(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（１０）の排気に含まれるＮＯｘを還元触媒上で浄化するＮＯｘ浄化装置（１５）が排気通路（１０ｅｘ）に備えられた燃焼システムに設けられ、前記排気通路のうち前記還元触媒の上流側へ還元剤を添加する還元剤添加装置において、
炭化水素化合物である燃料と空気を混合させ、空気中の酸素により前記燃料を部分的に酸化させることで改質し、改質した燃料を前記還元剤として前記排気通路へ添加する改質装置（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４）と、
前記改質装置へ供給する前記燃料の性状と相関のある物理量を、性状指数として取得する取得手段（Ｓ７０）と、
前記取得手段により取得された前記性状指数に応じて、前記改質装置の作動を制御する制御手段（Ｓ７２）と、を備え、
前記改質装置は、オゾンを生成して前記空気に含ませておくオゾン生成装置（２０）を有し、
前記制御手段は、前記オゾン生成装置の作動を制御することで前記オゾンの生成量を目標生成量に制御するにあたり、前記性状指数に応じて前記目標生成量を変更することを特徴とする還元剤添加装置。
【請求項２】
内燃機関（１０）の排気に含まれるＮＯｘを還元触媒上で浄化するＮＯｘ浄化装置（１５）が排気通路（１０ｅｘ）に備えられた燃焼システムに設けられ、前記排気通路のうち前記還元触媒の上流側へ還元剤を添加する還元剤添加装置において、
炭化水素化合物である燃料と空気を混合させ、空気中の酸素により前記燃料を部分的に酸化させることで改質し、改質した燃料を前記還元剤として前記排気通路へ添加する改質装置（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４）と、
前記改質装置へ供給する前記燃料の性状と相関のある物理量を、性状指数として取得する取得手段（Ｓ７０）と、
前記取得手段により取得された前記性状指数に応じて、前記改質装置の作動を制御する制御手段（Ｓ７２）と、を備え、
前記取得手段は、前記燃料が前記酸素により酸化される際の反応発熱量と相関のある物理量を前記性状指数として取得し、
前記制御手段は、前記反応発熱量が少ないほど、前記ＮＯｘ浄化装置によるＮＯｘ浄化率を増大させるように前記改質装置の作動を変更することを特徴とする還元剤添加装置。
【請求項３】
前記改質装置は、前記燃料を前記空気と混合させて前記酸化を生じさせる反応室（３０ａ）を内部に形成する反応容器（３０）、および前記反応室の温度を検出する温度センサ（３１）を有し、
前記制御手段は、前記温度センサによる検出温度が低いほど、前記反応発熱量が少ないとみなして前記改質装置の作動を変更することを特徴とする請求項２に記載の還元剤添加装置。
【請求項４】
内燃機関（１０）の排気に含まれるＮＯｘを還元触媒上で浄化するＮＯｘ浄化装置（１５）が排気通路（１０ｅｘ）に備えられた燃焼システムに設けられ、前記排気通路のうち前記還元触媒の上流側へ還元剤を添加する還元剤添加装置において、
前記内燃機関の燃焼に用いられ燃料であって炭化水素化合物である燃料と空気を混合させ、空気中の酸素により前記燃料を部分的に酸化させることで改質し、改質した燃料を前記還元剤として前記排気通路へ添加する改質装置（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４）と、
前記改質装置へ供給する前記燃料の性状と相関のある物理量を、性状指数として取得する取得手段（Ｓ７０）と、
前記取得手段により取得された前記性状指数に応じて、前記改質装置の作動を制御する制御手段（Ｓ７２）と、を備え、
前記取得手段は、前記内燃機関における発熱量を前記性状指数として取得し、
前記制御手段は、前記発熱量が小さいほど、前記ＮＯｘ浄化装置によるＮＯｘ浄化率を増大させるように前記改質装置の作動を変更することを特徴とする還元剤添加装置。
【請求項５】
前記改質装置は、前記燃料および前記空気の混合気を加熱するヒータ（５０）を有し、
前記制御手段は、前記ヒータの作動を制御することで前記混合気の温度を目標温度に制御するにあたり、前記性状指数に応じて前記目標温度を変更することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の還元剤添加装置。
【請求項６】
前記改質装置は、前記燃料を前記空気と混合させて前記酸化を生じさせる反応室（３０ａ）を内部に形成する反応容器（３０）、および前記反応室へ前記燃料を噴射する燃料噴射弁（４０）を有し、
前記制御手段は、前記燃料噴射弁の作動を制御することで前記反応室への燃料噴射量を目標噴射量に制御するにあたり、前記性状指数に応じて前記目標噴射量を変更することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の還元剤添加装置。
【請求項７】
前記取得手段は、前記ＮＯｘ浄化装置によるＮＯｘ浄化率を前記性状指数として取得し、
前記制御手段は、前記ＮＯｘ浄化率が低いほど、当該ＮＯｘ浄化率を増大させるように前記改質装置の作動を変更することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の還元剤添加装置。
【請求項８】
前記改質装置へ供給される前記燃料には、前記内燃機関の燃焼に用いられる燃料が用いられており、
前記取得手段は、前記内燃機関における着火遅れ時間を前記性状指数として取得し、
前記制御手段は、前記着火遅れ時間が長いほど、前記ＮＯｘ浄化装置によるＮＯｘ浄化率を増大させるように前記改質装置の作動を変更することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の還元剤添加装置。
【請求項９】
前記性状指数が、予め設定しておいた正常範囲を超えた値である場合に、前記改質装置またはＮＯｘ浄化装置に異常が生じていると判定する異常判定手段（Ｓ７１）を備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の還元剤添加装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＯｘの還元に用いる還元剤として炭化水素化合物（燃料）を添加する、還元剤添加装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、内燃機関の排気に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を、還元触媒上で還元剤と反応させて浄化する技術が知られている。そして、特許文献１に記載の浄化システムでは、内燃機関の燃焼に用いる燃料（炭化水素化合物）を還元剤として用いており、排気通路のうち還元触媒の上流側へ上記燃料を添加している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１６２１７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
さて、本発明者らは、燃料と空気を混合させ、空気中の酸素により燃料を部分的に酸化させることで燃料を改質し、改質した燃料を還元剤として排気通路へ添加する構成について検討した。これによれば、還元剤の還元力が向上し、ＮＯｘ浄化率の向上を図ることができる。
【０００５】
しかしながら、市場に流通している炭化水素系の燃料（例えば軽油）には、分子構造の異なる様々な成分が混在しており、それらの成分の混在割合は産油地域や販売地域毎に異なるのが実情である。したがって、市場に流通している燃料の性状は多種多様であり、上述の如く燃料を部分酸化させて改質させる場合には、改質前の燃料の性状の違いが、改質後の燃料の還元力に大きな影響を与える。
【０００６】
本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、燃料性状に起因してＮＯｘ浄化率が低下することの抑制を図った還元剤添加装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
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を還元触媒上で浄化するＮＯｘ浄化装置（１５）が排気通路（１０ｅｘ）に備えられた燃焼システムに設けられ、排気通路のうち還元触媒の上流側へ還元剤を添加する還元剤添加装置であることを前提とする。
【０００９】
そして、炭化水素化合物である燃料と空気を混合させ、空気中の酸素により燃料を部分的に酸化させることで改質し、改質した燃料を還元剤として排気通路へ添加する改質装置（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４）と、改質装置へ供給する燃料の性状と相関のある物理量を、性状指数として取得する取得手段（Ｓ７０）と、取得手段により取得された性状指数に応じて、改質装置の作動を制御する制御手段（Ｓ７２）と、を備え、改質装置は、オゾンを生成して空気に含ませておくオゾン生成装置（２０）を有し、制御手段は、オゾン生成装置の作動を制御することでオゾンの生成量を目標生成量に制御するにあたり、性状指数に応じて目標生成量を変更することを特徴とする。
さらに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を還元触媒上で浄化するＮＯｘ浄化装置（１５）が排気通路（１０ｅｘ）に備えられた燃焼システムに設けられ、排気通路のうち還元触媒の上流側へ還元剤を添加する還元剤添加装置であることを前提とする。
そして、炭化水素化合物である燃料と空気を混合させ、空気中の酸素により燃料を部分的に酸化させることで改質し、改質した燃料を還元剤として排気通路へ添加する改質装置（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４）と、改質装置へ供給する燃料の性状と相関のある物理量を、性状指数として取得する取得手段（Ｓ７０）と、取得手段により取得された性状指数に応じて、改質装置の作動を制御する制御手段（Ｓ７２）と、を備え、取得手段は、燃料が酸素により酸化される際の反応発熱量と相関のある物理量を性状指数として取得し、制御手段は、反応発熱量が少ないほど、ＮＯｘ浄化装置によるＮＯｘ浄化率を増大させるように改質装置の作動を変更することを特徴とする。
さらに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を還元触媒上で浄化するＮＯｘ浄化装置（１５）が排気通路（１０ｅｘ）に備えられた燃焼システムに設けられ、排気通路のうち還元触媒の上流側へ還元剤を添加する還元剤添加装置であることを前提とする。
そして、内燃機関の燃焼に用いられ燃料であって炭化水素化合物である燃料と空気を混合させ、空気中の酸素により燃料を部分的に酸化させることで改質し、改質した燃料を還元剤として排気通路へ添加する改質装置（Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４）と、改質装置へ供給する燃料の性状と相関のある物理量を、性状指数として取得する取得手段（Ｓ７０）と、取得手段により取得された性状指数に応じて、改質装置の作動を制御する制御手段（Ｓ７２）と、を備え、取得手段は、内燃機関における発熱量を性状指数として取得し、制御手段は、発熱量が小さいほど、ＮＯｘ浄化装置によるＮＯｘ浄化率を増大させるように改質装置の作動を変更することを特徴とする。
【００１０】
これら開示される３つの発明によれば、改質装置へ供給する燃料の性状と相関のある物理量を、性状指数として取得し、取得した性状指数に応じて改質装置の作動を制御する。そのため、例えば、供給された燃料が、改質後の燃料の還元力を十分に得られない性状である場合には、還元剤の添加量を増やしたり、改質作用を増大させたりする等、還元剤の添加量が不足しないように改質装置を作動させることができる。よって、燃料性状に起因してＮＯｘ浄化率が低下することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る還元剤添加装置、およびその装置が適用される燃焼システムを示す模式図。
【図２】初期温度の条件を異ならせて、２段階酸化反応による温度変化をシミュレーションした結果を示すグラフ。
【図３】当量比の条件を異ならせて、２段階酸化反応による温度変化をシミュレーションした結果を示すグラフ。
【図４】図１に示す還元剤添加装置において、オゾン生成と改質燃料生成とを切り替える制御の手順を示すフローチャート。
【図５】図４に示す改質燃料生成制御に係る、サブルーチン処理の手順を示すフローチャート。
【図６】反応室へ供給された燃料がＣ１０Ｈ２２である場合における、冷炎反応生成物を示すシミュレーション結果。
【図７】反応室へ供給された燃料がＣ１６Ｈ３４である場合における、冷炎反応生成物を示すシミュレーション結果。
【図８】図６および図７に示す冷炎反応生成物の総量を表したシミュレーション結果。
【図９】第１実施形態において、燃料性状に応じて改質装置の作動を変更させる処理の手順を示すフローチャート。
【図１０】第１実施形態において、ＮＯｘ浄化率と燃料性状との相関を示すグラフ。
【図１１】第１実施形態において、燃料性状に適した還元剤量を示すグラフ。
【図１２】第１実施形態において、ＮＯｘ浄化率に適合する還元剤量を示すマップ。
【図１３】本発明の第２実施形態において、燃料性状に適合するヒータ温度を示すマップ。
【図１４】本発明の第３実施形態において、燃料性状に適合するオゾン添加量を示すマップ。
【図１５】本発明の第４実施形態において、内燃機関での発熱量と燃料性状との相関を示すグラフ。
【図１６】本発明の第５実施形態において、内燃機関での着火遅れ時間と燃料性状との相関を示すグラフ。
【図１７】本発明の第６実施形態において、反応室での温度と燃料性状との相関を示すグラフ。
【図１８】本発明の第７実施形態に係る還元剤添加装置、およびその装置が適用される燃焼システムを示す模式図。
【図１９】本発明の第８実施形態に係る還元剤添加装置、およびその装置が適用される燃焼システムを示す模式図。
【図２０】本発明の第９実施形態に係る還元剤添加装置、およびその装置が適用される燃焼システムを示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
（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、微粒子捕集装置（ＤＰＦ１４）、ＤＰＦ再生装置（再生用ＤＯＣ１４ａ）、ＮＯｘ浄化装置１５、還元剤浄化装置（浄化用ＤＯＣ１６）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、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軽油を用いている。
【００１４】
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。
【００１５】
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で圧縮された吸気を冷却する冷却器１２が配置されている。冷却器１２により冷却された圧縮吸気は、スロットルバルブ１３により流量調整された後、吸気マニホールドにより内燃機関１０の複数の燃焼室へ分配される。
【００１６】
排気通路１０ｅｘのうちタービン１１ａの下流側には、再生用ＤＯＣ１４ａ（Diesel Oxidation Catalyst）、ＤＰＦ１４（Diesel Particulate Filter）、ＮＯｘ浄化装置１５、浄化用ＤＯＣ１６が順に配置されている。ＤＰＦ１４は、排気に含まれている微粒子を捕集する。再生用ＤＯＣ１４ａは、排気中の未燃燃料を酸化させて燃焼させる触媒を有する。この燃焼により、ＤＰＦ１４で捕集された微粒子を燃焼させて、ＤＰＦ１４を再生させて捕集能力を維持させる。なお、再生用ＤＯＣ１４ａへの未燃燃料供給による燃焼は、常時実施されるものではなく、再生が必要な時期に一時的に実施される。
【００１７】
排気通路１０ｅｘのうちＤＰＦ１４の下流側かつＮＯｘ浄化装置１５の上流側には、還元剤添加装置の供給管３２が接続されている。この供給管３２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（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７を用いて後に詳述する。
【００１８】
ＮＯｘ浄化装置１５は、還元触媒を担持するハニカム状の担体１５ｂと、担体１５ｂを内部に収容するハウジング１５ａとを備える。ＮＯｘ浄化装置１５は、排気中のＮＯｘを還元触媒上で改質燃料と反応させてＮ２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Ｏ２も含まれているが、改質燃料はＯ２存在下においてＮＯｘと選択的に反応する。
【００１９】
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は、還元触媒は排気中のＮＯｘを吸着する機能を発揮する。そして、触媒温度が活性化温度以上の場合には、吸着されていたＮＯｘは改質燃料により還元されて、還元触媒から放出される。例えば、担体１５ｂ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１５が提供される。
【００２０】
浄化用ＤＯＣ１６は、酸化触媒を担持する担体をハウジング内に収容して構成されている。浄化用ＤＯＣ１６は、還元触媒上にてＮＯｘ還元に用いられずにＮＯｘ浄化装置１５から流出した還元剤を、酸化触媒上で酸化する。これにより、排気通路１０ｅｘの出口から還元剤が大気に放出されることを防止する。なお、酸化触媒の活性化温度（例えば２００℃）は、還元触媒の活性化温度（例えば２５０℃）よりも低い。
【００２１】
次に、改質燃料を生成して供給管３２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、以下に詳述する改質装置Ａ１および電子制御装置（ＥＣＵ８０）を備える。改質装置Ａ１は、放電リアクタ２０（オゾン生成装置）、エアポンプ２０ｐ、反応容器３０、燃料噴射弁４０およびヒータ５０を有する。
【００２２】
放電リアクタ２０は、内部に流通路２２ａを形成するハウジング２２を備え、流通路２２ａには複数の電極２１が配置されている。具体的には、電気絶縁部材２３を介してハウジング２２内に電極２１が保持されている。これらの電極２１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２１への電圧印加は、ＥＣＵ８０が備えるマイクロコンピュータ（マイコン８１）により制御される。
【００２３】
放電リアクタ２０のハウジング２２には、エアポンプ２０ｐにより送風された空気が流入する。エアポンプ２０ｐは電動モータにより駆動し、その電動モータはマイコン８１により制御される。エアポンプ２０ｐにより送風された空気は、ハウジング２２内の流通路２２ａに流入し、電極２１間の通路である電極間通路２１ａを流通する。
【００２４】
放電リアクタ２０の下流側には、反応室３０ａを内部に形成する反応容器３０が取り付けられている。この反応室３０ａでは、燃料と空気が混合し、空気中の酸素により燃料を酸化反応する。電極間通路２１ａを流通して空気流入口３０ｃから流入した空気は、反応室３０ａに流入した後、反応容器３０に形成された噴出口３０ｂから噴出する。噴出口３０ｂは供給管３２と連通する。
【００２５】
反応容器３０には、燃料噴射弁４０が取り付けられている。燃料タンク４０ｔ内の液体燃料は、ポンプ４０ｐにより燃料噴射弁４０に供給され、燃料噴射弁４０の噴孔（図示せず）から反応室３０ａへ噴射される。燃料タンク４０ｔ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。燃料噴射弁４０は、電磁ソレノイドによる電磁力により開弁作動させる構造であり、その電磁ソレノイドへの通電はマイコン８１により制御される。
【００２６】
反応容器３０には、通電により発熱する発熱体（図示せず）を有したヒータ５０が取り付けられており、発熱体への通電状態はマイコン８１により制御される。ヒータ５０の発熱面は反応室３０ａに配置され、燃料噴射弁４０から噴射された液体燃料を加熱する。ヒータ５０により加熱された液体燃料は反応室３０ａ内で気化する。さらに、気化した燃料は、ヒータ５０により所定温度以上にまで加熱される。これにより、炭素数の少ない炭化水素に燃料が分解されるといったクラッキングが生じる。
【００２７】
燃料噴射弁４０はヒータ５０の発熱面よりも上方に位置し、燃料噴射弁４０から噴射された液体燃料は発熱面に付着した後に気化する。
【００２８】
反応容器３０には、反応室３０ａの温度を検出する温度センサ３１が取り付けられている。具体的には、反応室３０ａのうちヒータ５０の発熱面の上方部分に温度センサ３１は配置されている。温度センサ３１により検出される温度は、気化した燃料と空気との反応後の温度である。温度センサ３１は、検出した温度の情報（検出温度）をＥＣＵ８０へ出力する。
【００２９】
さて、放電リアクタ２０への通電を実施すると、電極２１から放出された電子が、電極間通路２１ａ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、放電リアクタ２０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、反応室３０ａへ流入する空気には、放電リアクタ２０で生成されたオゾンが含まれている。
【００３０】
反応室３０ａでは、空気中の酸素またはオゾンにより気体燃料が部分的に酸化される冷炎反応が生じている。このように部分的に酸化された燃料を改質燃料と呼び、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。
【００３１】
ここで、高温環境下の燃料は、大気圧であっても、周囲の空気に含まれる酸素と酸化反応して自着火燃焼する。このような自着火燃焼による酸化反応は、発熱しながら二酸化炭素と水が生成される熱炎反応とも呼ばれている。但し、燃料と空気の比率（当量比）および雰囲気温度が所定範囲にある場合には、以下に説明する冷炎反応で留まる期間が長くなり、その後に熱炎反応が生じる。つまり、冷炎反応と熱炎反応の２段階で酸化反応が生じる（図２、図３参照）。
【００３２】
この冷炎反応は、雰囲気温度が低く当量比が小さい場合に生じやすい反応であり、周囲の空気に含まれる酸素により燃料が部分的に酸化される反応である。そして、冷炎反応による発熱で雰囲気温度が上昇し、その後一定の時間が経過すると、部分酸化された燃料（例えばアルデヒド）が酸化されて先述の熱炎反応が生じる。そして、冷炎反応により生成されたアルデヒド等の部分酸化燃料をＮＯｘ浄化用の還元剤として用いると、部分酸化されていない燃料を用いた場合に比べてＮＯｘ浄化率が向上する。
【００３３】
図２および図３は、燃料（ヘキサデカン）をヒータ５０に噴き付け、ヒータ５０を４３０℃にした場合における、噴き付け開始からの経過時間に対する、反応室３０ａの温度（雰囲気温度）の変化を示すシミュレーション結果を示す。また、図２ではヒータ５０の温度を変化させて、各温度に対してシミュレーションしている。図中の符号Ｌ１は５３０℃、符号Ｌ２は４３０℃、符号Ｌ３は３３０℃、符号Ｌ４は２３０℃、符号Ｌ５は１３０℃、符号Ｌ６は３０℃にヒータ温度を設定した場合の解析結果を各々示す。
【００３４】
符号Ｌ１に示すように、ヒータ温度が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。これに対し、符号Ｌ２、Ｌ３に示すように、ヒータ温度を３３０℃または４３０℃にすると、上述した２段階酸化反応が生じる。また、符号Ｌ２、Ｌ３に示すように、ヒータ温度を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。また、符号Ｌ４〜Ｌ６に示すように、ヒータ温度を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。
【００３５】
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し、図３に示す解析結果を得た。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。図３に示すように、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。
【００３６】
図２および図３による解析結果から、以下の知見が得られる。すなわち、雰囲気温度が下限値よりも低い場合には酸化反応が生じない。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。一方、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。
【００３７】
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、２段酸化反応が可能となる当量比が最大値（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および図３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が、オゾン濃度を大きくするほど冷炎反応の開始時期が早くなる。
【００３８】
ＥＣＵ８０が備えるマイコン８１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。ＥＣＵ８０は、各種センサの検出値に基づき内燃機関１０の作動を制御する。上記各種センサの具体例として、アクセルペダルセンサ９１、機関回転速度センサ９２、スロットル開度センサ９３、吸気圧センサ９４、吸気量センサ９５、排気温度センサ９６等が挙げられる。
【００３９】
アクセルペダルセンサ９１は、ユーザのアクセルペダル踏込量を検出する。機関回転速度センサ９２は、内燃機関１０の出力軸１０ａの回転速度（エンジン回転数）を検出する。スロットル開度センサ９３はスロットルバルブ１３の開度を検出する。吸気圧センサ９４は、吸気通路１０ｉｎのうちスロットルバルブ１３の下流側の圧力を検出する。吸気量センサ９５は吸気の質量流量を検出する。
【００４０】
概略、ＥＣＵ８０は、出力軸１０ａの回転速度および内燃機関１０の負荷に応じて、図示しない燃料噴射弁から噴射される燃焼用燃料の噴射量および噴射時期を制御する。さらにＥＣＵ８０は、排気温度センサ９６により検出された排気温度に基づき、改質装置Ａ１の作動を制御する。すなわち、マイコン８１は、図４に示す手順のプログラムを所定周期で繰り返し実行することで、改質燃料の生成とオゾンの生成を切り替えるように制御する。上記プログラムは、イグニッションスイッチがオン操作されたことをトリガとして始動し、内燃機関１０の運転期間中は常時実行される。
【００４１】
先ず、図４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れば、ステップＳ１５において還元剤添加装置の作動を停止させる。具体的には、放電リアクタ２０、エアポンプ２０ｐ、燃料噴射弁４０、およびヒータ５０への通電が為されていた場合、それらの通電を停止させる。一方、内燃機関１０が運転中であると判定されれば、ＮＯｘ浄化装置１５が有する還元触媒の温度（ＮＯｘ触媒温度）に応じて還元剤添加装置を作動させる。
【００４２】
具体的には、先ずステップＳ１１において、予め設定されている電力量でエアポンプ２０ｐを作動させる。続くステップＳ１２では、ＮＯｘ触媒温度が還元触媒の活性化温度Ｔ１（例えば２５０℃）未満であるか否かを判定する。ＮＯｘ触媒温度は、排気温度センサ９６により検出された排気温度から推定される。ここで、還元触媒の活性化温度とは、改質燃料によりＮＯｘを還元浄化できる温度を示す。
【００４３】
ＮＯｘ触媒温度が活性化温度Ｔ１未満であると判定された場合には、次のステップＳ１３において、オゾン生成制御のサブルーチン処理を実施する。すなわち、予め設定されている電力量で放電リアクタ２０の電極２１へ通電して放電を生じさせる。また、ヒータ５０への通電を停止させるとともに、燃料噴射弁４０への通電を停止させて燃料噴射を停止させる。
【００４４】
上述したオゾン生成制御によれば、放電リアクタ２０でオゾンが生成され、生成されたオゾンは、反応室３０ａおよび供給管３２を通じて排気通路１０ｅｘへ添加される。ここで、ヒータ５０への通電を実施していると、オゾンは加熱されて崩壊する。また、燃料噴射を実施していると、オゾンは燃料と反応してしまう。これらの点を鑑み、上述したオゾン生成制御では、ヒータ５０による加熱を停止させ、かつ、燃料噴射を停止させている。そのため、オゾンが燃料と反応することや加熱崩壊を回避できるので、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。
【００４５】
図４の説明に戻り、ＮＯｘ触媒温度が活性化温度Ｔ１以上であると判定された場合には、次のステップＳ１４において、図１４に示す改質燃料生成制御のサブルーチン処理を実施する。
【００４６】
図５の処理の概略を図中の一点鎖線にしたがって説明すると、先ずステップＳ３０において、ヒータ５０の作動を制御して、反応容器３０内の温度を所定の温度範囲に調整する。次に、ステップＳ４０において、燃料噴射弁４０の作動を制御して、ＮＯｘ浄化装置１５で要求される還元剤量に応じた燃料を噴射する。次に、ステップＳ５０において、エアポンプ２０ｐの作動を制御して、反応容器３０内へ供給される燃料と空気の比率である当量比を所定の当量比範囲に調整する。上記温度範囲および当量比範囲は、先述した２段酸化反応領域の範囲である。したがって、冷炎反応を生じさせて改質燃料が生成される。
【００４７】
さらに、ステップＳ６０において、反応容器３０内での燃料の濃度に応じて、放電リアクタ２０への供給電力を制御する。これにより、オゾンが生成され、そのオゾンが反応容器３０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３０内での燃料の滞留時間が短くなるように反応容器３０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３０の小型化を図ることができる。
【００４８】
なお、ステップＳ３０の処理を実行している時のマイコン８１は「温度調整手段」を提供する。ステップＳ４０の処理を実行している時のマイコン８１は「燃料噴射量制御手段」を提供する。ステップＳ５０の処理を実行している時のマイコン８１は「当量比調整手段」を提供する。ステップＳ６０の処理を実行している時のマイコン８１は「放電電力制御手段」を提供する。
【００４９】
以下、これらのステップＳ３０、Ｓ４０、Ｓ５０、Ｓ６０の詳細について、図５を用いて説明する。
【００５０】
先ず、温度調整手段に係るステップＳ３０の処理について説明する。先ずステップＳ３１において、還元剤添加装置内の温度、つまり反応容器３０内の温度を取得する。具体的には、温度センサ３１による検出温度Ｔａｃｔを取得する。続くステップＳ３２では、予め設定しておいた目標温度Ｔｔｒｇと検出温度Ｔａｃｔとの差分ΔＴに基づき、検出温度Ｔａｃｔが目標温度Ｔｔｒｇに一致するようヒータ５０による加熱量を調整する。
【００５１】
具体的には、ヒータ５０への通電デューティ比を差分ΔＴに応じて調整する。ステップＳ３２で用いる目標温度Ｔｔｒｇは、先述した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。なお、反応室３０ａの温度は冷炎反応により上昇するので、ヒータ５０自体の温度は、冷炎反応による温度上昇分だけ目標温度Ｔｔｒｇよりも低い値に制御されることとなる。
【００５２】
次に、燃料噴射量制御手段に係るステップＳ４０の処理について説明する。先ずステップＳ４１において、ＮＯｘ浄化装置１５へ流入したＮＯｘの全てを還元するのに必要な燃料を、過不足なくＮＯｘ浄化装置１５へ供給するための値を、目標燃料流量Ｆｔｒｇとして設定する。上記目標燃料流量Ｆｔｒｇとは、単位時間当たりにＮＯｘ浄化装置１５へ供給する燃料の質量である。
【００５３】
具体的には、以下に説明するＮＯｘ流入流量およびＮＯｘ触媒温度に基づき、目標燃料流量Ｆｔｒｇを設定する。上記ＮＯｘ流入流量とは、単位時間当たりにＮＯｘ浄化装置１５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流入流量を推定できる。上記ＮＯｘ触媒温度とは、ＮＯｘ浄化装置１５が有する還元触媒の温度のことである。例えば、排気温度センサ９６により検出された温度に基づき、ＮＯｘ触媒温度を推定できる。
【００５４】
そして、ＮＯｘ流入流量が多いほど、目標燃料流量Ｆｔｒｇを増大させる。また、ＮＯｘ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、ＮＯｘ触媒温度による還元力の違いに応じて目標燃料流量Ｆｔｒｇを設定する。例えば、ＮＯｘ流入流量およびＮＯｘ触媒温度に対する、目標燃料流量Ｆｔｒｇの最適値を表したマップを予めマイコン８１に記憶させておく。そして、ＮＯｘ流入流量およびＮＯｘ触媒温度に基づき、上記マップを参照して目標燃料流量Ｆｔｒｇを設定する。
【００５５】
続くステップＳ４２では、ステップＳ４１で設定した目標燃料流量Ｆｔｒｇに基づき、燃料噴射弁４０の作動を制御して燃料噴射を実施する。具体的には、目標燃料流量Ｆｔｒｇが大きいほど燃料噴射弁４０の開弁時間を長くして、１回の開弁により噴射される燃料の量を多くする。したがって、目標燃料流量Ｆｔｒｇが「目標噴射量」に相当する。
【００５６】
次に、当量比調整手段に係るステップＳ５０の処理について説明する。先ずステップＳ５１において、検出温度Ｔａｃｔに対応する、冷炎反応を生じさせる目標当量比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φｍａｘであって、雰囲気温度に対応する当量比の最大値φｍａｘを、目標当量比φｔｒｇとしてマイコン８１に記憶させておく。例えば、雰囲気温度に対応する目標当量比φｔｒｇの値をマップ化して記憶させておく。そして、検出温度Ｔａｃｔに対応する目標当量比φｔｒｇを、マップを参照して算出する。
【００５７】
続くステップＳ５２では、ステップＳ５１で設定した目標当量比φｔｒｇ、およびステップＳ４２で設定した目標燃料流量Ｆｔｒｇに基づき、目標空気流量Ａｔｒｇを算出する。具体的には、φｔｒｇ＝Ｆｔｒｇ／Ａｔｒｇとなるように目標空気流量Ａｔｒｇを算出する。続くステップＳ５３では、ステップＳ５２で算出した目標空気流量Ａｔｒｇに基づき、エアポンプ２０ｐの作動を制御する。具体的には、目標空気流量Ａｔｒｇが大きいほど、エアポンプ２０ｐへの通電デューティ比を増大させる。
【００５８】
次に、放電電力制御手段に係るステップＳ６０の処理について説明する。先ずステップＳ６１において、ステップＳ４１で設定した目標燃料流量Ｆｔｒｇに基づき、目標オゾン流量Ｏｔｒｇを算出する。具体的には、反応室３０ａ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、目標オゾン流量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。
【００５９】
続くステップＳ６２では、ステップＳ５２で算出した目標空気流量Ａｔｒｇ、およびステップＳ６１で算出した目標オゾン流量Ｏｔｒｇに基づき、放電リアクタ２０への目標通電量Ｐｔｒｇを算出する。つまり、放電リアクタ２０への通電電力を目標通電量Ｐｔｒｇにしたがって制御することで、オゾンの生成量を目標生成量に制御する。
【００６０】
具体的には、目標空気流量Ａｔｒｇが多いほど、電極間通路２１ａ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、目標オゾン流量Ｏｔｒｇが多いほど、目標通電量Ｐｔｒｇを大きくする。続くステップＳ６３では、ステップＳ６２で算出した目標通電量Ｐｔｒｇに基づき、放電リアクタ２０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、放電リアクタ２０への通電デューティ比を増大させる。
【００６１】
さて、以上に説明した図５の処理にしたがい、目標温度Ｔｔｒｇ、目標燃料流量Ｆｔｒｇ、目標空気流量Ａｔｒｇおよび目標通電量Ｐｔｒｇの４つを制御パラメータとして、マイコン８１は改質装置Ａ１の作動を制御する。しかしながら、燃料タンク４０ｔから燃料噴射弁４０へ供給される燃料の性状の違いが、改質後の燃料の還元力に大きな影響を与える。そのため、燃料性状に応じて制御パラメータの最適値も変化する。そこで本実施形態では、燃料性状を推定し、その推定結果に応じて制御パラメータを変更させて、改質装置Ａ１の作動を制御する。
【００６２】
図６および図７の横軸は、冷炎反応により生成される改質燃料の種類を示し、図中の右側であるほど改質燃料に含まれる炭素原子数が多くなる。図６および図７の縦軸は、各々の改質燃料が生成されるモル分率を示す。図示されるように、反応室３０ａへ供給する燃料の性状が、炭素原子数の多い燃料であるほど、冷炎反応により生成される改質燃料に含まれる炭素原子数も多くなる（図７中の点線参照）。そして、このように炭素原子数の多い改質燃料は、ＮＯｘ触媒上における還元力が弱い。
【００６３】
しかも、図８に示すように、炭素原子数の多い燃料であるほど、改質燃料のモル分率が少なく、還元剤のモル数が少なくなる。そのため、炭素原子数の多い燃料性状であるほど、浄化率を増大させる側に制御パラメータを変更させるよう、図９の手順にしたがってマイコン８１は改質装置Ａ１を制御している。
【００６４】
すなわち、先ず図９のステップＳ７０において、燃料性状と相関のある物理量を、性状指数として取得する。本実施形態では、ＮＯｘ浄化装置１５によるＮＯｘ浄化率を性状指数として取得する。ＮＯｘ浄化率とは、ＮＯｘ浄化装置１５へ流入するＮＯｘ量に対する、ＮＯｘ浄化装置１５で還元されたＮＯｘ量の割合である。燃料性状が還元に適していないほどＮＯｘ浄化率は低下する、といった相関がある。
【００６５】
より詳細に説明すると、排気通路１０ｅｘのうちＮＯｘ浄化装置１５の下流側に取り付けられたＮＯｘセンサ９７により、ＮＯｘ浄化装置１５で還元されなかった触媒流出ＮＯｘ量を検出する。一方、内燃機関１０の運転状態に基づき、内燃機関１０から排出され、ＮＯｘ浄化装置１５へ流入した触媒流入ＮＯｘ量を推定する。そして、触媒流入ＮＯｘ量に対する触媒流出ＮＯｘ量の割合を、ＮＯｘ浄化率として算出する。
【００６６】
続くステップＳ７１では、ステップＳ７０で取得した性状指数（ＮＯｘ浄化率）が正常範囲内であるか否かを判定する。例えば、予め設定しておいた下限値よりもＮＯｘ浄化率が小さい場合には、ＮＯｘ浄化装置１５や改質装置Ａ１等に異常が生じているとみなす。そして、ステップＳ７５にて異常フラグをオンに設定し、異常発生の旨をユーザに報知する。
【００６７】
一方、ステップＳ７０で取得した性状指数が正常範囲内であれば、続くステップＳ７２にて改質装置Ａ１の制御パラメータを、性状指数に応じて変更する。例えば、図１０に示すように、ＮＯｘ浄化率が低いほど、燃料性状は還元に適しておらず、還元力が弱いといえる。したがって、ＮＯｘ浄化率が低いほど、浄化率を増大させる側に制御パラメータを変更させる。本実施形態では、目標燃料流量Ｆｔｒｇを制御パラメータとして変更させている。
【００６８】
すなわち、図１１に示すように、燃料性状が還元に適していないものであるほど、還元剤量を多くするように目標燃料流量Ｆｔｒｇを補正する。具体的には、ＮＯｘ浄化率に対する目標燃料流量Ｆｔｒｇ（還元剤量）の補正量を、図１２に示すようにマップ化して予め記憶させておく。そして、ステップＳ７０で取得したＮＯｘ浄化率（性状指数）に対応する目標燃料流量Ｆｔｒｇの補正量を、図１２に示すマップを参照して算出し、その補正量で目標燃料流量Ｆｔｒｇを補正する。これにより、図５のステップＳ４１で設定した目標燃料流量Ｆｔｒｇが補正され、図５のステップＳ４２では補正後の目標燃料流量Ｆｔｒｇに基づき燃料噴射弁４０の作動を制御する。
【００６９】
図９の説明に戻り、ステップＳ７３では、ステップＳ７２により補正された後の制御パラメータを学習する。具体的には、図５のステップＳ４１にて目標燃料流量Ｆｔｒｇの算出に用いたマップを書き換えて更新する。つまり、ＮＯｘ流入流量およびＮＯｘ触媒温度に対する、目標燃料流量Ｆｔｒｇの最適値を、ステップＳ７２による補正後の目標燃料流量Ｆｔｒｇに書き換える。内燃機関１０を次回運転する際にも、燃料性状は今回と同じである蓋然性が高いので、このように目標燃料流量Ｆｔｒｇを学習することで、次回運転時には、燃料性状に応じた燃料噴射量にすることを速やかにできる。
【００７０】
そして、ステップＳ７２にて制御パラメータを補正したにも拘らず、ＮＯｘ浄化率（性状指数）の改善が所定時間以上現れないとステップＳ７４にて判定された場合には、先述したステップＳ７５に進み、異常フラグをオンに設定する。
【００７１】
なお、ステップＳ７０の処理を実行している時のマイコン８１は、性状指数を取得する「取得手段」を提供する。ステップＳ７２の処理を実行している時のマイコン８１は、性状指数に応じて改質装置Ａ１の作動を制御する「性状指数制御手段」を提供する。ステップＳ７１の処理を実行している時のマイコン８１は、性状指数が、予め設定しておいた正常範囲を超えた値である場合に、改質装置Ａ１またはＮＯｘ浄化装置１５に異常が生じていると判定する「異常判定手段」を提供する。
【００７２】
以上に説明した通り、本実施形態に係る還元剤添加装置は、ＮＯｘ浄化率を性状指数として取得し、取得したＮＯｘ浄化率に応じて改質装置Ａ１の制御内容、つまり燃料噴射弁４０からの燃料噴射量を変更する。
【００７３】
具体的には、性状指数が低く還元に適していない燃料が供給された場合には、目標燃料流量Ｆｔｒｇ（制御パラメータ）を増大させるように補正する。そのため、排気通路１０ｅｘに添加される還元剤の量が増大し、燃料性状に起因してＮＯｘ浄化率が低下することを抑制できる。一方、性状指数が高い場合には目標燃料流量Ｆｔｒｇを減少させるように補正する。よって、排気通路１０ｅｘに添加される還元剤の量が過剰になることが回避される。以上により、燃料性状の違いに起因して還元剤の過不足が生じることを抑制できる。
【００７４】
さらに本実施形態では、改質装置Ａ１に対する複数の制御パラメータのうち、目標燃料流量Ｆｔｒｇを性状指数に応じて変更している。そのため、燃料性状の違いに応じて還元剤の添加量が制御されるので、燃料性状に応じた還元剤の添加量にすることを精度よく実現できる。
【００７５】
さらに本実施形態では、ＮＯｘ浄化率を性状指数として取得し、ＮＯｘ浄化率が低いほど、生成された改質燃料の還元力が弱いとみなして、ＮＯｘ浄化装置１５によるＮＯｘ浄化率を増大させるように改質装置Ａ１の作動を制御する。そして、ＮＯｘ浄化率と燃料性状との相関は高いので、本実施形態によれば、燃料性状の違いを、改質装置Ａ１の制御へ精度よく高応答で反映させることができる。
【００７６】
さらに本実施形態では、図９のステップＳ７０において、性状指数としてのＮＯｘ浄化率が正常範囲を超えた値である場合に、改質装置Ａ１に異常が生じていると判定する。さて、性状指数が正常範囲を超えている場合には、燃料性状が粗悪である可能性よりも改質装置Ａ１の異常が原因である可能性の方が高い。そのため、本実施形態によれば、改質装置Ａ１の異常を検知できる。
【００７７】
さらに本実施形態では、改質装置Ａ１は、空気中の酸素により燃料を酸化反応させる反応容器３０を備える。そして、冷炎反応が生じるように反応容器３０内の温度および当量比が調整され、冷炎反応により部分的に酸化された燃料（改質燃料）を、ＮＯｘ浄化用の還元剤として排気通路１０ｅｘに添加する。そのため、部分酸化されていない燃料を還元剤としてそのまま用いる場合に比べて、ＮＯｘ浄化率を向上させることができる。
【００７８】
さらに本実施形態では、放電リアクタ２０を備え、冷炎反応を生じさせる時には、放電リアクタ２０により生成されたオゾンを反応容器３０へ供給する。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、反応容器３０内での燃料の滞留時間が短くなるように反応容器３０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３０の小型化を図ることができる。
【００７９】
さらに本実施形態では、図５のステップＳ６０の処理により、反応室３０ａでの燃料の濃度に応じて、放電に用いる電力を制御する。例えば、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流量Ｏｔｒｇを算出して、放電電力を制御する。そのため、燃料濃度に対するオゾン濃度の過不足量を少なくして、オゾンによる冷炎反応開始の早期化と、放電リアクタ２０に対する省電力化を図るようにできる。
【００８０】
さらに本実施形態では、還元触媒が活性化温度Ｔ１未満である場合には、燃料噴射弁４０による燃料噴射を停止させつつ、放電リアクタ２０により生成されたオゾンを反応室３０ａへ供給させることで、排気通路１０ｅｘへオゾンを添加する。これによれば、ＮＯｘ浄化装置１５の還元触媒が活性化していないにも拘わらず、還元剤としての改質燃料を添加することを防止できる。そして、オゾンの添加により、排気中のＮＯをＮＯ２に酸化させてＮＯｘ浄化触媒に吸着させるので、ＮＯｘ浄化装置１５へのＮＯｘ吸着量を増大できる。
【００８１】
さらに本実施形態では、燃料を加熱するヒータ５０と、反応室３０ａの温度（雰囲気温度）を検出する温度センサ３１とを備える。そして、図５のステップＳ３０による温度調整手段は、温度センサ３１により検出された温度に応じてヒータ５０の作動を制御することで、反応室３０ａの温度を所定の温度範囲に調整する。これによれば、反応室３０ａの温度が温度センサ３１により直接検出される。また、反応室３０ａの燃料がヒータ５０により直接加熱される。そのため、反応室３０ａの温度を所定の温度範囲に調整することを精度良く実現できる。
【００８２】
ここで、冷炎反応が生じる当量比範囲は温度に応じて異なる。この点を鑑みた本実施形態では、図５のステップＳ５０による当量比調整手段は、検出温度Ｔａｃｔに応じて目標当量比φｔｒｇを変更する。そのため、検出温度Ｔａｃｔが目標温度Ｔｔｒｇからずれている場合であっても、実際の反応室３０ａの温度に応じた当量比に調整されるので、冷炎反応を確実に生じさせるようにできる。
【００８３】
さらに本実施形態では、図５のステップＳ４０（燃料噴射量制御手段）において、ＮＯｘ浄化装置１５にて要求される還元剤の流量に基づき目標燃料流量Ｆｔｒｇを設定する。そして、ステップＳ５０（当量比調整手段）において、当量比が所定の当量比範囲となるよう、目標燃料流量Ｆｔｒｇに基づき目標空気流量Ａｔｒｇを設定する。そのため、ＮＯｘ浄化装置１５にて要求される還元剤の流量を満たしつつ、当量比を所定の当量比範囲に調整できる。
【００８４】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、燃料性状に応じて目標燃料流量Ｆｔｒｇ（制御パラメータ）を補正することで、排気通路１０ｅｘへ添加する還元剤の量を燃料性状に応じて変更している。これに対し本実施形態では、燃料性状に応じてヒータ５０の目標温度Ｔｔｒｇ（制御パラメータ）を補正することで、反応室３０ａの温度を燃料性状に応じて変更している。
【００８５】
すなわち、図１３に示すように、燃料性状が還元に適していないものであるほど、ヒータ温度を高くするように目標温度Ｔｔｒｇを補正する。そのため、反応室３０ａの温度が高くなり、図２に示すように冷炎反応の開始時期が早くなる。すると、燃料が反応室３０ａで酸化されずに排気通路１０ｅｘへ流入する量が低減されるので、燃料性状に起因してＮＯｘ浄化率が低下することを抑制できる。
【００８６】
（第３実施形態）
上記第１、第２実施形態では、目標燃料流量Ｆｔｒｇまたは目標温度Ｔｔｒｇを燃料性状に応じて補正する。これに対し本実施形態では、放電リアクタ２０の目標通電量Ｐｔｒｇ（制御パラメータ）を燃料性状に応じて補正することで、反応室３０ａへのオゾン添加量を燃料性状に応じて変更している。
【００８７】
すなわち、図１４に示すように、燃料性状が還元に適していないものであるほど、オゾン添加量を多くするように目標温度Ｔｔｒｇを補正する。そのため、反応室３０ａでの反応が促進されるので、燃料が反応室３０ａで酸化されずに排気通路１０ｅｘへ流入する量が低減される。よって、燃料性状に起因してＮＯｘ浄化率が低下することを抑制できる。
【００８８】
（第４実施形態）
上記第１実施形態では、ＮＯｘ浄化率を性状指数として取得している。これに対し本実施形態では、内燃機関１０の燃焼室における発熱量を性状指数として取得している。具体的には、筒内圧センサにより検出された燃焼室内の圧力、および機関回転速度センサ９２の検出値の変動量等に基づき、１燃焼サイクルでの上記発熱量を推定する。そして、図１５に示すように、推定した発熱量が小さいほど燃料性状が還元に適していないものであるとみなして、ＮＯｘ浄化率を増大させる側に制御パラメータを変更する。
【００８９】
以上により、本実施形態によっても、燃料性状に起因してＮＯｘ浄化率が低下することを抑制できる。また、本実施形態では発熱量を性状指数として取得するので、還元触媒が活性化温度Ｔ１未満でありＮＯｘ浄化装置１５がＮＯｘを浄化していない時であっても、性状指数を取得することができる。
【００９０】
さらに本実施形態では、反応室３０ａの温度を検出する温度センサ３１を有し、その温度センサ３１による検出温度が低いほど、反応発熱量が少ないとみなして改質装置の作動を変更する。具体的には、ＮＯｘ浄化率を増大させる側に制御パラメータを変更する。これによれば、反応室３０ａの温度を直接検出するので、発熱量に応じた性状指数を高精度で取得できる。
【００９１】
（第５実施形態）
上記第１、第４実施形態では、ＮＯｘ浄化率または発熱量を性状指数として取得している。これに対し本実施形態では、内燃機関１０の燃焼室における着火遅れ時間を性状指数として取得している。具体的には、筒内圧センサにより検出された燃焼室内の圧力変化に基づき、燃焼室へ燃料を噴射してから自着火するまでの時間（着火遅れ時間）を算出する。そして、図１６に示すように、算出した着火遅れ時間が長いほど燃料性状が還元に適していないものであるとみなして、ＮＯｘ浄化率を増大させる側に制御パラメータを変更する。
【００９２】
以上により、本実施形態によっても、燃料性状に起因してＮＯｘ浄化率が低下することを抑制できる。また、本実施形態では着火遅れ時間を性状指数として取得するので、還元触媒が活性化温度Ｔ１未満でありＮＯｘ浄化装置１５がＮＯｘを浄化していない時であっても、性状指数を取得することができる。
【００９３】
（第６実施形態）
上記第５実施形態では、着火遅れ時間を性状指数として取得している。これに対し本実施形態では、反応室３０ａの温度、つまり温度センサ３１による検出温度を性状指数として取得している。そして、燃料が酸化される際の反応発熱量が少ないほど、反応室温度が低くなる。そこで、図１７に示すように、反応室温度が低いほど、燃料性状が還元に適していないものであるとみなして、ＮＯｘ浄化率を増大させる側に制御パラメータを変更する。また、反応室温度が所定の正常範囲から外れている場合には、改質装置Ａ１が以上であると判定する。例えば、反応室温度が正常範囲よりも高い場合には、ヒータ５０の故障により過剰に加熱されていたり、燃料噴射弁４０の故障により過剰に燃料噴射されていたりする不具合が想定される。
【００９４】
以上により、本実施形態によっても、燃料性状に起因してＮＯｘ浄化率が低下することを抑制できる。また、本実施形態では反応室温度を性状指数として取得しており、反応室温度は燃料性状との相関が高いので、高精度の性状指数を取得できるようになる。
【００９５】
（第７実施形態）
図１に示す実施形態では、エアポンプ２０ｐにより放電リアクタ２０へ空気を供給している。これに対し、図１８に示す本実施形態に係る還元剤添加装置では、内燃機関１０の吸気の一部を分岐させて放電リアクタ２０へ流入させる。
【００９６】
具体的には、吸気通路１０ｉｎのうちコンプレッサ１１ｃの下流かつ冷却器１２の上流部分と放電リアクタ２０の流通路２２ａとは、分岐配管３６ｈにより接続されている。また、吸気通路１０ｉｎのうち冷却器１２の下流部分と流通路２２ａとは、分岐配管３６ｃにより接続されている。分岐配管３６ｈは、冷却器１２により冷却される前の高温吸気を放電リアクタ２０へ供給する。分岐配管３６ｃは、冷却器１２により冷却された後の低温吸気を放電リアクタ２０へ供給する。
【００９７】
これらの分岐配管３６ｈ、３６ｃには、内部通路を開閉する電磁バルブ３６が取り付けられている。電磁バルブ３６の作動はマイコン８１により制御される。分岐配管３６ｈを開けて分岐配管３６ｃを閉じるように電磁バルブ３６が作動すると、高温吸気が放電リアクタ２０へ流入する。分岐配管３６ｃを開けて分岐配管３６ｈを閉じるように電磁バルブ３６が作動すると、低温吸気が放電リアクタ２０へ流入する。
【００９８】
電磁バルブ３６の作動により、冷却器１２の上流部分から冷却器１２により冷却される前の高温吸気を分岐させるモードと、冷却器１２の下流部分から冷却器１２により冷却された後の低温吸気を分岐させるモードとが切り替えられる。この場合、オゾン生成時には低温吸気を分岐させるモードにして、生成したオゾンが吸気の熱で破壊されることの抑制を図る。また、オゾン非生成時には高温吸気を分岐させるモードにして、ヒータ５０により加熱された燃料が、反応室内で吸気により冷却されることの抑制を図る。また、電磁バルブ３６の開度を制御することで、過給機１１により過給された吸気の一部を放電リアクタ２０へ供給する量を制御する。
【００９９】
なお、電磁バルブ３６を開弁させている期間中は、分岐配管３６ｈ、３６ｃにより吸気の一部が分岐して流れる分だけ、内燃機関１０の燃焼室に流入する吸気量が少なくなる。そのため、マイコン８１は、電磁バルブ３６の開弁期間中には分岐して流れる分だけ吸気量を増大させるように、スロットルバルブ１３の開度、もしくはコンプレッサ１１ｃによる過給量を補正する。
【０１００】
以上により、本実施形態に係る改質装置Ａ２は電磁バルブ３６を備え、電磁バルブ３６を開弁させることにより、過給機１１により過給された吸気の一部を放電リアクタ２０へ供給する。そのため、図１に示すエアポンプ２０ｐを用いることなく、酸素を含んだ空気を放電リアクタ２０へ供給することが可能になる。
【０１０１】
（第８実施形態）
図１に示す改質装置Ａ１は、放電リアクタ２０によりオゾンを生成し、生成したオゾンを反応室３０ａへ添加することで、燃料の酸化反応を促進させている。これに対し本実施形態に係る改質装置Ａ３は、図１９に示すように、放電リアクタ２０を廃止し、反応室３０ａへのオゾン添加を廃止している。このように、放電リアクタ２０を廃止した改質装置Ａ３であっても、性状指数に応じて制御パラメータを変更させれば、燃料性状に起因してＮＯｘ浄化率が低下することを抑制できる。
【０１０２】
（第９実施形態）
図１に示す改質装置Ａ１は、反応室３０ａの空気流れ上流側に放電リアクタ２０を配置している。これに対し、本実施形態に係る改質装置Ａ４は、図２０に示すように、反応室３０ａの空気流れ下流側に放電リアクタ２０を配置している。この改質装置Ａ４では、反応室３０ａで生じる燃料の酸化反応は極一部であり、酸化反応の大半は放電リアクタ２０の電極間通路２１ａで生じるように構成されている。電極間通路２１ａでは、空気中の酸素分子が電離し、電離した活性酸素原子が存在する環境下で燃料を酸化反応させる。これにより、放電リアクタ２０において、燃料の一部が酸化されて改質燃料が生成される。このように、放電リアクタ２０で燃料を改質させる改質装置Ａ４であっても、性状指数に応じて制御パラメータを変更させれば、燃料性状に起因してＮＯｘ浄化率が低下することを抑制できる。
【０１０３】
（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。
【０１０４】
上記各実施形態では、目標温度Ｔｔｒｇ、目標燃料流量Ｆｔｒｇ、目標空気流量Ａｔｒｇおよび目標通電量Ｐｔｒｇの制御パラメータのいずれか１つを、性状指数に応じて変更している。これに対し、複数の制御パラメータを性状指数に応じて変更するようにしてもよい。
【０１０５】
図１に示す実施形態では、反応容器３０の内部にヒータ５０を配置しているが、反応容器３０の上流側で燃料または空気を加熱するよう、反応容器３０の外部にヒータ５０を配置してもよい。また、図１に示す実施形態では、反応容器３０の内部に温度センサ３１を配置しているが、反応容器３０の下流に温度センサ３１を配置してもよい。
【０１０６】
図１に示す実施形態では、液体燃料を微粒化して加熱手段へ供給する微粒化手段として、燃料噴射弁４０を採用している。これに対し、超音波等の高周波数で振動する振動板に液体燃料を接触させることで、液体燃料を振動させて微粒化させる振動装置を、微粒化手段として採用してもよい。
【０１０７】
図１５に示す実施形態では、吸気通路１０ｉｎのうち、冷却器１２の上流部分および下流部分の２箇所から分岐配管３６ｈ、３６ｃにより吸気を分岐させている。これに対し、２本の分岐配管３６ｈ、３６ｃのいずれか一方を廃止し、電磁バルブ３６による先述したモードの切り替えを廃止してもよい。
【０１０８】
オゾンの生成および改質燃料の生成をともに停止させている完全停止の場合には、放電リアクタ２０による放電を停止させて、無駄な電力消費の抑制を図るようにしてもよい。上記完全停止させるケースの具体例としては、ＮＯｘ触媒温度が活性化温度未満であり、かつ、ＮＯｘ吸着量が飽和状態になっているケースや、ＮＯｘ触媒温度が還元可能範囲を超えて高温になっているケースが挙げられる。また、上記完全停止の場合には、エアポンプ２０ｐの作動を停止して空気の供給を停止させることで、電力消費の低減を図ってもよい。
【０１０９】
図１に示す上記実施形態では、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、還元剤添加装置を適用させてもよい。
【０１１０】
内燃機関１０が理論空燃比よりもリーンな状態で燃焼させている時に、ＮＯｘ浄化装置１５がＮＯｘを吸着し、リーン燃焼以外の時にＮＯｘを還元させる燃焼システムに、還元剤添加装置を適用させてもよい。この場合、リーン燃焼時にはオゾンを生成し、リーン燃焼以外の時に改質燃料を生成させればよい。このようにリーン燃焼時にＮＯｘを捕捉する触媒の具体例としては、担体に担持された白金とバリウムによる吸蔵還元触媒が挙げられる。
【０１１１】
吸着または吸蔵の機能を有しないＮＯｘ浄化装置１５が採用された燃焼システムに、還元剤添加装置を適用させてもよい。この場合、ＮＯｘ浄化装置１５には、リーン燃焼時に所定温度範囲でＮＯｘ還元性能を有する触媒として、鉄系、銅系等の触媒が考えられ、これらの触媒に還元剤として改質燃料を供給すれば良い。
【０１１２】
上記第１実施形態では、図１２のステップＳ１２で用いるＮＯｘ触媒温度を、排気温度センサ９６により検出された排気温度から推定している。これに対し、ＮＯｘ浄化装置１５に温度センサを取り付けて、ＮＯｘ触媒温度を直接計測してもよい。或いは、出力軸１０ａの回転速度および内燃機関１０の負荷等に基づき、ＮＯｘ触媒温度を推定してもよい。
【０１１３】
図１に示す実施形態では、放電リアクタ２０は、平板形状の電極２１を互いに平行に対向するように配置して構成されている。これに対し、放電リアクタは、針状に突出した形状の針状電極と、針状電極を環状に取り囲む環状電極とから構成されていてもよい。
【０１１４】
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還元剤添加装置を適用させている。これに対し、定置式の燃焼システムに還元剤添加装置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還元剤添加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還元剤添加装置を適用させて、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。
【符号の説明】
【０１１５】
１０…内燃機関、１０ｅｘ…排気通路、１５…ＮＯｘ浄化装置、Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４…改質装置、Ｓ７０…取得手段、Ｓ７２…制御手段。
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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