(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気系に設けられる排ガス浄化装置であって、
排ガスが流れる排気管に配置される触媒部と、
該触媒部に導入される排ガスの酸素濃度を制御する制御部と、
前記触媒部よりも前記排気管の下流側の排ガス中の酸素濃度を測定するサブ酸素センサと、
を備えており、
前記触媒部は、パイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物を有する担体と、該担体に担持されている少なくとも一種の貴金属触媒とを含み、
前記制御部は、前記サブ酸素センサと電気的に接続しており、
ここで、前記制御部は、前記触媒部に導入される排ガスによって、該触媒部内のパイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物が酸化されて発熱することにより実現する前記触媒部の暖機のために、エンジン始動時において、酸化性の排ガスを前記触媒部に供給するように構成され、
前記制御部は、エンジン停止要求時において、前記サブ酸素センサにより前記触媒部の下流側の排ガスの酸素濃度を測定して、該酸素濃度に基づいて前記触媒部の雰囲気が酸化雰囲気であるかまたは還元雰囲気であるかを判定し、該判定において、前記触媒部が酸化雰囲気であると判定された場合は、エンジンに供給される混合気の空燃比を還元雰囲気側に制御することにより、エンジン停止前に前記触媒部の雰囲気を還元雰囲気にし、一方、前記判定によって、前記触媒部の雰囲気が還元雰囲気と判定された場合には、前記空燃比を酸化雰囲気側に制御し、前記触媒部の雰囲気が酸化雰囲気に転じた後、再度、前記空燃比を還元雰囲気側に制御することにより、エンジン停止前に前記触媒部の雰囲気を還元雰囲気にするように構成されている、排ガス浄化装置。
【請求項２】
エンジンの排気系に設けられる排ガス浄化装置であって、
排ガスが流れる排気管に配置される触媒部と、
該触媒部に導入される排ガスの酸素濃度を制御する制御部と、
前記触媒部よりも前記排気管の下流側の排ガス中の酸素濃度を測定するサブ酸素センサと、
を備えており、
前記触媒部は、パイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物を有する担体と、該担体に担持されている少なくとも一種の貴金属触媒とを含み、
前記制御部は、前記サブ酸素センサと電気的に接続しており、
ここで、前記制御部は、前記触媒部に導入される排ガスによって、該触媒部内のパイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物が酸化されて発熱することにより実現する前記触媒部の暖機のために、エンジン始動時において、酸化性の排ガスを前記触媒部に供給するように構成され、
前記制御部は、エンジン停止要求時において、前記サブ酸素センサにより前記触媒部の下流側の排ガスの酸素濃度を測定し、エンジンに供給される混合気の空燃比を還元雰囲気側に制御し、前記酸素濃度に基づいてエンジン停止要求時の前記触媒部の雰囲気が酸化雰囲気であるかまたは還元雰囲気であるかを判定し、該判定において、前記触媒部の雰囲気が酸化雰囲気であると判定された場合は、前記混合気の還元雰囲気側の制御を前記触媒部の雰囲気が還元雰囲気に反転するまで継続することにより、エンジン停止前に前記触媒部の雰囲気を還元雰囲気にし、一方、前記触媒部の雰囲気が還元雰囲気であると判定された場合は、前記サブ酸素センサにより酸素濃度の出力値または出力値の変位を測定し、該測定の値があらかじめ設定されたエンジン停止が許容可能であるレベルの還元雰囲気の判定条件に至ったときに、エンジンを停止するように構成されている、排ガス浄化装置。
【請求項３】
前記触媒部よりも前記排気管の上流側の排ガス中の酸素濃度を測定するメイン酸素センサを備えており、
前記制御部は、前記メイン酸素センサと電気的に接続しており、
ここで、前記制御部は、エンジン始動時において、前記メイン酸素センサにより測定された酸素濃度に基づいて、前記触媒部のパイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物が酸化されて発熱可能になるように、エンジンに供給される混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）を酸化雰囲気側に制御して、該混合気の燃焼によって生じる酸化性の排ガスを前記触媒部に供給するように構成されている、請求項１または２に記載の排ガス浄化装置。
【請求項４】
前記触媒部よりも前記排気管の上流側にエアインジェクション（ＡＩ）と、
前記触媒部よりも前記排気管の上流側の排ガス中の酸素濃度を測定するメイン酸素センサと、
を備えており、
前記制御部は、前記ＡＩおよび前記メイン酸素センサと電気的に接続しており、
ここで、前記制御部は、エンジン始動時において、前記メイン酸素センサにより測定された酸素濃度に基づいて、前記触媒部のパイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物が酸化されて発熱可能になるように、前記ＡＩから酸素含有ガスを噴射させ、該噴射によって生じる酸化性の排ガスを前記触媒部に供給するように構成されている、請求項１から３までの何れか一つに記載の排ガス浄化装置。
【請求項５】
パイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物を有する担体と、該担体に担持されている少なくとも一種の貴金属触媒とを有する触媒が排気系に設けられたエンジンから排出される排ガスを浄化する方法であって、
エンジン始動時において、前記パイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物を酸化させることで該複合酸化物を発熱させて前記触媒を暖機するために、該触媒に導入する排ガスを酸化性にし、該酸化性の排ガスを前記触媒に供給し、
エンジン停止要求時において、前記触媒の酸素濃度を測定して、該酸素濃度に基づいて前記触媒の雰囲気が酸化雰囲気であるかまたは還元雰囲気であるかを判定し、該判定において、前記触媒が酸化雰囲気であると判定された場合は、エンジンに供給される混合気の空燃比を還元雰囲気側に制御することにより、エンジン停止前に前記触媒の雰囲気を還元雰囲気にし、一方、前記判定によって、前記触媒の雰囲気が還元雰囲気と判定された場合には、前記空燃比を酸化雰囲気側に制御し、前記触媒の雰囲気が酸化雰囲気に転じた後、再度、前記空燃比を還元雰囲気側に制御することにより、エンジン停止前に前記触媒の雰囲気を還元雰囲気にすることを特徴とする排ガス浄化方法。
【請求項６】
パイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物を有する担体と、該担体に担持されている少なくとも一種の貴金属触媒とを有する触媒が排気系に設けられたエンジンから排出される排ガスを浄化する方法であって、
エンジン始動時において、前記パイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物を酸化させることで該複合酸化物を発熱させて前記触媒を暖機するために、該触媒に導入する排ガスを酸化性にし、該酸化性の排ガスを前記触媒に供給し、
エンジン停止要求時において、前記触媒の酸素濃度を測定し、エンジンに供給される混合気の空燃比を還元雰囲気側に制御し、前記酸素濃度に基づいてエンジン停止要求時の前記触媒の雰囲気が酸化雰囲気であるかまたは還元雰囲気であるかを判定し、該判定において、前記触媒の雰囲気が酸化雰囲気であると判定された場合は、前記混合気の還元雰囲気側の制御を前記触媒の雰囲気が還元雰囲気に反転するまで継続することにより、エンジン停止前に前記触媒の雰囲気を還元雰囲気にし、一方、前記判定によって、前記触媒の雰囲気が還元雰囲気であると判定された場合は、該混合気の還元雰囲気側の制御を継続し、あらかじめ設定されたエンジン停止が許容可能であるレベルにまで触媒内の還元雰囲気が進行した段階でエンジンを停止することを特徴とすることを特徴とする排ガス浄化方法。
【請求項７】
エンジン始動時において、前記排ガスの酸素濃度を測定し、該酸素濃度に基づいて、前記触媒のパイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物が酸化されて、該触媒が発熱可能になるように、エンジンに供給される混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）を酸化雰囲気側に制御し、前記混合気によって生じる酸化性の排ガスを前記触媒に供給することを特徴とする、請求項５または６に記載の排ガス浄化方法。
【請求項８】
エンジン始動時において、前記排ガスの酸素濃度を測定し、該酸素濃度に基づいて、前記触媒のパイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物が酸化されて、該触媒が発熱可能になるように、前記排ガスに酸素含有ガスを供給させて生成した酸化性の排ガスを前記触媒に供給することを特徴とする、請求項５から７までの何れか一つに記載の排ガス浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンから排出される排ガスを浄化する排ガス浄化装置および排ガス浄化方法に関する。特に、エンジンの始動直後のように触媒の温度が低く活性化温度に達していない場合の触媒暖機の促進に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等のエンジンから排出される排ガスには、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）などの有害成分が含まれる。この有害成分を浄化するための排ガス浄化装置技術の一つとして、触媒を排ガス流路中に設置し、排ガス中の有害成分を浄化させる排ガス浄化装置がある。
【０００３】
かかる排ガス浄化装置に関する課題の一つとして、上記エンジンの始動直後において、触媒の温度が低く、所望の触媒活性を発現することができず触媒が浄化機能を十分に発揮していないことが挙げられる。そのため、エンジン始動時、速やかに触媒の温度を上昇させ活性化させる工夫が従来よりなされてきた。例えば、特許文献１には、導電材料から成る触媒担体に通電することにより該触媒担体を昇温させる電気加熱式触媒装置が記載されている。かかる特許文献１に記載の発明では、触媒担体に局部的に通電可能に接続された局部発熱部が設けられているため、これによって、局部的な発熱が行われ、該局部発熱部の熱によって触媒自体が加熱されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０７−０５４６４４号公報
【特許文献２】特開２００３−０７３１２３号公報
【特許文献３】国際公開第２００８／０９３４７１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、導電材料から成る触媒担体に通電することにより触媒を昇温させる電気加熱式触媒装置は、電力を用いて上記触媒の暖機を促進するため、燃料消費率の悪化やコスト増加となる。
【０００６】
そこで、本発明は、上述した従来の課題を解決すべく創出されたものであり、その目的は、エンジン始動時、上記のような電力消費に頼ることなく、触媒自体の酸化反応により効率よく該触媒を発熱させることにより、該触媒の暖機を促進させ、該触媒の浄化機能を発揮させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、様々な角度から検討を加え、上記目的を実現することのできる本発明を創出するに至った。以下、本発明を詳細に説明する。
自動車等のエンジンから排出される排ガスが浄化される排ガス浄化装置では、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）などの有害成分を浄化するために、三元触媒が広く用いられている。一般に三元触媒においては空燃比が理論空燃比（ストイキ）近傍で、上記有害成分を効率よく酸化・還元により浄化することが可能であり、空燃比がストイキ近傍の範囲から外れると触媒活性が低下する。そこで、酸素吸蔵物質を助触媒として併用することにより、触媒が活性を発現することができる空燃比範囲を拡張することが広く行われている。例えば、特許文献２では、触媒で必要とされる高い比表面積と高い酸素吸蔵放出能とが両立した排ガス浄化用触媒として、セリア（ＣｅＯ２）とジルコニア（ＺｒＯ２）の複合酸化物である耐熱性の高いセリア−ジルコニア複合酸化物であって、結晶構造中にいわゆるパイロクロア相を含むパイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物（以下、「パイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物」と称する。）を用いることが開示されている。他方、特許文献３では、２つの触媒担体が排ガス流路の上流側と下流側に配置され、下流側の触媒担体にはパイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物を含有することにより、炭化水素濃度が変動する場合でも窒素酸化物に対して優れた浄化能力を発揮する排ガス浄化装置が開示されている。
【０００８】
結晶構造中にキュービック相を含む通常のセリアは、酸素吸蔵放出能を持ち、以下の反応式：
４ＣｅＯ２←→２Ｃｅ２Ｏ３＋Ｏ２  （１）
で表わされるように、酸素を吸蔵放出する可逆反応を実現することができる。通常のセリアは、酸化状態（上記反応式（１）の左辺；ＣｅＯ２）で安定しており、還元処理をしてＣｅ２Ｏ３にしても常温で酸素と反応してＣｅＯ２となり、エンジン始動時、触媒担体は酸化状態から始動する。
【０００９】
しかし、パイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物は、以下の反応式：
４ＣｅＺｒＯ４（κ相）←→２Ｃｅ２Ｚｒ２Ｏ７（パイロクロア相）＋Ｏ２  （２）
で表わされるように、酸素を吸蔵放出する可逆反応を実現することができる。しかし、パイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物は、上述した通常のセリアとは異なり、酸素を吸蔵するのも放出するのもどちらも安定で、かつ反応速度も遅いため、還元処理をして比較的低温条件下（例えば、４００℃以下）にすれば酸素を吸蔵しない。よって、エンジン停止時に還元状態のまま比較的低温条件下（例えば、４００℃以下）にすれば、エンジン始動時から酸素を吸蔵することが可能である。従って、かかる吸蔵時の発熱反応を利用することにより、触媒の暖機を促進し、エミッションの低減を図ることができる。本発明は、かかるパイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物自体の発熱反応を利用したものである。
【００１０】
具体的には本発明は、上記目的を実現するための排ガス浄化装置を提供する。本発明にかかる排ガス浄化装置は、エンジンの排気系に設けられる排ガス浄化装置であって、排ガスが流れる排気管に配置される触媒部と、該触媒部に導入される排ガスの酸素濃度を制御する制御部とを備えており、上記触媒部はパイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物を有する担体と、該担体に担持されている少なくとも一種の貴金属触媒とを含む。
ここで、上記制御部は、上記触媒部に導入される排ガスによって、該触媒部内のパイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物が酸化されて発熱することにより実現する上記触媒部の暖機のために、エンジン始動時において、酸化性の排ガスを上記触媒部に供給するように構成されている。
【００１１】
かかる構成の排ガス浄化装置をエンジンの排気系に設けることにより、エンジン始動時において、上述した従来の電気加熱式触媒装置で行われているような導電材料への通電による触媒暖機にかえて、上記触媒部に導入される排ガスと上記触媒内のパイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物とを酸化反応させ、該複合酸化物を発熱させることにより、上記触媒部の暖機を促進し、該触媒部の浄化機能を発揮させることができる。これにより、上記複合酸化物の酸化発熱反応による触媒暖機により、エンジン始動時のエミッションを低減することができる。
【００１２】
また、ここで開示される排ガス浄化装置の好ましい一態様では、上記触媒部よりも上記排気管の上流側の排ガス中の酸素濃度を測定するメイン酸素センサを備えており、上記制御部は、上記メイン酸素センサと電気的に接続している。
そして、上記制御部は、エンジン始動時において、上記メイン酸素センサにより測定された酸素濃度に基づいて、上記触媒部のパイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物が酸化されて発熱可能になるように、エンジンに供給される混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）を酸化雰囲気側に制御して、該混合気の燃焼によって生じる酸化性の排ガスを上記触媒部に供給するように構成されている。
【００１３】
本明細書において「酸化雰囲気」とは、上記反応式（２）において右辺から左辺への反応が優勢となる雰囲気をいう。他方、本明細書において「還元雰囲気」とは、上記反応式（２）において左辺から右辺への反応が優勢となる雰囲気をいう。
また、本明細書において、「酸化性の排ガス」とは、触媒部において酸化雰囲気を形成可能な排ガスをいう。典型的には、空燃比がリーンの混合気を燃焼することによってなる排ガス（以下、「リーン排ガス」ともいう。）をいう。他方、本明細書において、「還元性の排ガス」とは、触媒部において酸化雰囲気を形成可能な排ガスをいう。典型的には、空燃比がリッチの混合気を燃焼することによってなる排ガス（以下、「リッチ排ガス」ともいう。）をいう。
【００１４】
かかる構成の排ガス浄化装置をエンジンの排気系に設けることにより、エンジン始動時において、上記混合気の空燃比を酸化雰囲気側（典型的には、ストイキ比よりもリーン側）に制御することで、上記触媒部に導入する排ガスを酸化性にすること（即ち、酸化可能な酸素を含有すること）ができる。これにより、上記触媒内のパイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物を積極的に酸化反応させることができ、該酸化反応により該複合酸化物が発熱し、上記触媒部の暖機を促進し、該触媒部の浄化機能を発揮させることができる。
【００１５】
また、ここで開示される排ガス浄化装置の好ましい他の一態様では、上記触媒部よりも上記排気管の上流側にエアインジェクション（ＡＩ）と、上記触媒部よりも上記排気管の上流側の排ガス中の酸素濃度を測定するメイン酸素センサと、を備えており、上記制御部は、上記ＡＩおよび上記メイン酸素センサと電気的に接続している。
そして、上記制御部は、エンジン始動時において、上記メイン酸素センサにより測定された酸素濃度に基づいて、上記触媒部のパイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物が酸化されて発熱可能になるように、上記ＡＩから酸素含有ガスを噴射させ、該噴射によって生じる酸化性の排ガスを上記触媒部に供給するように構成されている。
【００１６】
かかる構成の排ガス浄化装置をエンジンの排気系に設けることにより、エンジン始動時において、上記排ガスに酸素含有ガスを噴射することで、上記触媒内のパイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物を積極的に酸化反応させることができ、該酸化反応により該複合酸化物が発熱し、上記触媒の暖機をより促進することができる。また、上述の排ガスの混合気の空燃比を酸化雰囲気に制御する処理と、上記排ガスに酸素含有ガスを噴射する処理とを同時に行うことも可能である。同時に行うことで、さらに速やかに上記触媒部の暖機を促進することができ、該触媒部の浄化機能を発揮させることができる。
【００１７】
また、ここで開示される排ガス浄化装置の好ましい他の一態様では、上記触媒部よりも上記排気管の下流側の排ガス中の酸素濃度を測定するサブ酸素センサを備えており、上記制御部は、上記サブ酸素センサとさらに電気的に接続している。
そして、上記制御部は、エンジン停止要求時において、上記サブ酸素センサにより上記触媒部の下流側の排ガスの酸素濃度を測定して、該酸素濃度に基づいて上記触媒部の雰囲気が酸化雰囲気であるかまたは還元雰囲気であるかを判定し、該判定において、上記触媒部の雰囲気が酸化雰囲気であると判定された場合は、エンジンに供給される混合気の空燃比を還元雰囲気側（典型的には、ストイキ比よりもリッチ側）に制御することにより、エンジン停止前に上記触媒部の雰囲気を還元雰囲気にする。一方、上記判定によって、上記触媒部の雰囲気が還元雰囲気と判定された場合には、上記空燃比を酸化雰囲気側に制御し、上記触媒部の雰囲気が酸化雰囲気に転じた後、再度、上記空燃比を還元雰囲気側に制御することにより、エンジン停止前に上記触媒部の雰囲気を還元雰囲気にするように構成されている。
【００１８】
かかる構成の排ガス浄化装置によると、エンジン停止要求時において、上記制御部が還元性の排ガスを上記触媒部に供給することにより、該触媒部の雰囲気を還元雰囲気にしてエンジンを停止することができる。このように、上記触媒部の雰囲気を還元雰囲気にすることによって、触媒部内のパイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物を還元状態（すなわち、上記反応式（２）の右辺に示す化合物にしておくこと）にしてエンジンを停止することができる。そして、次回のエンジン始動時に、還元状態の上記複合酸化物に酸化性の排ガスを供給することができる。従って、該酸化性の排ガスに基づく酸化反応によってパイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物が発熱し、速やかに上記触媒部の暖機をすることができる。
【００１９】
また、ここで開示される排ガス浄化装置の好ましい他の一態様では、上記触媒部よりも上記排気管の下流側の排ガス中の酸素濃度を測定するサブ酸素センサを備えており、上記制御部は、上記サブ酸素センサとさらに電気的に接続している。
そして、上記制御部は、エンジン停止要求時において、上記サブ酸素センサにより上記触媒部の下流側の排ガスの酸素濃度を測定し、エンジンに供給される混合気の空燃比を還元雰囲気側に制御し、上記酸素濃度に基づいてエンジン停止要求時の上記触媒部の雰囲気が酸化雰囲気であるかまたは還元雰囲気であるかを判定し、該判定において、上記触媒部の雰囲気が酸化雰囲気であると判定された場合は、上記混合気の還元雰囲気側の制御を上記触媒部の雰囲気が還元雰囲気に反転するまで継続することにより、エンジン停止前に上記触媒部の雰囲気を還元雰囲気にする。一方、上記触媒部の雰囲気が還元雰囲気であると判定された場合は、上記サブ酸素センサにより酸素濃度の出力値または出力値の変位を測定し、該測定の値があらかじめ設定されたエンジン停止が許容可能であるレベルの還元雰囲気の判定条件に至ったときに、エンジンを停止するように構成されている。
【００２０】
かかる構成の排ガス浄化装置によると、エンジン停止要求時において、混合気を還元雰囲気側へ制御し、触媒部の雰囲気が還元雰囲気である場合は、該触媒部内をエンジン停止が許容可能であるレベルの還元雰囲気にしてエンジンを停止することができる。かかる制御によると、上述した上記サブ酸素センサにより上記触媒部の雰囲気を還元雰囲気と判断した場合には、上記制御部が上記触媒部の雰囲気を酸化雰囲気にしてから還元雰囲気にする制御を省くことができるため、より早くエンジン停止までの制御ができる。
【００２１】
また本発明は、上述した目的を実現するための他の側面として、以下の排ガス浄化方法が提供される。
即ち、パイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物を有する担体と、該担体に担持されている少なくとも一種の貴金属触媒とを有する触媒が排気系に設けられたエンジンから排出される排ガスを浄化する方法である。
該方法は、エンジン始動時において、上記パイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物を酸化させることで該複合酸化物を発熱させて上記触媒を暖機するために、該触媒に導入する排ガスを酸化性にし、該酸化性の排ガスを上記触媒に供給することを特徴とする。
【００２２】
かかる排ガス浄化方法によれば、上述した従来の電気加熱式触媒装置で行われているような導電材料への通電による触媒暖機にかえて、上記触媒内のパイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物の酸化反応による発熱を利用することで、エンジン始動時の上記触媒を暖機することができる。上記複合酸化物の酸化発熱反応による触媒の暖機により、エンジン始動時のエミッションを低減することができる。なお、ここで開示した排ガス浄化方法は、上述した排ガス浄化装置で好適に実現することができる。
【００２３】
また、ここで開示される排ガス浄化方法の好ましい一態様では、エンジン始動時において、上記排ガスの酸素濃度を測定し、該酸素濃度に基づいて、上記触媒のパイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物が酸化されて、該触媒が発熱可能になるように、エンジンに供給される混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）を酸化雰囲気側に制御し、上記混合気によって生じる酸化性の排ガスを上記触媒に供給することを特徴とする。
【００２４】
かかる排ガス浄化方法によれば、上記混合気の空燃比を酸化雰囲気側に制御することで、上記触媒に導入する排ガスを酸化性にすることができる。これにより、上記触媒内のパイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物を積極的に酸化反応させることができ、該酸化反応により該複合酸化物が発熱し、上記触媒の暖機を促進することができる。また、上記複合酸化物の酸化発熱反応による触媒の暖機により、エンジン始動時のエミッションを低減することができる。
【００２５】
また、ここで開示される排ガス浄化方法の好ましい他の一態様では、エンジン始動時において、上記排ガスの酸素濃度を測定し、該酸素濃度に基づいて、上記触媒のパイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物が酸化されて、該触媒が発熱可能になるように、上記排ガスに酸素含有ガスを供給（典型的には、ＡＩ等の機構を用いて空気等の酸素含有ガスを排気管内に噴射させること）させて生成した酸化性の排ガスを上記触媒に供給することを特徴とする。
【００２６】
かかる排ガス浄化方法によれば、上記排ガスに酸素含有ガスを外部から供給することにより、上記触媒内のパイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物を積極的に酸化反応させることができ、該酸化反応により該複合酸化物が発熱し、上記触媒の暖機を促進することができる。
【００２７】
また、ここで開示される排ガス浄化方法の好ましい他の一態様では、エンジン停止要求時において、上記触媒の酸素濃度を測定して、該酸素濃度に基づいて上記触媒の雰囲気が酸化雰囲気であるかまたは還元雰囲気であるかを判定し、該判定において、上記触媒が酸化雰囲気であると判定された場合は、エンジンに供給される混合気の空燃比を還元雰囲気側に制御することにより、エンジン停止前に上記触媒の雰囲気を還元雰囲気にする。一方、上記判定によって、上記触媒の雰囲気が還元雰囲気と判定された場合には、上記空燃比を酸化雰囲気側に制御し、上記触媒の雰囲気が酸化雰囲気に転じた後、再度、上記空燃比を還元雰囲気側に制御することにより、エンジン停止前に上記触媒の雰囲気を還元雰囲気にすることを特徴とする。
【００２８】
かかる排ガス浄化方法によれば、エンジン停止要求時において、上記触媒の雰囲気を還元雰囲気（上記触媒内のパイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物を還元状態にしおくこと）にしてエンジンを停止することができる。このように、上記触媒の雰囲気を還元雰囲気にすることによって、上記触媒内の上記複合酸化物を還元状態にした後にエンジンを停止することにより、次回のエンジン始動時に、上記触媒内の還元状態の上記複合酸化物に対して酸化性の排ガスを供給することができる。従って、該酸化性の排ガスに基づく酸化反応によって上記複合酸化物が発熱し、上記触媒の暖機をすることができる。
【００２９】
また、ここで開示される排ガス浄化方法の好ましい他の一態様では、エンジン停止要求時において、上記触媒の酸素濃度を測定し、エンジンに供給される混合気の空燃比を還元雰囲気側に制御し、上記酸素濃度に基づいてエンジン停止要求時の上記触媒の雰囲気が酸化雰囲気であるかまたは還元雰囲気であるかを判定し、該判定において、上記触媒の雰囲気が酸化雰囲気であると判定された場合は、上記混合気の還元雰囲気側の制御を上記触媒の雰囲気が還元雰囲気に反転するまで継続することにより、エンジン停止前に上記触媒の雰囲気を還元雰囲気にする。一方、上記判定によって、上記触媒の雰囲気が還元雰囲気であると判定された場合は、上記混合気の還元雰囲気側の制御を継続し、あらかじめ設定されたエンジン停止が許容可能であるレベルにまで触媒内の還元雰囲気が進行した段階でエンジンを停止することを特徴とする。
【００３０】
かかる排ガス浄化方法によれば、エンジン停止要求時において、混合気を還元雰囲気側へ制御し、触媒の雰囲気が還元雰囲気である場合は、該触媒内をエンジン停止が許容可能であるレベルの還元雰囲気にしてエンジンを停止することができる。かかる制御によると、上述した触媒の雰囲気を還元雰囲気と判断した場合には、上記触媒の雰囲気を酸化雰囲気にしてから還元雰囲気にする制御を省くことができるため、より早くエンジン停止までの制御ができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態に係る排ガス浄化装置が構成されるエンジン排気系を模式的に示した図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る排ガス浄化装置に設けられる制御部を模式的に説明した図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る触媒部の構成を模式的に示す全体図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る排ガス浄化装置の制御を説明するフローチャートである。
【図５】本発明の他の実施形態に係る排ガス浄化装置の制御を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の他の実施形態に係る排ガス浄化装置の制御を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面を参照しつつ本発明の好適ないくつかの実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術知識とに基づいて実施することができる。
【００３３】
＜排ガス浄化装置＞
先ず、図１および図２を参照しながら本発明の一実施形態にかかる排ガス浄化装置１００について説明する。図１および図２に示すように、排ガス浄化装置１００は、エンジン部１、制御部３０および触媒部４０を備えている。
【００３４】
Ａ．エンジン部
図１に示すように、本実施形態にかかる排ガス浄化装置１００では、エンジン部１は、自動車のガソリンエンジンを主体として構成されている（エンジン部１には、エンジンを駆動するためのアクセルやその他の操作系を含む。）。以下、かかるガソリンエンジン１の構成を簡単に説明する。なお、以下に説明するガソリンエンジン１は、エンジン部１の一例に過ぎない。本発明にかかる排ガス浄化装置１００は、エンジン部１としてガソリンエンジン以外のエンジン（例えばディーゼルエンジン等）を用いることもできる。
【００３５】
エンジン部１には、シリンダブロック１２上にシリンダヘッド１３が連結されており、シリンダブロック１２に形成された複数のシリンダボア１４にピストン１５がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック１２の下部にクランクシャフト（図示せず）が回転自在に支持されており、各ピストン１５はコネクティングロッド１６を介してこのクランクシャフトにそれぞれ連結されている。以下では、一つの気筒についてのみ説明する。
【００３６】
燃焼室１７は、シリンダブロック１２とシリンダヘッド１３とピストン１５により構成されており、燃焼室１７の上部、すなわち、シリンダヘッド１３の下部に吸気ポート１８および排気ポート１９が対向して形成されている。吸気ポート１８および排気ポート１９に対して吸気バルブ２０および排気バルブ２１の下端部が位置している。従って、吸気バルブ２０および排気バルブ２１が所定のタイミングで上下移動することにより、吸気ポート１８および排気ポート１９を開閉し、吸気ポート１８と燃焼室１７、燃焼室１７と排気ポート１９とをそれぞれ連通することができる。
【００３７】
そして、吸気ポート１８には、インテークマニホールド２２を介して吸気管２３が連結されている。吸気管２３の空気取込口にはエアクリーナ２４が取付けられると共に、エアクリーナ２４の下流側にスロットル弁２５が設けられている。また、インテークマニホールド１８には、各吸気ポート１８に燃料（エンジン）を噴射するインジェクタ２６が装着されており、シリンダヘッド１３には、燃焼室１７の上方に位置して混合気に着火する点火プラグ２７が装着されている。
一方、排気ポート１９には、エキゾーストマニホールド２８を介して排気管２９が連結されている。
【００３８】
Ｂ．触媒部
次に、触媒部４０について詳細に説明する。
触媒部４０は、上記エンジン１に連通する排気管２９に設けられており、具体的には図１に示すように、排気管２９の下流側に設けられている。
【００３９】
触媒部４０よりも上流側の排気管２９には、メイン酸素センサ５０ａが配置されている。このメイン酸素センサ５０ａは、触媒部４０よりも上流側の排気管２９に流れる排ガスの酸素濃度を測定するためのものであり、メイン酸素センサ５０ａの配置位置は、上記排ガスの酸素濃度を測定できれば図１に図示される位置に限定されるものではない。また、触媒部４０よりも下流側の排気管２９には、サブ酸素センサ５０ｂが配置されている。このサブ酸素センサ５０ｂは、触媒部４０よりも下流側の排気管２９に流れる排ガスの酸素濃度を測定して、触媒部４０内の酸素濃度を推定するためのものであり、サブ酸素センサ５０ｂの配置位置は、触媒部４０内の酸素濃度を推定できれば図１に図示される位置に限定するものではない。また、かかるメイン酸素センサ５０ａおよびサブ酸素センサ５０ｂは、排気管２９の酸素濃度を検出できればよく、その具体的な構成は本発明を特に限定するものではない。例えば、メイン酸素センサ５０ａおよびサブ酸素センサ５０ｂは、通常の自動車の排ガス系に使われるジルコニア酸素センサを用いることができるが、これに限らず酸素濃度を測定できる他の手段でも代用可能である。
【００４０】
触媒部４０よりも上流側の排気管２９には、エアインジェクション（ＡＩ）５２が配置されている。このＡＩ５２は、触媒部４０よりも上流側の排気管２９内に酸素含有ガスを噴射し、酸化性の排ガスを触媒部４０内に流すためのものである。そのため、ＡＩ５２の配置位置は触媒部４０内に酸素含有ガス（典型的には、エア）を流すことができれば図１に図示される位置に限定するものではない。
【００４１】
ここで開示される触媒部４０は、基材、該基材上に担持されている担体および該担体に担持される貴金属触媒（典型的には、白金族に属する金属触媒）とから構成されている。
【００４２】
基材としては、従来のこの種の用途に用いられる種々の素材および形態のものが使用可能である。例えば、高耐熱性を有するコージェライト、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等のセラミックスまたは合金（ステンレス等）から形成されたハニカム構造を備えるハニカム基材などを好適に採用することができる。一例として、図３に示すように、外形が円筒形状であるハニカム基材４２であって、その筒軸方向に排ガス通路のセル（貫通孔）４６が設けられ、該セル４６を仕切るリブ壁４４に排ガスが接触可能となっているものが挙げられる。基材の形状はハニカム形状の他にフォーム形状、ペレット形状などとすることができる。また、基材全体の外形は円筒形状の他に楕円筒形状、多角形筒形状を採用することができる。
【００４３】
本実施形態にかかる触媒部４０の触媒担体として、少なくともパイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物を有する。パイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物は、酸素を吸蔵するのも放出するのもどちらも安定で、かつ反応速度も遅いため、還元処理をして比較的低温条件下（例えば、４００℃以下）にすれば酸素の吸蔵が困難となる。よって、エンジン停止時に還元状態のまま比較的低温条件下（例えば、４００℃以下）におかれると、エンジン始動時から酸素を吸蔵することが可能である。従って、かかる吸蔵時の発熱反応を利用することにより、触媒の暖機を促進することができる。なお、本発明の実施にあたっては、パイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物を少なくとも担体として有していればよく、その他、機械的強度の向上等を目的として他の担体（例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３））を併用することもできる。
【００４４】
上記触媒担体に担持される貴金属触媒は、酸化触媒能力または還元触媒能力を有する金属触媒粒子で構成されている。かかる金属触媒粒子としては、例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、銀（Ａｇ）などの金属触媒粒子や、該金属触媒粒子を含んだ複合粒子などを好適に用いることができる。
本実施形態において、触媒部４０は、いわゆる三元触媒で構成されていることが好ましい。三元触媒を構成する金属粒子としては、例えば、還元触媒能力が強いロジウム（Ｒｈ）と酸化触媒能力が強い白金（Ｐｔ）および／またはパラジウム（Ｐｄ）を組み合わせて使うことが好適例として挙げられる。
【００４５】
Ｃ．制御部（ＥＣＵ：Engine Control Unit）
制御部（ＥＣＵ）３０は、主としてデジタルコンピュータから構成されており、排ガス浄化装置１００の稼働における制御装置として機能する。制御部３０は、例えば、読み込み専用の記憶装置であるＲＯＭ、読み書き可能な記憶装置であるＲＡＭ、任意の演算や判別を行うＣＰＵ、入力ポートおよび出力ポートを有している。
図２に模式的に示すように、制御部３０は、エンジン部１、メイン酸素センサ５０ａ、サブ酸素センサ５０ｂおよびＡＩ５２の間の制御を行うユニットであり、エンジン部１、メイン酸素センサ５０ａ、サブ酸素センサ５０ｂおよびＡＩ５２とは電気的に接続している。
【００４６】
メイン酸素センサ５０ａおよびサブ酸素センサ５０ｂからの出力信号は、それぞれ対応するＡＤ変換器（図示せず）を介して制御部３０の入力ポートに入力される。一方、制御部３０の出力ポートは、対応する駆動回路を介してインジェクタ２６、スロットル弁２５の駆動用ステップモータ、点火プラグ２７およびＡＩ５２等に接続されている。これにより、制御部３０は、インジェクタ２６の燃料噴射タイミングや点火プラグ２７の点火時期等を制御することが可能であり、検出した吸入空気量、スロットル開度（またはアクセル開度）、エンジン回転数等のエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量、噴射時期、点火時期等を決定する。
【００４７】
図１に示す構成の排ガス浄化装置１００では、制御部３０は、メイン酸素センサ５０ａで検知された触媒部４０の上流の排ガスの酸素濃度に基づいて、エンジン部１で燃焼される混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）を推定できる。また、制御部３０は、サブ酸素センサ５０ｂで検知された触媒部４０の下流の排ガスの酸素濃度に基づいて、触媒部４０内の雰囲気が酸化雰囲気であるか還元雰囲気であるかを判定できる。
【００４８】
なお、上述したような制御部３０自体の構成は本発明を特徴付けるものではなく、従来この種の内燃機関（自動車エンジン）で採用されるものでよく、これ以上の詳細な説明は省略する。
【００４９】
次に、上述した排ガス浄化装置１００において実行される排ガス浄化方法の一実施形態について、図４のフローチャートを参照しながら説明する。かかる排ガス浄化装置１００においては、エンジン始動時に、上述した従来の電気加熱式触媒装置で行われているような導電材料への通電による触媒暖機にかえて、触媒部４０内の触媒担体のパイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物の酸化発熱反応により、触媒部４０の暖機を促進することができる。
【００５０】
図４に示すように、かかる排ガス浄化装置は、「エンジン始動要求の判定（Ｓ１０）」、「エンジン始動（Ｓ１１）」、「混合気の空燃比制御（酸化雰囲気側）開始またはＡＩ−ＯＮ（Ｓ１２）」、「混合気の空燃比制御終了またはＡＩ−ＯＦＦ（Ｓ１３）」の各工程を含む。以下、各工程について説明する。
【００５１】
１−Ａ．エンジン始動要求の判定（Ｓ１０）
先ず、本実施形態にかかる排ガス浄化装置１００では、ステップＳ１０において、エンジン始動要求の判定をする。制御部３０がエンジン始動要求信号を受信した場合は、「エンジン始動要求あり」と判定（ＹＥＳ）し、ステップＳ１１を実施する。一方、制御部３０がエンジン始動要求信号を受信していない場合は、「エンジン始動要求なし」と判定（ＮＯ）し、以下の制御を実施せずに制御プロセスが終了する。
【００５２】
１−Ｂ．エンジン始動（Ｓ１１）
上記ステップＳ１０の判定結果がＹＥＳになると、エンジンを始動する。制御部３０はエンジンを始動するためのエンジン始動信号をセルモータ（図示せず）に送信し、エンジンを始動する。
【００５３】
１−Ｃ．混合気の空燃比制御（酸化雰囲気側）開始またはＡＩ−ＯＮ（Ｓ１２）
上記ステップＳ１１を実施後、制御部３０は、触媒担体のパイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物の酸化発熱反応により触媒部４０の暖機を行うために、触媒部４０の上流に流れる排ガスを酸化性（即ち、触媒部４０において酸化雰囲気を形成可能な排ガスをいう。）にして、触媒部４０内に該酸化性の排ガスを導入する処理をする。すなわち、エンジンに供給される混合気の空燃比を酸化雰囲気側に制御して、該混合気の燃焼によって生じる酸化性の排ガスを触媒部４０に供給する。または、ＡＩ５２により酸素含有ガスを排気管２９に供給し、該供給によって生じる酸化性の排ガスを触媒部４０に供給する。
【００５４】
ここで「混合気の空燃比を酸化雰囲気側に制御する」とは、混合気の空燃比を強制的にリーンに制御することをいう。該制御により、リーン排ガスを触媒に供給することができる。排ガス浄化装置１００では、リーン制御が実行されると、制御部３０はリーン制御信号を作成し、該リーン制御信号がインジェクタ２６、スロットル弁２５等に送信される。このとき、インジェクタ２６は燃料噴射量を減少することで吸気ポート１８へ供給する燃料を減少させる。また、スロットル弁は開度が大きくなり、吸気ポート１８へ供給される空気量が増加する。これにより、エンジン１に供給される混合気の空燃比がリーン、すなわち酸化雰囲気側になる。
【００５５】
１−Ｄ．混合気の空燃比制御終了またはＡＩ−ＯＦＦ（Ｓ１３）
上記ステップＳ１２により酸化性の排ガスを触媒部４０内に供給開始し、所定時間が経過して該供給による触媒の暖機が完了後、制御部３０は、上記ステップＳ１２により実施された混合気の空燃比の酸化雰囲気側への制御を停止する。または、上記ステップＳ１２により実施されたＡＩ５２による酸素含有ガスの排気管２９への供給を停止する。
【００５６】
以上、本発明の一実施形態にかかる排ガス浄化装置１００において実行される排ガス浄化方法について説明した。次に、上記構成の排ガス浄化装置１００によって実行可能な排ガス浄化方法の他の実施形態について、図５のフローチャートを参照しながら説明する。
図５では、エンジン停止要求時において、触媒部４０内の雰囲気を還元雰囲気にすることによって、触媒部４０内のパイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物を還元状態（上記反応式（２）の右辺に示す化合物にしておくこと）にしてエンジンを停止する。そして、次のエンジン始動時において、触媒部４０内の還元状態の上記複合酸化物に対して、酸化性の排ガスを供給することにより、該酸化性の排ガスに基づく酸化反応で上記複合酸化物が発熱し、速やかに触媒を暖機させることができる。
【００５７】
図５に示されるように、かかる排ガス浄化装置１００において実行される排ガス浄化方法は、「触媒の酸素濃度測定（Ｓ２０、Ｓ２３、Ｓ２６）」、「触媒の雰囲気判定（Ｓ２１）」、「混合気の空燃比制御（酸化雰囲気側）開始（Ｓ２２）」、「触媒の酸化状態判定（Ｓ２４）」、「混合気の空燃比制御（還元雰囲気側）開始（Ｓ２５）」、「触媒の還元状態判定（Ｓ２７）」、「エンジン停止（Ｓ２８）」の各工程を含む。以下、各工程について説明する。
【００５８】
２−Ａ．触媒の酸素濃度測定（Ｓ２０）
先ず、ステップＳ２０では、触媒部４０内の雰囲気が還元雰囲気であるか、または、酸化雰囲気であるかを判定するために、制御部３０は、サブ酸素センサ５０ｂにより触媒部４０の下流側の排ガスの酸素濃度を測定し、触媒部４０内の酸素濃度を決定する。例えば、サブ酸素センサ５０ｂとして、ジルコニア酸素センサを用いるときは、上記酸素濃度は電圧値で表される。
【００５９】
２−Ｂ．触媒内の雰囲気判定（Ｓ２１）
ステップＳ２１では、上記ステップＳ２０により得られた触媒部４０の酸素濃度に基づいて、触媒部４０内の雰囲気が酸化雰囲気であるか、または、還元雰囲気であるかを判定する。
具体的には、触媒部４０内の雰囲気に対する所定値があらかじめ設定されており、上記酸素濃度（電圧値）が上記所定値を上回ったか否かを判定する。例えば、上記サブ酸素センサ５０ｂとして、ジルコニア酸素センサを用いるとき、還元雰囲気である場合は、該酸素センサの測定値（出力電圧値）は高くなる。一方、酸化雰囲気である場合は、該酸素センサの測定値（出力電圧値）は低くなる。この場合、上記サブ酸素センサ５０ｂの測定値が上記所定値を上回った場合には、触媒部４０内の雰囲気は還元雰囲気であると判定し、次にステップＳ２２を実施する。一方、上記サブ酸素センサ５０ｂの測定値が上記所定値を下回った場合には、触媒部４０内の雰囲気は酸化雰囲気であると判定し、ステップＳ２５を実施する。
【００６０】
２−Ｃ．混合気の空燃比制御（酸化雰囲気側）開始（Ｓ２２）
上記ステップＳ２１より、触媒部４０の雰囲気が還元雰囲気であると判定された場合、該触媒部４０の雰囲気を酸化雰囲気にし、該触媒部４０の雰囲気が酸化雰囲気に転じた後、再度、該触媒部４０の雰囲気を還元雰囲気側に制御する必要がある。
このように制御するのは、実際の触媒部４０の雰囲気とサブ酸素センサ５０ｂ（ジルコニア酸素センサ）の測定値との間に時間的な遅れがあるからである。換言すれば、サブ酸素センサ５０ｂにより触媒部４０の下流側の排ガス、すなわち触媒部４０を通過した排ガスの酸素濃度を測定し、該酸素濃度から触媒部４０の下流側の排ガスの雰囲気を判定することにより触媒部４０の雰囲気を決定しているためである。すなわち、触媒部４０の下流側の排ガスの雰囲気が還元雰囲気であっても、必ずしも触媒部４０の雰囲気が還元雰囲気であるとは限らない。例えば、触媒部４０の下流側の排ガスの雰囲気が還元雰囲気であっても、触媒部４０内の雰囲気が酸化雰囲気である可能性がある。
よって、ステップＳ２２では、先ず、触媒部４０の雰囲気を酸化雰囲気にするために、エンジンに供給される混合気の空燃比を酸化雰囲気側に制御する処理を行う。具体的には、制御部３０は、混合気の空燃比を強制的にリーンに制御し、該制御により、リーン排ガスを触媒部４０に供給する。
【００６１】
２−Ｄ．触媒の酸素濃度測定（Ｓ２３）
上記ステップＳ２２により、混合気の空燃比の酸化雰囲気側への制御が実施されている間、ステップＳ２３では、触媒部４０内の雰囲気が酸化雰囲気であるかを判定するために、制御部３０は、サブ酸素センサ５０ｂ（例えば、ジルコニア酸素センサ）により触媒部４０の下流側の排ガスの酸素濃度（電圧値）を測定し、該酸素濃度により触媒部４０内の酸素濃度を決定する。
【００６２】
２−Ｅ．触媒の酸化状態判定（Ｓ２４）
上記ステップＳ２３により得られた触媒部４０の酸素濃度の測定値に基づいて、触媒部４０の雰囲気が酸化雰囲気になったか否かを判定する。具体的には、制御部３０に触媒部４０内の雰囲気が酸化雰囲気であると判定する所定値（電圧値）をあらかじめ設定しておき、上記サブ酸素センサ５０ｂの測定値（電圧値）が上記所定値を下回ったか否かを判定する。上記サブ酸素センサ５０ｂの測定値が上記所定値を下回った場合には、触媒部４０内は酸化雰囲気であると判定（ＹＥＳ）し、次にステップＳ２５を実施する。一方、上記サブ酸素センサ５０ｂの測定値が上記所定値を上回った場合には、触媒部４０内はまだ還元雰囲気であると判定（ＮＯ）し、再度ステップＳ２３を実施する。
【００６３】
２−Ｆ．混合気の空燃比制御（還元雰囲気側）開始（Ｓ２５）
上記ステップＳ２１または上記ステップ２４により、触媒部４０の雰囲気が酸化雰囲気であると判定された場合、制御部３０は、触媒部４０の雰囲気を還元雰囲気にするために、エンジンに供給される混合気の空燃比を還元雰囲気側に制御する。
【００６４】
ここで「混合気の空燃比を還元雰囲気側に制御する」とは、混合気の空燃比を強制的にリッチに制御することをいう。該制御により、リッチ排ガスを触媒に供給することができる。排ガス浄化装置１００では、リッチ制御が実行されると、制御部３０はリッチ制御信号を作成し、該リッチ制御信号がインジェクタ２６、スロットル弁２５等に送信される。このとき、インジェクタ２６は燃料噴射量を増加することで吸気ポート１８へ供給する燃料を増加させる。また、スロットル弁２５は開度が大きくなり、吸気ポート１８へ供給される空気量が減少する。これにより、エンジン１に供給される混合気の空燃比がリッチ、すなわち還元雰囲気側になる。
【００６５】
２−Ｇ．触媒の酸素濃度測定（Ｓ２６）
上記ステップＳ２５により、混合気の空燃比の還元雰囲気側への制御が実施されている間、ステップＳ２６では、触媒部４０内の雰囲気が酸化雰囲気であるかを判定するために、制御部３０は、サブ酸素センサ５０ｂにより触媒部４０の下流側の排ガスの酸素濃度を測定し、該酸素濃度により触媒部４０内の酸素濃度を決定する。
【００６６】
２−Ｈ．触媒の還元状態判定（Ｓ２７）
上記ステップＳ２６により得られた触媒部４０の酸素濃度の測定値（電圧値）に基づいて、触媒部４０の雰囲気が還元雰囲気になったか否かを判定する。具体的には、制御部３０に触媒部４０内の雰囲気が還元雰囲気であると判定する所定値（電圧値）をあらかじめ設定しておき、上記サブ酸素センサ５０ｂの測定値が上記所定値を上回ったか否かを判定する。上記サブ酸素センサ５０ｂの測定値が上記所定値を上回った場合には、触媒部４０内は還元雰囲気であると判定（ＹＥＳ）し、次にステップＳ２８を実施する。一方、上記サブ酸素センサ５０ｂの測定値が上記所定値を下回った場合には、触媒部４０内はまだ酸化雰囲気であると判定（ＮＯ）し、再度ステップＳ２６を実施する。
【００６７】
２−Ｉ．エンジン停止（Ｓ２８）
上記ステップＳ２７により、触媒部４０の雰囲気が還元雰囲気であると判定された場合、制御部３０は、エンジン１にエンジン停止信号を送信し、エンジンを停止する。
【００６８】
以上、本発明の一実施形態にかかる排ガス浄化装置１００において実行される排ガス浄化方法について説明した。次に、本発明の他の一実施形態にかかる排ガス浄化装置１００によって実行可能な排ガス浄化方法について、図６のフローチャートを参照しながら説明する。
かかる排ガス浄化方法によれば、エンジン停止要求時において、混合気を還元雰囲気側へ制御し、触媒の雰囲気が還元雰囲気である場合は、該触媒内をエンジンの停止が強要可能であるレベルの還元雰囲気にしてエンジンを停止する。かかる方法によると、上述した排ガス浄化方法で行われている、触媒部４０の雰囲気を還元雰囲気と判断した場合の制御である、触媒の雰囲気を酸化雰囲気にしてから還元雰囲気にするという制御を省くことができるため、より早くエンジン停止までの制御ができる。
【００６９】
図６に示されるように、本実施形態にかかる排ガスを浄化する方法は、「触媒の酸素濃度測定（Ｓ３０、Ｓ３３）」、「混合気の空燃比制御（還元雰囲気側）開始（Ｓ３１）」、「エンジン停止要求時の触媒の雰囲気判定（Ｓ３２）」、「触媒の還元状態判定（Ｓ３４）」、「触媒の酸素濃度の出力値測定または触媒の酸素濃度の出力変位測定（Ｓ３５）」、「触媒の還元状態判定（Ｓ３６）」、「エンジン停止（Ｓ３７）」の各工程を含む。以下、各工程について説明する。
【００７０】
３−Ａ．触媒の酸素濃度測定（Ｓ３０）
先ず、ステップＳ３０では、エンジン停止要求時の触媒部４０の雰囲気が還元雰囲気であるか、または、酸化雰囲気であるかを判定するために、制御部３０は、サブ酸素センサ５０ｂ（例えば、ジルコニア酸素センサ）により触媒部４０の下流側の排ガスの酸素濃度（電圧値）を測定し、触媒部４０の酸素濃度を決定する。
【００７１】
３−Ｂ．混合気の空燃比制御（還元雰囲気側）開始（Ｓ３１）
上記ステップＳ３０を実施した後、ステップＳ３１では、触媒部４０の雰囲気が還元雰囲気であるかまたは酸化雰囲気であるかに関わらず、まず触媒部４０の雰囲気を還元雰囲気にするために、制御部３０は、エンジンに供給される混合気の空燃比を還元雰囲気側に制御、すなわち混合気の空燃比を強制的にリッチに制御し、該制御により、リッチ排ガスを触媒部４０に供給する処理を開始する。
【００７２】
３−Ｃ．エンジン停止要求時の触媒の雰囲気判定（Ｓ３２）
上記ステップＳ３１により、混合気の空燃比を還元雰囲気側に制御した後、上記ステップＳ３０で得られた触媒部４０の酸素濃度の測定値（電圧値）に基づいて、エンジン停止要求時の触媒部４０の雰囲気が酸化雰囲気であるかまたは還元雰囲気であるかを判定する。
具体的には、制御部３０に触媒部４０内の雰囲気に対する所定値があらかじめ設定されており、上記サブ酸素センサ５０ｂの酸素濃度の測定値（電圧値）と上記所定値とを比較する。例えば、サブ酸素センサ５０ｂとして、ジルコニア酸素センサを用いるとき、還元雰囲気である場合は、該酸素センサの値（出力電圧値）は高くなる。一方、酸化雰囲気である場合は、該酸素センサの値（出力電圧値）は低くなる。この場合、上記サブ酸素センサ５０ｂの測定値が上記所定値を上回った場合には、触媒部４０内の雰囲気は還元雰囲気であると判定し、次にステップＳ３５を実施する。一方、上記サブ酸素センサ５０ｂの測定値が上記所定値を下回った場合には、触媒部４０内の雰囲気は酸化雰囲気であると判定し、ステップＳ３３を実施する。
【００７３】
３−Ｄ．触媒の酸素濃度測定（Ｓ３３）
上記ステップＳ３２により、エンジン停止要求時の触媒部４０の雰囲気が酸化雰囲気であると判定された後、ステップＳ３３では、触媒部４０が還元状態であるかを判定するために、制御部３０は、サブ酸素センサ５０ｂにより触媒部４０の下流側の排ガスの酸素濃度を測定し、該酸素濃度に基づいて触媒部４０の酸素濃度を決定する。
【００７４】
３−Ｅ．触媒の還元状態判定（Ｓ３４）
ステップＳ３４では、上記ステップＳ３３により得られた触媒部４０の酸素濃度の測定値（電圧値）に基づいて、触媒部４０の雰囲気が還元雰囲気になったか否かを判定する。
具体的には、触媒部４０内の雰囲気が還元雰囲気であると判定する所定値（電圧値）をあらかじめ設定しておき、上記サブ酸素センサ５０ｂの測定値が上記所定値を上回ったか否かを判定する。上記サブ酸素センサ５０ｂの測定値が上記所定値を上回った場合には、触媒部４０内は還元雰囲気であると判定（ＹＥＳ）し、次にステップＳ３７を実施する。一方、上記サブ酸素センサ５０ｂの測定値が上記所定値を下回った場合には、触媒部４０内はまだ酸化雰囲気であると判定（ＮＯ）し、再度ステップＳ３３を実施する。
【００７５】
３−Ｆ．触媒の酸素濃度の出力値測定または触媒の酸素濃度の出力変位測定（Ｓ３５）
一方、上記ステップＳ３２により、触媒部４０の雰囲気が還元雰囲気であると判定された場合には、制御部３０は、サブ酸素センサ５０ｂにより触媒部４０の酸素濃度の出力電圧値を測定する。または、サブ酸素センサ５０ｂにより触媒部４０の酸素濃度の出力電圧の変位を測定する。
【００７６】
３−Ｇ．触媒の還元状態判定（Ｓ３６）
上記ステップＳ３５により、サブ酸素センサ５０ｂにより触媒部４０の酸素濃度の出力電圧値、または、触媒部４０の酸素濃度の出力電圧の変位を測定後、触媒部４０の還元状態の判定を行う。換言すると、触媒部４０内の還元雰囲気がエンジン停止を許容可能にするレベルの還元雰囲気（すなわち、エンジン停止が許容可能であるレベルにまで触媒部４０内の還元雰囲気が進行した段階）であるかの判定を行う。
このうちエンジン停止可能か否かの判定条件として出力電圧値を採用した場合は、触媒部４０内の還元雰囲気がエンジン停止を許容可能にするレベルの還元雰囲気であると判定する出力電圧の所定値（以下、「出力電圧所定値」ともいう。）を制御部３０にあらかじめ設定しておき、上記出力電圧値が上記出力電圧所定値以上か否かを判定する。該出力電圧値が該出力電圧所定値以上の場合は、触媒部４０内の還元雰囲気がエンジン停止を許容可能にするレベルの還元雰囲気であると判定（ＹＥＳ）し、次にステップＳ３７を実施する。一方、上記出力電圧値が上記出力電圧所定値を下回る場合は、触媒部４０の還元雰囲気がまだエンジン停止を許容可能にする還元雰囲気ではないと判定（ＮＯ）し、再度ステップＳ３５を実施する。
【００７７】
一方、エンジン停止可能かどうかの判定条件として出力電圧の変位を採用した場合は、例えば、サブ酸素センサ５０ｂとして一般的な自動車で使用されるジルコニア酸素センサを用いるとき、該ジルコニア酸素センサの時間的遅れが生じる性質を利用する。換言すれば、実際の触媒部４０の雰囲気とサブ酸素センサ５０ｂ（ジルコニア酸素センサ）の測定値との間に時間的な遅れが生じるため、その性質を利用する。該ジルコニア酸素センサは、実際の触媒部４０の還元状態に追随し、時間的に遅れて反応して値が上昇するため、該値の上昇の度合い（すなわち、出力電圧の変位）により触媒部４０の還元雰囲気がエンジン停止を許容可能にするレベルの還元雰囲気になったか否かを判定することができる。
【００７８】
この場合、触媒部４０内の還元雰囲気がエンジン停止を許容可能にするレベルの還元雰囲気であると判定する出力電圧の変位の所定値（以下、「出力電圧変位所定値」ともいう。）を制御部３０にあらかじめ設定しておき、上記出力電圧の変位が上記出力電圧変位所定値以上か否かを判定する。該出力電圧の変位が該出力電圧変位所定値以上の場合は、触媒部４０内の還元雰囲気がエンジン停止を許容可能にするレベルの還元雰囲気であると判定（ＹＥＳ）し、次にステップＳ３７を実施する。一方、上記出力電圧の変位が上記出力電圧変位所定値を下回る場合は、触媒部４０の還元雰囲気がまだエンジン停止を許容可能にする還元雰囲気ではないと判定（ＮＯ）し、再度ステップＳ３５を実施する。
【００７９】
３−Ｈ．エンジン停止（Ｓ３７）
上記ステップＳ３４または上記ステップＳ３６により、触媒部４０の雰囲気が還元雰囲気であると判定された場合、制御部３０は、エンジン１にエンジン停止信号を送信し、エンジンを停止する。
【００８０】
以上、本発明にかかる排ガス浄化装置および排ガス浄化方法の好適ないくつかの実施形態について詳細に説明した。
かかる本発明の排ガス浄化装置１００により、エンジン始動時において、制御部３０は混合気の空燃比を酸化雰囲気側に制御する、または、ＡＩ５２により酸素含有ガスを排気管内に供給するにことで、触媒部４０に導入する排ガスを酸化性にすること（即ち、酸化可能な酸素を含有すること）ができる。これにより、触媒部４０内のパイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物を積極的に酸化反応させることができ、該酸化反応により該複合酸化物が発熱し、触媒部４０の暖機を促進し、触媒部４０の浄化機能を発揮させることができる。
【００８１】
また、本発明の他の一実施形態にかかる排ガス浄化装置１００では、エンジン停止要求時において、制御部３０がエンジンに供給される混合気の空燃比を還元雰囲気側に制御して、触媒部４０の雰囲気を還元雰囲気にすることによって、触媒部４０内のパイロクロア構造セリア−ジルコニア複合酸化物を還元状態にした後にエンジンを停止することができる。これにより、次回のエンジン始動時に、触媒部４０内の還元状態の上記複合酸化物に対して、酸化性の排ガスを供給することにより、該酸化性の排ガスに基づく酸化反応で上記複合酸化物が発熱し、速やかに触媒を暖機させることができる。
【符号の説明】
【００８２】
１  エンジン
１２  シリンダブロック
１３  シリンダヘッド
１４  シリンダボア
１５  ピストン
１６  コネクティングロッド
１７  燃焼室
１８  吸気ポート
１９  排気ポート
２０  吸気バルブ
２１  排気バルブ
２２  インテークマニホールド
２３  吸気管
２４  エアクリーナ
２５  スロットル弁
２６  インジェクタ
２７  点火プラグ
２８  エキゾーストマニホールド
２９  排気管
３０  制御部
４０  触媒部
４２  ハニカム基材
４４  リブ壁（隔壁）
４６  セル（貫通孔）
５０ａ  メイン酸素センサ
５０ｂ  サブ酸素センサ
５２  ＡＩ
１００  排ガス浄化装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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