(57)【要約】【課題】車両の排気浄化システムに適用されるオゾン供給装置を制御するオゾン制御装置において、浄化触媒のオゾン吸着能を超える等により無駄にオゾンが供給されることを抑制する。【解決手段】オゾン制御装置４０は、排気浄化システム１の浄化触媒２１の上流側にオゾンを供給するオゾン供給装置３０を制御し、内燃機関１０の運転状態に基づき排気中の所定成分の浄化に必要なオゾン量である必要オゾン量を算出する必要オゾン量算出部５１と、浄化触媒の状態である触媒状態に基づき浄化触媒に吸着させるオゾン量の目標値である目標吸着オゾン量を算出する目標吸着オゾン量算出部５２と、浄化触媒に現在吸着されているオゾン量である吸着オゾン量を算出する吸着オゾン量算出部５３と、目標吸着オゾン量が吸着オゾン量よりも多い場合に浄化触媒に供給するオゾン量を必要オゾン量に対して過剰なオゾン量に設定する供給オゾン量算出部５４と、を備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１０）の排気管（１２）に配置された前記内燃機関からの排気を浄化する浄化触媒（２１）を備えた排気浄化システムに搭載され、前記浄化触媒の上流側にオゾンを供給するオゾン供給装置（３０）を制御するオゾン制御装置（４０）であって、
前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記排気中の所定成分の浄化に必要なオゾン量である必要オゾン量を算出する必要オゾン量算出部（５１）と、
前記浄化触媒の状態である触媒状態に基づいて、前記浄化触媒に吸着させるオゾン量の目標値である目標吸着オゾン量を算出する目標吸着オゾン量算出部（５２）と、
前記浄化触媒に現在吸着されているオゾン量である吸着オゾン量を算出する吸着オゾン量算出部（５３）と、
前記目標吸着オゾン量が前記吸着オゾン量よりも多い場合に、前記浄化触媒に供給するオゾン量を前記必要オゾン量に対して過剰なオゾン量に設定する供給オゾン量算出部（５４）と、を備えるオゾン制御装置。
【請求項２】
前記目標吸着オゾン量算出部は、前記浄化触媒に吸着可能なオゾン量である最大吸着オゾン量を上限として、前記浄化触媒に吸着させるオゾン量の目標値である目標吸着オゾン量を算出する請求項１に記載のオゾン制御装置。
【請求項３】
前記最大吸着オゾン量は、前記浄化触媒の温度情報、組成、または窒素酸化物の吸着量に基づいて算出される請求項２に記載のオゾン制御装置。
【請求項４】
前記吸着オゾン量算出部は、前記浄化触媒に供給されるオゾン量と、前記供給されるオゾンのうち前記浄化触媒に吸着されるオゾンの割合を示すオゾン吸着率とに基づいて、前記吸着オゾン量を算出し、
前記オゾン吸着率は、前記浄化触媒にオゾンを供給する前に前記浄化触媒に吸着されているオゾン量である前吸着オゾン量と前記浄化触媒の温度情報とに基づいて算出する請求項１〜３のいずれかに記載のオゾン制御装置。
【請求項５】
前記吸着オゾン量算出部は、前記浄化触媒の窒素酸化物の吸着量に基づいて、前記オゾン吸着率を算出する請求項４に記載のオゾン制御装置。
【請求項６】
前記吸着オゾン量算出部は、前記浄化触媒に流入する一酸化炭素の量に基づいて、前記一酸化炭素により消費されるオゾン量を差し引いて前記吸着オゾン量を算出する請求項１〜５のいずれかに記載のオゾン制御装置。
【請求項７】
前記吸着オゾン量算出部は、前記吸着オゾン量が前記浄化触媒に含まれる所定成分により消費されて減少することによる時間変化に基づいて、前記吸着オゾン量を算出する請求項１〜６のいずれかに記載のオゾン制御装置。
【請求項８】
前記吸着オゾン量算出部は、前記浄化触媒に流入する窒素酸化物の量に基づいて、前記窒素酸化物により消費されるオゾン量を差し引いて前記吸着オゾン量を算出する請求項１〜７のいずれかに記載のオゾン制御装置。
【請求項９】
前記吸着オゾン量算出部は、前記浄化触媒に流入する前記窒素酸化物に含まれる一酸化窒素の量および二酸化窒素の量に基づいて、前記吸着オゾン量を算出する請求項８に記載のオゾン制御装置。
【請求項１０】
前記吸着オゾン量算出部は、前記浄化触媒に流入する炭化水素の量に基づいて、前記炭化水素により消費されるオゾン量を差し引いて前記吸着オゾン量を算出する請求項１〜９のいずれかに記載のオゾン制御装置。
【請求項１１】
前記吸着オゾン量算出部は、前記浄化触媒に流入する排気の流量または流速に基づいて、前記吸着オゾン量を算出する請求項１〜１０のいずれかに記載のオゾン制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気を浄化する排気浄化システムに搭載されたオゾン供給装置を制御するオゾン制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を吸蔵して浄化する浄化触媒を備えた排気浄化システムにおいて、オゾン供給装置を搭載する技術が知られている。オゾン供給装置によってオゾンを供給し、一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ２）に酸化させることにより、浄化触媒におけるＮＯｘの吸着率を向上させる。
【０００３】
特許文献１では、ＮＯをＮＯ２に酸化するために必要なオゾン量である必要オゾン量よりも多い量のオゾンを過剰に供給すると、過剰供給分のオゾンの一部が活性酸素の状態で触媒に吸着される現象が生じるという知見に基づいて、必要オゾン量が少ない低要求時に、必要オゾン量よりも多い過剰量のオゾンを供給する。低要求時に浄化触媒に活性酸素を吸着させておくことにより、必要オゾン量が多い高要求時に、浄化触媒においてオゾンが不足することを抑制できるとともに、ＮＯの酸化反応が促進される。その結果、排気中のＮＯｘをより確実に浄化することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−１４２２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、オゾン供給装置が供給可能なオゾン量の最大値である最大吸着オゾン量に対して、必要オゾン量が少ない場合には、必要オゾン量よりも多い過剰量のオゾンを供給する。このため、必要オゾン量が少ない状態が継続する場合には、浄化触媒に吸着される活性酸素が飽和した後にも、過剰量のオゾン供給が継続され、オゾンが活性酸素として吸着されることなく無駄に供給されることが懸念される。
【０００６】
上記の課題に鑑み、本発明は、車両の排気浄化システムに適用されるオゾン供給装置を制御するオゾン制御装置において、浄化触媒のオゾン吸着能を超える等により無駄にオゾンが供給されることを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、内燃機関の排気管に配置された前記内燃機関からの排気を浄化する浄化触媒を備えた排気浄化システムに適用され、前記浄化触媒の上流側にオゾンを供給するオゾン供給装置を制御するオゾン制御装置を提供する。このオゾン制御装置は、前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記排気中の所定成分の浄化に必要なオゾン量である必要オゾン量を算出する必要オゾン量算出部と、前記浄化触媒の状態である触媒状態に基づいて、前記浄化触媒に吸着させるオゾン量の目標値である目標吸着オゾン量を算出する目標吸着オゾン量算出部と、前記浄化触媒に現在吸着されているオゾン量である吸着オゾン量を算出する吸着オゾン量算出部と、前記目標吸着オゾン量が前記吸着オゾン量よりも多い場合に、前記浄化触媒に供給するオゾン量を前記必要オゾン量に対して過剰なオゾン量に設定する供給オゾン量算出部と、を備える。
【０００８】
本発明によれば、オゾン制御装置は、目標吸着オゾン量算出部により、浄化触媒の状態である触媒状態に基づいて、浄化触媒に吸着させるオゾン量の目標値である目標吸着オゾン量を算出する。また、吸着オゾン量算出部により、浄化触媒に現在吸着されているオゾン量である吸着オゾン量を算出する。そして、供給オゾン量算出部は、目標吸着オゾン量が吸着オゾン量よりも多い場合に、浄化触媒に供給するオゾン量である供給オゾン量を必要オゾン量に対して過剰なオゾン量に設定する。目標吸着オゾン量が吸着オゾン量よりも多い場合に、オゾンの供給量が過剰量に設定される一方で、目標吸着オゾン量が吸着オゾン量以下である場合には、供給オゾン量が過剰とならないため、例えば、浄化触媒のオゾン吸着能を超える等により、無駄にオゾンが供給されることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態に係る排気浄化システムの概要図。
【図２】過剰に供給されたオゾンが浄化触媒に吸着された状態で、排気中のＮＯｘと反応することを説明する概念図。
【図３】過剰量のオゾン供給により浄化触媒の浄化率が向上することを示す実験データ。
【図４】オゾン制御部における算出処理を示すブロック図。
【図５】吸着オゾン量算出部における算出処理を示すブロック図。
【図６】浄化触媒の温度と、浄化触媒の最大吸着オゾン量との関係を示す図。
【図７】浄化触媒に吸着するオゾン量と、オゾン吸着率との関係を示す図。
【図８】浄化触媒に到達するＮＯｘ量と、ＮＯｘにより消費されるオゾン量との関係を示す図。
【図９】吸着オゾン量と、瞬時オゾン吸着率との関係を示す図。
【図１０】排気の体積流量と、吸着オゾン量増加率との関係を示す図。
【図１１】排気中のＣＯ濃度と、ＣＯにより吸着が阻害されるオゾン量との関係を示す図。
【図１２】吸着／昇温脱離試験の実験条件を示す図。
【図１３】昇温脱離試験における試料温度と出口ガス中のＮＯｘ濃度との関係を示す図。
【図１４】浄化触媒における吸着オゾン量の時間変化を示す図。
【図１５】実施形態に係るオゾン供給制御のフローチャート。
【図１６】吸着オゾン量算出処理のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１実施形態）
図１に示すように、車両に搭載された排気浄化システム１は、内燃機関１０から排出される排気を浄化触媒層２１により浄化可能な装置として構成されている。オゾン供給装置３０は、浄化触媒層２１にオゾンを供給するために、排気浄化システム１に搭載されている。内燃機関１０は、ディーゼルエンジンであり、吸気管１１から吸入した空気は、過給装置１３によって圧縮されて内燃機関１０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。
【００１１】
過給装置１３は、吸気管１１に配置された吸気コンプレッサ１４と、排気管１２に配置された排気タービン１５と、吸気コンプレッサ１４と排気タービン１５とを連結する回転軸１６とを備えている。内燃機関１０からの排気により排気タービン１５が回転されると、その回転に伴い吸気コンプレッサ１４が回転され、吸気の過給が行われる。なお、吸気管１１には、吸気コンプレッサ１４の下流側に熱交換器としてのインタクーラが配置されていてもよい。
【００１２】
吸気管１１には、吸気コンプレッサ１４の上流側となる位置に、吸気管１１を通過する空気量を検出する吸気量センサ１８が設けられている。排気管１２には、排気温度を検出する排気温度センサ２２と、排気中のＮＯｘ量を濃度として検出する第１ＮＯｘセンサ２３および第２ＮＯｘセンサ２４が設けられている。排気温度センサ２２、第１ＮＯｘセンサ２３の下流側に浄化触媒層２１が設けられており、浄化触媒層２１の下流側に第２ＮＯｘセンサ２４が設けられている。
【００１３】
浄化触媒層２１は、ＮＯｘを浄化する浄化触媒として、酸素吸蔵材（ＯＳＣ材）を成分として含むリーンノックストラップ触媒（Ｌｅａｎ  ＮＯｘ  Ｔｒａｐ：ＬＮＴ）を備えている。ＬＮＴを用いたＮＯｘ浄化処理においては、内燃機関２０のリーン燃焼時には、ＮＯｘを触媒上に吸蔵させ、時折、リッチスパイク（燃料を多めに噴射すること）により、排出ガス中の酸素（Ｏ２）を低減させ、かつ、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）等を増加させる。そして、吸蔵したＮＯｘと反応させて窒素に還元し、除去する。内燃機関１０からの排気は、排気管１２を通過して浄化触媒層２１において浄化される。なお、本明細書では、「吸蔵」という用語は、気体や液体が固体内部に取り込まれる現象を意味する。また、「吸着」という用語は、物理吸着と化学吸着との双方を含み、「吸蔵」という用語が意味する状態を含むこともある。
【００１４】
ＬＮＴとしては、例えば、金属酸化物、セラミックス、またはこれらの複合酸化物を材料とする担体と、貴金属または卑金属を材料とする活性種と、ＮＯｘ吸着種とを含む触媒が用いられている。ＬＮＴの具体例として、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、セリア（ＣｅＯ２）とジルコニア（ＺｒＯ２）の複合酸化物等の担体と、プラチナ（Ｐｔ），パラジウム（Ｐｄ），ロジウム（Ｒｈ）等の貴金属種と、ＮＯｘ吸着種としてのバリウム（Ｂａ）等を含む触媒を例示できる。
【００１５】
ＯＳＣ材とは、酸素吸放出能（Ｏｘｙｇｅｎ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｃａｐａｃｉｔｙ：ＯＳＣ）を有する材料である。具体的には、セリア（ＣｅＯ２）、ジルコニア（ＺｒＯ２）、ランタニア（Ｌａ２Ｏ３）、およびこれらの複合酸化物等を例示することができる。
【００１６】
ＬＮＴの別称としては、ＮＳＲ（ＮＯｘ  Ｓｔｒａｇｅ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）、ＮＡＣ（ＮＯｘ  Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ  Ｃａｔａｌｙｓｔ）、ＤＰＮＲ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ−ＮＯｘ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）等を挙げることができる。本明細書においては、ＬＮＴという用語は、上記別称で称される各触媒を含む意味で用いる。
【００１７】
浄化触媒層２１が備えるＬＮＴの具体例を例示すると、例えば、図２に示すように、担体表面にコーティングされたＡｌ２Ｏ３基材と、還元触媒の活性種であるＰｔと、ＯＳＣ材であるＣｅＯ２とを含み、基材上に還元触媒およびＯＳＣ材が担持された構造を有するＬＮＴを例示することができる。
【００１８】
オゾン供給装置３０は、エアポンプ３２と、オゾン生成器３３とを備えている。エアポンプ３２は、例えば電動ポンプであって、外部から吸入した空気を加圧してオゾン生成器３３に圧送することができる。エアポンプ３２の出口には、空気量センサ３５が設けられており、エアポンプ３２からオゾン生成器３３に送風する空気の流量を検出することができる。
【００１９】
オゾン生成器３３は、オゾン供給管３１と、エアポンプ３２との間となる位置に設置されている。オゾン生成器３３は、オゾン供給管３１を介して排気管１２に接続されている。オゾン供給管３１は、浄化触媒層２１の上流側、かつ、排気温度センサ２２および第１ＮＯｘセンサ２３の下流側となる位置において、排気管１２に接続されている。オゾン供給管３１の排気管１２側の端部は、オゾン供給口３７である。
【００２０】
オゾン供給管３１には、排気管１２からの排気の逆流を抑制する目的で、開閉弁３４が設けられている。開閉弁３４は、オゾン供給口３７とオゾン生成器３３との間に設けられている。開閉弁３４は、エアポンプ３２よりも下流側（排気管１２側）に設けられている。開閉弁３４は、排気管１２に対するオゾン供給時には開放され、オゾン供給の停止時には閉鎖される。オゾン供給管３１には、オゾン生成器３３と開閉弁３４との間となる位置において、ＮＯｘ量を濃度として検出する第３ＮＯｘセンサ２５が設けられている。
【００２１】
オゾン生成器３３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。エアポンプ３２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が生成される。
【００２２】
オゾン生成器３３により生成されたオゾン（Ｏ３）は、オゾン供給管３１を介して、排気管１２において浄化触媒層２１の上流側に供給される。オゾンが供給されることにより、排気管１２から浄化触媒層２１に流入する排気中の一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ２）に酸化することができ、これによって、浄化触媒層２１におけるＮＯｘ吸蔵能力を高めることができる。特に、浄化触媒層２１の温度が低い場合には、ＮＯの吸蔵効率が低くなるため、浄化触媒層２１にオゾンを供給してＮＯをＮＯ２に酸化することが吸蔵効率確保のために好ましい。
【００２３】
内燃機関１０の運転時において、排気管１２にオゾン供給を行う場合には、エアポンプ３２およびオゾン生成器３３が駆動され、かつ開閉弁３４が開放されることにより、オゾン生成器３３を通過する空気と共にオゾンが排気管１２内に流入する。そして、浄化触媒層２１の上流側においてオゾンによりＮＯからＮＯ２への酸化反応が行われつつ、浄化触媒層２１においてＮＯ及びＮＯ２が吸蔵され、かつ還元浄化される。
【００２４】
吸気量センサ１８、排気温度センサ２２、第１ＮＯｘセンサ２３、第２ＮＯｘセンサ２４、第３ＮＯｘセンサ２５および空気量センサ３５の検出値は、ＥＣＵ４０に出力される。ＥＣＵ４０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り、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、前述した各種センサの検出信号に基づいて、内燃機関１０および排気浄化システム１の各種制御を実行する。ＥＣＵ４０は、内燃機関１０の燃焼制御を実行する機能、オゾン供給装置３０からのオゾン供給制御を実行するオゾン制御装置としての機能を有する。
【００２５】
ＥＣＵ４０は、データ取得部４１と、内燃機関１０の運転状態を制御する燃焼制御部４２と、オゾン供給装置３０を制御するオゾン（Ｏ３）制御部５０とを備えている。ＥＣＵ４０は、オゾン制御部５０を備えることにより、オゾン供給装置３０を制御するオゾン制御装置として機能する。
【００２６】
データ取得部４１は、吸気量センサ１８、排気温度センサ２２、第１ＮＯｘセンサ２３、第２ＮＯｘセンサ２４、第３ＮＯｘセンサ２５および空気量センサ３５の検出値等の各種センサの検出値を取得する。データ取得部４１によって取得されたデータは、記憶部によって、ＥＣＵ４０に記憶されてもよい。
【００２７】
データ取得部は、浄化触媒層２１に流入する排気中に含まれるＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣの量である、入口ＮＯｘ量、入口ＣＯ量、入口ＨＣ量、浄化触媒層２１に吸着されているＮＯｘ量である吸着ＮＯｘ量、浄化触媒層２１の触媒温度Ｔｃ、等の検出値または推定値を取得する。例えば、入口ＮＯｘ量、排気の体積流量ＳＶ、入口ＣＯ量、入口ＨＣ量は、排気管１２にＮＯｘセンサ、ＣＯセンサ、ＨＣセンサ等を設置し、その検出値を取得してもよいし、内燃機関１０の運転状態に基づいて推定された推定値を取得してもよい。さらには、データ取得部４１は、入口ＮＯｘ量については、ＮＯとＮＯ２の成分比を取得可能に構成されていてもよい。
【００２８】
オゾン制御部５０は、内燃機関１０の運転状態に応じて、オゾン供給装置３０を運転し、浄化触媒層２１へのオゾン供給を実行する。例えば内燃機関１０のリーン燃焼時に、オゾン供給の要求が生じたとして、オゾン供給装置３０を運転し、排気管１２に対してオゾン供給を実行する。
【００２９】
オゾン供給装置３０の運転時に、オゾン制御部５０は、オゾン供給装置３０が供給するオゾン量を制御する。供給オゾン量を適正に制御することにより、浄化触媒層２１におけるＮＯｘ浄化を適正に実現できる。オゾン量の制御のために、オゾン制御部５０は、エアポンプ３２や開閉弁３４の制御を併せて行ってもよい。
【００３０】
オゾン制御部５０は、生成オゾン量が、浄化触媒層２１に供給する供給オゾン量に近づくように、オゾン供給装置３０をフィードバック制御するように構成されている。具体的には、供給オゾン量と、生成オゾン量との差が所定の閾値以下となるようにオゾン供給装置３０を制御するように構成されている。
【００３１】
図２に示すように、浄化触媒層２１に含まれるＮＯｘ浄化触媒においては、排気中の所定成分の浄化に必要なオゾン量である必要オゾン量Ａｎを超えて過剰に供給されたオゾンは、アルミナ基材と、ＯＳＣ材であるＣｅＯ２との表面に、吸着される。吸着されることにより、オゾンは、活性酸素の状態となる。活性酸素の具体例としては、スーパーオキシドアニオンラジカル、ヒドロペルオキシルラジカル等のフリーラジカルや、一重項酸素、過酸化水素等が挙げられる。
【００３２】
浄化触媒に吸着されたオゾンは、高活性な活性酸素の状態であるため、ＮＯｘの酸化反応が促進される。図２に示すように、吸着されたオゾンによって、ＮＯはＮＯ２に酸化され、ＮＯ２は三酸化窒素（ＮＯ３）に酸化される。ＮＯ３は、ＮＯやＮＯ２をあまり吸着しないＯＳＣ材やアルミナ基材の表面にも吸着されるため、ＮＯ３の成分比が多くなるほど、排気中のＮＯｘのうち、浄化触媒に吸蔵されるＮＯｘの比率が多くなる。
【００３３】
図３は、浄化触媒層２１がＮＯｘ浄化触媒として備えるＬＮＴを試料として用い、入口ガスとして、スパイク状ＮＯｘを供給した場合に、出口ガス中に含まれるＮＯｘ量の推移を示す実験データである。なお、スパイク状ＮＯｘとしては、濃度が１０００ｐｐｍのＮＯを一時的に急激に供給した。図３の横軸は、時間を示し、縦軸は、単位時間当たりのＮＯｘ量（ｍｇ／ｓ）を示している。試料として用いたＬＮＴとしては、予め、入口ガスとして供給するＮＯに対して過剰量のオゾンを供給して８０℃で吸着させた試料１と、入口ガスとして供給するＮＯに対して必要量のオゾンを供給して８０℃で吸着させた試料２と、オゾンを供給しなかった試料３とを準備した。試料１〜３を用いた実験結果は、それぞれ、参照番号８１〜８３に示す。なお、参照番号８１〜８３に示す曲線と、横軸とによって囲まれる面積を算出することにより、出口ガス中に排出されたＮＯｘの総量を算出することができる。
【００３４】
図３に示すように、必要量のオゾンを供給した試料２（参照番号８２）では、オゾンを供給しなかった試料３（参照番号８３）と比較して、出口ガス中のＮＯｘ量が半量程度まで減少させることができた。さらに、過剰量のオゾンを供給した試料１（参照番号８１）では、試料２と比較して、１／３程度まで減少させることができた。図３に示す実験結果は、過剰量のオゾンを浄化触媒に供給することにより、排気中のＮＯｘの浄化率が向上することを示している。この結果は、上述のとおり、排気中のＮＯｘが高効率に浄化触媒に吸蔵されるため、浄化触媒におけるＮＯｘの浄化反応が促進されるためであると考えられる。なお、ＮＯｘの浄化率Ｙｒ（％）は、内燃機関１０から排出される排気中のＮＯｘ量をＮｉｎとし、排気浄化システム１から排出される排気中のＮＯｘ量をＮｏｕｔとした場合、下記式（１）により算出できる。
【００３５】
Ｙｒ（％）＝１００×（Ｎｉｎ−Ｎｏｕｔ）／Ｎｉｎ  …（１）
【００３６】
上記の知見に基づいて、オゾン制御部５０は、必要オゾン量Ａｎに対して過剰なオゾン量を浄化触媒層２１に供給可能に構成されている。オゾン制御部５０は、必要オゾン量算出部５１と、目標吸着オゾン量算出部５２と、吸着オゾン量算出部５３と、供給オゾン量算出部５４とを備える。図４は、オゾン制御部５０で実行される算出処理を示し、図５は、図４の一部を構成する吸着オゾン量算出部５３における算出処理を示す。
【００３７】
必要オゾン量算出部５１は、内燃機関１０の運転状態に基づき、必要オゾン量Ａｎを算出する。必要オゾン量Ａｎとは、排気中の所定成分（例えば、ＮＯ、ＮＯ２）の浄化に必要なオゾン量である。必要オゾン量算出部５１は、内燃機関１０の運転状態に基づき、必要オゾン量Ａｎを算出する。必要オゾン量Ａｎの算出は、特許文献１に記載された算出法等の従来公知の算出法により算出することができる。
【００３８】
例えば、図４に示すように、必要オゾン量算出部５１は、入口ＮＯｘ量、吸着ＮＯｘ量、入口ＣＯ量、入口ＨＣ量、浄化触媒層２１の触媒温度Ｔｃ等の入力データに基づいて、必要オゾン量Ａｎを算出し、出力する。入口ＮＯｘ量、入口ＣＯ量、入口ＨＣ量は、内燃機関１０の運転状態により変化する排気情報の一例であり、ＮＯｘ、ＣＯ、ＨＣを検出可能なセンサ等の検出値を用いてもよいし、内燃機関１０の運転状態に基づいて推定した推定値を用いてもよい。また、吸着ＮＯｘ量は、浄化触媒層２１に流入する排気中のＮＯｘ量と、浄化触媒層２１から流出する排気中のＮＯｘ量との差を積算することにより、算出することができる。浄化触媒層２１に流入する排気中のＮＯｘ量としては、第１ＮＯｘセンサ２３の検出値を用いてもよく、浄化触媒層２１から流出する排気中のＮＯｘ量としては、第２ＮＯｘセンサ２４の検出値を用いてもよい。
【００３９】
排気中のＮＯの浄化に必要なオゾン量を必要オゾン量Ａｎとして算出する場合を例示して詳細に説明する。必要オゾン量算出部５１は、まず、排気中のＮＯ濃度および排気量（例えば、体積流量ＳＶ）に基づき、単位時間あたりに内燃機関１０から排気浄化システム１へ流入する入口ＮＯ量を推定する。次に、推定された入口ＮＯ量に基づき、ベースオゾン量Ｏｂａｓｅを算出する。次に、排気中のＨＣ濃度、ＣＯ濃度および排気量に基づき、入口ＨＣ量および入口ＣＯ量を算出する。そして、入口ＨＣ量および入口ＣＯ量に基づき、ベースオゾン量Ｏｂａｓｅを補正して、必要オゾン量Ａｎを算出する。
【００４０】
ＨＣおよびＣＯは、オゾンと反応（酸化反応）してオゾンを消費し、また、ＮＯ２と反応（阻害反応）してＮＯ２をＮＯに還元する。そのため、入口ＨＣ量および入口ＣＯ量が多いほど、必要オゾン量Ａｎを増量させるように補正する。このようにして算出された必要オゾン量Ａｎは、排気中のＮＯ（所定成分）を酸化させるのに必要な、過不足のないオゾン量である。
【００４１】
なお、必要オゾン量Ａｎの算出に用いられる、入口ＮＯｘ量、吸着ＮＯｘ量、入口ＣＯ量、入口ＨＣ量、触媒温度Ｔｃと、必要オゾン量Ａｎとの関係は、予め実験やシミュレーションによって得られたマップや数式等として、ＥＣＵ４０に記憶されている。ＥＣＵ４０は、入口ＮＯｘ量、吸着ＮＯｘ量、入口ＣＯ量、入口ＨＣ量、触媒温度Ｔｃ等を取得し、記憶するマップ等に基づいて、必要オゾン量Ａｎを算出することができる。
【００４２】
目標吸着オゾン量算出部５２は、浄化触媒層２１の状態である触媒状態に基づいて、目標吸着オゾン量Ａｏを算出する。なお、本明細書では、触媒状態という用語は、触媒の温度情報や触媒に吸着する物質に関する吸着物質情報等を含む。目標吸着オゾン量Ａｏとは、浄化触媒層２１に吸着させるオゾン量の目標値である。目標吸着オゾン量算出部５２は、浄化触媒層２１に吸着可能なオゾン量である最大吸着オゾン量Ａｓを算出する。最大吸着オゾン量Ａｓは、浄化触媒層２１の温度に応じて変化する。このため、目標吸着オゾン量算出部５２は、データ取得部４１により取得された浄化触媒層２１の温度情報に基づいて、最大吸着オゾン量Ａｓを算出する。
【００４３】
例えば、図４に示すように、目標吸着オゾン量算出部５２は、浄化触媒層２１の触媒温度Ｔｃ等の入力データに基づいて、目標吸着オゾン量Ａｏを算出し、出力する。ＥＣＵ４０には、図６に示すような最大吸着オゾン量Ａｓと、触媒温度Ｔｃとの関係を示すマップや数式等が記憶されている。目標吸着オゾン量算出部５２は、取得した触媒温度Ｔｃに基づいて、ＥＣＵ４０に記憶された図６に示すようなマップ等を参照し、最大吸着オゾン量Ａｓを算出する。
【００４４】
なお、浄化触媒層２１の温度情報は、浄化触媒層２１に設置された温度センサにより検出される温度の検出値であってもよいし、推定値であってもよい。データ取得部４１は、浄化触媒層２１の触媒温度Ｔｃに関連する他のパラメータを温度情報として取得してもよい。温度情報は、浄化触媒層２１の触媒温度Ｔｃに関連する他のパラメータとしては、例えば、浄化触媒層２１の昇温開始時からの経過時間、内燃機関２０の暖機の完了、内燃機関１０の冷却戻り水の水温、内燃機関１０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。
【００４５】
目標吸着オゾン量算出部５２は、算出した最大吸着オゾン量Ａｓを上限として、目標吸着オゾン量Ａｏを算出するように構成されていてもよい。目標吸着オゾン量Ａｏは、最大吸着オゾン量Ａｓに一致させてもよいし（Ａｏ＝Ａｓ）、余裕を見て、Ａｓよりやや小さい値に設定してもよい。例えば、Ａｓに対して９０〜９９％となる値をＡｏに設定してもよい。
【００４６】
または、目標吸着オゾン量算出部５２は、浄化触媒層２１におけるオゾンの吸着量と、浄化触媒層２１におけるＮＯｘ還元反応の反応速度やＮＯｘ浄化率との関係を実験等により求め、ＮＯｘ還元反応の反応速度やＮＯｘ浄化率が所定値以上となるオゾンの吸着量を目標吸着オゾン量Ａｏに設定してもよい。
【００４７】
吸着オゾン量算出部５３は、浄化触媒層２１に現在吸着されているオゾン量である吸着オゾン量Ａｐを算出する。具体的には、吸着オゾン量算出部５３は、浄化触媒層２１に供給されるオゾン量である供給オゾン量と、供給オゾン量のうち浄化触媒層２１に吸着されるオゾンの割合を示すオゾン吸着率Ｒｏとに基づいて、吸着オゾン量Ａｐを算出する。なお、オゾン吸着率Ｒｏは、浄化触媒層２１にオゾンを供給する前に浄化触媒層２１に吸着されているオゾン量である前吸着オゾン量Ａｐｂと、浄化触媒層２１の温度情報とに基づいて算出できる。
【００４８】
図７に示すように、浄化触媒層２１にオゾンを供給したとき、オゾン吸着率は、浄化触媒層２１に既に吸着されているオゾン量が多いほど小さくなり、少ないほど高くなる。図７に示すオゾン吸着率（オゾン吸着率Ｒｏに対応する）と吸着オゾン量（前吸着オゾン量Ａｐｂに対応する）との関係は、浄化触媒層２１の触媒温度Ｔｃに依存して変化する。図７に示す参照番号８４、８５は、それぞれ、Ｔｃ＝８０℃、１６０℃の場合を示しており、触媒温度Ｔｃが高いほど、吸着オゾン量に対するオゾン吸着率の割合は低くなる。
【００４９】
また、図２に示すように、浄化触媒におけるオゾンの吸着サイトは、ＮＯ３を吸着する吸着サイトとしても機能する。このため、浄化触媒層２１に吸着しているＮＯｘ量である吸着ＮＯｘ量が多くなるほど、オゾン吸着率は低くなる傾向がある。この点を考慮して、吸着オゾン量算出部５３は、浄化触媒層２１の吸着ＮＯｘ量が多いほどオゾン吸着率Ｒｏが小さくなるように、オゾン吸着率Ｒｏを補正してもよい。なお、浄化触媒層２１における吸着ＮＯｘ量とオゾン吸着率Ｒｏとの関係は、予め実験等に得られたマップや数式等として、ＥＣＵ４０に記憶されていてもよい。
【００５０】
ＥＣＵ４０には、触媒温度Ｔｃごとに、予め実験等により得られた図７に示すような関係を示すマップや数式等が記憶されている。吸着オゾン量算出部５３は、触媒温度Ｔｃと、前吸着オゾン量Ａｐｂとを取得して、ＥＣＵ４０に記憶された図７に示すようなマップを参照し、オゾン吸着率Ｒｏ（％）を取得する。前吸着オゾン量Ａｐｂとしては、現周期よりも前の周期（より好ましくは、直前の周期）で算出した吸着オゾン量Ａｐを用いることができる。そして、供給オゾン量Ｆｏに、オゾン吸着率Ｒｏを乗算することにより、供給オゾン量Ｆｏのうち、新たに浄化触媒層２１に吸着されたである瞬時吸着オゾン量Ｂ２を算出できる。そして、吸着オゾン量Ａｐは、ＡｐｂとＢ２との和として算出してもよい。すなわち、下記式（２）により、吸着オゾン量Ａｐを算出することができる。
【００５１】
Ａｐ＝Ａｐｂ＋Ｂ２＝Ａｐｂ＋Ｆｏ×Ｒｏ／１００  …  （２）
【００５２】
吸着オゾン量算出部５３は、さらに、浄化触媒層２１に供給されるＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ等により消費されるオゾンや、分解されて経時的に減少するオゾンを考慮して、吸着オゾン量Ａｐを算出してもよい。例えば、浄化触媒層２１においてＮＯｘにより消費されるオゾン量であるＮＯｘ消費オゾン量Ｂ１やＣＯにより消費されるオゾン量であるＣＯ阻害量Ｂ４、経時変化により減少するオゾン量である分解オゾン量Ｂ５を差し引いて吸着オゾン量Ａｐを算出してもよい。また、排気の体積流量ＳＶに基づいて、瞬時吸着オゾン量Ｂ２を補正してもよい。
【００５３】
例えば、図４および図５に示すように、吸着オゾン量算出部５３は、消費ＮＯｘ量算出部６１と、瞬時吸着オゾン量算出部６２と、吸着オゾン量増加率算出部６３と、阻害量算出部６４と、オゾン分解速度算出部６５と、乗算器６６と、加減算器６７と、を備えることにより、入口ＮＯｘ量、供給Ｏ３量、入口ＣＯ量、浄化触媒層２１の触媒温度Ｔｃ、排気の体積流量ＳＶ等の入力データに基づいて、吸着オゾン量Ａｐを算出し、出力する。
【００５４】
消費ＮＯｘ量算出部６１は、入口ＮＯｘ量に基づいて、ＮＯｘ消費オゾン量Ｂ１を算出する。図８に示すように、触媒に到達するＮＯｘ量（物質量）が多いほど、ＮＯｘ消費オゾン量Ｂ１は多くなる。参照番号８６，８７は、それぞれ、ＮＯ２により消費されるオゾン量と、ＮＯにより消費されるオゾン量とを示している。触媒に到達するＮＯ，ＮＯ２の物質量が同じである場合、ＮＯにより消費されるオゾン量は、ＮＯ２により消費されるオゾン量よりも多くなる。ＥＣＵ４０には、予め実験等により得られた図８に示すような関係を示すマップや数式等が記憶されている。消費ＮＯｘ量算出部６１は、浄化触媒層２１に流入するＮＯ量およびＮＯ２量をそれぞれ取得し、図８に示すマップ等を参照することにより、ＮＯｘ消費オゾン量Ｂ１を算出することができる。
【００５５】
瞬時吸着オゾン量算出部６２は、供給オゾン量等に基づいて、瞬時吸着オゾン量Ｂ２を算出する。図９に示す瞬時オゾン吸着率（％）と、吸着オゾン量との関係は、図７と同様であり、参照番号８８、８９は、それぞれ、Ｔｃ＝８０℃、１６０℃の場合を示している。瞬時吸着オゾン量Ｂ２は、下記式（３）に示すように、供給オゾン量Ｆｏに、瞬時オゾン吸着率Ｒｓを乗算することにより算出できる。
【００５６】
Ｂ２＝Ｆｏ×Ｒｓ／１００  …  （３）
【００５７】
吸着オゾン量増加率算出部６３は、排気の体積流量ＳＶや流速等によって、浄化触媒層２１に吸着されるオゾン量が変化することを考慮して、瞬時吸着オゾン量Ｂ２を補正する補正値を算出する。吸着オゾン量増加率算出部６３は、例えば、体積流量ＳＶに基づいて、瞬時吸着オゾン量Ｂ２を補正するための補正値として吸着オゾン量増加率Ｂ３を算出するように構成されていてもよい。図１０に示すように、浄化触媒層２１が吸着するオゾン量の増加率は、所定のＳＶにおいて最も高くなり、ＳＶが小さい領域および大きい領域においては、あまり高くならない。また、参照番号９２，９３は、それぞれ、Ｔｃ＝８０℃、１６０℃の場合を示しており、触媒温度Ｔｃが低いほど、吸着ＮＯｘ量の増加率は高くなり、オゾン量の増加率が最も高くなるＳＶの値が小さくなる傾向がある。
【００５８】
ＥＣＵ４０には、触媒温度Ｔｃごとに、予め実験等により得られた図１０に示すような関係を示すマップや数式等が記憶されている。吸着オゾン量増加率算出部６３は、触媒温度Ｔｃと、体積流量ＳＶとを取得して、ＥＣＵ４０に記憶された図１０に示すようなマップを参照し、瞬時吸着オゾン量Ｂ２の増加率である吸着オゾン量増加率Ｂ３を取得する。なお、図１０では、吸着オゾン量増加率Ｂ３は、ＳＶの影響による増減が無い場合の吸着オゾン量に対する倍率を百分率で表している。
【００５９】
阻害量算出部６４は、入口ＣＯ量に基づいて、ＣＯにより消費されるオゾン量であるＣＯ阻害量Ｂ４を算出する。図１１に示すように、浄化触媒層２１に流入する排気中のＣＯ濃度が高いほど、ＣＯによって消費されるオゾン量であるＣＯ阻害量は高くなる。また、参照番号９４，９５は、それぞれ、Ｔｃ＝８０℃、１６０℃の場合を示しており、触媒温度Ｔｃが低いほど、ＣＯ阻害量は高くなる傾向がある。ＥＣＵ４０には、触媒温度Ｔｃごとに、予め実験等により得られた図１１に示すような関係を示すマップや数式等が記憶されている。阻害量算出部６４は、触媒温度Ｔｃと、浄化触媒層２１に流入する排気中のＣＯ量である入口ＣＯ量とを取得して、ＥＣＵ４０に記憶された図１１に示すようなマップを参照し、ＣＯ阻害量Ｂ４を算出する。
【００６０】
浄化触媒層２１に吸着されたオゾンがＣＯにより消費される現象は、図２に示すように、排気中のＣＯによりＮＯ２がＮＯに還元される反応が起こり、オゾンにより酸化するＮＯ量が増加した結果、吸着されたオゾン量が減少することにより生じるものと考えられる。本発明者は、吸着／昇温脱離試験により、排気中のＣＯと吸着オゾン量との関係を調べた。図１２は、試験条件を示しており、図１２（ａ）は温度プロファイル、図１２（ｂ）〜（ｄ）は、それぞれ、試料室に供給する入口ガス中のＮＯｘ濃度、オゾン濃度、ＣＯ濃度のプロファイルを示している。なお、キャリアガスとしては、組成としてＯ２を６．２５％、ＣＯ２を２．９％、Ｈ２Ｏを３％、およびバランスガスとしての窒素（Ｎ２）を含むガスを用い、体積流量を４７０００／ｈとした。
【００６１】
図１２（ａ）に示すように、時間０〜Ｊ５の間は、吸着期間であり、温度を温度ＴＬに維持した。また、時間Ｊ５〜Ｊ６の間は、昇温脱離期間であり、温度をＴＬからＴＨまで昇温した。
【００６２】
図１２（ｂ）〜（ｄ）に示すように、吸着期間においては、時間Ｊ１〜Ｊ２の間に、オゾンのみを一定量Ｘｏで供給した。次に、時間Ｊ２においてオゾンの供給を停止し、時間Ｊ２〜Ｊ３の間は、ＮＯ、Ｏ３、ＣＯの供給を行わなかった。次に、時間Ｊ３において、ＮＯ、Ｏ３、ＣＯの供給を開始し、時間Ｊ３〜Ｊ４の間に、それぞれ、一定量Ｘｎ，Ｘｏ，Ｘｃで供給した。その後、時間Ｊ４において、ＮＯ、Ｏ３、ＣＯの供給を停止した。時間Ｊ５以降の昇温脱離期間においては、ＮＯ、Ｏ３、ＣＯの供給を行わなかった。
【００６３】
図１３は、昇温脱離時の温度と、出口ガス中のＮＯｘ濃度との関係を示す図である。参照番号９６〜９８は、Ｘｎ＝５００ｐｐｍ、Ｘｏ＝４００ｐｐｍの条件で、図１２に示すプロファイルに従って昇温脱離試験を行った結果である点において共通しており、Ｘｃの値において相違している。参照番号９６では、Ｘｃ＝０であり、参照番号９７では、Ｘｃ＝２００ｐｐｍであり、参照番号９８では、Ｘｃ＝１０００ｐｐｍである。
【００６４】
図１３において、横軸である温度軸と、参照番号９６〜９８に示す曲線とによって囲まれる領域の面積は、吸着期間において試料に吸着されたＮＯｘ量を示している。図２に示すように、浄化触媒層２１に吸着するオゾン量が多いほど、ＮＯがＮＯ２やＮＯ３に変化して浄化触媒層２１に吸着され易くなる。このため、試料に吸着されたＮＯｘ量が多いほど、オゾンの吸着による酸化効果が高く表れていると言える。図１３に示すように、参照番号９６，９７，９８の順に、試料に吸着されたＮＯｘ量が少なくなっており、ＣＯにより、オゾンの吸着によるＮＯｘの酸化効果が低減されることが分かった。なお、図示していないが、Ｊ２〜Ｊ３の間のオゾン供給を行わなかった場合、すなわち、Ｘｎ＝５００ｐｐｍ、Ｘｏ＝０（Ｊ２〜Ｊ３の間）、４００ｐｐｍ（Ｊ４〜Ｊ５の間）、Ｘｃ＝１０００ｐｐｍの条件で、同様の吸着／昇温脱離試験を行った場合のＮＯｘ量は、参照番号９８と同程度であった。この結果から、排気中のＣＯ濃度がオゾン濃度よりも低い場合（ＣＯ濃度＜オゾン濃度）には、オゾンの吸着によるＮＯｘの酸化効果が顕著に得られることが分かった。
【００６５】
なお、阻害量算出部６４は、さらに、入口ＨＣ量に基づいて、ＨＣにより消費されるオゾン量であるＨＣ阻害量を算出し、ＨＣ阻害量を差し引いて吸着オゾン量Ａｐを算出するように構成されていてもよい。排気中のＨＣによっても、ＣＯと同様に、ＮＯ２がＮＯに還元される反応が起こり、オゾンにより酸化するＮＯ量が増加した結果、吸着されたオゾン量が減少すると考えられる。このため、図１１と同様に、浄化触媒層２１に供給される排気中のＨＣ濃度が高いほど、ＨＣ阻害量は大きくなる関係が得られる。例えば、浄化触媒層２１に供給される排気中のＨＣ濃度とＨＣ阻害量との関係を示すマップや数式等をＥＣＵ４０に記憶させ、入口ＨＣ量に基づいて、マップ等を参照することにより、ＨＣ阻害量を算出することができる。
【００６６】
オゾン分解速度算出部６５は、浄化触媒層２１の触媒温度Ｔｃに基づいて、浄化触媒層２１に含まれるＰｔ等の活性種により分解により消費される分解オゾン量Ｂ５を算出する。図１４に示すように、吸着されたオゾンに対して、分解されないで残存するオゾンの比率（オゾン比率）は、経時的に減少する傾向がある。参照番号９０，９１は、それぞれ、Ｔｃ＝８０℃、１６０℃の場合を示しており、触媒温度Ｔｃが低いほど、オゾン比率が高くなる傾向がある。なお、吸着オゾン量Ａｐの時間変化の度合いは、浄化触媒層２１に担持される活性種の種類、担持量、担持状態等に影響されて変化する。
【００６７】
ＥＣＵ４０には、触媒温度Ｔｃごとに、予め実験等により得られた図１４に示すような関係を示すマップや数式等が記憶されている。オゾン分解速度算出部６５は、触媒温度Ｔｃを取得して、ＥＣＵ４０に記憶された図１１に示すようなマップを参照し、分解オゾン量Ｂ５を算出する。
【００６８】
図５に示すように、消費ＮＯｘ量算出部６１と、阻害量算出部６４と、オゾン分解速度算出部６５とにより算出された、ＮＯｘ消費オゾン量Ｂ１と、ＣＯ阻害量Ｂ４と、分解オゾン量Ｂ５とは、加減算器６７に出力される。瞬時吸着オゾン量算出部６２により算出された瞬時吸着オゾン量Ｂ２と、吸着オゾン量増加率算出部６３により算出された吸着オゾン量増加率Ｂ３とは、乗算器６６に出力され、乗算されて、加減算器６７に出力される。加減算器６７には、さらに、前吸着オゾン量Ａｐｂが入力される。加減算器６７では、下記式（４）により、吸着オゾン量Ａｐを算出する。
【００６９】
Ａｐ＝Ａｐｂ−Ｂ１＋（Ｂ２×Ｂ３／１００）−Ｂ４−Ｂ５  …  （４）
【００７０】
供給オゾン量算出部５４は、目標吸着オゾン量Ａｏが吸着オゾン量Ａｐよりも多い場合に、浄化触媒層２１に供給する供給オゾン量Ａｔを、必要オゾン量Ａｎに対して過剰なオゾン量に設定する。すなわち、Ａｏ＞Ａｐである場合に、Ａｔ＞Ａｎに設定する。これによって、浄化触媒層２１のオゾン吸着能を超えて無駄にオゾンが供給されることを抑制することができる。さらには、過剰に供給されたオゾンが、排気管１２から排出される排気によって、車外に排出されることを抑制することができる。
【００７１】
例えば、図４に示すように、供給オゾン量算出部５４は、従来公知のＰＩ制御を実行する吸着オゾン量フィードバック（ＦＢ）部５５を備える。供給オゾン量算出部５４は、入力された目標吸着オゾン量Ａｏから吸着オゾン量Ａｐを差し引いた差ｄＡ１＝Ａｐ−Ａｏを算出し、吸着オゾンＦＢ部５５により、必要オゾン量Ａｎに対して過剰供給となるように追加するオゾン量である追加オゾン量Ａｅを算出する。そして、入力された必要オゾン量Ａｎと、追加オゾン量Ａｅとの和として、供給オゾン量Ａｔを算出し（Ａｔ＝Ａｎ＋Ａｅ）、出力する。
【００７２】
供給オゾン量算出部５４は、必要オゾン量算出部５１から出力されるＡｎと、目標吸着オゾン量算出部５２から出力されるＡｐと、吸着オゾン量算出部５３から出力されるＡｏとに基づいて、供給オゾン量Ａｔを算出し、出力する。オゾン制御部５０は、算出された供給オゾン量Ａｔに基づいて、オゾン供給装置３０を制御し、排気管１２に供給されるオゾン量を制御する。
【００７３】
図１５に、ＥＣＵ４０が実行するオゾン供給制御のフローチャートを示す。図１５に示す処理は、所定の周期で繰り返し実行される。
【００７４】
ステップＳ１０１では、図４に示す各データを取得する。具体的には、入口ＮＯｘ量、入口ＣＯ量、入口ＨＣ量、体積流量ＳＶ等の浄化触媒層２１に流入する排気の排気情報や、触媒温度Ｔｃや吸着ＮＯｘ量等の浄化触媒層２１の触媒状態情報、供給オゾン量等のオゾン供給装置３０から浄化触媒層２１に供給されているオゾン供給情報を取得する。その後、ステップＳ１０２に進む。
【００７５】
ステップＳ１０２では、必要オゾン量Ａｎとして、排気中のＮＯ（所定成分）を酸化させるのに必要な、過不足のないオゾン量を算出する。具体的には、入口ＮＯ量に基づき、ベースオゾン量Ｏｂａｓｅを算出し、排気中のＨＣ濃度、ＣＯ濃度および排気量に基づき、入口ＨＣ量および入口ＣＯ量を算出する。そして、入口ＨＣ量および入口ＣＯ量に基づき、ベースオゾン量Ｏｂａｓｅを補正して、必要オゾン量Ａｎを算出する。その後、ステップＳ１０３に進む。
【００７６】
ステップＳ１０３では、オゾン供給装置３０が供給可能なオゾン量の最大値である最大供給オゾン量Ａｍを取得する。最大供給オゾン量Ａｍは、オゾン供給装置３０の設計上の能力や、オゾン供給装置３０に供給可能な電力等に基づいて求めることができる。その後、ステップＳ１０４に進む。
【００７７】
ステップＳ１０４では、必要オゾン量Ａｎが最大供給オゾン量Ａｍよりも小さいか否かを判定する。Ａｎ＜Ａｍの場合には、ステップＳ１０５に進み、過剰供給モードを選択する。Ａｎ≧Ａｍの場合には、ステップＳ１１１に進み、通常供給モードを選択する。
【００７８】
ステップＳ１０５〜Ｓ１０９は、過剰供給モードに係る処理である。ステップＳ１０５の後に続くステップＳ１０６では、目標吸着オゾン量Ａｏを算出する。より具体的には、Ａｏ＝Ａｓと設定する。Ａｏ＝Ａｓと設定することにより、浄化触媒層２１のオゾン吸着能を超えて、過剰にオゾンが供給されることを抑制することができる。ステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７では、図１６に示す処理によって、吸着オゾン量Ａｐを算出する。
【００７９】
図１６は、ステップＳ１０７において実行する吸着オゾン量Ａｐの算出処理を示すフローチャートである。まず、ステップＳ２０１では、図５に示す各データを取得する。具体的には、入口ＮＯｘ量、供給Ｏ３量、入口ＣＯ量、体積流量ＳＶ、触媒温度Ｔｃを取得する。また、前吸着オゾン量Ａｐｂとして、直前の周期で算出した吸着オゾン量を取得する。その後、ステップＳ２０２に進む。
【００８０】
ステップＳ２０２では、瞬時吸着オゾン量Ｂ２を算出する。具体的には、触媒温度Ｔｃと、前吸着オゾン量Ａｐｂとに基づいて、ＥＣＵ４０に記憶された図９のような関係を示すマップを参照して、瞬時オゾン吸着率Ｒｓを算出する。そして、浄化触媒層２１に供給されるオゾン量である供給オゾン量等に基づいて、例えば、上記式（３）によって、瞬時吸着オゾン量Ｂ２を算出する。その後、ステップＳ２０３に進む。
【００８１】
ステップＳ２０３では、浄化触媒層２１に流入する排気の体積流量ＳＶ等に基づいて、ＥＣＵ４０に記憶された図１０のような関係を示すマップを参照して、吸着オゾン量増加率Ｂ３を算出する。その後、ステップＳ２０４に進む。
【００８２】
ステップＳ２０４では、瞬時吸着オゾン量Ｂ２と、吸着オゾン量増加率Ｂ３とに基づいて、体積流量ＳＶを考慮した瞬時吸着オゾン量であるＳＶ−瞬時吸着オゾン量Ｂ６を算出する。例えば、ＳＶ−瞬時吸着オゾン量Ｂ６は、瞬時吸着オゾン量Ｂ２と吸着オゾン量増加率Ｂ３との積（Ｂ２×Ｂ３／１００）として算出することができる。その後、ステップＳ２０５に進む。
【００８３】
ステップＳ２０５では、入口ＮＯｘ量および触媒温度Ｔｃに基づいて、ＥＣＵ４０に記憶された図８のような関係を示すマップを参照して、ＮＯｘ消費オゾン量Ｂ１を算出する。その後、ステップＳ２０６に進む。
【００８４】
ステップＳ２０６では、入口ＣＯ量および触媒温度Ｔｃに基づいて、ＥＣＵ４０に記憶された図１１のような関係を示すマップを参照して、ＣＯにより消費されるオゾン量であるＣＯ阻害量Ｂ４を算出する。その後、ステップＳ２０７に進む。
【００８５】
ステップＳ２０７では、触媒温度Ｔｃと、前周期と現周期との時間差とに基づいて、ＥＣＵ４０に記憶された図１４のような関係を示すマップを参照して、分解オゾン量Ｂ５を算出する。
【００８６】
ステップＳ２０８では、下記式（５）より、吸着オゾン量Ａｐを算出する。その後、図１６に示す処理を終了して図１５に戻り、ステップＳ１０８に進む。
【００８７】
Ａｐ＝Ａｐｂ−Ｂ１＋Ｂ６−Ｂ４−Ｂ５  …  （５）
【００８８】
図１５に示すステップＳ１０８では、目標吸着オゾン量Ａｏから吸着オゾン量Ａｐを差し引いた差（Ａｏ−Ａｐ）が零よりも大きいか否かを算出する。Ａｏ−Ａｐ＞０である場合には、ステップＳ１０９に進み、ステップＳ１０９では、追加オゾン量Ａｅを算出した後、ステップＳ１１３に進む。Ａｏ−Ａｐ≦０である場合には、ステップＳ１１１に進み、過剰供給モードを中断して通常供給モードに変更する。
【００８９】
ステップＳ１１１、Ｓ１１２に示す通常供給モードでは、追加オゾン量Ａｅを零に設定する（Ａｅ＝０）。すなわち、必要オゾン量Ａｎに対して、オゾン量を追加しないことを決定する。ステップＳ１１２の後、ステップＳ１１３に進む。
【００９０】
ステップＳ１１３では、供給オゾン量Ａｔを算出する。供給オゾン量Ａｔは、式：Ａｔ＝Ａｎ＋Ａｅによって算出され、過剰供給モードではＡｔ＞Ａｎとなり、通常供給モードでは、Ａｔ＝Ａｎとなる。ステップＳ１１３の後、ステップＳ１１４に進み、ＥＣＵ４０は、供給オゾン量Ａｔを浄化触媒層２１に供給するように、オゾン供給装置３０を制御した後、処理を終了する。
【００９１】
上記の実施形態によれば、ステップＳ１０６において、Ａｏ＝Ａｓに設定される。そして、ステップＳ１０５〜Ｓ１１３に示すように、Ａｏ＞Ａｐであり、浄化触媒層２１のオゾン供給能に余裕がある場合に、Ａｅ＞０に設定され、Ａｔ＞Ａｎに設定される。その結果、Ａｎに対して過剰となる供給オゾン量Ａｔを供給するように、オゾン供給装置３０が制御される。これに対して、Ａｏ≦Ａｐである場合には、Ａｔ＝Ａｎに設定され、必要オゾン量Ａｎだけを供給するように、オゾン供給装置３０が制御される。このため、浄化触媒層２１のオゾン吸着能を超えて無駄にオゾンが供給されることを抑制できる。また、車両の排気管１２から車外にオゾンが排出されることを抑制することができる。
【００９２】
また、ステップＳ１０３〜Ｓ１０５，Ｓ１１１に示すように、オゾン供給装置３０が供給できる最大供給オゾン量Ａｍを算出し、Ａｎ＜Ａｍである低要求時には過剰供給モードを選択し、Ａｎ≧Ａｍである高要求時には通常供給モードを選択する。高要求時には、オゾン供給装置３０のオゾン供給能力による制限により、供給オゾン量を過剰に設定できない。このため、高要求時には、ステップＳ１０６〜Ｓ１０９の処理を実行しないで直ちに通常供給モードを選択することにより、ＥＣＵ４０における処理負荷を軽減することができる。
【００９３】
上記の各実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
【００９４】
ＥＣＵ４０は、オゾン制御部５０を備え、オゾン供給装置３０を制御するオゾン制御装置として機能する。オゾン制御部５０は、必要オゾン量算出部５１と、目標吸着オゾン量算出部５２と、吸着オゾン量算出部５３と、供給オゾン量算出部５４とを備える。必要オゾン量算出部５１は、内燃機関１０の運転状態に基づいて、必要オゾン量を算出する。目標吸着オゾン量算出部５２は、浄化触媒層２１における浄化触媒の状態である触媒状態に基づいて、目標吸着オゾン量Ａｏを算出する。吸着オゾン量算出部５３は、吸着オゾン量Ａｐを算出する。そして、供給オゾン量算出部５４は、目標吸着オゾン量Ａｏが吸着オゾン量Ａｐよりも多い場合に、浄化触媒層２１に供給するオゾン量を必要オゾン量Ａｎに対して追加オゾン量Ａｅを追加した過剰な供給オゾン量Ａｔに設定する。Ａｏ＞Ａｐであり、浄化触媒層２１のオゾン供給能に余裕がある場合に、供給オゾン量Ａｔが過剰となるＡｔ＝Ａｎ＋Ａｅに設定される一方で、Ａｏ≦Ａｐである場合には、供給オゾン量Ａｔが追加オゾン量Ａｅを含まないように設定されるため、浄化触媒層２１のオゾン吸着能を超える等により無駄にオゾンが供給されることを抑制できる。また、車両の排気管１２から車外にオゾンが排出されることを抑制することができる。
【００９５】
目標吸着オゾン量算出部５２は、浄化触媒層２１に吸着可能なオゾン量である最大吸着オゾン量Ａｓを上限として、目標吸着オゾン量Ａｏを算出するように構成されていてもよい。例えば、Ａｏ＝Ａｓに設定してもよい。最大吸着オゾン量Ａｓに基づいて目標吸着オゾン量Ａｏを設定することにより、浄化触媒層２１のオゾン供給能を超えて過剰なオゾンが供給されることを抑制できる。なお、最大吸着オゾン量は、浄化触媒の温度情報、組成、または窒素酸化物の吸着量に基づいて算出されることが好ましい。
【００９６】
吸着オゾン量算出部５３は、浄化触媒層２１のオゾン吸着率と、浄化触媒層２１に供給されるオゾン量である供給オゾン量とに基づいて、吸着オゾン量Ａｐを算出するように構成されていてもよい。なお、浄化触媒層２１のオゾン吸着率の算出に際しては、浄化触媒層２１のＮＯｘ吸着量に基づいて、ＮＯｘ吸着量が多いほどオゾン吸着率を小さくする補正を行ってもよい。また、吸着オゾン量算出部５３は、浄化触媒層２１に流入する排気の体積流量ＳＶに基づいて、吸着オゾン量Ａｐを補正するように構成されていてもよい。
【００９７】
さらには、吸着オゾン量算出部５３は、浄化触媒層２１に流入するＣＯ量、ＨＣ量、ＮＯｘ量等に基づいて、浄化触媒層２１においてＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘにより消費されるオゾン量を差し引いて吸着オゾン量Ａｐを算出するように構成されていることが好ましい。吸着オゾン量Ａｐをより正確に算出することができる。なお、浄化触媒層２１に流入するＮＯｘについては、ＮＯとＮＯ２とをそれぞれ区別し、ＮＯにより消費されるオゾン量と、ＮＯ２により消費されるオゾン量とをそれぞれ算出することにより、吸着オゾン量Ａｐをより正確に算出することができる。
【００９８】
吸着オゾン量算出部５３は、吸着オゾン量Ａｐが浄化触媒層２１に含まれる所定成分（例えば、Ｐｔ等の活性種）により消費されて減少することによる時間変化に基づいて、吸着オゾン量Ａｐを算出するように構成されていてもよい。これによって、吸着オゾン量Ａｐをより正確に算出することができる。
【００９９】
上記の各実施形態では、排気を浄化するための触媒層として、ＬＮＴ触媒をＮＯｘ浄化触媒として含む浄化触媒層２１を備える排気浄化システム１を例示して説明したが、これに限定されない。例えば、ＮＯｘを浄化するための浄化触媒層２１に加えて、ディーゼル酸化触媒（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  Ｃａｔａｌｙｓｔ：ＤＯＣ）、ディーゼル微粒子捕集フィルタ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ；ＤＰＦ）、選択的還元触媒（ＳＣＲ）、ＤＰＦにＳＣＲが担持させたＳＣＲフィルタ（ＳＣＲＦ）、ＤＰＮＲ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ＮＯｘ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ：ＤＰＮＲ）等の層が排気管１２に設置されていてもよい。この場合、オゾン供給口３７は、ＬＮＴ層、ＳＣＲ層、ＤＰＮＲ層の上流側に配置されることが好ましい。
【０１００】
例えば、上流側から、ＬＮＴ層と、ＤＰＦ層とが、この順序で排気管１２に配置されている場合には、ＬＮＴ触媒層の上流側にオゾン供給口３７を配置して、ＬＮＴ層にオゾンを供給するように構成することが好ましい。
【０１０１】
また、例えば、上流側から、ＤＯＣ層と、ＬＮＴ層と、ＤＰＦ層とが、この順序で排気管１２に配置されている場合には、ＤＯＣ層の下流側かつＬＮＴ層の上流側にオゾン供給口３７を配置して、ＬＮＴ層にオゾンを供給するように構成することが好ましい。
【０１０２】
また、例えば、上流側から、ＤＯＣ層と、ＬＮＴ層と、ＳＣＲＦ層とが、この順序で排気管１２に配置されている場合には、ＤＯＣ層の下流側かつＬＮＴ層の上流側にオゾン供給口３７を配置して、ＬＮＴ層およびＳＣＲＦ層にオゾンを供給するように構成することが好ましい。
【０１０３】
また、例えば、上流側から、ＤＯＣ層と、ＤＰＮＲ層と、ＳＣＲ層とが、この順序で排気管１２に配置されている場合には、ＤＯＣ層の下流側かつＤＰＮＲ層の上流側にオゾン供給口３７を配置して、ＤＰＮＲ層およびＳＣＲ層にオゾンを供給するように構成することが好ましい。
【０１０４】
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。
【符号の説明】
【０１０５】
１０…内燃機関、１２…排気管、３３…オゾン生成器、４０…ＥＣＵ、５０…オゾン制御部、５１…必要オゾン量算出部、５２…目標吸着オゾン量算出部、５３…吸着オゾン量算出部、５４…供給オゾン量算出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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