内燃機関の排気浄化装置
【課題】排出されるＮＯｘの量を低減することが可能な内燃機関の排気浄化装置を提供する。
【解決手段】オゾン生成部、及び、オゾン生成部で生成されたオゾンの濃度を検出する濃度センサを有するオゾン供給手段と、検出されたオゾン濃度を用いてオゾン供給可能量を算出する算出手段と、排気ガスに含まれるＮＯｘ量を検出する検出手段と、触媒の温度を検出する温度センサとを備え、触媒の温度が活性温度未満であり、且つ、算出されたオゾン供給可能量が検出されたＮＯｘ量よりも少ない場合に、ＮＯｘ排出抑制運転が行われる、内燃機関の排気浄化装置とする。
【解決手段】オゾン生成部、及び、オゾン生成部で生成されたオゾンの濃度を検出する濃度センサを有するオゾン供給手段と、検出されたオゾン濃度を用いてオゾン供給可能量を算出する算出手段と、排気ガスに含まれるＮＯｘ量を検出する検出手段と、触媒の温度を検出する温度センサとを備え、触媒の温度が活性温度未満であり、且つ、算出されたオゾン供給可能量が検出されたＮＯｘ量よりも少ない場合に、ＮＯｘ排出抑制運転が行われる、内燃機関の排気浄化装置とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気ガスには、ＮＯｘ等に代表される化学物質（以下において、単に「ＮＯｘ」ということがある。）が含まれており、この化学物質は大気汚染の一因と考えられている。それゆえ、大気汚染を抑制するためには、排気ガスから上記化学物質を除去することが重要である。
【０００３】
大気汚染の一因になる化学物質を排気ガスから除去する技術としては、例えば、化学物質を触媒に吸着させることによって排気ガスを浄化する排気浄化装置等が知られている。
【０００４】
このような排気浄化装置に関する技術として、例えば特許文献１には、酸素富化ガスを供給する酸素富化ガス供給部及び酸素富化ガスを処理してオゾンを発生させるオゾン生成部を有する排気ガス浄化システム、過給機、並びに、ＥＧＲシステムを有する内燃機関の制御方法が開示されている。また、特許文献２には、排ガスを流通させる排気管に設けたＮＯｘ浄化触媒と、気体をプラズマ化してＮＯｘ浄化触媒の排ガス流れ上流側で排気管に供給するプラズマ発生装置と、再循環排ガス及び空気の一方を切り替えてプラズマ化される気体としてプラズマ発生装置に供給する供給ガス切り替え装置と、プラズマ発生装置でプラズマ化される又はプラズマ化された気体に還元剤を添加するインジェクターと、を有する排ガス浄化装置が開示されている。また、特許文献３には、ＥＧＲガス供給作用時であって且つＥＧＲ触媒温度があらかじめ定められた設定温度内にあるときにオゾン供給作用を行い、ＥＧＲガス供給作用停止時又はＥＧＲ触媒温度が設定温度範囲外にあるときにオゾン供給作用を停止することで、排気再循環ガス中の粒子状物質を確実に酸化除去する内燃機関の排気浄化装置が開示されている。また、非特許文献１乃至非特許文献３には、ディーゼル機関の無煙低温燃焼法に関する技術が開示されている。また、特許文献４には、エンジンの排気ガス中の汚染物を減ずるための装置であって、エンジン内に導かれた空気中の酸素をオゾンに変換する約２００ナノメータ未満の波長を持った紫外線を作り出すための少なくとも１つの光源と、内燃機関の排気ガス中のオゾンを検出するためのオゾンセンサと、内燃機関の排気ガス中に所定量のオゾンが検出された時に少なくとも１つの光源を消し、内燃機関の排気ガス中に所定量未満のオゾンしか検出されなかったときに少なくとも１つの光源をつけるためのコントローラと、を有し、オゾンが、内燃機関による燃料の燃焼効率を高め、これにより、排気ガス中の少なくとも１つの汚染物質の濃度が減ずる装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１１３４５９号公報
【特許文献２】特開２００６−１５０２１１号公報
【特許文献３】特開２００９−１７４３８１号公報
【特許文献４】特表２００１−５０８５１４号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】佐々木静夫、他２名、「ディーゼル機関の無煙低温燃焼法（第１報）−冷却された大量ＥＧＲガスを用いた理論空燃比前後での無煙燃焼−」、自動車技術会論文集、社団法人自動車技術会、２００３年１月、Ｖｏｌ．３４、Ｎｏ．１、ｐ．６５−７０
【非特許文献２】稲垣和久、他３名、「ディーゼル機関の無煙低温燃焼法（第２報）−数値解析によるメカニズムの解明−」、自動車技術会論文集、社団法人自動車技術会、２００３年１月、Ｖｏｌ．３４、Ｎｏ．１、ｐ．７１−７６
【非特許文献３】佐々木静夫、他２名、「ディーゼル機関の無煙低温燃焼法（第３報）−吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のディーゼル機関への適用−」、自動車技術会論文集、社団法人自動車技術会、２００３年１月、Ｖｏｌ．３４、Ｎｏ．１、ｐ．７７−８２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示されている技術によれば、オゾン生成部を有しているので、オゾンを用いて排気ガス中の粒子状物質等を浄化することが可能になると考えられる。ここで、オゾンを用いて排気ガス中のＮＯｘ量を十分に低減するためには、オゾン濃度を一定値以上にすることが好ましい。しかしながら、特許文献１に開示されている技術では、オゾン生成部によって生成されたオゾンの濃度を検出する機器が備えられておらず、排気ガスに含まれるＮＯｘ量が多くなりやすい状況（例えば、内燃機関の始動直後等）への対策が施されていない。そのため、特許文献１に開示されている技術には、排気ガスに含まれるＮＯｘの低減効果が不十分になる虞があった。また、特許文献４に開示されている装置は、オゾンセンサを有しているが、特許文献４には、オゾンセンサで検出したオゾン濃度を用いて排気ガスに含まれるＮＯｘの量を低減するための技術が開示されていない。そのため、特許文献１及び特許文献４に開示されている技術と、特許文献２、特許文献３、及び、非特許文献１乃至非特許文献３に開示されている技術とを組み合わせたとしても、排出されるＮＯｘの量を低減することは困難であった。
【０００８】
そこで本発明は、排出されるＮＯｘの量を低減することが可能な、内燃機関の排気浄化装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
本発明は、内燃機関から排出された排気ガスを、触媒を用いて浄化する装置であって、オゾン生成部、及び、該オゾン生成部で生成されたオゾンの濃度を検出する濃度センサを有するオゾン供給手段と、濃度センサによって検出されたオゾン濃度を用いて、排気ガスへと供給されるオゾンの供給可能量を算出する算出手段と、排気ガスに含まれるＮＯｘ量を検出する検出手段と、触媒の温度を検出する温度センサと、を備え、温度センサによって検出された触媒の温度が活性温度未満であって、且つ、算出手段によって算出されたオゾン供給可能量が検出手段によって検出されたＮＯｘ量よりも少ない場合に、ＮＯｘ排出抑制運転が行われることを特徴とする、内燃機関の排気浄化装置である。
【００１０】
ここに、「活性温度」とは、オゾン不存在下でＮＯｘが触媒によって良好に除去され始める温度をいい、具体的には、２５０℃から３００℃程度の温度をいう。また、本発明において、「ＮＯｘ排出抑制運転」とは、内燃機関を有する機器から排出される排気ガスに含まれるＮＯｘ量が低減されるような運転をいう。本発明における「ＮＯｘ排出抑制運転」は、例えば、後述の調節手段を用いて、内燃機関へと再循環させる排気ガスの量を増大させることにより空燃比を２５未満にしてＮＯｘ量を低減する運転や、併設されているモーターを駆動させることによって排気ガスに含まれるＮＯｘ量を低減する運転のほか、これらの運転を組み合わせた態様等も含む概念である。
【００１１】
また、上記本発明において、オゾン供給手段は、さらに、オゾン生成部とは異なるオゾン貯蔵部を有し、濃度センサは、オゾン貯蔵部におけるオゾン濃度を検出することが好ましい。
【００１２】
また、上記本発明において、さらに、内燃機関へと再循環させる排気ガスの量を調節する調節手段を有し、温度センサによって検出された触媒の温度が活性温度以上であって、且つ、触媒のＮＯｘ吸蔵が破過している場合に、内燃機関へと再循環させる排気ガスの量を増大させて空燃比を１４．６未満にするように調節手段が作動されても良い。
【００１３】
また、調節手段を有する上記本発明において、ＮＯｘ排出抑制運転は、内燃機関へと再循環させる排気ガスの量を増大させて空燃比を２５未満にするように調節手段が作動されることによって実現されても良い。
【００１４】
また、内燃機関へと再循環させる排気ガスの量を増大させて空燃比を２５未満にするように調節手段が作動されることによってＮＯｘ排出抑制運転が実現される上記本発明において、さらに、排気ガスに含まれるＮＯｘを吸着可能な吸着材を有し、温度センサによって検出された触媒の温度が活性温度未満であって、且つ、吸着材に吸着されたＮＯｘの量が吸着材によるＮＯｘ吸着量の飽和量を超えた場合にも、内燃機関へと再循環させる排気ガスの量を増大させて空燃比を２５未満にするように調節手段が作動されることにより、ＮＯｘ排出抑制運転が実現されることが好ましい。
【００１５】
また、調節手段を有する上記本発明において、ＮＯｘ排出抑制運転は、内燃機関の着火遅れ期間を定常運転時よりも長くし、内燃機関へと再循環させる排気ガスの量を増大させて空燃比を２５未満にするように調節手段が作動されることによって実現することができる。
【００１６】
ここに、「着火遅れ期間」とは、燃料を噴射し始めた時から着火が起こる時までの期間をいう。また、「定常運転」とは、ディーゼルエンジンを成り行きで回転させた運転をいう。
【００１７】
また、上記本発明において、ＮＯｘ排出抑制運転は、併設されているモーターを駆動させ、内燃機関の負荷を軽減することによって実現されても良い。
【００１８】
また、併設されているモーターを駆動させ、内燃機関の負荷を軽減することによってＮＯｘ排出抑制運転が実現される本発明において、モーターと内燃機関との負荷配分は、算出手段によって算出されたオゾン供給可能量を用いて決定されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の内燃機関の排気浄化装置では、触媒の温度が活性温度未満であって、且つ、オゾン供給可能量がＮＯｘ量よりも少ない場合に、ＮＯｘ排出抑制運転が行われる。ここで、オゾン供給可能量がＮＯｘ量よりも少ないと、触媒に吸着されるＮＯｘの量が低減するため、外部へと排出されるＮＯｘ量が増大しやすい。そのため、かかる場合にＮＯｘ排出抑制運転を行うことにより、排出されるＮＯｘの量を低減することが可能になる。したがって、本発明によれば、排出されるＮＯｘの量を低減することが可能な、内燃機関の排気浄化装置を提供することができる。
【００２０】
また、本発明において、オゾン供給手段に、オゾン生成部とは別にオゾン貯蔵部が備えられていることにより、オゾン生成部で生成されたオゾンをオゾン貯蔵部に貯蔵することができる。加速運転時等、一気にオゾンを放出する必要がある場合に、必要とされる量のオゾンを必要に応じてオゾン生成部で生成する形態では、オゾン供給不足になる虞があるが、オゾン生成部の他にオゾン貯蔵部が備えられる形態とすることにより、オゾン供給不足を抑制することが容易になる。
【００２１】
また、本発明において、内燃機関へと再循環させる排気ガスの量を増大させて空燃比を１４．６未満にすることで、排気ガスに含まれるＨＣやＣＯを増大させることが容易になる。ＮＯｘの還元剤として機能するＨＣやＣＯを増大させることにより、触媒に吸着されたＮＯｘの還元効率を増大させることが可能になり、触媒の温度を上昇させることが可能になる。触媒の温度を上昇させると、除去されるＮＯｘの量を増大させることが可能になり、その結果、排出されるＮＯｘの量を低減することが可能になる。したがって、かかる形態とすることにより、排出されるＮＯｘの量を低減することが容易になる。
【００２２】
また、オゾン供給可能量がＮＯｘ量よりも少ないと、触媒に吸着されるＮＯｘの量が低減するため、外部へと排出されるＮＯｘ量が増大しやすいが、本発明において、内燃機関へと再循環させる排気ガスの量を増大させて空燃比を２５未満にすると、内燃機関から排出されるＮＯｘの量を大幅に低減することが可能になる。したがって、かかる形態とすることにより、排出されるＮＯｘの量を低減することが容易になる。
【００２３】
また、吸着材に吸着されたＮＯｘの量が飽和量を超えると、外部へと排出されるＮＯｘの量が増大しやすいが、かかる場合であっても、本発明で、内燃機関へと再循環させる排気ガスの量を増大させて空燃比を２５未満にすることにより、外部へと排出されるＮＯｘの量を低減することが容易になる。
【００２４】
また、本発明において、内燃機関の着火遅れ期間を定常運転時よりも長くし、内燃機関へと再循環させる排気ガスの量を増大させて空燃比を２５未満にするように調節手段を作動させることによって、ＮＯｘ排出抑制運転を実現することにより、外部へと排出されるＮＯｘの量を低減することが容易になる。
【００２５】
また、本発明において、併設されているモーターを駆動させ、内燃機関の負荷を軽減させたＮＯｘ排出抑制運転が実現されることにより、内燃機関から排出されるＮＯｘの量を低減することが容易になる。
【００２６】
また、本発明において、モーターと内燃機関との負荷配分を、算出手段によって算出したオゾン供給可能量を用いて決定することにより、例えば、オゾン供給可能量が所定値以下であるためにオゾンを用いたＮＯｘ量の低減効果が得られ難い時には、モーターの負荷配分を増大し内燃機関の負荷配分を低減することができる。オゾンを用いたＮＯｘ量の低減効果が得られ難い時に内燃機関の負荷配分を低減すると、ＮＯｘを含んだ排気ガスの量を低減することが可能になる。したがって、かかる形態とすることにより、内燃機関から排出されるＮＯｘの量を低減することが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】内燃機関の排気浄化装置１０を説明する図である。
【図２】内燃機関の排気浄化装置１０の動作形態を説明するフローチャートである。
【図３】内燃機関の排気浄化装置３０を説明する図である。
【図４】内燃機関の排気浄化装置３０の動作形態を説明するフローチャートである。
【図５】実験結果を示す図である。
【図６】ＮＯｘ量及び車両の速さと時間との関係を示す図である。
【図７】ＮＯｘ量及び車両の速さと時間との関係を示す図である。
【図８】ＥＣモードにおける車両の速さと時間との関係を説明する図である。
【図９】ＥＣモード中の８００ｓまでのＮＯｘ排出量を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照しつつ、本発明について説明する。なお、以下に示す形態は本発明の例示であり、本発明は以下に示す形態に限定されるものではない。以下の説明において、排気ガス再循環を「ＥＧＲ」と表記する。
【００２９】
図１は、本発明の内燃機関の排気浄化装置１０（以下において、単に「排気浄化装置１０」という。）を説明する図である。内燃機関２０から排出された排気ガスを浄化する排気浄化装置１０は、オゾン供給手段４と、該オゾン供給手段４から排気ガス流路２１へのオゾン供給のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御弁５と、排気ガスが流通する排気ガス流路２１に配置された吸着材６、温度センサ７、触媒８、フィルター９、及び、検出手段１１と、制御装置１２と、を有している。オゾン供給手段４は、排気ガス流路２１へと供給されるオゾンを生成するオゾン生成器１と、該オゾン生成器１で生成されたオゾンを貯蔵するオゾン貯蔵部２と、該オゾン貯蔵部２のオゾン濃度を検出する濃度センサ３と、を有している。濃度センサ３によって検出されたオゾン濃度に関する情報は、制御装置１２へと送られ、制御弁５の動作は制御装置１２によって制御される。吸着材６は、排気ガス流路２１を流通する排気ガスに含まれるＮＯｘを吸着する吸着材であり、触媒８はＮＯｘ還元に用いられる触媒である。触媒８の温度は温度センサ７によって検出され、温度センサ７によって検出された触媒８の温度に関する情報は、制御装置１２へと送られる。検出手段１１は、排気ガスに含まれるＮＯｘの量を検出するセンサであり、検出手段１１によって検出されたＮＯｘ量に関する情報は、制御装置１２へと送られる。排気浄化装置１０において、吸着材６、温度センサ７、触媒８、及び、フィルター９は、オゾン供給手段４と排気ガス流路２１との接続部よりも排気ガスの流通方向下流側に配置されている。これに対し、検出手段１１は、オゾン供給手段４と排気ガス流路２１との接続部よりも排気ガスの流通方向上流側に配置されている。
【００３０】
排気ガス流路２１を流通する排気ガスを排出する内燃機関２０は、ディーゼル機関であり、４つの気筒２２、２２、２２、２２（以下において、単に「気筒２２」という。）を有している。気筒２２は吸気ダクト２３に接続されており、気筒２２から排出された排気ガスは、排気ガス流路２１へと流入する。内燃機関２０は、気筒２２から排出された排気ガスの一部が、排気ガス流路２１に接続されたＥＧＲ流路２４へと流入可能なように構成されている。ＥＧＲ流路２４には、ＥＧＲクーラー２５、スロットル弁２６、及び、ＥＧＲ制御弁２７が配置されており、ＥＧＲ流路２４を流通したＥＧＲガスは、再び気筒２２へと流入する。ＥＧＲクーラー２５はＥＧＲ流路２４を流通するＥＧＲガスを冷却する機器である。スロットル弁２６はＥＧＲ流路２４を流通するＥＧＲガスの流量を制御する機能を有し、ＥＧＲ制御弁２７は気筒２２へと供給されるＥＧＲガスの量を制御する。すなわち、スロットル弁２６及びＥＧＲ制御弁２７は、内燃機関２０へと再循環させる排気ガス（ＥＧＲガス）の量を調整する調整手段として機能し、調整手段の動作は、制御装置１２によって制御される。
【００３１】
制御装置１２は、制御弁５、スロットル弁２６、及び、ＥＧＲ制御弁２７の動作制御を実行可能なＣＰＵ１２ａと、該ＣＰＵ１２ａに対する記憶装置とが設けられている。ＣＰＵ１２ａは、マイクロプロセッサユニット及びその動作に必要な各種周辺回路を組み合わせて構成され、ＣＰＵ１２ａに対する記憶装置は、例えば、制御弁５、スロットル弁２６、及び、ＥＧＲ制御弁２７の動作制御に必要なプログラムや各種データを記憶するＲＯＭ１２ｂと、ＣＰＵ１２ａの作業領域として機能するＲＡＭ１２ｃ等を組み合わせて構成される。当該構成に加えて、さらに、ＣＰＵ１２ａが、ＲＯＭ１２ｂに記憶されたソフトウエアと組み合わされることにより、排気浄化装置１０における制御装置１２が機能する。濃度センサ３によって検出されたオゾン濃度に関する情報（出力信号）、温度センサ７によって検出された触媒８の温度に関する情報（出力信号）、及び、検出手段１１によって検出されたＮＯｘ量に関する情報（出力信号）は、制御装置１２の入力ポート１２ｄを介して、入力信号としてＣＰＵ１２ａへと到達する。ＣＰＵ１２ａは、入力信号及びＲＯＭ１２ｂに記憶されたプログラムに基づいて、制御弁５、スロットル弁２６、及び、ＥＧＲ制御弁２７に対する動作指令を決定し、決定された動作指令は、出力ポート１２ｅを介して制御弁５、スロットル弁２６、及び、ＥＧＲ制御弁２７へと出力され、これらの動作が制御される。
【００３２】
図２は、排気浄化装置１０の動作形態を説明するフローチャートである。排気浄化装置１０は内燃機関２０の作動時に排出される排気ガスを浄化する装置であり、排気浄化装置１０を用いて排気ガスを浄化する際には、まず、内燃機関２０が通常燃焼（空燃比が２０以上４０以下の燃焼をいう。以下において同じ。）で作動される（Ｓ１）。通常燃焼で作動されたら、Ｓ２へと進み、燃焼を継続するか否かが判断される。Ｓ２で否定判断がなされたら、排気浄化装置１０を用いた処理は終了される。Ｓ２で肯定判断がなされたら、Ｓ３へと進み、温度センサ７によって検出された触媒８の温度が３００℃未満であるか否かが判断される。温度が３００℃未満の場合はオゾンが熱分解され難い。そのため、Ｓ３で肯定判断がなされた場合には、Ｓ４へと進む。Ｓ４では、オゾン生成器１で生成させたオゾンを用いてＮＯｘを触媒８へと効率的に吸着させ得る状態であるか否かを判断すべく、濃度センサ３で検出されたオゾン濃度を用いて算出されたオゾン供給可能量が、検出手段１１によって検出されたＮＯｘ量以上であるか否かが判断される。Ｓ４で肯定判断がなされた場合には、オゾンを用いてＮＯｘを触媒８へと効率的に吸着させ得る状態であるため、制御装置１２によって動作を制御される制御弁５が開くことにより、オゾン供給手段４から排気ガス流路２１へオゾンの供給が開始される（Ｓ５）。
【００３３】
こうしてオゾンの供給が開始されたら、Ｓ６へと進み、吸着材６に吸着されたＮＯｘの量が、飽和量に達したか否かが判断される。吸着材６に吸着されたＮＯｘの量が飽和量に達したか否かの判断は、例えば、エンジン排出量をｉｎとしてＥＣＵに記録しておき、ある温度以上で吸着材６から脱離してくる量（予め設定）を、温度×時間でｏｕｔとして記録し、ｉｎとｏｕｔの演算結果から得た吸着量が予め設定した飽和量に達しているか否かによって行うことができる。Ｓ６で肯定判断がなされた場合には、処理がＳ１へと戻される。これに対し、Ｓ６で否定判断がなされた場合には、排気ガス流路２１から外部へと排出されるＮＯｘの量が増大しやすい状態であるため、排出されるＮＯｘ量を低減すべく、Ｓ１０へと進む。また、オゾン生成器１の作動時間が不足している等の理由によりＳ４で否定判断がなされた場合には、オゾンを用いてＮＯｘを触媒８へと効率的に吸着させることが困難な状態であるため、排気ガス流路２１から外部へと排出されるＮＯｘ量の増大が懸念される。そのため、Ｓ４で否定判断がなされた場合にも、排出されるＮＯｘ量を低減すべく、Ｓ１０へと進められる。
【００３４】
Ｓ１０では、ＮＯｘ量を低減するために、制御装置１２によってスロットル弁２６及びＥＧＲ制御弁２７の動作を変更し、気筒２２へと供給されるＥＧＲガスの量を増大させる。非特許文献１乃至非特許文献３に記載されているように、気筒２２へと供給されるＥＧＲガスの量を増大させると、燃焼状態を、通常燃焼から空燃比が２５未満の無煙低温燃焼へと切り替えることができる。こうして空燃比が２５未満の無煙低温燃焼へと切り替えられると、通常燃焼時と比較して、排気ガスに含まれるＮＯｘ量が低減し、排気ガスに含まれるＣＯやＨＣの量が増大する。ＣＯやＨＣはＮＯｘの高効率な還元剤として機能するため、排気ガスに含まれるＣＯやＨＣの量を増大させることにより、吸着材６に吸着されたＮＯｘを還元することができる。そのため、Ｓ１０で空燃比が２５未満の無煙低温燃焼へと切り替えられたら、引き続きＳ１１へと進み、吸着材６に吸着されているＮＯｘの量が、飽和量以下になったか否かが判断される。Ｓ１１で肯定判断がなされた場合には、吸着材６を用いて、排出されるＮＯｘの量を低減することが可能な状態になったと考えられるため、処理はＳ１へと戻される。これに対し、Ｓ１１で否定判断がなされた場合には、吸着材６のＮＯｘ吸着能が回復しておらず、排出されるＮＯｘの量が増大しやすい。そこで、かかる場合には、触媒８を用いてＮＯｘを還元しやすい状態にすることを目的としてＳ１２へと進み、触媒８が昇温される。より具体的に、Ｓ１２では、制御装置１２によってスロットル弁２６及びＥＧＲ制御弁２７の動作を変更し、気筒２２へと供給されるＥＧＲガスの量を更に増大させることにより、空燃比を低減し、排気ガス中に含まれるＣＯやＨＣの量を増大させる。そして、増大させたＣＯやＨＣを触媒８の表面で酸化させることにより、触媒８を昇温する。
【００３５】
こうしてＳ１２で昇温制御がなされたら、Ｓ１３へと進み、温度センサ７によって検出された触媒８の温度が３００℃以上であるか否かが判断される。Ｓ１３で肯定判断がなされた場合には、触媒８を用いてＮＯｘを効率的に還元し得る温度になったと考えられるため、処理がＳ７へと進められる。これに対し、Ｓ１３で否定判断がなされた場合には、ＮＯｘを効率的に還元し得る温度にまで触媒８が昇温されていないと考えられるので、処理がＳ１２へと戻され、触媒８の温度が３００℃以上になるまで昇温制御が継続される。
【００３６】
上記Ｓ３で否定判断がなされた場合や上記Ｓ１３で肯定判断がなされた場合には、ＮＯｘを効率的に還元し得る温度にまで触媒８が昇温されている。そのため、触媒８のＮＯｘ吸蔵が破過していなければ、触媒８を用いてＮＯｘを還元することにより、排出されるＮＯｘの量を低減することができる。そこで、Ｓ３で否定判断がなされた場合、及び、Ｓ１３で肯定判断がなされた場合には、処理がＳ７へと進められ、触媒８のＮＯｘ吸蔵が破過しているか否かが判断される。触媒８のＮＯｘ吸蔵が破過しているか否かの判断は、例えば、エンジン排出量をｉｎとしてＥＣＵに記録しておき、ある温度以上で触媒８から脱離してくる量（予め設定）を、温度×時間でｏｕｔとして記録し、ｉｎとｏｕｔの演算結果から得た吸着量が予め設定した飽和量に達しているか否かによって行うことができる。
【００３７】
Ｓ７で肯定判断がなされた場合には、触媒８にＮＯｘを吸着させてＮＯｘを還元することは困難であるため、排出されるＮＯｘの量が増大する虞がある。そこで、かかる場合には、排気ガス中に含まれるＮＯｘの量を一層低減するために、また、排気ガス中に含まれるＣＯやＨＣを増大させて触媒８に吸蔵されたＮＯｘを還元し、触媒８のＮＯｘ吸着能を回復させるために、処理がＳ８へと進められる。Ｓ８では、制御装置１２によってスロットル弁２６及びＥＧＲ制御弁２７の動作を変更し、気筒２２へと供給されるＥＧＲガスの量を増大させることにより、空燃比が１４．６未満の無煙低温燃焼へと切り替えられる。非特許文献１乃至非特許文献３に記載されているように、空燃比を１４．６未満にすることで、排気ガス中に含まれるＣＯやＨＣを容易に増大させることができるので、触媒８のＮＯｘ吸着能を回復させることができる。こうして空燃比が１４．６未満の無煙低温燃焼へと切り替えられたら、Ｓ９へと進められ、触媒８のＮＯｘが還元されたか否か、すなわち、触媒８のＮＯｘ吸着能が回復したか否か判断される。Ｓ９で肯定判断がなされた場合、また、上記Ｓ７で否定判断がなされた場合には、触媒８を用いてＮＯｘを還元し得る状態であると考えられるため、処理はＳ１へと戻される。これに対し、Ｓ９で否定判断がなされた場合には、触媒８のＮＯｘ吸着能が十分に回復しておらず、排出されるＮＯｘの量が増大しやすい状態にあると考えられる。そのため、かかる場合には、触媒８のＮＯｘ吸着能が十分に回復するまで（例えば、触媒８に吸着されていたＮＯｘの５割以上が還元されることによりＳ９で肯定判断がなされるまで）、空燃比が１４．６未満の無煙低温燃焼が継続される。
【００３８】
このように、排気浄化装置１０によれば、オゾン供給可能量がＮＯｘ量よりも少ない場合には、空燃比が２５未満の無煙低温燃焼を行うことにより、ＮＯｘ排出量を低減することができる。そして、吸着材６によって吸着されたＮＯｘが飽和量に達した場合には、昇温させた触媒８にＮＯｘを吸着させることにより、ＮＯｘ排出量を低減することができ、触媒８のＮＯｘ吸着が破過した場合には、さらに空燃比が１４．６未満の無煙低温燃焼を行うことにより、触媒８のＮＯｘ吸着能の回復を図りつつＮＯｘ排出量を低減することができる。したがって、本発明によれば、外部へと排出されるＮＯｘの量を低減することが可能な、排気浄化装置１０を提供することができる。
【００３９】
図３は、他の実施形態にかかる本発明の内燃機関の排気浄化装置３０（以下において、単に「排気浄化装置３０」という。）を説明する図である。図３において、排気浄化装置１０と同様に構成されるものには、図１で使用した符号と同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。
【００４０】
内燃機関２０から排出された排気ガスを浄化する排気浄化装置３０は、オゾン供給手段３１と、該オゾン供給手段３１から排気ガス流路２１へのオゾン供給のＯＮ／ＯＦＦを制御可能な制御弁３２、３３と、排気ガスが流通する排気ガス流路２１に配置された吸着材６、温度センサ７、触媒８、フィルター９、及び、検出手段１１と、制御装置３７と、を有している。オゾン供給手段３１は、排気ガス流路２１へと供給されるオゾンを生成するオゾン生成器１と、該オゾン生成器１で生成されたオゾンを貯蔵するオゾン貯蔵部２と、該オゾン貯蔵部２のオゾン濃度を検出する濃度センサ３と、を有している。オゾン供給手段３１は、オゾン生成器１と排気ガス流路２１とを繋ぐ流路３４から分岐した流路３５に、オゾン貯蔵部２が接続されており、オゾン貯蔵部２と排気ガス流路２１とを繋ぐ流路３６を介して、オゾン生成器１で生成されたオゾンを排気ガス流路２１へと供給可能なように構成されている。かかる形態とすることにより、内燃機関２０及びモーター３８を備えた機器（例えば、ハイブリッドディーゼル車）のアイドル時や定常運転時のように、ＮＯｘ濃度が低く安定している状態の時には、制御装置３７によって制御弁３２、３３の動作を制御してオゾン生成器１から排気ガス流路２１へ向けて直接オゾンを供給することができる。そして、排気ガス流路２１を流通する排気ガス中のＮＯｘ量を低減するために必要とされる量を超えるオゾンはオゾン貯蔵部２へと流入させ、オゾン貯蔵部２で貯蔵することができる。これに対し、加速時等のＮＯｘ排出量が多くなる状態の時には、必要とされるオゾン量を、例えば制御装置３７で、内燃機関２０の回転数やアクセル開度等の情報を用いて算出する。そして、制御装置３７における算出結果に基いて制御弁３２、３３の動作を制御して、オゾン貯蔵部２に貯蔵されているオゾンのうち必要な分量を排気ガス流路２１へと供給することにより、排気ガス中のＮＯｘ量を低減することができる。すなわち、オゾン供給手段３１では、オゾン生成器１から排気ガス流路２１へと供給されるオゾン量と、オゾン生成器１からオゾン貯蔵部２へと流入させ貯蔵されるオゾン量との配分を制御することができ、排気ガス流路２１へと供給されるオゾン量を、運転状態に応じて容易に変更することができる。
【００４１】
排気浄化装置３０において、濃度センサ３によって検出されたオゾン濃度に関する情報は、制御装置３７へと送られ、制御装置３７によって制御弁３２、３３の動作が制御される。吸着材６は、排気ガス流路２１を流通する排気ガスに含まれるＮＯｘを吸着する吸着材であり、触媒８はＮＯｘ還元に用いられる触媒である。触媒８の温度は温度センサ７によって検出され、温度センサ７によって検出された触媒８の温度に関する情報は、制御装置３７へと送られる。検出手段１１は、排気ガスに含まれるＮＯｘの量を検出するセンサであり、検出手段１１によって検出されたＮＯｘ量に関する情報は、制御装置３７へと送られる。排気浄化装置３０において、吸着材６、温度センサ７、触媒８、及び、フィルター９は、オゾン供給手段３１と排気ガス流路２１との接続部よりも排気ガスの流通方向下流側に配置されている。これに対し、検出手段１１は、オゾン供給手段３１と排気ガス流路２１との接続部よりも排気ガスの流通方向上流側に配置されている。
【００４２】
制御装置３７は、オゾン生成器１、内燃機関２０、スロットル弁２６、ＥＧＲ制御弁２７、制御弁３２、３３、及び、モーター３８の動作制御を実行可能なＣＰＵ３７ａと、該ＣＰＵ３７ａに対する記憶装置とが設けられている。ＣＰＵ３７ａは、マイクロプロセッサユニット及びその動作に必要な各種周辺回路を組み合わせて構成され、ＣＰＵ３７ａに対する記憶装置は、例えば、オゾン生成器１、内燃機関２０、スロットル弁２６、ＥＧＲ制御弁２７、制御弁３２、３３、及び、モーター３８の動作制御に必要なプログラムや各種データを記憶するＲＯＭ３７ｂと、ＣＰＵ３７ａの作業領域として機能するＲＡＭ３７ｃ等を組み合わせて構成される。当該構成に加えて、さらに、ＣＰＵ３７ａが、ＲＯＭ３７ｂに記憶されたソフトウエアと組み合わされることにより、排気浄化装置３０における制御装置３７が機能する。濃度センサ３によって検出されたオゾン濃度に関する情報（出力信号）、温度センサ７によって検出された触媒８の温度に関する情報（出力信号）、及び、検出手段１１によって検出されたＮＯｘ量に関する情報（出力信号）は、制御装置３７の入力ポート３７ｄを介して、入力信号としてＣＰＵ３７ａへと到達する。ＣＰＵ３７ａは、入力信号及びＲＯＭ３７ｂに記憶されたプログラムに基づいて、オゾン生成器１、内燃機関２０、スロットル弁２６、ＥＧＲ制御弁２７、制御弁３２、３３、及び、モーター３８に対する動作指令を決定する。決定された動作指令は、出力ポート３７ｅを介してオゾン生成器１、内燃機関２０、スロットル弁２６、ＥＧＲ制御弁２７、制御弁３２、３３、及び、モーター３８へと出力され、これらの動作が制御される。
【００４３】
図４は、排気浄化装置３０の動作形態を説明するフローチャートである。図４において、図２と同様に構成される工程には、図２で使用した符号と同一の符号を付す。排気浄化装置３０は、内燃機関２０やモーター３８の作動時（内燃機関２０のみの作動時、及び、内燃機関２０及びモーター３８の作動時を含む。）に排出される排気ガスを浄化する装置である。排気浄化装置３０を用いて排気ガスを浄化する際には、まず、内燃機関２０が通常燃焼で作動される（Ｓ１）。通常燃焼で作動されたら、Ｓ２へと進み、燃焼を継続するか否かが判断される。Ｓ２で否定判断がなされたら、排気浄化装置３０を用いた処理は終了される。Ｓ２で肯定判断がなされたら、Ｓ３へと進み、温度センサ７によって検出された触媒８の温度が３００℃未満であるか否かが判断される。温度が３００℃未満の場合はオゾンが熱分解され難い。そのため、Ｓ３で肯定判断がなされた場合には、Ｓ２１へと進む。これに対し、Ｓ３で否定判断がなされた場合、処理は上記Ｓ７（図２参照）へと進められる。
【００４４】
Ｓ２１では、オゾン生成器１で生成させたオゾンを用いてＮＯｘを触媒８へと効率的に吸着させ得る状態であるか否かを判断すべく、濃度センサ３で検出されたオゾン濃度を用いて算出されたオゾン供給可能量が、第１の所定値以上であるか否か（例えば、オゾン貯蔵部２のオゾン貯蔵量がオゾン貯蔵部２によるオゾン貯蔵可能量の１／２以上であるか否か）が判断される。Ｓ２１で肯定判断がなされた場合には、内燃機関２０の負荷を軽減しなくても、オゾンを用いて排気ガス中のＮＯｘ量を低減し得る状態であると考えられるため、処理は上記Ｓ５（図２参照）へと進められる。これに対し、Ｓ２１で否定判断がなされた場合には、Ｓ２２へと進み、オゾン供給可能量が第２の所定値以上であるか否か（オゾン貯蔵部２のオゾン貯蔵量がほぼゼロであるか否か（例えば、オゾン貯蔵部２によるオゾン貯蔵可能量の１／１０以上であるか否か））が判断される。
【００４５】
Ｓ２２で肯定判断がなされた場合には、オゾン貯蔵部２に貯蔵されているオゾンを用いて排気ガス中のＮＯｘ量を低減することは可能と考えられるものの、オゾン量が豊富ではないため、オゾンを用いたＮＯｘ量の低減効果は不十分なものになりやすい。そこで、Ｓ２２で肯定判断がなされた場合には、内燃機関２０の負荷を軽減するとともに、モーター３８を作動させ、オゾンを用いたＮＯｘ量低減とモーター３８の作動とを併用することにより、排気ガス中のＮＯｘ量を低減する。かかる制御形態を実現するため、Ｓ２２で肯定判断がなされると、Ｓ２３へと進み、制御装置３７から内燃機関２０へ向けて負荷を低減する動作指令が出力され、且つ、制御装置３７からモーター３８へ向けてモーター３８を作動させる動作指令が出力される。こうしてＳ２３が行われたら、オゾン貯蔵部２に貯蔵されるオゾン量を増大させるべく、Ｓ２４へと進み、制御装置３７からオゾン供給手段３１へ向けて動作指令が出力され、オゾン生成器１の出力が増大される。
【００４６】
Ｓ２２で否定判断がなされた場合には、オゾン貯蔵部２に貯蔵されているオゾン貯蔵量が極めて少なく、オゾンを用いたＮＯｘ量低減効果は大幅に低下する。そこで、Ｓ２２で否定判断がなされた場合には、内燃機関２０及びモーター３８のうち、モーター３８を作動させる一方、内燃機関２０の作動を停止し、ＮＯｘを含む排気ガスが内燃機関２０から排出されないようにすることにより、ＮＯｘ量を低減する。かかる制御形態を実現するため、Ｓ２２で否定判断がなされると、Ｓ２５へと進み、制御装置３７からモーター３８へ向けてモーター３８の負荷を増大させる動作指令が出力され、さらに、Ｓ２６へと進むことにより、制御装置３７から内燃機関２０へ向けて作動を停止する動作指令が出力される。
【００４７】
このように、排気浄化装置３０によれば、オゾン供給可能量が第１の所定値以上である場合には、排気浄化装置１０によるＳ５以降と同様の処理を行うことにより、ＮＯｘ排出量を低減することができる。さらに、排気浄化装置３０によれば、オゾン供給可能量が第２の所定値以上であって第１の所定値未満である場合には、内燃機関２０と共にモーター３８を作動させ、内燃機関２０の負荷を軽減することにより、ＮＯｘ排出量を低減することができる。内燃機関２０と共にモーター３８を作動させることにより、過度のオゾン消費を抑制することも可能になる。加えて、排気浄化装置３０によれば、オゾン供給可能量が第２の所定値未満である場合には、内燃機関２０を停止しモーター３８のみを作動させることによって、ＮＯｘ排出量を低減することができる。
【００４８】
排気浄化装置３０による上記処理において、内燃機関２０と共にモーター３８を作動させる場合における、内燃機関２０とモーター３８との負荷配分の決定方法は、特に限定されるものではないが、例えば、オゾン供給可能量及びアクセル開度を用いて負荷配分を決定することができる。例えば、加速運転が連続される場合には、オゾン貯蔵部２に貯蔵されているオゾン量が低減すると考えられるため、モーター３８の負荷を増大するように負荷配分を決定することができる。
【００４９】
排気浄化装置１０及び排気浄化装置３０において、オゾン生成器１は、オゾンを生成可能であればその形態は特に限定されるものではなく、例えば、放電リアクタやプラズマ処理装置等、公知のオゾン生成器を用いることができる。例えば、最大出力が１００Ｗの公知のオゾン生成器を用いた場合、６．７ｇ／ｈ≒１．８６ｍｇ／ｓの速さでオゾンを生成することができる。また、オゾン貯蔵部２は、オゾン生成器１で生成されたオゾンを貯蔵可能であればその形態は特に限定されるものではなく、公知の貯蔵器を適宜用いることができる。オゾン貯蔵部２の容量が１．０Ｌであり、オゾン貯蔵部２内のオゾン濃度が３％である時のオゾン貯蔵量が、オゾン貯蔵部２におけるオゾン貯蔵量の最大値である場合、オゾン貯蔵部２には約５９ｍｇのオゾンを貯蔵することができる。したがって、約１．８６ｍｇ／ｓの速さでオゾンを生成するオゾン生成器１を用いると、オゾン貯蔵部２内のオゾン量を最大にするまでの所要時間は、約３１．７ｓとなる。
【００５０】
また、濃度センサ３は、オゾン貯蔵部２におけるオゾン濃度を検出可能であればその形態は特に限定されるものではなく、公知の濃度センサを適宜用いることができる。また、制御弁５は、オゾン供給のＯＮ／ＯＦＦを制御し得る公知の弁を適宜用いることができる。
【００５１】
また、吸着材６は、容量が１．０Ｌの、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈを０．５ｇ／Ｌ担持したＴｉＯ２／ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３／ＺｒＯ２触媒等、一般的な酸化触媒を吸着材とすることができる。オゾンを供給した場合に、エンジン排ガス中のＮＯｘはＮ２Ｏ５を主成分とする過酸化状態となるため、一般的な酸化触媒であれば十分な吸着能が発揮されるためである。吸着材６は、例えば、１００ｇ／ＬのＦｅ／ゼオライト（ＺＳＭ５）、及び、５０ｇ／Ｌのアルミナによってコートすることができる。
【００５２】
また、温度センサ７は、触媒８の温度を検出可能であればその形態は特に限定されるものではなく、公知の温度センサを適宜用いることができる。また、触媒８は、排気ガス中のＮＯｘを還元してＮ２にする反応を促進する任意の触媒を用いることができ、例えば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒、ＮＯｘ選択還元触媒、又は、三元触媒と呼ばれるものを用いることができる。ＮＯｘ吸蔵還元触媒の具体例としては、アルミナ等の多孔質酸化物担体に、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ又はＲｕのような貴金属と、アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素から選択されるＮＯｘ吸蔵剤とを担持させたもの等を挙げることができる。また、ＮＯｘ選択還元触媒の具体例としては、ゼオライトにＣｕ等の遷移金属をイオン交換して担持させたもの、又は、ゼオライト若しくはアルミナに貴金属を担持させたもの等を挙げることができる。また、三元触媒の具体例としては、ＰｔとＰｈとの混合物、又は、ＰｔとＰｄとＲｈとの混合物をアルミナに担持させたもの等を例示することができる。これらの触媒の量は、当該技術分野における適当な量とすることができ、ウォッシュコート等の任意の方法によってセラミックハニカム担体のような公知の担体に担持させて用いることができる。担体の容量は例えば２．０Ｌとすることができ、担体は、例えば、１００ｇ／Ｌのアルミナ、１００ｇ／ＬのＴｉＯ２−ＺｒＯ２、及び、５０ｇ／ＬのＲｈ／ＺｒＯ２によってコートすることができる。また、担持させる触媒の量は、Ｐｔ／Ｒｈは２．０ｇ／Ｌ／０．５ｇ／Ｌとすることができ、Ｂａ／Ｌｉは０．２ｍｏｌ／Ｌ／０．１ｍｏｌ／Ｌとすることができる。
【００５３】
また、フィルター９は、特に限定されるものではなく、例えば、セラミックハニカム製フィルター、合金製フィルター、及び、セラミック繊維製フィルター等に代表される公知のＰＭフィルター等を用いることができる。フィルター９の容量は例えば３．０Ｌとすることができ、フィルター９のコート量は例えば５０ｇ／Ｌ、コート材はアルミナゾル等を用いることができる。さらに、フィルター９に担持させる触媒は例えばＰｔ／Ｐｄとすることができ、触媒の担持量はＰｔ＝０．６ｇ／Ｌ、Ｐｄ＝０．３ｇ／Ｌとすることができる。また、検出手段１１は、排気ガス中に含まれているＮＯｘ量を検出可能であればその形態は特に限定されるものではなく、公知の検出手段を適宜用いることができる。
【００５４】
また、本発明において、排気浄化装置１０や排気浄化装置３０によって浄化される排気ガスを排出する内燃機関２０の形態も特に限定されるものではなく、ディーゼル機関等、公知の内燃機関とすることができる。さらに、本発明において、制御装置１２や制御装置３７は、上記処理を行うことが可能であれば、その形態は特に限定されるものではなく、例えば、ＥＣＵ等、公知の制御装置を適宜用いることができる。
【実施例】
【００５５】
＜排気浄化装置１０の効果確認試験＞
２．２Ｌ排気量の内燃機関２０を搭載した実車両を用いてＥＣ−ｃｏｌｄ（ＮＥＤＣ（New European Driving Cycle））を走行し、走行中のエミッション値（ＮＯｘ量）を、フィルター９よりも排気ガスの流通方向下流側に配置した検出手段を用いて測定した。具体的には、排気浄化装置１０を用いてオゾン添加制御及び無煙低温燃焼制御を行った場合（実施例１）、排気浄化装置１０を用いたがオゾン添加も無煙低温燃焼も制御しなかった場合（比較例１）、及び、排気浄化装置１０を用いてオゾン添加を制御し無煙低温燃焼を制御しなかった場合（比較例２）のＮＯｘ排出量を測定した。吸着材６、触媒８、及び、フィルター９によって浄化される前の排気ガスに含まれていたＮＯｘ量の結果（エンジン出ガス）とともに、実施例１、比較例１、及び、比較例２の結果を図５に示す。なお、排気浄化装置１０の吸着材６は、容量１．０Ｌの、１００ｇ／ＬのＦｅ／ゼオライト（ＺＳＭ５）と５０ｇ／Ｌのアルミナと５０ｇ／ＬのＴｉＯ２とをコートし、Ｐｔ１．０ｇ／Ｌを担持した触媒を用い、触媒８は、１００ｇ／Ｌのアルミナ、１００ｇ／ＬのＴｉＯ２−ＺｒＯ２、及び、５０ｇ／ＬのＲｈ／ＺｒＯ２をコートし、触媒（２．０ｇ／Ｌ／０．５ｇ／ＬのＰｔ／Ｒｈ及び０．２ｍｏｌ／Ｌ／０．１ｍｏｌ／ＬのＢａ／Ｌｉ）を担持させた容量２．０Ｌの吸蔵還元型触媒を用いた。また、フィルター９は、５０ｇ／Ｌのアルミナゾルをコートし０．６ｇ／Ｌ／０．３ｇ／ＬのＰｔ／Ｐｄを担持させた容量３．０ＬのＤＰＦ触媒を用いた。なお、触媒の耐久性を向上させるため、７５０℃の電気炉で５０時間に亘る焼成を行った。
【００５６】
図５に示すように、吸着材６等によって浄化される前の排気ガスには、１ｋｍの走行で０．１９０ｇのＮＯｘが含まれていたが、排気浄化装置１０を上記Ｓ１乃至Ｓ１３によって制御した（すなわち、オゾンを添加し、無煙低温燃焼も行った）実施例１によれば、内燃機関２０から排出されたＮＯｘを９０％程度低減することができた。これに対し、オゾン添加を行わず無煙低温燃焼も行わなかった比較例１では、ＮＯｘ量の低減が３０％程度に留まり、オゾン添加を行う一方で無煙低温燃焼を行わなかった比較例２では、ＮＯｘ量の低減が６０％弱に留まった。以上より、排気浄化装置１０を用いてオゾン添加及び無煙低温燃焼を制御することにより、排出されるＮＯｘの量を大幅に低減可能であった。
【００５７】
＜排気浄化装置３０の効果確認試験＞
２．２Ｌ排気量の内燃機関２０、モーター３８、及び、排気浄化装置３０を搭載した車両を用いた走行試験を行い、走行中のエミッション値（ＮＯｘ量）を、フィルター９よりも排気ガスの流通方向下流側に配置した検出手段を用いて測定した。具体的には、排気浄化装置３０を用いてオゾン添加制御を行いながら内燃機関２０のみを用いて走行する試験（実施例２）、及び、排気浄化装置３０を用いてオゾン添加制御を行いながら内燃機関２０及びモーター３８を用いて走行する試験（実施例３）を実施し、排気ガス中に含まれるＮＯｘ量を測定した。なお、排気浄化装置３０の吸着材６は、１３０ｇ／ＬのＴｉＯ２−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３及び２０ｇ／ＬのＡｌ２Ｏ３をコートし、且つ、触媒（１．０ｇ／Ｌ／０．５ｇ／ＬのＰｔ／Ｐｄ）を担持させた容量１．０Ｌの吸着材を用いた。また、触媒８は、１００ｇ／Ｌのアルミナ、１００ｇ／ＬのＴｉＯ２−ＺｒＯ２、及び、５０ｇ／ＬのＲｈ／ＺｒＯ２をコートし、触媒（２．０ｇ／Ｌ／０．５ｇ／ＬのＰｔ／Ｒｈ及び０．２ｍｏｌ／Ｌ／０．１ｍｏｌ／ＬのＢａ／Ｌｉ）を担持させた容量２．０ＬのＮＯｘ吸蔵還元型触媒を用いた。また、フィルター９は、５０ｇ／Ｌのアルミナゾルをコートし０．６ｇ／Ｌ／０．３ｇ／ＬのＰｔ／Ｐｄを担持させた容量３．０ＬのＤＰＦ触媒を用いた。触媒の耐久性を向上させるため、７５０℃の電気炉で５０時間に亘る焼成を行った。また、１．９ｍｇ／ｓの速さでオゾンを生成可能な最大出力１００Ｗのオゾン生成器１を用い、オゾン貯蔵部２の容量は１．０Ｌとした。
【００５８】
実施例２の試験結果を図６に、実施例３の試験結果を図７に、それぞれ示す。図６及び図７は、ＮＯｘ排出量及び車両速さと時間との関係を示している。図６及び図７の左側の縦軸はＮＯｘ排出量［ｍｇ／ｓ］、右側の縦軸は車両速さ［ｋｍ／ｈ］、横軸は時間［ｓ］である。
【００５９】
図６に示すように、モーター３８を作動せず内燃機関２０のみを用いて走行した実施例２では、ｃｏｌｄ（図６の０〜１９５ｓの期間）を除くと、１回の加速で最大５５ｍｇのＮＯｘは、オゾンを用いて触媒へと吸着させる必要がある。オゾンを用いて５５ｍｇのＮＯｘすべてを触媒へと吸着させるためには、ＮＯｘ量の２倍、すなわち１１０ｍｇのオゾンを供給する必要がある。しかしながら、排気浄化装置３０に備えられているオゾン貯蔵部２の最大オゾン貯蔵量は約５９ｍｇであり、オゾン生成器１のオゾン生成速さは約１．８６ｍｇ／ｓであるため、オゾン生成器１を最大出力で作動させても、すべてのＮＯｘを触媒へと吸着させることは困難であり、微量のＮＯｘが排出されてしまった。
【００６０】
これに対し、図７に示すように、内燃機関２０とモーター３８とを作動させ、内燃機関２０の負荷を実施例２よりも軽減した実施例３では、ｃｏｌｄ（図７の０〜１９５ｓの期間。以下において同じ。）を含め、実施例２よりもＮＯｘ排出量を低減することができ、ｃｏｌｄを除くと、１回の加速で排出されたＮＯｘの最大量は２３ｍｇとなった。また、実施例３では、オゾン貯蔵器２内のオゾンを使いきることがなく、オゾンを用いて多くのＮＯｘを触媒へと吸着させることができた。したがって、決定された負荷配分によって内燃機関２０とモーター３８とを共に用いることが可能な排気浄化装置３０によれば、排出されるＮＯｘ量を大幅に低減することが可能であった。
【００６１】
なお、図６及び図７に示した加速以上の加速を伴う場合には、触媒床温が２５０℃以上になるため、オゾンを供給しなくても触媒８でＮＯｘを吸蔵することができ、さらに上記Ｓ７以降の処理を行ってＮＯｘを還元することによって、排出されるＮＯｘ量を低減することが可能になる。
【００６２】
図８は、ＥＣモードを説明する図である。図９は、図８に示すＥＣモード中のＵＤＣ部（運転開始時（０ｓ）から８００ｓ経過後までの期間）で排出された、実施例２及び実施例３のＮＯｘ量の結果を、吸着材６、触媒８、及び、フィルター９によって浄化される前の排気ガスに含まれていたＮＯｘ量の結果（エンジン出ガス）とともに示す図である。図９に示すように、エンジン出ガスと比較して、実施例２によればＮＯｘ排出量を６割程度低減することができ、実施例３によればＮＯｘ排出量を８割程度低減することができた。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明の内燃機関の排気浄化装置は、自動車等に代表される内燃機関の排気ガスに含まれる化学物質を浄化する装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１…オゾン生成器（オゾン生成部）
２…オゾン貯蔵部
３…濃度センサ
４…オゾン供給手段
５…制御弁
６…吸着材
７…温度センサ
８…触媒
９…フィルター
１０…排気浄化装置
１１…検出手段
１２…制御装置
１２ａ…ＣＰＵ（算出手段）
２０…内燃機関
２１…排気ガス流路
２４…ＥＧＲ流路
２５…ＥＧＲクーラー
２６…スロットル弁（調節手段）
２７…ＥＧＲ制御弁（調節手段）
３０…排気浄化装置
３１…オゾン供給手段
３２、３３…制御弁
３４、３５、３６…流路
３７…制御装置
３７ａ…ＣＰＵ（算出手段）
３８…モーター
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気ガスには、ＮＯｘ等に代表される化学物質（以下において、単に「ＮＯｘ」ということがある。）が含まれており、この化学物質は大気汚染の一因と考えられている。それゆえ、大気汚染を抑制するためには、排気ガスから上記化学物質を除去することが重要である。
【０００３】
大気汚染の一因になる化学物質を排気ガスから除去する技術としては、例えば、化学物質を触媒に吸着させることによって排気ガスを浄化する排気浄化装置等が知られている。
【０００４】
このような排気浄化装置に関する技術として、例えば特許文献１には、酸素富化ガスを供給する酸素富化ガス供給部及び酸素富化ガスを処理してオゾンを発生させるオゾン生成部を有する排気ガス浄化システム、過給機、並びに、ＥＧＲシステムを有する内燃機関の制御方法が開示されている。また、特許文献２には、排ガスを流通させる排気管に設けたＮＯｘ浄化触媒と、気体をプラズマ化してＮＯｘ浄化触媒の排ガス流れ上流側で排気管に供給するプラズマ発生装置と、再循環排ガス及び空気の一方を切り替えてプラズマ化される気体としてプラズマ発生装置に供給する供給ガス切り替え装置と、プラズマ発生装置でプラズマ化される又はプラズマ化された気体に還元剤を添加するインジェクターと、を有する排ガス浄化装置が開示されている。また、特許文献３には、ＥＧＲガス供給作用時であって且つＥＧＲ触媒温度があらかじめ定められた設定温度内にあるときにオゾン供給作用を行い、ＥＧＲガス供給作用停止時又はＥＧＲ触媒温度が設定温度範囲外にあるときにオゾン供給作用を停止することで、排気再循環ガス中の粒子状物質を確実に酸化除去する内燃機関の排気浄化装置が開示されている。また、非特許文献１乃至非特許文献３には、ディーゼル機関の無煙低温燃焼法に関する技術が開示されている。また、特許文献４には、エンジンの排気ガス中の汚染物を減ずるための装置であって、エンジン内に導かれた空気中の酸素をオゾンに変換する約２００ナノメータ未満の波長を持った紫外線を作り出すための少なくとも１つの光源と、内燃機関の排気ガス中のオゾンを検出するためのオゾンセンサと、内燃機関の排気ガス中に所定量のオゾンが検出された時に少なくとも１つの光源を消し、内燃機関の排気ガス中に所定量未満のオゾンしか検出されなかったときに少なくとも１つの光源をつけるためのコントローラと、を有し、オゾンが、内燃機関による燃料の燃焼効率を高め、これにより、排気ガス中の少なくとも１つの汚染物質の濃度が減ずる装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１１３４５９号公報
【特許文献２】特開２００６−１５０２１１号公報
【特許文献３】特開２００９−１７４３８１号公報
【特許文献４】特表２００１−５０８５１４号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】佐々木静夫、他２名、「ディーゼル機関の無煙低温燃焼法（第１報）−冷却された大量ＥＧＲガスを用いた理論空燃比前後での無煙燃焼−」、自動車技術会論文集、社団法人自動車技術会、２００３年１月、Ｖｏｌ．３４、Ｎｏ．１、ｐ．６５−７０
【非特許文献２】稲垣和久、他３名、「ディーゼル機関の無煙低温燃焼法（第２報）−数値解析によるメカニズムの解明−」、自動車技術会論文集、社団法人自動車技術会、２００３年１月、Ｖｏｌ．３４、Ｎｏ．１、ｐ．７１−７６
【非特許文献３】佐々木静夫、他２名、「ディーゼル機関の無煙低温燃焼法（第３報）−吸蔵還元型ＮＯｘ触媒のディーゼル機関への適用−」、自動車技術会論文集、社団法人自動車技術会、２００３年１月、Ｖｏｌ．３４、Ｎｏ．１、ｐ．７７−８２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示されている技術によれば、オゾン生成部を有しているので、オゾンを用いて排気ガス中の粒子状物質等を浄化することが可能になると考えられる。ここで、オゾンを用いて排気ガス中のＮＯｘ量を十分に低減するためには、オゾン濃度を一定値以上にすることが好ましい。しかしながら、特許文献１に開示されている技術では、オゾン生成部によって生成されたオゾンの濃度を検出する機器が備えられておらず、排気ガスに含まれるＮＯｘ量が多くなりやすい状況（例えば、内燃機関の始動直後等）への対策が施されていない。そのため、特許文献１に開示されている技術には、排気ガスに含まれるＮＯｘの低減効果が不十分になる虞があった。また、特許文献４に開示されている装置は、オゾンセンサを有しているが、特許文献４には、オゾンセンサで検出したオゾン濃度を用いて排気ガスに含まれるＮＯｘの量を低減するための技術が開示されていない。そのため、特許文献１及び特許文献４に開示されている技術と、特許文献２、特許文献３、及び、非特許文献１乃至非特許文献３に開示されている技術とを組み合わせたとしても、排出されるＮＯｘの量を低減することは困難であった。
【０００８】
そこで本発明は、排出されるＮＯｘの量を低減することが可能な、内燃機関の排気浄化装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
本発明は、内燃機関から排出された排気ガスを、触媒を用いて浄化する装置であって、オゾン生成部、及び、該オゾン生成部で生成されたオゾンの濃度を検出する濃度センサを有するオゾン供給手段と、濃度センサによって検出されたオゾン濃度を用いて、排気ガスへと供給されるオゾンの供給可能量を算出する算出手段と、排気ガスに含まれるＮＯｘ量を検出する検出手段と、触媒の温度を検出する温度センサと、を備え、温度センサによって検出された触媒の温度が活性温度未満であって、且つ、算出手段によって算出されたオゾン供給可能量が検出手段によって検出されたＮＯｘ量よりも少ない場合に、ＮＯｘ排出抑制運転が行われることを特徴とする、内燃機関の排気浄化装置である。
【００１０】
ここに、「活性温度」とは、オゾン不存在下でＮＯｘが触媒によって良好に除去され始める温度をいい、具体的には、２５０℃から３００℃程度の温度をいう。また、本発明において、「ＮＯｘ排出抑制運転」とは、内燃機関を有する機器から排出される排気ガスに含まれるＮＯｘ量が低減されるような運転をいう。本発明における「ＮＯｘ排出抑制運転」は、例えば、後述の調節手段を用いて、内燃機関へと再循環させる排気ガスの量を増大させることにより空燃比を２５未満にしてＮＯｘ量を低減する運転や、併設されているモーターを駆動させることによって排気ガスに含まれるＮＯｘ量を低減する運転のほか、これらの運転を組み合わせた態様等も含む概念である。
【００１１】
また、上記本発明において、オゾン供給手段は、さらに、オゾン生成部とは異なるオゾン貯蔵部を有し、濃度センサは、オゾン貯蔵部におけるオゾン濃度を検出することが好ましい。
【００１２】
また、上記本発明において、さらに、内燃機関へと再循環させる排気ガスの量を調節する調節手段を有し、温度センサによって検出された触媒の温度が活性温度以上であって、且つ、触媒のＮＯｘ吸蔵が破過している場合に、内燃機関へと再循環させる排気ガスの量を増大させて空燃比を１４．６未満にするように調節手段が作動されても良い。
【００１３】
また、調節手段を有する上記本発明において、ＮＯｘ排出抑制運転は、内燃機関へと再循環させる排気ガスの量を増大させて空燃比を２５未満にするように調節手段が作動されることによって実現されても良い。
【００１４】
また、内燃機関へと再循環させる排気ガスの量を増大させて空燃比を２５未満にするように調節手段が作動されることによってＮＯｘ排出抑制運転が実現される上記本発明において、さらに、排気ガスに含まれるＮＯｘを吸着可能な吸着材を有し、温度センサによって検出された触媒の温度が活性温度未満であって、且つ、吸着材に吸着されたＮＯｘの量が吸着材によるＮＯｘ吸着量の飽和量を超えた場合にも、内燃機関へと再循環させる排気ガスの量を増大させて空燃比を２５未満にするように調節手段が作動されることにより、ＮＯｘ排出抑制運転が実現されることが好ましい。
【００１５】
また、調節手段を有する上記本発明において、ＮＯｘ排出抑制運転は、内燃機関の着火遅れ期間を定常運転時よりも長くし、内燃機関へと再循環させる排気ガスの量を増大させて空燃比を２５未満にするように調節手段が作動されることによって実現することができる。
【００１６】
ここに、「着火遅れ期間」とは、燃料を噴射し始めた時から着火が起こる時までの期間をいう。また、「定常運転」とは、ディーゼルエンジンを成り行きで回転させた運転をいう。
【００１７】
また、上記本発明において、ＮＯｘ排出抑制運転は、併設されているモーターを駆動させ、内燃機関の負荷を軽減することによって実現されても良い。
【００１８】
また、併設されているモーターを駆動させ、内燃機関の負荷を軽減することによってＮＯｘ排出抑制運転が実現される本発明において、モーターと内燃機関との負荷配分は、算出手段によって算出されたオゾン供給可能量を用いて決定されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の内燃機関の排気浄化装置では、触媒の温度が活性温度未満であって、且つ、オゾン供給可能量がＮＯｘ量よりも少ない場合に、ＮＯｘ排出抑制運転が行われる。ここで、オゾン供給可能量がＮＯｘ量よりも少ないと、触媒に吸着されるＮＯｘの量が低減するため、外部へと排出されるＮＯｘ量が増大しやすい。そのため、かかる場合にＮＯｘ排出抑制運転を行うことにより、排出されるＮＯｘの量を低減することが可能になる。したがって、本発明によれば、排出されるＮＯｘの量を低減することが可能な、内燃機関の排気浄化装置を提供することができる。
【００２０】
また、本発明において、オゾン供給手段に、オゾン生成部とは別にオゾン貯蔵部が備えられていることにより、オゾン生成部で生成されたオゾンをオゾン貯蔵部に貯蔵することができる。加速運転時等、一気にオゾンを放出する必要がある場合に、必要とされる量のオゾンを必要に応じてオゾン生成部で生成する形態では、オゾン供給不足になる虞があるが、オゾン生成部の他にオゾン貯蔵部が備えられる形態とすることにより、オゾン供給不足を抑制することが容易になる。
【００２１】
また、本発明において、内燃機関へと再循環させる排気ガスの量を増大させて空燃比を１４．６未満にすることで、排気ガスに含まれるＨＣやＣＯを増大させることが容易になる。ＮＯｘの還元剤として機能するＨＣやＣＯを増大させることにより、触媒に吸着されたＮＯｘの還元効率を増大させることが可能になり、触媒の温度を上昇させることが可能になる。触媒の温度を上昇させると、除去されるＮＯｘの量を増大させることが可能になり、その結果、排出されるＮＯｘの量を低減することが可能になる。したがって、かかる形態とすることにより、排出されるＮＯｘの量を低減することが容易になる。
【００２２】
また、オゾン供給可能量がＮＯｘ量よりも少ないと、触媒に吸着されるＮＯｘの量が低減するため、外部へと排出されるＮＯｘ量が増大しやすいが、本発明において、内燃機関へと再循環させる排気ガスの量を増大させて空燃比を２５未満にすると、内燃機関から排出されるＮＯｘの量を大幅に低減することが可能になる。したがって、かかる形態とすることにより、排出されるＮＯｘの量を低減することが容易になる。
【００２３】
また、吸着材に吸着されたＮＯｘの量が飽和量を超えると、外部へと排出されるＮＯｘの量が増大しやすいが、かかる場合であっても、本発明で、内燃機関へと再循環させる排気ガスの量を増大させて空燃比を２５未満にすることにより、外部へと排出されるＮＯｘの量を低減することが容易になる。
【００２４】
また、本発明において、内燃機関の着火遅れ期間を定常運転時よりも長くし、内燃機関へと再循環させる排気ガスの量を増大させて空燃比を２５未満にするように調節手段を作動させることによって、ＮＯｘ排出抑制運転を実現することにより、外部へと排出されるＮＯｘの量を低減することが容易になる。
【００２５】
また、本発明において、併設されているモーターを駆動させ、内燃機関の負荷を軽減させたＮＯｘ排出抑制運転が実現されることにより、内燃機関から排出されるＮＯｘの量を低減することが容易になる。
【００２６】
また、本発明において、モーターと内燃機関との負荷配分を、算出手段によって算出したオゾン供給可能量を用いて決定することにより、例えば、オゾン供給可能量が所定値以下であるためにオゾンを用いたＮＯｘ量の低減効果が得られ難い時には、モーターの負荷配分を増大し内燃機関の負荷配分を低減することができる。オゾンを用いたＮＯｘ量の低減効果が得られ難い時に内燃機関の負荷配分を低減すると、ＮＯｘを含んだ排気ガスの量を低減することが可能になる。したがって、かかる形態とすることにより、内燃機関から排出されるＮＯｘの量を低減することが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】内燃機関の排気浄化装置１０を説明する図である。
【図２】内燃機関の排気浄化装置１０の動作形態を説明するフローチャートである。
【図３】内燃機関の排気浄化装置３０を説明する図である。
【図４】内燃機関の排気浄化装置３０の動作形態を説明するフローチャートである。
【図５】実験結果を示す図である。
【図６】ＮＯｘ量及び車両の速さと時間との関係を示す図である。
【図７】ＮＯｘ量及び車両の速さと時間との関係を示す図である。
【図８】ＥＣモードにおける車両の速さと時間との関係を説明する図である。
【図９】ＥＣモード中の８００ｓまでのＮＯｘ排出量を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面を参照しつつ、本発明について説明する。なお、以下に示す形態は本発明の例示であり、本発明は以下に示す形態に限定されるものではない。以下の説明において、排気ガス再循環を「ＥＧＲ」と表記する。
【００２９】
図１は、本発明の内燃機関の排気浄化装置１０（以下において、単に「排気浄化装置１０」という。）を説明する図である。内燃機関２０から排出された排気ガスを浄化する排気浄化装置１０は、オゾン供給手段４と、該オゾン供給手段４から排気ガス流路２１へのオゾン供給のＯＮ／ＯＦＦを制御する制御弁５と、排気ガスが流通する排気ガス流路２１に配置された吸着材６、温度センサ７、触媒８、フィルター９、及び、検出手段１１と、制御装置１２と、を有している。オゾン供給手段４は、排気ガス流路２１へと供給されるオゾンを生成するオゾン生成器１と、該オゾン生成器１で生成されたオゾンを貯蔵するオゾン貯蔵部２と、該オゾン貯蔵部２のオゾン濃度を検出する濃度センサ３と、を有している。濃度センサ３によって検出されたオゾン濃度に関する情報は、制御装置１２へと送られ、制御弁５の動作は制御装置１２によって制御される。吸着材６は、排気ガス流路２１を流通する排気ガスに含まれるＮＯｘを吸着する吸着材であり、触媒８はＮＯｘ還元に用いられる触媒である。触媒８の温度は温度センサ７によって検出され、温度センサ７によって検出された触媒８の温度に関する情報は、制御装置１２へと送られる。検出手段１１は、排気ガスに含まれるＮＯｘの量を検出するセンサであり、検出手段１１によって検出されたＮＯｘ量に関する情報は、制御装置１２へと送られる。排気浄化装置１０において、吸着材６、温度センサ７、触媒８、及び、フィルター９は、オゾン供給手段４と排気ガス流路２１との接続部よりも排気ガスの流通方向下流側に配置されている。これに対し、検出手段１１は、オゾン供給手段４と排気ガス流路２１との接続部よりも排気ガスの流通方向上流側に配置されている。
【００３０】
排気ガス流路２１を流通する排気ガスを排出する内燃機関２０は、ディーゼル機関であり、４つの気筒２２、２２、２２、２２（以下において、単に「気筒２２」という。）を有している。気筒２２は吸気ダクト２３に接続されており、気筒２２から排出された排気ガスは、排気ガス流路２１へと流入する。内燃機関２０は、気筒２２から排出された排気ガスの一部が、排気ガス流路２１に接続されたＥＧＲ流路２４へと流入可能なように構成されている。ＥＧＲ流路２４には、ＥＧＲクーラー２５、スロットル弁２６、及び、ＥＧＲ制御弁２７が配置されており、ＥＧＲ流路２４を流通したＥＧＲガスは、再び気筒２２へと流入する。ＥＧＲクーラー２５はＥＧＲ流路２４を流通するＥＧＲガスを冷却する機器である。スロットル弁２６はＥＧＲ流路２４を流通するＥＧＲガスの流量を制御する機能を有し、ＥＧＲ制御弁２７は気筒２２へと供給されるＥＧＲガスの量を制御する。すなわち、スロットル弁２６及びＥＧＲ制御弁２７は、内燃機関２０へと再循環させる排気ガス（ＥＧＲガス）の量を調整する調整手段として機能し、調整手段の動作は、制御装置１２によって制御される。
【００３１】
制御装置１２は、制御弁５、スロットル弁２６、及び、ＥＧＲ制御弁２７の動作制御を実行可能なＣＰＵ１２ａと、該ＣＰＵ１２ａに対する記憶装置とが設けられている。ＣＰＵ１２ａは、マイクロプロセッサユニット及びその動作に必要な各種周辺回路を組み合わせて構成され、ＣＰＵ１２ａに対する記憶装置は、例えば、制御弁５、スロットル弁２６、及び、ＥＧＲ制御弁２７の動作制御に必要なプログラムや各種データを記憶するＲＯＭ１２ｂと、ＣＰＵ１２ａの作業領域として機能するＲＡＭ１２ｃ等を組み合わせて構成される。当該構成に加えて、さらに、ＣＰＵ１２ａが、ＲＯＭ１２ｂに記憶されたソフトウエアと組み合わされることにより、排気浄化装置１０における制御装置１２が機能する。濃度センサ３によって検出されたオゾン濃度に関する情報（出力信号）、温度センサ７によって検出された触媒８の温度に関する情報（出力信号）、及び、検出手段１１によって検出されたＮＯｘ量に関する情報（出力信号）は、制御装置１２の入力ポート１２ｄを介して、入力信号としてＣＰＵ１２ａへと到達する。ＣＰＵ１２ａは、入力信号及びＲＯＭ１２ｂに記憶されたプログラムに基づいて、制御弁５、スロットル弁２６、及び、ＥＧＲ制御弁２７に対する動作指令を決定し、決定された動作指令は、出力ポート１２ｅを介して制御弁５、スロットル弁２６、及び、ＥＧＲ制御弁２７へと出力され、これらの動作が制御される。
【００３２】
図２は、排気浄化装置１０の動作形態を説明するフローチャートである。排気浄化装置１０は内燃機関２０の作動時に排出される排気ガスを浄化する装置であり、排気浄化装置１０を用いて排気ガスを浄化する際には、まず、内燃機関２０が通常燃焼（空燃比が２０以上４０以下の燃焼をいう。以下において同じ。）で作動される（Ｓ１）。通常燃焼で作動されたら、Ｓ２へと進み、燃焼を継続するか否かが判断される。Ｓ２で否定判断がなされたら、排気浄化装置１０を用いた処理は終了される。Ｓ２で肯定判断がなされたら、Ｓ３へと進み、温度センサ７によって検出された触媒８の温度が３００℃未満であるか否かが判断される。温度が３００℃未満の場合はオゾンが熱分解され難い。そのため、Ｓ３で肯定判断がなされた場合には、Ｓ４へと進む。Ｓ４では、オゾン生成器１で生成させたオゾンを用いてＮＯｘを触媒８へと効率的に吸着させ得る状態であるか否かを判断すべく、濃度センサ３で検出されたオゾン濃度を用いて算出されたオゾン供給可能量が、検出手段１１によって検出されたＮＯｘ量以上であるか否かが判断される。Ｓ４で肯定判断がなされた場合には、オゾンを用いてＮＯｘを触媒８へと効率的に吸着させ得る状態であるため、制御装置１２によって動作を制御される制御弁５が開くことにより、オゾン供給手段４から排気ガス流路２１へオゾンの供給が開始される（Ｓ５）。
【００３３】
こうしてオゾンの供給が開始されたら、Ｓ６へと進み、吸着材６に吸着されたＮＯｘの量が、飽和量に達したか否かが判断される。吸着材６に吸着されたＮＯｘの量が飽和量に達したか否かの判断は、例えば、エンジン排出量をｉｎとしてＥＣＵに記録しておき、ある温度以上で吸着材６から脱離してくる量（予め設定）を、温度×時間でｏｕｔとして記録し、ｉｎとｏｕｔの演算結果から得た吸着量が予め設定した飽和量に達しているか否かによって行うことができる。Ｓ６で肯定判断がなされた場合には、処理がＳ１へと戻される。これに対し、Ｓ６で否定判断がなされた場合には、排気ガス流路２１から外部へと排出されるＮＯｘの量が増大しやすい状態であるため、排出されるＮＯｘ量を低減すべく、Ｓ１０へと進む。また、オゾン生成器１の作動時間が不足している等の理由によりＳ４で否定判断がなされた場合には、オゾンを用いてＮＯｘを触媒８へと効率的に吸着させることが困難な状態であるため、排気ガス流路２１から外部へと排出されるＮＯｘ量の増大が懸念される。そのため、Ｓ４で否定判断がなされた場合にも、排出されるＮＯｘ量を低減すべく、Ｓ１０へと進められる。
【００３４】
Ｓ１０では、ＮＯｘ量を低減するために、制御装置１２によってスロットル弁２６及びＥＧＲ制御弁２７の動作を変更し、気筒２２へと供給されるＥＧＲガスの量を増大させる。非特許文献１乃至非特許文献３に記載されているように、気筒２２へと供給されるＥＧＲガスの量を増大させると、燃焼状態を、通常燃焼から空燃比が２５未満の無煙低温燃焼へと切り替えることができる。こうして空燃比が２５未満の無煙低温燃焼へと切り替えられると、通常燃焼時と比較して、排気ガスに含まれるＮＯｘ量が低減し、排気ガスに含まれるＣＯやＨＣの量が増大する。ＣＯやＨＣはＮＯｘの高効率な還元剤として機能するため、排気ガスに含まれるＣＯやＨＣの量を増大させることにより、吸着材６に吸着されたＮＯｘを還元することができる。そのため、Ｓ１０で空燃比が２５未満の無煙低温燃焼へと切り替えられたら、引き続きＳ１１へと進み、吸着材６に吸着されているＮＯｘの量が、飽和量以下になったか否かが判断される。Ｓ１１で肯定判断がなされた場合には、吸着材６を用いて、排出されるＮＯｘの量を低減することが可能な状態になったと考えられるため、処理はＳ１へと戻される。これに対し、Ｓ１１で否定判断がなされた場合には、吸着材６のＮＯｘ吸着能が回復しておらず、排出されるＮＯｘの量が増大しやすい。そこで、かかる場合には、触媒８を用いてＮＯｘを還元しやすい状態にすることを目的としてＳ１２へと進み、触媒８が昇温される。より具体的に、Ｓ１２では、制御装置１２によってスロットル弁２６及びＥＧＲ制御弁２７の動作を変更し、気筒２２へと供給されるＥＧＲガスの量を更に増大させることにより、空燃比を低減し、排気ガス中に含まれるＣＯやＨＣの量を増大させる。そして、増大させたＣＯやＨＣを触媒８の表面で酸化させることにより、触媒８を昇温する。
【００３５】
こうしてＳ１２で昇温制御がなされたら、Ｓ１３へと進み、温度センサ７によって検出された触媒８の温度が３００℃以上であるか否かが判断される。Ｓ１３で肯定判断がなされた場合には、触媒８を用いてＮＯｘを効率的に還元し得る温度になったと考えられるため、処理がＳ７へと進められる。これに対し、Ｓ１３で否定判断がなされた場合には、ＮＯｘを効率的に還元し得る温度にまで触媒８が昇温されていないと考えられるので、処理がＳ１２へと戻され、触媒８の温度が３００℃以上になるまで昇温制御が継続される。
【００３６】
上記Ｓ３で否定判断がなされた場合や上記Ｓ１３で肯定判断がなされた場合には、ＮＯｘを効率的に還元し得る温度にまで触媒８が昇温されている。そのため、触媒８のＮＯｘ吸蔵が破過していなければ、触媒８を用いてＮＯｘを還元することにより、排出されるＮＯｘの量を低減することができる。そこで、Ｓ３で否定判断がなされた場合、及び、Ｓ１３で肯定判断がなされた場合には、処理がＳ７へと進められ、触媒８のＮＯｘ吸蔵が破過しているか否かが判断される。触媒８のＮＯｘ吸蔵が破過しているか否かの判断は、例えば、エンジン排出量をｉｎとしてＥＣＵに記録しておき、ある温度以上で触媒８から脱離してくる量（予め設定）を、温度×時間でｏｕｔとして記録し、ｉｎとｏｕｔの演算結果から得た吸着量が予め設定した飽和量に達しているか否かによって行うことができる。
【００３７】
Ｓ７で肯定判断がなされた場合には、触媒８にＮＯｘを吸着させてＮＯｘを還元することは困難であるため、排出されるＮＯｘの量が増大する虞がある。そこで、かかる場合には、排気ガス中に含まれるＮＯｘの量を一層低減するために、また、排気ガス中に含まれるＣＯやＨＣを増大させて触媒８に吸蔵されたＮＯｘを還元し、触媒８のＮＯｘ吸着能を回復させるために、処理がＳ８へと進められる。Ｓ８では、制御装置１２によってスロットル弁２６及びＥＧＲ制御弁２７の動作を変更し、気筒２２へと供給されるＥＧＲガスの量を増大させることにより、空燃比が１４．６未満の無煙低温燃焼へと切り替えられる。非特許文献１乃至非特許文献３に記載されているように、空燃比を１４．６未満にすることで、排気ガス中に含まれるＣＯやＨＣを容易に増大させることができるので、触媒８のＮＯｘ吸着能を回復させることができる。こうして空燃比が１４．６未満の無煙低温燃焼へと切り替えられたら、Ｓ９へと進められ、触媒８のＮＯｘが還元されたか否か、すなわち、触媒８のＮＯｘ吸着能が回復したか否か判断される。Ｓ９で肯定判断がなされた場合、また、上記Ｓ７で否定判断がなされた場合には、触媒８を用いてＮＯｘを還元し得る状態であると考えられるため、処理はＳ１へと戻される。これに対し、Ｓ９で否定判断がなされた場合には、触媒８のＮＯｘ吸着能が十分に回復しておらず、排出されるＮＯｘの量が増大しやすい状態にあると考えられる。そのため、かかる場合には、触媒８のＮＯｘ吸着能が十分に回復するまで（例えば、触媒８に吸着されていたＮＯｘの５割以上が還元されることによりＳ９で肯定判断がなされるまで）、空燃比が１４．６未満の無煙低温燃焼が継続される。
【００３８】
このように、排気浄化装置１０によれば、オゾン供給可能量がＮＯｘ量よりも少ない場合には、空燃比が２５未満の無煙低温燃焼を行うことにより、ＮＯｘ排出量を低減することができる。そして、吸着材６によって吸着されたＮＯｘが飽和量に達した場合には、昇温させた触媒８にＮＯｘを吸着させることにより、ＮＯｘ排出量を低減することができ、触媒８のＮＯｘ吸着が破過した場合には、さらに空燃比が１４．６未満の無煙低温燃焼を行うことにより、触媒８のＮＯｘ吸着能の回復を図りつつＮＯｘ排出量を低減することができる。したがって、本発明によれば、外部へと排出されるＮＯｘの量を低減することが可能な、排気浄化装置１０を提供することができる。
【００３９】
図３は、他の実施形態にかかる本発明の内燃機関の排気浄化装置３０（以下において、単に「排気浄化装置３０」という。）を説明する図である。図３において、排気浄化装置１０と同様に構成されるものには、図１で使用した符号と同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。
【００４０】
内燃機関２０から排出された排気ガスを浄化する排気浄化装置３０は、オゾン供給手段３１と、該オゾン供給手段３１から排気ガス流路２１へのオゾン供給のＯＮ／ＯＦＦを制御可能な制御弁３２、３３と、排気ガスが流通する排気ガス流路２１に配置された吸着材６、温度センサ７、触媒８、フィルター９、及び、検出手段１１と、制御装置３７と、を有している。オゾン供給手段３１は、排気ガス流路２１へと供給されるオゾンを生成するオゾン生成器１と、該オゾン生成器１で生成されたオゾンを貯蔵するオゾン貯蔵部２と、該オゾン貯蔵部２のオゾン濃度を検出する濃度センサ３と、を有している。オゾン供給手段３１は、オゾン生成器１と排気ガス流路２１とを繋ぐ流路３４から分岐した流路３５に、オゾン貯蔵部２が接続されており、オゾン貯蔵部２と排気ガス流路２１とを繋ぐ流路３６を介して、オゾン生成器１で生成されたオゾンを排気ガス流路２１へと供給可能なように構成されている。かかる形態とすることにより、内燃機関２０及びモーター３８を備えた機器（例えば、ハイブリッドディーゼル車）のアイドル時や定常運転時のように、ＮＯｘ濃度が低く安定している状態の時には、制御装置３７によって制御弁３２、３３の動作を制御してオゾン生成器１から排気ガス流路２１へ向けて直接オゾンを供給することができる。そして、排気ガス流路２１を流通する排気ガス中のＮＯｘ量を低減するために必要とされる量を超えるオゾンはオゾン貯蔵部２へと流入させ、オゾン貯蔵部２で貯蔵することができる。これに対し、加速時等のＮＯｘ排出量が多くなる状態の時には、必要とされるオゾン量を、例えば制御装置３７で、内燃機関２０の回転数やアクセル開度等の情報を用いて算出する。そして、制御装置３７における算出結果に基いて制御弁３２、３３の動作を制御して、オゾン貯蔵部２に貯蔵されているオゾンのうち必要な分量を排気ガス流路２１へと供給することにより、排気ガス中のＮＯｘ量を低減することができる。すなわち、オゾン供給手段３１では、オゾン生成器１から排気ガス流路２１へと供給されるオゾン量と、オゾン生成器１からオゾン貯蔵部２へと流入させ貯蔵されるオゾン量との配分を制御することができ、排気ガス流路２１へと供給されるオゾン量を、運転状態に応じて容易に変更することができる。
【００４１】
排気浄化装置３０において、濃度センサ３によって検出されたオゾン濃度に関する情報は、制御装置３７へと送られ、制御装置３７によって制御弁３２、３３の動作が制御される。吸着材６は、排気ガス流路２１を流通する排気ガスに含まれるＮＯｘを吸着する吸着材であり、触媒８はＮＯｘ還元に用いられる触媒である。触媒８の温度は温度センサ７によって検出され、温度センサ７によって検出された触媒８の温度に関する情報は、制御装置３７へと送られる。検出手段１１は、排気ガスに含まれるＮＯｘの量を検出するセンサであり、検出手段１１によって検出されたＮＯｘ量に関する情報は、制御装置３７へと送られる。排気浄化装置３０において、吸着材６、温度センサ７、触媒８、及び、フィルター９は、オゾン供給手段３１と排気ガス流路２１との接続部よりも排気ガスの流通方向下流側に配置されている。これに対し、検出手段１１は、オゾン供給手段３１と排気ガス流路２１との接続部よりも排気ガスの流通方向上流側に配置されている。
【００４２】
制御装置３７は、オゾン生成器１、内燃機関２０、スロットル弁２６、ＥＧＲ制御弁２７、制御弁３２、３３、及び、モーター３８の動作制御を実行可能なＣＰＵ３７ａと、該ＣＰＵ３７ａに対する記憶装置とが設けられている。ＣＰＵ３７ａは、マイクロプロセッサユニット及びその動作に必要な各種周辺回路を組み合わせて構成され、ＣＰＵ３７ａに対する記憶装置は、例えば、オゾン生成器１、内燃機関２０、スロットル弁２６、ＥＧＲ制御弁２７、制御弁３２、３３、及び、モーター３８の動作制御に必要なプログラムや各種データを記憶するＲＯＭ３７ｂと、ＣＰＵ３７ａの作業領域として機能するＲＡＭ３７ｃ等を組み合わせて構成される。当該構成に加えて、さらに、ＣＰＵ３７ａが、ＲＯＭ３７ｂに記憶されたソフトウエアと組み合わされることにより、排気浄化装置３０における制御装置３７が機能する。濃度センサ３によって検出されたオゾン濃度に関する情報（出力信号）、温度センサ７によって検出された触媒８の温度に関する情報（出力信号）、及び、検出手段１１によって検出されたＮＯｘ量に関する情報（出力信号）は、制御装置３７の入力ポート３７ｄを介して、入力信号としてＣＰＵ３７ａへと到達する。ＣＰＵ３７ａは、入力信号及びＲＯＭ３７ｂに記憶されたプログラムに基づいて、オゾン生成器１、内燃機関２０、スロットル弁２６、ＥＧＲ制御弁２７、制御弁３２、３３、及び、モーター３８に対する動作指令を決定する。決定された動作指令は、出力ポート３７ｅを介してオゾン生成器１、内燃機関２０、スロットル弁２６、ＥＧＲ制御弁２７、制御弁３２、３３、及び、モーター３８へと出力され、これらの動作が制御される。
【００４３】
図４は、排気浄化装置３０の動作形態を説明するフローチャートである。図４において、図２と同様に構成される工程には、図２で使用した符号と同一の符号を付す。排気浄化装置３０は、内燃機関２０やモーター３８の作動時（内燃機関２０のみの作動時、及び、内燃機関２０及びモーター３８の作動時を含む。）に排出される排気ガスを浄化する装置である。排気浄化装置３０を用いて排気ガスを浄化する際には、まず、内燃機関２０が通常燃焼で作動される（Ｓ１）。通常燃焼で作動されたら、Ｓ２へと進み、燃焼を継続するか否かが判断される。Ｓ２で否定判断がなされたら、排気浄化装置３０を用いた処理は終了される。Ｓ２で肯定判断がなされたら、Ｓ３へと進み、温度センサ７によって検出された触媒８の温度が３００℃未満であるか否かが判断される。温度が３００℃未満の場合はオゾンが熱分解され難い。そのため、Ｓ３で肯定判断がなされた場合には、Ｓ２１へと進む。これに対し、Ｓ３で否定判断がなされた場合、処理は上記Ｓ７（図２参照）へと進められる。
【００４４】
Ｓ２１では、オゾン生成器１で生成させたオゾンを用いてＮＯｘを触媒８へと効率的に吸着させ得る状態であるか否かを判断すべく、濃度センサ３で検出されたオゾン濃度を用いて算出されたオゾン供給可能量が、第１の所定値以上であるか否か（例えば、オゾン貯蔵部２のオゾン貯蔵量がオゾン貯蔵部２によるオゾン貯蔵可能量の１／２以上であるか否か）が判断される。Ｓ２１で肯定判断がなされた場合には、内燃機関２０の負荷を軽減しなくても、オゾンを用いて排気ガス中のＮＯｘ量を低減し得る状態であると考えられるため、処理は上記Ｓ５（図２参照）へと進められる。これに対し、Ｓ２１で否定判断がなされた場合には、Ｓ２２へと進み、オゾン供給可能量が第２の所定値以上であるか否か（オゾン貯蔵部２のオゾン貯蔵量がほぼゼロであるか否か（例えば、オゾン貯蔵部２によるオゾン貯蔵可能量の１／１０以上であるか否か））が判断される。
【００４５】
Ｓ２２で肯定判断がなされた場合には、オゾン貯蔵部２に貯蔵されているオゾンを用いて排気ガス中のＮＯｘ量を低減することは可能と考えられるものの、オゾン量が豊富ではないため、オゾンを用いたＮＯｘ量の低減効果は不十分なものになりやすい。そこで、Ｓ２２で肯定判断がなされた場合には、内燃機関２０の負荷を軽減するとともに、モーター３８を作動させ、オゾンを用いたＮＯｘ量低減とモーター３８の作動とを併用することにより、排気ガス中のＮＯｘ量を低減する。かかる制御形態を実現するため、Ｓ２２で肯定判断がなされると、Ｓ２３へと進み、制御装置３７から内燃機関２０へ向けて負荷を低減する動作指令が出力され、且つ、制御装置３７からモーター３８へ向けてモーター３８を作動させる動作指令が出力される。こうしてＳ２３が行われたら、オゾン貯蔵部２に貯蔵されるオゾン量を増大させるべく、Ｓ２４へと進み、制御装置３７からオゾン供給手段３１へ向けて動作指令が出力され、オゾン生成器１の出力が増大される。
【００４６】
Ｓ２２で否定判断がなされた場合には、オゾン貯蔵部２に貯蔵されているオゾン貯蔵量が極めて少なく、オゾンを用いたＮＯｘ量低減効果は大幅に低下する。そこで、Ｓ２２で否定判断がなされた場合には、内燃機関２０及びモーター３８のうち、モーター３８を作動させる一方、内燃機関２０の作動を停止し、ＮＯｘを含む排気ガスが内燃機関２０から排出されないようにすることにより、ＮＯｘ量を低減する。かかる制御形態を実現するため、Ｓ２２で否定判断がなされると、Ｓ２５へと進み、制御装置３７からモーター３８へ向けてモーター３８の負荷を増大させる動作指令が出力され、さらに、Ｓ２６へと進むことにより、制御装置３７から内燃機関２０へ向けて作動を停止する動作指令が出力される。
【００４７】
このように、排気浄化装置３０によれば、オゾン供給可能量が第１の所定値以上である場合には、排気浄化装置１０によるＳ５以降と同様の処理を行うことにより、ＮＯｘ排出量を低減することができる。さらに、排気浄化装置３０によれば、オゾン供給可能量が第２の所定値以上であって第１の所定値未満である場合には、内燃機関２０と共にモーター３８を作動させ、内燃機関２０の負荷を軽減することにより、ＮＯｘ排出量を低減することができる。内燃機関２０と共にモーター３８を作動させることにより、過度のオゾン消費を抑制することも可能になる。加えて、排気浄化装置３０によれば、オゾン供給可能量が第２の所定値未満である場合には、内燃機関２０を停止しモーター３８のみを作動させることによって、ＮＯｘ排出量を低減することができる。
【００４８】
排気浄化装置３０による上記処理において、内燃機関２０と共にモーター３８を作動させる場合における、内燃機関２０とモーター３８との負荷配分の決定方法は、特に限定されるものではないが、例えば、オゾン供給可能量及びアクセル開度を用いて負荷配分を決定することができる。例えば、加速運転が連続される場合には、オゾン貯蔵部２に貯蔵されているオゾン量が低減すると考えられるため、モーター３８の負荷を増大するように負荷配分を決定することができる。
【００４９】
排気浄化装置１０及び排気浄化装置３０において、オゾン生成器１は、オゾンを生成可能であればその形態は特に限定されるものではなく、例えば、放電リアクタやプラズマ処理装置等、公知のオゾン生成器を用いることができる。例えば、最大出力が１００Ｗの公知のオゾン生成器を用いた場合、６．７ｇ／ｈ≒１．８６ｍｇ／ｓの速さでオゾンを生成することができる。また、オゾン貯蔵部２は、オゾン生成器１で生成されたオゾンを貯蔵可能であればその形態は特に限定されるものではなく、公知の貯蔵器を適宜用いることができる。オゾン貯蔵部２の容量が１．０Ｌであり、オゾン貯蔵部２内のオゾン濃度が３％である時のオゾン貯蔵量が、オゾン貯蔵部２におけるオゾン貯蔵量の最大値である場合、オゾン貯蔵部２には約５９ｍｇのオゾンを貯蔵することができる。したがって、約１．８６ｍｇ／ｓの速さでオゾンを生成するオゾン生成器１を用いると、オゾン貯蔵部２内のオゾン量を最大にするまでの所要時間は、約３１．７ｓとなる。
【００５０】
また、濃度センサ３は、オゾン貯蔵部２におけるオゾン濃度を検出可能であればその形態は特に限定されるものではなく、公知の濃度センサを適宜用いることができる。また、制御弁５は、オゾン供給のＯＮ／ＯＦＦを制御し得る公知の弁を適宜用いることができる。
【００５１】
また、吸着材６は、容量が１．０Ｌの、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈを０．５ｇ／Ｌ担持したＴｉＯ２／ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３／ＺｒＯ２触媒等、一般的な酸化触媒を吸着材とすることができる。オゾンを供給した場合に、エンジン排ガス中のＮＯｘはＮ２Ｏ５を主成分とする過酸化状態となるため、一般的な酸化触媒であれば十分な吸着能が発揮されるためである。吸着材６は、例えば、１００ｇ／ＬのＦｅ／ゼオライト（ＺＳＭ５）、及び、５０ｇ／Ｌのアルミナによってコートすることができる。
【００５２】
また、温度センサ７は、触媒８の温度を検出可能であればその形態は特に限定されるものではなく、公知の温度センサを適宜用いることができる。また、触媒８は、排気ガス中のＮＯｘを還元してＮ２にする反応を促進する任意の触媒を用いることができ、例えば、ＮＯｘ吸蔵還元触媒、ＮＯｘ選択還元触媒、又は、三元触媒と呼ばれるものを用いることができる。ＮＯｘ吸蔵還元触媒の具体例としては、アルミナ等の多孔質酸化物担体に、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｒ又はＲｕのような貴金属と、アルカリ金属、アルカリ土類金属及び希土類元素から選択されるＮＯｘ吸蔵剤とを担持させたもの等を挙げることができる。また、ＮＯｘ選択還元触媒の具体例としては、ゼオライトにＣｕ等の遷移金属をイオン交換して担持させたもの、又は、ゼオライト若しくはアルミナに貴金属を担持させたもの等を挙げることができる。また、三元触媒の具体例としては、ＰｔとＰｈとの混合物、又は、ＰｔとＰｄとＲｈとの混合物をアルミナに担持させたもの等を例示することができる。これらの触媒の量は、当該技術分野における適当な量とすることができ、ウォッシュコート等の任意の方法によってセラミックハニカム担体のような公知の担体に担持させて用いることができる。担体の容量は例えば２．０Ｌとすることができ、担体は、例えば、１００ｇ／Ｌのアルミナ、１００ｇ／ＬのＴｉＯ２−ＺｒＯ２、及び、５０ｇ／ＬのＲｈ／ＺｒＯ２によってコートすることができる。また、担持させる触媒の量は、Ｐｔ／Ｒｈは２．０ｇ／Ｌ／０．５ｇ／Ｌとすることができ、Ｂａ／Ｌｉは０．２ｍｏｌ／Ｌ／０．１ｍｏｌ／Ｌとすることができる。
【００５３】
また、フィルター９は、特に限定されるものではなく、例えば、セラミックハニカム製フィルター、合金製フィルター、及び、セラミック繊維製フィルター等に代表される公知のＰＭフィルター等を用いることができる。フィルター９の容量は例えば３．０Ｌとすることができ、フィルター９のコート量は例えば５０ｇ／Ｌ、コート材はアルミナゾル等を用いることができる。さらに、フィルター９に担持させる触媒は例えばＰｔ／Ｐｄとすることができ、触媒の担持量はＰｔ＝０．６ｇ／Ｌ、Ｐｄ＝０．３ｇ／Ｌとすることができる。また、検出手段１１は、排気ガス中に含まれているＮＯｘ量を検出可能であればその形態は特に限定されるものではなく、公知の検出手段を適宜用いることができる。
【００５４】
また、本発明において、排気浄化装置１０や排気浄化装置３０によって浄化される排気ガスを排出する内燃機関２０の形態も特に限定されるものではなく、ディーゼル機関等、公知の内燃機関とすることができる。さらに、本発明において、制御装置１２や制御装置３７は、上記処理を行うことが可能であれば、その形態は特に限定されるものではなく、例えば、ＥＣＵ等、公知の制御装置を適宜用いることができる。
【実施例】
【００５５】
＜排気浄化装置１０の効果確認試験＞
２．２Ｌ排気量の内燃機関２０を搭載した実車両を用いてＥＣ−ｃｏｌｄ（ＮＥＤＣ（New European Driving Cycle））を走行し、走行中のエミッション値（ＮＯｘ量）を、フィルター９よりも排気ガスの流通方向下流側に配置した検出手段を用いて測定した。具体的には、排気浄化装置１０を用いてオゾン添加制御及び無煙低温燃焼制御を行った場合（実施例１）、排気浄化装置１０を用いたがオゾン添加も無煙低温燃焼も制御しなかった場合（比較例１）、及び、排気浄化装置１０を用いてオゾン添加を制御し無煙低温燃焼を制御しなかった場合（比較例２）のＮＯｘ排出量を測定した。吸着材６、触媒８、及び、フィルター９によって浄化される前の排気ガスに含まれていたＮＯｘ量の結果（エンジン出ガス）とともに、実施例１、比較例１、及び、比較例２の結果を図５に示す。なお、排気浄化装置１０の吸着材６は、容量１．０Ｌの、１００ｇ／ＬのＦｅ／ゼオライト（ＺＳＭ５）と５０ｇ／Ｌのアルミナと５０ｇ／ＬのＴｉＯ２とをコートし、Ｐｔ１．０ｇ／Ｌを担持した触媒を用い、触媒８は、１００ｇ／Ｌのアルミナ、１００ｇ／ＬのＴｉＯ２−ＺｒＯ２、及び、５０ｇ／ＬのＲｈ／ＺｒＯ２をコートし、触媒（２．０ｇ／Ｌ／０．５ｇ／ＬのＰｔ／Ｒｈ及び０．２ｍｏｌ／Ｌ／０．１ｍｏｌ／ＬのＢａ／Ｌｉ）を担持させた容量２．０Ｌの吸蔵還元型触媒を用いた。また、フィルター９は、５０ｇ／Ｌのアルミナゾルをコートし０．６ｇ／Ｌ／０．３ｇ／ＬのＰｔ／Ｐｄを担持させた容量３．０ＬのＤＰＦ触媒を用いた。なお、触媒の耐久性を向上させるため、７５０℃の電気炉で５０時間に亘る焼成を行った。
【００５６】
図５に示すように、吸着材６等によって浄化される前の排気ガスには、１ｋｍの走行で０．１９０ｇのＮＯｘが含まれていたが、排気浄化装置１０を上記Ｓ１乃至Ｓ１３によって制御した（すなわち、オゾンを添加し、無煙低温燃焼も行った）実施例１によれば、内燃機関２０から排出されたＮＯｘを９０％程度低減することができた。これに対し、オゾン添加を行わず無煙低温燃焼も行わなかった比較例１では、ＮＯｘ量の低減が３０％程度に留まり、オゾン添加を行う一方で無煙低温燃焼を行わなかった比較例２では、ＮＯｘ量の低減が６０％弱に留まった。以上より、排気浄化装置１０を用いてオゾン添加及び無煙低温燃焼を制御することにより、排出されるＮＯｘの量を大幅に低減可能であった。
【００５７】
＜排気浄化装置３０の効果確認試験＞
２．２Ｌ排気量の内燃機関２０、モーター３８、及び、排気浄化装置３０を搭載した車両を用いた走行試験を行い、走行中のエミッション値（ＮＯｘ量）を、フィルター９よりも排気ガスの流通方向下流側に配置した検出手段を用いて測定した。具体的には、排気浄化装置３０を用いてオゾン添加制御を行いながら内燃機関２０のみを用いて走行する試験（実施例２）、及び、排気浄化装置３０を用いてオゾン添加制御を行いながら内燃機関２０及びモーター３８を用いて走行する試験（実施例３）を実施し、排気ガス中に含まれるＮＯｘ量を測定した。なお、排気浄化装置３０の吸着材６は、１３０ｇ／ＬのＴｉＯ２−ＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３及び２０ｇ／ＬのＡｌ２Ｏ３をコートし、且つ、触媒（１．０ｇ／Ｌ／０．５ｇ／ＬのＰｔ／Ｐｄ）を担持させた容量１．０Ｌの吸着材を用いた。また、触媒８は、１００ｇ／Ｌのアルミナ、１００ｇ／ＬのＴｉＯ２−ＺｒＯ２、及び、５０ｇ／ＬのＲｈ／ＺｒＯ２をコートし、触媒（２．０ｇ／Ｌ／０．５ｇ／ＬのＰｔ／Ｒｈ及び０．２ｍｏｌ／Ｌ／０．１ｍｏｌ／ＬのＢａ／Ｌｉ）を担持させた容量２．０ＬのＮＯｘ吸蔵還元型触媒を用いた。また、フィルター９は、５０ｇ／Ｌのアルミナゾルをコートし０．６ｇ／Ｌ／０．３ｇ／ＬのＰｔ／Ｐｄを担持させた容量３．０ＬのＤＰＦ触媒を用いた。触媒の耐久性を向上させるため、７５０℃の電気炉で５０時間に亘る焼成を行った。また、１．９ｍｇ／ｓの速さでオゾンを生成可能な最大出力１００Ｗのオゾン生成器１を用い、オゾン貯蔵部２の容量は１．０Ｌとした。
【００５８】
実施例２の試験結果を図６に、実施例３の試験結果を図７に、それぞれ示す。図６及び図７は、ＮＯｘ排出量及び車両速さと時間との関係を示している。図６及び図７の左側の縦軸はＮＯｘ排出量［ｍｇ／ｓ］、右側の縦軸は車両速さ［ｋｍ／ｈ］、横軸は時間［ｓ］である。
【００５９】
図６に示すように、モーター３８を作動せず内燃機関２０のみを用いて走行した実施例２では、ｃｏｌｄ（図６の０〜１９５ｓの期間）を除くと、１回の加速で最大５５ｍｇのＮＯｘは、オゾンを用いて触媒へと吸着させる必要がある。オゾンを用いて５５ｍｇのＮＯｘすべてを触媒へと吸着させるためには、ＮＯｘ量の２倍、すなわち１１０ｍｇのオゾンを供給する必要がある。しかしながら、排気浄化装置３０に備えられているオゾン貯蔵部２の最大オゾン貯蔵量は約５９ｍｇであり、オゾン生成器１のオゾン生成速さは約１．８６ｍｇ／ｓであるため、オゾン生成器１を最大出力で作動させても、すべてのＮＯｘを触媒へと吸着させることは困難であり、微量のＮＯｘが排出されてしまった。
【００６０】
これに対し、図７に示すように、内燃機関２０とモーター３８とを作動させ、内燃機関２０の負荷を実施例２よりも軽減した実施例３では、ｃｏｌｄ（図７の０〜１９５ｓの期間。以下において同じ。）を含め、実施例２よりもＮＯｘ排出量を低減することができ、ｃｏｌｄを除くと、１回の加速で排出されたＮＯｘの最大量は２３ｍｇとなった。また、実施例３では、オゾン貯蔵器２内のオゾンを使いきることがなく、オゾンを用いて多くのＮＯｘを触媒へと吸着させることができた。したがって、決定された負荷配分によって内燃機関２０とモーター３８とを共に用いることが可能な排気浄化装置３０によれば、排出されるＮＯｘ量を大幅に低減することが可能であった。
【００６１】
なお、図６及び図７に示した加速以上の加速を伴う場合には、触媒床温が２５０℃以上になるため、オゾンを供給しなくても触媒８でＮＯｘを吸蔵することができ、さらに上記Ｓ７以降の処理を行ってＮＯｘを還元することによって、排出されるＮＯｘ量を低減することが可能になる。
【００６２】
図８は、ＥＣモードを説明する図である。図９は、図８に示すＥＣモード中のＵＤＣ部（運転開始時（０ｓ）から８００ｓ経過後までの期間）で排出された、実施例２及び実施例３のＮＯｘ量の結果を、吸着材６、触媒８、及び、フィルター９によって浄化される前の排気ガスに含まれていたＮＯｘ量の結果（エンジン出ガス）とともに示す図である。図９に示すように、エンジン出ガスと比較して、実施例２によればＮＯｘ排出量を６割程度低減することができ、実施例３によればＮＯｘ排出量を８割程度低減することができた。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明の内燃機関の排気浄化装置は、自動車等に代表される内燃機関の排気ガスに含まれる化学物質を浄化する装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１…オゾン生成器（オゾン生成部）
２…オゾン貯蔵部
３…濃度センサ
４…オゾン供給手段
５…制御弁
６…吸着材
７…温度センサ
８…触媒
９…フィルター
１０…排気浄化装置
１１…検出手段
１２…制御装置
１２ａ…ＣＰＵ（算出手段）
２０…内燃機関
２１…排気ガス流路
２４…ＥＧＲ流路
２５…ＥＧＲクーラー
２６…スロットル弁（調節手段）
２７…ＥＧＲ制御弁（調節手段）
３０…排気浄化装置
３１…オゾン供給手段
３２、３３…制御弁
３４、３５、３６…流路
３７…制御装置
３７ａ…ＣＰＵ（算出手段）
３８…モーター
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出された排気ガスを、触媒を用いて浄化する装置であって、
オゾン生成部、及び、該オゾン生成部で生成されたオゾンの濃度を検出する濃度センサを有するオゾン供給手段と、
前記濃度センサによって検出されたオゾン濃度を用いて、前記排気ガスへと供給されるオゾンの供給可能量を算出する算出手段と、
前記排気ガスに含まれるＮＯｘ量を検出する検出手段と、
前記触媒の温度を検出する温度センサと、を備え、
前記温度センサによって検出された前記触媒の温度が活性温度未満であって、且つ、前記算出手段によって算出されたオゾン供給可能量が前記検出手段によって検出されたＮＯｘ量よりも少ない場合に、ＮＯｘ排出抑制運転が行われることを特徴とする、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記オゾン供給手段は、さらに、前記オゾン生成部とは異なるオゾン貯蔵部を有し、前記濃度センサは、前記オゾン貯蔵部におけるオゾン濃度を検出することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
さらに、前記内燃機関へと再循環させる排気ガスの量を調節する調節手段を有し、
前記温度センサによって検出された前記触媒の温度が活性温度以上であって、且つ、前記触媒のＮＯｘ吸蔵が破過している場合に、前記内燃機関へと再循環させる前記排気ガスの量を増大させて空燃比を１４．６未満にするように前記調節手段が作動されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記ＮＯｘ排出抑制運転は、前記内燃機関へと再循環させる前記排気ガスの量を増大させて空燃比を２５未満にするように前記調節手段が作動されることによって実現されることを特徴とする、請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
さらに、前記排気ガスに含まれるＮＯｘを吸着可能な吸着材を有し、
前記温度センサによって検出された前記触媒の温度が活性温度未満であって、且つ、前記吸着材に吸着されたＮＯｘの量が前記吸着材によるＮＯｘ吸着量の飽和量を超えた場合にも、前記内燃機関へと再循環させる前記排気ガスの量を増大させて空燃比を２５未満にするように前記調節手段が作動されることにより、前記ＮＯｘ排出抑制運転が実現されることを特徴とする、請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記ＮＯｘ排出抑制運転は、前記内燃機関の着火遅れ期間を定常運転時よりも長くし、前記内燃機関へと再循環させる前記排気ガスの量を増大させて空燃比を２５未満にするように前記調節手段が作動されることによって実現されることを特徴とする、請求項３〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記ＮＯｘ排出抑制運転は、併設されているモーターを駆動させ、前記内燃機関の負荷を軽減することによって実現されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記モーターと前記内燃機関との負荷配分は、前記算出手段によって算出されたオゾン供給可能量を用いて決定されることを特徴とする、請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１】
内燃機関から排出された排気ガスを、触媒を用いて浄化する装置であって、
オゾン生成部、及び、該オゾン生成部で生成されたオゾンの濃度を検出する濃度センサを有するオゾン供給手段と、
前記濃度センサによって検出されたオゾン濃度を用いて、前記排気ガスへと供給されるオゾンの供給可能量を算出する算出手段と、
前記排気ガスに含まれるＮＯｘ量を検出する検出手段と、
前記触媒の温度を検出する温度センサと、を備え、
前記温度センサによって検出された前記触媒の温度が活性温度未満であって、且つ、前記算出手段によって算出されたオゾン供給可能量が前記検出手段によって検出されたＮＯｘ量よりも少ない場合に、ＮＯｘ排出抑制運転が行われることを特徴とする、内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記オゾン供給手段は、さらに、前記オゾン生成部とは異なるオゾン貯蔵部を有し、前記濃度センサは、前記オゾン貯蔵部におけるオゾン濃度を検出することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
さらに、前記内燃機関へと再循環させる排気ガスの量を調節する調節手段を有し、
前記温度センサによって検出された前記触媒の温度が活性温度以上であって、且つ、前記触媒のＮＯｘ吸蔵が破過している場合に、前記内燃機関へと再循環させる前記排気ガスの量を増大させて空燃比を１４．６未満にするように前記調節手段が作動されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
前記ＮＯｘ排出抑制運転は、前記内燃機関へと再循環させる前記排気ガスの量を増大させて空燃比を２５未満にするように前記調節手段が作動されることによって実現されることを特徴とする、請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
さらに、前記排気ガスに含まれるＮＯｘを吸着可能な吸着材を有し、
前記温度センサによって検出された前記触媒の温度が活性温度未満であって、且つ、前記吸着材に吸着されたＮＯｘの量が前記吸着材によるＮＯｘ吸着量の飽和量を超えた場合にも、前記内燃機関へと再循環させる前記排気ガスの量を増大させて空燃比を２５未満にするように前記調節手段が作動されることにより、前記ＮＯｘ排出抑制運転が実現されることを特徴とする、請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記ＮＯｘ排出抑制運転は、前記内燃機関の着火遅れ期間を定常運転時よりも長くし、前記内燃機関へと再循環させる前記排気ガスの量を増大させて空燃比を２５未満にするように前記調節手段が作動されることによって実現されることを特徴とする、請求項３〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記ＮＯｘ排出抑制運転は、併設されているモーターを駆動させ、前記内燃機関の負荷を軽減することによって実現されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項８】
前記モーターと前記内燃機関との負荷配分は、前記算出手段によって算出されたオゾン供給可能量を用いて決定されることを特徴とする、請求項７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−２５２４６９（Ｐ２０１１−２５２４６９Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２８４２１（Ｐ２０１０−１２８４２１）
【出願日】平成２２年６月４日（２０１０．６．４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月４日（２０１０．６．４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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