(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高活性物質を添加する高活性物質添加装置において、
液体の炭化水素を気化室（３６ａ）へ供給する炭化水素供給手段（３３）と、
前記気化室に供給された前記液体の炭化水素を加熱して気化させる加熱手段（３４）と、
前記炭化水素供給手段および前記加熱手段を作動させることで、前記高活性物質としての改質還元剤を生成させる改質制御手段（Ｓ２５、Ｓ２６）と、
前記炭化水素供給手段の作動を停止させつつ前記加熱手段を作動させ、かつ、前記気化室に空気を流入させることで、前記液体の炭化水素のうち気化されずに前記気化室に堆積した成分を燃焼させて除去するクリーニング制御手段（Ｓ６０）と、
少なくとも酸素を含んだ酸素ガスを放電により電離させる電極（２１）を有し、前記加熱手段により気化された気体の炭化水素を、電離させた酸素ガスにより酸化させて前記高活性物質としての改質還元剤を生成させる放電リアクタ（２０）と、
前記気化室を内部に形成する気化ケース（３６）と、
を備え、
前記放電リアクタは、前記気体の炭化水素が前記気化室から前記放電リアクタへ供給されるように配置され、
前記気化ケースは、
前記改質制御手段の実行時に、気化した炭化水素を前記気化室から前記放電リアクタへ流出させる炭化水素流出口（３６ｂ）と、
前記クリーニング制御手段の実行時に、前記気化室へ空気を流入させる空気流入口（３６ｄ）と、
を有し、
前記空気流入口は、前記炭化水素流出口よりも下方に位置することを特徴とする高活性物質添加装置。
【請求項２】
前記気体の炭化水素と前記放電リアクタへ供給する酸素ガスとを混合させる混合室（３１ａ）を形成するとともに、混合した気体を前記放電リアクタへ供給する混合容器（３１）を備え、
前記酸素ガスとして用いる空気を前記混合室へ導く空気通路（３５ａ、３０ｃ、３０ａ）から、前記気化室へ空気を導く分岐通路（３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ）が分岐するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の高活性物質添加装置。
【請求項３】
前記空気通路のうち前記分岐通路よりも下流側の部分に、空気の流量を減少させる絞り部（３０ｄ）が設けられていることを特徴とする請求項２に記載の高活性物質添加装置。
【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高活性物質を添加する高活性物質添加装置において、
液体の炭化水素を気化室（３６ａ）へ供給する炭化水素供給手段（３３）と、
前記気化室に供給された前記液体の炭化水素を加熱して気化させる加熱手段（３４）と、
前記炭化水素供給手段および前記加熱手段を作動させることで、前記高活性物質としての改質還元剤を生成させる改質制御手段（Ｓ２５、Ｓ２６）と、
前記炭化水素供給手段の作動を停止させつつ前記加熱手段を作動させ、かつ、前記気化室に空気を流入させることで、前記液体の炭化水素のうち気化されずに前記気化室に堆積した成分を燃焼させて除去するクリーニング制御手段（Ｓ６０）と、
空気中の酸素からオゾンを生成するオゾン生成器（２０Ａ）と、
を備え、
前記オゾン生成器により生成されたオゾンを前記気化室へ供給することを特徴とする高活性物質添加装置。
【請求項５】
前記気化室へ空気を送風するエアポンプ（３２ｐ）を備え、
前記改質制御手段の実行時に加え前記クリーニング制御手段の実行時にも前記エアポンプを作動させることを特徴とする請求項３または４に記載の高活性物質添加装置。
【請求項６】
前記クリーニング制御手段の実行終了後に、前記クリーニング制御手段の実行時よりも多い送風量で前記エアポンプを作動させることを特徴とする請求項５に記載の高活性物質添加装置。
【請求項７】
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高活性物質を添加する高活性物質添加装置において、
液体の炭化水素を気化室（３６ａ）へ供給する炭化水素供給手段（３３）と、
前記気化室に供給された前記液体の炭化水素を加熱して気化させる加熱手段（３４）と、
前記炭化水素供給手段および前記加熱手段を作動させることで、前記高活性物質としての改質還元剤を生成させる改質制御手段（Ｓ２５、Ｓ２６）と、
前記炭化水素供給手段の作動を停止させつつ前記加熱手段を作動させ、かつ、前記気化室に空気を流入させることで、前記液体の炭化水素のうち気化されずに前記気化室に堆積した成分を燃焼させて除去するクリーニング制御手段（Ｓ６０）と、
少なくとも酸素を含んだ酸素ガスを放電により電離させる電極（２１）を有し、前記加熱手段により気化された気体の炭化水素を、電離させた酸素ガスにより酸化させて前記高活性物質としての改質還元剤を生成させる放電リアクタ（２０）と、
前記気体の炭化水素と前記放電リアクタへ供給する酸素ガスとを混合させる混合室（３１ａ）を形成するとともに、混合した気体を前記放電リアクタへ供給する混合容器（３１）と、
前記気化室へ空気を送風するエアポンプ（３２ｐ）と、
を備え、
前記放電リアクタは、前記気体の炭化水素が前記気化室から前記放電リアクタへ供給されるように配置され、
前記酸素ガスとして用いる空気を前記混合室へ導く空気通路（３５ａ、３０ｃ、３０ａ）から、前記気化室へ空気を導く分岐通路（３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ）が分岐するように構成され、
前記改質制御手段の実行時に加え前記クリーニング制御手段の実行時にも前記エアポンプを作動させ、
前記クリーニング制御手段の実行終了後に、前記クリーニング制御手段の実行時よりも多い送風量で前記エアポンプを作動させることを特徴とする高活性物質添加装置。
【請求項８】
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高活性物質を添加する高活性物質添加装置において、
液体の炭化水素を気化室（３６ａ）へ供給する炭化水素供給手段（３３）と、
前記気化室に供給された前記液体の炭化水素を加熱して気化させる加熱手段（３４）と、
前記炭化水素供給手段および前記加熱手段を作動させることで、前記高活性物質としての改質還元剤を生成させる改質制御手段（Ｓ２５、Ｓ２６）と、
前記炭化水素供給手段の作動を停止させつつ前記加熱手段を作動させ、かつ、前記気化室に空気を流入させることで、前記液体の炭化水素のうち気化されずに前記気化室に堆積した成分を燃焼させて除去するクリーニング制御手段（Ｓ６０）と、
少なくとも酸素を含んだ酸素ガスを放電により電離させる電極（２１）を有し、前記加熱手段により気化された気体の炭化水素を、電離させた酸素ガスにより酸化させて前記高活性物質としての改質還元剤を生成させる放電リアクタ（２０）と、
前記気体の炭化水素と前記放電リアクタへ供給する酸素ガスとを混合させる混合室（３１ａ）を形成するとともに、混合した気体を前記放電リアクタへ供給する混合容器（３１）と、
を備え、
前記放電リアクタは、前記気体の炭化水素が前記気化室から前記放電リアクタへ供給されるように配置され、
前記酸素ガスとして用いる空気を前記混合室へ導く空気通路（３５ａ、３０ｃ、３０ａ）から、前記気化室へ空気を導く分岐通路（３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ）が分岐するように構成され、
前記空気通路のうち前記分岐通路よりも下流側の部分に、空気の流量を減少させる絞り部（３０ｄ）が設けられていることを特徴とする高活性物質添加装置。
【請求項９】
前記炭化水素供給手段は、液体の炭化水素を微粒化して前記気化室へ噴射するものであり、
前記気化室へ空気を流入させる空気流入口（３６ｄ）は、前記炭化水素供給手段による炭化水素の噴射範囲の外に配置されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の高活性物質添加装置。
【請求項１０】
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高活性物質を添加する高活性物質添加装置において、
液体の炭化水素を気化室（３６ａ）へ供給する炭化水素供給手段（３３）と、
前記気化室に供給された前記液体の炭化水素を加熱して気化させる加熱手段（３４）と、
前記炭化水素供給手段および前記加熱手段を作動させることで、前記高活性物質としての改質還元剤を生成させる改質制御手段（Ｓ２５、Ｓ２６）と、
前記炭化水素供給手段の作動を停止させつつ前記加熱手段を作動させ、かつ、前記気化室に空気を流入させることで、前記液体の炭化水素のうち気化されずに前記気化室に堆積した成分を燃焼させて除去するクリーニング制御手段（Ｓ６０）と、
を備え、
前記炭化水素供給手段は、液体の炭化水素を微粒化して前記気化室へ噴射するものであり、
前記気化室へ空気を流入させる空気流入口（３６ｄ）は、前記炭化水素供給手段による炭化水素の噴射範囲の外に配置されていることを特徴とする高活性物質添加装置。
【請求項１１】
少なくとも酸素を含んだ酸素ガスを放電により電離させる電極（２１）を有し、前記加熱手段により気化された気体の炭化水素を、電離させた酸素ガスにより酸化させて前記高活性物質としての改質還元剤を生成させる放電リアクタ（２０）を備え、
前記放電リアクタは、前記気体の炭化水素が前記気化室から前記放電リアクタへ供給されるように配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の高活性物質添加装置。
【請求項１２】
前記気体の炭化水素と前記放電リアクタへ供給する酸素ガスとを混合させる混合室（３１ａ）を形成するとともに、混合した気体を前記放電リアクタへ供給する混合容器（３１）を備え、
前記酸素ガスとして用いる空気を前記混合室へ導く空気通路（３５ａ、３０ｃ、３０ａ）から、前記気化室へ空気を導く分岐通路（３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ）が分岐するように構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の高活性物質添加装置。
【請求項１３】
前記気化室へ空気を送風するエアポンプ（３２ｐ）を備え、
前記改質制御手段の実行時に加え前記クリーニング制御手段の実行時にも前記エアポンプを作動させることを特徴とする請求項１２に記載の高活性物質添加装置。
【請求項１４】
前記加熱手段による実際の加熱度合いを検出する温度センサ（３７）を備え、
前記温度センサの検出値に基づいて、前記加熱手段による加熱度合いを制御することを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１つに記載の高活性物質添加装置。
【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を添加する、高活性物質添加装置に関する。
【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、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。この技術に関し、特許文献１に記載の高活性物質添加装置では、内燃機関の燃焼に用いる燃料（炭化水素）を還元剤として用いている。そして、液体の燃料を燃料通路へ霧状に噴射して改質し、改質した液体燃料を排気通路へ添加している。
【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】
しかし、上記従来の装置では、霧状の液体燃料が燃料通路等に付着することにより次の問題が生じる。すなわち、燃料通路等に付着した液体燃料は気化するまで付着したままであり、気化して付着箇所から放出されるタイミングが不確定になる。そのため、所望のタイミングで還元剤を排気通路へ添加することが困難になる。
【０００５】
この問題に対し本発明者らは、液体燃料をヒータで加熱して気化させる気化室を設け、気体燃料を燃料通路等に供給する構成を検討した。しかしこの構成では、燃料に含まれる重質成分の一部が気化室内で重合反応を起こして固形物を生成し、その固形物がデポジットとして気化室に堆積していく、といった新たな問題が生じる。
【０００６】
そして、このようなデポジットの堆積が生じると、気化室に形成された気体燃料の流出口が閉塞される不具合や、デポジットがヒータに付着することによりヒータから液体燃料への伝熱性が悪化して、液体燃料の速やかな気化が阻害される不具合が生じる。
【０００７】
本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、デポジットの堆積を抑制しつつ還元剤を改質することを可能にした高活性物質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】
【０００８】
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。
【０００９】
開示される第１発明、第２発明、第３発明、第４発明および第５発明は、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高活性物質を添加することを前提とする。そして、この高活性物質添加装置は、液体の炭化水素を気化室（３６ａ）へ供給する炭化水素供給手段（３３）と、気化室に供給された液体の炭化水素を加熱して気化させる加熱手段（３４）と、炭化水素供給手段および加熱手段を作動させることで、高活性物質としての改質還元剤を生成させる改質制御手段（Ｓ２５、Ｓ２６）と、炭化水素供給手段の作動を停止させつつ加熱手段を作動させ、かつ、気化室に空気を流入させることで、液体の炭化水素のうち気化されずに気化室に堆積した成分を燃焼させて除去するクリーニング制御手段（Ｓ６０）と、を備える。
また、第１発明は、少なくとも酸素を含んだ酸素ガスを放電により電離させる電極（２１）を有し、加熱手段により気化された気体の炭化水素を、電離させた酸素ガスにより酸化させて高活性物質としての改質還元剤を生成させる放電リアクタ（２０）と、気化室を内部に形成する気化ケース（３６）と、を備え、放電リアクタは、気体の炭化水素が気化室から放電リアクタへ供給されるように配置され、気化ケースは、改質制御手段の実行時に、気化した炭化水素を気化室から放電リアクタへ流出させる炭化水素流出口（３６ｂ）と、クリーニング制御手段の実行時に、気化室へ空気を流入させる空気流入口（３６ｄ）と、を有し、空気流入口は、炭化水素流出口よりも下方に位置する。
また、第２発明は、空気中の酸素からオゾンを生成するオゾン生成器（２０Ａ）と、を備え、オゾン生成器により生成されたオゾンを気化室へ供給する。
また、第３発明は、少なくとも酸素を含んだ酸素ガスを放電により電離させる電極（２１）を有し、加熱手段により気化された気体の炭化水素を、電離させた酸素ガスにより酸化させて高活性物質としての改質還元剤を生成させる放電リアクタ（２０）と、気体の炭化水素と放電リアクタへ供給する酸素ガスとを混合させる混合室（３１ａ）を形成するとともに、混合した気体を放電リアクタへ供給する混合容器（３１）と、気化室へ空気を送風するエアポンプ（３２ｐ）と、を備え、放電リアクタは、気体の炭化水素が気化室から放電リアクタへ供給されるように配置され、酸素ガスとして用いる空気を混合室へ導く空気通路（３５ａ、３０ｃ、３０ａ）から、気化室へ空気を導く分岐通路（３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ）が分岐するように構成され、改質制御手段の実行時に加えクリーニング制御手段の実行時にもエアポンプを作動させ、クリーニング制御手段の実行終了後に、クリーニング制御手段の実行時よりも多い送風量でエアポンプを作動させる。
また、第４発明は、少なくとも酸素を含んだ酸素ガスを放電により電離させる電極（２１）を有し、加熱手段により気化された気体の炭化水素を、電離させた酸素ガスにより酸化させて高活性物質としての改質還元剤を生成させる放電リアクタ（２０）と、気体の炭化水素と放電リアクタへ供給する酸素ガスとを混合させる混合室（３１ａ）を形成するとともに、混合した気体を放電リアクタへ供給する混合容器（３１）と、を備え、放電リアクタは、気体の炭化水素が気化室から放電リアクタへ供給されるように配置され、酸素ガスとして用いる空気を混合室へ導く空気通路（３５ａ、３０ｃ、３０ａ）から、気化室へ空気を導く分岐通路（３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ）が分岐するように構成され、空気通路のうち分岐通路よりも下流側の部分に、空気の流量を減少させる絞り部（３０ｄ）が設けられている。
また、第５発明は、炭化水素供給手段は、液体の炭化水素を微粒化して気化室へ噴射するものであり、気化室へ空気を流入させる空気流入口（３６ｄ）は、炭化水素供給手段による炭化水素の噴射範囲の外に配置されている。
【００１０】
上記第１発明、第２発明、第３発明、第４発明および第５発明によれば、液体の炭化水素を加熱して気化させる加熱手段を備えるので、液体の炭化水素が各種通路等に付着する不具合を抑制しつつ、改質制御手段の制御により改質還元剤を生成できる。それでいて、液体の炭化水素のうち気化されずに気化室に堆積した成分（デポジット）を、クリーニング制御手段の制御により燃焼させて除去することができる。つまり、加熱手段を備えることで生じるデポジットの堆積といった新たな問題を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る高活性物質添加装置、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】図１に示す高活性物質添加装置を模式的に示す断面図。
【図３】図２中のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図。
【図４】図２中のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図。
【図５】第１実施形態において、改質ＨＣが生成されるメカニズムを説明する模式図。
【図６】第１実施形態において、オゾンが生成されるメカニズムを説明する模式図。
【図７】第１実施形態において、オゾン生成と改質ＨＣ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８】第１実施形態において、燃料供給量およびヒータ温度を制御する処理手順を示すフローチャート。
【図９】第１実施形態において、クリーニングを実施するタイミングを設定する処理手順を示すフローチャート。
【図１０】第１実施形態において、クリーニング制御の処理手順を示すフローチャート。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る高活性物質添加装置を模式的に示す断面図。
【図１２】第２実施形態において、クリーニング制御の処理手順を示すフローチャート。
【図１３】本発明の第３実施形態に係る高活性物質添加装置を模式的に示す断面図。
【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）、ＮＯｘ浄化装置１５、還元剤浄化装置（ＤＯＣ１６）および高活性物質添加装置を備える。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】
複数の燃焼室から排出された排気は、排気マニホールド１０ｍにより集合される。排気マニホールド１０ｍには、排気の一部をＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスとして吸気通路１０ｉｎへ還流させる還流配管１０ｅｇｒが取り付けられている。このようにＥＧＲガスを吸気に混合させることで、燃焼室での燃焼温度を低下させてＮＯｘ低減が図られる。還流配管１０ｅｇｒには、ＥＧＲクーラ１７およびＥＧＲバルブ１８が取り付けられている。ＥＧＲクーラ１７は、ＥＧＲガスを冷却することで燃焼温度をさらに低下させてＮＯｘ低減を促進させる。ＥＧＲバルブ１８は、ＥＣＵ８０により制御され内燃機関１０の運転状態に応じてＥＧＲガスの流量を制御する。
【００１７】
排気通路１０ｅｘのうちタービン１１ａの下流側には、ＤＰＦ１４（Diesel Particulate Filter）、ＮＯｘ浄化装置１５、ＤＯＣ１６（Diesel Oxidation Catalyst）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。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、高活性物質添加装置の供給管２４が接続されている。この供給管２４から排気通路１０ｅｘへ、高活性物質添加装置により生成された改質還元剤が添加される。改質還元剤とは、還元剤として用いる炭化水素（燃料）を部分的に酸化して部分酸化炭化水素に改質したものであり、図５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還元剤と反応させて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、改質還元剤は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は改質還元剤により還元されて、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】
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。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、改質還元剤を生成して供給管２４から排気通路１０ｅｘへ添加する高活性物質添加装置について、図１および図２を用いて説明する。
【００２２】
高活性物質添加装置は、排気通路１０ｅｘの外部に配置されており、以下に詳述する放電リアクタ２０、燃料噴射弁３３、電気ヒータ３４、高温吸気配管１０ｈ、低温吸気配管１０ｃ、熱交換器１０ａおよび電子制御装置（ＥＣＵ８０）を備える。放電リアクタ２０、燃料噴射弁３３および電気ヒータ３４への通電は、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。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。
【００２４】
放電リアクタ２０の上流側には、連結部材３０が取り付けられており、連結部材３０の内部空間３０ａには、混合室３１ａを内部に形成する筒状の混合容器３１が配置されている。混合容器３１の下流側開口部は、矩形形状であり、ハウジング２２により形成される流通路２２ａに接続される。混合容器３１の上流側開口部は、連結部材３０に設けられた筒状部材３０ｂの開口部と同一の矩形形状であり、混合容器３１の上流側開口部と筒状部材３０ｂの開口部とは対向する。
【００２５】
したがって、混合容器３１と筒状部材３０ｂとの間に形成された隙間ＣＬを介して、混合室３１ａと内部空間３０ａとは連通する。詳細には、流通路２２ａに連通する混合室３１ａの周囲には内部空間３０ａが存在する。そして、内部空間３０ａの空気が、環状の隙間ＣＬを通じて混合室３１ａへ流入し、流通路２２ａおよび供給管２４へと順に流れるように構成されている。
【００２６】
連結部材３０の上流側には、後に詳述する気化ケース３６、燃料噴射弁３３、電気ヒータ３４および温度センサ３７を保持する保持部材３５が取り付けられている。保持部材３５の下方部分には第１空気通路３５ａが形成されている。一方、連結部材３０の下方部分には第２空気通路３０ｃが形成されており、第２空気通路３０ｃの下流端は内部空間３０ａと連通し、第２空気通路３０ｃの上流端は第１空気通路３５ａと連通する。保持部材３５には、高温吸気配管１０ｈまたは低温吸気配管１０ｃから導入された空気を第１空気通路３５ａへ流通させる空気配管３２が接続されている。
【００２７】
以上により、高温吸気配管１０ｈまたは低温吸気配管１０ｃから空気配管３２へ導入された空気は、第１空気通路３５ａ、第２空気通路３０ｃ、内部空間３０ａおよび隙間ＣＬを順に流れて混合室３１ａへ流入する。酸素ガスとして用いる空気を混合室３１ａへ導く「空気通路」は、第１空気通路３５ａ、第２空気通路３０ｃおよび内部空間３０ａにより提供される。
【００２８】
高温吸気配管１０ｈおよび低温吸気配管１０ｃは、コンプレッサ１１ｃで圧縮された吸気の一部を、吸気通路１０ｉｎから分岐させて空気配管３２へ導入する。高温吸気配管１０ｈは、吸気通路１０ｉｎのうち冷却器１２の上流部分から、冷却器１２で冷却される前の高温の吸気を分岐させる。低温吸気配管１０ｃは、吸気通路１０ｉｎのうち冷却器１２の下流部分から、冷却器１２で冷却された後の低温の吸気を分岐させる。これらの高温吸気または低温吸気には酸素分子が含まれており、以下、このように少なくとも酸素を含むガスのことを単に酸素ガスと呼ぶ。
【００２９】
図１に示すように、高温吸気配管１０ｈには熱交換器１０ａが取り付けられている。熱交換器１０ａにより、還流配管１０ｅｇｒ内を流通する高温のＥＧＲガスと、熱交換器１０ａ内を流通する高温吸気とが熱交換する。よって、高温吸気はＥＧＲガスにより加熱される。つまり、熱交換器１０ａは、放電リアクタ２０へ供給される酸素ガスを加熱する「酸素ガス加熱手段」を提供する。
【００３０】
低温吸気配管１０ｃおよび高温吸気配管１０ｈは、切替バルブ３２ａを通じて空気配管３２に接続されている。切替バルブ３２ａは、低温吸気配管１０ｃおよび高温吸気配管１０ｈのいずれか一方を空気配管３２に連通させるよう、マイコン８１により制御されて駆動する。
【００３１】
気化ケース３６は、断面円形の気化室３６ａを内部に形成する（図３、図４参照）。気化室３６ａには、気化室３６ａの軸方向（図２の左右方向）に沿って棒状に延びる、電気ヒータ３４の加熱面３４ａが配置されている。また、気化室３６ａのうち加熱面３４ａの上方には、温度センサ３７の検出部３７ａが配置されており、温度センサ３７は、気化室３６ａのうち加熱面３４ａの上方部分の温度を、電気ヒータ３４による実際の加熱度合いとして検出する。
【００３２】
気化ケース３６の周壁の上方部分には開口部３６ｃが形成されており、開口部３６ｃの上方には燃料噴射弁３３が配置されている。燃料噴射弁３３の噴孔３３ａ（図４参照）から噴射された霧状の液体燃料は、開口部３６ｃを通じて気化室３６ａへ流入し、加熱面３４ａに噴き付けられる。
【００３３】
気化室３６ａに流入した液体燃料は、電気ヒータ３４により加熱されて気化する。また、加熱面３４ａは、気化された燃料をさらに加熱することで、炭素数の少ない炭化水素に燃料を分解するクラッキングを生じさせる。例えば、軽油がクラッキングされる温度（３５０℃〜５００℃）に燃料を加熱するよう、マイコン８１が電気ヒータ３４への通電を制御する。クラッキングされた燃料は沸点が低くなり凝縮しにくくなる。
【００３４】
気化してクラッキングされた燃料は、気化ケース３６の軸方向先端部分に形成された複数の噴出口３６ｂから噴出する。噴出口３６ｂから噴出した気体燃料は、空気配管３２等により導入された空気（酸素ガス）と混合室３１ａで混合し、その後、放電リアクタ２０へ流入する。気化した燃料である炭化水素を気化室３６ａから放電リアクタ２０へ流出させる「炭化水素流出口」は、噴出口３６ｂにより提供される。
【００３５】
燃料噴射弁３３、電気ヒータ３４および温度センサ３７は、図示しないシール材を介して気化ケース３６に取り付けられている。したがって、気化室３６ａのうち空気流入口３６ｄおよび噴出口３６ｂを除く部分については、密閉された空間になっている。よって、改質制御時に燃料が気化すると気化室３６ａが高圧になる。
【００３６】
なお、燃料タンク３３ｔ内の液体燃料は、ポンプ３３ｐにより燃料噴射弁３３に供給され、燃料噴射弁３３の噴孔３３ａから噴射されて減圧することにより、微粒化された状態で気化室３６ａへ供給される。つまり、燃料噴射弁３３は、液体の炭化水素を気化室３６ａへ供給する「炭化水素供給手段」を提供するとともに、液体燃料を微粒化する「微粒化手段」も提供しており、例えば、液体燃料の粒径を６０μｍ以下の噴霧状態にして噴射する。
【００３７】
燃料タンク３３ｔ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３３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。
【００３８】
気化ケース３６内へ噴射される液体燃料の単位時間当たりの噴射量が、単位時間当たりに気化する気化量よりも多くなると、気化ケース３６内に液体燃料が貯留されることとなる。この場合、気化ケース３６は、噴射された液体燃料を気化するまで一時的に貯留する貯留槽を提供する。但し、貯留される燃料の液面が開口部３６ｃの最下端部３６ｅに達することのないよう、噴孔３３ａからの燃料噴射量は制御される。
【００３９】
保持部材３５には、第１空気通路３５ａから分岐する分岐通路が形成されている。この分岐通路は、第１分岐通路３５ｂ、第２分岐通路３５ｃおよび第３分岐通路３５ｄから構成されている。第１分岐通路３５ｂは、第１空気通路３５ａから分岐して上下方向に延びる（図２参照）。第２分岐通路３５ｃは、第１分岐通路３５ｂの上端から、気化ケース３６の底面に沿って水平方向に延びる（図２、図３参照）。第３分岐通路３５ｄは、第２分岐通路３５ｃの下流端から、気化ケース３６の外周面に沿って上方に延びる（図２、図４参照）。
【００４０】
図４に示すように、第３分岐通路３５ｄの上端（下流端）は、気化ケース３６の開口部３６ｃと連通する。よって、開口部３６ｃのうち第３分岐通路３５ｄと連通する部分が、空気流入口３６ｄに相当する。また、気化ケース３６の周壁のうち開口部３６ｃを形成する端面が、空気流入口３６ｄの最下端部３６ｅに相当する。そして、空気流入口３６ｄは噴出口３６ｂよりも下方に位置する。より具体的には、空気流入口３６ｄの最下端部３６ｅが、噴出口３６ｂの入口の最下端部よりも下方に位置する。
【００４１】
また、空気流入口３６ｄは、燃料噴射弁３３の噴孔３３ａから噴射される範囲の外に配置されている。この噴射範囲は、加熱面３４ａのうち、図２において噴孔３３ａから延びる２本の点線で囲まれる範囲である。要するに、第１分岐通路３５ｂの直上位置から図２の左側にずらした位置に、空気流入口３６ｄを位置させている。
【００４２】
第２空気通路３０ｃには、空気の流量を減少させる絞り部３０ｄが設けられている。そのため、第１空気通路３５ａの圧力よりも内部空間３０ａの圧力が低くなり、混合室３１ａの圧力は低下する。噴出口３６ｂは混合室３１ａに位置するので、混合室３１ａの圧力が低下すると、気化室３６ａ内の気体燃料は噴出口３６ｂから噴出されやすくなる。
【００４３】
気体燃料と空気とが混合室３１ａにて混合した混合気は、放電リアクタ２０の電極２１間の電極間通路２１ａを流通し、供給管２４を通じて排気通路１０ｅｘへ添加される。放電リアクタ２０は、混合気に含まれる燃料（炭化水素）を酸化させて改質還元剤を生成する。以下、図５を用いてその生成反応について説明する。
【００４４】
先ず、図５中の符号（１）に示すように、電極２１から放出された電子が、混合気に含まれる酸素ガス（酸素分子）に衝突する。すると、酸素分子は電離して活性酸素の状態になる（符号（２）参照）。次に、活性酸素は、混合気に含まれる気体燃料（炭化水素）と反応して炭化水素を部分的に酸化する（符号（３）参照）。これにより、炭化水素が部分的に酸化された状態の改質還元剤が生成される（符号（４）参照）。改質還元剤の具体例としては、炭化水素の一部がヒドロキシ基（ＯＨ）、アルデヒド基（ＣＨＯ）に酸化された状態の部分酸化物が挙げられる。
【００４５】
さらに放電リアクタ２０は、燃料噴射弁３３による燃料噴射が停止されて燃料が流入していない状態では、図６に示すようにオゾンを活発に生成するようになる。すなわち、先ず、電極２１から放出された電子が、導入されてくる酸素ガス（酸素分子）に衝突する（符号（１）参照）。すると、酸素分子は電離して活性酸素の状態になる（符号（２）参照）。そして活性酸素は、送風されてくる酸素分子と反応して酸化する（符号（５）参照）。
【００４６】
要するに、電極２１に電圧を印加して酸素ガスが導入される状態にすれば、放電リアクタ２０は、酸素ガスをグロー放電によりプラズマ状態にして、酸素分子を電離させて活性酸素にする。そして、この状態で噴出口３６ｂから燃料が噴出されていれば、放電リアクタ２０は活性酸素により燃料を部分的に酸化させて改質還元剤を生成する。一方、噴出口３６ｂからの燃料噴出が停止されていれば、放電リアクタ２０は活性酸素により酸素ガスからオゾンを生成する。生成された改質還元剤またはオゾンは、酸素ガスの供給圧力、つまりコンプレッサ１１ｃによる圧力により、電極２１間の電極間通路２１ａから流出し、供給管２４を通じて排気通路１０ｅｘへ添加される。
【００４７】
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（図示せず）、機関回転速度センサ（図示せず）、スロットル開度センサ（図示せず）、吸気圧センサ（図示せず）、吸気量センサ９５、排気温度センサ９６等が挙げられる。
【００４８】
アクセルペダルセンサは、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は、内燃機関１０の出力軸の回転速度を検出する。スロットル開度センサはスロットルバルブ１３の開度を検出する。吸気圧センサは、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。
【００４９】
概略、ＥＣＵ８０は、出力軸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、高活性物質添加装置の作動を制御する。すなわち、マイコン８１は、図７および図８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、改質還元剤の生成とオゾンの生成を切り替えるように制御する。これらのプログラムは、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。
【００５０】
先ず、図７のステップＳ１１において、電極２１へ電圧を印加して放電リアクタ２０での放電を実施する。続くステップＳ１２では、ＮＯｘ浄化装置１５が有する還元触媒の温度（ＮＯｘ触媒温度）が、活性化温度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、改質還元剤によりＮＯｘを還元浄化できる温度を示す。
【００５１】
ＮＯｘ触媒温度が活性化温度未満であると判定された場合には、ステップＳ１３においてオゾン生成フラグをオンに設定する。このオゾン生成フラグは、図４の如くオゾンを生成するように指令するものである。一方、ＮＯｘ触媒温度が活性化温度未満でないと判定された場合には、ステップＳ１４において改質フラグをオンに設定する。この改質フラグは、図３の如く改質還元剤を生成するように指令するものである。
【００５２】
また、ステップＳ１３にてオゾン生成フラグをオンに設定した場合には、続くステップＳ１５において、低温吸気配管１０ｃから低温吸気を放電リアクタ２０へ供給させるよう、切替バルブ３２ａを作動させる。一方、ステップＳ１４にて改質フラグをオンに設定した場合には、続くステップＳ１６において、高温吸気配管１０ｈから高温吸気を放電リアクタ２０へ供給させるよう、切替バルブ３２ａを作動させる。ステップＳ１５、Ｓ１６の処理を実行している時のマイコン８１は「切替制御手段」を提供する。
【００５３】
次に、図８のステップＳ２０では、改質フラグがオンに設定されているか否かを判定する。改質フラグがオンでないと判定されれば、続くステップＳ２１にて電気ヒータ３４への通電を停止させるとともに、ステップＳ２２において、燃料噴射を停止させるように燃料噴射弁３３を閉弁作動させる。ステップＳ２２の処理を実行している時のマイコン８１は「オゾン生成制御手段」を提供する。
【００５４】
一方、改質フラグがオンであると判定されれば、続くステップＳ２３にて、ＮＯｘ浄化装置１５が単位時間当りに必要とする改質還元剤の量（必要還元剤量）を算出する。このステップＳ２３の処理を実行している時のマイコン８１は「必要量算出手段」を提供する。以下、必要還元剤量を算出する具体例を説明する。
【００５５】
先ず、内燃機関１０の負荷、出力軸の回転速度および燃焼用の燃料の噴射量等、内燃機関１０の運転状態に基づき、排気中のＮＯｘ濃度および排気量を算出する。次に、算出したＮＯｘ濃度および排気量に基づき排気中のＮＯｘ量（ＮＯｘ排出量）を算出する。次に、算出したＮＯｘ排出量、供給した改質還元剤量およびＮＯｘ触媒温度等の履歴に基づき、ＮＯｘ浄化装置１５で吸着されているＮＯｘ量（ＮＯｘ吸着量）を算出する。次に、算出したＮＯｘ吸着量に現時点でのＮＯｘ排出量を加算してＮＯｘ総量を算出する。次に、ＮＯｘ総量を浄化するのに必要な改質還元剤の量を、必要還元剤量として算出する。
【００５６】
以上の如くステップＳ２３にて必要還元剤量を算出した後、続くステップＳ２４では、算出した必要還元剤量に基づき目標ヒータ温度を算出する。具体的には、必要還元剤量が多いほど目標ヒータ温度を高く設定する。但し、目標ヒータ温度の下限値はクラッキング可能温度以上に設定される。
【００５７】
続くステップＳ２５では、目標ヒータ温度となるように電気ヒータ３４への供給電力を制御する。例えば、電気ヒータ３４へ印加する電圧のパルス幅をデューティ制御することで供給電力を制御する。燃料が気化する際に、気化潜熱によって加熱面３４ａから熱量を持ち去るため、気化潜熱による温度低下分を考慮して、目標ヒータ温度となるように電気ヒータ３４へ電力供給する。続くステップＳ２６では、単位時間当たりの燃料噴射量が必要還元剤量になるよう、燃料噴射弁３３の開弁時間を制御して燃料噴射を実施する。ステップＳ２６の処理を実行している時のマイコン８１は「改質制御手段」を提供する。
【００５８】
さて、燃料噴射弁３３から噴射される液体燃料には、軽質燃料や重質燃料等の各種成分が含まれている。軽質燃料は加熱されると速やかに気化するのに対し、重質燃料は、加熱されると重合反応を起こして固形物を生成し、その固形物がデポジットとして気化室３６ａに堆積していく。そこで、上述した改質制御手段およびオゾン生成制御手段が実行されていない時に、以下に説明するクリーニング制御を実行して、デポジットを定期的に除去している。
【００５９】
すなわち、マイコン８１は、図９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、燃料噴射弁３３および電気ヒータ３４の作動を制御してクリーニング制御を実行する。これらのプログラムは、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の運転停止期間中であっても常時実行される。
【００６０】
先ず、図９のステップＳ３０において、前回実施したクリーニングからの、電気ヒータ３４の運転時間を算出する。続くステップＳ４０では、ステップＳ３０で算出したヒータ運転時間が所定時間（例えば２０時間）を経過しているか否かを判定する。所定時間が経過していないと判定されれば、ステップＳ３０にてヒータ運転時間が積算されていく。所定時間が経過していると判定されれば、続くステップＳ５０において、クリーニング制御の実行条件を満たしている許可状態であるか否かを判定する。
【００６１】
許可状態とは、内燃機関１０からＮＯｘが排出されておらず、ＮＯｘ浄化装置１５による浄化が要求されていない状態である。具体的には、内燃機関１０を自動停止させているアイドルストップ状態、車両が減速走行していることに伴い内燃機関１０への燃料噴射を停止させた燃料カット状態、内燃機関１０を停止させて走行用モータにより車両を走行させている状態等である。
【００６２】
許可状態であると判定されれば、続くステップＳ６０において、図１０に示すサブルーチン処理によりクリーニング制御を実行し、次のステップＳ７０にて、ヒータ運転時間をゼロにリセットする。次に、図１０に示すクリーニング制御の処理手順を説明する。
【００６３】
先ず、図１０のステップＳ６１において、燃料噴射弁３３の作動を停止させて噴孔３３ａからの燃料噴射を停止させる。続くステップＳ６２では、空気流入口３６ｄから気化室３６ａへ流入してくる空気の温度を取得する。具体的には、吸気通路１０ｉｎに配置された吸気温度センサ（図示せず）の検出値を、気化室３６ａへ流入する空気の温度として取得する。
【００６４】
続くステップＳ６３では、取得した空気温度に応じた目標ヒータ温度を設定する。例えば、空気温度が低いほど目標ヒータ温度を高い値に設定する。なお、クリーニング時の目標ヒータ温度は、改質還元剤生成時の目標ヒータ温度よりも高い値に設定される。具体的には、ステップＳ６３で設定される目標ヒータ温度の下限値は、図８のステップＳ２４で算出される目標ヒータ温度の上限値よりも高い。
【００６５】
続くステップＳ６４では、加熱面３４ａの実際の温度であるヒータ実温度（加熱度合い）を取得する。具体的には、温度センサ３７の検出値をヒータ実温度として取得する。続くステップＳ６５では、ステップＳ６３で設定した目標ヒータ温度と、ステップＳ６４で取得したヒータ実温度との偏差を算出し、その偏差に基づきヒータ加熱デューティ比を設定する。続くステップＳ６６では、電気ヒータ３４への通電を、設定したヒータ加熱デューティ比にしたがってデューティ制御する。
【００６６】
例えば、ヒータ実温度が目標ヒータ温度よりも低い場合において、上記偏差が大きいほどヒータ加熱デューティ比を大きく設定することで、ヒータ実温度を迅速に上昇させて目標ヒータ温度にする。また、ヒータ実温度が目標ヒータ温度よりも高い場合には、ヒータ加熱デューティ比を小さく設定することで、ヒータ実温度を低下させて目標ヒータ温度にする。
【００６７】
続くステップＳ６７では、ヒータ実温度が上昇して目標ヒータ温度に達してから、所定時間（例えば１秒）が経過したか否かを判定する。所定時間が経過していないと判定されれば、ステップＳ６４、Ｓ６５、Ｓ６６の処理が繰り返し実行され、所定時間が経過していると判定されれば、図１０に示すクリーニング制御を終了する。
【００６８】
以上に説明した通り、本実施形態に係る高活性物質添加装置は、液体の燃料を加熱して気化させる電気ヒータ３４を備えるので、液体の燃料が電極２１に付着する不具合を抑制しつつ改質還元剤を生成できる。それでいて、液体の燃料のうち気化されずに気化室に堆積した成分（デポジット）を、次のクリーニング制御により燃焼させて除去することができる。このクリーニング制御では、燃料供給を停止させつつ電気ヒータ３４を作動させて空焚きし、かつ、気化室３６ａに空気を流入させることで、上記デポジットを燃焼させて除去できる。
【００６９】
したがって、電気ヒータ３４の加熱面３４ａにデポジットが付着することにより加熱面３４ａから燃料への伝熱性が悪化することを抑制でき、燃料の速やかな気化がデポジットにより阻害されることを抑制できる。また、噴出口３６ｂがデポジットで詰まることにより混合室３１ａへの気体燃料の供給が阻害されることを抑制できる。
【００７０】
さらに本実施形態では、気化ケース３６に形成された空気流入口３６ｄは、噴出口３６ｂよりも下方に位置する。そのため、クリーニング制御時には以下に説明する対流が生じるようになる。すなわち、気化室３６ａ内の高温ガスは、比重が小さく軽いので、上方に位置する噴出口３６ｂからは排出されやすくなり、また、下方に位置する空気流入口３６ｄからは排出されにくくなる。したがって、気化室３６ａ内の高温ガスが噴出口３６ｂから排出され、その排出分だけ、空気流入口３６ｄから空気が気化室３６ａへ流入するといった対流が生じる。そのため、気化室３６ａへの空気流入を促進でき、酸素不足によりデポジットが十分に燃焼できなくなるおそれを抑制できる。
【００７１】
特に、クリーニング制御時には内燃機関１０が停止してコンプレッサ１１ｃが停止している場合があるが、この場合であっても、上記対流により気化室３６ａへ空気を流入させることができ、上記対流の効果が顕著に発揮される。しかも、改質制御時には燃料の気化により気化室３６ａが高圧になるので、空気流入口３６ｄからの空気の流入を抑制できる。なお、改質制御時には気体燃料が空気流入口３６ｄから流出したとしても、その流出した気体燃料は、第２空気通路３０ｃ、内部空間３０ａおよび隙間ＣＬを通じて混合室３１ａへ流入するだけであり、問題にならない。
【００７２】
さらに本実施形態では、混合室３１ａへ空気を導くための空気通路（第１空気通路３５ａ）から、気化室３６ａへ空気を導く分岐通路（第１分岐通路３５ｂ）が分岐する。そのため、分岐通路は混合室３１ａよりも上流側に位置することになるので、分岐通路内の圧力は混合室３１ａよりも高くなる。そのため、クリーニング制御時において、空気流入口３６ｄから気化室３６ａへの空気流入を促進できる。
【００７３】
さらに本実施形態では、第１空気通路３５ａのうち第１分岐通路３５ｂよりも下流側の部分に、空気の流量を減少させる絞り部３０ｄが設けられている。そのため、混合室３１ａと第１分岐通路３５ｂとの圧力差が増大される。よって、クリーニング制御手段の実行時における空気の流れ、すなわち噴出口３６ｂからの高温ガス排出と空気流入口３６ｄからの低温空気流入を促進できる。
【００７４】
さらに本実施形態では、気化室３６ａへ供給される燃料は、燃料噴射弁３３から微粒化した状態で噴射される。そして、その噴射範囲の外に空気流入口３６ｄは配置されている。そのため、噴孔３３ａから噴射された燃料が空気流入口３６ｄから漏れ出ることを抑制できる。
【００７５】
さらに本実施形態では、気化室３６ａに温度センサ３７を設け、温度センサ３７の検出値に基づいて目標ヒータ温度を設定することで、ヒータ実温度に応じてヒータ温度およびヒータ作動時間が制御される。
【００７６】
さて、本実施形態に反して温度センサ３７を廃止し、クリーニング制御時において、予め設定した所定温度で所定時間だけ電気ヒータ３４を作動させるようにすると、次の問題が懸念される。すなわち、例えば外気温度が低い場合（例えば−３５℃）、空気流入口３６ｄから流入する空気の温度も低い状態になっている。そのため、上述の所定温度および所定時間で電気ヒータ３４を作動させると、デポジットを十分に加熱できず、クリーニングが不十分になる問題が懸念される。これに対し本実施形態では、上述の如く温度センサ３７の検出値に基づき電気ヒータ３４を作動させるので、上記懸念を低減できる。
【００７７】
さらに本実施形態では、空気配管３２から流入させる空気を加熱する熱交換器１０ａを備える。そのため、放電リアクタ２０へ供給される酸素ガスが加熱されて温度上昇する。よって、燃料噴射弁３３から噴射されて電気ヒータ３４により気化された燃料が、混合室３１ａで酸素ガスにより冷却され、凝縮して電極２１に付着することを抑制できる。よって、改質還元剤が低排気温時に意図に反して添加されたり、改質還元剤の添加が遅れたりする等の不具合、つまり、改質還元剤を排気通路１０ｅｘへ添加するタイミングを意図通りに制御できなくなる不具合を抑制できる。
【００７８】
さらに本実施形態では、熱交換器１０ａは、内燃機関１０で生じた熱を利用して酸素ガスを加熱する。そのため、内燃機関１０の廃熱が有効に利用されるので、例えば電気ヒータを用いて酸素ガスを加熱する場合に生じるエネルギ消費を不要にできる。
【００７９】
さらに本実施形態では、熱交換器１０ａは、還流配管１０ｅｇｒに取り付けられており、ＥＧＲガスの熱を利用して酸素ガスを加熱する。ここで、還流配管１０ｅｇｒは、排気マニホールド１０ｍの外側に張り出して配置される。そのため、例えば排気マニホールド１０ｍに熱交換器１０ａを取り付ける場合に比べて、還流配管１０ｅｇｒに取り付ける本実施形態によればその取り付け作業性を良好にでき、熱交換器１０ａの搭載スペースを容易に確保できる。また、ＥＧＲガスは、燃焼室から排出された直後の排気であるため高温である。よって、高温のＥＧＲガスを酸素ガスの加熱に利用する本実施形態によれば、酸素ガスを効率的に加熱できる。
【００８０】
さらに本実施形態では、供給された酸素ガスを放電により電離させて活性酸素にする放電リアクタ２０と、放電リアクタ２０へ燃料を供給する燃料噴射弁３３とを備える。そして、図８のステップＳ２２によるオゾン生成制御手段、およびステップＳ２６による改質制御手段がマイコン８１により提供される。そのため、オゾン生成制御手段により燃料噴射を停止させれば、活性酸素によりオゾンが生成され、改質制御手段により燃料を噴射させれば、活性酸素により燃料が酸化（改質）されて改質還元剤が生成される。よって、１つの放電リアクタ２０で、還元剤の改質とオゾン生成の両方を実現できる。
【００８１】
ここで、液体燃料が電極２１に付着すると、改質還元剤の生成からオゾンの生成に切り替えた場合に、燃料供給を停止させているにも拘わらず、付着していた燃料が気化して電極間通路２１ａ内に燃料が存在することとなる。すると、放電により生成された活性酸素は、燃料を酸化させて改質還元剤を生成してしまい、酸素分子を酸化させてオゾンを生成する量が少なくなる。これに対し本実施形態によれば、上述の如く電極２１への燃料付着を抑制できるので、オゾン生成フラグオン時に改質還元剤が生成されるといった不具合を抑制できる。
【００８２】
さらに本実施形態では、冷却器１２で冷却された後の低温吸気を放電リアクタ２０へ供給する低温吸気配管１０ｃ、および熱交換器１０ａにより加熱された酸素ガスを放電リアクタ２０へ供給する高温吸気配管１０ｈを備える。そして、オゾン生成時には低温吸気配管１０ｃを放電リアクタ２０と連通させ、改質還元剤生成時には高温吸気配管１０ｈを放電リアクタ２０と連通させるよう、図７のステップＳ１５、Ｓ１６により切替バルブ３２ａの作動を制御する。これによれば、オゾン生成時には低温吸気が供給されるので、生成したオゾンが吸気の熱で破壊されることを抑制できる。
【００８３】
さらに本実施形態では、高温吸気配管１０ｈは、過給機１１により過給された吸気のうち冷却器１２で冷却される前の高温吸気を放電リアクタ２０へ供給する。そのため、改質還元剤生成時には、コンプレッサ１１ｃの圧縮により温度上昇した吸気であって、冷却器１２で冷却される前の高温吸気が供給される。よって、改質還元剤生成時には酸素ガスを高温にすることを促進でき、気体燃料が凝縮して電極２１に付着することの抑制を促進できる。
【００８４】
さらに本実施形態では、電気ヒータ３４によりクラッキングされた燃料を放電リアクタ２０へ供給することで、該燃料を、放電リアクタ２０により電離された酸素ガスで部分的に酸化させて改質還元剤を生成する。そのため、燃料の沸点がクラッキングされることにより低下するので、気化した燃料が酸素ガスによって冷却されて温度低下する際に、燃料が再度液化することが抑制される。その結果、気体燃料が凝縮して電極２１に付着することの抑制を促進できる。
【００８５】
さらに本実施形態では、液体燃料を微粒化した状態で電気ヒータ３４へ供給する燃料噴射弁３３を備える。そのため、電気ヒータ３４にて液体燃料を気化してクラッキングするのに要する時間が短縮される。よって、必要還元剤量に対する改質還元剤の添加の応答性を速くできる。
【００８６】
さらに本実施形態では、還元触媒がＮＯｘを吸着する機能を有している。そのため、放電リアクタ２０にて生成されたオゾンを排気通路１０ｅｘに添加すると、排気中のＮＯがＮＯ２に酸化され、還元触媒に吸着されやすくなる。よって、生成したオゾンを、還元触媒でのＮＯｘ吸着性向上に利用することができる。
【００８７】
さらに本実施形態では、還元触媒が活性化温度未満であることを条件としてオゾンを生成させ、還元触媒が活性化温度以上であることを条件として改質還元剤を生成させる。そのため、還元触媒が還元能力を発揮できない低温時に改質還元剤が排気通路１０ｅｘに添加されることを回避できる。そして、上記低温時には排気通路１０ｅｘにオゾンを添加してＮＯをＮＯ２に酸化させ、ＮＯｘ吸着性を向上させるので、低温時にＮＯｘが浄化されないままＮＯｘ浄化装置１５から流出することを抑制できる。また、オゾンは高温であるほど熱分解しやすくなるが、本実施形態では、上記低温時にオゾンが排気通路１０ｅｘに添加され、低温時以外では添加されない。よって、添加したオゾンが排気熱で熱分解するおそれを低減できる。
【００８８】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、コンプレッサ１１ｃにより圧縮された吸気の一部を、空気配管３２へ導入している。これに対し本実施形態では、図１１に示すように、低温吸気配管１０ｃ、高温吸気配管１０ｈおよび切替バルブ３２ａを廃止し、エアポンプ３２ｐを備えている。エアポンプ３２ｐにより送風された空気は、空気配管３２を通じて混合室３１ａに流入する。エアポンプ３２ｐが送風する空気は、高活性物質添加装置の周囲に存在する常温常圧の大気である。空気には酸素分子が含まれているので、エアポンプ３２ｐが送風する空気は先述した酸素ガスに相当する。
【００８９】
先述した熱交換器１０ａは、本実施形態では空気配管３２に取り付けられている。なお、熱交換器１０ａをバイパスする通路を設け、熱交換器１０ａで空気を加熱する場合と、熱交換器１０ａをバイパスして非加熱にする場合とを切り替え可能に構成してもよい。
【００９０】
エアポンプ３２ｐ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。マイコン８１は、図８のステップＳ２６による改質制御時、およびステップＳ２２によるオゾン生成制御時に加え、図９のステップＳ６０によるクリーニング制御時にもエアポンプ３２ｐを作動させる。
【００９１】
また、図１２に示すように、ステップＳ６７においてヒータ実温度が上昇して目標ヒータ温度に達してから所定時間が経過していると判定された場合、続くステップＳ６８にて、ステップＳ６６による電気ヒータ３４のデューティ制御を終了させる。また、エアポンプ３２ｐを一定時間（例えば３秒）作動させる。この作動時には、ステップＳ６６によるデューティ制御時に比べて送風量を増大させる。
【００９２】
以上に説明した通り、本実施形態に係る高活性物質添加装置では、改質還元剤の生成に用いる空気の混合室３１ａへの送風をエアポンプ３２ｐで実施しており、クリーニング制御時にもエアポンプ３２ｐを作動させる。そのため、改質制御に用いるエアポンプ３２ｐをクリーニング制御でも利用するので、気化室３６ａへ空気を送風する専用のエアポンプを不要にできる。
【００９３】
さらに本実施形態では、ステップＳ６６によるクリーニング制御の実行終了後に、クリーニング制御の実行時よりも多い送風量でエアポンプ３２ｐを作動させる。そのため、クリーニング制御による燃焼で生じた灰が噴出口３６ｂから排出され、気化室３６ａに灰が堆積することを抑制できる。また、エアポンプ３２ｐによる送風で、加熱面３４ａ上に残った灰を吹き飛ばすことができる。よって、加熱面３４ａに付着した液体燃料の気化が灰で妨げられることを抑制できる。
【００９４】
さらに本実施形態では、図１に示す低温吸気配管１０ｃおよび高温吸気配管１０ｈを廃止できる。よって、スロットルバルブ１３により吸気量を調整するにあたり、空気配管３２へ分岐する吸気分を補正することが不要になるので、燃焼室へ吸入される吸気量を精度良く調整できる。
【００９５】
（第３実施形態）
上記第２実施形態では、放電リアクタ２０は、電気ヒータ３４より空気流れ下流側に設置されている。これに対し本実施形態では、図１３に示すように、オゾン生成器２０Ａとして機能する放電リアクタは、電気ヒータ３４より空気流れ上流側に設置されている。エアポンプ３２ｐにより送風された空気はオゾン生成器２０Ａに流入する。オゾン生成器２０Ａは、図１および図２に示す放電リアクタ２０と同じ構造であり、電極２１間で放電させると、空気中の酸素からオゾンが生成される。このように生成されたオゾンは、空気とともに空気配管３２ｂを通って気化室３６ａへ供給される。
【００９６】
さて、上記第２実施形態では、放電リアクタ２０の内部で燃料を部分酸化させて改質させている。これに対し本実施形態では、燃料噴射弁３３から噴射された燃料を、気化室３６ａで加熱することにより、空気に含まれる酸素で部分酸化させる。そして、オゾンを生成して気化室３６ａへ流入させることにより、上記部分酸化の反応を促進させることができる。このように改質された燃料（還元剤）は供給管２４を通じて排気通路１０ｅｘに添加される。
【００９７】
なお、還元触媒の温度が低温であり還元剤を添加してもＮＯｘ還元率が低い場合には、以下に説明するオゾン供給制御を実施する。すなわち、オゾン供給制御では、エアポンプ３２ｐを作動させつつオゾン生成器２０Ａで放電させてオゾンを生成し、かつ、燃料噴射弁３３による燃料噴射および電気ヒータ３４による加熱を停止させる。これにより、生成されたオゾンが供給管２４を通じて排気通路１０ｅｘに添加されることとなる。その結果、排気中のＮＯがオゾンによりＮＯ２に酸化される。このようにＮＯを酸化させればＮＯｘ吸着量を向上できるので、ＮＯｘ浄化装置１５で浄化されずに大気に放出されるＮＯｘ量を低減できる。
【００９８】
エアポンプ３２ｐ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。マイコン８１は、図８のステップＳ２６による改質制御時、およびステップＳ２２によるオゾン生成制御時に加え、図９のステップＳ６０によるクリーニング制御時にもエアポンプ３２ｐを作動させる。
【００９９】
また、図１２に示すように、ステップＳ６７においてヒータ実温度が上昇して目標ヒータ温度に達してから所定時間が経過していると判定された場合、続くステップＳ６８にて、ステップＳ６６による電気ヒータ３４のデューティ制御を終了させる。また、エアポンプ３２ｐを一定時間（例えば３秒）作動させる。この作動時には、ステップＳ６６によるデューティ制御時に比べて送風量を増大させる。要するに、本実施形態においても、図１２と同様にして、改質制御手段の実行時に加えクリーニング制御手段の実行時にもエアポンプ３２ｐを作動させる。また、クリーニング制御手段の実行終了後に、クリーニング制御手段の実行時よりも多い送風量でエアポンプ３２ｐを作動させる。
【０１００】
以上に説明した通り、本実施形態に係る高活性物質添加装置では、液体の燃料のうち気化されずに生成されたデポジットは放電リアクタ２０に付着しにくくなるとともに、クリーニング制御は第２実施形態と同様に作動させることができる。
【０１０１】
さらに本実施形態では、空気中の酸素からオゾンを生成するオゾン生成器２０Ａを備え、オゾン生成器２０Ａにより生成されたオゾンを気化室３６ａへ供給する。このように、オゾンを気化室３６ａへ供給する構成であっても、改質還元剤を生成して添加することができる。
【０１０２】
本実施形態に反して電気ヒータ３４およびクリーニング制御手段を備えない場合、オゾン生成器２０Ａの内部に燃料が付着する可能性は低いものの、気化室３６ａや供給管２４等の各種通路等に付着することが懸念される。この懸念に対し、本実施形態では電気ヒータ３４を備えて燃料を気化させるので、液体の燃料が気化室３６ａや供給管２４等に付着する不具合を抑制しつつ、改質制御手段の制御により改質還元剤を生成できる。それでいて、液体の燃料のうち気化されずに気化室３６ａに堆積したデポジットを、クリーニング制御手段の制御により燃焼させて除去することができる。つまり、電気ヒータ３４を備えることで生じるデポジットの堆積といった新たな問題を抑制できる。  （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。
【０１０３】
図１に示す実施形態では、還流配管１０ｅｇｒに熱交換器１０ａを取り付けている。これに対し、以下に説明する下流排気管に熱交換器１０ａを取り付けてもよい。この下流排気管は、排気マニホールド１０ｍの下流側における排気通路１０ｅｘを形成するものであり、詳細には、ＤＰＦ１４の下流側かつＮＯｘ浄化装置１５の上流側に位置する排気通路１０ｅｘを形成する。
【０１０４】
ここで、下流排気管は、排気マニホールド１０ｍの外側に張り出して配置される。そのため、例えば排気マニホールド１０ｍに熱交換器１０ａを取り付ける場合に比べて、下流排気管に取り付ける本実施形態によれば、その取り付け作業性を良好にできる。また、熱交換器１０ａの搭載スペース確保を容易にできる。
【０１０５】
また、放電リアクタ２０および混合容器３１はＮＯｘ浄化装置１５の近傍に配置することが望ましく、このような配置にすると、混合容器３１の近傍に下流排気管が位置する蓋然性が高い。よって、上述の如く下流排気管に熱交換器１０ａを取り付けると、熱交換器１０ａを混合容器３１の近傍に配置することを容易に実現でき、ひいては高温吸気配管１０ｈの配管長を短くできる。
【０１０６】
或いは、排気マニホールド１０ｍに熱交換器１０ａを取り付けてもよい。排気マニホールド１０ｍは、燃焼室から排出された直後の排気が流通するため高温であるため、酸素ガスを効率的に加熱できる。
【０１０７】
図１に示す実施形態では、内燃機関１０で生じた熱を利用して酸素ガスを加熱している。これに対し、インバータや内燃機関１０を冷却する冷却水を熱源として酸素ガスを加熱してもよいし、電気ヒータを用いて酸素ガスを加熱してもよい。
【０１０８】
図１に示す実施形態では、燃料噴射弁３３の噴孔３３ａから液体燃料を噴射して微粒化させている。これに対し、燃料噴射弁３３を電磁バルブに置き換えて、ポンプ３３ｐから供給された燃料を微粒化させることなく気化ケース３６へ流出させ、気化ケース３６内に一旦貯留させるようにしてもよい。
【０１０９】
図１に示す実施形態では、液体の炭化水素を加熱して気化させる加熱手段として電気ヒータ３４を採用しているが、内燃機関１０の廃熱を利用した熱交換器を加熱手段として採用してもよい。また、図１に示す実施形態では、燃料噴射弁３３から混合室３１ａへ液体燃料を供給しているが、混合室３１ａの外部で液体燃料を加熱して気化させておき、気体燃料を混合室３１ａへ供給するようにしてもよい。
【０１１０】
図１に示す実施形態では、液体の炭化水素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３３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。
【０１１１】
オゾンの生成および改質還元剤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３２ｐの作動を停止して酸素ガス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。
【０１１２】
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、高活性物質添加装置を適用させてもよい。
【０１１３】
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、高活性物質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還元剤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。
【０１１４】
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、高活性物質添加装置を適用させてもよい。この場合、放電リアクタ２０で生成されたオゾンをＤＰＦ１４の再生に用いればよい。すなわち、ＤＰＦ１４の上流へオゾンを添加することで、排気中のＮＯをＮＯ２に酸化してＤＰＦ１４へ流入させる。すると、ＤＰＦ１４で捕集されて堆積した微粒子の炭素成分が、ＮＯ２と反応して酸化される。これにより、ＤＰＦ１４に堆積した微粒子が除去されて、ＤＰＦ１４が再生される。
【０１１５】
上記第１実施形態では、図７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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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高活性物質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高活性物質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高活性物質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高活性物質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】
【０１１８】
１０…内燃機関、１０ｅｘ…排気通路、１５…ＮＯｘ浄化装置、２０…放電リアクタ、２１…電極、３３…燃料噴射弁（炭化水素供給手段）、３４…電気ヒータ（加熱手段）、３６ａ…気化室、Ｓ２５、Ｓ２６…改質制御手段、Ｓ６０…クリーニング制御手段。
【図１】
0006028782.tif 000002
【図２】
0006028782.tif 000003
【図３】
0006028782.tif 000004
【図４】
0006028782.tif 000005
【図５】
0006028782.tif 000006
【図６】
0006028782.tif 000007
【図７】
0006028782.tif 000008
【図８】
0006028782.tif 000009
【図９】
0006028782.tif 000010
【図１０】
0006028782.tif 000011
【図１１】
0006028782.tif 000012
【図１２】
0006028782.tif 000013
【図１３】
0006028782.tif 000014