JP4561489B2 - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関から排出された排気ガス中の有害なガス成分を浄化する排気ガス浄化装置に関する。

一般に、内燃機関の燃焼室から排出された排気ガス中には、そのまま大気へ放出されると有害な一酸化炭素（ＣＯ），窒素酸化物（ＮＯｘ），炭化水素（ＨＣ）等のガス成分が含まれている。これが為、従来、内燃機関においては、その有害なガス成分を大気放出前に浄化する排気ガス浄化装置が具備されている。

例えば、その排気ガス浄化装置としては、プラチナ等の貴金属を担持した三元触媒装置や、窒素酸化物の浄化を主たる目的とするリーンＮＯｘ触媒装置が存在する。

尚、下記の特許文献１には、触媒に電圧を印加することで酸素イオンを移動させ、窒素酸化物の還元反応を促進させるリーンＮＯｘ触媒装置が開示されている。更に、下記の特許文献２についても同様に触媒に電圧を印加して窒素酸化物を還元浄化させる技術が開示されており、また、下記の特許文献３についてもペロブスカイト型触媒に電圧を印加して窒素酸化物を還元浄化させる技術が開示されている。

特表２０００−５１６６７８号公報 特開平８−２３８４２２号公報 特開２００２−３４６３４１号公報

ところで、三元触媒装置においては、排気ガス中の有害なガス成分の浄化作用を促進させ、更に内燃機関の空燃比（Ａ／Ｆ）のズレを補正する為に、雰囲気温に応じた量の酸素を触媒担体の排気通路に放出又は当該排気通路から吸収させる酸化セリウム（ＣｅＯｘ）等の酸化物類が担持されている。

しかしながら、三元触媒装置に担持可能な酸化物類の量は有限であり、一方、その酸化物類が放出又は吸収可能な酸素量も有限である。従って、その酸化物類が放出又は吸収し得る酸素の最大量に達した場合には、排気ガスの浄化や空燃比のズレの補正を行うことができなくなってしまう。

ここで、その酸化物類の担持量を多くすれば、その増加分だけ酸素の放出量又は吸収量を多くすることはできるが、その担持量の増加に伴って三元触媒装置が大型化してしまうので、搭載スペースに限りのある車輌においては得策ではない。

また、その従来の酸化物類の酸素放出性能や酸素吸収性能は雰囲気温に依存するので、その雰囲気温の変化のみでは十分に酸素を放出又は吸収させることができない。

尚、上記特許文献１には、リーンＮＯｘ触媒装置において窒素酸化物の還元反応を促進させる為の酸素量の制御について開示されているが、三元触媒装置については何ら開示がされていない。

そこで、本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、触媒担体の排気通路への酸素放出性能及び当該排気通路からの酸素吸収性能を向上させ得る排気ガス浄化装置を提供することを、その目的とする。

上記目的を達成する為、請求項１記載の排気ガス浄化装置では、固体電解質からなる触媒担体と、この触媒担体の排気通路側に設けた排気通路側電極と、この排気通路側電極と相俟って前記触媒担体に電位差を発生させる大気側電極と、前記排気通路に流入する排気ガスがリッチ空燃比のときに、排気通路側電極へプラス（＋）電圧を印加させる一方、大気側電極へマイナス（−）電圧を印加させ、前記排気通路に流入する排気ガスがリーン空燃比のときに、排気通路側電極へマイナス（−）電圧を印加させる一方、大気側電極へプラス（＋）電圧を印加させる制御手段とを備えている。

また、上記目的を達成する為、請求項２記載の排気ガス浄化装置では、導電性を有する触媒基材と、固体電解質からなる触媒担体と、この触媒担体の排気通路側に設けた排気通路側電極と、前記触媒基材と触媒担体との間に設けた大気側電極と、前記排気通路に流入する排気ガスがリッチ空燃比のときに、排気通路側電極へプラス（＋）電圧を印加させる一方、大気側電極へマイナス（−）電圧を印加させ、前記排気通路に流入する排気ガスがリーン空燃比のときに、排気通路側電極へマイナス（−）電圧を印加させる一方、大気側電極へプラス（＋）電圧を印加させる制御手段とを備えている。

この請求項１又は２に記載の発明によれば、排気ガスがリッチ空燃比のときには、触媒担体を介して排気通路側電極へと酸素イオンが流れ、その触媒担体から排気通路側電極への酸素の供給量が増加するので、その酸素と排気ガス中の一酸化炭素及び炭化水素との酸化反応が促進される。また、排気ガスがリーン空燃比のときには、排気通路側電極から触媒担体へと酸素イオンが流れ、その排気通路側電極から触媒担体への酸素の吸収量が増加するので、排気ガス中の窒素酸化物の還元反応が促進される。

また、上記目的を達成する為、請求項３記載の排気ガス浄化装置では、固体電解質からなる触媒担体と、この触媒担体の排気通路側に設けた複数の排気通路側電極と、これら各排気通路側電極と夫々対になって大気側に配置される複数の大気側電極と、前記排気通路に流入する排気ガスの空燃比に応じて前記各排気通路側電極及び前記各大気側電極における夫々の正極と負極の割合を制御可能な制御手段とを備えている。

この請求項３記載の発明によれば、排気ガスがリッチ空燃比のときに正極の割合を多くすることによって触媒担体から排気通路側電極への酸素の供給量が増加するので、その酸素と排気ガス中の一酸化炭素及び炭化水素との酸化反応が促進される。また、排気ガスがリーン空燃比のときに負極の割合を多くすることによって排気通路側電極から触媒担体への酸素の吸収量が増加するので、排気ガス中の窒素酸化物の還元反応が促進される。

ここで、請求項４記載の発明の如く、現在の空燃比と理論空燃比との乖離幅に応じて印加電圧を可変制御する印加電圧可変制御部を請求項１，２又は３に記載の排気ガス浄化装置の制御手段に設けてもよく、これにより、排気ガスの空燃比に応じた量の酸素を放出及び吸収させることができるので、排気ガス中のガス成分（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ）の浄化性能を損なうことなく消費電力を抑制することができる。

また、請求項５記載の発明の如く、固体電解質不活性領域にて排気通路側電極及び大気側電極への電圧の印可を禁止する電圧印加禁止制御部を制御手段に設けてもよく、これによっても排気ガス中のガス成分（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ）の浄化性能を損なうことなく消費電力を抑制することができる。

また、請求項６記載の発明の如く、低温時に触媒担体を加熱可能な加熱手段を新たに設けてもよく、これにより、その触媒担体を早期に触媒活性温度及び固体電解質活性温度へと昇温させることができるので、機関冷間時における排気ガス中のガス成分（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ）の浄化性能を向上させることができる。

本発明に係る排気ガス浄化装置は、触媒担体の排気通路への酸素放出性能及び当該排気通路からの酸素吸収性能を向上させることができ，触媒担体における酸素の放出及び吸収を促進させることができるので、排気ガス中の有害なガス成分（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ）の浄化性能を向上させることができる。

以下に、本発明に係る排気ガス浄化装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。尚、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

本発明に係る排気ガス浄化装置の実施例１を図１から図６−２に基づいて説明する。

図１の符号１は、本実施例１の排気ガス浄化装置を示す。この排気ガス浄化装置１は、図１に示す内燃機関１００の排気経路上に配置されるものであり、その上流側と下流側に夫々排気通路１０１，１０２が接続されている。

ここで、本実施例１にあっては、その上流側の排気通路１０１として排気マニホルドを設け、その排気マニホルド１０１における排気集合通路１０１ａの下流端に排気ガス浄化装置１を配置した場合について例示する。尚、この排気ガス浄化装置１は、必ずしも排気マニホルド１０１に直接固定したものである必要はない。

以下、その本実施例１の排気ガス浄化装置１について、図２から図６−２を用いて詳述する。

この排気ガス浄化装置１は、図２及び図３に示す如く、筒状部を有するケース２と、このケース２内に配設された触媒構造体（触媒担体３、後述する排気通路側電極７及び大気側電極４）と、その触媒担体３を内部で保持する筒状の触媒保持体４とを備えている。

ここで、本実施例１のケース２には、その外側から内側へと大気を導入する大気導入部２ａが形成されている。例えば、その大気導入部２ａは、ケース２の内外を連通させる開口部であってもよく、その開口部から筒体を立設したものであってもよい。また、その大気導入部２ａは、ケース２に少なくとも１つ設けられていればよい。尚、本実施例１にあっては、排気ガスＧの流れに対するケース２の上流側と下流側の夫々に１つずつ筒状の大気導入部２ａが設けられている。

更に、本実施例１の排気ガス浄化装置１においては、上述した大気導入部２ａと連通する大気導入空間５がケース２の内方に形成されている。具体的に、本実施例１の大気導入空間５は、略同心円上に配置されたケース２の内壁面と触媒保持体４の外壁面との間に形成された断面略環状の空間であって、その上流側と下流側の夫々に配置された図２に示す環状のシール部材６，６で気密性が確保される。

また、本実施例１の触媒担体３は、その上流側から下流側へと排気ガスＧが通過する複数の排気通路３ａを有している。本実施例１にあってはハニカム形状に成形された触媒担体３を例示するが、この触媒担体３については、複数の排気通路３ａを有するものであればその形状は問わない。

ここで、本実施例１にあっては、その各排気通路３ａからの酸素の吸収量を増加させる一方、その各排気通路３ａへの酸素の放出量の増加も図る。

そこで、本実施例１にあっては、その触媒担体３を酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）等の固体電解質で成形し、これに電圧の印加方向（プラス、マイナス）を適宜切り替えて印加することによって、各排気通路３ａから触媒担体３への酸素の吸収量及び触媒担体３から各排気通路３ａへの酸素の放出量を増加させる。これが為、本実施例１の排気ガス浄化装置１においては、触媒担体３への電圧の印加を可能にし、且つその電圧の印加方向を適宜切り替え可能な電圧印加手段が設けられている。

先ず、その電圧印加手段を構成する一要素として、図４に示す如く、白金（Ｐｔ）等の触媒活性点を有する部材からなる排気通路側電極７が触媒担体３の各排気通路３ａ側に積層されている。

ここで、本実施例１にあっては、その夫々の排気通路側電極７と導通する導電性部材からなる図２から図４に示す電圧印加用構造体８を配備しており、この電圧印加用構造体８を介して各排気通路側電極７に電圧が印加される。

本実施例１の電圧印加用構造体８は、触媒担体３の下流端における各排気通路３ａの位置関係に対応させた複数の電圧印加部８ａを備えており、その各電圧印加部８ａを触媒担体３の下流側から夫々の排気通路３ａに挿通し、その各電圧印加部８ａと各排気通路側電極７とを接触（即ち導通）させることによって夫々の排気通路側電極７に電圧を印加するものである。

ところで、本実施例１にあっては、各排気通路側電極７への電圧の印加を図る為に複数の電圧印加部８ａを各々の排気通路３ａへと挿通させるが、仮にその各電圧印加部８ａが中実形状であると、夫々の排気通路３ａが閉塞されて排気ガスＧが下流へと流れなくなる。

そこで、本実施例１の電圧印加用構造体８は、その各電圧印加部８ａを中空形状に成形し、その内部を排気ガスＧが下流へと通過できるように成形する。

尚、本実施例１にあっては電圧印加用構造体８を触媒担体３の下流側に設けているが、この電圧印加用構造体８は、触媒担体３の上流側に設けてもよい。

一方、電圧印加手段により触媒担体３に電位差を持たせる為には、上述した排気通路側電極７以外にもう１つ電極が必要になる。

ここで、本実施例１の触媒担体３は、上述したが如く触媒保持体４の内部に保持されており、少なくともその触媒保持体４の内壁面と接している。

そこで、本実施例１にあっては、その触媒保持体４を導電性部材で成形して大気側電極として利用する。このように、本実施例１では触媒保持体４を大気側電極として利用するので、上述した各排気通路側電極７や電圧印加用構造体８は、その触媒保持体４と導通しないように配設する。以下、その触媒保持体４を必要に応じて「大気側電極４」という。

ここで、その触媒担体３と排気通路側電極７と大気側電極４との関係の模式図を図５に示す。即ち、本実施例１の触媒担体３は、排気通路側電極７と大気側電極４とによって挟まれた状態と同義である。

また、本実施例１の電圧印加手段には上述した排気通路側電極７と大気側電極４との間の電圧印加方向（プラス、マイナス）を切り替え可能な電圧印加装置９が設けられている。

これが為、本実施例１の電圧印加手段は、その排気通路側電極７と大気側電極４とに電圧印加装置９が適宜電圧印加方向を切り替えて電圧を印加することによって、触媒担体３の酸素吸収性能及び酸素放出性能を向上させることができる。

ここで、この電圧印加装置９は、内燃機関１００の燃焼制御等を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）１０の電圧印加方向制御部によって電圧印加方向の切り替えが行われる。

この本実施例１の電子制御装置１０の電圧印加方向制御部は、排気マニホルド１０１の排気集合通路１０１ａに設けた排気センサ（Ｏ₂センサやＡ／Ｆセンサ等の排気ガスＧから空燃比を測定し得るセンサ）１１の検出信号に基づいて電圧印加装置９の電圧印加方向を切り替える。

具体的に、この電子制御装置１０は、排気ガスＧがリッチ空燃比の場合に、排気通路側電極７にプラス（＋）電圧を印加する一方、大気側電極４にマイナス（−）電圧を印加するよう電圧印加装置９を制御する。

これにより、大気導入空間５の大気から固体電解質の触媒担体３を介して排気通路側電極７へと酸素イオンが流れる。これが為、触媒担体３から排気通路側電極７への酸素（Ｏ₂）の供給量が増加するので、図６−１に示す如く、その酸素（Ｏ₂）と各排気通路３ａを流れる排気ガスＧ中の有害な一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）との酸化反応が促進され、無害な二酸化炭素（ＣＯ₂）や水（Ｈ₂Ｏ）となって排出される。即ち、排気通路側電極７にプラス（＋）電圧を印加し、大気側電極４にマイナス（−）電圧を印加することで、一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）の浄化作用が促進される。

ここで、その触媒担体３においては、図６−１に示す如く、大気側電極４側よりも排気通路側電極７側の方で酸素イオン濃度が高くなる。

一方、この電子制御装置１０は、排気ガスＧがリーン空燃比の場合に、排気通路側電極７にマイナス（−）電圧を印加する一方、大気側電極４にプラス（＋）電圧を印加するよう電圧印加装置９を制御する。

これにより、排気通路側電極７から固体電解質の触媒担体３を介して大気導入空間５側へと酸素イオンが流れる。これが為、余分な酸素（Ｏ₂）が大気導入空間５側へと放出されて各排気通路３ａ側から触媒担体３への酸素（Ｏ₂）の吸収量が増加し、図６−２に示す如く、各排気通路３ａを流れる排気ガスＧ中の有害な窒素酸化物（ＮＯｘ）の排気通路側電極７における還元反応が促進される。そして、その窒素酸化物（ＮＯｘ）は、酸素（Ｏ₂）と窒素（Ｎ₂）に還元反応され、その酸素（Ｏ₂）が触媒担体３に拡散吸収される一方、窒素（Ｎ₂）が排出される。

ここで、その触媒担体３においては、図６−２に示す如く、排気通路側電極７側よりも大気側電極４側の方で酸素イオン濃度が高くなる。

以上示した如く、本実施例１の排気ガス浄化装置１によれば、固体電解質からなる触媒担体３の酸素の放出及び吸収を促進させることができ、これが為、排気ガスＧ中のガス成分（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ）の浄化性能を向上させることができる。

次に、本発明に係る排気ガス浄化装置の実施例２について説明する。

本実施例２は、排気ガス浄化装置を前述した実施例１と同様に構成し、電子制御装置１０に以下の如き制御部を設けたものである。

ところで、リッチ空燃比又はリーン空燃比の場合においては、理論空燃比（ストイキオメトリ）に対する乖離幅（理論空燃比に対するリッチ空燃比又はリーン空燃比の数値の差）如何で排気ガスＧ中のガス成分（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ）の量が異なるので、その乖離幅によって、そのガス成分の浄化に要する酸素の放出量や吸収量も異なる。

これが為、その乖離幅の大小に拘わらず一定の印加電圧（駆動電圧値）で排気通路側電極７と大気側電極４に印加すると、例えば、乖離幅が小さい（理論空燃比に近い）場合には、触媒担体３における酸素の放出量又は吸収量が浄化に要する放出量又は吸収量に対して多くなり（即ち浄化に要する印加電圧が必要以上に高く）、無用な電力を消費してしまう。

具体的に、リッチ空燃比において乖離幅が小さい場合には、触媒担体３から放出される酸素（Ｏ₂）が一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）の浄化に要する酸素量に対して必要以上に多くなり、その分の消費電力が無駄になる。また、リーン空燃比において乖離幅が小さい場合には、窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化に要する酸素量以上に触媒担体３は酸素（Ｏ₂）を吸収することができ、その分の消費電力が無駄になる。

そこで、本実施例２にあっては、実施例１の電子制御装置１０に、電圧印加装置９の印加電圧（駆動電圧値）を可変制御する印加電圧可変制御部を設ける。即ち、この実施例２の電子制御装置１０は、実施例１の電圧印加方向制御部による排気通路側電極７と大気側電極４への電圧印加方向の切り替え機能と共に、現在の空燃比と理論空燃比との乖離幅に応じて印加電圧（駆動電圧値）をも可変制御し得る機能も備えている。

例えば、本実施例２にあっては、ガス成分（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ）の浄化に要する必要最小限の酸素が触媒担体３から放出又は吸収される乖離幅と印加電圧（駆動電圧値）との対応関係を実験やシミュレーションで求め、その対応関係をマップデータとして予め用意する。そして、このマップデータに基づいて印加電圧可変制御部に印加電圧を設定させる。

例えば、この電子制御装置１０は、排気センサ１１の検出信号から現在の空燃比を算出し、この現在の空燃比から電圧印加方向制御部が電圧印加方向を設定すると共に、印加電圧可変制御部が現在の空燃比と理論空燃比との乖離幅を求め、上記マップデータから印加電圧を設定する。

そして、この電子制御装置１０は、設定した電圧印加方向に電圧印加方向制御部が電圧印加装置９を切り替えると共に、設定した印加電圧となるよう印加電圧可変制御部が電圧印加装置９を制御する。

具体的に、この電子制御装置１０は、排気ガスＧがリッチ空燃比の場合、電圧印加方向制御部が排気通路側電極７及び大気側電極４に対して夫々プラス（＋）電圧及びマイナス（−）電圧を印加するよう電圧印加装置９を制御すると共に、そのリッチ空燃比と理論空燃比との乖離幅に応じた印加電圧を印加するよう印加電圧可変制御部が電圧印加装置９を制御する。

これにより、各排気通路３ａを流れる一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）の量に応じた酸素イオンが大気導入空間５側から固体電解質の触媒担体３を介して排気通路側電極７へと流れ、その一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）が浄化される。即ち、必要最小限の印加電圧で触媒担体３から排気通路側電極７に必要最小限の酸素（Ｏ₂）を供給させて、排気ガスＧ中の一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）を浄化させる。

一方、この電子制御装置１０は、排気ガスＧがリーン空燃比の場合、電圧印加方向制御部が排気通路側電極７及び大気側電極４に対して夫々マイナス（−）電圧及びプラス（＋）電圧を印加するよう電圧印加装置９を制御すると共に、そのリーン空燃比と理論空燃比との乖離幅に応じた印加電圧を印加するよう印加電圧可変制御部が電圧印加装置９を制御する。

これにより、各排気通路３ａを流れる窒素酸化物（ＮＯｘ）の量に応じた酸素イオンが排気通路側電極７から固体電解質の触媒担体３を介して大気導入空間５側へと流れ、その窒素酸化物（ＮＯｘ）が浄化される。即ち、必要最小限の印加電圧で必要最小限の酸素（Ｏ₂）を触媒担体３に吸収させて、排気ガスＧ中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化させる。

このように、本実施例２の排気ガス浄化装置１によれば、排気ガスＧの空燃比に応じた酸素の放出及び吸収を行い得る好適な印加電圧を触媒担体３に印加することができるので、前述した実施例１における排気ガスＧ中のガス成分（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ）の浄化性能を損なうことなく消費電力を抑制することができる。

次に、本発明に係る排気ガス浄化装置の実施例３について説明する。

本実施例３は、排気ガス浄化装置を前述した実施例１と同様に構成し、電子制御装置１０に以下の如き制御部を設けたものである。

ところで、触媒担体３を構成する固体電解質は、低温時（その温度は固体電解質如何で異なるが、その固体電解質固有の温度以下）に酸素イオンの移動が大幅に制限されるので、かかる固体電解質不活性領域において排気通路側電極７及び大気側電極４へ電圧を印加しても、その触媒担体３における酸素の吸収性能及び放出性能を向上させることはできない。

そこで、本実施例３にあっては、実施例１の電子制御装置１０に、その固体電解質不活性領域の如く電圧の印加を要しないときに電圧印加装置９を駆動させない電圧印加禁止制御部を設ける。即ち、この実施例３の電子制御装置１０は、実施例１の電圧印加方向制御部による排気通路側電極７と大気側電極４への電圧印加方向の切り替え機能と共に、固体電解質不活性領域の如く電圧の印加を要しないときに排気通路側電極７と大気側電極４へ電圧を印加させない機能も備えている。

例えば、本実施例３にあっては、図１に示す如く触媒担体３の床温を測定し得る触媒温度センサ１２を設け、この触媒温度センサ１２の検出温度が固体電解質不活性領域の温度（固体電解質が不活性になる温度以下，即ち所定の閾値以下）である場合に、電子制御装置１０の電圧印加禁止制御部が電圧印加装置９の駆動を禁止させ、排気通路側電極７及び大気側電極４に電圧を印加させないようにする。

ここで、例えば、その触媒温度センサ１２の如き触媒担体床温測定手段に替えて、機関運転状態（機関回転数や負荷等）又は電圧印加時の触媒担体３の抵抗値等から触媒担体３の床温を推定し得る触媒担体床温推定手段を設け、その推定結果と上記閾値とを比較して電圧印加装置９の駆動要否を電圧印加禁止制御部に判断させてもよい。

このように、本実施例３の排気ガス浄化装置１によれば、前述した実施例１における排気ガスＧ中のガス成分（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ）の浄化性能を損なうことなく消費電力を抑制することができる。

その電子制御装置１０の電圧印加禁止制御部は、触媒担体３が固体電解質の活性温度に上昇するまで電圧印加装置９の駆動を停止させる。

ここで、本実施例３の電子制御装置１０に前述した実施例２の印加電圧可変制御部を設けてもよく、これによって、より効果的な消費電力の抑制が可能になる。

次に、本発明に係る排気ガス浄化装置の実施例４について説明する。

本実施例４は、排気ガス浄化装置を前述した実施例３と同様に構成し、電子制御装置１０に以下の如き制御部を設けたものである。

一般に、排気ガス浄化装置は、触媒担体３が触媒活性温度に達しない低温時（触媒不活性領域）においてはガス成分（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ）の浄化性能が低下する。

また、前述した実施例３においては、固体電解質不活性領域のような低温時に排気通路側電極７及び大気側電極４への電圧の印加を行わないので、触媒担体３における酸素の放出性能と吸収性能が低下し、これに伴ってガス成分（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ）の浄化性能も低下する。

即ち、機関始動直後等の触媒担体３が低温のときには、その触媒担体３が触媒活性温度又は固体電解質の活性温度に達するまでガス成分（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ）が有効に浄化されず、その浄化性能が悪化している。

そこで、本実施例４にあっては、例えば、大気導入空間５，触媒保持体４の内方やケース２の外周面等にヒータ等の加熱手段１３を設けて、触媒担体３を触媒活性温度又は固体電解質の活性温度まで早期に上昇させる。

ここで、その加熱手段１３は、電子制御装置１０の加熱制御部によりＯＮ／ＯＦＦ動作が制御される。即ち、本実施例４の電子制御装置１０には、実施例３における排気通路側電極７及び大気側電極４の電圧印加方向の切り替えを行う電圧印加方向制御部と電圧印加装置９の駆動を停止させる電圧印加禁止制御部とに加えて、加熱手段１３のＯＮ／ＯＦＦ動作を制御する触媒加熱制御部が設けられている。

例えば、本実施例４の電子制御装置１０の触媒加熱制御部は、触媒温度センサ１２の如き触媒担体床温測定手段又は触媒担体床温推定手段により触媒担体３の床温を測定又は推定し、その触媒担体３の床温が触媒不活性領域又は固体電解質不活性領域である場合に加熱手段１３を作動させて触媒担体３の床温を上昇させる。

そして、その触媒加熱制御部は、その触媒担体床温測定手段又は触媒担体床温推定手段を用いて触媒担体３の床温を監視し、その触媒担体３の床温が触媒活性温度又は固体電解質の活性温度にまで上昇したときに加熱手段１３を停止させる。ここで、その触媒活性温度と固体電解質の活性温度とが異なる場合、その双方の内の高い方の温度に達したときに加熱手段１３を停止させることが好ましい。

これにより、機関始動直後等の機関冷間時において、触媒担体３が早期に昇温して触媒活性領域となる一方、その触媒担体３における酸素の放出及び吸収を促進可能な固体電解質活性領域となる。

一方、その加熱手段１３が作動している間は、電子制御装置１０の電圧印加禁止制御部により電圧印加装置９の駆動を停止させておく。

以上示したが如く、本実施例４によれば、触媒担体３を早期に触媒活性温度及び固体電解質活性温度へと到達させることができるので、その後、即座に電圧印加装置９を駆動させることができる。これが為、本実施例４の排気ガス浄化装置１は、機関冷間時における排気ガスＧ中のガス成分（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ）の浄化性能を向上させることができる。

ここで、本実施例４の電子制御装置１０に前述した実施例２の印加電圧可変制御部を設けてもよく、これによって、より効果的な消費電力の抑制が可能になる。

次に、本発明に係る排気ガス浄化装置の実施例５について説明する。

本実施例５は、排気ガス浄化装置を前述した実施例１と同様に構成し、電子制御装置１０に以下の如き制御部を設けたものである。

これが為、本実施例５の排気ガス浄化装置１は、固体電解質からなる触媒担体３の酸素の放出及び吸収を促進させ、排気ガスＧ中のガス成分（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ）の浄化性能を向上させることができる。

しかしながら、その一方で、内燃機関１００がリッチ空燃比で運転し続けられた場合には、触媒担体３から酸素が放出され続けるので、その運転継続時間次第で触媒担体３内の酸素イオンが無くなり、それ以降の排気ガスＧ中のガス成分（ＣＯ，ＨＣ）の浄化性能が低下してしまう。

また、内燃機関１００がリーン空燃比で運転し続けられた場合には、触媒担体３に酸素が吸収され続けるので、その運転継続時間次第で触媒担体３内に酸素イオンを取り込むことができなくなり、それ以降の排気ガスＧ中のガス成分（ＮＯｘ）の浄化性能が低下してしまう。

これが為、そのような状況になる前に触媒担体３へと酸素を強制的に供給する又は触媒担体３から酸素を強制的に放出させて、触媒担体３内の酸素量を所定量に保つことが望ましい。例えば、その所定量としては、少なくとも通常の使用状態におけるリッチ空燃比の運転継続時間の間は酸素を放出し続けることができる一方、少なくとも通常の使用状態におけるリーン空燃比の運転継続時間の間は酸素を吸収し続けることができる酸素量に設定する。また、この所定量は、一定の値であってもよく、幅を持たせた値であってもよい。

ここで、触媒担体３に保持されている酸素量（具体的には酸素イオン量）の変化は、その触媒担体３に一定の電圧を印加した際の電流値の変化から推定することができ、その電流値の低下により酸素量が減少していることが判る。

そこで、本実施例５にあっては、その電圧印加時の電流値を計測して、その電流値に基づき触媒担体３内の酸素量を推定し、その推定された酸素量が所定量でない場合にスロットルバルブや燃料噴射装置等を制御して内燃機関１００の空燃比を制御する空燃比制御部を電子制御装置１０に設ける。即ち、この実施例５の電子制御装置１０は、実施例１の電圧印加方向制御部による排気通路側電極７と大気側電極４への電圧印加方向の切り替え機能と共に、触媒担体３に保持されている酸素量（酸素イオン量）に応じて内燃機関１００の空燃比を制御する機能も備えている。

具体的に、本実施例５の空燃比制御部は、内燃機関１００がリッチ空燃比で継続運転されている等により、推定された酸素量が所定の閾値を下回った場合に、内燃機関１００の空燃比をリーン空燃比へと制御する。例えば、その際の閾値としては、それ以上酸素（Ｏ₂）が放出されるとガス成分（ＣＯ，ＨＣ）の浄化ができなくなってしまう酸素量（酸素イオン量）、それ以上酸素（Ｏ₂）が放出されると通常の使用状態におけるリッチ空燃比の運転継続時間の間に酸素不足が生じてしまう酸素量等が考えられる。

そのようにして内燃機関１００の空燃比がリーン空燃比へと切り替わることにより、夫々の排気通路３ａを流れる排気ガスＧがリーン空燃比となり、その排気ガスＧ中の酸素量を増加させることができる。

これが為、この電子制御装置１０は、しかる後に、排気通路側電極７にマイナス（−）電圧を印加する一方、大気側電極４にプラス（＋）電圧を印加するよう電圧印加方向制御部が電圧印加装置９を制御し、その排気ガスＧ中の酸素（Ｏ₂）を触媒担体３に拡散吸収させて触媒担体３内の酸素濃度を上昇させる。

これにより、内燃機関１００をリッチ空燃比で継続運転する等、触媒担体３内の酸素量が不足する虞のある状況下において、その酸素量を増加させることができるので、かかる状況下における排気ガスＧ中のガス成分（ＣＯ，ＨＣ）の浄化性能を維持することができる。

また、本実施例５の空燃比制御部は、内燃機関１００がリーン空燃比で継続運転されている等により、推定された酸素量が所定の閾値を上回った場合に、内燃機関１００の空燃比をリッチ空燃比へと制御する。例えば、その際の閾値としては、それ以上酸素（Ｏ₂）が吸収されるとガス成分（ＮＯｘ）の浄化ができなくなってしまう酸素量（酸素イオン量）、それ以上酸素（Ｏ₂）が吸収されると通常の使用状態におけるリーン空燃比の運転継続時間の間に酸素吸収ができなくなってしまう酸素量等が考えられる。

そのようにして内燃機関１００の空燃比がリッチ空燃比へと切り替わることにより夫々の排気通路３ａを流れる排気ガスＧがリッチ空燃比となるので、しかる後、この電子制御装置１０は、排気通路側電極７にプラス（＋）電圧を印加する一方、大気側電極４にマイナス（−）電圧を印加するよう電圧印加方向制御部に電圧印加装置９を制御させる。

これにより、その排気ガスＧ中の一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）と触媒担体３の酸素（Ｏ₂）との間で酸化反応が起こり、その触媒担体３内の酸素濃度が減少するので、内燃機関１００をリーン空燃比で継続運転する等、触媒担体３の最大酸素吸収量を超える虞のある状況下において、その酸素量を減少させることができ、かかる状況下における排気ガスＧ中のガス成分（ＮＯｘ）の浄化性能を維持することができる。

ここで、本実施例５の空燃比制御部については、触媒担体３内の酸素量が常時上述した所定量に保たれるよう、電圧印加時の電流値を監視し、その電流値に基づいて上記の空燃比制御を行わせることが好ましい。即ち、電圧印加時の電流値が所定値に保たれるように内燃機関１００の空燃比をフィードバック制御し、その触媒担体３内の酸素量を例えば上述した所定量に保つことが好ましい。

以上示したが如く、本実施例５の排気ガス浄化装置１によれば、触媒担体３に保持されている酸素量（酸素イオン量）に応じて内燃機関１００の空燃比を制御することで、その触媒担体３内の酸素量を酸素放出又は酸素吸収可能な所定量に保つことができ、排気ガスＧ中のガス成分（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ）の浄化性能を維持することができる。

ところで、本実施例５にあっては、推定された酸素量と比較する閾値をリーン空燃比へ制御する場合とリッチ空燃比へ制御する場合とで夫々２つ用意しているが、その夫々の閾値の中間値等、１つの閾値を用いて上記の空燃比制御を行ってもよい。

更に、本実施例５の空燃比制御部は、電圧印加時の電流値から触媒担体３内の酸素量を推定し、その推定された酸素量と所定の閾値とを比較して空燃比制御を行っているが、上述した酸素量の閾値に対応する電流値を新たな閾値とし、この閾値と測定した電流値とを比較して空燃比制御を行ってもよい。また、かかる場合において上記の如くフィードバック制御を行うときには、監視している電流値が所定値に保たれるよう空燃比のフィードバック制御を行う。その所定値は、上述した触媒担体３内の酸素の所定量に対応させた値であって、一定の値であってもよく、幅を持たせた値であってもよい。

ここで、本実施例５の電子制御装置１０に前述した実施例２の印加電圧可変制御部や実施例３の電圧印加禁止制御部，更には実施例４の触媒加熱制御部を設けてもよく、これにより、本実施例５の排気ガス浄化装置１においても、その夫々の効果を奏することが可能になる。

次に、本発明に係る排気ガス浄化装置の実施例６について図７から図９−２を用いて説明する。

本実施例６は、前述した実施例１〜５の夫々の排気ガス浄化装置１において、触媒保持体４内の触媒構造体を以下の如く変更したものである。

本実施例６の触媒構造体は、前述した実施例１〜５と同様に、その上流側から下流側へと排気ガスＧが通過する図７に示す複数の排気通路２３ａを有している。ここでもハニカム形状に成形された触媒構造体を例示するが、この触媒構造体については、複数の排気通路２３ａを有するものであればその形状は問わない。

具体的に、この触媒構造体は、図７に示す如く、ハニカム形状に成形された導電性部材からなる触媒基材２３Ａと、この触媒基材２３Ａの排気通路２３ａ側に配設した酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）等の固体電解質からなる触媒担体２３と、この触媒担体２３の排気通路２３ａ側に積層した白金（Ｐｔ）等の触媒活性点を有する部材からなる排気通路側電極２７と、その触媒基材２３Ａと触媒担体２３との間に挟持された導電性部材からなる大気側電極２４とで構成される。

ここで、本実施例６にあっても各実施例１〜５と同様の電圧印加用構造体８が配設されており、その各電圧印加部８ａが夫々の排気通路２３ａに挿通されることによって、電圧印加用構造体８を介して各排気通路側電極７へ電圧が印加される。

図８に、この触媒構造体の触媒基材２３Ａと触媒担体２３と排気通路側電極２７と大気側電極２４との関係の模式図を示す。即ち、本実施例６にあっては、実施例１と同様に排気通路側電極２７へと電圧印加装置９から電圧を印可する一方、大気側電極２４には触媒基材２３Ａを介して電圧印加装置９から電圧が印可される。

そこで、この触媒構造体においては、導電性部材からなる触媒保持体４と触媒基材２３Ａとを導通させ、その触媒保持体４と触媒基材２３Ａとを介して電圧印加装置９から大気側電極２４に電圧を印可する。これが為、この触媒構造体の排気通路側電極２７は、その触媒保持体４に導通しないよう配設する。

以上示した本実施例６の排気ガス浄化装置１においても、電子制御装置１０は、排気ガスＧがリッチ空燃比の場合に、排気通路側電極２７にプラス（＋）電圧を印加する一方、大気側電極２４に触媒基材２３Ａを介してマイナス（−）電圧を印加するよう電圧印加装置９を制御する。

これにより、大気導入空間５の大気から固体電解質の触媒担体２３を介して排気通路側電極２７へと酸素イオンが流れる。これが為、触媒担体２３から排気通路側電極２７への酸素（Ｏ₂）の供給量が増加するので、図９−１に示す如く、その酸素（Ｏ₂）と各排気通路２３ａを流れる排気ガスＧ中の有害な一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）との酸化反応が促進され、無害な二酸化炭素（ＣＯ₂）や水（Ｈ₂Ｏ）となって排出される。即ち、本実施例６にあっても、排気通路側電極２７にプラス（＋）電圧を印加し、大気側電極２４にマイナス（−）電圧を印加することで、一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）の浄化作用が促進される。

ここで、その触媒担体２３においては、図９−１に示す如く、大気側電極２４側よりも排気通路側電極２７側の方で酸素イオン濃度が高くなる。

一方、この電子制御装置１０は、排気ガスＧがリーン空燃比の場合に、排気通路側電極２７にマイナス（−）電圧を印加する一方、大気側電極２４に触媒基材２３Ａを介してプラス（＋）電圧を印加するよう電圧印加装置９を制御する。

これにより、排気通路側電極２７から固体電解質の触媒担体２３を介して大気導入空間５側へと酸素イオンが流れる。これが為、本実施例６にあっても、余分な酸素（Ｏ₂）が大気導入空間５側へと放出されて各排気通路２３ａ側から触媒担体２３への酸素（Ｏ₂）の吸収量が増加し、図９−２に示す如く、各排気通路２３ａを流れる排気ガスＧ中の有害な窒素酸化物（ＮＯｘ）の排気通路側電極２７における還元反応が促進される。そして、その窒素酸化物（ＮＯｘ）は、酸素（Ｏ₂）と窒素（Ｎ₂）に還元反応され、その酸素（Ｏ₂）が触媒担体２３に拡散吸収される一方、窒素（Ｎ₂）が排出される。

ここで、その触媒担体２３においては、図９−２に示す如く、排気通路側電極２７側よりも大気側電極２４側の方で酸素イオン濃度が高くなる。

このように、本実施例６の如く触媒構造体を構成しても、各実施例１〜５と同様に固体電解質からなる触媒担体２３の酸素の放出及び吸収を促進させることができ、これが為、排気ガスＧ中のガス成分（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ）の浄化性能を向上させることができる。

また、この実施例６の排気ガス浄化装置１において、電子制御装置１０に実施例２の印加電圧可変制御部を設けることによって、排気ガスＧ中のガス成分（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ）の浄化性能を損なうことなく消費電力を抑制することができ、また、その電子制御装置１０に実施例３の電圧印加禁止制御部を設けることによって、より効果的に消費電力を抑制することができる。

更に、その電子制御装置１０に実施例４の触媒加熱制御部を設けることによって、機関冷間時における排気ガスＧ中のガス成分（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ）の浄化性能を向上させることができる。

また更に、その電子制御装置１０に実施例５の空燃比制御部を設けることによって、触媒担体２３内の酸素量を所定量に保ち、排気ガスＧ中のガス成分（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ）の浄化性能を維持することができる。

次に、本発明に係る排気ガス浄化装置の実施例７について図１０から図１３を用いて説明する。

図１０の符号３１は、本実施例７の排気ガス浄化装置を示す。この排気ガス浄化装置３１は、前述した実施例１〜５の夫々の排気ガス浄化装置１において触媒構造体を以下の如く変更したものであり、それら各実施例１〜５と同様に内燃機関１００の排気経路上に配置されている。ここでも、この排気ガス浄化装置３１は、その上流側が排気マニホルド１０１における排気集合通路１０１ａの下流端に接続される一方、その下流側に排気通路１０２が接続されるものとして例示する。尚、この排気ガス浄化装置３１についても、必ずしも排気マニホルド１０１に直接固定する必要はない。

以下、本実施例７の排気ガス浄化装置３１の構成について詳述する。

この排気ガス浄化装置３１は、実施例１と同様に、大気導入部２ａが形成されたケース２内に触媒担体３３等からなる触媒構造体を備えている。図１１に本実施例７の排気ガス浄化装置３１における触媒構造体の一部分の模式図を示しており、これを用いて本実施例７の触媒構造体を説明する。

本実施例７の触媒構造体は、実施例１と同様に筒状の触媒保持体３４の内部に保持された触媒担体３３と、この触媒担体３３に電圧を印加する複数の電極（第１から第１０の排気通路側電極３７ａ〜３７ｊ、第１から第１０の大気側電極３４ａ〜３４ｊ）とで構成されている。

本実施例７にあっては、酸素放出性能及び酸素吸収性能を向上させて排気ガスＧ中の有害なガス成分（ＣＯ，ＴＨＣ，ＮＯｘ）を効率良く浄化させる為に、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）等の固体電解質で実施例１と同様のハニカム形状に成形した触媒担体３３が用いられている。これが為、この触媒担体３３には複数の排気通路３３ａが形成されており、その各排気通路３３ａ側に第１から第１０の排気通路側電極３７ａ〜３７ｊが設けられている。

その触媒担体３３の各排気通路３３ａ側に配設された第１から第１０の排気通路側電極３７ａ〜３７ｊは、白金（Ｐｔ）等の触媒活性点を有する部材で成形されており、図１１に示す如く排気ガスＧの流れ方向に夫々間を空けて積層されている。また、その第１から第１０の排気通路側電極３７ａ〜３７ｊの夫々の間隔には絶縁体Ｉが配設されており、これら第１から第１０の排気通路側電極３７ａ〜３７ｊ同士の導通を防いでいる。

一方、第１から第１０の大気側電極３４ａ〜３４ｊは、同じく白金（Ｐｔ）等の触媒活性点を有する部材で成形されており、図１１に示す如く触媒担体３３の大気側において排気ガスＧの流れ方向に夫々第１から第１０の排気通路側電極３７ａ〜３７ｊと同等の間隔を空けて配置されている。即ち、これら第１から第１０の大気側電極３４ａ〜３４ｊの各々は、図１１に示す如く、夫々に第１から第１０の排気通路側電極３７ａ〜３７ｊの各々と対になって触媒担体３３に電圧を印加できるよう配置する。その第１から第１０の大気側電極３４ａ〜３４ｊの夫々の間にも絶縁体Ｉが配設されており、これら第１から第１０の大気側電極３４ａ〜３４ｊ同士の導通を防いでいる。

ところで、本実施例７の触媒担体３３についても、上述したが如く触媒保持体３４の内部に保持されており、少なくともその触媒保持体３４の内壁面と接している。これが為、本実施例７にあっては、例えば、軸線方向に間隔を設けて配設した１０個の環状の導電体と当該導電体の夫々の間に配設した環状の絶縁体Ｉとで触媒保持体３４を構成し、その夫々の導電体を第１から第１０の大気側電極３４ａ〜３４ｊとして利用する。

即ち、本実施例７の触媒構造体は、実施例１における排気通路側電極７と大気側電極４を排気ガスＧの流れ方向にて夫々複数（ここでは１０個）に分割したものである。尚、ここでは、そのように実施例１における排気通路側電極７と大気側電極４とを分割したものとして例示するが、複数の排気通路側電極と複数の大気側電極とが夫々対になって触媒担体３３を挟持するが如く配置されていれば、何れの態様であってもよい。

ここで、本実施例７にあっては、その上述した第１から第１０の排気通路側電極３７ａ〜３７ｊと第１から第１０の大気側電極３４ａ〜３４ｊの夫々に対してプラス（＋）電圧とマイナス（−）電圧とを個別に印加できるよう構成する。例えば、第１から第１０の排気通路側電極３７ａ〜３７ｊの中から選択された何れかにプラス（＋）電圧を印加し、その残りにマイナス（−）電圧を印加し得る図１０に示す電圧印加装置３９Ａを用意する一方、第１から第１０の大気側電極３４ａ〜３４ｊの中から選択された何れかにプラス（＋）電圧を印加し、その残りにマイナス（−）電圧を印加し得る図１０に示す電圧印加装置３９Ｂを用意する。

これにより、例えば、図１２に示す如く、第１排気通路側電極３７ａと第１大気側電極３４ａとを正極にし、第２排気通路側電極３７ｂと第２大気側電極３４ｂとを負極にすることができる。

この場合、固体電解質からなる触媒担体３３から正極たる第１排気通路側電極３７ａ及び第１大気側電極３４ａへと酸素イオンが流れるので、触媒担体３３から第１排気通路側電極３７ａ及び第１大気側電極３４ａへの酸素（Ｏ₂）の供給量が増加し、その触媒担体３３の内部における酸素イオンの流出する夫々の部位においては酸素イオン濃度が低くなる。これが為、第１排気通路側電極３７ａにおいては、その酸素（Ｏ₂）と各排気通路３３ａを流れる排気ガスＧ中の一酸化炭素（ＣＯ），水素（Ｈ₂）及び全炭化水素（ＴＨＣ）との酸化反応が起こり、二酸化炭素（ＣＯ₂）や水（Ｈ₂Ｏ）になって各排気通路３３ａから排出される。また、第１大気側電極３４ａにおいては、酸素（Ｏ₂）が外部に放出される。ここでは、第１大気側電極３４ａを有する触媒保持体３４の外壁面とケース２の内壁面との間の空間（実施例１と同様の大気導入空間５）が上述した大気導入部２ａに連通しているので、その大気導入空間５及び大気導入部２ａを介して酸素（Ｏ₂）が放出される。

一方、負極たる第２排気通路側電極３７ｂにおいては、各排気通路３３ａを流れる排気ガスＧ中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元反応が起こり、酸素（Ｏ₂）が触媒担体３３に拡散吸収される一方、窒素（Ｎ₂）が各排気通路３３ａに排出される。また、同じく負極になっている第２大気側電極３４ｂにおいては、大気導入空間５の酸素（Ｏ₂）が触媒担体３３に拡散吸収される。これが為、触媒担体３３の内部における酸素（Ｏ₂）が拡散吸収される夫々の部位においては酸素イオン濃度が高くなる。

ここで、この場合の触媒担体３３の内部においては、上記の如き電圧印加方向で電圧を印加することによって、上述したが如く、正極たる第１排気通路側電極３７ａ側及び第１大気側電極３４ａ側と負極たる第２排気通路側電極３７ｂ側及び第２大気側電極３４ｂ側とで酸素イオン濃度に相違が生じる。これが為、その触媒担体３３の内部では、図１２に示す如く高濃度の負極側から低濃度の正極側へと酸素イオンが拡散移動し、正極側の酸素イオン濃度が更に高くなる一方、負極側の酸素イオン濃度が更に低下する。これにより、その正極においては排気ガスＧ中の一酸化炭素（ＣＯ），水素（Ｈ₂）及び全炭化水素（ＴＨＣ）の酸化反応が促進されると共に、負極においては排気ガスＧ中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元反応が促進される。

ところで、上述した第１から第１０の排気通路側電極３７ａ〜３７ｊと第１から第１０の大気側電極３４ａ〜３４ｊに対する夫々の電圧印加方向（プラス、マイナス）の選択は、排気ガスＧの状態（即ち、リッチ空燃比であるかリーン空燃比であるか、それとも理論空燃比であるか）に応じて実施例１と同様の電子制御装置（ＥＣＵ）１０の電圧印加方向制御部により行われる。そして、その電子制御装置１０の電圧印加方向制御部は、その選択結果に基づいて夫々の電圧印加装置３９Ａ，３９Ｂを制御する。ここで、その排気ガスＧの状態は、実施例１と同様に、排気マニホルド１０１の排気集合通路１０１ａに設けた第１排気センサ（Ｏ₂センサやＡ／Ｆセンサ等の排気ガスＧから空燃比を測定し得るセンサ）４１Ａの検出信号に基づいて判断される。

以下に、第１排気センサ４１Ａの検出信号から排気ガスＧが理論空燃比と測定された場合についての第１から第１０の排気通路側電極３７ａ〜３７ｊと第１から第１０の大気側電極３４ａ〜３４ｊに対する電圧印加方向の一例を示す。

かかる場合、電子制御装置１０の電圧印加方向制御部は、電圧印加装置３９Ａを制御して、図１３に示す如く第１から第１０の排気通路側電極３７ａ〜３７ｊが排気ガスＧの流れ方向にて交互に正極と負極になるようにする。また、その電圧印加方向制御部は、浄化作用を促進させる為に、その第１から第１０の排気通路側電極３７ａ〜３７ｊと対になる第１から第１０の大気側電極３４ａ〜３４ｊに対しても同じ電圧印加方向となるように電圧印加装置３９Ｂを制御する。即ち、第１から第１０の排気通路側電極３７ａ〜３７ｊ及び第１から第１０の大気側電極３４ａ〜３４ｊの夫々の正極と負極の割合が同等になるように電圧を印加する。

これにより、正極（第１，第３，第５，第７，第９の排気通路側電極３７ａ，３７ｃ，３７ｅ，３７ｇ，３７ｉ）においては、排気ガスＧ中の一酸化炭素（ＣＯ），水素（Ｈ₂）及び全炭化水素（ＴＨＣ）の酸化反応が促進され、二酸化炭素（ＣＯ₂）や水（Ｈ₂Ｏ）になって排出される。また、負極（第２，第４，第６，第８，第１０の排気通路側電極３７ｂ，３７ｄ，３７ｆ，３７ｈ，３７ｊ）においては、その排気ガスＧ中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元反応が促進され、窒素（Ｎ₂）になって排出される。

ここで、この理論空燃比の場合には、排気ガスＧの流れ方向にて隣り合う電極が正極と負極になっているので、固体電解質の触媒担体３３の内部における酸素イオンの移動速度が速くなり、夫々の電極における酸素イオンの過不足が抑制されて効率良く排気ガスＧの浄化を行うことができる。

また、リッチ空燃比と測定された場合には、第１から第１０の排気通路側電極３７ａ〜３７ｊの内の正極の割合を多くして排気ガスＧ中の一酸化炭素（ＣＯ），水素（Ｈ₂）及び全炭化水素（ＴＨＣ）の酸化反応を促進させる。その際、そのリッチ空燃比の数値（換言すれば、リッチ空燃比と理論空燃比との乖離幅）に応じて、第１から第１０の排気通路側電極３７ａ〜３７ｊの正極の数量を増減させる。例えば、その数値が小さければ正極の数量を増やし、その数値が大きければ正極の数量を減らしてリッチ空燃比の数値に応じた効率の良い浄化を行わせる。

一方、リーン空燃比と測定された場合には、リッチ空燃比の場合とは逆に第１から第１０の排気通路側電極３７ａ〜３７ｊの内の負極の割合を多くして窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元反応を促進させる。その際、そのリーン空燃比の数値（換言すれば、リーン空燃比と理論空燃比との乖離幅）に応じて第１から第１０の排気通路側電極３７ａ〜３７ｊの内の負極の数量を増減させる。例えば、その数値が大きければ負極の数量を増やし、その数値が小さければ負極の数量を減らしてリーン空燃比の数値に応じた効率の良い浄化を行わせる。

以上示した如く、本実施例７の排気ガス浄化装置３１によれば、複数に分割された第１から第１０の排気通路側電極３７ａ〜３７ｊと第１から第１０の大気側電極３４ａ〜３４ｊに対して、排気ガス浄化装置３１の上流側における排気ガスＧの空燃比に応じて正極と負極の数量を調節することで、その排気ガスＧをその空燃比に応じて効率良く浄化することができる。

ところで、本実施例７にあっては上述した規定の設定値（排気ガスＧの空燃比と正極及び負極の数量との対応関係）に基づいて正極と負極の数量を調節しているので、例えば、排気ガス浄化装置３１の劣化等により排気ガスＧが効率良く浄化されない状況も考えられる。

そこで、排気ガス浄化装置３１を通過した後の排気ガスＧの空燃比を測定して浄化の状況を検証し、その結果如何で第１から第１０の排気通路側電極３７ａ〜３７ｊと第１から第１０の大気側電極３４ａ〜３４ｊに対する夫々の電圧印加方向（即ち、正極と負極の割合）をフィードバック制御することが好ましい。

これが為、本実施例７にあっては、排気ガス浄化装置３１の下流側の排気通路１０２に第２排気センサ（Ｏ₂センサやＡ／Ｆセンサ等の排気ガスＧから空燃比を測定し得るセンサ）４１Ｂを設け、電圧印加方向制御部に浄化後の排気ガスＧの空燃比を測定させる。そして、その測定結果に基づいて、その電圧印加方向制御部に浄化後の排気ガスＧの空燃比が理論空燃比となるよう第１から第１０の排気通路側電極３７ａ〜３７ｊと第１から第１０の大気側電極３４ａ〜３４ｊに対する電圧印加方向を調節させる。

その際、電子制御装置１０の電圧印加方向制御部は、浄化後の排気ガスＧの空燃比と閾値たる理論空燃比との乖離幅（差分）を算出し、その乖離幅から浄化後の排気ガスＧがリッチ空燃比であると判断した場合には正極の数量を増加させ、リーン空燃比であると判断した場合には正極の数量を減少させる。

ここで、その乖離幅と正極の増減（負極の増減）の数量との対応関係は、予め実験やシミュレーションを行い、その結果に基づいて設定しておくことが好ましい。

また、本実施例７にあっては、前述した実施例２で説明した印加電圧可変制御部を電子制御装置１０に設けてもよい。本実施例７の印加電圧可変制御部は、第１から第１０の排気通路側電極３７ａ〜３７ｊ及び第１から第１０の大気側電極３４ａ〜３４ｊの全て又は少なくとも一対の電圧値を排気ガスＧの空燃比に応じて実施例２と同様に制御し得るよう構成する。これにより、排気ガスＧの空燃比に応じた酸素の放出及び吸収を行い得る好適な印加電圧を触媒担体３３に印加することができ、排気ガスＧ中の有害なガス成分の浄化性能を損なうことなく消費電力を抑えることができる。

ここで、その印加電圧可変制御部は、電圧印加方向制御部により印加される所定の電圧値で排気ガスＧ中の有害なガス成分を浄化しきれない場合に用いてもよい。例えば、かかる場合に、第１から第１０の排気通路側電極３７ａ〜３７ｊ及び第１から第１０の大気側電極３４ａ〜３４ｊの全て又は少なくとも一対の電圧値を排気ガスＧの空燃比に応じて高くする。これにより、より効率の良い排気ガスＧの浄化を行うことができる。

更にまた、前述した実施例３にて説明したように、触媒担体３３を構成する固体電解質は、低温時（固体電解質不活性領域）において酸素イオンの移動が大幅に制限される。これが為、その固体電解質が所定温度（例えば３００℃）以上にならなければ、如何に正極と負極の数量を調節しても上述した効率の良い排気ガスＧの浄化を行うことができず、単に電力を無駄に消費するだけになってしまう。

そこで、本実施例７にあっては、実施例３と同様に、触媒担体３３の床温が所定の閾値（例えば３００℃）よりも低ければ、電子制御装置１０の電圧印加禁止制御部によって第１から第１０の排気通路側電極３７ａ〜３７ｊ及び第１から第１０の大気側電極３４ａ〜３４ｊに対する電圧の印加を禁止させてもよい。これにより、無駄な電力の消費を抑えることができる。

例えば、その触媒担体３３の床温は、図１０に示す如く触媒温度センサ１２を設け、この触媒温度センサ１２の検出温度に基づいて測定してもよい。また、その触媒温度センサ１２の如き触媒担体床温測定手段に替えて、機関運転状態（機関回転数や負荷等）又は電圧印加時の触媒担体３３の抵抗値や電流値等から触媒担体３３の床温を推定し得る触媒担体床温推定手段を設け、その推定結果と上記閾値とを比較して電圧印加装置３９Ａ，３９Ｂの駆動要否を電圧印加禁止制御部に判断させてもよい。

更に、前述した実施例４の如くヒータ等の加熱手段１３（図１１にて図示略）を設けて、触媒担体３３を触媒活性温度又は固体電解質の活性温度まで早期に上昇させてもよい。

次に、本発明に係る排気ガス浄化装置の実施例８について説明する。

ここで、触媒担体３３における排気ガスＧの浄化作用は、その排気ガスＧが流入する上流側において頻繁に行われる。これが為、その触媒担体３３の劣化は下流側よりも上流側の方で起こり易く、その劣化した部位の電極に電圧を印加しても十分な浄化作用を得ることができない。

そこで、本実施例８にあっては、前述した実施例７の排気ガス浄化装置３１において、電子制御装置１０に触媒担体劣化検知部を設けて触媒担体３３の劣化を検知させ、その検知結果に基づいて劣化した部位の排気通路側電極及び大気側電極への電圧の印加を禁止させる。

例えば、その触媒担体３３の劣化は、第１から第１０の排気通路側電極３７ａ〜３７ｊ及び第１から第１０の大気側電極３４ａ〜３４ｊに電圧を印加した際の電流値の変化から推定することができる。これが為、例えば、第１から第１０の排気通路側電極３７ａ〜３７ｊ及び第１から第１０の大気側電極３４ａ〜３４ｊの夫々の電流値が検出可能な電流計を個別に設け、触媒担体３３の劣化した部位を正確に検知する。かかる場合、電子制御装置１０の電圧印加方向制御部は、検知された劣化部位に対応する排気通路側電極及び大気側電極（例えば、図１４に示す第１及び第２の排気通路側電極３７ａ，３７ｂと第１及び第２の大気側電極３４ａ，３４ｂ）以外に対してのみ電圧を印加して、効率良く排気ガスＧを浄化させると共に無駄な消費電力を抑制する。尚、その図１４においてはリッチ空燃比の場合について代表して図示している。

一方、上述したが如く第１から第１０の排気通路側電極３７ａ〜３７ｊ及び第１から第１０の大気側電極３４ａ〜３４ｊの夫々に電流計を設けずに、少なくとも１つの電流計により全体の電流値を計測して触媒担体３３の劣化を検知してもよい。かかる場合、劣化した部位に対応する排気通路側電極及び大気側電極を正確に検知することは難しいが、その劣化は、上述したが如く排気ガスＧが流入する上流側において発生するので、その上流側の排気通路側電極及び大気側電極から順に電圧の印加を禁止させれば、個別に電流値を検出する場合と同様の効果を奏することができる。

更に、前述した排気ガス浄化装置３１の下流側に配置した第２排気センサ４１Ｂの検出信号に基づいて以下の如く触媒担体３３の劣化を検知してもよく、これによっても同様の効果を奏することができる。

例えば、排気ガス浄化装置３１の上流側の第１排気センサ４１Ａの検出信号からリッチ空燃比と測定されて、第１から第１０の排気通路側電極３７ａ〜３７ｊと第１から第１０の大気側電極３４ａ〜３４ｊの電圧印加方向を制御した場合について説明する。

かかる場合に触媒担体３３が劣化していなければ、第２排気センサ４１Ｂの検出信号に基づき測定された浄化後の排気ガスＧは理論空燃比になっているはずである。しかしながら、その浄化後の排気ガスＧがリッチ空燃比になっている場合、このことは、通常、正極からの酸素イオンの供給量が低下していることを意味しているので、上流側の触媒担体３３が劣化していると判断することができる。

一方、その第１排気センサ４１Ａの検出信号からリーン空燃比と測定され、第１から第１０の排気通路側電極３７ａ〜３７ｊと第１から第１０の大気側電極３４ａ〜３４ｊの電圧印加方向を制御した場合についても、触媒担体３３が劣化していなければ、浄化後の排気ガスＧは理論空燃比になっているはずである。しかしながら、その浄化後の排気ガスＧがリーン空燃比になっていることは、通常、負極からの酸素イオンの吸収量が低下していることを意味しているので、上流側の触媒担体３３が劣化していると判断することができる。

次に、本発明に係る排気ガス浄化装置の実施例９について説明する。

前述した実施例７や実施例８によれば空燃比に応じて効率良く排気ガスＧの浄化を行うことができるが、その空燃比又は同等の空燃比で長時間継続して運転し続けると以下の理由から排気ガスＧの浄化が行われなくなってしまう。

先ず、リッチ空燃比で長時間継続して運転し続けた場合、触媒担体３３の排気通路３３ａにはリッチガス（排気ガスＧ）しか流れてこないので、触媒担体３３の内部における正極の周囲では酸化反応により多量の酸素イオンが放出されてしまう。更に、このリッチ空燃比の場合には、前述したが如く正極よりも負極の割合を少なくしているので、還元反応により酸素イオン濃度が高くなっている負極側から正極側への酸素イオンの供給（拡散移動）が間に合わない。そのようなことから、リッチ空燃比で長時間継続して運転し続けると、触媒担体３３の内部における正極の周囲で酸素イオンが排気通路３３ａ側へと放出され尽くしてしまい、排気ガスＧ中の一酸化炭素（ＣＯ），水素（Ｈ₂）及び全炭化水素（ＴＨＣ）との酸化反応が行われなくなってしまう。

また、リーン空燃比で長時間継続して運転し続けた場合には、その逆で、触媒担体３３の排気通路３３ａにリーンガス（排気ガスＧ）しか流れてこないので、触媒担体３３の内部における負極の周囲では還元反応によって大幅に酸素イオン濃度が高くなってしまう。更に、このリーン空燃比の場合には、前述したが如く負極よりも正極の割合を少なくしているので、その負極側から正極側への酸素イオンの供給量（拡散移動量）にも限界がある。そのようなことから、リーン空燃比で長時間継続して運転し続けると、触媒担体３３の内部においては、負極の周囲で酸素イオンが飽和してしまい、排気通路３３ａ側から酸素イオンが吸収され難くなるので、排気ガスＧ中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元反応が行われ難くなってしまう。

そこで、本実施例９は、前述した実施例７や実施例８と同様に構成した排気ガス浄化装置３１において、同等の空燃比で長時間継続して運転し続けることで浄化作用が低下した際にその浄化作用を回復させる以下の如き浄化作用回復制御部を電子制御装置１０に設ける。

先ず、例えば、排気ガス浄化装置３１の上流側の第１排気センサ４１Ａの検出信号からリッチ空燃比と測定されて、第１から第１０の排気通路側電極３７ａ〜３７ｊと第１から第１０の大気側電極３４ａ〜３４ｊの電圧印加方向を制御した場合について説明する。

かかる場合にリッチ空燃比で長時間継続して運転し続け、第２排気センサ４１Ｂの検出信号から浄化後の排気ガスＧがリッチ空燃比と測定された際、電子制御装置１０の浄化作用回復制御部は、現状で正極になっている第１から第５，第７，第８及び第１０の大気側電極３４ａ〜３４ｅ，３４ｇ，３４ｈ，３４ｊの内の少なくとも１つにマイナス（−）電圧を印加して負極にする。これにより、その負極に変更された大気側電極を介して大気側から触媒担体３３の内部へと酸素イオンが吸収され、その内部における正極の周囲の酸素イオン量が増加して、排気ガスＧ中の一酸化炭素（ＣＯ），水素（Ｈ₂）及び全炭化水素（ＴＨＣ）の酸化反応の低下が抑制される。

例えば、ここでは、正極が集中している第１から第５の大気側電極３４ａ〜３４ｅの内の第２及び第４の大気側電極３４ｂ，３４ｄを負極へと変更する。これにより、その第２及び第４の大気側電極３４ｂ，３４ｄを介して大気側から触媒担体３３の内部へと酸素イオンが吸収され、その酸素イオンが正極たる第１から第５の排気通路側電極３７ａ〜３７ｆの周囲へと供給される。これが為、その第１から第５の排気通路側電極３７ａ〜３７ｆにおいては、排気ガスＧ中の一酸化炭素（ＣＯ），水素（Ｈ₂）及び全炭化水素（ＴＨＣ）の酸化反応が継続して行われる。

尚、前述した実施例８における触媒担体３３の劣化検知と区別する為、例えば、第１排気センサ４１Ａの検出信号からリッチ空燃比と測定され続けている時間が所定時間（閾値）を超え、その際又はその後に第２排気センサ４１Ｂから浄化後の排気ガスＧがリッチ空燃比であると測定されたときに、電子制御装置１０に本実施例９の制御を実行させる。一方、そのリッチ空燃比と測定され続けている時間が所定時間（閾値）を超える前に浄化後の排気ガスＧがリッチ空燃比であると測定された場合には、電子制御装置１０に触媒担体３３の劣化と検知させ、前述した実施例８における触媒担体３３の劣化時の制御を実行させる。

一方、リーン空燃比と測定された場合には、リッチ空燃比の場合とは逆に、第１から第１０の大気側電極３４ａ〜３４ｊの内で負極になっているものの少なくとも１つにプラス（＋）電圧を印加して正極にする。これにより、その正極に変更された大気側電極を介して触媒担体３３の内部から大気側へと酸素イオンが放出され、その内部における負極の周囲の酸素イオン量が減少して、排気ガスＧ中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元反応の低下が抑制される。

尚、かかるリーン空燃比の場合においても、前述した実施例８における触媒担体３３の劣化検知と区別する為、リッチ空燃比の場合と同様に、リーン空燃比と測定され続けている時間に応じて本実施例９の制御又は実施例８の制御を実行する。

このように、本実施例９によれば、リッチ空燃比又はリーン空燃比で長時間継続して運転し続けた際の排気ガスＧの浄化性能の低下を抑制することができる。尚、理論空燃比で長時間継続して運転し続けた場合には、図１３に示す如く正極と負極の割合が同等になっており、酸素イオンの触媒担体３３の内部への吸収量とその内部からの放出量との関係が釣り合っているので、排気ガスＧの浄化性能の低下は懸念され難く、本実施例９の如き制御は行わなくともよい。

ここで、上記と同様の効果を得る為に前述した実施例５と同様の電子制御装置１０の空燃比制御部を設けてもよく、その空燃比制御部で内燃機関１００の空燃比を制御することによって排気通路３３ａを流れる排気ガスＧをリッチ空燃比又はリーン空燃比に切り替え、これにより、触媒担体３３内の酸素イオン量を調節して排気ガスＧの浄化性能の低下を抑制してもよい。かかる空燃比制御部の制御は、本実施例９の浄化作用回復制御部による制御と共に行ってもよく、その浄化作用回復制御部の制御に替えて行ってもよい。

次に、本発明に係る排気ガス浄化装置の実施例１０について説明する。

前述した実施例７〜９においては、触媒担体３３の排気通路３３ａを流れる排気ガスＧの流速が第１から第１０の排気通路側電極３７ａ〜３７ｊにおける酸化反応や還元反応の速度と比して同等以下の場合に、空燃比に応じて効率良く排気ガスＧを浄化することができる。

しかしながら、その排気ガスＧの流速が第１から第１０の排気通路側電極３７ａ〜３７ｊにおける反応速度と比して遅い場合には、触媒担体３３の上流側にて排気ガスＧが殆ど浄化され、その下流側では平衡ガス（浄化後の排気ガス）になっているので、その下流側に配置された排気通路側電極や大気側電極に電圧を印加しても無駄に電力を消費するだけで意味がない。一方、その排気ガスＧの流速が第１から第１０の排気通路側電極３７ａ〜３７ｊにおける反応速度と比して速い場合には、排気ガスＧが触媒担体３３の上流側から下流側までの全経路を経ても浄化しきれずに、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の有害なガス成分が大気へと放出されてしまう。

そこで、本実施例１０にあっては、第１から第１０の排気通路側電極３７ａ〜３７ｊと第１から第１０の大気側電極３４ａ〜３４ｊの電圧印加方向が排気ガスＧの流速に応じて制御されるよう電子制御装置１０の電圧印加方向制御部を構成する。

ここで、排気ガスＧの流速については、例えば、排気集合通路１０１ａに流速計を設けて計測してもよく、内燃機関１００の機関回転数や負荷等から所定のマップを用いて推定してもよい。

本実施例１０にあっては、予め実験やシミュレーションを行い、排気ガスＧが最大流速のときの第１から第１０の排気通路側電極３７ａ〜３７ｊと第１から第１０の大気側電極３４ａ〜３４ｊの双方の電圧印加方向を定めておく。

そして、排気ガスＧの流速が遅い場合には、その流速に応じて触媒担体３３の下流側に配置されている排気通路側電極や大気側電極への電圧の印加を禁止させる。例えば、その排気ガスＧの流速と電圧の印加を禁止する排気通路側電極及び大気側電極との対応関係は、予め実験やシミュレーションを行い、その結果に基づいて設定しておく。かかる場合における残りの排気通路側電極と大気側電極への電圧印加方向についても、実施例７にて説明したように、空燃比に応じたものを予め実験やシミュレーションを行って設定しておく。

この本実施例１０によれば、排気ガスＧの流速が遅いときに無駄な電力の消費を抑えつつその流速に応じて排気ガスＧを効率良く浄化することができる一方、排気ガスＧの最大流速時に浄化し尽くすことができる。

次に、本発明に係る排気ガス浄化装置の実施例１１について説明する。

本実施例１１は、上記の各実施例１〜１０で示した固体電解質からなる触媒担体３（３３）を備えている排気ガス浄化装置１（３１）に加えて、内燃機関１００の同じ排気経路上に図１５に示す三元触媒装置５０を設けたものである。以下、その排気ガス浄化装置１（３１）を便宜上「固体電解質触媒装置１（３１）」といい、本実施例１１にあっては、その固体電解質触媒装置１（３１）と三元触媒装置５０とを備えるものを総じて排気ガス浄化装置という。

本実施例１１にあっては、図１５に示す如く、排気マニホルド１０１の排気集合通路１０１ａと排気通路１０２との間に三元触媒装置５０を配置し、その排気通路１０２の下流端に固体電解質触媒装置１（３１）を配置した場合について例示する。尚、その固体電解質触媒装置１（３１）の下流側には排気通路１０３が接続されている。

また、本実施例１１の排気集合通路１０１ａ及び２つの排気通路１０２，１０３には、第１から第３の排気センサ（Ｏ₂センサやＡ／Ｆセンサ等の排気ガスＧから空燃比を測定し得るセンサ）５１Ａ〜５１Ｃが個々に設けられている。

最初に、排気経路上に前述した各実施例１〜６で示した固体電解質触媒装置（排気ガス浄化装置）１を備えている場合の動作の一例について詳述する。

かかる場合の電子制御装置１０は、実施例５で示した空燃比制御部により、第１排気センサ５１Ａの検出信号に基づき内燃機関１００から排出された排気ガスＧの空燃比を求め、三元触媒装置５０で排気ガスＧ中の一酸化炭素（ＣＯ），全炭化水素（ＴＨＣ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）を最適に浄化できるように燃料噴射装置等を制御して内燃機関１００の空燃比のフィードバック制御を行う。また、この電子制御装置１０は、そのフィードバック制御と共に、第２排気センサ５１Ｂの検出信号に基づいて三元触媒装置５０を通過した排気ガスＧの空燃比を算出する。

ここで、その三元触媒装置５０を通過した排気ガスＧが理論空燃比になっていれば、内燃機関１００から排出された排気ガスＧ中の有害なガス成分が三元触媒装置５０によって浄化されていることを示している。これが為、電子制御装置１０は、固体電解質触媒装置１に対して電圧を印加させる必要が無く、無駄な電力の消費を無くすことができる。

一方、三元触媒装置５０を通過した排気ガスＧがリッチ空燃比になっている場合、電子制御装置１０は、実施例２で示した印加電圧可変制御部により、固体電解質触媒装置１を通過した排気ガスＧが理論空燃比となるように排気通路側電極７及び大気側電極４を制御する。その際、内燃機関１００から排出された一酸化炭素（ＣＯ）や全炭化水素（ＴＨＣ）の多くは三元触媒装置５０で浄化されており、その三元触媒装置５０によって浄化しきれていない残存分のみを固体電解質触媒装置１で浄化すればよいので、固体電解質触媒装置１のみで浄化する場合よりも低めの電圧値が設定される。これにより、その固体電解質触媒装置１においては、三元触媒装置５０を通過した排気ガスＧ中に残存している一酸化炭素（ＣＯ）及び全炭化水素（ＴＨＣ）が必要最小限の消費電力で浄化される。

また、三元触媒装置５０を通過した排気ガスＧがリーン空燃比になっている場合にも、電子制御装置１０の印加電圧可変制御部は、固体電解質触媒装置１を通過した排気ガスＧが理論空燃比となるように排気通路側電極７及び大気側電極４を制御する。その際、内燃機関１００から排出された窒素酸化物（ＮＯｘ）の多くは三元触媒装置５０で浄化されているので、上述したリッチ空燃比のときと同様に低めの電圧値が設定される。これにより、その固体電解質触媒装置１においては、三元触媒装置５０を通過した排気ガスＧ中に残存している窒素酸化物（ＮＯｘ）が必要最小限の消費電力で浄化される。

本実施例１１にあっては、電子制御装置１０が更に第３排気センサ５１Ｃの検出信号に基づいて固体電解質触媒装置１を通過した排気ガスＧの空燃比を算出し、固体電解質触媒装置１で適正に排気ガスＧが浄化されているか否かを判断する。ここで、その排気ガスＧの空燃比が理論空燃比であれば排気ガスＧが適正に浄化されているが、リッチ空燃比やリーン空燃比の場合には、電子制御装置１０の印加電圧可変制御部は、固体電解質触媒装置１を通過した排気ガスＧの空燃比が理論空燃比となるように排気通路側電極７及び大気側電極４に対して印加する電圧値のフィードバック制御を実行する。

このように、排気経路上に三元触媒装置５０を配置し、更に、この三元触媒装置５０の下流側に各実施例１〜６で示した固体電解質触媒装置１を配置して排気ガス浄化装置を構成することによって、上流側の三元触媒装置５０を用いて浄化しきれなかった排気ガスＧ中の有害なガス成分を固体電解質触媒装置１で浄化することができるので、より効果的な排気ガスＧの浄化が可能になる。

また、その三元触媒装置５０で排気ガスＧを浄化し終えた場合には、下流側の固体電解質触媒装置１に電圧を印加しなくてもよいので無駄な電力の消費を無くすことができる。一方、その三元触媒装置５０を通過した排気ガスＧ中に有害なガス成分が残存していても、その三元触媒装置５０において有害なガス成分の多くが浄化されるので、固体電解質触媒装置１に印加する電圧の低電圧化が図れ、無駄な電力の消費を抑えることができる。

ここで、排気経路上に前述した各実施例７〜１０で示した固体電解質触媒装置（排気ガス浄化装置）３１を備えている場合についても、同様にして消費電力を抑える制御が可能である。

次に、本発明に係る排気ガス浄化装置の実施例１２について説明する。

本実施例１２は、上述した実施例１１の排気ガス浄化装置において固体電解質触媒装置１（３１）と三元触媒装置５０との位置関係を入れ替えたものである。即ち、本実施例１２にあっては、図１６に示す如く、排気マニホルド１０１の排気集合通路１０１ａと排気通路１０２との間に固体電解質触媒装置１（３１）を配置し、その排気通路１０２の下流端に三元触媒装置５０を配置している。

ここで、本実施例１２にあっても、排気集合通路１０１ａ及び２つの排気通路１０２，１０３には、第１から第３の排気センサ５１Ａ〜５１Ｃが個々に設けられている。

最初に、排気経路上に前述した各実施例１〜６で示した固体電解質触媒装置（排気ガス浄化装置）１を備えている場合の動作の一例について詳述する。

かかる場合の電子制御装置１０は、その空燃比制御部により、第１排気センサ５１Ａの検出信号に基づき内燃機関１００から排出された排気ガスＧの空燃比を求め、燃料噴射装置等を制御して内燃機関１００の空燃比のフィードバック制御を行っている。また、この電子制御装置１０は、そのフィードバック制御と共に、第１排気センサ５１Ａの検出信号から求めた内燃機関１００からの排気ガスＧの空燃比に応じて固体電解質触媒装置１へと印加する電圧の制御を行う。

例えば、内燃機関１００から排出された排気ガスＧが理論空燃比の場合には、電子制御装置１０は固体電解質触媒装置１に対して何も行わずに無駄な電力の消費を抑制する。一方、その排気ガスＧがリッチ空燃比又はリーン空燃比の場合には、電子制御装置１０の印加電圧可変制御部は固体電解質触媒装置１を通過した排気ガスＧが理論空燃比となるように排気通路側電極７及び大気側電極４を制御する。ここで、そのリッチ空燃比又はリーン空燃比の場合には、電子制御装置１０が第２排気センサ５１Ｂの検出信号に基づいて固体電解質触媒装置１を通過した排気ガスＧの空燃比を算出し、その固体電解質触媒装置１で適正に排気ガスＧが浄化されているか否かを判断してフィードバック制御を行う。

そして、本実施例１２の電子制御装置１０は、そのように制御された三元触媒装置５０通過後の排気ガスＧの空燃比を第３排気センサ５１Ｃの検出信号に基づいて算出し、固体電解質触媒装置１と三元触媒装置５０とによって排気ガスＧが適正に浄化されたか否かの最終判断を行う。

このように、各実施例１〜６で示した固体電解質触媒装置１の下流側に三元触媒装置５０を配置して排気ガス浄化装置を構成することによって、上流側の固体電解質触媒装置１で浄化しきれなかった排気ガスＧ中の有害なガス成分を三元触媒装置５０で浄化することができるので、より効果的な排気ガスＧの浄化が可能になる。

ここで、その各実施例１〜６の固体電解質触媒装置１に替えて前述した実施例７〜１０の固体電解質触媒装置３１を適用してもよい。

ところで、本実施例１２にあっては、三元触媒装置５０の下流側に更に別の固体電解質触媒装置を配備して排気ガス浄化装置を構成してもよい。その固体電解質触媒装置は、上述した固体電解質触媒装置１（３１）と同様に構成されたものである。以下、その固体電解質触媒装置１（３１）を「第１固体電解質触媒装置１Ａ（３１Ａ）といい、今回新たに設けた固体電解質触媒装置を「第２固体電解質触媒装置１Ｂ（３１Ｂ）」という。即ち、本実施例１２の内燃機関１００の排気経路上には、図１７に示す如く、その上流側から順に、第１固体電解質触媒装置１Ａ（３１Ａ），三元触媒装置５０及び第２固体電解質触媒装置１Ｂ（３１Ｂ）が設けられている。その第２固体電解質触媒装置１Ｂ（３１Ｂ）は、排気通路１０３の下流端に接続される。

これによれば、内燃機関１００から排出された排気ガスＧ中の有害なガス成分を上流側の第１固体電解質触媒装置１Ａ（３１Ａ）で浄化しきれず、更に、三元触媒装置５０を経ても完全に浄化することができない状況下において、排気通路１０３に残存している排気ガスＧ中の有害なガス成分を第２固体電解質触媒装置１Ｂ（３１Ｂ）をも用いることで効果的に浄化することができる。例えば、かかる状況としては機関始動直後等の三元触媒装置５０における触媒床温が低い場合が考えられ、その際には、前述した加熱手段１３によって第１及び第２の固体電解質触媒装置１Ａ，１Ｂ（３１Ａ，３１Ｂ）の触媒床温を早期に上昇させて排気ガスＧを効果的に浄化させることができる。

尚、このような３つの触媒装置（第１及び第２の固体電解質触媒装置１Ａ，１Ｂ（３１Ａ，３１Ｂ）並びに三元触媒装置５０）を設けた場合には、その第２固体電解質触媒装置１Ｂ（３１Ｂ）の下流側にも排気センサ（図示略）を配備し、この排気センサの検出信号から算出した排気ガスＧの空燃比に基づいて排気ガスＧが適正に浄化されたか否かの最終判断を電子制御装置１０に行わせてもよい。

また、上述したが如き構成に限ることなく、例えば上記の第２固体電解質触媒装置１Ｂ（３１Ｂ）の下流に更に三元触媒装置を設ける等してもよい。即ち、本実施例１２にあっては、少なくとも１つの固体電解質触媒装置を内燃機関１００の排気経路の上流側に配置すると共に、その固体電解質触媒装置の下流側に少なくとも１つの三元触媒装置を設けていればよく、かかる条件を満たしていれば、排気経路上の何れの場所に他の固体電解質触媒装置や他の三元触媒装置を設けてもよい。

以上のように、本発明に係る排気ガス浄化装置は、触媒担体の排気通路への酸素放出性能及び当該排気通路からの酸素吸収性能を向上させて、排気ガス中の有害なガス成分（ＣＯ，ＴＨＣ，ＮＯｘ）の浄化性能を向上させる技術として有用である。

本発明に係る排気ガス浄化装置が適用される内燃機関の実施例１〜６における全体構成の一例を示す図である。 本発明に係る排気ガス浄化装置の実施例１〜５の構成を内部からみた図である。 実施例１〜５における排気ガス浄化装置の触媒構造体と電圧印加手段とについて説明する斜視図である。 実施例１〜５における排気ガス浄化装置の触媒構造体と電圧印加手段の詳細構造を説明する断面図である。 実施例１〜５における排気ガス浄化装置の触媒担体と排気通路側電極と大気側電極との関係を説明する模式図である。 実施例１〜５の排気ガス浄化装置におけるリッチ空燃比運転時の電圧印加方向と排気ガス浄化作用について説明する説明図である。 実施例１〜５の排気ガス浄化装置におけるリーン空燃比運転時の電圧印加方向と排気ガス浄化作用について説明する説明図である。 本発明に係る排気ガス浄化装置の実施例６における触媒構造体と電圧印加手段の詳細構造を説明する断面図である。 実施例６における排気ガス浄化装置の触媒基材と触媒担体と排気通路側電極と大気側電極との関係を説明する模式図である。 実施例６の排気ガス浄化装置におけるリッチ空燃比運転時の電圧印加方向と排気ガス浄化作用について説明する説明図である。 実施例６の排気ガス浄化装置におけるリーン空燃比運転時の電圧印加方向と排気ガス浄化作用について説明する説明図である。 本発明に係る排気ガス浄化装置が適用される内燃機関の実施例７〜１０における全体構成の一例を示す図である。 実施例７の排気ガス浄化装置における触媒構造体の一部分の模式図である。 実施例７における排気ガス浄化装置の基本的動作を説明する説明図である。 実施例７の排気ガス浄化装置における理論空燃比運転時の電圧印加方向と排気ガス浄化作用について説明する説明図である。 実施例８の排気ガス浄化装置において触媒担体が劣化した際の電圧印加例について説明する説明図である。 本発明に係る排気ガス浄化装置が適用される内燃機関の実施例１１における全体構成の一例を示す図であって、排気経路の上流側から順に三元触媒装置と固体電解質触媒装置が配置された場合を表した図である。 本発明に係る排気ガス浄化装置が適用される内燃機関の実施例１２における全体構成の一例を示す図であって、排気経路の上流側から順に固体電解質触媒装置と三元触媒装置が配置された場合を表した図である。 本発明に係る排気ガス浄化装置が適用される内燃機関の実施例１２における全体構成の他の例を示す図であって、排気経路の上流側から順に固体電解質触媒装置，三元触媒装置及び固体電解質触媒装置が配置された場合を表した図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ，３１，３１Ａ，３１Ｂ 排気ガス浄化装置（固体電解質触媒装置）
２ ケース
２ａ 大気導入部
３，２３，３３ 触媒担体
３ａ，２３ａ，３３ａ 排気通路
４，３４ 大気側電極（触媒保持体）
５ 大気導入空間
６ シール部材
７，２７ 排気通路側電極
８ 電圧印加用構造体
８ａ 電圧印加部
９，３９Ａ，３９Ｂ 電圧印加装置
１０ 電子制御装置（ＥＣＵ）
１１ 排気センサ
１２ 触媒温度センサ
１３ 加熱手段
２３Ａ 触媒基材
２４ 大気側電極
１００ 内燃機関
Ｇ 排気ガス
３４ａ〜３４ｊ 第１から第１０の大気側電極
３７ａ〜３７ｊ 第１から第１０の排気通路側電極
４１Ａ 第１排気センサ
４１Ｂ 第２排気センサ
５０ 三元触媒装置（第１三元触媒装置）
５１Ａ 第１排気センサ
５１Ｂ 第２排気センサ
５１Ｃ 第３排気センサ

Claims (6)

1. 固体電解質からなる触媒担体と、
   この触媒担体の排気通路側に設けた排気通路側電極と、
   この排気通路側電極と相俟って前記触媒担体に電位差を発生させる大気側電極と、
   前記排気通路に流入する排気ガスがリッチ空燃比のときに、前記排気通路側電極へプラス（＋）電圧を印加させる一方、前記大気側電極へマイナス（−）電圧を印加させ、前記排気通路に流入する排気ガスがリーン空燃比のときに、前記排気通路側電極へマイナス（−）電圧を印加させる一方、前記大気側電極へプラス（＋）電圧を印加させる制御手段と、
   を備えることを特徴とした排気ガス浄化装置。
2. 導電性を有する触媒基材と、
   固体電解質からなる触媒担体と、
   この触媒担体の排気通路側に設けた排気通路側電極と、
   前記触媒基材と触媒担体との間に設けた大気側電極と、
   前記排気通路に流入する排気ガスがリッチ空燃比のときに、前記排気通路側電極へプラス（＋）電圧を印加させる一方、前記大気側電極へマイナス（−）電圧を印加させ、前記排気通路に流入する排気ガスがリーン空燃比のときに、前記排気通路側電極へマイナス（−）電圧を印加させる一方、前記大気側電極へプラス（＋）電圧を印加させる制御手段と、
   を備えることを特徴とした排気ガス浄化装置。
3. 固体電解質からなる触媒担体と、
   この触媒担体の排気通路側に設けた複数の排気通路側電極と、
   これら各排気通路側電極と夫々対になって大気側に配置される複数の大気側電極と、
   前記排気通路に流入する排気ガスの空燃比に応じて前記各排気通路側電極及び前記各大気側電極における夫々の正極と負極の割合を制御可能な制御手段と、
   を備えることを特徴とした排気ガス浄化装置。
4. 前記制御手段に、現在の空燃比と理論空燃比との乖離幅に応じて印加電圧を可変制御する印加電圧可変制御部を設けたことを特徴とする請求項１，２又は３に記載の排気ガス浄化装置。
5. 前記制御手段に、固体電解質不活性領域にて前記排気通路側電極及び大気側電極への電圧の印可を禁止する電圧印加禁止制御部を設けたことを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載の排気ガス浄化装置。
6. 低温時に前記触媒担体を加熱可能な加熱手段を新たに設けたことを特徴とする請求項１から５の内の何れか１つに記載の排気ガス浄化装置。

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