JP6447486B2 - 放電制御装置、ガス供給装置及び放電制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、放電制御装置、ガス供給装置及び放電制御方法に関する。

従来より、電極からの放電によりガスを改質するガス改質装置が知られている。例えば特許文献１では、内燃機関からの排気が通る排気通路に供給管が接続されており、電極からの放電によりオゾンを生成するオゾン生成部がガス改質装置として供給管に設けられている。この構成では、電圧の印加に伴って電極に流れる電流が電流検出回路により検出され、電極からの放電が発生したか否かの判定が電流の検出値に基づいて行われる。

特開２０１５−１８３６８２号公報

しかしながら、例えばノイズ等により電流の検出精度が低下した場合、電極からの放電が発生したか否かの判定精度も低下しやすくなってしまう。特に、電極に電圧を印加するための電源回路内に電流検出回路が設けられた構成では、電源回路にて発生したノイズが電流検出回路の検出値に含まれやすく、電極からの放電が発生したか否かを判定することが困難になってしまう。この場合、電極への印加電圧が小さ過ぎて放電が生じないことや、印加電圧が大き過ぎて放電に際しても電力効率が低下することが懸念される。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、ガスの改質を確実に行いつつ、電力効率の向上を図った放電制御装置、ガス供給装置及び放電制御方法を提供することにある。

以下、課題を達成するための発明の技術的手段について、説明する。なお、発明の技術的手段を開示する特許請求の範囲及び本欄に記載された括弧内の符号は、後に詳述する実施形態に記載された具体的手段との対応関係を示すものであり、発明の技術的範囲を限定するものではない。

上述の課題を解決するために開示された第１の発明は、
内燃機関（１０）の排気が流れる排気通路（１６）に接続されたガス通路（３１）に設けられ、電極（４１）からの放電によりガスの改質を行うガス改質装置（３２）、の動作制御を行う放電制御装置（６０）であって、
ガス通路においてガス改質装置の上流側及び下流側のそれぞれに設けられガスの温度を検出する温度センサ（３７ａ，３７ｂ）の検出結果を用いて、ガス改質装置から流れ出るガスの温度をガス温度（Ｔ）として取得する温度取得部（Ｓ２０４，Ｓ２０９，Ｓ３０１，Ｓ３０５）と、
温度取得部の取得結果を用いてガス温度の上昇量（ΔＴ）を取得する上昇量取得部（Ｓ２１０，Ｓ３０６）と、
電極からの放電が生じる電圧を探索するべく、電極に印加される探索電圧（Ｖｓ）を可変設定する電圧設定部（７４）と、
電圧設定部により探索電圧が増加するように設定された場合に、探索電圧の所定の増加量（Ｖａｄｄ）に対するガス温度の上昇量があらかじめ定められた判定値（Ａ）より大きいか否かを判定する温度判定部（Ｓ２１１，Ｓ３０７）と、
ガス温度の上昇量が判定値より大きくなった場合の探索電圧を、ガス改質装置において放電が開始される放電開始電圧（Ｖｄｉｓ）として取得する電圧取得部（Ｓ２１５）と、
を備えている。

発明者らは、電極からの放電が発生する場合、電界の中で電子雪崩が発生することで電極周辺のガスの温度が上昇しやすい、という知見を得た。この知見によれば、電極からの放電が発生している場合と発生していない場合とで、ガス改質装置から流れ出るガス温度の上昇量が異なる。

これに対して、第１の発明によれば、電極に印加される探索電圧の増加に伴って、ガス温度の上昇量が判定値より大きいか否かの判定が行われるため、ガス温度の上昇量が判定値より大きくなった電圧を放電の開始を示す放電開始電圧として取得することができる。この場合、例えば電極周辺のガス圧力やガス改質装置の個体差、経年劣化等により放電の発生しやすさが異なっていたとしても、放電開始電圧を精度良く探索することができる。このため、排気の後処理等を目的としてガス改質装置によりガスの改質を行う場合に、電極に放電開始電圧を印加したにもかかわらずガスの改質が行われないということや、電極への電圧印加に伴う電力消費量が過剰に大きいということを回避できる。したがって、ガスの改質を確実に行いつつ、電力効率の向上を図ることができる。
開示された１つの発明は、
電極（４１）からの放電によりガスの改質を行うガス改質装置（３２）の動作制御を行う放電制御装置（６０）であって、
ガス改質装置から流れ出るガスの温度をガス温度（Ｔ）として取得する温度取得部（Ｓ２０４，Ｓ２０９，Ｓ３０１，Ｓ３０５）と、
電極からの放電が生じる電圧を探索するべく、電極に印加される探索電圧（Ｖｓ）を可変設定する電圧設定部であって、電極への電圧の印加を開始する場合に、探索電圧をあらかじめ定められた初期電圧（Ｖｂａｓｅ）に設定する電圧設定部（７４）と、
電圧設定部により探索電圧が増加するように設定された場合に、探索電圧の所定の増加量（Ｖａｄｄ）に対するガス温度の上昇量（ΔＴ）があらかじめ定められた判定値（Ａ）より大きいか否かを判定する温度判定部（Ｓ２１１，Ｓ３０７）と、
ガス温度の上昇量が判定値より大きいと温度判定部により判定された場合に、電極への初期電圧の印加を停止する初期停止部（Ｓ２１６）と、
を備え、
電圧設定部は、初期停止部により初期電圧の印加が停止された後に、電極への電圧の印加を再開する場合に、初期電圧を所定値だけ小さい電圧に更新し、
温度判定部は、電極への電圧の印加が初期電圧にて開始された場合に、ガス温度の上昇量が判定値より大きいか否かを判定するものである。

上述の課題を解決するために開示された第２の発明は、
電極（４１）からの放電によりガスの改質を行うことでオゾンを生成するガス改質装置（３２）と、
内燃機関（１０）から延びる内燃通路（１６）に接続され、ガス改質装置により生成されたオゾンを内燃通路に供給するオゾン通路（３１）と、
ガス改質装置から流れ出るガスの温度を検出する温度センサ（３７ａ）と、
ガス改質装置の動作制御を行う制御装置（６０）と、
を備え、
制御装置は、
ガス改質装置から流れ出るガスの温度をガス温度（Ｔ）として取得する温度取得部（Ｓ２０４，Ｓ２０９，Ｓ３０１，Ｓ３０５）と、
電極からの放電が生じる電圧を探索するべく、電極に印加される探索電圧（Ｖｓ）を可変設定する電圧設定部であって、電極への電圧の印加を開始する場合に、探索電圧をあらかじめ定められた初期電圧（Ｖｂａｓｅ）に設定する電圧設定部（７４）と、
電圧設定部により探索電圧が増加するように設定された場合に、探索電圧の所定の増加量（Ｖａｄｄ）に対するガス温度の上昇量（ΔＴ）があらかじめ定められた判定値（Ａ）より大きいか否かを判定する温度判定部（Ｓ２１１，Ｓ３０７）と、
ガス温度の上昇量が判定値より大きいと温度判定部により判定された場合に、電極への初期電圧の印加を停止する初期停止部（Ｓ２１６）と、
を備え、
電圧設定部は、初期停止部により初期電圧の印加が停止された後に、電極への電圧の印加を再開する場合に、初期電圧を所定値だけ小さい電圧に更新し、
温度判定部は、電極への電圧の印加が初期電圧にて開始された場合に、ガス温度の上昇量が判定値より大きいか否かを判定するものである。

第２の発明によれば、ガス改質装置から流れ出るガスの温度が温度センサにより検出されるため、電極に印加される電圧を増加させた場合に、このガスの温度の上昇量を取得することができる。このため、上記第１の発明と同様の効果を奏することができる。

上述の課題を解決するために開示された第３の発明は、
電極（４１）からの放電によりガスの改質を行うガス改質装置（３２）の動作制御を行う放電制御方法であって、
ガス改質装置から流れ出るガスの温度をガス温度（Ｔ）として取得し（Ｓ２０４，Ｓ２０９，Ｓ３０１，Ｓ３０５）、
電極からの放電が生じる電圧を探索するべく、電極に印加される探索電圧（Ｖｓ）を可変設定し（７４）、
電極への電圧の印加を開始する場合に、探索電圧をあらかじめ定められた初期電圧（Ｖｂａｓｅ）に設定し（７４）、
探索電圧が増加するように設定された場合に、探索電圧の所定の増加量（Ｖａｄｄ）に対するガス温度の上昇量（ΔＴ）があらかじめ定められた判定値（Ａ）より大きいか否かを判定し（Ｓ２１１，Ｓ３０７）、
ガス温度の上昇量が判定値より大きいと判定された場合に、電極への初期電圧の印加を停止し（Ｓ２１６）、
初期電圧の印加が停止された後に、電極への電圧の印加を再開する場合に、初期電圧を所定値だけ小さい電圧に更新し（７４）、
電極への電圧の印加が初期電圧にて開始された場合に、ガス温度の上昇量が判定値より大きいか否かを判定する（Ｓ２１１，Ｓ３０７）。

第３の発明によれば、上記第１の発明と同様の効果を奏する。

第１実施形態における燃焼システムの構成を示す図。 ガス温度とオゾン濃度との関係を示す図。 放電リアクタの内部圧力と火花電圧との関係を示す図。 放電リアクタの構成を示す図。 オゾン管理処理の手順を示すフローチャート。 探索処理の手順を示すフローチャート。 初期電圧で放電が発生しなかった場合の探索電圧とガス温度及び温度変化との関係を示す図。 初期電圧で放電が発生した場合の探索電圧とガス温度及び温度変化との関係を示す図。 第２実施形態における探索処理の手順を示すフローチャート。 探索電圧が上限値より小さい値で放電が発生した場合の探索電圧とガス温度及び温度変化との関係を示す図。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施形態において対応する構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部分のみを説明している場合、当該構成の他の部分については、先行して説明した他の実施形態の構成を適用することができる。また、各実施形態の説明において明示している構成の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示していなくても複数の実施形態の構成同士を部分的に組み合せることができる。

（第１実施形態）
図１に示す燃焼システムは、エンジン１０、ＬＮＴ１２、ＤＰＦ１３を備えている。燃焼システムは車両に搭載されたものであり、この車両は、エンジン１０の出力を駆動源として走行する。エンジン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、炭化水素化合物である軽油を用いている。エンジン１０には、このエンジン１０に空気を供給する吸気通路と、エンジン１０からの排気を放出する排気通路１６とが接続されている。排気通路１６は、排気マニホールドを介してエンジン１０の排気側に接続されている。なお、エンジン１０が内燃機関に相当する。

ＬＮＴ１２（Lean NOx Traps）は、窒素酸化物ＮＯｘを浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒であり、排気通路１６に設けられている。ＤＰＦ１３（Diesel Particulate Filter）は、排気に含まれた微粒子を捕集する微粒子捕集装置であり、ＬＮＴ１２の下流側に配置されている。ＤＰＦ１３にて捕集される微粒子には、粒子状物質ＰＭ（Particulate Matter）が含まれている。排気通路１６を流れる排気は、ＬＮＴ１２及びＤＰＦ１３の両方を通過した後に、排気出口１６ａから放出される。なお、ＬＮＴ１２及びＤＰＦ１３が排気浄化装置を構成している。

燃焼システムは、排気通路１６においてＬＮＴ１２の上流側にオゾンＯ３を供給するオゾン供給装置３０を有している。オゾン供給装置３０から排気通路１６にオゾンが供給された場合、オゾンにより排気中のＮＯがＮＯ_２に酸化されることでＮＯ_２の割合が増加し、その結果、ＬＮＴ１２でのＮＯｘ吸蔵率が向上する。オゾン供給装置３０は、排気通路１６にオゾンを供給する供給状態と、オゾンを供給しない停止状態とに移行可能になっている。

また、燃焼システムは、図示しない過給機を有している。過給機は、排気タービン、回転軸及びコンプレッサを備える。排気タービンは、エンジンの排気通路１６に配置され、排気の運動エネルギにより回転する。回転軸は、排気タービン及びコンプレッサの各インペラを結合することで、排気タービンの回転力をコンプレッサに伝達する。コンプレッサは、吸気通路に配置されており、吸気を圧縮してエンジン１０に過給する。

オゾン供給装置３０は、排気通路１６に接続されたオゾン通路３１と、空気等のガスに対して放電を発生させることでオゾンを生成する放電リアクタ３２と、放電リアクタ３２にガスを送るエアポンプ３３と、オゾン通路３１における排気の逆流を遮断する排気遮断弁３４とを有している。なお、排気通路１６が、オゾン通路３１からオゾンが供給される内燃通路に相当する。

また、オゾン供給装置３０は、オゾン通路３１の内部圧力をガス圧力として検出する圧力センサ３５と、オゾン通路３１のガス流量を検出する流量センサ３６と、ガスの温度を検出する温度センサ３７ａ，３７ｂと、ガスの湿度を検出する湿度センサ３８と、オゾンを検出するオゾンセンサ３９とを有している。放電リアクタ３２の下流側に設けられた下流温度センサ３７ａは、放電リアクタ３２から流れ出るガスの温度を検出し、放電リアクタ３２の上流側に設けられた上流温度センサ３７ｂは、放電リアクタ３２に流れ込むガスの温度を検出する。

オゾン通路３１においては、その上流端にエアポンプ３３が設けられており、エアポンプ３３と排気通路１６との間に放電リアクタ３２が設けられている。エアポンプ３３は、遠心式のエアポンプであり、電動モータにより駆動されるインペラをケース内に収容して構成される。エアポンプ３３は、大気を吸入する吸入口３３ａを有しており、この吸入口３３ａはケースに形成されている。エアポンプ３３は、送風状態に移行する送風部であり、送風量を変化させることが可能になっている。なお、エアポンプ３３の吸入口３３ａがオゾン通路３１の上流端を形成している。

放電リアクタ３２は、放電を発生させることでガスの改質を行うガス改質装置であり、オゾン生成部やオゾナイザと称することもできる。本実施形態の放電リアクタ３２は、エアポンプ３３から送られた空気中の酸素からオゾンを生成する。この場合、オゾン供給装置３０は、放電リアクタ３２にて改質されたガスを排気通路１６に供給するガス供給装置に相当する。

放電リアクタ３２は、その内部に流通路４２ａを形成するハウジング４２を備え、流通路４２ａには複数の電極４１が配置されている。これらの電極４１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４１と接地電圧の電極４１とが交互に配置されている。各電極４１は、放電リアクタ３２の上流側から下流側に向けて延びている。放電リアクタ３２のハウジング４２には、エアポンプ３３により送風されたガスが流入する。このガスは、ハウジング４２内の流通路４２ａに流入し、電極４１間の通路である電極間通路４１ａを流通する。

放電リアクタ３２の電極４１に電圧が印加されると、電極４１から放出された電子が、電極間通路４１ａのガスに含まれる酸素分子に衝突し、酸素分子から２個の酸素原子が発生する。そして、この酸素原子が他の酸素分子と結合することでオゾンＯ_３が生成される。ここで、電子が酸素分子に衝突した場合、２個の酸素原子が発生するとともに２個の電子が放出され、これら電子が更に別の酸素分子に衝突する。電極４１への印加電圧が十分に大きい場合、放電リアクタ３２においては、電子雪崩が発生することで加速度的に電子数が増加して放電が開始され、その放電に伴って生成されたオゾンが放電リアクタ３２から流れ出ることになる。

発明者らは、放電リアクタ３２において放電が開始された場合にはガスの温度が短時間で急峻に上昇する、という知見を得た。例えば、図２に示すように、放電が発生するほどに高い電圧がタイミングｔａにて電極４１に印加された場合、放電リアクタ３２に流入するガスの温度がタイミングｔａの前後で大きな変化がない。この場合でも、放電リアクタ３２から流出するガスの温度はタイミングｔａから急激に上昇している。そして、放電が発生している期間においては、流出ガスの温度が流入ガスの温度より継続して高くなっている。また、電極４１への電圧印加が開始されてから微小時間だけ経過した後には、放電の開始に伴ってオゾンが生成されることで、オゾン濃度が急激に高くなっている。オゾン濃度が高い状態は、放電が発生している期間において継続される。

ここで、酸素分子は、ガスに含まれた気体分子の一種類に過ぎず、放電リアクタ３２においては、電子雪崩が発生している場合に電子が衝突しても分解しない気体分子が多数存在する。電子が衝突しても分解しない気体分子は、電子の衝突に伴って振動し、熱を発生する。電子雪崩の発生に伴って放電が開始された場合、熱を発生する気体分子が電子雪崩の発生に伴って多数存在していることで、ガスの温度が短時間で上昇することになる。

なお、電極４１から放電された電子が窒素分子に衝突した場合、窒素分子から２個の窒素原子が発生する。そして、この窒素原子が酸素分子と結合することでＮＯ_２が生成される。すなわち、ＮＯｘが生成される。また、酸素分子が分解することで発生した酸素原子が窒素分子と結合することで、亜酸化窒素Ｎ_２Ｏが笑気ガスとして生成される。ちなみに、放電が開始された場合、Ｎ_２Ｏが生成される量は、オゾンが生成される量の１／２００程度である。

放電リアクタ３２においては、放電の発生しやすさが内部圧力に応じて変化する。パッシェンの法則によれば、図３に示すように、放電が発生する電圧である火花電圧と気体圧力との関係が曲線で示され、横軸の値がＸａからＸｂに増加した場合に、縦軸の値もＹａからＹｂに増加する。ここで、横軸の値は、対向する電極４１の間の離間距離と内部圧力との積であり、離間距離が一定であれば、内部圧力が増加することで火花電圧も大きくなる。換言すれば、内部圧力が低下することで低い電圧で放電が発生しやすくなる。なお、放電リアクタ３２の内部圧力は、圧力センサ３５により検出されるガス圧力とほぼ同じになっている。

図４に示すように、電極４１は、以下に説明する基材４４、電極線４５および誘電体膜４６を有して構成されている。基材４４は、誘電体で形成された板状である。基材４４には電極線４５が設けられ、さらに、電極線４５を覆う誘電体膜４６が基材４４に設けられている。つまり、基材４４表面の全体は、印刷された電極線４５を内包するように誘電体膜４６により覆われている。

具体的には、図４に示す複数の電極４１のうち、両端に位置する電極以外については、基材４４の両面に電極線４５が印刷されている。電極線４５は、基材４４表面の全体に分布するように、基材４４表面に沿って蛇行して延びる線状である。電極４１の断面を表した図４では、同一の基材４４上に複数の電極線４５が配置されているように見えるが、電極線４５は複数に分岐して延びる形状であり、図４で表現される上記複数の電極線４５は、平面視においては互いに繋がっている。図４に示す複数の電極４１のうち、両端に位置する電極については、基材４４の片面に電極線４５および誘電体膜４６が設けられている。

なお、図４では、電極線４５の断面積を模式的に誇張して表現しているため、誘電体膜４６と基材４４の間に空間が存在するように図示されている。しかし、実際にはこのような空間は存在しておらず、誘電体膜４６は、電極線４５を内包した状態で基材４４に密着している。

図４に示す４つの電極４１のうち、一番下に位置する電極４１およびその２つ上に位置する電極４１は、先述した印加電極である。また、一番上に位置する電極４１およびその２つ下に位置する電極４１は、先述した接地電極である。印加電極が有する２つの電極線４５にはパルス電圧が印加される。接地電極が有する２つの電極線４５はいずれも接地されている。つまり、同一の電極４１内に設けられた２つの電極線４５は同電位となっている。接地電極の電極線４５から放出された電子が、電極間通路４１ａを通じて印加電極へ向けて移動する。このように移動する電子が電極間通路４１ａに存在する酸素分子に衝突することにより、オゾンが生成される。

ここで、本実施形態に反し、電極線４５に換えて板状の電極を用いた場合には、電極間通路４１ａに生じる電界の強度分布は均一になる。これに対し本実施形態では、線状の電極線４５を採用するので、電極間通路４１ａに生じる電界は電極線４５の部分に集中する。電極間通路４１ａでは、このように電界が集中した部分を起点に放電（種放電）が生じ、その種放電に誘発されて、電解集中していない部分での放電が生じやすくなる。よって、電極線４５への印加電圧を高くすることなく、電極間通路４１ａでの放電を安定して生じさせることができる。この場合、電極間通路４１ａを、電極４１からの放電が発生する放電空間と称することもできる。

さらに本実施形態では、電極線４５を覆う誘電体膜４６を備えるので、印加電極へ向けて移動した電子は、印加電極の誘電体膜４６の表面に沿って移動するといった、沿面放電が生じるようになる。すると、放電された電子が、電極間通路４１ａに存在する酸素に接触する機会が増大するので、酸素からオゾンが生成される割合が向上する。

図４に示すように、接地電極が有する電極線４５はグランドに接続され、印加電極が有する電極線４５はリアクタ給電部４８に接続されている。リアクタ給電部４８は、車両に搭載されたバッテリ等の電源部４８ａと、電源部４８ａの電圧を変換する変圧部４８ｂとを有しており、電源部４８ａが変圧部４８ｂを介して電極線４５に接続されている。変圧部４８ｂは、電源部４８ａから供給される低圧電力を段階的に昇圧又は降圧することが可能になっている。例えば、１２Ｖの電圧を１５ｋＶまで昇圧することが可能であり、その昇圧幅を１００Ｖ〜５００Ｖまで変更可能になっている。

リアクタ給電部４８は、電源部４８ａの直流電圧からパルス電圧を生成するパルス回路を有している。パルス回路は、電源部４８ａと変圧部４８ｂとの間に設けられており、変圧部４８ｂはパルス電圧の変圧を行う。パルス電圧が電極４１に印加されることで放電が開始された場合、そのパルス電圧に応じた電流が印加電極と接地電極との間を流れる。この電流は、放電による電荷の動きに起因して短時間で増減を繰り返すことで、多くのノイズを含むことになる。

また、リアクタ給電部４８は、電源部４８ａから電極４１への電力供給を停止させることが可能なスイッチ部を有している。スイッチ部は通電状態と遮断状態とに移行可能になっており、スイッチ部が通電状態にある場合に電極４１に電圧が印加され、スイッチ部が遮断状態にある場合に電極４１に電圧が印加されない。

なお、リアクタ給電部４８は、電源部４８ａの直流電圧から交流電圧を生成する交流回路を有していてもよい。この場合、交流回路は、電源部４８ａと変圧部４８ｂとの間に設けられており、変圧部４８ｂは交流電圧の変圧を行う。また、リアクタ給電部４８において、パルス電圧や交流電圧のいずれが生成される場合でも、これら電圧がバースト電圧とされていてもよい。

ここで、電極４１においては、基材４４、電極線４５及び誘電体膜４６がいずれもセラミック等の誘電体により形成されており、パルス電圧を用いた放電により低温プラズマが発生することになる。放電リアクタ３２においては、低温プラズマが発生してもガスが例えば２００度より高温にならず、生成されたオゾンが高温のガスにより分解されるということが生じにくくなっている。

これに対して、例えば電極４１が金属材料により形成された構成では、放電を発生させるためにパルス電圧ではなく直流電圧を使用せざるを得ず、直流電圧による放電では熱プラズマが発生することになる。放電リアクタ３２においては、熱プラズマが発生することで、オゾンが分解されるほどにガスの温度が上昇する。このため、放電に伴ってオゾンが生成されたとしても、そのオゾンが熱で分解されてしまう。

図１に戻り、排気遮断弁３４は、機械式や電磁駆動式の開閉弁であり、オゾン通路３１において放電リアクタ３２と排気通路１６との間に設けられている。排気遮断弁３４は、通気を可能にする開状態と、通気を遮断する閉状態とに移行可能になっており、閉状態が遮断状態に相当する。排気遮断弁３４が開状態にある場合、オゾン通路３１の通路流量は排気遮断弁３４の開度に応じて調整される。オゾン通路３１の通路流量は、排気遮断弁３４が全開状態にある場合に最大になる。なお、排気遮断弁３４が排気遮断部に相当する。

圧力センサ３５は、オゾン通路３１において放電リアクタ３２と排気遮断弁３４との間に設けられている。具体的には、圧力センサ３５は、放電リアクタ３２寄りの位置に配置されている。この場合、圧力センサ３５の検出結果に、排気遮断弁３４の開閉に伴う圧力変化が反映されやすくなっている。なお、圧力センサ３５が圧力検出部に相当する。

流量センサ３６は、エアポンプ３３と放電リアクタ３２との間に設けられており、エアポンプ３３からのガスの吐出量を検出可能になっている。具体的には、流量センサ３６は、エアポンプ３３寄りの位置に配置されている。この場合、流量センサ３６の検出結果に、エアポンプ３３の駆動及び停止に伴うガスの流量変化が反映されやすくなっている。なお、流量センサ３６が流量検出部に相当する。

下流温度センサ３７ａは、放電リアクタ３２と排気遮断弁３４との間において、放電リアクタ３２寄りの位置に設けられている。下流温度センサ３７ａは、放電リアクタ３２及び電源部４８ａに対して電気的に絶縁された状態になっている。例えば、下流温度センサ３７ａは、合成樹脂材料等の絶縁体を介してオゾン通路３１やハウジング４２に取り付けられている。また、下流温度センサ３７ａは、放電リアクタ３２の電極間通路４１ａに対して絶縁されることで電気的に隔離された状態になっている。このため、下流温度センサ３７ａは、オゾン通路３１を形成する配管やハウジング４２、電極４１の温度から影響を受けにくい状態で、放電リアクタ３２から流れ出たガスの温度を検出することになる。

上流温度センサ３７ｂは、放電リアクタ３２とエアポンプ３３との間において、放電リアクタ３２寄りの位置に設けられている。湿度センサ３８は、放電リアクタ３２と湿度センサ３８との間に配置されており、放電リアクタ３２に流れ込むガスの湿度を検出する。オゾンセンサ３９は、オゾン通路３１において排気遮断弁３４と排気通路１６との間に設けられており、排気通路１６寄りの位置に配置されている。

排気通路１６において、オゾン通路３１とＬＮＴ１２との間にはミキサー１６ｂが設けられている。ミキサー１６ｂは、オゾン通路３１から供給されたオゾンと排気とを混合させる混合部であり、ミキサー１６ｂの下流側においては、オゾンによる排気中のＮＯｘの酸化が促進される。

燃焼システムの電気的な構成について説明する。燃焼システムは、制御装置としてのＥＣＵ６０を有している。ＥＣＵ６０は、プロセッサ６１ａ、ＲＡＭ４１ｂ、メモリ６１ｃ及び情報の入出力を行うインターフェース４１ｄを有している。メモリ６１ｃは、書き換え可能な不揮発性の記憶媒体であり、記憶部に相当する。

ＥＣＵ６０は、アクセル開度やエンジン負荷、エンジン回転速度等に基づき、燃料噴射弁の噴射量や噴射圧力、過給機の過給圧力、エンジン１０への吸気量の制御を行う。ここで、ＥＣＵ６０にはアクセル開度センサ６６が接続されている。アクセル開度センサ６６は、運転者により操作されるアクセルペダルに設けられており、アクセルペダルの操作量をアクセル開度として検出可能になっている。この場合、アクセル開度は、アクセルペダルの操作量に基づいて取得される操作パラメータの１つであり、ＥＣＵ６０は、操作パラメータに基づいてエンジン１０の出力制御を行う。

ＥＣＵ６０には、圧力センサ３５、流量センサ３６、下流温度センサ３７ａ、湿度センサ３８、オゾンセンサ３９、排気温度センサ５１、排気圧センサ５２、ＮＯｘセンサ５３、ＰＭセンサ５４、Ａ／Ｆセンサ５５が接続されている。センサ５１〜５５は排気通路１６に設けられている。排気温度センサ５１は、ＬＮＴ１２の上流側及び下流側のそれぞれに配置され、Ａ／Ｆセンサ５５は、ＬＮＴ１２の上流側に配置されている。排気圧センサ５２は、ＤＰＦ１３に対して設けられ、排気通路１６においてＤＰＦ１３の上流側と下流側との圧力差を検出する。また、排気圧センサ５２は、排気通路１６の内部圧力を排気圧力として検出可能になっている。なお、図１においては、センサ５１〜５５とＥＣＵ６０との電気的な接続線の図示を省略している。

ＥＣＵ６０には、エアポンプ３３、排気遮断弁３４及びリアクタ給電部４８がアクチュエータとして接続されている。ＥＣＵ６０は、指令信号を出力することでこれらアクチュエータの動作制御を行う。例えば、リアクタ給電部４８については、電極４１への電圧印加の状態を制御することで、放電リアクタ３２によるオゾンの生成量や生成率を調整する。また、エアポンプ３３については、デューティ制御によりエアポンプ３３への供給電力量を制御することでエアポンプによる送風量を調整する。さらに、排気遮断弁３４については、排気遮断弁３４の開度を増減することでオゾン通路３１のガス流量やガス圧力を調整する。

ＥＣＵ６０は、メモリ６１ｃに記憶された制御プログラムをプロセッサ６１ａにより実行することで、図４に示すＮＯｘ酸化部７１、ＤＰＦ再生部７２、捕集再生部６３及び濃度変更部６４を、機能ブロックとして構築する。

ＥＣＵ６０は、排気中のＮＯｘの酸化を促進させるＮＯｘ酸化部７１と、ＤＰＦ１３が捕集したＰＭを除去するべくＤＰＦ再生を行うＤＰＦ再生部７２とを有している。ＤＰＦ再生部７２は、排気温度を上昇させる処理を行うことでＤＰＦ１３でのＰＭの燃焼を促進する。排気温度を上昇させる処理としては、エンジン１０での燃料噴射量を増加させる処理や、オゾン供給装置３０を供給状態に移行させてオゾンをＤＰＦ１３に供給する処理などが挙げられる。ＮＯｘ酸化部７１は、オゾン供給装置３０を供給状態に移行させる処理を行う。

また、ＥＣＵ６０は、放電リアクタ３２において放電が開始される放電開始電圧Ｖｄｉｓを探索する放電探索部７３と、電極４１への印加電圧を可変設定することが可能な電圧設定部７４とを有している。放電探索部７３は、電極４１により放電が発生する電圧のうち極力小さい電圧を放電開始電圧Ｖｄｉｓとして、この放電開始電圧Ｖｄｉｓをメモリ６１ｃに記憶する。メモリ６１ｃにおいては、放電開始電圧Ｖｄｉｓがガス圧力に対応させて記憶されている。電圧設定部７４は、変圧部４８ｂの動作制御を行うことで、電極４１への印加電圧を増減させることが可能になっている。また、電圧設定部７４は、リアクタ給電部４８の動作制御を行うことで、電極４１への電圧の印加を停止させることも可能になっている。

ＥＣＵ６０は、オゾン供給装置３０のオゾン生成を管理するオゾン管理処理を行う。ここでは、オゾン管理処理について図５を参照しつつ説明する。このオゾン管理処理は、エンジン１０の運転期間中に所定周期で繰り返し実行される。なお、ＥＣＵ６０は、オゾン管理処理をプロセッサ６１ａにより実行する機能を有しており、この機能が放電探索部７３に相当する。また、ＥＣＵ６０が放電制御装置に相当し、オゾン管理処理の手順が放電制御方法に相当する。

図５において、ステップＳ１０１では、排気通路１６にオゾンを供給するか否かを判定する。すなわち、オゾン供給装置３０を供給状態に移行させるか否かを判定する。ここでは、ＬＮＴ１２にＮＯｘ吸着を行わせる必要があるか否かを判定し、ＮＯｘ吸着を行わせる必要がある場合に、オゾンの供給を行うとしてステップＳ１０２に進む。なお、ＬＮＴ１２にＮＯｘ吸着を行わせる場合としては、排気温度が所定温度より高い場合などが挙げられる。

ステップＳ１０２では、エアポンプ３３の運転を開始し、その後、ステップＳ１０３にて、排気遮断弁３４を開状態に移行させる。この場合、エアポンプ３３の出力を最大に設定し、排気遮断弁３４を全開状態に設定する。ステップ１０４では、メモリ６１ｃに記憶されている放電開始電圧Ｖｄｉｓを読み込み、この放電開始電圧Ｖｄｉｓを、放電リアクタ３２にてオゾンを生成させるための生成電圧Ｖとする。この場合、電極４１への印加電圧が生成電圧Ｖになるように電圧設定部７４に電圧設定を行わせる。また、ステップＳ１０４では、圧力センサ３５の検出信号に基づいてガス圧力を取得し、このガス圧力に対応した放電開始電圧Ｖｄｉｓをメモリ６１ｃから読み込む。

ステップＳ１０５では、リアクタ給電部４８を動作させることで電極４１に生成電圧Ｖを印加する。ここでは、圧力センサ３５の検出信号に基づいてガス圧力を取得し、メモリ６１ｃから
ステップＳ１０６では、放電リアクタ３２よりも下流においてオゾン通路３１を流れるオゾンが不足しているか否かを判定する。ここでは、オゾン通路３１から排気通路１６に流れ込むガスのオゾン濃度をオゾンセンサ３９の検出信号に基づいて算出し、オゾン濃度が基準値より小さいか否かを判定する。オゾン濃度が基準値より小さい場合、放電リアクタ３２において放電が発生していないことに起因してオゾンが不足しているとして、ステップＳ１０７に進む。なお、ステップＳ１０５にて電極４１への電圧印加を開始した後、放電リアクタ３２から流れ出たガスがオゾンセンサ３９に到達するのに要する時間だけ待機してからステップＳ１０６の判定処理を行う。

ステップＳ１０７では、放電リアクタ３２において放電を発生させるべく、生成電圧Ｖを増加させる。ここでは、変圧部４８ｂの動作制御を行うことで生成電圧Ｖを上昇値Ｖａだけ増加させる。この場合、電極４１への印加電圧が新たな生成電圧Ｖになるように電圧設定部７４に電圧設定を行わせる。これにより、生成電圧Ｖが増加した分だけ放電リアクタ３２において放電が発生しやすくなる。生成電圧Ｖを増加させた後、ステップＳ１０６に戻り、オゾンが不足しているか否かの判定を再び行う。この場合、放電リアクタ３２において放電が発生するまでステップＳ１０６，Ｓ１０７を繰り返し行うことになる。なお、ステップＳ１０５と同様に、ステップＳ１０７の処理を行った後、放電リアクタ３２から流れ出たガスがオゾンセンサ３９に到達するのに要する時間だけ待機してからステップＳ１０６の判定処理を行う。

ステップＳ１０１にて排気通路１６にオゾンを供給しない場合、ステップＳ１０８に進み、エンジン回転速度や目標噴射量、アクセル開度センサ６６の検出信号等に基づいて、エンジン１０がアイドリング状態にあるか否かを判定する。ステップＳ１０９では、排気圧センサ５２の検出信号に基づいて排気圧力を取得し、この排気圧があらかじめ定められた基準値より小さいか否かを判定する。ここでは、排気圧力が基準値より小さい状態が所定時間だけ継続している場合に、ＹＥＳ判定とする。ＹＥＳ判定される場合としては、車両が速度変化の少ない状態で低速走行や高速走行をしている場合が挙げられる。基準値は、例えば、エアポンプ３３の出力が最大になっている場合に排気通路１６からオゾン通路３１に排気が逆流しない程度の排気圧力の値に設定されている。

ステップＳ１０８，Ｓ１０９のうち一方がＹＥＳ判定の場合、ステップＳ１１０に進み、放電開始電圧Ｖｄｉｓを探索する探索処理を行う。探索処理については、図６を参照しつつ説明する。

図６において、ステップＳ２０１では、エアポンプ３３の運転を開始し、その後、ステップＳ２０２にて、排気遮断弁３４を開状態に移行させる。そして、ステップＳ２０３では、圧力センサ３５の検出信号に基づいてガス圧力を取得し、ステップＳ２０４では、下流温度センサ３７ａの検出信号に基づいて、放電リアクタ３２から流出するガスの温度をガス温度Ｔとして取得する。このステップＳ２０４にて取得したガス温度Ｔは、電極４１に電圧が印加されていない場合に放電リアクタ３２から流出するガスの温度である。

なお、エアポンプ３３の運転を開始し、排気遮断弁３４を開状態に移行させた後、エアポンプ３３による送風が安定するまで待機してからステップＳ２０３，Ｓ２０４の取得処理を行う。また、送風が安定した後、これらステップＳ２０３，Ｓ２０４では、ガス圧力及びガス温度Ｔの取得を複数回行う。このため、放電が開始される前のガス圧力やガス温度Ｔの取得精度が高められる。

ここで、エアポンプ３３については、排気通路１６からオゾン通路３１への排気の逆流が発生しない範囲で極力小さい風量を排気圧力に基づいて算出し、この風量になるように出力を設定する。ここで、探索処理は繰り返し行われるものであり、ガス圧力が前回の探索処理とは異なる値になるように排気遮断弁３４の開度を設定する。これにより、メモリ６１ｃには、異なるガス圧力に対応する放電開始電圧Ｖｄｉｓが複数記憶されていくことになる。

ステップＳ２０５では、放電開始電圧Ｖｄｉｓを探索するための探索電圧Ｖｓを、あらかじめ定められた初期電圧Ｖｂａｓｅに設定し、ステップＳ２０６では、探索電圧Ｖｓを増加させる場合の増加量を追加値Ｖａｄｄとして設定する。このステップＳ２０５では、電極４１への印加電圧が探索電圧Ｖｓになるように電圧設定部７４に電圧設定を行わせる。

これら初期電圧Ｖｂａｓｅ及び追加値Ｖａｄｄについては、オゾン通路３１のガス温度やガス圧力などに基づいて設定する。ここで、放電リアクタ３２の内部においては、ガスの温度が高いほど放電に必要な電圧が小さくなりやすく、ガスの圧力が小さいほど放電に必要な電圧が小さくなりやすい。したがって、例えば、ガス温度が高いほど初期電圧Ｖｂａｓｅや追加値Ｖａｄｄを小さい値に設定し、ガス圧力が小さいほど初期電圧Ｖｂａｓｅや追加値Ｖａｄｄを小さい値に設定する。本実施形態では、初期電圧Ｖｂａｓｅを例えば８ｋＶに設定し、追加値Ｖａｄｄを例えば０．５ｋＶに設定する。なお、前回の探索処理において探索された放電開始電圧Ｖｄｉｓを初期電圧Ｖｂａｓｅとして設定してもよい。

ステップＳ２０７では、探索の回数を示すカウンタｎをｎ＝０に設定する。ステップＳ２０８では、リアクタ給電部４８を動作させることで電極４１への探索電圧Ｖｓの印加を開始する。

ステップＳ２０９では、下流温度センサ３７ａの検出信号に基づいてガス温度Ｔを取得する。このステップＳ２０８にて取得したガス温度Ｔは、電極４１に電圧が印加されている場合に放電リアクタ３２から流出するガスの温度である。ステップＳ２１０では、ステップＳ２０９にて取得したガス温度Ｔから、ステップＳ２０４にて取得したガス温度Ｔを引いた値を、変化温度ΔＴとして算出する。なお、変化温度ΔＴが上昇量に相当する。

ステップＳ２１１では、変化温度ΔＴが放電開始を示す判定値Ａよりも大きいか否かを判定する。ここでは、判定値Ａを、試験やシミュレーション等により得られたデータを用いて、オゾン通路３１のガス流量やガス圧力などに基づいて設定する。ここで、放電開始に伴ってガス温度Ｔが上昇したとしても、ガス流量が大きいほどその上昇量は小さくなりやすい。また、ガス圧力が小さいほど電子が分子に衝突する確率が低下することに起因して、放電開始に伴うガス温度Ｔの上昇量は小さくなりやすい。したがって、例えば、ガス流量が大きいほど判定値Ａを小さい値に設定し、ガス圧力が小さいほど判定値Ａを小さい値に設定する。

なお、ステップＳ２０８にて探索電圧Ｖｓの印加を開始した後、放電リアクタ３２から流れ出たガスが下流温度センサ３７ａに到達するのに要する時間を待機時間として待機してからステップ２１１の判定処理を行う。この場合、ステップＳ２０９，Ｓ２１０では、待機時間においてガス温度Ｔ及び変化温度ΔＴの取得を複数回ずつ行う。このため、探索電圧Ｖｓの印加が開始された後のガス温度Ｔや変化温度ΔＴの取得精度が高められる。

変化温度ΔＴが判定値Ａより大きくない場合、ステップＳ２１２に進み、カウンタｎをインクリメントする。ステップＳ２１３では、初期電圧Ｖｂａｓｅ、追加値Ｖａｄｄ及びカウンタｎを用いて探索電圧Ｖｓを増加させる。具体的には、追加値Ｖａｄｄとカウンタｎとの積を初期電圧Ｖｂａｓｅに加えた値を算出し、この算出値を探索電圧Ｖｓとして設定する。この場合、電極４１への印加電圧が新たな探索電圧Ｖｓになるように電圧設定部７４に電圧設定を行わせる。

ステップＳ２１３の処理後、ステップＳ２０９〜Ｓ２１１の処理を再び行う。この場合、ステップＳ２１１にて変化温度ΔＴが判定値Ａより大きいと判定されるまで、増加させる量を追加値Ｖａｄｄとして探索電圧Ｖｓを段階的に増加させることになる。

なお、ステップＳ２１３の処理の後に行うステップＳ２１１においては、今回のステップＳ２１０の処理にて取得したガス温度Ｔから、前回のステップＳ２１０の処理にて取得したガス温度Ｔを引いた値を、変化温度ΔＴとして算出する。また、ステップＳ２１３にて探索電圧Ｖｓを増加させた後、ステップＳ２０８にて探索電圧Ｖｓの印加を開始した後と同様に、待機時間だけ待機してからステップＳ２１１の判定処理を行い、この待機時間においてステップＳ２０９，Ｓ２１０にてガス温度Ｔ及び変化温度ΔＴの取得を複数回ずつ行う。

ステップＳ２１１にて変化温度ΔＴが判定値Ａより大きい場合、放電リアクタ３２にて放電が開始されたとして、ステップＳ２１４に進む。ステップＳ２１４では、カウンタｎについてｎ＝０であるか否かを判定する。ｎ＝０でない場合、ステップＳ２１５に進み、現在の探索電圧Ｖｓを放電開始電圧Ｖｄｉｓとして、ステップＳ２０３にて取得したガス圧力と、ステップＳ２０４にて取得した放電未発生のガス温度とに対応付けて、メモリ６１ｃに記憶する。また、ステップＳ２１５では、リアクタ給電部４８を動作させることで電極４１への探索電圧Ｖｓの印加を停止する。

ここで、ｎ＝０でない場合は、図７に示すように、初期電圧Ｖｂａｓｅが探索電圧Ｖｓとして電極４１に印加されても変化温度ΔＴが判定値Ａより大きくならなかった場合である。この場合、タイミングｔａにて電極４１への電圧印加が開始された後、変化温度ΔＴが判定値Ａより大きくなるまで探索電圧Ｖｓが追加値Ｖａｄｄずつ増加される。そして、探索電圧Ｖｓが放電が発生するほどに大きな値に設定されたタイミングｔｂにてガス温度Ｔが上昇し始め、変化温度ΔＴが判定値Ａより大きくなる。また、ステップＳ２１１の判定処理が行われる前に待機時間が確保されることで、探索電圧Ｖｓが変更されずに保持時間Ｔｈだけ保持される。

図６の説明に戻り、ステップＳ２１４にて、カウンタｎについてｎ＝０であると判定された場合、初期電圧Ｖｂａｓｅで放電が発生したとして、ステップＳ２１６に進む。初期電圧Ｖｂａｓｅで放電が発生した場合、初期電圧Ｖｂａｓｅよりも小さい印加電圧で放電が発生する可能性があることになる。そこで、ステップＳ２１６にて、リアクタ給電部４８からの給電を停止させることで電極４１への電圧印加を停止させ、ステップＳ２１７にて、探索電圧Ｖｓを初期電圧Ｖｂａｓｅより小さい電圧に設定する。ここでは、探索電圧Ｖｓを初期電圧Ｖｂａｓｅよりも削減値Ｖｃｕｔだけ減少させる。この場合、電極４１への印加電圧が新たな探索電圧Ｖｓになるように電圧設定部７４に電圧設定を行わせる。削減値Ｖｃｕｔについては、初期電圧Ｖｂａｓｅや追加値Ｖａｄｄと同様に、オゾン通路３１のオゾン温度やガス圧力などに基づいて設定する。本実施形態では、削減値Ｖｃｕｔを例えば追加値Ｖａｄｄよりも大きい１．５ｋＶに設定する。

ステップＳ２１７の後、ステップＳ２０８〜Ｓ２１５の処理を行う。ここで、ステップＳ２１６にて電圧印加を停止した後、初期電圧Ｖｂａｓｅで放電が開始されたことで上昇したガス温度Ｔが低下して安定するのに要する時間を待機時間として待機してからステップＳ２０８の電圧印加処理を行う。このように、ガス温度Ｔが安定するまで待機することで、再び放電が開始された場合のガス温度Ｔの変化が明確になりやすい。この結果、態様が探索電圧Ｖｓを減少させて放電開始電圧Ｖｄｉｓの探索を再度行う場合でも、その探索精度が低下しにくい。

なお、ＥＣＵ６０は、ステップＳ２０３，Ｓ２０４，Ｓ２０８，Ｓ２０９，Ｓ２１１，Ｓ２１５，Ｓ２１６の処理を実行する機能を有しており、ステップＳ２０３の処理を実行する機能が圧力取得部に相当する。ステップＳ２０４，Ｓ２０９の処理を実行する機能が温度取得部に相当し、ステップＳ２０８の処理を実行する機能が印加実行部に相当し、ステップＳ２１１の処理を実行する機能が温度判定部に相当する。ステップＳ２１５の処理を実行する機能が記憶実行部に相当し、ステップＳ２１６の処理を実行する機能が初期停止部に相当する。

ここで、ステップＳ２１４にてｎ＝０であると判定された場合は、図８に示すように、初期電圧Ｖｂａｓｅが探索電圧Ｖｓとして電極４１に印加されることで放電が開始した場合である。この場合、電極４１への探索電圧Ｖｓの印加が開始されたタイミングｔａにおいて、ガス温度Ｔが上昇し始め、変化温度ΔＴが判定値Ａより大きくなる。そして、この探索電圧Ｖｓが保持時間Ｔｈだけ確保され、その後、電極４１への探索電圧Ｖｓの印加が停止時間Ｔｏｆｆだけ停止される。この停止時間Ｔｏｆｆは、ステップＳ２１６，Ｓ２１７の後にステップＳ２０８の電圧印加処理が行われる前に確保された待機時間に応じた長さになっている。

探索電圧Ｖｓの印加停止から停止時間Ｔｏｆｆが経過したタイミングｔｃにおいて、初期電圧Ｖｂａｓｅより削減値Ｖｃｕｔだけ小さい探索電圧Ｖｓが電極４１に印加される。これにより、放電開始電圧Ｖｄｉｓの探索が再び開始される。図８には、放電開始電圧Ｖｄｉｓの再検索において、探索電圧Ｖｓを複数段階で増加させた後に放電が開始した例を図示している。この場合、探索電圧Ｖｓが放電が発生するほどに大きな値に設定されたタイミングｔｄにてガス温度Ｔが上昇し始め、変化温度ΔＴが判定値Ａより大きくなる。

ここで、初期電圧Ｖｂａｓｅが探索電圧Ｖｓとして電極４１に印加されることで放電が発生した場合、電極４１への電圧印加を停止させるのではなく、電極４１への電圧印加を継続しつつ、探索電圧Ｖｓを段階的に減少させる方法が考えられる。これに対して、発明者らは、探索電圧Ｖｓを減少させた場合には、探索電圧Ｖｓの増加に伴って放電が開始する電圧を超えて探索電圧Ｖｓが小さくなった状態でも放電が維持される、という知見を得た。すなわち、電極４１への印加電圧と放電との関係にヒステリシスが生じるという知見を得た。このため、探索電圧Ｖｓを減少させる方法では、仮に放電が終了する電圧を取得することができたとしても、その電圧を生成電圧Ｖとして電極４１に印加した場合に放電が開始されないことが懸念される。

ここまで説明した第１実施形態の作用効果を以下に説明する。

第１実施形態によれば、探索電圧Ｖｓの増加に応じたガス温度Ｔの変化温度ΔＴが判定値Ａより大きいか否かの判定がステップＳ２１１にて行われることで、探索電圧Ｖｓにより放電開始電圧Ｖｄｉｓの探索が行われる。この場合、ガス圧力やガス流量、放電リアクタ３２の個体差、放電リアクタ３２の経年劣化等により放電の発生電圧が異なっていたとしても、その電圧を放電開始電圧Ｖｄｉｓとして精度良く取得することができる。このため、排気通路１６でのＮＯｘの酸化等を目的として放電リアクタ３２によりオゾンを発生させる場合に、放電開始電圧Ｖｄｉｓを生成電圧Ｖとして電極に印加したにもかかわらず放電が開始せずにオゾンが生成されないということを抑制できる。また、この場合、生成電圧Ｖが過剰に高いことでオゾンの生成量に対する消費電力が大きく、電力を浪費してしまうことを抑制できる。以上により、放電リアクタ３２に流入したガスの改質を確実に行いつつ、電力効率の向上を図ることができる。

なお、エンジン１０の排気中のＮＯｘは排気規制対象になっており、年々厳しくなることが予想される。この対策として本実施形態では後処理装置としてＬＮＴ１２が車両に搭載されている。ここで、ディーゼルエンジンの後処理装置としてはＬＮＴ１２の他にも尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）があり、ガソリンエンジンの後処理装置としては３元触媒がある。これら後処理装置においては、ＮＯｘを浄化する上で排気温度が重要な役割を担っており、排気がある程度の温度に達していないとＮＯｘ浄化触媒の活性が高くなりにくい等の理由によりＮＯｘの浄化性能が発揮されにくい。このため、将来のＮＯｘ浄化にとって排気温度が低い状態への対策が重要な課題である。

この課題を更に分析すると、ＮＯｘ浄化触媒の活性が高くなっていないことで、ＮＯｘ浄化触媒によるＮＯｘ浄化の過程で必要なＮＯの酸化が行われにくいことが原因になっており、排気温度が低い状態でＮＯを酸化させる技術が重要な技術になる。放電リアクタ３２は、酸素分子からオゾンを生成するものであり、空気を原料としてオゾンを生成することができる。また、オゾンは低温でもＮＯに直接反応してそのＮＯを酸化させることができるため、排気温度が低い状態への対策として有用な技術である。

また、上述したように、放電開始電圧Ｖｄｉｓを探索することで生成電圧Ｖを極力小さい値にすることが可能であるため、放電リアクタ３２やリアクタ給電部４８の大型化を抑制することができる。これは、電極４１への印加電圧が大きいほど放電リアクタ３２やリアクタ給電部４８に付与する絶縁構造が大型化したり、高電圧を生成するために変圧部４８ｂが大型化したりしやすくなるためである。さらに、放電に必要な電圧はガス温度やガス圧力、ガスの組成、放電リアクタ３２、リアクタ給電部４８のばらつきによっても変わるため、確実に放電させるにはより高い電圧を設定することになる。このため、放電リアクタ３２やリアクタ給電部４８に対する絶縁性の要求が高くなり、これら放電リアクタ３２やリアクタ給電部４８が大型化することになる。

第１実施形態によれば、放電開始電圧Ｖｄｉｓの探索に際して、探索電圧Ｖｓが段階的に増加されるため、その探索電圧Ｖｓを保持時間Ｔｈだけ保持することが可能になる。このため、現在の探索電圧Ｖｓで放電が発生し始めたにもかかわらず、その放電の発生が変化温度ΔＴに反映される前のタイミングで探索電圧Ｖｓが増加されてしまう、ということを回避できる。この場合、放電を発生させることが可能な電圧のうち極力小さい電圧を放電開始電圧Ｖｄｉｓとして探索されることになるため、オゾンの生成量に対する消費電力を低減することができる。

第１実施形態によれば、放電開始電圧Ｖｄｉｓの探索に際して初期電圧Ｖｂａｓｅから開始されるため、例えば探索電圧Ｖｓが「０」から開始される構成に比べて、探索時間を短縮できる。また、本実施形態のように探索電圧Ｖｓが段階的に増加される構成では、追加値Ｖａｄｄを小さくするほど探索精度が向上するが、追加値Ｖａｄｄを小さくするほど探索時間が長くなってしまう。これに対して、初期電圧Ｖｂａｓｅが極力高い電圧に設定されることで、探索精度を向上させつつ、探索時間の長期化を抑制することができる。

第１実施形態によれば、初期電圧Ｖｂａｓｅを探索電圧Ｖｓとして電極４１に印加することで放電が発生した場合、電極４１への探索電圧Ｖｓの印加が一旦停止された後に、探索電圧Ｖｓを減少させた状態で電極４１への探索電圧Ｖｓの印加が再開される。このため、例えば電極４１への探索電圧Ｖｓの印加が停止されずに探索電圧Ｖｓを減少させた場合とは異なり、放電と電圧との関係に生じるヒステリシスを無視することができる。したがって、探索電圧Ｖｓの減少に伴って放電開始電圧Ｖｄｉｓの探索精度が低下するということを抑制できる。

第１実施形態によれば、探索処理により探索された放電開始電圧Ｖｄｉｓがガス圧力に対応させてメモリ６１ｃに記憶されている。このため、放電が開始される電圧がガス圧力に応じて変化するとしても、そのガス圧力に応じた放電開始電圧Ｖｄｉｓを生成電圧Ｖとして選択することで、排気通路１６でのＮＯｘの酸化等を目的としたオゾン生成を確実に実施できる。

第１実施形態によれば、排気圧力が基準値より小さい場合にステップＳ１１０の探索処理が行われるため、エアポンプ３３の出力を極力小さく抑えることができる。排気がオゾン通路３１を逆流しない程度に排気圧力が低い場合には、エアポンプ３３の出力が小さいほどオゾン通路３１のガス圧力が小さくなる。この場合、放電リアクタ３２にて放電が発生する電圧が小さくなりやすいため、リアクタ給電部４８から電極４１に印加する高電圧の低減化を図ることができる。これにより、電力消費量を抑えることや、リアクタ給電部４８での高電圧生成に際して安全性を高めることが可能になる。

第１実施形態によれば、エンジン１０がアイドリング状態にある場合にステップＳ１１０の探索処理が行われるため、放電開始電圧Ｖｄｉｓの探索精度を高めることができる。これは、エンジン１０がアイドリング状態にある場合には排気圧力の変化が小さいことに起因して、オゾン通路３１のガス流量の変化が小さく、ガス温度Ｔが変化しにくい状態にあるためである。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、放電開始電圧Ｖｄｉｓの探索に際して探索電圧Ｖｓが段階的に増加されていたが、第２実施形態では、探索電圧Ｖｓが連続的に増加される。本実施形態では、上記第１実施形態との相違点を中心に、探索処理について図９、図１０を参照しつつ説明する。

図９において、ステップＳ３０１では、放電開始電圧Ｖｄｉｓの探索を行うための準備処理を行う。ここでは、上記第１実施形態のステップＳ２０１〜Ｓ２０５と同じ処理を行う。このため、ステップＳ３０２の処理を行う前の段階で、エアポンプ３３から供給されたガスがオゾン通路３１を流れている。また、探索電圧Ｖｓが初期電圧Ｖｂａｓｅに設定されている。

ステップＳ３０２では、探索電圧Ｖｓを連続的に増加させる場合について、単位時間当たりの増加量を増加率Ｂとして設定する。増加率Ｂについては、現在のオゾン通路３１のガス温度Ｔやガス圧力、ガス流量などに基づいて設定する。例えば、ガス流量が大きいほど放電発生に伴うガス温度Ｔの上昇量が小さくなり、変化温度ΔＴを用いて放電発生の判定を行う際の判定精度が低下しやすい。このため、放電発生の判定精度が低下しにくくガス流量が大きいほど増加率Ｂを小さく設定する。また、第１実施形態での追加値Ｖａｄｄを保持時間Ｔｈで除した値を増加率Ｂとして設定してもよい。

ステップＳ３０３では、上記第１実施形態のステップＳ２０８と同様に、電極４１への探索電圧Ｖｓの印加を開始する。ステップＳ３０４では、増加率Ｂで探索電圧Ｖｓの増加を開始する。ステップＳ３０５〜Ｓ３０７では、上記第１実施形態のステップＳ２０９〜Ｓ２１１と同じ処理を行う。そして、ステップＳ３０７において、変化温度ΔＴが判定値Ａより大きい場合、ステップＳ３０８に進む。

ステップＳ３０８では、変化温度ΔＴが判定値Ａより大きくなった超過タイミングでの探索電圧Ｖｓを取得する。ここでは、探索電圧Ｖｓの印加開始から超過タイミングまでの経過時間と探索電圧Ｖｓと増加率Ｂとに基づいて、超過タイミングでの探索電圧Ｖｓを算出する。ステップＳ３０９では、ステップＳ３０８にて取得した探索電圧Ｖｓを放電開始電圧Ｖｄｉｓとして設定する。

ステップＳ３０７にてガス温度Ｔが判定値Ａより大きくない場合、ステップＳ３１０に進み、探索電圧Ｖｓがあらかじめ定められた上限値Ｖｍａｘより大きいか否かを判定する。上限値Ｖｍａｘは、試験等により得られる値であり、放電リアクタ３２が正常に動作している状態であれば放電が発生する確率が非常に高い値になっている。探索電圧Ｖｓが上限値Ｖｍａｘより大きくない場合には、探索電圧Ｖｓの増加を許容するとしてステップＳ３０５〜Ｓ３０７の処理を行う。一方、探索電圧Ｖｓが上限値Ｖｍａｘより大きい場合には、放電リアクタ３２に異常が発生しているとして、ステップＳ３１１に進む。

ステップＳ３１１では、探索電圧Ｖｓの増加を許容しないとして、上記第１実施形態のステップＳ２１６と同様に、電極４１への探索電圧Ｖｓの印加を停止させる。ステップＳ３１２では、報知処理を行う。この報知処理では、放電リアクタ３２に異常が発生している旨を示す表示をインストルメントパネルの表示装置に行わせる処理や、報知音をスピーカから出力させる処理を行う。

ここで、ステップＳ３０７にて変化温度ΔＴが判定値Ａより大きいと判定された場合は、図１０に示すように、探索電圧Ｖｓが上限値Ｖｍａｘよりも小さい値で放電が発生した場合である。この場合、探索電圧Ｖｓが放電が発生するほどに大きな値に達したタイミングｔｅにてガス温度Ｔが上昇し始め、変化温度ΔＴが判定値Ａより大きくなる。

第２実施形態によれば、放電開始電圧Ｖｄｉｓの探索に際して、探索電圧Ｖｓが連続的に増加されるため、放電が開始した探索電圧Ｖｓを精度良く検出することができる。このため、極力小さい探索電圧Ｖｓを放電開始電圧Ｖｄｉｓとして取得することができる。したがって、放電リアクタ３２にてガスの改質を行う際にオゾンの生成量に対する消費電力を低減することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は、それらの実施形態に限定して解釈されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。

変形例１として、下流温度センサ４７ａは、放電リアクタ３２に対して電気的に絶縁されていれば、放電リアクタ３２の内部に設けられていてもよい。例えば、ハウジング４２の流通路４２ａにおいて電極間通路４１ａではない位置に配置されている。すなわち、放電リアクタ３２の内部において放電空間ではない位置に配置されている。これにより、下流温度センサ４７ａが放電空間から電気的に隔離された構成を実現できる。

変形例２として、放電リアクタ３２が一対の電極４１を複数組有しているのではなく、一対の電極４１を１組だけ有していてもよい。また、電極４１は、基材４４や電極線４５、誘電体膜４６という複数の部材の組み合わせにより形成されているのではなく、１つの板材により１つの電極４１が形成されていてもよい。

変形例３として、第１実施形態の探索処理において、探索電圧Ｖｓを増加させるたびに電極４１への電圧印加を停止してもよい。この場合でも、放電開始電圧Ｖｄｉｓの探索を行うことは可能である。

変形例４として、初期電圧Ｖｂａｓｅや追加値Ｖａｄｄ、削減値Ｖｃｕｔ、上昇値Ｖａ、上限値Ｖｍａｘは、あらかじめ定められた値とされていてもよい。すなわち、これら値がオゾン通路３１のガス圧力やガス流量等に応じて変更されない構成としてもよい。また、追加値Ｖａｄｄは、放電開始電圧Ｖｄｉｓが探索されるまで変更されずに同じ値に設定されるのではなく、放電開始電圧Ｖｄｉｓが探索されるまで変更されて異なる値に設定されてもよい。

変形例５として、上記第２実施形態の探索処理において、初期電圧Ｖｂａｓｅが「０」に設定されていてもよい。この場合でも、探索電圧Ｖｓを増加率Ｂで連続的に増加させることで放電開始電圧Ｖｄｉｓの探索を行うことができる。

変形例６として、オゾン通路３１の圧力センサ３５は、放電リアクタ３２の下流側に設けられているのではなく、放電リアクタ３２の上流側に設けられていてもよく、放電リアクタ３２の内部に設けられていてもよい。いずれの場合でも、圧力センサ３５の検出結果に基づいて、放電リアクタ３２から流れ出るガスの圧力を算出することや推定することが可能である。

変形例７として、ステップＳ１０９にて排気圧力が基準値より小さくない場合でも、排気圧力の変化態様が安定していれば探索処理を行ってもよい。

変形例８として、アイドリングストップ状態などエンジン１０の運転が停止した状態にある場合に探索処理を行ってもよい。この場合、エアポンプ３３を駆動させ且つ排気遮断弁３４を開状態に移行させることで、ガス温度Ｔの変化態様を下流温度センサ３７ａにより取得することが可能になるため、変化温度ΔＴに基づいて放電の開始を検出することができる。

変形例９として、上記第１実施形態の探索処理において、探索電圧Ｖｓを増加させる追加値Ｖａｄｄと、変化温度ΔＴが判定値Ａより大きいか否かの判定を行うための基準とする探索電圧Ｖｓの増加量とが異なっていてもよい。例えば、探索電圧Ｖｓを段階的に増加させるたびに変化温度ΔＴが判定値Ａより大きいか否かの温度判定が行われるのではなく、探索電圧Ｖｓの段階的な増加が複数回行われた後に温度判定が行われる構成とする。

変形例１０として、ＥＣＵ６０のプロセッサ６１ａにより提供されていた機能は、上述のものとは異なるハードウェア及びソフトウェア、或いはこれらの組み合わせによって提供可能である。例えば、ＥＣＵ６０が省略された車両においては、車両制御ＥＣＵの制御回路等の制御回路が、オゾン管理処理や探索処理の一部又は全部を実行してもよい。さらに、上述のものとは異なるハードウェア及びソフトウェア、或いはこれらの組み合わせによって、各機能が提供されてもよい。また、プロセッサ６１ａにて実行されるプログラムを記憶するメモリ６１ｃとしては、フラッシュメモリ及びハードディスク等の種々の非遷移的実体的記憶媒体が採用可能である。

変形例１１として、オゾン通路３１は、エンジン１０への吸気を行う吸気通路に接続されていてもよい。この構成では、放電リアクタ３２にて生成されたオゾンが吸気通路に供給されることで、エンジン１０での燃料の着火性が向上しやすくなる。この場合、吸気通路が内燃通路に相当する。

変形例１２として、燃焼システムが有するエンジン１０は、内燃機関であれば、ディーゼルエンジンではなく、ガソリンエンジンであってもよい。

変形例１３として、放電リアクタ３２を含んで構成された燃焼システムは、車載された内燃機関に限らず、船舶や鉄道車両、航空機等に搭載された内燃機関を有していてもよい。また、発電用の内燃機関を有していてもよい。

変形例１４として、放電リアクタ３２は、エンジン１０を有する燃焼システムに含まれるのではなく、例えば笑気ガスを供給するための医療用装置に含まれていてもよい。これは、上述したように、放電リアクタ３２でのガスの改質に伴ってオゾンに加えて亜酸化窒素Ｎ_２Ｏが生成されるためである。

１０…エンジン（内燃機関）、１６…排気通路、（内燃通路）、３０…オゾン供給装置（ガス供給装置）、３２…放電リアクタ（ガス改質装置）、４１…電極、６０…ＥＣＵ（放電制御装置）、
７４…電圧設定部、Ａ…判定値、Ｔ…ガス温度、ΔＴ…変化温度（上昇量）、Ｖ…探索電圧、Ｖａｄｄ…追加値（増加量）、Ｖｂａｓｅ…初期電圧、Ｖｄｉｓ…放電開始電圧。

Claims (11)

1. 内燃機関（１０）の排気が流れる排気通路（１６）に接続されたガス通路（３１）に設けられ、電極（４１）からの放電によりガスの改質を行うガス改質装置（３２）、の動作制御を行う放電制御装置（６０）であって、
   前記ガス通路において前記ガス改質装置の上流側及び下流側のそれぞれに設けられガスの温度を検出する温度センサ（３７ａ，３７ｂ）の検出結果を用いて、前記ガス改質装置から流れ出るガスの温度をガス温度（Ｔ）として取得する温度取得部（Ｓ２０４，Ｓ２０９，Ｓ３０１，Ｓ３０５）と、
   前記温度取得部の取得結果を用いて前記ガス温度の上昇量（ΔＴ）を取得する上昇量取得部（Ｓ２１０，Ｓ３０６）と、
   前記電極からの放電が生じる電圧を探索するべく、前記電極に印加される探索電圧（Ｖｓ）を可変設定する電圧設定部（７４）と、
   前記電圧設定部により前記探索電圧が増加するように設定された場合に、前記探索電圧の所定の増加量（Ｖａｄｄ）に対する前記ガス温度の上昇量があらかじめ定められた判定値（Ａ）より大きいか否かを判定する温度判定部（Ｓ２１１，Ｓ３０７）と、
   前記ガス温度の上昇量が前記判定値より大きくなった場合の前記探索電圧を、前記ガス改質装置において放電が開始される放電開始電圧（Ｖｄｉｓ）として取得する電圧取得部（Ｓ２１５）と、
   を備えている放電制御装置。
2. 前記電圧設定部は、前記電極への電圧の印加を開始する場合に、前記探索電圧をあらかじめ定められた初期電圧（Ｖｂａｓｅ）に設定するものであり、
   前記温度判定部は、前記電極への電圧の印加が前記初期電圧にて開始された場合に、前記ガス温度の上昇量が前記判定値より大きいか否かを判定するものである請求項１に記載の放電制御装置。
3. 前記ガス温度の上昇量が前記判定値より大きいと前記温度判定部により判定された場合に、前記電極への前記初期電圧の印加を停止する初期停止部（Ｓ２１６）を備え、
   前記電圧設定部は、前記初期停止部により前記初期電圧の印加が停止された後に、前記電極への電圧の印加を再開する場合に、前記初期電圧を所定値だけ小さい電圧に更新するものである請求項２に記載の放電制御装置。
4. 電極（４１）からの放電によりガスの改質を行うガス改質装置（３２）の動作制御を行う放電制御装置（６０）であって、
   前記ガス改質装置から流れ出るガスの温度をガス温度（Ｔ）として取得する温度取得部（Ｓ２０４，Ｓ２０９，Ｓ３０１，Ｓ３０５）と、
   前記電極からの放電が生じる電圧を探索するべく、前記電極に印加される探索電圧（Ｖｓ）を可変設定する電圧設定部であって、前記電極への電圧の印加を開始する場合に、前記探索電圧をあらかじめ定められた初期電圧（Ｖｂａｓｅ）に設定する電圧設定部（７４）と、
   前記電圧設定部により前記探索電圧が増加するように設定された場合に、前記探索電圧の所定の増加量（Ｖａｄｄ）に対する前記ガス温度の上昇量（ΔＴ）があらかじめ定められた判定値（Ａ）より大きいか否かを判定する温度判定部（Ｓ２１１，Ｓ３０７）と、
   前記ガス温度の上昇量が前記判定値より大きいと前記温度判定部により判定された場合に、前記電極への前記初期電圧の印加を停止する初期停止部（Ｓ２１６）と、
   を備え、
   前記電圧設定部は、前記初期停止部により前記初期電圧の印加が停止された後に、前記電極への電圧の印加を再開する場合に、前記初期電圧を所定値だけ小さい電圧に更新し、
   前記温度判定部は、前記電極への電圧の印加が前記初期電圧にて開始された場合に、前記ガス温度の上昇量が前記判定値より大きいか否かを判定するものである放電制御装置。
5. 前記電圧設定部は、前記探索電圧を所定の追加幅（Ｖａｄｄ）で段階的に増加させるものである請求項１〜４のいずれか１つに記載の放電制御装置。
6. 前記電圧設定部は、前記探索電圧を連続的に増加させるものである請求項１〜４のいずれか１つに記載の放電制御装置。
7. 前記ガス改質装置から流れ出るガスの圧力をガス圧力として取得する圧力取得部（Ｓ２０３，Ｓ３０１）と、
   前記圧力取得部により取得された前記ガス圧力と、前記ガス温度の上昇量が前記判定値より大きくなった場合の前記探索電圧とを対応付けて記憶部（６１ｃ）に記憶させる記憶実行部（Ｓ２１５，Ｓ３０９）と、
   を備えている請求項１〜６のいずれか１つに記載の放電制御装置。
8. 前記ガス改質装置は、内燃機関（１０）からの排気が通る排気通路（１６）に改質後のガスを供給するものであり、
   前記排気通路の内部圧力である排気圧力があらかじめ定められた基準値より小さい場合に前記電極への前記探索電圧の印加を開始する印加実行部（Ｓ２０８，Ｓ３０３）を備えている請求項１〜７のいずれか１つに記載の放電制御装置。
9. 前記印加実行部は、前記内燃機関がアイドリング状態にある場合に、前記排気圧力が安定した状態にあるとして、前記電極への前記探索電圧の印加を開始するものである請求項８に記載の放電制御装置。
10. 電極（４１）からの放電によりガスの改質を行うことでオゾンを生成するガス改質装置（３２）と、
    内燃機関（１０）から延びる内燃通路（１６）に接続され、前記ガス改質装置により生成されたオゾンを前記内燃通路に供給するオゾン通路（３１）と、
    前記ガス改質装置から流れ出るガスの温度を検出する温度センサ（３７ａ）と、
    前記ガス改質装置の動作制御を行う制御装置（６０）と、
    を備え、
    前記制御装置は、
    前記ガス改質装置から流れ出るガスの温度をガス温度（Ｔ）として取得する温度取得部（Ｓ２０４，Ｓ２０９，Ｓ３０１，Ｓ３０５）と、
    前記電極からの放電が生じる電圧を探索するべく、前記電極に印加される探索電圧（Ｖｓ）を可変設定する電圧設定部であって、前記電極への電圧の印加を開始する場合に、前記探索電圧をあらかじめ定められた初期電圧（Ｖｂａｓｅ）に設定する電圧設定部（７４）と、
    前記電圧設定部により前記探索電圧が増加するように設定された場合に、前記探索電圧の所定の増加量（Ｖａｄｄ）に対する前記ガス温度の上昇量（ΔＴ）があらかじめ定められた判定値（Ａ）より大きいか否かを判定する温度判定部（Ｓ２１１，Ｓ３０７）と、
    前記ガス温度の上昇量が前記判定値より大きいと前記温度判定部により判定された場合に、前記電極への前記初期電圧の印加を停止する初期停止部（Ｓ２１６）と、
    を備え、
    前記電圧設定部は、前記初期停止部により前記初期電圧の印加が停止された後に、前記電極への電圧の印加を再開する場合に、前記初期電圧を所定値だけ小さい電圧に更新し、
    前記温度判定部は、前記電極への電圧の印加が前記初期電圧にて開始された場合に、前記ガス温度の上昇量が前記判定値より大きいか否かを判定するものであるガス供給装置。
11. 電極（４１）からの放電によりガスの改質を行うガス改質装置（３２）の動作制御を行う放電制御方法であって、
    前記ガス改質装置から流れ出るガスの温度をガス温度（Ｔ）として取得し（Ｓ２０４，Ｓ２０９，Ｓ３０１，Ｓ３０５）、
    前記電極からの放電が生じる電圧を探索するべく、前記電極に印加される探索電圧（Ｖｓ）を可変設定し（７４）、
    前記電極への電圧の印加を開始する場合に、前記探索電圧をあらかじめ定められた初期電圧（Ｖｂａｓｅ）に設定し（７４）、
    前記探索電圧が増加するように設定された場合に、前記探索電圧の所定の増加量（Ｖａｄｄ）に対する前記ガス温度の上昇量（ΔＴ）があらかじめ定められた判定値（Ａ）より大きいか否かを判定し（Ｓ２１１，Ｓ３０７）、
    前記ガス温度の上昇量が前記判定値より大きいと判定された場合に、前記電極への前記初期電圧の印加を停止し（Ｓ２１６）、
    前記初期電圧の印加が停止された後に、前記電極への電圧の印加を再開する場合に、前記初期電圧を所定値だけ小さい電圧に更新し（７４）、
    前記電極への電圧の印加が前記初期電圧にて開始された場合に、前記ガス温度の上昇量が前記判定値より大きいか否かを判定する（Ｓ２１１，Ｓ３０７）放電制御方法。

Images