JP6333694B2

JP6333694B2 - オゾン発生量制御装置

Info

Publication number: JP6333694B2
Application number: JP2014200580A
Authority: JP
Inventors: 一郎津曲; 敦久藤田; 晃原田; 吉弘川田
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2034-09-30
Also published as: JP2016070181A

Description

本発明は、選択還元型触媒に流入する排気ガスに添加されるオゾンを生成するオゾン発生器を備えた排気浄化システムに適用され、オゾン発生器でのオゾン発生量を制御するオゾン発生量制御装置に関する。

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。選択還元型触媒においては、ＮＯｘ量に対するＮＯ_２量のモル比ｘ（＝ＮＯ_２／ＮＯｘ）が最適比ｘｉである０．５に近いほど、ＮＯｘが還元される速度は速い。こうしたモル比ｘを最適比ｘｉに近づける技術としては、無声放電方式のオゾン発生器によって発生したオゾンを排気ガスに添加することが知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１２−１９３６２０号公報

ところで、排気ガスに含まれるＮＯｘ量は、エンジンの運転状態の変化とともに変化する。そのため、オゾン発生器は、エンジンの運転状態の変化にオゾンの添加量が追従すること、すなわち、エンジンの運転状態の変化に対するオゾン発生量の応答性が高いことが好ましい。一方で、無声放電方式のオゾン発生器においてオゾン発生量に高い応答性を得ることは困難であるため、ＮＯｘ量が高い増加率の下で増加するエンジンの過渡状態においては、エンジンの運転状態が定常状態であるときと比べてＮＯｘ低減率が低い。

本発明は、エンジンの過渡状態におけるＮＯｘ低減率を高めることが可能なオゾン発生量制御装置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制御装置において、エンジンからの排気ガスにおいてＮＯｘ量に対するＮＯ_２量の比率がモル比であり、オゾン添加ノズルの後段に位置する選択還元型触媒にてＮＯｘの還元に適した前記モル比が最適比であり、前記最適比よりも大きく、かつ、１以下の前記モル比が最大比であり、前記オゾン添加ノズルの前段における前記モル比が前段比であり、前記オゾン添加ノズルの後段、かつ、前記選択還元型触媒の前段における前記モル比が後段比である。そして、このオゾン発生量制御装置は、オゾン発生器が一度に発生するオゾン量の目標値の設定を繰り返す設定部であって、前記後段比を前記最大比まで上げるオゾン量を前記目標値とする前記設定部と、前記設定部による今回の設定と前記設定部による次回の設定との間に前記前段比の取得を繰り返し、前記前段比を取得するごとに、前記後段比を前記最適比まで上げるオゾン量の残余の有無を前記前段比に基づいて判定する判定部と、を備え、前記設定部は、前記今回の設定後に前記オゾン量の残余が無いと前記判定部が判定したときに前記次回の設定を行う。

上記構成によれば、後段比を最適比まで上げるオゾン量の残余の有無が前段比に基づいて予め判定され、こうしたオゾン量の残余が無いと判定されたときに、後段比を最大比まで上げるオゾン量が目標量として設定される。それゆえに、ＮＯｘ量が高い増加率の下で増加するエンジンの過渡状態においても、後段比を最適比に上げることに際してオゾン量が不足することを抑えられる。結果として、後段比が最適比に向けて高められてＮＯｘの低減率が高められる。

上記オゾン発生量制御装置にて、前記判定部は、前記オゾン添加ノズルの後段、かつ、前記選択還元型触媒の前段における今回の設定直後のオゾン量を今回の設定時における前記前段比に基づいて開始量として推定し、今回の設定以降、前記前段比を取得するごとに前記前段比に基づく予定消費量を推定し、前記予定消費量は、前記最適比と前記前段比との差に前記ＮＯｘ量を乗算した値であり、今回の設定以降、前回の取得時までの前記予定消費量の積算値を前記開始量から減算した値であるオゾンの残量が、今回の取得時における前記予定消費量よりも小さいときに、前記オゾン量の残余が無いと判定してもよい。

上記構成によれば、今回の設定直後のオゾン量が今回の設定時における前段比に基づいて開始量として推定され、今回の設定以降におけるオゾンの予定消費量もまた前段比に基づいて推定される。そして、これら前段比に基づく値の差分からオゾンの残量が推定される、すなわち、予定消費量の積算値を開始量から減算した値がオゾンの残量として推定されるため、オゾン量の残余の有無の判定の精度が高められる。

上記オゾン発生量制御装置において、今回の取得時における前記前段比と前記最大比との差に前記ＮＯｘ量を乗算した値が第１設定値であり、前記設定部は、初回の設定における前記目標値に前記第１設定値を設定することが好ましい。

上記構成によれば、初回の設定における目標値の演算は、前段比とＮＯｘ量との取得によって可能となる。
上記オゾン発生量制御装置において、前記第１設定値から前記オゾンの残量を減算した値が第２設定値であり、前記設定部は、前記オゾン量の残余が無いと前記判定部が判定したときに前記目標値に前記第２設定値を設定することが好ましい。

上記構成によれば、次回以降の目標値の設定において設定時におけるオゾンの残量が加味されるため、後段比を最大比に上げるためのオゾン量の添加の精度が高まる。
上記オゾン発生量制御装置において、前記設定部は、選択還元型触媒の温度が活性温度よりも低い温度であるときに前記目標値を設定することが好ましい。

上記構成によれば、触媒温度が活性温度よりも低い温度である場合にオゾンが添加されるため、選択還元型触媒が活性温度に到達する前の期間においてＮＯｘが低減される。

一実施形態のオゾン発生量制御装置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。一実施形態のオゾン発生量制御装置における制御部の構成を示す演算ブロック図である。添加処理の一例を示すフローチャートである。モル比とＮＯｘ低減率との関係の一例を示すグラフである。仮想モル比の推移の一例を示す図である。

図１〜図５を参照して、オゾン発生量制御装置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と、排気通路１１を流れる排気ガスに対して各種添加剤を添加する装置とを備える。

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における窒素酸化物（ＮＯｘ）の大部分は一酸化窒素（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し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の一部を酸化して二酸化窒素（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、ＮＯｘが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、ＤＰＦ２２に流入する排気ガスを昇温させることにより焼却される。ＤＰＦ２２を通過した排気ガスには、まず、オゾン発生装置３０によって生成されたオゾンが排気ガスの状態に応じて添加されたのち、次いで、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、排気ガスの熱や後述する選択還元型触媒２５の熱によって加水分解されてアンモニアガスと二酸化炭素とに変換される。

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、発生したオゾンと未反応ガスと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、オゾンによって酸化され、ＮＯ＋Ｏ_３→ＮＯ_２＋Ｏ_２で示される反応式に従ってＮＯ_２に変換される。その後、ＮＯ_２やＯ_２を含む排気ガスは、選択還元型触媒２５に流入する。この際に、ディーゼル酸化触媒２１と選択還元型触媒２５との間の配管内では、配管内に先に流入した排気ガスの一部と、配管内に後に流入した排気ガスの一部とが互いに混ざり合う。そのため、後続の排気ガスに含まれるＮＯの一部は、先行の排気ガスに添加されたオゾンの一部と反応する。

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。アンモニア酸化触媒２６は、選択還元型触媒２５の下流に位置し、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とを繋ぐ配管に、吸入空気量Ｑａを測定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におけるＮＯｘ濃度Ｃｘを測定するＮＯｘ濃度センサー２７、ディーゼル酸化触媒２１を通過した排気ガスの温度である排気温度Ｔｅｘを測定する排気温度センサー２８が取り付けられている。また、エンジン１０は、クランクシャフト１８の回転数であるエンジン回転数Ｎｅを測定する回転数センサー２９を備える。

排気温度Ｔｅｘは、ディーゼル酸化触媒２１の温度に関わる温度であって、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、排気ガスがディーゼル酸化触媒２１を通過することに要する時間に関わる値である。そのため、排気温度Ｔｅｘ、および、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ついて、ＮＯｘに対するＮＯ_２のモル比ｘ（＝ＮＯ_２／ＮＯｘ）が推定される。モル比ｘが０．５であるとき、排気ガスに含まれるＮＯｘは、互いに同じ量のＮＯとＮＯ_２とを含み、モル比ｘが１であるとき、排気ガスに含まれるＮＯｘは、ＮＯ_２のみである。なお、選択還元型触媒２５においてＮＯｘ量が低下する度合いであるＮＯｘ低減率Ｒは、例えば、モル比ｘが０．５であるときに最も高い。以下では、選択還元型触媒にてＮＯｘの還元に適したモル比ｘが最適比ｘｉであり、最適比ｘｉの一例として０．５を示す。

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て酸素を含む原料ガスを生成し、一定の供給量Ｑｓの原料ガスをエアドライヤー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る。酸素富化膜３５は、エアドライヤー３４から供給される原料ガスから窒素を分離し、原料ガスの酸素濃度を高める。原料ガス生成部３２は、大気よりも水分含有量が少なく、且つ、大気よりも酸素濃度の高いガスである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生成し、オゾンと未反応ガスとを含むオゾンガスをオゾン添加ノズル２４に供給する。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および周波数ｆを有する交流電圧Ｅである。電源３７は、オゾン発生量制御装置４５から交流電圧Ｅの振幅Ｅｍおよび周波数ｆを示す信号が入力されると、その交流電圧Ｅを放電電極３８に印加する。オゾン発生量制御装置４５は、交流電圧Ｅの振幅Ｅｍおよび周波数ｆを演算する。交流電圧Ｅの１つの例は、正弦波状の電圧である。また、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はピーク値の周期の逆数である。

オゾン発生量制御装置４５は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、および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。オゾン発生量制御装置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、吸入空気量センサー１７の測定結果である吸入空気量Ｑａ、ＮＯｘ濃度センサー２７の測定結果であるＮＯｘ濃度Ｃｘ、および、排気温度センサー２８の測定結果である排気温度Ｔｅｘの各々を所定の周期ごとに取得する。制御部４６は、回転数センサー２９の測定結果であるエンジン回転数Ｎｅを所定の周期ごとに取得する。

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添加処理を実行する。添加処理において、制御部４６は、排気温度Ｔｅｘが閾値Ｔｅｘ１以下であることを条件の１つとして、吸入空気量Ｑａ、ＮＯｘ濃度Ｃｘ、および、排気温度Ｔｅｘを、記憶部４７が記憶するモル比マップ４８に適用して、オゾン発生量の目標値Ｇｚｔを演算する。閾値Ｔｅｘ１は、選択還元型触媒２５の温度が活性温度未満であると推定される温度であり、例えば２００℃である。そして、制御部４６は、目標値Ｇｚｔが演算される度に目標値Ｇｚｔの分だけのオゾンが生成されるように電源３７の出力を制御する。

制御部４６は、上記目標値Ｇｚｔと記憶部４７に記憶された電圧マップ４９とに基づいて電源３７の出力を制御する。電圧マップ４９は、オゾン発生量の各々に対して交流電圧Ｅの振幅Ｅｍおよび周波数ｆが一義的に規定されたデータである。電圧マップ４９は、予め測定されたオゾン発生量の測定値に基づくデータである。電圧マップ４９においては、供給量Ｑｓの原料ガスがオゾン発生器３６に供給され、且つ、放電電極３８に対して振幅Ｅｍおよび周波数ｆを有する交流電圧Ｅが所定の出力期間だけ印加され、このときのオゾン発生量の測定値に対し、そのときの振幅Ｅｍおよび周波数ｆが対応付けられている。

制御部４６は、目標値Ｇｚｔに対応付けられた振幅Ｅｍおよび周波数ｆを電圧マップ４９から選択する。制御部４６は、選択された振幅Ｅｍおよび周波数ｆを有する交流電圧を出力期間だけ電源３７に出力させるための出力制御信号を電源３７に出力する。制御信号が入力された電源３７は、放電電極３８に対して出力期間だけ交流電圧Ｅを印加する。

図２を参照して、目標値Ｇｚｔを演算する演算ブロックについて詳しく説明する。
図２に示されるように、制御部４６は、設定部、および、判定部の一例であり、第１の演算部５１、および、第２の演算部５２として機能する。第１の演算部５１は、前段比演算部５３、および、ＮＯｘ量演算部５４として機能し、第２の演算部５２は、第１設定値演算部５５、消費量推定部５６、および、目標値演算部５７として機能する。第１の演算部５１は、所定の演算周期ごとに、排気ガスにおけるモル比ｘとＮＯｘ量Ｇｘとを演算する。第２の演算部５２は、第１の演算部５１の演算結果を用いて、電源３７の出力を制御するためのオゾンの目標値Ｇｚｔを演算する。

排気ガスにおけるモル比ｘにおいて、ディーゼル酸化触媒２１を通過した排気ガスであって、かつ、オゾン添加ノズル２４の前段におけるモル比ｘは、前段比ｘ１である。また、排気ガスにおけるモル比ｘにおいて、オゾン添加ノズル２４の後段、かつ、選択還元型触媒２５の前段におけるモル比ｘは、後段比ｘ２である。

前段比演算部５３は、所定の演算周期ごとに前段比ｘ１を演算する。前段比演算部５３は、所定の演算周期ごとに取得された排気温度Ｔｅｘおよび吸入空気量Ｑａを、記憶部４７に記憶されたモル比マップ４８に適用することにより前段比ｘ１を演算する。モル比マップ４８は、吸入空気量Ｑａと排気温度Ｔｅｘとに対して前段比ｘ１が一義的に対応付けられたデータである。

ＮＯｘ量演算部５４は、所定の演算周期毎に、取得された吸入空気量Ｑａ、および、ＮＯｘ濃度Ｃｘに基づき、所定の演算周期毎の排気ガスにおけるＮＯｘ量Ｇｘを演算する。
第１設定値演算部５５は、所定の演算周期ごとの前段比ｘ１、後段比ｘ２の最大値である最大比ｋ、および、ＮＯｘ量Ｇｘに基づいて第１設定値Ｇｚ１を演算する。第１設定値Ｇｚ１は、添加処理の開始に際して最初に設定される目標値Ｇｚｔであって、初回の設定において後段比ｘ２を最大比ｋまで上げるためのオゾン量である。また、第１設定値Ｇｚ１は、次回以降の目標値Ｇｚｔの設定において基準とされる値である。第１設定値演算部５５は、所定の演算周期ごとのＮＯｘ量Ｇｘ、および、前段比ｘ１、さらには、予め設定された最大比ｋに基づき、演算値である前段比ｘ１と最大比ｋとの差分をＮＯｘ量Ｇｘに乗算した値（Ｇｘ×（ｋ−ｘ１））を第１設定値Ｇｚ１として演算する。

なお、最大比ｋは、最適比ｘｉよりも大きく、かつ、ＮＯｘがＮＯ_２のみであるときのモル比である１以下の値である。最大比ｋは、エンジン１０の過渡状態におけるＮＯｘ低減率を効果的に高めるうえで０．８〜１であることが好ましい。

消費量推定部５６は、演算周期ごとの演算結果に基づいて予定消費量Ｇｚ３を推定する。予定消費量は、今回の演算周期における前段比ｘ１が最適比ｘｉまで上がると仮定されたときの今回の演算周期における排気ガスでのオゾンの消費量である。消費量推定部５６は、今回の前段比ｘ１と最適比ｘｉとの差に今回のＮＯｘ量Ｇｘを乗算した値（Ｇｘ×（ｘｉ−ｘ１））を予定消費量Ｇｚ３として演算する。

目標値演算部５７は、添加処理の開始後、第１設定値演算部５５から最初に入力される第１設定値Ｇｚ１を目標値Ｇｚｔの初期値として設定する。
目標値演算部５７は、演算周期ごとのオゾンの残量Ｇｚ４を演算する。目標値演算部５７は、初回の演算周期において、第１設定値Ｇｚ１から予定消費量Ｇｚ３を減算した値を残量Ｇｚ４として演算する。目標値演算部５７は、初回以降の演算周期において、消費量推定部５６から入力される予定消費量Ｇｚ３に基づき、前回の演算周期における残量Ｇｚ４から今回の演算周期における予定消費量Ｇｚ３を減算することにより、今回の演算周期における残量Ｇｚ４を演算する。

目標値演算部５７は、今回の演算周期におけるオゾン量の残余の有無を判定する。すなわち、目標値演算部５７は、前回の演算周期における残量Ｇｚ４が今回の演算周期における予定消費量Ｇｚ３以下であるか否かを判定する。目標値演算部５７は、前回の演算周期における残量Ｇｚ４が、今回の演算周期における予定消費量Ｇｚ３よりも多いときに新たな残量Ｇｚ４を演算する。これに対して、前回の演算周期における残量Ｇｚ４が、今回の演算周期における予定消費量Ｇｚ３以下であるとき、目標値演算部５７は、今回の演算周期においてオゾン量の残余が無いと判定し、次回の目標値Ｇｚｔを演算する。この際、目標値演算部５７は、今回の演算周期における第１設定値Ｇｚ１から、前回の演算周期における残量Ｇｚ４を減算した値である第２設定値Ｇｚ２を、今回の演算周期における目標値Ｇｚｔとして演算する。

すなわち、目標値演算部５７は、今回の目標値Ｇｚｔの設定以降、前回の前段比ｘ１の演算時までの予定消費量Ｇｚ３の積算値を、オゾンの総消費量として取り扱う。そして、目標値演算部５７は、今回の目標値Ｇｚｔの設定直後のオゾン量である開始量から総消費量を減算してオゾンの残量Ｇｚ４を監視し、今回の取得時におけるオゾンの残量Ｇｚ４が今回の取得時における予定消費量Ｇｚ３以下であるとき、オゾンの残余が無いと判定する。さらに、目標値演算部５７は、オゾンの残量Ｇｚ４を加味したうえで、後段比ｘ２を最大比ｋまで上げるオゾン量を目標値Ｇｚｔとして設定する。

図３を参照して、オゾン発生量制御装置４５が実行する添加処理の一例について説明する。添加処理は、エンジンが始動すると開始されるとともに繰り返し実行される。
図３に示されるように、ステップＳ１１において、制御部４６は、今回の演算周期における吸入空気量Ｑａ、排気温度Ｔｅｘ、ＮＯｘ濃度Ｃｘを含む各種情報を取得する。ステップＳ１２において、制御部４６は、今回の演算周期における排気温度Ｔｅｘが閾値Ｔｅｘ１よりも低いか否かを判断する。排気温度Ｔｅｘが閾値Ｔｅｘ１以上である場合（ステップＳ１２：ＮＯ）、制御部４６は、添加処理を一旦終了する。

一方、今回の演算周期における排気温度Ｔｅｘが閾値Ｔｅｘ１よりも低い場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、制御部４６は、今回の演算周期における前段比ｘ１とＮＯｘ量Ｇｘとを演算する。すなわち、制御部４６は、ステップＳ１１にて取得された吸入空気量Ｑａおよび排気温度Ｔｅｘをモル比マップ４８に適用して前段比ｘ１を演算し、また、ステップＳ１１にて取得された吸入空気量ＱａおよびＮＯｘ濃度Ｃｘに基づくＮＯｘ量Ｇｘを演算する（ステップＳ１３）。ステップＳ１４において、制御部４６は、ステップＳ１３で演算された前段比ｘ１とＮＯｘ量Ｇｘとに基づき、今回の演算周期における第１設定値Ｇｚ１と予定消費量Ｇｚ３とを演算する。そして、制御部４６は、初回の開始量として第１設定値Ｇｚ１を目標値Ｇｚｔに設定するとともに、第１設定値Ｇｚ１および予定消費量Ｇｚ３に基づいて残量Ｇｚ４を演算する（ステップＳ１５）。次いで、制御部４６は、目標値Ｇｚｔに対応付けられた交流電圧Ｅを電圧マップ４９から選択し（ステップＳ１６）、選択された交流電圧Ｅを出力させるための制御信号を、今回の設定における制御信号として電源３７に出力する（ステップＳ１７）。

ステップＳ１８において、制御部４６は、次回の演算周期における吸入空気量Ｑａ、排気温度Ｔｅｘ、および、ＮＯｘ濃度Ｃｘを含む各種情報を取得する。そして、制御部４６は、ステップＳ１８において取得された排気温度Ｔｅｘが閾値Ｔｅｘ１よりも低いか否かを判断する（ステップＳ１９）。排気温度Ｔｅｘが閾値Ｔｅｘ１以上である場合（ステップＳ１９：ＮＯ）、制御部４６は、添加処理を一旦終了する。

一方、排気温度Ｔｅｘが閾値Ｔｅｘ１よりも低い場合（ステップＳ１９：ＹＥＳ）、制御部４６は、次回の演算周期における前段比ｘ１とＮＯｘ量Ｇｘとを演算する。すなわち、制御部４６は、ステップＳ１８にて取得された吸入空気量Ｑａおよび排気温度Ｔｅｘをモル比マップ４８に適用して前段比ｘ１を演算し、また、ステップＳ１８にて取得された吸入空気量ＱａおよびＮＯｘ濃度Ｃｘに基づくＮＯｘ量Ｇｘを演算する（ステップＳ２０）。ステップＳ２１において制御部４６は、ステップＳ２０で演算された前段比ｘ１とＮＯｘ量Ｇｘとに基づき、次回の演算周期における第１設定値Ｇｚ１と予定消費量Ｇｚ３とを演算する。

ステップＳ２２において、制御部４６は、残量Ｇｚ４が次回の演算周期における予定消費量Ｇｚ３以下であるか否かを判断する。残量Ｇｚ４が予定消費量Ｇｚ３よりも大きい（Ｇｚ４＞Ｇｚ３）場合（ステップＳ２３：ＮＯ）、制御部４６は、ステップＳ２２の処理に用いた残量Ｇｚ４からステップＳ２１で演算した予定消費量Ｇｚ３を減算することにより残量Ｇｚ４を更新する（ステップＳ２３）。そして、制御部４６は、ステップＳ１８の処理に移行して再びステップＳ２２までの処理を繰り返す。

一方、残量Ｇｚ４が予定消費量Ｇｚ３以下（Ｇｚ４≦Ｇｚ３）である場合（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、制御部４６は、次回の演算周期における目標値Ｇｚｔを演算する。すなわち、制御部４６は、ステップＳ２１で演算された次回の演算周期における第１設定値Ｇｚ１から、ステップＳ２２の処理に用いられた残量Ｇｚ４を減算することにより次回の設定における目標値Ｇｚｔを演算する（ステップＳ２４）。

そして、制御部４６は、ステップＳ２１で演算された第１設定値Ｇｚ１から予定消費量Ｇｚ３を減算することにより新たな残量Ｇｚ４を演算する（ステップＳ２５）。そして、制御部４６は、ステップＳ１６の処理に移行して次回の設定における目標値Ｇｚｔに基づき、次回の設定における交流電圧Ｅの振幅Ｅｍと周波数ｆとを選択する。

図４および図５を参照して、オゾン発生量制御装置４５の作用について説明する。
図４は、排気温度Ｔｅｘが閾値Ｔｅｘ１以下である場合において、選択還元型触媒２５に流入する排気ガスのモル比ｘと、選択還元型触媒２５におけるＮＯｘ低減率Ｒとの関係を示すグラフである。

図４に示されるように、モル比ｘが０．５よりも小さいｘ３以上であり、且つ、１以下の場合には、ＮＯｘ低減率Ｒとして低減率Ｒ１以上が得られ、最適比ｘｉ＝０．５の場合に最も高い最大低減率Ｒｍａｘが得られる。ＮＯｘ低減率Ｒがモル比ｘに対してこうした特性を有する一方で、上記オゾン発生量制御装置４５は、まず、最適比ｘｉよりも高いモル比ｘが得られる第１設定値Ｇｚ１を先行の排気ガスに添加して、こうした先行の排気ガスが選択還元型触媒２５に流入するまでの間に、先行の排気ガスと後続の排気ガスとを混合させる。そして、混ざり合った排気ガスにおいてモル比ｘが最適比ｘｉ未満になる前に、オゾン発生量制御装置４５は新たなオゾンを添加する。

すなわち、図５に示されるように、混ざり合った排気ガスに対してオゾンを供給し、その全てのオゾンがＮＯと反応した場合のモル比ｘを仮想モル比ｘａとすると、仮想モル比ｘａは、オゾンが添加される時刻ｔ１において最大比ｋである。そして、仮想モル比ｘａは、時刻ｔ１から徐々に低下する。

次いで、残量Ｇｚ４が予定消費量Ｇｚ３以下となる演算周期は、仮想モル比ｘａが最適比ｘｉ以下になると推定される期間であって、こうした演算周期の開始時である時刻ｔ２において新たにオゾンが添加される。この際、新たに添加されるオゾンの量、すなわち目標値Ｇｚｔは、時刻ｔ２における第１設定値Ｇｚ１から残量Ｇｚ４が減算された値である。これにより、時刻ｔ２では、目標値Ｇｚｔのオゾンが添加されることで残量Ｇｚ４を含めた第１設定値Ｇｚ１のオゾンが排気ガスに供給される。新たなオゾンの添加により、仮想モル比ｘａは、時刻ｔ２において再び最大比ｋに復帰する。そして、再び仮想モル比ｘａが最適比ｘｉ以下になると推定される時刻ｔ３において新たなオゾンが添加される。

このように、オゾン発生量制御装置４５は、仮想モル比ｘａが最適比ｘｉよりも大きい範囲に維持されるようにオゾン発生量を制御する。そのため、各設定における排気ガスには、予定消費量Ｇｚ３の分のオゾンが目標値Ｇｚｔとして設定される場合よりも、多くのオゾンが添加されている。

また、エンジンの運転状態が過渡状態にあるときにＮＯｘが急激に増加し、この際のオゾン発生器３６の応答性が低いとなれば、オゾンが添加されるとしてもモル比ｘは大幅に低下してしまう。そして、予定消費量Ｇｚ３の分のオゾンが目標値Ｇｚｔとして設定される場合には、最適比ｘｉを基準としてモル比が低下してしまう。これに対し、上記オゾン発生量制御装置４５は、仮想モル比ｘａを最適比ｘｉよりも大きい値に維持していることから、仮想モル比ｘａが同じ分だけ低下したとしても最適比ｘｉに近い値が得られる。その結果、たとえオゾン発生器３６の応答性が低くとも、エンジンの過渡状態においてＮＯｘ低減率が高まる。

上記実施形態のオゾン発生量制御装置によれば、以下に列挙する効果が得られる。
（１）エンジンの過渡状態におけるＮＯｘ低減率が高まる。
（２）図４に示すように、仮想モル比ｘａが最適比ｘｉよりも大きい範囲に維持することにより、ＮＯｘ低減率ＲがＮＯｘ低減率Ｒ１以上に維持されやすくなる。

（３）残量Ｇｚ４が予定消費量Ｇｚ３以下であることを条件にオゾンが添加されることから、連続する２つの演算周期において目標値Ｇｚｔを演算することも可能である。すなわち、オゾンを連続的に添加することも可能である。

（４）選択還元型触媒２５が活性温度よりも低い温度である場合にオゾンが添加されることから、選択還元型触媒２５が活性温度に到達する前の期間のＮＯｘが低減される。
（５）最大比ｋが０．８よりも大きい値に設定されることにより、第１設定値Ｇｚ１は、排気ガスに含まれるＮＯの８割以上がＮＯ_２に変換される量である。これにより、オゾンの添加時により多くのオゾンが添加されることから、オゾンの添加頻度が低減される。

（６）最大比ｋが１に設定されることにより、オゾンの添加時にはさらに多くのオゾンが添加される。その結果、ＮＯｘ量が急激に増加したとしてもＮＯｘ低減率の著しい低下が抑えられる。

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。
・オゾン発生量制御装置４５は、選択還元型触媒２５の温度に関わらず添加処理を実行してもよい。

・次回以降の設定における目標値Ｇｚｔは、後段比ｘ２を最大比ｋまで上げるオゾン量であればよく、例えば、設定時におけるオゾンの残量の計測値を第１設定値Ｇｚ１から減算した値であってもよい。

・添加処理における初回の設定での開始量は、その設定時における前段比に関わらず、予め設定された値であってもよい。こうした開始量であっても、初回の設定以降におけるオゾン量の残余の有無を判定することは可能であって、上述した効果は得られる。

・オゾンの消費量は、前回の設定から経過した時間と、経過した時間におけるＮＯｘ量と、経過した時間における前段比とに基づいて演算されてもよく、こうしたオゾン量を用いてオゾン量の残余の有無が判断されてもよい。

・オゾン量の残余の有無は、今回の設定時におけるオゾンの残量の測定値と、前段比から推定された予定消費量との比較に基づいて判定されてもよい。
・最大比ｋは、０．５よりも大きく、且つ、１以下の値であればよく、例えばエンジン回転数Ｎｅの微分値や吸入空気量Ｑａの微分値に応じて変動する値であってもよい。すなわち、例えば、エンジン１０の運転状態が定常状態にあるときに最大比ｋを低くしたり、過渡状態にあるときに最大比ｋを高くしたりしてもよい。

・予定消費量Ｇｚ３は、Ｇｘ×（ｘｉ−ｘ１）と等モルのオゾン量であってもよいし、前段比と予定消費量とを排気温度ごとに対応付けたマップに基づくオゾン量であってもよく、要は、前段比に基づいて得られる値であればよい。

・第１設定値Ｇｚ１は、Ｇｘ×（ｋ−ｘ１）と等モルのオゾン量であってもよいし、前段比と第１設定値とを排気温度ごとに対応付けられたマップに基づくオゾン量であってもよい。要は、後段比を最大比まで上げるために前段比に基づいて得られる値であれよい。

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、１８…クランクシャフト、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…ＮＯｘ濃度センサー、２８…排気温度センサー、２９…回転数センサー、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、４５…オゾン発生量制御装置、４６…制御部、４７…記憶部、４８…モル比マップ、４９…電圧マップ、５１…第１の演算部、５２…第２の演算部、５３…前段比演算部、５４…ＮＯｘ量演算部、５５…第１設定値演算部、５６…消費量推定部、５７…目標値演算部。

Claims

エンジンからの排気ガスにおいてＮＯｘ量に対するＮＯ_２量の比率がモル比であり、
オゾン添加ノズルの後段に位置する選択還元型触媒にてＮＯｘの還元に適した前記モル比が最適比であり、
前記最適比よりも大きく、かつ、１以下の前記モル比が最大比であり、
前記オゾン添加ノズルの前段における前記モル比が前段比であり、
前記オゾン添加ノズルの後段、かつ、前記選択還元型触媒の前段における前記モル比が後段比であり、
オゾン発生器が一度に発生するオゾン量の目標値の設定を繰り返す設定部であって、前記後段比を前記最大比まで上げるオゾン量を前記目標値とする前記設定部と、
前記設定部による今回の設定と前記設定部による次回の設定との間に前記前段比の取得を繰り返し、前記前段比を取得するごとに、前記後段比を前記最適比まで上げるオゾン量の残余の有無を前記前段比に基づいて判定する判定部と、を備え、
前記設定部は、前記今回の設定後に前記オゾン量の残余が無いと前記判定部が判定したときに前記次回の設定を行う
オゾン発生量制御装置。
前記判定部は、
前記オゾン添加ノズルの後段、かつ、前記選択還元型触媒の前段における今回の設定直後のオゾン量を今回の設定時における前記前段比に基づいて開始量として推定し、
今回の設定以降、前記前段比を取得するごとに前記前段比に基づく予定消費量を推定し、前記予定消費量は、前記最適比と前記前段比との差に前記ＮＯｘ量を乗算した値であり、
今回の設定以降、前回の取得時までの前記予定消費量の積算値を前記開始量から減算した値であるオゾンの残量が、今回の取得時における前記予定消費量よりも小さいときに、前記オゾン量の残余が無いと判定する
請求項１に記載のオゾン発生量制御装置。
今回の取得時における前記前段比と前記最大比との差に今回の取得時における前記ＮＯｘ量を乗算した値が第１設定値であり、
前記設定部は、
初回の設定における前記目標値に前記第１設定値を設定する
請求項１または２に記載のオゾン発生量制御装置。
今回の取得時における前記第１設定値から今回の取得時における前記オゾンの残量を減算した値が第２設定値であり、
前記設定部は、
前記オゾン量の残余が無いと前記判定部が判定したときに前記目標値に前記第２設定値を設定する
請求項３に記載のオゾン発生量制御装置。
前記設定部は、
選択還元型触媒の温度が活性温度よりも低い温度であるときに前記目標値を設定する
請求項１から４のいずれか一項に記載のオゾン発生量制御装置。