JP2009264283A - 内燃機関の排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、活性酸素を使用して排気ガス中の有害成分を浄化可能な内燃機関の排気ガス浄化装置において、活性酸素使用量を節減しつつ、優れた浄化性能を得ることを目的とする。
【解決手段】本発明の内燃機関の排気ガス浄化装置は、内燃機関１０の排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルターに、ＮＯｘを浄化する機能を有するＮＯｘ触媒が担持されてなるＮＯｘ触媒付きフィルター２１と、このＮＯｘ触媒付きフィルター２１の上流側に活性酸素を供給する供給口２３を有する活性酸素供給装置２７と、ＮＯｘ触媒付きフィルター２１における粒子状物質の蓄積度合いを判定する蓄積度合い判定手段と、蓄積度合い判定手段の判定結果に基づいて、活性酸素供給装置による活性酸素の供給を制御する制御手段と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気ガス浄化装置に関する。

内燃機関の排気ガス浄化装置として、ＰＭ(Particulate Matter：粒子状物質)を捕集するフィルターにＮＯｘ触媒を担持させてなるＮＯｘ触媒付きフィルターが知られている（例えば、特開２００６−２９１８３３号公報参照）。このようなＮＯｘ触媒付きフィルターは、ＤＰＮＲ(Diesel Particulate-NOx Reduction system)とも呼ばれる。このＮＯｘ触媒付きフィルターによれば、一つの装置でＰＭとＮＯｘを同時に浄化することができる。

ＮＯｘ触媒付きフィルターに蓄積したＰＭの量が多くなると、排気ガスが通過しにくくなり、排圧が上昇する。このため、従来、ＮＯｘ触媒付きフィルターに蓄積したＰＭを除去するためのＰＭ再生処理を定期的に実行するようにしている。このＰＭ再生処理では、排気系燃料添加等の方法によってＮＯｘ触媒付きフィルターの温度を上昇させ、ＰＭを燃焼除去する。しかしながら、この方法では、ＮＯｘ触媒付きフィルターの温度を上昇させるための燃料が必要であるので、燃費が悪化し易いという問題がある。

また、上記従来の技術には、他の問題として、内燃機関の始動直後や低速走行時など、ＮＯｘ触媒付きフィルターの温度が低い場合、つまり触媒が十分に活性化しない場合に、ＮＯｘを十分に浄化することができないという問題がある。

一方、特表２００５−５３８２９５号公報には、排気ガスに含まれるパティキュレートを、酸化性の助剤としてのオゾンを投与することによって除去する方法が開示されている。

特開２００６−２９１８３３号公報 特表２００５−５３８２９５号公報

上記二番目の従来技術によれば、オゾンを用いることにより、排気系燃料添加を行わずに、ＰＭを除去することができる。しかしながら、オゾンを生成するには、電力が必要である。このため、オゾンの使用量が多くなると、やはり燃費の悪化を招来するという問題がある。この点において、未だ改良の余地がある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、活性酸素を使用して排気ガス中の有害成分を浄化可能な内燃機関の排気ガス浄化装置において、活性酸素使用量を節減しつつ、優れた浄化性能を得ることができる内燃機関の排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気ガス浄化装置であって、
内燃機関の排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルターに、ＮＯｘを浄化する機能を有するＮＯｘ触媒が担持されてなるＮＯｘ触媒付きフィルターと、
前記ＮＯｘ触媒付きフィルターの上流側に活性酸素を供給する供給口を有する活性酸素供給装置と、
前記ＮＯｘ触媒付きフィルターにおける粒子状物質の蓄積度合いを判定する蓄積度合い判定手段と、
前記蓄積度合い判定手段の判定結果に基づいて、前記活性酸素供給装置による活性酸素の供給を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記ＮＯｘ触媒付きフィルターに蓄積した粒子状物質を酸化させて除去するための活性酸素量を算出する粒子状物質除去用活性酸素量算出手段と、
ＮＯｘを浄化するための活性酸素量を算出するＮＯｘ浄化用活性酸素量算出手段と、
前記粒子状物質除去用活性酸素量算出手段により算出された活性酸素量と、前記ＮＯｘ浄化用活性酸素量算出手段により算出された活性酸素量とに基づいて、前記活性酸素供給装置による活性酸素の供給量を制御する供給量制御手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記制御手段は、前記粒子状物質の蓄積度合いが所定度合いより小さいと判定された場合には、前記粒子状物質を酸化させて除去するための活性酸素の供給を抑制または停止することを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記供給口または前記ＮＯｘ触媒付きフィルターの代表温度を取得する代表温度取得手段と、
前記代表温度が所定値を超えている場合に、前記活性酸素供給装置による活性酸素の供給を抑制する供給抑制手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記活性酸素供給装置は、活性酸素としてオゾンを供給することを特徴とする。

第１の発明によれば、ＮＯｘ触媒付きフィルターの上流側に活性酸素を供給することができる。これにより、内燃機関の始動直後や低速走行時など、ＮＯｘ触媒付きフィルターが低温の場合であっても、ＮＯｘと粒子状物質（ＰＭ）とを同時に低減することができる。この場合、活性酸素によるＰＭの酸化効率は、ＮＯｘ触媒付きフィルターにおけるＰＭの蓄積度合いに応じて異なる。第１の発明によれば、ＰＭの蓄積度合いを判定し、その判定結果に基づいて、活性酸素の供給を制御することができる。このため、第１の発明によれば、ＰＭの酸化効率の高いときに、活性酸素によるＰＭの酸化を実行することができる。よって、活性酸素を無駄なく有効に利用することができるので、活性酸素の使用量を低減でき、燃費の改善が図れる。

第２の発明によれば、ＮＯｘ触媒付きフィルターに蓄積したＰＭを酸化させて除去するための活性酸素量と、ＮＯｘを浄化するための活性酸素量とをそれぞれ算出し、それらに基づいて、活性酸素の供給量を制御することができる。これにより、活性酸素の供給をより適切に制御することができるので、活性酸素を更に無駄なく有効に利用することができる。また、ＮＯｘおよびＰＭをより確実に低減することもできる。

第３の発明によれば、ＰＭの蓄積度合いが所定度合いより小さいと判定された場合には、ＰＭを酸化させて除去するための活性酸素の供給を抑制または停止する。ＰＭの蓄積度合いが小さい場合には、活性酸素によるＰＭの酸化効率が低下する。第３の発明によれば、このような場合に、ＰＭの酸化に活性酸素を利用することを回避するので、全体として、活性酸素を更に無駄なく有効に利用することができる。

第４の発明によれば、活性酸素の供給口またはＮＯｘ触媒付きフィルターの温度が高い場合に、活性酸素の供給を抑制することができる。活性酸素の供給口やＮＯｘ触媒付きフィルターの温度が高い場合には、添加した活性酸素が分解し易いので、活性酸素添加による効果が得にくい。また、そのような場合には、活性酸素を添加しなくても、ＮＯｘやＰＭをＮＯｘ触媒付きフィルターで十分に低減することができるので、活性酸素を添加する必要性も小さい。第４の発明によれば、このような場合に活性酸素の供給を抑制することにより、無駄な活性酸素の供給を回避することができるので、活性酸素の使用量を更に節減することができる。

第５の発明によれば、活性酸素としてオゾンを用いることにより、上記効果をより顕著に発揮させることができる。

実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態のシステムは、内燃機関１０を備えている。本実施形態において、内燃機関１０は、４つの気筒１３を備えた４気筒型の圧縮着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）である。本実施形態の内燃機関１０は、ターボチャージャ１９を備えている。ターボチャージャ１９のコンプレッサにより圧縮された吸入空気は、吸気マニホールド１１を介して各気筒１３に流入する。各気筒１３には、それぞれ、筒内に直接に燃料を噴射する燃料インジェクタ１４が設けられている。各燃料インジェクタ１４には、コモンレール１８に蓄えられた高圧の燃料が供給される。図示しない燃料タンク内の燃料は、サプライポンプ１７により加圧され、コモンレール１８に供給される。各気筒１３から排出される排気ガスは、排気マニホールド１２で合流し、ターボチャージャ１９のタービンに流入する。タービンを通過した排気ガスは、排気通路１５を流れる。

排気通路１５には、ＮＯｘ触媒付きフィルター２１が設置されている。このＮＯｘ触媒付きフィルター２１は、排気ガスに含まれる粒子状物質(Particulate Matter)を捕集する機能を有するフィルターに、ＮＯｘ触媒を担持させたものである。このＮＯｘ触媒付きフィルター２１によれば、粒子状物質（以下「ＰＭ」と言う）とＮＯｘ（窒素酸化物）とを同時に低減することができる。ＮＯｘ触媒付きフィルター２１は、ＤＰＮＲ（Diesel Particulate-NOx Reduction system）とも称される。

本実施形態のＮＯｘ触媒付きフィルター２１は、ウォールフロータイプのものである。すなわち、このＮＯｘ触媒付きフィルター２１は、例えばコージェライト等の多孔質セラミックからなるハニカム構造体で構成されたフィルターを有している。このハニカム構造体では、上流端が封止されたセルと下流端が封止されたセルとが交互に配列されている。排気ガスは、まず、下流端が封止されたセルに流入する。そして、それらのセルの壁に形成された多数の微細孔を通過して、隣接したセル（つまり上流端が封止されたセル）に移動した後、ＮＯｘ触媒付きフィルター２１の下流へ出てゆく。このようなＮＯｘ触媒付きフィルター２１では、排気ガスが各セルの壁を透過する際に、上記微細孔にＰＭが捕集される。

本実施形態のＮＯｘ触媒付きフィルター２１は、上記のようなフィルターに、吸蔵還元型のＮＯｘ触媒（ＮＳＲ: NOx Storage Reduction）を担持させたものである。すなわち、ＮＯｘ触媒付きフィルター２１は、例えば、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）の表面に、白金Ｐｔ等の貴金属と、ＮＯｘ吸蔵材とが配置された触媒成分を有している。ＮＯｘ吸蔵材としては、例えば、カリウムＫ、ナトリウムＮａ，リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれる少なくとも一つを用いることができる。本実施形態のＮＯｘ触媒付きフィルター２１では、図２に示すように、貴金属としてＰｔが、ＮＯｘ吸蔵材としてＢａが、それぞれ用いられている。なお、本明細書において、「吸蔵」という用語には、「保持」、「吸着」、「吸収」等に類似するすべての概念が含まれるものとする。

ＮＯｘ触媒付きフィルター２１の上流側には、オゾン供給ノズル２２が設置されている。オゾン供給ノズル２２には、複数のオゾン供給口２３が設けられている。オゾン供給ノズル２２には、オゾン供給通路２４を介して、オゾン発生器２５が接続されている。図示の構成では、オゾン供給ノズル２２は、ＮＯｘ触媒付きフィルター２１を収容するケーシング２６の内部であって、ＮＯｘ触媒付きフィルター２１の前方側（上流側）に配置されている。本実施形態では、上述したオゾン発生器２５、オゾン供給通路２４およびオゾン供給ノズル２２により、オゾン供給装置２７が構成されている。

オゾン発生器２５としては、高電圧を印加可能な放電管内に、原料となる乾燥した空気または酸素を流しつつオゾンを発生させる形態や、他の任意の形式のものを用いることができる。ここで原料となる乾燥した空気または酸素は、排気通路１５外から取り込まれる気体、例えば外気に含まれる気体である。

上述したようなオゾン供給装置２７によれば、オゾン発生器２５によってオゾン（Ｏ₃）を生成させ、このオゾンをオゾン供給ノズル２２のオゾン供給口２３から噴射することができる。これにより、ＮＯｘ触媒付きフィルター２１の上流側において、排気ガス中にオゾンを添加することができる。

排気通路１５には、オゾン供給ノズル２２の近傍に温度センサ２８が設置されている。この温度センサ２８によれば、オゾン供給口２３付近の温度を検出することができる。更に、排気通路１５には、ＮＯｘ触媒付きフィルター２１の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧ΔＰを検出する差圧センサ３０が設置されている。触媒付きフィルター２１のＰＭの蓄積量が増加するほど、触媒付きフィルター２１の圧力損失が増大するので、差圧ΔＰが大きくなる。つまり、ＰＭの蓄積量と差圧ΔＰとは、相関する。よって、差圧ΔＰに基づいて、ＰＭの蓄積量（蓄積度合い）を判定することができる。

本実施形態のシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０を更に備えている。ＥＣＵ５０には、前述した燃料インジェクタ１４、オゾン発生器２５、温度センサ２８、差圧センサ３０のほか、クランク角センサ４６、エアフローメータ４７、アクセルポジションセンサ４８等の、内燃機関１０を制御するための各種のセンサおよびアクチュエータが電気的に接続されている。

ＮＯｘ触媒付きフィルター２１の吸蔵材は、硝酸塩（本実施形態ではＢａ（ＮＯ₃）₂）を形成することにより、ＮＯｘを吸収する。吸蔵材は、ＮＯｘのうち、ＮＯ₂，ＮＯ₃あるいはＮ₂Ｏ₅を良好に吸収することができる。一方、排気ガス中に元々含まれるＮＯｘの多くは、ＮＯ（一酸化窒素）である。ＮＯは、そのままでは、吸蔵材に吸収させることができない。そこで、ＮＯｘ触媒付きフィルター２１では、貴金属（本実施形態では白金Ｐｔ）が触媒となることにより、排気ガス中のＮＯと酸素Ｏ₂とが反応してＮＯ₂が生成され、このＮＯ₂を吸蔵材に吸収させるようにしている。

しかしながら、貴金属触媒の活性は、ある温度以上（例えば２００℃以上）にならないと発現しない。よって、ＮＯｘ触媒付きフィルター２１の温度がその温度より低い場合には、ＮＯが貴金属触媒によってＮＯ₂に酸化されないため、ＮＯｘを吸蔵することができない。また、貴金属触媒が十分に活性化するには、より高い温度（例えば３００℃程度）が必要となる。このため、ＮＯｘ触媒付きフィルター２１の温度がその温度より低い場合には、ＮＯｘを十分に吸蔵することができない。

そこで、本実施形態では、ＮＯｘ触媒付きフィルター２１の温度が低いときにＮＯｘが大気中に放出されることを抑制するため、オゾン供給装置２７によりオゾンを供給し、オゾンを排気ガス中に添加することとした。オゾンは、強い酸化力を有している。このため、ＮＯｘとオゾンとは、室温程度の低温から、気相中で反応することができる。

図２は、オゾンとＮＯとが反応して吸蔵材に吸収される様子を示す図である。オゾンが供給されると、排気ガス中のＮＯは、オゾンと反応することにより、ＮＯ₂，ＮＯ₃あるいはＮ₂Ｏ₅へ転換される。吸蔵材Ｂａは、室温程度の低温から、ＮＯ₂，ＮＯ₃あるいはＮ₂Ｏ₅を十分に吸収して、硝酸塩を形成することができる。よって、オゾンを供給することにより、ＮＯｘ触媒付きフィルター２１の低温時であっても、ＮＯｘを吸蔵材に吸収させることができる。このため、本実施形態によれば、内燃機関１０の始動直後や低速走行時など、ＮＯｘ触媒付きフィルター２１の温度が低い場合であっても、大気中へのＮＯｘの放出を十分に抑制することができる。

また、本実施形態では、ＮＯｘ触媒付きフィルター２１に蓄積したＰＭを酸化（燃焼）させて除去する際にも、オゾン供給装置２７によりオゾンを供給し、そのオゾンとＰＭとを反応させることとしている。強い酸化力を有するオゾンによれば、ＮＯｘ触媒付きフィルター２１を高温にすることなく、ＰＭを確実に酸化させて除去することができる。

しかしながら、本発明者らの知見によれば、ＮＯｘ触媒付きフィルター２１のＰＭ蓄積量が少ないときには、オゾンを供給した場合のＰＭの酸化効率（燃焼効率）が低くなり易い。この原因は、次のようなものであると考えられる。ＰＭ蓄積量が少ないと、ＮＯｘ触媒付きフィルター２１の各セルの壁を排気ガスが透過する際の抵抗が小さいので、排気ガスが各セルの壁を透過するのに要する時間が短くなる。このため、排気ガス中に添加されたオゾンと、各セルの壁の中に蓄積したＰＭとの接触時間が短くなる。その結果、オゾンがＰＭと反応する時間が十分に取れなくなり、ＰＭの酸化効率が低下するものと考えられる。ＰＭの酸化効率が低下すると、ＰＭを除去する際に、より多くのオゾンを供給しなければならなくなる。そうすると、オゾンの使用量が増加するので、オゾンの生成に消費される電力が増大し、燃費の悪化を招く。

そこで、本実施形態では、ＰＭの蓄積量が少ない場合、つまりＮＯｘ触媒付きフィルター２１の上流と下流との差圧ΔＰが所定の判定値より小さい場合には、ＰＭを酸化させるためのオゾンの供給を停止することとした。これにより、ＰＭの酸化効率の低下を防止することができ、ＰＭの除去に使用されるオゾン量を低減することができる。

また、本実施形態では、オゾン供給口２３付近の温度が、オゾンが熱分解し易くなるような高温（本実施形態では、３００℃以上とする）になっている場合には、オゾンの供給を停止することとした。このような場合には、オゾンを添加しても、その多くは熱分解してしまうので、ＮＯｘの吸収やＰＭの酸化を促進する効果は得にくい。また、オゾン供給口２３付近の温度がそのような高温にある場合には、ＮＯｘ触媒付きフィルター２１の温度も、貴金属触媒が十分に活性化するような温度以上になっていると判断できる。よって、オゾンを添加しなくても、ＮＯｘを吸蔵材に十分に吸収させることができる。また、ＰＭについても、ＮＯｘ吸蔵反応に伴って発生する活性酸素や排気ガス中に含まれるＯ₂によって、連続的に酸化されることが期待できる。このようなことから、オゾン供給口２３付近の温度が高温である場合には、オゾンを添加する必要性も小さい。本実施形態では、このような場合にオゾンの供給を停止することにより、オゾンの使用量を低減することができ、燃費の改善が図れる。

［実施の形態１における具体的処理］
図３は、上記の機能を実現するために本実施形態においてＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図３に示すルーチンによれば、まず、温度センサ２８によって検出されるオゾン供給口２３付近の温度が、３００℃未満であるか否かが判別される（ステップ１００）。

上記ステップ１００で、オゾン供給口２３付近の温度が３００℃未満であると判定された場合には、次に、ＮＯｘを浄化（吸収）するために必要なオゾンの量が算出される（ステップ１０２）。本実施形態において、ＥＣＵ５０には、エンジン回転数、エンジン負荷、ＮＯｘ触媒付きフィルター２１の温度等の各条件と、ＮＯｘを浄化するために必要なオゾン量との関係を予め調べて作成されたマップが記憶されている。このステップ１０２では、そのマップに基づいて、ＮＯｘを浄化するためのオゾン量が算出される。

続いて、差圧センサ３０で検出される差圧ΔＰが、所定の判定値α未満であるか否かが判別される（ステップ１０４）。このステップ１０４で、差圧ΔＰが判定値α以上であった場合には、ＮＯｘ触媒付きフィルター２１のＰＭ蓄積量は多いので、ＰＭをオゾンによって酸化させる際の効率は高くなると判断できる。そこで、この場合には、ＰＭを酸化させるために必要なオゾン量が、差圧ΔＰ等の値に基づいて算出される（ステップ１０６）。

これに対し、上記ステップ１０４で、差圧ΔＰが判定値α未満であった場合には、ＮＯｘ触媒付きフィルター２１のＰＭ蓄積量は少ないので、ＰＭをオゾンによって酸化させる際の効率は低くなると判断できる。この場合には、ＰＭを酸化させるためのオゾン量が算出されず、初期値ゼロのままとされる。

上記ステップ１０４または１０６の処理に続いて、オゾン供給装置２７を駆動することにより、排気ガス中へのオゾン添加が実行される（ステップ１０８）。このステップ１０８では、上記ステップ１０６でＰＭを酸化させるために必要なオゾン量が算出されている場合には、その量のオゾンと、上記ステップ１０２で算出されたＮＯｘを浄化するために必要な量のオゾンとの合計がオゾン供給口２３から供給されるように、オゾン供給装置２７が制御される。一方、ＰＭを酸化させるためのオゾン量が算出されていない場合（つまり初期値ゼロのままである場合）には、上記ステップ１０２で算出されたＮＯｘを浄化するために必要な量のオゾンのみがオゾン供給口２３から供給されるように、オゾン供給装置２７が制御される。

一方、上記ステップ１００で、オゾン供給口２３付近の温度が３００℃以上であると判定された場合には、オゾン供給装置２７によるオゾンの供給は停止される。この場合には、ＮＯｘ触媒付きフィルター２１の温度が十分に高いと判断できるので、オゾンを供給しなくても、ＮＯｘやＰＭを十分に浄化することができる。このため、オゾンの供給を停止することにより、消費電力を低減し、燃費の改善が図れる。

なお、本発明では、上記ステップ１００のオゾン供給停止の判断は、オゾン供給口２３付近の温度ではなく、ＮＯｘ触媒付きフィルター２１の温度（床温）に基づいて行うようにしてもよい。また、オゾン供給口２３付近の温度やＮＯｘ触媒付きフィルター２１の温度を取得する方法としては、温度センサによって直接に検出する方法に限らず、エンジン回転数、エンジン負荷、排気温度等に基づいて推定する方法を用いてもよい。また、上記ステップ１１０では、オゾンの供給を完全に停止するのではなく、オゾンの供給を抑制する（供給量を低下させる）だけにしてもよい。

以上説明した図３に示すルーチンの処理によれば、内燃機関１０の始動直後や低速走行時など、ＮＯｘ触媒付きフィルター２１の温度が低い場合であっても、排気ガス中にオゾンを添加することにより、ＮＯｘとＰＭとを同時に低減することができる。

また、図３に示すルーチンの処理によれば、ＮＯｘ触媒付きフィルター２１のＰＭ蓄積量が多いと判定された場合には、ＮＯｘを浄化するために必要な量のオゾンと、ＰＭを酸化させるために必要な量のオゾンとの合計が、オゾン供給口２３から供給される。オゾンとＮＯｘとは、気相で反応する。よって、この場合、オゾン供給口２３から供給されたオゾンは、まずＮＯｘと反応する。この反応により、ＮＯｘを浄化するために必要な量のオゾンが消費され、ＰＭを酸化させるために必要な量のオゾンは残る。この残ったオゾンが、ＮＯｘ触媒付きフィルター２１の各セルの壁を透過する際に、蓄積したＰＭと反応する。よって、ＰＭを酸化させて除去することができる。

ＰＭ蓄積量が多い場合には、前述したように、オゾンによるＰＭの酸化効率が高くなるので、比較的少量のオゾンによってＰＭを効率良く酸化させることができる。このため、オゾンの使用量を節減することができ、燃費の悪化を確実に抑制することができる。

一方、ＮＯｘ触媒付きフィルター２１のＰＭ蓄積量が少ないと判定された場合には、ＮＯｘを浄化するために必要な量のオゾンのみがオゾン供給口２３から供給される。この場合には、オゾン供給口２３から供給されたオゾンのほぼ全部は、気相でのＮＯｘとの反応によって消費される。このため、ＮＯｘ触媒付きフィルター２１に蓄積したＰＭは、酸化されずに残る。

ＰＭ蓄積量が少ない場合には、前述したように、オゾンによるＰＭの酸化効率が低くなる。よって、オゾンを無駄なく有効に利用するためには、このような場合にＰＭの酸化にオゾンを使用しないことが望ましい。本実施形態によれば、上述したように、オゾンによるＰＭの酸化効率が低い場合に、ＰＭの酸化にオゾンが消費されることを防止することができる。このため、オゾンを無駄なく有効に利用することができ、全体としてオゾンの使用量を少なくすることができるので、燃費の悪化を確実に抑制することができる。

なお、本実施形態では、ＰＭ蓄積量が少ないと判定された場合に、ＰＭを酸化させるためのオゾンを供給しないようにしているが、本発明では、その供給を抑制する（供給量を少なくする）だけにしてもよい。

また、本実施形態では、内燃機関１０が圧縮着火式であるものとして説明したが、本発明は、火花点火式の内燃機関にも適用可能である。

また、本実施形態では、ＮＯｘ触媒付きフィルター２１のＰＭの蓄積度合いを差圧センサ３０の出力によって判定するようにしているが、本発明では、この判定方法はこれに限定されるものではない。例えば、内燃機関１０からのＰＭ排出量マップを用意しておき、そのマップに基づいて算出されるＰＭ排出量を積算することによってＰＭの蓄積度合いを判定するようにしても良い。

また、本実施形態のオゾン供給装置２７では、オゾン発生器２５により生成されたオゾンをそのまま排気通路１５内に供給するように構成されているが、本発明では、オゾンを予め生成、貯留しておき、その貯留されたオゾンを必要時に排気通路１５内に供給するようにしてもよい。

また、本実施形態では、活性酸素としてオゾンを排気ガス中に添加しているが、本発明では、オゾンに代えて、他の種類の活性酸素（例えば、Ｏ^-，Ｏ^2-，Ｏ₂ ^-，Ｏ₃ ^-，Ｏ_n ^-等で表される酸素マイナスイオン）を排気ガス中に添加するようにしてもよい。

また、本実施形態では、ＮＯｘ触媒付きフィルター２１に担持されたＮＯｘ触媒が吸蔵還元型ＮＯｘ触媒であるものとして説明したが、本発明では、ＮＯｘ触媒付きフィルター２１は、選択還元型のＮＯｘ触媒（ＳＣＲ: Selective Catalytic Reduction）を担持したものであってもよい。選択還元型ＮＯｘ触媒の触媒成分としては、例えば、ゼオライトの表面にＦｅを担持したものなどを好ましく用いることができる。選択還元型ＮＯｘ触媒の場合には、尿素等の還元剤が好ましく使用される。選択還元型ＮＯｘ触媒においては、ＮＯの量とＮＯ₂の量との比が１：１である場合に、最良の浄化率が得られる。そこで、選択還元型ＮＯｘ触媒の場合には、その内部のＮＯの量とＮＯ₂の量との比が１：１となるように、活性酸素供給量を制御することが好ましい。

上述した実施の形態１においては、オゾン供給装置２７が前記第１の発明における「活性酸素供給装置」に、温度センサ２８が前記第４の発明における「代表温度取得手段」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより前記第１の発明における「蓄積度合い判定手段」が、上記ステップ１０６および１０８の処理を実行することにより前記第１の発明における「制御手段」が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより前記第２の発明における「粒子状物質除去用活性酸素量算出手段」が、上記ステップ１０２の処理を実行することにより前記第２の発明における「ＮＯｘ浄化用活性酸素量算出手段」が、上記ステップ１０８の処理を実行することにより前記第２の発明における「供給量制御手段」が、上記ステップ１００および１１０の処理を実行することにより前記第４の発明における「供給抑制手段」が、それぞれ実現されている。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。 オゾンとＮＯとが反応して吸蔵材に吸収される様子を示す図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０ 内燃機関
１１ 吸気マニホールド
１２ 排気マニホールド
１３ 気筒
１４ 燃料インジェクタ
１５ 排気通路
１７ サプライポンプ
１８ コモンレール
１９ ターボチャージャ
２１ ＮＯｘ触媒付きフィルター
２２ オゾン供給ノズル
２３ オゾン供給口
２４ オゾン供給通路
２５ オゾン発生器
２６ ケーシング
２７ オゾン供給装置
２８ 温度センサ
３０ 差圧センサ
５０ ＥＣＵ

Claims (5)

1. 内燃機関の排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルターに、ＮＯｘを浄化する機能を有するＮＯｘ触媒が担持されてなるＮＯｘ触媒付きフィルターと、
   前記ＮＯｘ触媒付きフィルターの上流側に活性酸素を供給する供給口を有する活性酸素供給装置と、
   前記ＮＯｘ触媒付きフィルターにおける粒子状物質の蓄積度合いを判定する蓄積度合い判定手段と、
   前記蓄積度合い判定手段の判定結果に基づいて、前記活性酸素供給装置による活性酸素の供給を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気ガス浄化装置。
2. 前記ＮＯｘ触媒付きフィルターに蓄積した粒子状物質を酸化させて除去するための活性酸素量を算出する粒子状物質除去用活性酸素量算出手段と、
   ＮＯｘを浄化するための活性酸素量を算出するＮＯｘ浄化用活性酸素量算出手段と、
   前記粒子状物質除去用活性酸素量算出手段により算出された活性酸素量と、前記ＮＯｘ浄化用活性酸素量算出手段により算出された活性酸素量とに基づいて、前記活性酸素供給装置による活性酸素の供給量を制御する供給量制御手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
3. 前記制御手段は、前記粒子状物質の蓄積度合いが所定度合いより小さいと判定された場合には、前記粒子状物質を酸化させて除去するための活性酸素の供給を抑制または停止することを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
4. 前記供給口または前記ＮＯｘ触媒付きフィルターの代表温度を取得する代表温度取得手段と、
   前記代表温度が所定値を超えている場合に、前記活性酸素供給装置による活性酸素の供給を抑制する供給抑制手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。
5. 前記活性酸素供給装置は、活性酸素としてオゾンを供給することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の排気ガス浄化装置。

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