JP6090135B2 - 高活性物質添加装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＮＯｘの還元に用いる還元剤を添加する、高活性物質添加装置に関する。

従来より、内燃機関の排気に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を、触媒上で還元剤と反応させて浄化する技術が知られている。そして、特許文献１には、微粒化した液体の還元剤を、放電する電極間に通過させることで改質し、改質された還元剤を触媒の上流側へ添加する還元剤添加装置が開示されている。

特開２００９−１６２１７３号公報

しかし、上記従来の還元剤添加装置では、液体の還元剤が電極に付着することにより、放電状態が悪化して還元剤の改質が阻害されるといった不具合が生じる。また、付着した還元剤は気化するまで改質されずに付着したままになり、還元剤がいつ気化して触媒上流側へ添加されるか不確定になる。よって、触媒にて必要とされる改質還元剤の量に対して、改質還元剤の添加量を精度良く調節することが困難になる。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、還元剤が電極に付着することの抑制を図った高活性物質添加装置を提供することにある。

ここに開示される発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。

開示される発明のひとつは高活性物質添加装置である。この高活性物質添加装置は、内燃機関（１０）の排気に含まれるＮＯｘを還元触媒上で浄化するＮＯｘ浄化装置（１５）が排気通路（１０ｅｘ）に備えられた燃焼システムに設けられ、排気通路のうち還元触媒の上流側へ高活性物質を添加することを前提とする。そして、少なくとも酸素を含んだ酸素ガスが流通する流通路（２２ａ）を形成するとともに、流通路に配置された電極（２１）を有し、電極の放電により酸素ガスを電離させる放電リアクタ（２０）と、電極に対して酸素ガス流れの上流側に配置され、液体の炭化水素を加熱して気化させる電気ヒータ（３４）と、を備え、電気ヒータは、還元触媒の温度が所定の許可温度以上であることを条件として通電による加熱を実施し、許可温度は、還元触媒の活性化温度よりも低い値に設定されており、電気ヒータにより加熱された炭化水素を流通路へ供給することで、電離された酸素ガスで炭化水素を酸化させて高活性物質として改質還元剤を生成することを特徴とする。

この発明によれば、炭化水素を加熱気化し、電極が配置された流通路へ供給するので、液体の炭化水素が電極に付着することを抑制できる。よって、放電状態が悪化して還元剤の改質が阻害されることを低減できる。また、電極に付着した還元剤がいつ気化して触媒上流側へ添加されるか不確定になることを低減できる。したがって、触媒にて必要とされる改質還元剤の量に対して、改質還元剤の添加量を精度良く調節できる。

この発明によれば、液体の炭化水素を微粒化し、酸素ガスの気流に乗せて流通路を通過させるので、液体の炭化水素が電極に付着することを抑制できる。よって、放電状態が悪化して還元剤の改質が阻害されることを低減できる。また、電極に付着した還元剤がいつ気化して触媒上流側へ添加されるか不確定になる問題を低減できる。したがって、触媒にて必要とされる改質還元剤の量に対して、改質還元剤の添加量を精度良く調節できる。

本発明の第１実施形態に係る高活性物質添加装置、およびその装置が適用される燃焼システムを示す模式図。 第１実施形態において、燃料が貯留槽に貯留されていない状態を示す図。 第１実施形態において、ヒータの一部が露出する程度に燃料が貯留槽に貯留されている状態を示す図。 第１実施形態において、ヒータが埋没する程度に燃料が貯留槽に貯留されている状態を示す図。 第１実施形態において、改質ＨＣが生成されるメカニズムを説明する模式図。 第１実施形態において、オゾンが生成されるメカニズムを説明する模式図。 第１実施形態において、放電リアクタの断面構造を模式的に示す図。 第１実施形態において、オゾン生成と改質ＨＣ生成とを切り替える制御の手順を示すフローチャート。 第１実施形態において、燃料供給量およびヒータ温度を制御する手順を示すフローチャート。 第１実施形態において、目標ヒータ温度および目標残存量と、必要還元剤量との関係を示すマップ。 本発明の第２実施形態において、燃料供給量およびヒータ温度を制御する手順を示すフローチャート。 第２実施形態において、目標ヒータ温度および燃料供給量と、必要還元剤量との関係を示すマップ。 本発明の第３実施形態において、ヒータ制御を開始する温度および燃料供給量と、必要還元剤量との関係を示すマップ。 本発明の第４実施形態に係る高活性物質添加装置を示す模式図。 本発明の第５実施形態に係る高活性物質添加装置を示す模式図。

以下、図面を参照しながら発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において、先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において、構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を参照し適用することができる。

（第１実施形態）
図１に示す燃焼システムは、以下に詳述する内燃機関１０、過給機１１、微粒子捕集装置（ＤＰＦ１４）、ＮＯｘ浄化装置１５、還元剤浄化装置（ＤＯＣ１６）および高活性物質添加装置を備える。燃焼システムは車両に搭載されたものであり、当該車両は、内燃機関１０の出力を駆動源として走行する。内燃機関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軽油を用いている。

過給機１１は、タービン１１ａ、回転軸１１ｂおよびコンプレッサ１１ｃを備える。タービン１１ａは、内燃機関１０の排気通路１０ｅｘに配置され、排気の運動エネルギにより回転する。回転軸１１ｂは、タービン１１ａおよびコンプレッサ１１ｃの各インペラを結合することで、タービン１１ａの回転力をコンプレッサ１１ｃに伝達する。コンプレッサ１１ｃは、内燃機関１０の吸気通路１０ｉｎに配置され、吸気を圧縮して内燃機関１０へ過給する。

吸気通路１０ｉｎのうちコンプレッサ１１ｃの下流側には、コンプレッサ１１ｃで圧縮された吸気を冷却する冷却器１２が配置されている。冷却器１２により冷却された圧縮吸気は、スロットルバルブ１３により流量調整された後、吸気マニホールドにより内燃機関１０の複数の燃焼室へ分配される。

排気通路１０ｅｘのうちタービン１１ａの下流側には、ＤＰＦ１４（Diesel Particulate Filter）、ＮＯｘ浄化装置１５、ＤＯＣ１６（Diesel Oxidation Catalyst）が順に配置されている。ＤＰＦ１４は、排気に含まれている微粒子を捕集する。排気通路１０ｅｘのうちＤＰＦ１４の下流側かつＮＯｘ浄化装置１５の上流側には、高活性物質添加装置の供給管３５が接続されている。この供給管３５から排気通路１０ｅｘへ、高活性物質添加装置により生成された改質還元剤が添加される。改質還元剤とは、還元剤として用いる炭化水素（燃料）を部分的に酸化して部分酸化炭化水素に改質したものであり、図５を用いて後に詳述する。

ＮＯｘ浄化装置１５は、還元触媒を担持するハニカム状の担体１５ｂと、担体１５ｂを内部に収容するハウジング１５ａとを備える。ＮＯｘ浄化装置１５は、排気中のＮＯｘを還元触媒上で改質還元剤と反応させてＮ_２に還元することで、排気に含まれているＮＯｘを浄化する。なお、排気中にはＮＯｘの他にＯ_２も含まれているが、改質還元剤はＯ_２存在下においてＮＯｘと選択的に反応する。

還元触媒には、ＮＯｘを吸着する機能を有したものが用いられている。詳細には、還元反応が可能となる活性化温度よりも触媒温度が低い場合には、還元触媒は排気中のＮＯｘを吸着する機能を発揮する。そして、触媒温度が活性化温度以上の場合には、吸着されていたＮＯｘは改質還元剤により還元されて、還元触媒から放出される。例えば、担体１５ｂに担持された銀アルミナによる還元触媒により、ＮＯｘ吸着機能を有したＮＯｘ浄化装置１５が提供される。

ＤＯＣ１６は、酸化触媒を担持する担体をハウジング内に収容して構成されている。ＤＯＣ１６は、還元触媒上にてＮＯｘ還元に用いられずにＮＯｘ浄化装置１５から流出した還元剤を、酸化触媒上で酸化する。これにより、排気通路１０ｅｘの出口から還元剤が大気に放出されることを防止する。なお、酸化触媒の活性化温度（例えば２００℃）は、還元触媒の活性化温度（例えば２５０℃）よりも低い。

次に、改質還元剤を生成して供給管３５から排気通路１０ｅｘへ添加する高活性物質添加装置について説明する。高活性物質添加装置は、以下に詳述する放電リアクタ２０、エアポンプ３１、燃料噴射弁３３および電気ヒータ３４を備える。放電リアクタ２０は、接地電圧および高電圧となる一対の電極２１を複数組備える。各々の電極２１は平板形状であり、互いに平行に対向するように配置されている。電極２１への電圧印加は、電子制御装置（ＥＣＵ８０）が備えるマイクロコンピュータ（マイコン８１）により制御される。

放電リアクタ２０の上流側には、内部に混合室３０ａを形成するケース３０が取り付けられている。混合室３０ａには、エアポンプ３１により送風された空気が送風管３２を通じて流入する。エアポンプ３１は電動モータにより駆動し、その電動モータはマイコン８１により制御される。エアポンプ３１が送風する空気は、高活性物質添加装置の周囲に存在する常温常圧の大気である。空気には酸素分子が含まれているので、酸素を含むガスをエアポンプ３１は混合室３０ａへ供給していると言える。以下、このように少なくとも酸素を含むガスのことを、単に酸素ガスと呼ぶ。エアポンプ３１は酸素ガスを放電リアクタ２０へ供給する「酸素供給手段」を提供する。

燃料タンク３３ｔ内の液体燃料は、ポンプ３３ｐにより燃料噴射弁３３に供給され、燃料噴射弁３３の噴孔から混合室３０ａへ噴射される。燃料タンク３３ｔ内の燃料は、先述した燃焼用の燃料としても用いられており、内燃機関１０の燃焼に用いる燃料と、還元剤として用いる燃料は共用される。燃料噴射弁３３は、電磁ソレノイドによる電磁力により開弁作動させる構造であり、その電磁ソレノイドへの通電はマイコン８１により制御される。燃料噴射弁３３は、燃料を噴射することで電気ヒータ３４へ炭化水素を供給する「炭化水素供給手段」を提供する。

ポンプ３３ｐにより燃料噴射弁３３に圧送された燃料は、燃料噴射弁３３の噴孔から噴射されて減圧することにより、微粒化された状態で電気ヒータ３４へ供給される。つまり、燃料噴射弁３３は、液体燃料を微粒化して電気ヒータ３４へ供給する「微粒化手段」も提供する。

電気ヒータ３４は、混合室３０ａに配置され、燃料噴射弁３３から噴射された液体燃料を加熱する。電気ヒータ３４への通電状態はマイコン８１により制御される。例えば、軽油の蒸留温度（例えば３６０℃）以上に液体燃料を加熱するよう、マイコン８１が電気ヒータ３４を制御することで、液体燃料は混合室３０ａ内で気化する。

図１〜図４に示すように、電気ヒータ３４には、燃料噴射弁３３から噴射された液体燃料を、気化するまで一時的に貯留する貯留槽３４ｔが取り付けられている。図２〜図４に示す貯留槽３４ｔの上下方向の向きは、電気ヒータ３４および貯留槽３４ｔが車両に搭載された状態における上下方向と一致する。電気ヒータ３４の加熱面３４ａが貯留槽３４ｔの内部に配置されているので、貯留槽３４ｔに溜まった燃料は加熱面３４ａにより加熱される。

単位時間当たりに燃料噴射弁３３から噴射された燃料の量（供給量）が、単位時間当たりに気化した燃料の量（気化量）よりも多い場合には、その余剰供給分が貯留槽３４ｔに貯留されることとなる（図３および図４参照）。図３および図４中の符号Ｌは、貯留槽３４ｔに溜まった燃料の液面を示す。供給量が気化量以下であれば、貯留槽３４ｔは空の状態になる（図２参照）。

図２〜図４中の符号Ｆｌは、燃料噴射弁３３から噴射された液体の燃料を示し、符号Ｆｇは、気化して放電リアクタ２０へ供給される燃料を示す。図３中の符号Ｆｇに示すように、電気ヒータ３４の加熱面３４ａが液面Ｌから露出する程度に貯留槽３４ｔに燃料が溜まった状態では、加熱面３４ａと液面Ｌの両方から燃料が気化する。図４中の符号Ｆｇに示すように、加熱面３４ａが液面Ｌより下方に位置し、加熱面３４ａの全体が液体燃料中に埋没した状態では、液面Ｌから燃料が気化する。図２中の符号Ｆｇに示すように、貯留槽３４ｔが空の状態では、電気ヒータ３４の加熱面３４ａに付着した液体燃料Ｆｌは、加熱面３４ａ上で気化する。

混合室３０ａでは、電気ヒータ３４により気化された燃料と、エアポンプ３１により供給された酸素ガスを含む空気とが混合される。その混合気は、放電リアクタ２０の電極２１間の流通路２１ａを流通し、供給管３５を通じて排気通路１０ｅｘへ添加される。放電リアクタ２０は、混合気に含まれる燃料（炭化水素）を酸化させて改質還元剤を生成する。以下、図５を用いてその生成反応について説明する。

先ず、図５中の符号（１）に示すように、電極２１から放出された電子が、混合気に含まれる酸素ガス（酸素分子）に衝突する。すると、酸素分子は電離して活性酸素の状態になる（符号（２）参照）。次に、活性酸素は、混合気に含まれる気体燃料（炭化水素）と反応して炭化水素を部分的に酸化する（符号（３）参照）。これにより、炭化水素が部分的に酸化された状態の改質還元剤が生成される（符号（４）参照）。改質還元剤の具体例としては、炭化水素の一部がヒドロキシ基（ＯＨ）、アルデヒド基（ＣＨＯ）に酸化された状態の部分酸化物が挙げられる。

さらに放電リアクタ２０は、燃料噴射弁３３による燃料噴射が停止されて燃料が流入していない状態では、図６に示すようにオゾンを活発に生成するようになる。すなわち、先ず、電極２１から放出された電子が、エアポンプ３１により送風されてくる酸素ガス（酸素分子）に衝突する（符号（１）参照）。すると、酸素分子は電離して活性酸素の状態になる（符号（２）参照）。そして活性酸素は、送風されてくる酸素分子と反応して酸化する（符号（５）参照）。

要するに、電極２１に電圧を印加してエアポンプ３１を作動させた状態にすれば、放電リアクタ２０は、酸素ガスをグロー放電によりプラズマ状態にして、酸素分子を電離させて活性酸素にする。そして、この状態で燃料が噴射されていれば、放電リアクタ２０は活性酸素により燃料を部分的に酸化させて改質還元剤を生成する。一方、燃料噴射が停止されていれば、放電リアクタ２０は活性酸素により酸素ガスから高活性物質としてオゾンを生成する。生成された改質還元剤またはオゾンは、エアポンプ３１の送風圧力により電極２１間の流通路２１ａから流出し、供給管３５を通じて排気通路１０ｅｘへ添加される。

放電リアクタ２０は、内部に流通路２２ａを形成するハウジング２２を備え、流通路２２ａに電極２１が配置されている（図１参照）。以下、ハウジング２２内部における電極２１の配置状態を、図７を用いて詳細に説明する。図示されるように、電極２１は、絶縁基板２１ｂ、金属板２１ｃおよび絶縁保護膜２１ｄを備えて構成されている。絶縁基板２１ｂは、セラミック製であり、金属板２１ｃを保持する。金属板２１ｃに高電圧が印加されることにより流通路２１ａにおいて放電する。絶縁保護膜２１ｄは、金属板２１ｃが流通路２１ａに露出しないように、流通路２１ａ側から金属板２１ｃの表面を覆う。

複数の電極２１は、スペーサ２３を介して積層配置されている。これにより、平板形状の電極２１が互いに平行に対向するように配置される。また、一対の電極２１はスペーサ２３により所定の間隔に保たれ、電極２１間に流通路２１ａが形成される。放電リアクタ２０は、一対の電極２１を複数組備えている。各々の電極２１間において、図５および図６を用いて説明した通り改質還元剤およびオゾンが生成される。

ＥＣＵ８０が備えるマイコン８１は、プログラムを記憶する記憶装置と、記憶されたプログラムにしたがって演算処理を実行する中央演算処理装置と、を備える。ＥＣＵ８０は、各種センサの検出値に基づき内燃機関１０の作動を制御する。上記各種センサの具体例として、アクセルペダルセンサ９１、機関回転速度センサ９２、スロットル開度センサ９３、吸気圧センサ９４、吸気量センサ９５、排気温度センサ９６等が挙げられる。

アクセルペダルセンサ９１は、ユーザのアクセルペダル踏込量を検出する。機関回転速度センサ９２は、内燃機関１０の出力軸１０ａの回転速度を検出する。スロットル開度センサ９３はスロットルバルブ１３の開度を検出する。吸気圧センサ９４は、吸気通路１０ｉｎのうちスロットルバルブ１３の下流側の圧力を検出する。吸気量センサ９５は吸気の質量流量を検出する。

概略、ＥＣＵ８０は、出力軸１０ａの回転速度および内燃機関１０の負荷に応じて、図示しない燃料噴射弁から噴射される燃焼用燃料の噴射量および噴射時期を制御する。さらにＥＣＵ８０は、排気温度センサ９６により検出された排気温度に基づき、高活性物質添加装置の作動を制御する。すなわち、マイコン８１は、図８および図９に示す手順のプログラムを所定周期で繰り返し実行することで、改質還元剤の生成とオゾンの生成を切り替えるように制御する。これらのプログラムは、イグニッションスイッチがオン操作されたことをトリガとして始動し、内燃機関１０の運転期間中は常時実行される。

先ず、図８のステップＳ１０において、マイコン８１はエアポンプ３１を作動させる。続くステップＳ１１では、電極２１へ電圧を印加して放電リアクタ２０での放電を実施する。続くステップＳ１２では、ＮＯｘ浄化装置１５が有する還元触媒の温度（ＮＯｘ触媒温度）が、活性化温度未満であるか否かを判定する。ＮＯｘ触媒温度は、排気温度センサ９６により検出された排気温度から推定される。ここで、還元触媒の活性化温度とは、改質還元剤によりＮＯｘを還元浄化できる温度を示す。

ＮＯｘ触媒温度が活性化温度未満であると判定された場合には、ステップＳ１３においてオゾン生成フラグをオンに設定する。このオゾン生成フラグは、図６の如くオゾンを生成するように指令するものである。一方、ＮＯｘ触媒温度が活性化温度未満でないと判定された場合には、ステップＳ１４において改質フラグをオンに設定する。この改質フラグは、図５の如く改質還元剤を生成するように指令するものである。ステップＳ１３の処理を実行している時のマイコン８１は「オゾン生成制御手段」を提供し、ステップＳ１４の処理を実行している時のマイコン８１は「改質制御手段」を提供する。

次に、図９のステップＳ２０では、改質フラグがオンに設定されているか否かを判定する。改質フラグがオンでないと判定されれば、続くステップＳ２１にて電気ヒータ３４への通電を停止させるとともに、ステップＳ２２において、燃料噴射を停止させるように燃料噴射弁３３を閉弁作動させる。

一方、改質フラグがオンであると判定されれば、続くステップＳ２３にて、ＮＯｘ浄化装置１５が単位時間当りに必要とする改質還元剤の量（必要還元剤量）を算出する。このステップＳ２３の処理を実行している時のマイコン８１は「必要量算出手段」を提供する。以下、必要還元剤量を算出する具体例を説明する。

先ず、内燃機関１０の負荷、出力軸１０ａの回転速度および燃焼用の燃料の噴射量等、内燃機関１０の運転状態に基づき、排気中のＮＯｘ濃度および排気量を算出する。次に、算出したＮＯｘ濃度および排気量に基づき排気中のＮＯｘ量（ＮＯｘ排出量）を算出する。次に、算出したＮＯｘ排出量、供給した改質還元剤量およびＮＯｘ触媒温度等の履歴に基づき、ＮＯｘ浄化装置１５で吸着されているＮＯｘ量（ＮＯｘ吸着量）を算出する。次に、算出したＮＯｘ吸着量に現時点でのＮＯｘ排出量を加算してＮＯｘ総量を算出する。次に、ＮＯｘ総量を浄化するのに必要な改質還元剤の量を、必要還元剤量として算出する。

以上の如くステップＳ２３にて必要還元剤量を算出した後、続くステップＳ２４では、算出した必要還元剤量に基づき目標ヒータ温度を算出する。図１０の上段に示すように、必要還元剤量が多いほど目標ヒータ温度を高く設定するが、必要還元剤量が第１所定量Ｖ１未満の場合には、目標ヒータ温度を第１目標温度Ｔａに固定する。必要還元剤量が第１所定量Ｖ１以上の場合には、必要還元剤量が多くなるほど目標ヒータ温度を高くしていく。但し、電気ヒータ３４の出力上限温度Ｔｂを上限として目標ヒータ温度を設定する。

第１目標温度Ｔａは、軽油に含まれる成分の９０％が蒸留することとなる温度（例えば３６０℃）に対して十分に高い温度（例えば４００℃）に設定される。また、以下に説明する技術的思想に基づき第１目標温度Ｔａは設定される。

すなわち、貯留槽３４ｔに燃料が残存していると、その残存燃料がいつ気化して触媒上流側へ添加されるか不確定になる。よって、必要還元剤量に対する改質還元剤の添加量の精度が悪くなる。この点を鑑みると残存量はゼロであることが望ましい（図２参照）。しかしながら、残存量ゼロの状態では、ヒータ温度を上昇させて放電リアクタ２０への気化燃料Ｆｇの供給量を増大させるのに限界がある。つまり、ある温度を境界に、いわゆるライデンフロスト現象の発生により、ヒータ温度の上昇量に対する気化燃料Ｆｇの増大量が急激に減少していく。この境界の温度を、上記第１目標温度Ｔａとして設定している。そして、加熱面３４ａが埋没した状態になることが想定される必要還元剤量を、上記第１所定量Ｖ１として設定している。

以上の如くステップＳ２４にて目標ヒータ温度を算出した後、続くステップＳ２５では、加熱面３４ａが算出した目標ヒータ温度となるように、電気ヒータ３４への供給電力を制御する。例えば、電気ヒータ３４へ印加する電圧のパルス幅をデューティ制御することで供給電力を制御する。燃料が気化する際に、気化潜熱によって加熱面３４ａから熱量を持ち去るため、気化潜熱による温度低下分を考慮して、目標ヒータ温度となるように電気ヒータ３４へ電力供給する。このステップＳ２５の処理を実行している時のマイコン８１は「加熱温度制御手段」を提供する。

続くステップＳ２６では、ステップＳ２３にて算出した必要還元剤量に基づき、貯留槽３４ｔに貯留させる燃料の目標量（目標残存量）を算出する。図１０の下段に示すように、必要還元剤量が多いほど目標残存量を多く設定するが、必要還元剤量が第２所定量Ｖ２未満の場合には、目標残存量をゼロに固定する。必要還元剤量が第２所定量Ｖ２以上の場合には、必要還元剤量が多くなるほど目標残存量を多くしていく。但し、加熱面３４ａの全体が埋没した状態の残存量を上限として目標残存量を設定する。このステップＳ２６の処理を実行している時のマイコン８１は「目標残存量算出手段」を提供する。

続くステップＳ２７では、後述するステップＳ３２で算出された残存量が、目標残存量以下であるか否かを判定する。残存量が目標残存量以下でないと判定された場合、ステップＳ２８において、燃料噴射弁３３を閉弁作動させて燃料噴射を停止させる。次のステップＳ２９では、目標ヒータ温度を低減補正するフラグをオンに設定する。先述したステップＳ２４では、上記低減補正のフラグがオンに設定されている場合には、図１０の上段に示すマップの目標ヒータ温度よりも所定量だけ低減させた値に目標ヒータ温度を設定する。

一方、ステップＳ２７において残存量が目標残存量以下であると判定された場合、ステップＳ３０において、低減補正のフラグをオフに設定するとともに、燃料噴射弁３３を開弁作動させて燃料噴射を実施させる。この燃料噴射に係る目標燃料噴射量は次のように設定される。すなわち、目標残存量に対する残存量の不足分を算出し、その不足分に必要還元剤量を加算した値を目標燃料噴射量として設定する。なお、ステップＳ３０の処理を実行している時のマイコン８１は「供給量制御手段」を提供する。

続くステップＳ３１では、単位時間当たりに供給される気化燃料Ｆｇの量（気化量）を推定する。例えば、外気温度および目標ヒータ温度に基づき気化量を推定する。続くステップＳ３２では、推定した気化量と、必要還元剤量または目標燃料噴射量との差分の積算値を、残存量として算出する。なお、ステップＳ３２の処理を実行している時のマイコン８１は「残存量算出手段」を提供する。

さて、先述した第１所定量Ｖ１は、第２所定量Ｖ２よりも大きい値に設定されている。つまり、加熱面３４ａが一部露出した状態では目標ヒータ温度を第１目標温度Ｔａに維持し、埋没した状態になると目標ヒータ温度を第１目標温度Ｔａよりも大きくする。このように、ヒータ温度を第１目標温度Ｔａよりも大きくして、加熱面３４ａを埋没させて液面Ｌから燃料を気化させた時の燃料の気化量は、燃料を溜めずに加熱面３４ａから気化させる場合よりも多くなる。また、放電リアクタ２０への気化燃料Ｆｇの供給量は、貯留槽３４ｔに燃料を溜めて加熱面３４ａと液面Ｌの両方から燃料を気化させた方が、燃料を溜めずに加熱面３４ａから気化させる場合に比べて多くなる。

要するに、図９に示す制御では、残存燃料がいつ気化して触媒上流側へ添加されるか不確定になることを鑑みて、必要還元剤量が所定量（第２所定量Ｖ２）未満である場合には、残存燃料ゼロの状態を維持させる。その一方で、必要還元剤量が上記所定量以上である場合には、燃料を溜めて気化燃料Ｆｇの供給量を増大させる。そして、必要還元剤量がさらに増大して第１所定量Ｖ１以上になった場合には、加熱面３４ａが埋没する程度に燃料を溜めて、目標ヒータ温度を第１目標温度Ｔａよりも大きくする。これにより、気化燃料Ｆｇの供給量増大を促進させる。

以上に説明した通り、本実施形態に係る高活性物質添加装置は、電極２１の放電により酸素ガスを電離させる放電リアクタ２０と、液体燃料を加熱して気化させる電気ヒータ３４とを備える。そして、電気ヒータ３４により加熱された燃料を流通路２２ａへ供給することで、電離された酸素ガスで燃料を酸化させて改質還元剤を生成する。

そのため、燃料噴射弁３３から噴射された液体燃料は、電気ヒータ３４で気化されてから放電リアクタ２０へ供給されるので、液体燃料が電極２１に付着することを抑制できる。よって、放電状態が悪化して、活性酸素が気体燃料を部分酸化させる反応が抑制される、といった不具合を低減できる。また、電極２１に付着した燃料がいつ気化して供給管３５から排気通路１０ｅｘへ添加されるか不確定になる、といった問題を低減できる。したがって、必要還元剤量に対する改質還元剤の排気通路１０ｅｘへの添加量を、精度良く調節できる。

なお、電気ヒータ３４で気化された燃料は、送風管３２から混合室３０ａへ送風されてくる酸素ガスにより温度低下して、放電リアクタ２０へ供給される前に液体に戻る場合がある。しかし、このように液体に戻ったとしても、そのように液化した燃料は微粒子状態になっているので、酸素ガスの気流に乗って放電リアクタ２０へ供給され、電極２１への付着は抑制される。

さらに本実施形態では、液体燃料を微粒化した状態で電気ヒータ３４へ供給する燃料噴射弁３３を備える。そのため、電気ヒータ３４にて液体燃料を気化するのに要する時間が短縮される。よって、必要還元剤量に対する改質還元剤の添加の応答性を速くできる。

さらに本実施形態では、図９のステップＳ２３により必要還元剤量を算出し、必要還元剤量に応じてヒータ温度および燃料噴射量を制御する。これによれば、必要還元剤量が多い場合には、燃料噴射量を増大させるのみならず、ヒータ温度も上昇させて添加量を増大できる。一方、必要還元剤量が少ない場合には、燃料噴射量を減少させるとともにヒータ温度も低下させることで、電気ヒータ３４での消費電力軽減を図ることができる。

さらに本実施形態では、電気ヒータ３４に対して供給された液体燃料を、気化するまで一時的に貯留する貯留槽３４ｔを備える。そして、電気ヒータ３４の加熱面３４ａが、貯留槽３４ｔの内部に配置されている。これによれば、貯留槽３４ｔに溜まった燃料は加熱面３４ａにより加熱することができる。そのため、加熱面３４ａの表面から気化可能な量よりも必要還元剤量が多い場合には、貯留槽３４ｔに溜まる程度に燃料を供給して、加熱面３４ａに加えて貯留槽３４ｔの液面Ｌからも気化させる、或いは加熱面３４ａが埋没した状態で液面Ｌから気化させることで、気化量を増大させることができる。

さらに本実施形態では、必要還元剤量が所定量以上である場合には、貯留槽３４ｔに燃料が溜まるようにヒータ温度および燃料噴射量を制御する。一方、必要還元剤量が所定量未満である場合には、貯留槽３４ｔの残存量がゼロになるようにヒータ温度および燃料噴射量を制御する。これによれば、必要還元剤量が所定量未満である場合には残存量がゼロになるように制御されるので、貯留槽３４ｔに残存する燃料がいつ気化して排気通路１０ｅｘへ添加されるか不確定になる、といった懸念を解消できる。それでいて、必要還元剤量が所定量以上であれば、貯留槽３４ｔに燃料を溜めて気化量を増大させるので、必要還元剤量に対する改質還元剤の添加量が不足することを回避しつつ、上記懸念の解消が図られる。

さらに本実施形態では、必要還元剤量に基づき貯留槽３４ｔの目標残存量を算出し、現状の残存量が目標残存量以上である場合には燃料供給を停止させるとともに、図９のステップＳ２９による低減補正により目標ヒータ温度を低下させる。このように、残存量が目標残存量以上である場合には、目標ヒータ温度を低下させても改質還元剤を必要還元剤量だけ添加できるので、上記低減補正によれば電気ヒータ３４の無駄な消費電力を低減できる。

さらに本実施形態では、供給された酸素ガスを放電により電離させて活性酸素にする放電リアクタ２０と、放電リアクタ２０へ燃料を供給する燃料噴射弁３３とを備える。そして、図８のステップＳ１３によるオゾン生成制御手段、およびステップＳ１４による改質制御手段がマイコン８１により提供される。そのため、オゾン生成制御手段により燃料噴射を停止させれば、活性酸素によりオゾンが生成され、改質制御手段により燃料を噴射させれば、活性酸素により燃料が酸化（改質）されて改質還元剤が生成される。よって、１つの放電リアクタ２０で、還元剤の改質とオゾン生成の両方を実現できる。

ここで、液体燃料が電極２１に付着すると、改質還元剤の生成からオゾンの生成に切り替えた場合に、燃料供給を停止させているにも拘わらず、付着していた燃料が気化して流通路２１ａ内に燃料が存在することとなる。すると、放電により生成された活性酸素は、燃料を酸化させて改質還元剤を生成してしまい、酸素分子を酸化させてオゾンを生成する量が少なくなる。これに対し本実施形態によれば、上述の如く電極２１への燃料付着を抑制できるので、オゾン生成フラグオン時に改質還元剤が生成されるといった不具合を抑制できる。

さらに本実施形態では、還元触媒がＮＯｘを吸着する機能を有している。そのため、放電リアクタ２０にて生成されたオゾンを排気通路１０ｅｘに添加すると、排気中のＮＯがＮＯ_２に酸化され、還元触媒に吸着されやすくなる。よって、生成したオゾンを、還元触媒でのＮＯｘ吸着性向上に利用することができる。

さらに本実施形態では、還元触媒が活性化温度未満であることを条件としてオゾンを生成させ、還元触媒が活性化温度以上であることを条件として改質還元剤を生成させる。そのため、還元触媒が還元能力を発揮できない低温時に改質還元剤が排気通路１０ｅｘに添加されることを回避できる。そして、上記低温時には排気通路１０ｅｘにオゾンを添加してＮＯをＮＯ_２に酸化させ、ＮＯｘ吸着性を向上させるので、低温時にＮＯｘが浄化されないままＮＯｘ浄化装置１５から流出することを抑制できる。

また、オゾンは高温であるほど熱分解しやすくなるが、本実施形態では、上記低温時にオゾンが排気通路１０ｅｘに添加され、低温時以外では添加されない。よって、添加したオゾンが排気熱で熱分解するおそれを低減できる。

さらに本実施形態では、少なくとも酸素を含んだ酸素ガスとして大気を用いており、エアポンプ３１で大気を放電リアクタ２０へ供給する。そのため、例えば内燃機関１０の排気を酸素ガスとして用いた場合に比べて、酸素濃度の高い酸素ガスを放電リアクタ２０へ供給できる。

（第２実施形態）
図９に示す実施形態では、ステップＳ２６にて目標残存量を算出し、ステップＳ３２にて残存量を算出し、目標残存量に対する残存量の不足分を算出している。そして、必要還元剤量に上記不足分を加算した量だけ燃料を噴射させている。これに対し、図１１に示す本実施形態では、ステップＳ３０Ａにおいて、必要還元剤量に応じた量を目標燃料噴射量として算出しており、必要還元剤量に応じた量の燃料を、残存量に拘わらずに噴射させる。

図１２は本実施形態において、目標ヒータ温度および目標燃料噴射量と、必要還元剤量との関係を示すマップである。このマップにしたがって、ステップＳ２４にて目標ヒータ温度が算出されるとともに、ステップＳ３０Ａにて目標燃料噴射量が算出される。図１２の下段に示すように、目標燃料噴射量は、必要還元剤量の増加に比例して増加するように設定されるが、必要還元剤量が第３所定量Ｖ３以上になると、目標燃料噴射量は燃料噴射弁３３の噴射上限量Ｖａに固定される。なお、第２所定量Ｖ２が第３所定量Ｖ３よりも小さい値になるように、図１２の上段に示す目標ヒータ温度のマップは設定されている。

以上により、本実施形態によれば、必要還元剤量に応じた量の燃料を、残存量に拘わらずに噴射させるので、図９のステップＳ２６、Ｓ３１、Ｓ３２による目標残存量、気化量、残存量の算出処理を廃止できる。また、図９のステップＳ２７による判定処理を廃止できる。よって、図９の実施形態に比べてマイコン８１の処理負荷を軽減できる。但し、図９の実施形態によれば本実施形態に比べて、必要還元剤量の過渡的な変化に対し、必要還元剤量に対する改質還元剤の添加量を精度良く制御できるといった利点がある。

（第３実施形態）
本実施形態では、先述した図８および図９の処理に加えて図１３の処理を実行している。但し、図９のステップＳ２１は廃止している。図１３に示す手順のプログラムは、マイコン８１により所定周期で繰り返し実行される。このプログラムは、イグニッションスイッチがオン操作されたことをトリガとして始動し、内燃機関１０の運転期間中は常時実行される。

図１３のステップＳ４０では、ＮＯｘ触媒温度が所定の許可温度以上であるか否かを判定する。許可温度以上であると判定されれば、次のステップＳ４１において、電気ヒータ３４への通電を実施する。許可温度は、還元触媒の活性化温度よりも低い値に設定されている。このステップＳ４１では、目標ヒータ温度を先述した第１目標温度Ｔａに固定してヒータ温度を制御する。

但し、図９のステップＳ２０で改質フラグがオンであると判定されている場合には、図９のステップＳ２４で算出した目標ヒータ温度となるように、ステップＳ２５の処理にしたがってヒータ温度を制御する。一方、改質フラグがオフであると判定されている場合には、図１３のステップＳ４０にて許可温度以上でないと判定されれば、ステップＳ４２により電気ヒータ３４への通電がオフされる。

したがって、例えば内燃機関１０の始動直後においてＮＯｘ触媒温度が上昇して許可温度に達すると、活性化温度にまで上昇することを待たずして、電気ヒータ３４への通電が開始される。但し、ＮＯｘ触媒温度が許可温度に達していなければ、電気ヒータ３４への通電は開始されない。

さて、電気ヒータ３４への通電を開始してから加熱面３４ａが目標ヒータ温度になるまでには一定の時間（加熱遅れ時間）を要する。そのため、ＮＯｘ触媒温度が上昇して活性化温度に達した時点で電気ヒータ３４への通電を開始しても、加熱遅れ時間が経過するまでは加熱面３４ａは目標ヒータ温度にならない。よって、加熱遅れ時間の期間中、液体燃料を所望する量だけ気化させることができず、必要還元剤量に対して改質還元剤の添加量が不足する。

この点を鑑みた本実施形態では、電気ヒータ３４は、ＮＯｘ触媒温度が所定の許可温度以上であることを条件として加熱を実施する。そして上記許可温度は、還元触媒の活性化温度よりも低い値に設定されている。そのため、ＮＯｘ触媒温度が上昇して許可温度に達すると、活性化温度にまで上昇することを待たずして、電気ヒータ３４への通電が開始される。よって、活性化温度に達した時点で加熱面３４ａを第１目標温度Ｔａにさせておくことができ、上述した加熱遅れ時間における改質還元剤の添加量不足のおそれを低減できる。しかも、ＮＯｘ触媒温度が許可温度未満である場合には電気ヒータ３４への通電を停止させるので、無駄な電力消費の低減も図ることができる。

（第４実施形態）
図１に示す実施形態では、液体燃料を加熱して気化させる電気ヒータ３４（加熱手段）と、液体燃料を微粒化して電気ヒータ３４へ供給する燃料噴射弁３３（微粒化手段）とを備える。これに対し、図１４に示す本実施形態では、液体燃料を微粒化する燃料噴射弁３３を備えつつ電気ヒータ３４を廃止している。

具体的には、ポンプ３３ｐにより燃料噴射弁３３に圧送された燃料は、燃料噴射弁３３の噴孔から噴射されて減圧することにより、微粒化された状態で放電リアクタ２０へ供給される。なお、図１４に示すように、燃料噴射弁３３は、電極２１間の流通路２１ａの入口へ向けて液体燃料を噴射するように配置されている。

燃料噴射弁３３から噴射されて混合室３０ａを浮遊する微粒子状の液体燃料Ｆｌは、送風管３２から送風される酸素ガスの気流に乗って、流通路２１ａを通過する。これにより、図５に示す如く燃料が部分的に酸化され、改質還元剤が生成される。供給管３５から排気通路１０ｅｘへ添加される改質還元剤には、液体のまま改質されたものと気化したものが含まれる。

以上により、本実施形態によれば、液体燃料を微粒化し、酸素ガスの気流に乗せて流通路２１ａを通過させるので、液体燃料が電極２１に付着する懸念を低減できる。よって、付着した燃料がいつ気化して排気通路１０ｅｘへ添加されるか不確定になる問題を低減できる。したがって、必要還元剤量に対して改質還元剤の添加量を精度良く調節できるようになる。

また、液体燃料を微粒化することにより、液体燃料の表面積が増大するので、放電リアクタ２０内で生じる液体燃料の部分酸化反応（図５の（３）参照）を促進でき、改質還元剤の生成量を増大できる。また、電気ヒータ３４を廃止できるので、装置の小型化および消費電力低減を図ることができる。

（第５実施形態）
本実施形態は上記第４実施形態の変形例である。本実施形態では、図１５中の符号Ｏｇに示すように、混合室３０ａ内に酸素ガスの渦が形成されるように、混合室３０ａ内にガイド部材３２ｂを配置している。ガイド部材３２ｂは、燃料噴射方向を中心とした円筒形状であり、燃料噴射の下流側であるほど通路面積が拡大する形状である。送風管３２の流出口３２ａはガイド部材３２ｂの内部に配置される。

さらに本実施形態では、酸素ガスを大気よりも高圧に圧縮した状態で、流出口３２ａから送風する。具体的には、流出口３２ａから送風される高圧の酸素ガスが、ガイド部材３２ｂの内周面に沿って螺旋状の渦を形成する程度に高圧にする。これにより、燃料噴射弁３３から噴射された微粒子状の液体燃料は、ガイド部材３２ｂの内部において、酸素ガスの渦状気流に乗って酸素ガスと攪拌されながら、電極２１間の流通路２１ａへ流入する。このように高圧酸素ガスを放電リアクタ２０へ供給するエアポンプ３１および送風管３２は「酸素供給手段」を提供する。

以上により、本実施形態によれば、燃料噴射弁３３から噴射された微粒子状の液体燃料は、酸素ガスで攪拌されることによりさらに微粒化される。よって、液体燃料が酸素ガスの気流に乗って流通路２１ａを通過することが促進されるので、液体燃料が電極２１に付着する懸念をより一層低減できる。

（他の実施形態）
以上、発明の好ましい実施形態について説明したが、発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、以下に例示するように種々変形して実施することが可能である。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

図１０に示す実施形態では、９０％蒸留温度（例えば３６０℃）に対して十分に高い温度（例えば４００℃）に第１目標温度Ｔａを設定しているが、２５０℃程度に設定してもよい。しかし、以下に説明するクラッキングが生じる温度よりも高い温度、例えば３５０℃〜５００℃に設定すると、以下の効果も発揮されるようになる。

すなわち、気化した燃料がさらに加熱されると、炭素数の少ない炭化水素に燃料が分解されるといったクラッキングが生じる。クラッキングにより炭素数が少なくなった炭化水素は沸点が低くなるので、気化した燃料が液体に戻ることが抑制される。よって、第１目標温度Ｔａを３５０℃〜５００℃に設定してクラッキングを生じさせれば、気化した燃料が酸素ガスにより冷却されて液体に戻ることを抑制できるので、液体燃料が電極２１に付着することを抑制できる。

図９のステップＳ３２では貯留槽３４ｔの残存量を算出し、残存量が目標残存量となるように燃料噴射弁３３からの燃料噴射量を制御している。これに対し、加熱面３４ａと液体燃料との接触面積を上記残存量に置き換えて算出し、算出した接触面積が目標面積となるように燃料噴射弁３３からの燃料噴射量を制御してもよい。

図１に示す実施形態では、液体の炭化水素を加熱して気化させる加熱手段として電気ヒータ３４を採用しているが、内燃機関１０の廃熱を利用した熱交換器を加熱手段として採用してもよい。また、図１に示す実施形態では、燃料噴射弁３３から混合室３０ａへ液体燃料を供給しているが、混合室３０ａの外部で液体燃料を加熱して気化させておき、気体燃料を混合室３０ａへ供給するようにしてもよい。

図１に示す実施形態では、車両搭載状態において板形状の電極２１が水平の向きになるように放電リアクタ２０を設置している。これに対し、板形状の電極２１の板面が水平方向に対して傾くように設置することで、電極２１に付着した液体燃料を重力で落下しやすくしてもよい。また、板形状の電極２１の板面が上下方向に対して平行な向きになるように設置してもよい。

図１に示す実施形態では、液体の炭化水素を微粒化して加熱手段へ供給する微粒化手段として、燃料噴射弁３３を採用している。これに対し、超音波等の高周波数で振動する振動板に液体燃料を接触させることで、液体燃料を振動させて微粒化させる振動装置を、微粒化手段として採用してもよい。

図２に示す実施形態では、棒状の加熱面３４ａが左右方向に延びる向きに電気ヒータ３４を設置している。これに対し、棒状の加熱面３４ａが上下方向に延びる向きに電気ヒータ３４を設置してもよい。但し、貯留槽３４ｔの液面Ｌ面積を大きくして気化燃料供給量の増大を図るには、左右方向に延びる向きに設置した方が有利である。

図１に示す実施形態では、放電リアクタ２０へ酸素ガスを供給する酸素供給手段として、大気を送風するエアポンプ３１を採用している。これに対し、内燃機関１０の吸気の一部を分岐させて放電リアクタ２０へ流入させるようにしてもよい。この場合、コンプレッサ１１ｃの下流側に位置する吸気通路１０ｉｎのうち、冷却器１２の上流部分から吸気を分岐させてもよいし、冷却器１２の下流部分から吸気を分岐させてもよい。

また、冷却器１２の上流部分から冷却器１２により冷却される前の高温吸気を分岐させるモードと、冷却器１２の下流部分から冷却器１２により冷却された後の低温吸気を分岐させるモードとを切り替えるようにしてもよい。この場合、オゾン生成時には低温吸気を分岐させるモードにして、生成したオゾンが吸気の熱で破壊されることを抑制することが望ましい。また、改質還元剤生成時には高温吸気を分岐させるモードにして、電気ヒータ３４により加熱された燃料が、混合室３０ａ内で吸気により冷却されることを抑制することが望ましい。

オゾンの生成および改質還元剤の生成をともに停止させている完全停止の場合には、酸素ガスの供給を停止させてもよい。すなわち、図１に示す実施形態の場合において、上記完全停止時にエアポンプ３１の作動を停止させて、電力消費の低減を図ってもよい。上記完全停止させるケースの具体例としては、ＮＯｘ触媒温度が活性化温度未満であり、かつ、ＮＯｘ吸着量が飽和状態になっているケースや、ＮＯｘ触媒温度が還元可能範囲を超えて高温になっているケースが挙げられる。

図１に示す上記実施形態では、ＮＯｘを物理的に捕捉（つまり吸着）する還元触媒が採用されているが、ＮＯｘを化学的結合により捕捉（つまり吸蔵）する還元触媒が採用された燃焼システムに、高活性物質添加装置を適用させてもよい。

内燃機関１０が理論空燃比よりもリーンな状態で燃焼させている時に、ＮＯｘ浄化装置１５がＮＯｘを吸着し、リーン燃焼以外の時にＮＯｘを還元させる燃焼システムに、高活性物質添加装置を適用させてもよい。この場合、リーン燃焼時にはオゾンを生成し、リーン燃焼以外の時に改質還元剤を生成させればよい。このようにリーン燃焼時にＮＯｘを捕捉する触媒の具体例としては、担体に担持された白金とバリウムによる吸蔵還元触媒が挙げられる。

吸着または吸蔵の機能を有しないＮＯｘ浄化装置１５が採用された燃焼システムに、高活性物質添加装置を適用させてもよい。この場合、放電リアクタ２０で生成されたオゾンをＤＰＦ１４の再生に用いればよい。すなわち、ＤＰＦ１４の上流へオゾンを添加することで、排気中のＮＯをＮＯ_２に酸化してＤＰＦ１４へ流入させる。すると、ＤＰＦ１４で捕集されて堆積した微粒子の炭素成分が、ＮＯ_２と反応して酸化される。これにより、ＤＰＦ１４に堆積した微粒子が除去されて、ＤＰＦ１４が再生される。

図１に示す実施形態では、燃料噴射弁３３の噴孔から燃料を減圧させながら噴射することで、液体燃料を微粒化させている。詳細には、液体燃料の粒径を１０μｍ以下の状態にして噴射する。これに対し、燃料噴射弁３３を電磁バルブに替えて、微粒化させずに混合室３０ａへ燃料を流入させてもよい。

上記第１実施形態では、図８のステップＳ１２で用いるＮＯｘ触媒温度を、排気温度センサ９６により検出された排気温度から推定している。これに対し、ＮＯｘ浄化装置１５に温度センサを取り付けて、ＮＯｘ触媒温度を直接計測してもよい。或いは、出力軸１０ａの回転速度および内燃機関１０の負荷等に基づき、ＮＯｘ触媒温度を推定してもよい。

図１に示す実施形態では、放電リアクタ２０は、平板形状の電極２１を互いに平行に対向するように配置して構成されている。これに対し、放電リアクタは、針状に突出した形状の針状電極と、針状電極を環状に取り囲む環状電極とから構成されていてもよい。

図１に示す実施形態では、車両に搭載された燃焼システムに高活性物質添加装置を適用させている。これに対し、定置式の燃焼システムに高活性物質添加装置を適用させてもよい。図１に示す実施形態では、圧縮自着火式のディーゼルエンジンに高活性物質添加装置を適用させており、燃焼用の燃料として用いる軽油を還元剤として用いている。これに対し、点火着火式のガソリンエンジンに高活性物質添加装置を適用させて、燃焼用の燃料として用いるガソリンを還元剤として用いてもよい。

１０…内燃機関、１０ｅｘ…排気通路、１５…ＮＯｘ浄化装置、２０…放電リアクタ、２１…電極、２２ａ…流通路、３３…燃料噴射弁（微粒化手段）、３４…電気ヒータ（加熱手段）。

Claims (8)

1. 内燃機関（１０）の排気に含まれるＮＯｘを還元触媒上で浄化するＮＯｘ浄化装置（１５）が排気通路（１０ｅｘ）に備えられた燃焼システムに設けられ、前記排気通路のうち前記還元触媒の上流側へ高活性物質を添加する高活性物質添加装置において、
   少なくとも酸素を含んだ酸素ガスが流通する流通路（２２ａ）を形成するとともに、前記流通路に配置された電極（２１）を有し、前記電極の放電により前記酸素ガスを電離させる放電リアクタ（２０）と、
   前記電極に対して酸素ガス流れの上流側に配置され、液体の炭化水素を加熱して気化させる電気ヒータ（３４）と、
   を備え、
   前記電気ヒータは、前記還元触媒の温度が所定の許可温度以上であることを条件として通電による加熱を実施し、
   前記許可温度は、前記還元触媒の活性化温度よりも低い値に設定されており、
   前記電気ヒータにより加熱された炭化水素を前記流通路へ供給することで、電離された酸素ガスで前記炭化水素を酸化させて前記高活性物質として改質還元剤を生成することを特徴とする高活性物質添加装置。
2. 前記液体の炭化水素を微粒化して前記電気ヒータへ供給する微粒化手段（３３）を備えることを特徴とする請求項１に記載の高活性物質添加装置。
3. 前記還元触媒が必要とする改質還元剤の量を算出する必要量算出手段（Ｓ２３）と、
   前記必要量算出手段により算出された必要還元剤量に応じて、前記電気ヒータによる加熱温度を制御する加熱温度制御手段（Ｓ２５）と、
   前記必要還元剤量に応じて、前記電気ヒータへ供給する前記炭化水素の量を制御する供給量制御手段（Ｓ３０）と、
   を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の高活性物質添加装置。
4. 前記電気ヒータに対して供給された前記液体の炭化水素を、気化するまで一時的に貯留する貯留槽（３４ｔ）を備え、
   前記電気ヒータの加熱面（３４ａ）が、前記貯留槽の内部に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の高活性物質添加装置。
5. 前記加熱温度制御手段および前記供給量制御手段は、
   前記必要還元剤量が所定量（Ｖ２）以上である場合には、前記貯留槽に前記炭化水素が溜まることとなるように制御し、
   前記必要還元剤量が所定量未満である場合には、前記貯留槽の残存量がゼロになるように制御することを特徴とする請求項４に記載の高活性物質添加装置。
6. 前記必要還元剤量に基づき、前記貯留槽の目標残存量を算出する目標残存量算出手段（Ｓ２６）と、
   前記貯留槽の現状の残存量を算出する残存量算出手段（Ｓ３２）と、
   を備え、
   前記供給量制御手段は、前記残存量が前記目標残存量以上である場合には、前記炭化水素の供給を停止させ、
   前記加熱温度制御手段は、前記残存量が前記目標残存量以上である場合には、前記残存量が前記目標残存量未満である場合に比べて加熱温度を低下させることを特徴とする請求項４または５に記載の高活性物質添加装置。
7. 前記供給量制御手段は、前記必要還元剤量に応じた量の前記炭化水素を、前記貯留槽の残存量に拘わらずに供給するように制御することを特徴とする請求項４に記載の高活性物質添加装置。
8. 前記電気ヒータは、炭化水素のクラッキングが生じる温度よりも高い温度に制御されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の高活性物質添加装置。

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