JP2014047670A - オゾン生成手段を含むエンジン用ＮＯｘ後処理装置の制御方法および制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】大規模な装置を必要とせず、始動直後からＮＯｘ浄化が可能で、ＮＯｘ流量の変化に合わせて迅速に必要十分なオゾン供給流量を実現するエンジン用ＮＯｘ後処理装置を提供する。
【解決手段】エンジン１の排気管２にオゾンを供給するオゾン生成手段６を含むエンジン用ＮＯｘ後処理装置３のコントローラ４は、排気中のＮＯとＮＯ_２流量を推定し、推定したＮＯとＮＯ_２の合計流量に対応させてオゾン目標流量を決定して、決定した目標流量となるようにオゾン生成手段６を作動させる。生成したオゾンはオゾン供給通路３１から排気に添加され、排気中のＮＯとＮＯ_２と水分によって生成したＨＮＯ_３をＮＯｘ吸収手段５にて除去する。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気中のＮＯｘ成分を吸収分離する後処理装置、特にオゾン生成手段を含み、エンジンを冷始動した直後の冷温状態においてもＮＯｘ吸収分離能力を有するエンジン用後処理装置の制御方法および制御装置に関する。

エンジン、特に、ディーゼルエンジンから排出されるＮＯｘの後処理装置においては、通常、触媒を使ってＮＯｘの還元処理を行い、ＮＯｘ成分を浄化する方式が一般的である。触媒は、ＮＯｘをリーン時に吸蔵または吸着しリッチ時に放出して浄化するＮＯｘ吸蔵還元型や吸着還元型触媒、尿素水を還元剤として排気に添加する選択還元型触媒が知られている。この技術においては、触媒が働く作動温度（約２００℃以上）より低い温度においては、ＮＯｘ浄化を達成し得ないので、これを実現する技術が求められている。

また、ＮＯｘ吸蔵還元型や吸着還元型触媒は、高価な白金等の貴金属を使う必要がある。他方、選択還元型触媒は卑金属を使用できるが、排気系に尿素水を調量・噴射供給する装置が必要となり、さらにアンモニアガスを大気中に放出しないためにアンモニア除去触媒が必要となることから、装置全体が高価となっている。このため、より安価に実現できる新しい方式のＮＯｘ後処理装置が求められている。

特許文献１には、オゾン発生器で生成したオゾン含有ガスを、オゾン吸着装置に供給し、窒素酸化物含有ガス流を反応器ダクトに供給する一方、窒素酸化物含有ガス流のスリップ流をオゾン吸着装置に供給してオゾンを脱着し、オゾン含有スリップ流を反応器ダクトに供給する一連の工程により、ガス流から窒素酸化物を除去する方式が提案されている。反応器ダクトにおいて、窒素酸化物はオゾンと反応してＮ₂Ｏ₅に転化され、空気中に水分が存在する場合は硝酸も生成する。Ｎ₂Ｏ₅と硝酸を含む流れは、さらに水性スクラバーに供給されて、水溶液と接触し、吸収除去される。

この特許文献１の方式では、高濃度のオゾンを排気に供給するため、シリカゲル等の構造収着剤材料を含むオゾン吸着装置を設けて、吸着装置へのオゾンの吸着工程と、脱離させて排気に供給する離脱工程を交互に行わせるようにしている。

特開２００１−１８７３１６号公報

特許文献１のような方式は、装置が大規模となるため、定置に設置されている大規模な燃焼装置の排煙のＮＯｘ除去には適しているが、使用負荷が頻繁に変化する車両用エンジンには適さない。また、このような装置構成では、オゾン供給流量を迅速に変化できず、排気の流量が時々刻々大きく変化し、ＮＯｘ濃度も大きく変化する車両用エンジンに適用することは難しい。

本発明の第１の目的は、エンジンを冷始動した直後の低温度からでもＮＯｘ浄化が可能であること、ＮＯｘ浄化のために貴金属等の高価な触媒を使わないこと、あるいは、大規模な装置を必要とせず、装置コストを低減できること、これらの要件を満足し車両用エンジンに適した、新しい方式のＮＯｘ後処理装置を提供することにある。
本発明の第２の目的は、負荷変動の大きい車両用エンジンにも適合し、排気のＮＯｘ流量の変化に合わせて迅速にオゾン供給流量を追従でき、しかも、高濃度のオゾン生成が可能なオゾン生成手段を実現し、将来の厳しい排出ガス規制にも対応できる高い浄化性能を有するエンジン用後処理装置の制御方法および制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、エンジンからの排気にオゾンを供給するオゾン生成手段を含むエンジン用ＮＯｘ後処理装置の制御方法であって、
排気中のＮＯとＮＯ_２流量を推定し、推定したＮＯとＮＯ_２の合計流量に対応させてオゾン目標流量を決定し、決定した目標流量となるように上記オゾン生成手段を作動させて生成したオゾンを排気中に添加し、このオゾンと排気中のＮＯとＮＯ_２と水分によって生成したＨＮＯ_３を排気から除去することを特徴とする。

上記課題を解決するために、請求項２に記載の発明は、エンジンの排気通路に接続するオゾン供給通路と、吸気通路に接続する空気流入通路を有し、流入する空気からオゾンを生成するオゾン生成手段を含み、ＮＯｘとオゾンの反応生成物をＮＯｘ吸収手段に吸収させるエンジン用ＮＯｘ後処理装置の制御装置であって、
上記排気通路を流通する排気中のＮＯとＮＯ_２流量を推定するＮＯｘ流量推定手段と、
上記ＮＯｘ流量推定手段により推定したＮＯとＮＯ_２の合計流量に対応させて、オゾン目標流量を決定する目標流量決定手段と、
上記目標流量決定手段で決定したオゾン目標流量となるように、上記オゾン生成手段を作動させる駆動手段とを備え、
上記オゾン生成手段で生成したオゾンを上記オゾン供給通路から排気中に添加し、添加したオゾンと排気中のＮＯとＮＯ_２と水分によって生成したＨＮＯ_３を上記ＮＯｘ吸収手段に吸収させて除去することを特徴とする。

請求項３に記載の装置は、上記オゾン供給通路が合流する上記排気通路の上流に酸化触媒または酸化触媒を担持したフィルタ手段が配置されており、
上記ＮＯｘ流量推定手段は、排気中のＮＯとＮＯ_２流量を、エンジンから排出される排気中のＮＯ濃度推定値と、エンジン吸気流量と、上記酸化触媒または酸化触媒を担持したフィルタ手段の温度または排気温度を用いて推定したＮＯ推定流量とＮＯ_２推定流量として求める。

請求項４に記載の装置において、上記目標流量決定手段は、請求項３の上記ＮＯｘ流量推定手段にて推定された、ＮＯ推定流量の１．５当量比倍の流量とＮＯ_２推定流量の０．５当量比倍の流量の合算値以上の値に対応してオゾン目標流量を決定し、このオゾン目標流量に基づいて上記オゾン生成手段が作動される。

請求項５に記載の装置は、上記オゾン生成手段を通過するガス流量を推定するガス流量推定手段と、推定されたガス流量と上記目標流量決定手段で決定したオゾン目標流量から、上記オゾン生成手段が生成すべきオゾン濃度を求めるオゾン生成濃度算出手段を備え、このオゾン生成濃度となるように上記オゾン生成手段が作動される。

請求項６に記載の装置において、上記目標流量決定手段は、上記オゾン生成手段で生成されたオゾンが、ＮＯ、ＮＯ_２、水分と反応する前に消滅する比率を求め、該比率に応じてオゾン目標流量を修正する。

請求項７に記載の装置において、上記目標流量決定手段は、オゾンが消滅する上記比率を、排気温度に対応して決定する。

請求項８に記載の装置は、請求項７の装置において、さらに、上記目標流量決定手段が、上記オゾンが消滅する上記比率を、上記オゾン供給通路の合流部における排気中の低級不飽和炭化水素の濃度に対応して決定する。

請求項９に記載の装置において、上記目標流量決定手段で決定した上記オゾン目標流量を、大気中の湿度の情報に基づいて修正する修正手段を備える。

請求項１０に記載の装置は、請求項５〜８の装置において、上記オゾン生成手段の上流の上記空気流入通路に、湿度除去手段と酸素富化手段が設置され、上記オゾン生成手段に流入するガス中の酸素濃度の変化に基づいてオゾン生成濃度を修正する修正手段を備える。

請求項１の制御方法によれば、エンジンの排気系にオゾンを生成して添加するＮＯｘ後処理装置を配置し、運転状態により変動するＮＯとＮＯ_２流量に対応させて、予めオゾン目標流量を決定して、オゾン生成手段を作動させる。オゾン生成手段は、例えば放電プラズマを用いて供給電力に応じたオゾンを制御性よく生成することができ、ＮＯとＮＯ_２流量の変化に追従させて、オゾン目標流量を維持することができる。オゾンは、排気中のＮＯおよびＮＯ_２と反応してＮ_２Ｏ_５を生成し、Ｎ_２Ｏ_５は排気中の水分と容易に反応してＨＮＯ_３に変換される。このＨＮＯ_３を吸収剤と接触させることにより排気から除去することができる。

この方式によれば、大規模な装置や高価な触媒を必要とせず、エンジン始動直後から効率よくＮＯｘを浄化することが可能である。よって、ＮＯｘ変動の大きい車両用エンジンに好適に使用されて、エンジン負荷が高い場合でも必要十分なオゾンを排気に供給し、高い浄化性能を実現できる。

請求項２の制御装置は、請求項１の制御方法を実現するために、オゾン生成手段に吸気通路の空気を導入してオゾンを生成し、オゾン供給通路から排気に供給する。この時、ＮＯｘ流量推定手段がエンジンから排出されるＮＯとＮＯ_２の合計流量を推定し、目標流量決定手段が決定したオゾン目標流量となるように、駆動手段がオゾン生成手段を作動させるので、必要十分なオゾンを供給することができる。排気はオゾン供給通路の合流部でオゾンと混合されて反応し、生成するＨＮＯ_３は合流部下流に配置されるＮＯｘ吸収手段を通過する間に除去される。よって、エンジンの運転状態に応じてオゾンを効率よく生成し、エンジンから排出されるＮＯｘを浄化することができる。

本発明の第１実施形態におけるエンジン用ＮＯｘ後処理装置の制御装置の全体構成図である。 第１実施形態におけるエンジン用ＮＯｘ後処理装置のオゾン生成手段の構成を示す概略断面図である。 高電圧発生装置が生成する高電圧パルスの周波数が低い場合の波形と高い場合の波形を示す模式図である。 第１実施形態におけるコントローラに内蔵された制御プログラムの要部を示すフローチャートである。 エンジン回転数と噴射量と排気のＮＯ濃度の関係を示す図である。 吸気流量と排気温度とＮＯからのＮＯ_２転化比率の関係を示す図である。 排気温度とオゾン消滅係数の関係を示す図である。 吸気流量と排気温度と排気圧力の関係を示す図である。 空気中の湿度と放電装置へ印加する高電圧周波数、オゾン生成濃度の関係を示す図である。 空気中の湿度と生成するオゾン濃度に対応する湿度係数の関係を示す図である。 修正オゾン生成濃度に対応する周波数の流量特性を示す図である。 本発明の第２実施形態におけるエンジン用ＮＯｘ後処理装置の制御装置の全体構成図である。 第２実施形態における酸素富化手段の構成を示す概略断面図である。 所定の分離係数の酸素富化膜において、上下流圧力比と下流の酸素富化空気の酸素濃度の関係を示す図である。 第２実施形態におけるコントローラに内蔵された制御プログラムの要部を示すフローチャートである。 図１４Ａに示すフローチャートの続きのフローチャートである。 酸素濃度と酸素富化係数の関係を示す図である。

（第１実施形態）
図１、２に本発明を適用した、オゾン生成手段を含むエンジン用ＮＯｘ後処理装置（以下、ＮＯｘ後処理装置と略称する）の第１実施形態を示す。図１においてエンジン１は、ターボチャージャー（過給機）１５を備えるディーゼルエンジンで、本実施形態のＮＯｘ後処理装置３の制御装置は、エンジン１から排出される排気中のＮＯｘを処理する。排気通路としての排気管２の途中に、フィルタ手段であるＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）２１が配置され、その下流に、排気冷却手段２２と、ＮＯｘ後処理装置３を構成するＮＯｘ吸収手段５が配置される。排気冷却手段２２とＮＯｘ吸収手段５の間の排気管２ａに合流する通路が設けられ、ＮＯｘ後処理装置３のオゾン生成手段６に接続されてオゾン供給通路６１となる。

エンジン１は、吸気入口１６から空気を取り込む。空気は、ターボチャージャー１５のコンプレッサ１４で加圧され、加圧により高温となった空気は、吸気通路としての吸気管１８に設置したインタークーラー１９で冷却された後、吸気マニホールド１０に送られ、各ポートからエンジン１の燃焼室に吸入される。エンジン１の燃焼室では空気と燃料が混合され、燃焼する。燃焼によってエンジン１のピストンが押し下げられ、エンジン出力軸１１の回転力として動力を生み出す。

燃焼を終わった排気は、エンジン１の燃焼室から排気マニホールド１２に排気される。その後、排気はターボチャージャー１５のコンプレッサ１４と直結したタービン１３を回して、空気を加圧する仕事をした後、排気管２に排出される。排気はここでＤＰＦ２１を通過し、排気中のパティキュレートマター（ＰＭ）をＤＰＦ２１によってろ過捕集する。同時に、排気が通過するＤＰＦ２１表面にコーティングされた酸化触媒によって、ＨＣ成分やＣＯ成分も浄化される。その後、排気は、排気冷却手段２２を通り、冷却されて通常では排気温度が１００℃〜１８０℃の間に下がる。

ここで用いるＤＰＦ２１は、セラミックで形成された多孔質の壁がフィルタとして働く、公知のウォールフロータイプの排気フィルタである。排気冷却手段２２は、公知のランキンサイクル方式の排熱回収システムであり、例えば、排気の冷却で得た熱エネルギーは冷媒を蒸発させ高圧ガスとなってガスタービンを回し、ガスタービンと直結した発電機により電気エネルギーに変換されバッテリーに蓄えられるというようなものである。

冷却された排気は、ＮＯｘ後処理装置３に導入されて、オゾン供給通路６１が合流する排気管２ａを通過し、さらにＮＯｘ吸収手段５を通過する。ここで、排気中に含まれるＮＯｘは、オゾン生成手段６から供給されるオゾン含有空気中のオゾンと反応し、ＮＯｘ吸収手段５内においてＮＯｘ吸収液と接触して吸収される。ここまででＰＭ、ＨＣ、ＣＯ、そしてＮＯｘが除去され、クリーンな排気となって排気管出口２３から大気中に排出される。

オゾン生成手段６は、放電プラズマを用いて空気からオゾンを生成し、オゾン含有空気として送出するもので、詳細構成については後述する。オゾン生成手段６は、内部にオゾンが生成される放電空間部を有する通路を形成し、その一端側は排気管２ａに合流するオゾン供給通路６１に、他端側は吸気管１８から分岐する空気流入通路６２に接続される。空気流入通路６２は、コンプレッサ１４によって過給され、インタークーラー１９で冷却された空気を導入するため、吸気スロットル１７の直上流に開口している。空気流入通路６２の途中には、上流から固定絞り３８、ブロア３９が配置され、オゾン生成手段６に至る。これにより、エンジン１の運転負荷が高く、エンジン１から高濃度のＮＯｘが排出される場合でも必要充分なオゾンを生成して排気に供給できるように、過給された空気をオゾン生成手段６に導入する。ブロア３９は図示しない電気モータで駆動される公知の構成で、エンジン１が低回転で運転され、過給圧が生じない場合でも生成したオゾンを排気に導くように働き、オゾン供給通路６１から排気管２ａへの流れを形成する。

排気管２ａにおいて、オゾン供給通路６１から供給されるオゾン（Ｏ_３）は、排気中のＮＯｘ（ＮＯ、ＮＯ_２）と、下記反応式（ａ）〜（ｃ）に示す化学反応を起こして、硝酸の前駆体であるＮ_２Ｏ_５に変換される。さらに生成したＮ_２Ｏ_５は、下記反応式（ｄ）に示すように、排気中の水分（Ｈ_２Ｏ）と再度反応して、ＨＮＯ_３に変換される。
ＮＯ＋Ｏ_３ → ＮＯ_２＋Ｏ_２・・・（ａ）
ＮＯ_２＋Ｏ_３ → ＮＯ_３＋Ｏ_２・・・（ｂ）
ＮＯ_２＋ＮＯ_３ → Ｎ_２Ｏ_５・・・（ｃ）
Ｎ_２Ｏ_５＋Ｈ_２Ｏ → ２ＨＮＯ_３・・・（ｄ）

反応生成物であるＨＮＯ_３は、ＮＯｘ吸収手段５に至ってＮＯｘ吸収液によって吸収され、排気から分離される。ＮＯｘ吸収液としては、ＨＮＯ_３を吸収分離可能な液体であれば特に制限されず、例えば、水またはアルカリ性水用液を使用することができる。また、ＮＯｘ吸収液の別の例として、ＨＮＯ_３を化学吸着するイオン液体を用いることが考えられる。この場合、イオン液体は、図示しない貯蔵手段に蓄えられており、ＮＯｘ吸収手段５との間で循環路を形成する（図中、矢印）。そしてＮＯｘ吸収手段５の入口５１から内部の気液接触部へ送られ、排気と接触させてＨＮＯ_３を吸着する。その後、ＮＯｘ吸収手段５の出口５２から、図示しない液体回収手段に送られたイオン液体を分離回収し、貯蔵手段へに再び戻す。

図１において、吸気系には、吸気入口１６の直下流に吸気流量センサ４５が配置される。また、吸気スロットル１７のスロットル開度を検出するスロットル開度センサ４４が配置され、吸気マニホールド１０の合流部には吸気管圧力センサ４０が配置される。エンジン１の出力軸１１の近傍には、エンジン回転数を測る回転数センサ４１が配置され、排気系には、ＤＰＦ２１の下流に排気温度を測る排気温度センサ４２が配置される。また、外気の湿度を直接的または間接的に測る湿度センサ４３が配置される。以上述べた各センサは、測定した情報をそれぞれ電気信号に変換して、接続された電気線を通して制御装置であるコントローラ４に送る。

コントローラ４は、マイクロコンピュータを内蔵して制御を行う公知の構成を有する。また、コントローラ４は、ブロア６４、オゾン生成手段６および排気冷却手段２２、ＮＯｘ吸収手段５と電気的操作可能に接続されている。そして、入力された電気信号に基づいて、予めマイクロコンピュータにプログラムされた情報処理および操作プログラムに基づいてブロア３９、オゾン生成手段６および排気冷却手段２２、ＮＯｘ吸収手段５の制御を行う。

本実施形態のＮＯｘ後処理装置３は、オゾン生成手段６で生成したオゾンを貯蔵することなく、直接排気管２ａに供給して、排気中のＮＯｘと反応させる。ここで、ＮＯｘからＮ_２Ｏ_５への反応とＨＮＯ_３への反応は、常温においても容易に起こる反応であるから、排気温度に影響されず排気中のＮＯｘを浄化できる。この方式は、簡易な構成で、公知のＮＯｘ吸蔵還元型触媒や尿素添加選択還元型触媒が働かない、エンジン始動時や軽負荷運転時で排気温度が低い場合でも用いることができるから、本発明の第１の目的は達成できる。

＜オゾン生成手段の構成例＞
また、この方式は、本発明の第２の目的にも適合し、排気のＮＯｘ流量の変化に合わせて迅速にオゾン供給流量を追従できる。この目的を実現するコンパクトなオゾン生成手段６の具体的構成に関して、次に説明を行う。
図２に本実施形態のオゾン生成手段６の断面図を示す。オゾン生成手段６は、内部が断面コ字状の通路６０となっており、一端側の空気入口６０２に続く通路６０ａと、他端側の空気出口６０１に至る通路６０ｂが、接続通路６０ｃを介して連通している。空気入口６０２は図１の空気流入通路６２に、空気出口６０１は図１のオゾン供給通路６１に、それぞれ接続している。

通路６０は、オゾン生成手段６の筐体を構成するコ字断面の通路壁６０３、６０４の間に形成され、外側の通路壁６０４に沿って、図の上下対称位置に、第１の沿面放電装置３Ａと第２の沿面放電装置３Ｂが設置されている。第１の沿面放電装置３Ａと第２の沿面放電装置３Ｂは、それぞれセラミックボディ３０の表面に形成された放電電極３２と、セラミックボディ３０の内部に埋設された誘導電極３１を有している。第１、第２の沿面放電装置３Ａ、３Ｂにおいて、セラミックボディ３０表面の放電電極３２は、図の手前から奥に至る複数の線として構成され、それら複数の線が電気的に接続されている。

第１の沿面放電装置３Ａにおいて、放電電極３２と誘導電極３１は導線３３ａ、３３ｂを介して、装置外部の第１の高電圧発生装置３４に接続されている。同様に、第２の沿面放電装置３Ｂは、導線３３ａ、３３ｂを介して、装置外部の第２の高電圧発生装置３６に接続されている。これら導線３３ａ、３３ｂは、接続通路６０ｃの外側の通路壁６０４を貫通して外部へ取り出され、絶縁部材３５によってオゾン生成手段６の筐体とは電気的に絶縁されている。駆動手段となるサブコントローラ３７は、コントローラ４からの制御信号に基づいて、これら第１、第２の高電圧発生装置３４、３６が作動か不作動かの制御および第１、第２の高圧電源発生装置３４、３６が生成する高電圧パルスの周波数の制御を行なう。

本実施形態において、空気入口６０２から流入した空気は、まず、通路壁６０３と第１の沿面放電装置３Ａとの間に形成される通路６０ａを通る。そして、接続通路６０ｃを通って、通路壁６０３と第２の沿面放電装置３Ｂとの間に形成される通路６０ｂを通る。その後、空気は空気出口６０１から流出する。ここで、高電圧パルスが、オゾン生成手段６の放電電極３２と誘導電極３１の間に印加されると、放電電極３２周辺のセラミックボディ３０の表面に沿面放電プラズマが発生し、図２に模式的に示した放電空間部としての沿面放電ゾーン６３を生成する。図２では１つの放電電極３２についてのみ沿面放電ゾーンを示しているが、印加されるすべての放電電極３２において沿面放電ゾーン６３が生成する。この沿面放電ゾーン６３において空気中の酸素（Ｏ_２）が励起され、周囲の酸素分子と化学反応を生じてオゾン（Ｏ_３）が生成される。

図３に、第１、第２の高電圧発生装置３４、３６が生成する高電圧パルスの周波数が低い場合の波形４５と高い場合の波形４６を模式的に示す。高電圧パルスの周波数は、連続的に制御される。高電圧パルスの時間幅は一定になっており、周波数が低い場合は消費電力が小さく、周波数が高い場合は消費電力が大きくなる。周波数を変化させることは消費電力を変化させていることと等価である。
高電圧パルスの周波数を上げていくとオゾン生成濃度が高まり、周波数を下げるとオゾン生成濃度は低下する。したがって、コントローラ４に入力される各種信号を基に、排気中のＮＯｘ流量に応じたオゾン生成濃度となるように、サブコントローラ３７で第１、第２の高電圧発生装置３４、３６を制御するとよい。

本実施形態のオゾン生成手段６は、第１の沿面放電装置３Ａと第１の高電圧発生装置３４に加えて、さらに高濃度のオゾンを効率的に生成するために、第２の沿面放電装置３Ｂと第２の高電圧電源発生装置３６を備えている。第１、第２の高電圧発生装置３４、３６は独立に制御することができ、比較的低い濃度のオゾンを発生する場合には、第１の沿面放電装置３Ａと第１の高電圧電源発生装置３４を作動させて、オゾン生成を実施する。さらに、エンジンの加速運転や高負荷運転によって、一時的に多量のＮＯｘが排出され、それを処理するために高濃度のオゾン生成が必要となった場合、加えて第２の沿面放電装置３Ｂと第２の高電圧電源発生装置３６を同時に作動させる。

本実施形態では、オゾン生成手段６のコ字状の通路６０に沿って、上流側に第１の沿面放電装置３Ａを、下流側に第２の沿面放電装置３Ｂを配置している。流入する空気は、第１の沿面放電装置３Ａを通過した後に、第２の沿面放電装置３Ｂを通過するので、オゾン生成のチャンスが２回与えられ、高濃度のオゾン生成が可能となる。したがって、コンパクトな装置構成で、エンジン１の運転状態に応じて作動させる電極面積と電力を変化させ、必要量のオゾンを効率よく生成することができる。

本実施形態のオゾン生成手段６は、同一構成の２つの沿面放電装置３Ａ、３Ｂを対称配置した構成としたが、必ずしもこれに限るものではなく、沿面放電装置を３つ以上としたり、あるいは個々の沿面放電装置の電極面積を変えたりすることもできる。沿面放電装置の総電極面積は、対象とするエンジン１に応じて、必要なオゾン供給流量が得られるように、適宜設定される。

＜第１実施形態のオゾン流量の制御＞
図１、２に示した本実施形態のＮＯｘ後処理装置を用いたオゾン供給流量の制御方法について、次に説明する。
図４にコントローラ４に内蔵された制御プログラムの要部を示す。制御プログラムの動作をスタートしたら、まず、ステップ１０１において、回転数センサ４１によって測定される現在のエンジン回転数と、エンジン１の負荷状態を表す噴射量を取り込む。次いで、ステップ１０２において、エンジン回転数と噴射量に基づいて、図５に示す予めプログラムされているマップから、エンジン１が排出する排気のＮＯ濃度を求める。図５に示されるように、一般に低負荷低回転ではＮＯ濃度が低く、高負荷高回転の運転状態となるほどＮＯ濃度が高くなる。

ステップ１０３において、吸気流量センサ４５で測定される現在の吸気流量と、排気温度センサ４２で測定されるＤＰＦ２１下流の排気温度を取り込む。ステップ１０４において、吸気流量と排気温度に基づいて、図６Ａに示す予めプログラムされているマップから、ＤＰＦ２１を通過した排気中のＮＯが触媒反応によりＮＯ_２に転化する比率を検索する。図６Ａに示されるように、一般に吸気流量が小さいほど、また排気温度が高いほど、ＮＯ_２転化比率が高くなる。

ステップ１０５において、これまで得た情報に基づいて、ＮＯｘ後処理装置３に流入するＮＯ流量とＮＯ_２流量を、次式を用いて計算により求める（ＮＯｘ流量推定手段）。ここで、エンジン吸気流量＞＞燃料流量であるとき、排気流量は吸気流量とほぼ等しいという関係を用いて、吸気流量を使用している。
(ＮＯ流量)＝(吸気流量)×(100−(ＮＯ_２転化比率))×(エンジン排出ＮＯ濃度)/10⁸
(ＮＯ_２流量)＝(吸気流量)×(ＮＯ_２転化比率)×(エンジン排出ＮＯ濃度)/10⁸

次にステップ１０６に進んで、オゾン目標流量を計算により求める（目標流量決定手段）。オゾン（Ｏ_３）とＮＯ、ＮＯ_２、Ｈ_２ＯからＨＮＯ_３ができる反応は、上述した下記の化学反応式（ａ）〜（ｄ）で示される。
ＮＯ＋Ｏ_３ → ＮＯ_２＋Ｏ_２・・・（ａ）
ＮＯ_２＋Ｏ_３ → ＮＯ_３＋Ｏ_２・・・（ｂ）
ＮＯ_２＋ＮＯ_３ → Ｎ_２Ｏ_５・・・（ｃ）
Ｎ_２Ｏ_５＋Ｈ_２Ｏ → ２ＨＮＯ_３・・・（ｄ）
以上の化学反応式から、ＮＯ：１モルからＨＮＯ_３：１モルを生成するために、１．５モルのＯ_３を必要とすることが分かる。また、ＮＯ_２：１モルからＨＮＯ_３：１モルを生成するために０．５モルのＯ_３を必要とすることが分かる。

Ｏ_３（オゾン）は有害な物質であるから、排気に混じって大気に放出されないようにするためには、排気中のＮＯ、ＮＯ_２の反応に必要な当量のＯ_３を生成して供給することが望ましい。したがって、Ｏ_３の目標流量は下記の関係式を用いて算出する。
（Ｏ_３目標流量）’＝κ×｛１．５×（Ｏ_３分子量/ＮＯ分子量）×（ＮＯ流量）＋０．５×（Ｏ_３分子量/ＮＯ_２分子量）×（ＮＯ_２流量）｝
ここでκは係数値であって、反応が理想的に進むのであればκ＝１でよいが、ＮＯ、ＮＯ_２、水分、オゾンの反応は、条件によっては与えられた短時間に完全に反応が進むとは限らない。したがって、κ＝１〜２．５の間の数値を選び、オゾン目標流量を決めてもよい。

さらに好適には、次に述べる修正プロセスを追加すると排気の温度変化に対し、安定にオゾンを供給することができる。すなわち、排気温度が比較的高い場合、排気に供給されたオゾンの一部は、時間経過とともにＮＯ、ＮＯ_２、水分と反応する前に消滅してしまうものが存在する。図６Ｂは、排気に添加されたオゾンが２秒経過の後に消滅する比率を示している。通常は、冷却手段２２によって排気は冷却され、排気温度が１００〜１８０℃となるように制御されている。この場合でも、１４０℃以上になると無視しえない比率のオゾンの消滅が起こることがわかる。したがって、図６Ｂに示す関係に基づいて、排気温度に基づきオゾン消滅係数を求め、下記の修正を加える。
（Ｏ_３目標流量）＝（Ｏ_３目標流量）’／{１−（オゾン消滅係数）}

また、本発明者らの研究によれば、オゾンが供給される排気中に低級な不飽和炭化水素が存在する場合、この低級不飽和炭化水素とオゾンが優先的に反応し、オゾンを消滅させてしまうことを突き止めている。低級不飽和炭化水素は、活性状態にある酸化触媒または酸化触媒を担持したＤＰＦ２１を通すことによって、浄化されるが、エンジンの低温始動後の暖機運転においては、低級不飽和炭化水素が十分浄化されないおそれがある。この場合、オゾン供給通路６１が合流するオゾン供給位置に低級不飽和炭化水素がもたらされ、目的のＮＯ、ＮＯ_２との反応に供すべきオゾンを奪ってしまうことになる。
したがって、エンジンの運転状態によっては、酸化触媒または酸化触媒を担持したＤＰＦ２１を通過後の低級不飽和炭化水素がオゾンの消滅を起こすことから、その関係に基づいて、例えば低級不飽和炭化水素の濃度を推定し、その推定値に基づいてオゾン消滅係数を求める手段を設けることもできる。そして、排気温度が高温となった場合に起こるオゾン消滅係数と合わせて合算のオゾン消滅係数を求めて、Ｏ_３目標流量を求めてもよい。

次にステップ１０７に進み、オゾン生成手段６に流入する空気流量Ｇozを求める（ガス流量推定手段）。オゾン生成手段６を単純な固定絞りと見做すと、空気流量Ｇozは下記（１）式で表される。
［（１）：オゾン生成手段６を固定絞りと見做した流量式］
Ｇoz＝Ｃoz×Ａoz×｛２ｇγ（Ｐoz−Ｐe）｝^1/2
ここで、Ｃoz：オゾン生成手段６の等価絞り流量係数
Ａoz：オゾン生成手段６の等価の絞り断面積
ｇ ：重力の加速度
γ ：空気の比重量
Ｐoz：オゾン生成手段６の上流圧力
Ｐe ：排気圧力
Ｃoz、Ａoz、ｇは予め与えられる。
γは、γ＝γo×（Ｐoz/Ｐo）×（Ｔa/Ｔo）から求める。
ここで、γo：標準状態の比重量
Ｐo ：標準状態圧力
Ｔa ：空気温度
Ｔo ：標準状態温度
γo、Ｐo、Ｔoは予め与えられる。Ｔaは図示しない空気温度センサから求める。
排気圧力Ｐeは、吸気流量Ｇaと排気温度Ｔeの関数として与えられるので、図７に示すマップの形で予め関係を記憶させておき、マップから検索する。図７に示すように、一般に、吸気流量Ｇaが多くまたは排気温度Ｔeが高いほど、排気圧力Ｐeが高くなる。

オゾン生成手段６の上流圧力Ｐozと空気流量Ｇozは、（１）式と以下に示す（２）、（３）、（４）式を連立させて解くことができる。
［（２）：固定絞り３８の流量式］
Ｇor＝Ｃor×Ａor ×｛２ｇγ’（Ｐi−Ｐoz）｝^1/2
γ’ ＝γo×（Ｐi/Ｐo）×（Ｔa/Ｔo）
ここで、Ｇor：固定絞り３８を通過する流量
Ｃor：固定絞り３８の流量係数
Ａor：固定絞り３８の断面積
Ｐi：吸気スロットル１７の上流圧力

［（３）：固定絞り３８とオゾン生成手段６間の圧力変化式］
空気流入通路６２の途中にあるブロア３９は、アイドル運転時のようにコンプレッサ１４による過給が行われないときに、排気圧力に打ち勝ってオゾン生成手段６からのオゾンを含む空気を、排気管２ａに送るために使用するものであり、過給圧がある状態ではブロア３９は停止させている。したがって、一つの容積と見做して立式すると、
(ｄＰoz/dt)×(Ｖoz/Ｒ/Ｔa)＝Ｇor−Ｇoz
ここで、Ｖoz：固定絞り３８とオゾン生成手段６間の容積
Ｒ ：気体定数

［（４）：コンプレッサ１４と吸気スロットル１７間の圧力Ｐiの変化式］
固定絞り３８から流出する流量Ｇorは、吸気流量Ｇaや吸気スロットル１７を通過する流量と比べて充分に小さいとすると、下記の関係式を導ける。
（ｄＰi/dt）×（Ｖi/Ｒ/Ｔa）＝Ｇa−Ｃth×Ａth×｛２ gγ”（Ｐi−Ｐs）｝^1/2
γ”＝γo×（Ｐi/Ｐo）×（Ｔa/Ｔo）
ここで、Ｐi：吸気スロットル１７の上流圧力
Ｐs：吸気圧力
Ｖi：コンプレッサ１４と吸気スロットル１７間の容積
Ｃth：吸気スロットル１７の流量係数
Ａth：吸気スロットル１７の断面積
Ｃth×Ａthはスロットル開度センサ４４が検出するスロットル開度の関数として求めることができる。吸気流量Ｇaと吸気圧力Ｐsは吸気流量センサ４５と吸気圧力センサ４０により検出する。したがって、（４）式からＰiを求めることができ、求めたＰiを（１）〜（３）式に導入すれば、オゾン生成手段６の上流圧力Ｐozとオゾン生成手段６に流入する空気流量Ｇozを求めることができる。

このように（１）〜（４）式を基礎方程式として、吸気流量Ｇa、吸気圧力Ｐs、スロットル開度と排気温度Ｔeを入力して最終的にオゾン生成手段６に流入する空気流量Ｇozを求める伝達関数モデルを構築し、空気の伝達遅れをシミュレートして過渡運転時においても正しく空気流量Ｇozを推定することができる。
アイドル運転時のように、過給圧がかからないでブロア３９を作動させて空気を送っている場合には、上述したような複雑な空気流量Ｇozを求めるプロセスは必要ではない。ブロア３９によって一定の流量の空気がオゾン生成手段６に送られているとして、オゾン生成手段６に流入する空気流量Ｇozを求めてもよい。以上のようにして、オゾン生成手段６に流入する空気流量Ｇozを求め、次のステップ１０８に進む。

ステップ１０８において、ステップ１０６で求めたオゾン（Ｏ_３）目標流量を、ステップ１０７で求めたオゾン生成手段６に流入する空気流量Ｇozで除算することによって、オゾン生成手段６において生成すべきオゾン（Ｏ_３）生成濃度を算出する（オゾン生成濃度算出手段）。
次にステップ１０９に進む。現在の大気の湿度として、湿度センサ４３が測定した情報を取り込み、湿度レベルに応じて、ステップ１０８で求めたオゾン生成濃度を修正する（オゾン生成濃度の修正手段）。
図８に、第１の沿面放電装置３Ａによってオゾンを生成させた場合の、湿度と周波数、オゾン濃度の関係を示す。図示されるように、湿度が高くなるとオゾン生成濃度は低下する方向にある。いかなる湿度になった場合においても目標のオゾン濃度を正しく生成させるために、図８の特性を基に作った図９の湿度係数−湿度−オゾン濃度の３次元マップによって、そのときのオゾン濃度と湿度から修正のための湿度係数を求め、オゾン濃度に湿度係数を乗じて修正オゾン生成濃度を得る。

次に判断ステップ１１０に進み、ステップ１０９で得た修正オゾン生成濃度が、予め設定した判定値以上か否かを判定する。修正オゾン生成濃度が判定値以上（YES）の場合は、ステップ１１１に進む。判定値は、第１、第２の沿面放電装置３Ａ、３Ｂを同時に作動させるか否かを判断するための基準となる値で、図１０のマップＢに示す第１の沿面放電装置３Ａのオゾン生成濃度範囲で、適宜設定される。修正オゾン生成濃度が判定値以上の場合は、図１０のマップＡに基づいて、対応する周波数を選定する。マップＡには、第１、第２の沿面放電装置３Ａ、３Ｂを同時に作動させた場合の、湿度０％における周波数と生成オゾン濃度の関係がプログラムされている。図１０に示されるように、この関係は第１、第２の沿面放電装置３Ａ、３Ｂを通過する流量によって変わるので、マップＡは、修正オゾン生成濃度と流量と周波数の関係を３次元マップで与えるのが望ましい。次にステップ１１２に進み、求めた周波数で第１、第２の高電圧電源３４、３６を作動させ、第１、第２の沿面放電装置３Ａ、３Ｂに所定の高電圧パルスを印加することにより、オゾンを生成させる。

ステップ１１０において、ステップ１０９で得た修正オゾン生成濃度が判定値未満（NO）の場合は、ステップ１１３に進む。ステップ１１１では、修正オゾン生成濃度から、図１０のマップＢに基づいて対応する周波数を選定する。マップＢは第１の沿面放電装置３Ａを作動させた場合の、湿度０％における周波数と生成オゾン濃度の関係をプログラムしてある。なお、沿面放電装置３Ａを通過する流量によって関係が変わるので、マップＢは、修正オゾン生成濃度と流量と周波数の関係を３次元マップで与えるのが望ましい。次にステップ１１４に進み、求めた周波数で第１の高電圧電源３４を作動させ、第１の沿面放電装置３Ａに所定の高電圧パルスを印加することにより、オゾンを生成させる。その後、この一連のプログラムは一旦終了する。予め決められた繰り返しルールにより、このプログラムは繰り返され、時間経過とともにオゾン生成濃度が制御される。

本実施形態のオゾン生成手段６は、第１、第２の沿面放電装置３Ａ、３Ｂに高電圧を印加して放電によってオゾンを生成させる場合、電圧を印加し、放電が始まってからオゾンが生成されるまでの応答遅れは極めて短い。この特性を利用して、応答遅れの大きい空気流量については、伝達関数モデルを作ってその遅れを正確に把握し、オゾン目標流量をその遅れた空気流量で除算することにより、オゾン生成濃度を求めることができる。そのオゾン生成濃度を実現するように、オゾン生成手段６を作動させることによって、オゾン目標流量を、空気流量の遅れの影響を受けることなく供給できるという優れた効果が得られる。別の方法として、オゾン目標流量と空気流量と周波数の関係を３次元マップとして周波数を求める方法を用いてもよい。

また、本実施形態のオゾン生成手段６は、第１、第２の沿面放電装置３Ａ、３Ｂを通路６０に沿って直列に配置し、独立に制御可能である。したがって、一定時間幅の高電圧パルスの周波数を変えることにより、さらに、第１、第２の沿面放電装置３Ａ、３Ｂによる放電の有無を選択し、これらを任意に組み合わせてオゾン生成を実施することによって、低濃度から高濃度まで広い範囲にわたって要求されるオゾン濃度を実現するオゾン生成手段６を提供することができる。

また、オゾン生成手段６に流入する空気を、吸気スロットル１７の上流から取り入れる空気流入通路３２を設けたことによって、Ｏ_２分圧を高めた、過給された空気を導入できるので、より高濃度のオゾン生成が可能となる。よって、本実施形態のオゾン生成手段６を備えるＮＯｘ後処理装置３は、運転状態により変動するＮＯｘ排出量に対応し、必要なオゾンを速やかに生成してオゾン供給通路３１から排気に供給し、ＮＯｘを浄化することができるという優れた効果を得ることができる。

この実施形態においては、オゾン生成手段６の第１、第２の沿面放電装置３Ａ、３Ｂに印加する高電圧パルスの周波数を変えて、生成するオゾン濃度を変化させるようにしたが、他の方法を採用してもよい。ここでは、消費する電力を制御してオゾン濃度を制御するという広義の概念を実施する例として周波数の制御を示しているが、周波数のみに限定するものではない。例えば、周波数に加えて高電圧パルスの電圧値をも可変として、オゾン濃度を変化実現する方法もある。

（第２実施形態）
図１１に本発明の第２実施形態を示す。本実施形態のエンジン１およびＮＯｘ後処理装置３の基本構成は、図１の第１実施形態と同様であり、異なる部分について主に説明する。図１１において、ＮＯｘ後処理装置３は、排気冷却手段２２とＮＯｘ吸収手段５の間の排気管２ａに合流しオゾン含有空気を吹き込むオゾン供給通路６１を有し、吸気スロットル１７上流の過給された空気をオゾン生成手段６に取り込む空気流入通路６２の途中に、湿気除去手段９と酸素富化空気生成手段（酸素富化手段）８を有している。上流に位置する湿気除去手段９の湿気分離フィルタ９１は、分離した湿気を吸気流量センサ４５下流の吸気管１８に戻す通路９２に、下流に位置する酸素富化空気生成手段８は、酸素貧化空気を吸気マニホールド１０に戻す通路６５に、それぞれ接続されている。

オゾン生成手段６の直上流には、バキュームポンプ６６が配置され、酸素富化空気生成手段８とバキュームポンプ６６の間の通路８３から分岐する通路６４の通路端に、バキュームポンプ入口圧力を測定する圧力センサ６７が配置されている。圧力センサ６７の測定情報は電気信号に変換されてコントローラ４に送られ、バキュームポンプ６６の作動がコントローラ４で制御される。以上説明した空気流入通路６２以外の構成は、図１に示した第１実施形態と同じである。

湿気除去手段９は、オゾン生成手段６に流入する湿気でオゾンの生成効率が低下するのを抑制する。湿気分離フィルタ９１は、湿気を容易に透過し、空気を透過しにくい公知の湿気（水蒸気）透過膜を使ったフィルタであり、空気流入通路６２からオゾン生成手段６に流入する空気中の湿気分を分離する。湿気透過膜により分離した湿気分は、コンプレッサ１４によって加圧される過給圧を利用して、通路９２から吸気流量センサ４５の下流に戻している。

図１２に、酸素富化空気生成手段８の断面図を示す。酸素富化空気生成手段８のカバー筐体８１とベース筐体８０は一端開口の筒状体で、開口端面を衝合することによって内部空間が形成されている。衝合部の外周フランジ部にはシール材８２が配置されて、カバー筐体８１とベース筐体８０の間を外部から密閉している。酸素富化空気生成手段８の内部空間には、図の上下方向に３個の酸素富化膜エレメント７０が積層して配設される。ここでは分かりやすく説明するために中央の１個のみ図示し、他の２個は想像線で描いてある。
酸素富化膜エレメント７０は、エレメントベース筐体７１とカバーエレメント筐体７２、そして両者に挟まれ固定された酸素富化膜７３から構成されている。酸素富化膜７３は、カバーエレメント筐体７２内の上部空間とエレメントベース筐体７１内の下部空間との間を区画している。ベースエレメント筐体７１には、図の右側部に筒状の突き出し部７６が設けてあり、この突き出し部７６は、ベース筐体８０内を左右に仕切る壁部に空けられた貫通穴７５に挿入嵌合されている。嵌合部は突き出し部７６外周に装着したシール部材７７によって密閉されている。

カバー筐体８１の閉鎖端面（図の左端面）と酸素富化膜エレメント７０の間には、空気通路となる空間が形成され、カバー筐体８１の上端面に空気入口７８が開口している。同様に、ベース筐体８０は、貫通穴７５を設けた壁部と閉鎖端面の間に空気通路となる空間を有し、ベース筐体８０の下端面に空気出口７９が開口している。
水蒸気分離フィルタ９１によって水蒸気成分が分離された乾いた空気は、空気入口７８から酸素富化空気生成手段８の筐体内部に入り、各酸素富化膜エレメント７０の左端側に達する。この乾いた空気は、カバーエレメント筐体７２の左側面に設けた穴から、エレメント筐体内部に入り、 上部空間内を図の左方から右方に移動する。そして移動中に酸素富化膜７３と接触し、空気中に含まれる酸素の一部が透過して下部空間に抜ける。

酸素富化膜７３を隔てた下部空間は、図１１で示したバキュームポンプ６６が動作することによって生じた負圧がかかっている。酸素富化膜７３の上部空間を図の右方に移動した空気は、酸素の一部が取り除かれているので、酸素貧化空気となっている。この酸素貧化空気は、カバーエレメント筐体７２の右側面に設けた穴を抜けて、ベース筐体８０の上端面に開口する酸素貧化空気出口８５に集められ、図１１に示す酸素貧化空気の通路６５を通ってエンジンの吸気マニホールド１０に送られる。
酸素富化膜７３を通って生成された酸素富化空気は、下部空間を図の右方に移動して、ベースエレメント筐体７１の右側部から突き出し部７６内の貫通した通路７４を抜けて酸素富化空気出口７９に集められる。そして、図１に示す酸素富化空気の通路８３を通ってバキュームポンプ６６によって吸引・吐出され、オゾン生成手段６に流入する。

図１３は、酸素富化膜７３を通すことによってどの程度酸素濃度の上昇が可能になるかを表した特性図である。図中の分離係数は、酸素とそれ以外の成分（空気の場合は窒素）が膜を透過する質量速度の比率を表している。ここで分離係数が５ということは、酸素の透過速度が窒素の透過速度の５倍ある透過膜の特性を持っていることを示している。図の横軸は、酸素富化膜７３の上下流圧力比、すなわち、下流の酸素分圧を分子に置き、上流の酸素分圧を分母に置いたときの圧力比を対数軸で表している。図の縦軸は、酸素富化膜７３の下流に生成する酸素富化空気の酸素濃度を表している。この結果は、圧力比０．１にしたときに、上流の空気の酸素濃度２１％に対し酸素富化空気の酸素濃度を５３％に高められることを表している。このような酸素富化膜７３は、高分子樹脂膜材料を用いて作られるものが好適である。

＜第２実施形態のオゾン流量の制御＞
図１１、１２に示した本実施形態のＮＯｘ後処理装置を用いたオゾン供給流量の制御方法について、次に説明する。
図１４Ａ、１４Ｂに、第２実施形態に適用するコントローラ４に内蔵された制御プログラムの要部を示す。図４の第１実施形態について説明した内容と変わらない部分は説明を省いて、異なる部分の説明を行う。図１４Ａのステップ２０１〜２０６は、図４のステップ１０１〜１０５と同じであり、同様にして、各種センサ情報からエンジン１の運転状態を知り、ＮＯｘ後処理装置３に流入する排気中のＮＯｘ流量を算出して、供給するオゾン目標流量を計算により求める。

図１４Ａのステップ２０７において、吸気圧Ｐs、吸気流量Ｇa、スロットル開度センサ４４が検出するスロットル開度から、酸素富化空気生成手段８の入口圧力Ｐiを求める。酸素富化空気生成手段８の入口圧力Ｐiを求める式は、上述した第１実施形態の（４）式と同じ式を用いることができる。
次にステップ２０８において、酸素富化空気生成手段の入口圧力Ｐiと出口圧力Ｐvから酸素富化空気の酸素濃度を求める。
一般に、Ａ気体とＢ気体の２成分気体の場合、透過後の気体中のＡ気体モル％ｙ_Aは下記の式で与えられる（参考：「特許支援流通チャート 気体膜分離装置」１．気体膜分離装置の概要 第４頁：独立行政法人工業所有権総合情報館 発行）。
ｙ_A＝50［Ｃ−｛Ｃ²−４(ｘ_A/100)α_AB/γ/（α_AB−１）｝^0.5］
Ｃ＝［１＋｛(ｘ_A/100)＋γ｝（α_AB−１）］/γ/（α_AB−１）
ここで、ｘ_A：透過前のＡ気体モル％
α_AB：分離係数
γ：膜上下流圧力比
透過前の酸素濃度２１％であるから、分離係数α_ABと膜上下流圧力比γを上式に入力し、透過後の酸素モル％y_Aを求め、酸素濃度に換算すれば、酸素富化空気の酸素濃度を求めることができる。

次にステップ２０９に進み、オゾン生成手段６に流入する酸素富化空気の流量Ｇozを求める（ガス流量推定手段）。オゾン生成手段６を単純な固定絞りと見做すと、酸素富化空気流量Ｇozは下記（５）式で表される。
［（５）：オゾン生成手段を固定絞りと見做した流量式]
Ｇoz＝Ｃoz×Ａoz×｛２ｇγe（Ｐoz−Ｐe）｝^1/2
ここで、Ｃoz：オゾン生成手段６の等価絞り流量係数
Ａoz：オゾン生成手段６の等価の絞り断面積
ｇ ：重力の加速度
γe ：空気の比重量
Ｐoz：オゾン生成手段６の上流圧力
Ｐe ：排気圧力
Ｃoz、Ａoz、ｇは予め与えられる。
γeは γe＝γeo×（Ｐoz/Ｐo）×（Ｔa/Ｔo）から求める。
ここで、γeo：標準状態の比重量
Ｐo ：標準状態圧力
Ｔa ：空気温度
Ｔo ：標準状態温度
γeo、Ｐo、Ｔoは予め与えられる。Ｔaは図示しない空気温度センサから求める。
排気圧力Ｐeは吸気流量Ｇaと排気温度Ｔeの関数として与えられる。上述した図７に示すマップの形で予め関係を記憶させておき、マップから検索することができる。

オゾン生成手段６の上流圧力Ｐoz、酸素富化空気流量Ｇozは、（５）式と以下に示す（６）式、（７）式を連立させて解くことができる。
［（６）：バキュームポンプ６６の吐出流量Ｇｐ］
Ｇp＝γe×(Ｐv/Ｐo) ×(Ｔa/Ｔo) ×Ｖp×｛1+Ｃp−Ｃp(Ｐoz/Ｐv)^1/κ｝×Ｎp
ここで、Ｐv：酸素富化空気生成手段８の下流圧力
Ｖp：1回転当りのポンプ吸込み容積
Ｃp：ポンプ締切比
Ｐoz：オゾン生成手段上流圧力
κ：比熱比
Ｎp：ポンプ回転数
Ｖp、Ｃp、κは予め与えられ、ポンプ回転数Ｎpは一定と与える。
［（７）：バキュームポンプ６６とオゾン生成手段６間の圧力変化式］
（ｄＰoz/dt）×(Ｖoz/Ｒ/Ｔa)＝Ｇp−Ｇoz
ここで、Ｖoz：バキュームポンプ６６とオゾン生成手段６間の容積
Ｒ ：気体定数

次にステップ２１０に進み、ステップ２０６で求めたオゾン目標流量を、ステップ２０９で求めた酸素富化空気流量Ｇozで除算することにより、オゾン生成濃度を求める（オゾン生成濃度算出手段）。
ステップ２１１において、ステップ２０８で求めた酸素富化空気の酸素濃度から酸素富化係数を求め、オゾン生成濃度の修正を行う（オゾン生成濃度の修正手段）。図１５に酸素濃度と酸素富化係数の関係を示す。酸素富化空気生成手段８により、流入する空気の酸素濃度が増すと、オゾン生成手段６において同じ高電圧パルス周波数を与えても、生成するオゾン濃度は大気（酸素濃度２１％）を与えている場合よりも増加する。したがって、図１５に示すように、大気の酸素濃度２１％で作動される場合を富化係数１とし、酸素濃度２１％よりも高い濃度で作動される場合は、1よりも小さい酸素富化係数を掛け合わせて補正する必要がある。酸素濃度が８０％以上の場合は、酸素濃度２１％の場合に対し２倍のオゾン濃度のオゾン含有空気を生成させることができるので、酸素富化係数０．５を与えている。ステップ２１０で求めたオゾン生成濃度を、酸素富化係数により補正することで、修正オゾン生成濃度を求める。

次に、図１４Ｂの判断ステップ２１２に進み、修正オゾン生成濃度が所定値以上か否かを判定する。これ以降のステップ２１３〜２１６は、図４のステップ１１０〜１１４に対応するもので、既に述べた第１実施形態の場合と同様となるので、説明を省略する。

以上述べたように、第２実施形態では、湿気除去手段９の湿気分離フィルタ９１によって空気中の湿気成分を減じ、乾燥した空気をオゾン生成手段６に導入することにより、高濃度のオゾンを安定して生成できる利点が得られる。また、酸素富化空気生成手段８を用いて高酸素濃度の空気をオゾン生成手段６に送ることにより、さらに高濃度のオゾン生成を可能にすることができ、その分小型で搭載性のよいＮＯｘ後処理装置３を設計することが可能になる。

本実施形態においても、放電開始からオゾン生成までの応答遅れが極めて短い放電プラズマの特性を利用して、運転状態の変化に追従して応答性よく、要求されるオゾン生成濃度を実現できる。また、応答遅れの大きい空気流量については、伝達関数モデルによりその遅れを正確に把握してオゾン生成濃度を求め、さらに酸素富化空気の酸素濃度によってオゾン生成濃度を修正することができる。その修正されたオゾン生成濃度を実現するように、オゾン生成手段６を作動させることによって、オゾン目標流量を、空気流量の遅れの影響を受けることなく供給し、ＮＯｘを浄化するという優れた効果を得ることができる。

本発明のエンジン用ＮＯｘ後処理装置の制御装置は、小型で低コストであり、環境温度や運転状態の変化が大きいエンジンであっても高い浄化性能を有するので、使用環境が厳しくスペース的な制約の大きい車両用エンジンに好適に使用されるが、車両用またはディーゼルエンジンに限らず任意のエンジンに適用することができる。

１ エンジン
１８ 吸気管（吸気通路）
２、２ａ 排気管（排気通路）
２１ ＤＰＦ（フィルタ手段）
３ ＮＯｘ後処理装置
３１ オゾン供給通路
３２ 空気流入通路
３７ サブコントローラ（駆動手段）
４ コントローラ（制御装置）
５ ＮＯｘ吸収手段
６ オゾン生成手段
８ 酸素富化空気生成手段（酸素富化手段）
９ 湿気除去手段
９１ 湿気分離フィルタ

Claims (10)

1. エンジン（１）からの排気にオゾンを供給するオゾン生成手段（６）を含むエンジン用ＮＯｘ後処理装置（３）の制御方法であって、
   排気中のＮＯとＮＯ_２流量を推定し、推定したＮＯとＮＯ_２の合計流量に対応させてオゾン目標流量を決定し、決定した目標流量となるように上記オゾン生成手段を作動させて生成したオゾンを排気中に添加し、このオゾンと排気中のＮＯとＮＯ_２と水分によって生成したＨＮＯ_３を排気から除去することを特徴とするオゾン生成手段を含むエンジン用ＮＯｘ後処理装置の制御方法。
2. エンジンの排気通路（２）に接続するオゾン供給通路（３１）と、吸気通路（１８）に接続する空気流入通路（３２）を有し、流入する空気からオゾンを生成するオゾン生成手段を含み、ＮＯｘとオゾンの反応生成物をＮＯｘ吸収手段（５）に吸収させるエンジン用ＮＯｘ後処理装置の制御装置（４）であって、
   上記排気通路を流通する排気中のＮＯとＮＯ_２流量を推定するＮＯｘ流量推定手段（ステップ１０５、２０５）と、
   上記ＮＯｘ流量推定手段により推定したＮＯとＮＯ_２の合計流量に対応させて、オゾン目標流量を決定する目標流量決定手段（ステップ１０６、２０６）と、
   上記目標流量決定手段で決定したオゾン目標流量となるように、上記オゾン生成手段を作動させる駆動手段（３７）とを備え、
   上記オゾン生成手段で生成したオゾンを上記オゾン供給通路から排気中に添加し、添加したオゾンと排気中のＮＯとＮＯ_２と水分によって生成したＨＮＯ_３を上記ＮＯｘ吸収手段に吸収させて除去することを特徴とするオゾン生成手段を含むエンジン用ＮＯｘ後処理装置の制御装置。
3. 上記オゾン供給通路が合流する上記排気通路の上流に、酸化触媒または酸化触媒を担持したフィルタ手段（２１）が配置されており、
   上記ＮＯｘ流量推定手段は、排気中のＮＯとＮＯ_２流量を、エンジンから排出される排気中のＮＯ濃度推定値と、エンジン吸気流量と、上記酸化触媒または酸化触媒を担持したフィルタ手段の温度または排気温度を用いて推定したＮＯ推定流量とＮＯ_２推定流量として求める請求項２記載のオゾン生成手段を含むエンジン用ＮＯｘ後処理装置の制御装置。
4. 上記目標流量決定手段は、上記ＮＯｘ流量推定手段にて推定された、ＮＯ推定流量の１．５当量比倍の流量とＮＯ_２推定流量の０．５当量比倍の流量の合算値以上の値に対応してオゾン目標流量を決定し、このオゾン目標流量に基づいて上記オゾン生成手段が作動される請求項２または３記載のオゾン生成手段を含むエンジン用ＮＯｘ後処理装置の制御装置。
5. 上記オゾン生成手段を通過するガス流量を推定するガス流量推定手段（ステップ１０７、２０９）と、推定されたガス流量と上記目標流量決定手段で決定したオゾン目標流量から、上記オゾン生成手段が生成すべきオゾン濃度を求めるオゾン生成濃度算出手段（ステップ１０８、２１０）を備え、このオゾン生成濃度となるように上記オゾン生成手段が作動される請求項２ないし４のいずれか１項に記載のオゾン生成手段を含むエンジン用ＮＯｘ後処理装置の制御装置。
6. 上記目標流量決定手段は、上記オゾン生成手段で生成されたオゾンが、ＮＯ、ＮＯ_２、水分と反応する前に消滅する比率を求め、該比率に応じてオゾン目標流量を修正する請求項２ないし５のいずれか１項に記載のオゾン生成手段を含むエンジン用ＮＯｘ後処理装置の制御装置。
7. 上記目標流量決定手段は、オゾンが消滅する上記比率を、排気温度に対応して決定する請求項６記載のオゾン生成手段を含むエンジン用ＮＯｘ後処理装置の制御装置。
8. 上記目標流量決定手段は、オゾンが消滅する上記比率を、上記オゾン供給通路の合流部（２ａ）における排気中の低級不飽和炭化水素の濃度に対応して決定する請求項７記載のオゾン生成手段を含むエンジン用ＮＯｘ後処理装置の制御装置。
9. 上記目標流量決定手段で決定した上記オゾン目標流量を、大気中の湿度の情報に基づいて修正する修正手段（ステップ１０９）を備える請求項２ないし８のいずれか１項に記載のオゾン生成手段を含むエンジン用ＮＯｘ後処理装置の制御装置。
10. 上記オゾン生成手段の上流の上記空気流入通路に、湿度除去手段（９）と酸素富化手段（８）が設置され、上記オゾン生成手段に流入するガス中の酸素濃度の変化に基づいてオゾン生成濃度を修正する修正手段（ステップ２１１）を備える請求項５ないし８のいずれか１項に記載のオゾン生成手段を含むエンジン用ＮＯｘ後処理装置の制御装置。

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