ、及び、モル比Ｒに基づいて、モル比Ｒが０．５に変更される分だけＮＯをＮＯ_２に酸化するために必要なオゾン量を目標量Ｇｔとして演算する。

制御部４６は、上記目標量Ｇｔと記憶部４７に記憶した電圧マップ５１とに基づいて電源３７の出力を制御する。電圧マップ５１は、オゾン発生量Ｇｚの各々に対して交流電圧Ｅの振幅Ｅｍ及び周波数ｆが一義的に規定されたデータである。電圧マップ５１は、供給量Ｑｓだけの原料ガスをオゾン発生器３６に供給し、且つ、放電電極３８に対して振幅Ｅｍ及び周波数ｆの交流電圧Ｅを印加したときのオゾン発生量Ｇｚの測定値に基づくデータである。制御部４６は、目標量Ｇｔに対応する振幅Ｅｍと周波数ｆとを電圧マップ５１から選択し、その選択した振幅Ｅｍ及び周波数ｆを示す信号を電源３７に出力する。

制御部４６は、原料ガスの供給量Ｑｓと電源３７の出力の変更後におけるオゾン濃度Ｃｚとに基づいて、変更後の交流電圧Ｅでのオゾン発生量Ｇｚを演算する。制御部４６は、目標量Ｇｔとオゾン発生量Ｇｚとの偏差ΔＧを演算し、その演算した偏差ΔＧの絶対値が判定値Ｇｊ以下の値であるか否かを判定する。判定値Ｇｊは、偏差ΔＧの絶対値が判定値Ｇｊ以下の値であれば、交流電圧Ｅの変更に対するオゾン発生量Ｇｚの応答性が高いと判定される値であり、例えば目標量Ｇｔに対する５％の値である。偏差ΔＧの絶対値が判定値Ｇｊ以下のとき、制御部４６は、目標量Ｇｔを新たに演算し、その演算した目標量Ｇｔに基づいて電源３７の出力を制御する。一方、偏差ΔＧの絶対値が判定値Ｇｊよりも大きいとき、制御部４６は、交流電圧Ｅの周波数ｆに対するフィードバック制御を行う。

フィードバック制御において、制御部４６は、偏差ΔＧに対する比例ゲインの乗算値である比例項Ｐと偏差ΔＧの積算値に対する積分ゲインの乗算値である積分項Ｉとを演算する。制御部４６は、比例項Ｐと積分項Ｉとを周波数ｆに加算することにより、交流電圧Ｅの周波数ｆのみを変更する。なお、比例ゲイン及び積分ゲインは、後述する図３（ｂ）に示すグラフ、すなわち電圧マップ５１に規定された周波数ｆとオゾン発生量Ｇｚとの関係に基づいて振幅Ｅｍ毎に設定される。

制御部４６は、フィードバック制御による周波数ｆの変更後に偏差ΔＧの絶対値が上記判定値Ｇｊ以下である場合には、周波数ｆのフィードバック制御を終了する。また、制御部４６は、例えばカウンターやタイマーを用いてフィードバック制御の継続時間ｔを計測し、その継続時間ｔが予め設定された上限時間ｔｍを超えると周波数ｆのフィードバック制御を終了する。

図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照して、電圧マップ５１について説明する。なお、図３（ａ）は、供給量Ｑｓだけの原料ガスをオゾン発生器３６に供給した場合における交流電圧Ｅとオゾン発生量Ｇｚの測定値との関係の一例を示すグラフである。また、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示される振幅Ｅｍ１，Ｅｍ２，Ｅｍ３，Ｅｍ４は、Ｅｍ１＜Ｅｍ２＜Ｅｍ３＜Ｅｍ４の関係を有する。

図３（ａ）に示されるように、オゾン発生器３６では、振幅Ｅｍが高いほど各周波数ｆにおけるオゾン発生量Ｇｚが増加するとともに、周波数ｆが高いほど各振幅Ｅｍにおけるオゾン発生量Ｇｚが増加する。図３（ａ）からも明らかなように、振幅Ｅｍは、オゾン発生器３６におけるオゾン発生量Ｇｚの自由度が高いパラメーターである。

また、オゾン発生器３６には、周波数ｆ１以上周波数ｆ２以下の範囲のように、周波数ｆの単位増加量に対するオゾン発生量Ｇｚの増加量が他の範囲に比べて大きい部分であって、周波数ｆに対してオゾン発生量Ｇｚが比例する周波数ｆの範囲が存在する。なお、「比例」とは、周波数ｆの単位増加量に対するオゾン発生量Ｇｚの増加量がおおよそ一定であり、周波数ｆに対するオゾン発生量Ｇｚが単一の直線で近似されることを意味する。

図３（ｂ）に示されるように、電圧マップ５１は、上述した周波数ｆ１〜周波数ｆ２の範囲における振幅Ｅｍとオゾン発生量Ｇｚとの関係に基づいて、オゾン発生量Ｇｚに対して振幅Ｅｍと周波数ｆとを一義的に規定したデータである。周波数ｆ１〜周波数ｆ２の範囲においてオゾン発生量Ｇｚを実現可能な振幅Ｅｍが複数存在する場合、電圧マップ５１のオゾン発生量Ｇｚには、複数の振幅Ｅｍのうちで最も小さい振幅Ｅｍが対応付けられる。電圧マップ５１には、オゾン発生量ＧｚがＧｚ≦Ｇｚ１以下の範囲には第１の振幅である振幅Ｅｍ１、Ｇｚ１＜Ｇｚ≦Ｇｚ２の範囲には第２の振幅である振幅Ｅｍ２、Ｇｚ２＜Ｇｚ≦Ｇｚ３の範囲には第３の振幅である振幅Ｅｍ３、Ｇｚ３＜Ｇｚ≦Ｇｚ４の範囲には第４の振幅である振幅Ｅｍ４が対応付けられている。

図４を参照して電源３７の出力を制御する処理の一例について説明する。なお、この処理は、エンジン１０の運転中に繰り返し実行されてもよいし、例えば選択還元型触媒２５の温度が活性温度、例えば２００℃以下であることを条件に繰り返し実行されてもよい。

図４に示されるように、制御部４６は、ステップＳ１１にて吸入空気量Ｑａ、排気温度Ｔｅ、及び、ＮＯｘ濃度Ｃｘを取得し、ステップＳ１２にて目標量Ｇｔを演算する。
ステップＳ１３にて制御部４６は、記憶部４７に記憶した電圧マップ５１から、ステップＳ１２にて演算した目標量Ｇｔに対応する振幅Ｅｍ及び周波数ｆを選択する。そして制御部４６は、ステップＳ１３にて選択した振幅Ｅｍ及び周波数ｆを示す信号を電源３７に出力する（ステップＳ１４）。電源３７は、制御部４６から入力された振幅Ｅｍ及び周波数ｆの交流電圧Ｅを放電電極３８に印加する。

次に制御部４６は、オゾン濃度センサー４２からオゾン濃度Ｃｚを取得し（ステップＳ１５）、ステップＳ１４で印加した交流電圧Ｅでのオゾン発生量Ｇｚを演算する（ステップＳ１６）。そして制御部４６は、目標量Ｇｔとオゾン発生量Ｇｚとの偏差ΔＧを演算し、偏差ΔＧの絶対値が判定値Ｇｊ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１７）。

偏差ΔＧの絶対値が判定値Ｇｊ以下であった場合（ステップＳ１７：ＹＥＳ）、制御部４６は、一連の処理を一旦終了する。一方、偏差ΔＧの絶対値が判定値Ｇｊよりも大きい場合（ステップＳ１７：ＮＯ）、制御部４６は、フィードバック制御を開始し、フィードバック制御の継続時間ｔの計時を開始する（ステップＳ１８）。

次のステップＳ１９において、制御部４６は、継続時間ｔが上限時間ｔｍ以下であるか否かを判定する。継続時間ｔが上限時間ｔｍを超えていた場合（ステップＳ１９：ＮＯ）、制御部４６は、一連の処理を一旦終了する。

一方、継続時間ｔが上限時間ｔｍ以下であった場合（ステップＳ１９：ＹＥＳ）、制御部４６は、偏差ΔＧに基づいて比例項Ｐ及び積分項Ｉを演算する（ステップＳ２０）。そして制御部４６は、ステップＳ１３にて選択した振幅ＥｍとステップＳ２０で演算した比例項Ｐ及び積分項Ｉとに基づく周波数ｆを演算する（ステップＳ２１）。制御部４６は、ステップＳ１３にて選択した振幅ＥｍとステップＳ２１にて演算した周波数ｆとを示す信号を電源３７に出力する。（ステップＳ２２）。

次に、制御部４６は、オゾン濃度センサー４２からオゾン濃度Ｃｚを取得し（ステップＳ２３）、ステップＳ２２で変更した交流電圧Ｅでのオゾン発生量Ｇｚを演算する（ステップＳ２４）。そして制御部４６は、ステップＳ１２にて設定した目標量ＧｔとステップＳ２４にて演算したオゾン発生量Ｇｚとの偏差ΔＧを演算し、その演算した偏差ΔＧの絶対値が判定値Ｇｊ以下であるか否かを判定する（ステップＳ２５）。

偏差ΔＧの絶対値が判定値Ｇｊ以下である場合（ステップＳ２５：ＹＥＳ）、制御部４６は、一連の処理を一旦終了する。一方、偏差ΔＧの絶対値が判定値Ｇｊよりも大きい場合（ステップＳ２５：ＮＯ）、制御部４６は、ステップＳ１９の処理に移行する。

上述したオゾン発生装置３０の作用について説明する。
オゾン発生装置３０において、目標量ＧｔとしてＧｔ≦Ｇｚ１を満たす値が演算され続ける間、交流電圧Ｅは、振幅Ｅｍが振幅Ｅｍ１から変更されることなく周波数ｆのみが変更される。その後、エンジン１０の運転状態が変化して、目標量ＧｔがＧｚ１＜Ｇｔ≦Ｇｚ２を満たす値に変化すると、交流電圧Ｅは、振幅Ｅｍが振幅Ｅｍ１から振幅Ｅｍ２に変更されるとともに周波数ｆも変更される。そして、目標量ＧｔとしてＧｚ１＜Ｇｔ≦Ｇｚ２を満たす値が演算され続ける間、交流電圧Ｅは、振幅Ｅｍが振幅Ｅｍ２から変更されることなく周波数ｆのみが変更される。

上記実施形態のオゾン発生量の制御装置及び制御方法の制御方法によれば、以下の効果が得られる。
（１）交流電圧Ｅは、オゾン発生量Ｇｚの応答性が高いパラメーターである周波数ｆによって主に制御され、オゾン発生量Ｇｚそのものについての自由度が高いパラメーターである振幅Ｅｍが必要に応じて変更される。その結果、オゾン発生量Ｇｚの自由度を高めつつ、目標量Ｇｔの変動に対するオゾン発生量Ｇｚの応答性が高められる。

（２）電圧マップ５１では、オゾン発生量Ｇｚを実現可能な振幅Ｅｍが複数存在する場合、そのオゾン発生量Ｇｚには、複数の振幅Ｅｍのうちで最も小さい振幅Ｅｍが対応付けられる。これにより、オゾン発生装置３０における消費電力が抑えられる。

（３）また、最も小さい振幅Ｅｍが対応付けられることで、放電空間４１の昇温も抑えられる。その結果、放電空間４１の昇温に起因したオゾンの分解が抑えられる。
（４）制御部４６は、偏差ΔＧが判定値Ｇｊよりも大きい場合、たとえば振幅Ｅｍの変更直後のように交流電圧Ｅの振幅Ｅｍが不安定な場合に、周波数ｆのフィードバック制御を行う。これにより、振幅Ｅｍの変更時におけるオゾン発生量Ｇｚの応答性が高まる。

（５）制御部４６は、フィードバック制御の継続時間ｔが上限時間ｔｍを超えるとフィードバック制御を終了する。これにより、フィードバック制御における周波数ｆの過度な上昇、あるいは、過度な低下が抑えられる。

（６）電圧マップ５１において各振幅Ｅｍに対応付けられている周波数ｆは、周波数ｆの単位増加量に対するオゾン発生量Ｇｚの増加量が他の範囲に比べて大きい部分である。そのため、単位量だけオゾン発生量Ｇｚを増加させる際に必要な周波数ｆの増加分が他の範囲よりも小さい。その結果、周波数ｆの増加にともなう消費電力の増大が抑えられる。

（７）また、電圧マップ５１の各振幅Ｅｍでは、周波数ｆとオゾン発生量Ｇｚとが比例の関係にある。そして、その比例の関係に基づいて振幅Ｅｍ毎に比例ゲイン及び積分ゲインが設定されていることから、フィードバック制御における比例項Ｐ及び積分項Ｉの演算が簡素化される。その結果、制御部４６に対する負荷が軽減される。また、図３（ａ）及び図３（ｂ）からも明らかなように、たとえフィードバック制御によって電圧マップ５１に規定された周波数ｆの範囲を超えて周波数ｆが変更されたとしても、偏差ΔＧに基づいて周波数ｆが制御されている以上、オゾン発生量Ｇｚが目標量Ｇｔに近づくように周波数ｆが制御される。

なお、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・エンジン１０の回転数が高いほど、エンジン１０から排出される排気ガスの流量が多くなるとともに、その排気ガスがオゾン添加ノズル２４の位置に到達するまでに要する時間も短くなる。こうした排気ガスの流量の変化に対して柔軟に対応するべく、オゾン発生装置３０は、オゾン発生器３６に対する原料ガスの供給量が可変であってもよい。

こうした構成において、制御部４６は、エンジン１０の回転数を取得するとともに、原料ガスの供給量毎の電圧マップ５１が記憶部４７に記憶される。そして制御部４６は、エンジン１０の回転数に基づいて供給量を制御するとともに、供給量に応じて電圧マップ５１を切り替える。

・電圧マップ５１を構成する周波数ｆは、オゾン発生量Ｇｚとの関係が比例の関係にある周波数ｆに限らず、例えば図３（ａ）における周波数ｆ２よりも大きい周波数ｆを含んでいてもよい。

・フィードバック制御において制御部４６は、偏差ΔＧの絶対値が判定値Ｇｊ以下となるまで周波数ｆのフィードバック制御を継続してもよい。
・制御部４６は、周波数ｆのフィードバック制御を行うことなく、目標量Ｇｔの演算と、目標量Ｇｔに対応する振幅Ｅｍ及び周波数ｆの選択とを繰り返し行ってもよい。こうした構成によれば、偏差ΔＧの演算、及び、偏差ΔＧに基づく各種演算が必要なくなることから、制御部４６に対する負荷が軽減される。

・電圧マップ５１では、オゾン発生量Ｇｚが少なくとも２つの範囲に区分され、各範囲に互いに異なる振幅Ｅｍが対応付けられ、複数の振幅Ｅｍの各々に対して周波数ｆが対応付けられていればよい。そのため、例えばオゾン発生装置３０に要求されるオゾン発生量Ｇｚがオゾン発生量Ｇｚ２以下の場合には、電圧マップ５１から選択される振幅Ｅｍは、振幅Ｅｍ１，Ｅｍ２のみであってもよい。

１０…エンジン、１１…排気通路、１２…タービン、１３…吸気通路、１４…エアクリーナー、１５…コンプレッサー、１７…吸入空気量センサー、２０…排気浄化システム、２１…ディーゼル酸化触媒、２２…ＤＰＦ、２３…尿素水添加装置、２４…オゾン添加ノズル、２５…選択還元型触媒、２６…アンモニア酸化触媒、２７…排気温度センサー、２８…ＮＯｘ濃度センサー、３０…オゾン発生装置、３２…原料ガス生成部、３３…コンプレッサー、３４…エアドライヤー、３５…酸素富化膜、３６…オゾン発生器、３７…電源、３８…放電電極、３９…誘電体、４０…接地電極、４１…放電空間、４２…オゾン濃度センサー、４５…制御装置、４６…制御部、４７…記憶部、５１…電圧マップ。

Claims

排ガスに含まれる一酸化窒素を酸化するためのオゾンを原料ガスから生成するための交流電圧の振幅と、前記交流電圧の周波数とがオゾン発生量に対して規定された電圧マップを記憶する記憶部と、
オゾン発生量の目標量に対応する前記振幅、および、前記目標量に対応する前記周波数を前記電圧マップから求め、前記求めた振幅と前記求めた周波数とを有する交流電圧に電源の出力を制御する制御部と、を備え、
前記電圧マップにおいて、
前記電圧マップに定められた最小の目標量である第１の目標量以下の前記目標量には、前記振幅として一定値である第１の振幅が対応付けられ、かつ、前記目標量が大きいほど高い周波数が対応付けられ、
前記第１の目標量よりも大きく、かつ、前記第１の目標量の次に大きい第２の目標量以下の前記目標量には、前記振幅として前記第１の振幅の次に大きい一定値である第２の振幅が対応付けられ、かつ、前記目標量が大きいほど高い周波数が対応付けられ、
前記第１の振幅及び前記第２の振幅では、周波数に対してオゾン発生量が比例する周波数の所定範囲であって、かつ、周波数の単位増加量に対するオゾン発生量の増加量が前記所定範囲外に比べて大きい前記所定範囲において、オゾン発生量を実現可能な振幅が複数存在する場合には、小さい振幅が前記目標量に対応付けられ、
前記交流電圧の印加によって生成されたオゾンの濃度を検出する検出部をさらに備え、
前記制御部は、
前記検出部が検出した前記濃度に基づいて前記オゾン発生量を演算し、
前記目標量と前記オゾン発生量との偏差の絶対値が、前記目標量に対して５％以下の値であることを条件として有し、
前記条件の成立時には前記目標量の新たな演算に基づき前記出力を制御し、
前記条件の不成立時には前記偏差に基づく前記周波数のフィードバック制御により前記出力を制御する
オゾン発生量の制御装置。
前記制御部は、
前記フィードバック制御の継続時間が上限時間を超えると前記フィードバック制御を終了し、前記目標量の新たな演算に基づき前記出力を制御する
請求項１に記載のオゾン発生量の制御装置。
排ガスに含まれる一酸化窒素を酸化するためのオゾンを原料ガスから生成するための交流電圧の振幅と、前記交流電圧の周波数とを変更することによりオゾン発生量を制御するオゾン発生量の制御方法であって、
前記交流電圧を出力する電源の出力を制御する制御部は、
前記オゾン発生量の目標量を演算する工程と、
前記交流電圧の振幅と、前記交流電圧の周波数とがオゾン発生量に対して規定された電圧マップから、前記目標量に対応付けられた前記振幅と前記周波数とを求める工程と、
前記求めた振幅と前記求めた周波数とを示す信号を前記電源に出力する工程と、を備え、
前記電圧マップにおいて、
前記電圧マップに定められた最小の目標量である第１の目標量以下の前記目標量には、前記振幅として一定値である第１の振幅が対応付けられ、かつ、前記目標量が大きいほど高い周波数が対応付けられ、
前記第１の目標量よりも大きく、かつ、前記第１の目標量の次に大きい第２の目標量以下の前記目標量には、前記振幅として前記第１の振幅の次に大きい一定値である第２の振幅が対応付けられ、かつ、前記目標量が大きいほど高い周波数が対応付けられ、
前記第１の振幅及び前記第２の振幅では、周波数に対してオゾン発生量が比例する周波数の所定範囲であって、かつ、周波数の単位増加量に対するオゾン発生量の増加量が前記所定範囲外に比べて大きい前記所定範囲において、オゾン発生量を実現可能な振幅が複数存在する場合には、小さい振幅が前記目標量に対応付けられ、
前記制御部は、
前記交流電圧の印加によって生成されたオゾンの濃度を検出する検出部が検出した前記濃度に基づいて前記オゾン発生量を演算する工程と、
前記目標量と前記オゾン発生量との偏差の絶対値が、前記目標量に対して５％以下の値であることを条件として有し、前記条件が成立するか否かを判定する工程と、
前記条件の成立時には前記目標量の新たな演算に基づき前記出力を制御する工程と、
前記条件の不成立時には前記偏差に基づく前記周波数のフィードバック制御により前記出力を制御する工程と、をさらに備える
オゾン発生量の制御方法。