JP2000352309A - エンジン排気浄化装置 - Google Patents

エンジン排気浄化装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】ＮＯｘ捕捉剤のＮＯｘ捕捉量と酸素貯蔵量とを
分離して判定し、さらにＮＯｘ捕捉剤の劣化を診断する
エンジン排気浄化装置を提供する。 【解決手段】ＮＯｘ捕捉剤の下流における空燃比センサ
と、一時的に排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッ
チに変化させる空燃比変化手段と、空燃比を変化させた
時の空燃比センサの検出結果から酸素貯蔵量を考慮して
前記ＮＯｘ捕捉剤のＮＯｘ捕捉量を判定するＮＯｘ捕捉
量判定手段を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの排気浄
化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】エンジンの燃費を向上させるために理論
空燃比（以下ストイキと記す）よりも空気を過多（以下
リーンと記す）にして、燃料をリーン燃焼させる技術が
知られている。
【０００３】例えば、吸気管部の吸気ポート付近で燃料
を噴射する方式(ポート噴射)で空燃比２０〜２５程度の
リーン燃焼を実現するものや、筒内に直接燃料を噴射す
る方式(筒内噴射)で層状混合気を形成して空燃比４０〜
５０といった極めてリーンな燃焼を実現させるものも広
まりつつある。これらの技術では、リーンな燃焼、すな
わち吸入空気量を増やすことによって、ポンピング損失
や熱損失を少なくして燃費の向上を実現できる。
【０００４】しかしながら排気ガス浄化の面から見る
と、ストイキでの燃焼の場合には三元触媒によって排気
ガス中のＨＣ，ＣＯとＮＯｘを同時に酸化還元して浄化
できるが、リーン燃焼では排気ガスが酸素過剰状態のた
めＮＯｘの還元が困難である。このため、排気ガスの空
燃比がリーンであるとき排気ガスのＮＯｘを吸収し、空
燃比がリッチ(燃料過多)であるときＮＯｘを放出するＮ
Ｏｘ吸収剤を排気通路内に配置し、排気ガスの空燃比を
所定の周期でリーンから理論空燃比またはリッチに一時
的に変化させてＮＯｘ吸収剤に捕捉されたＮＯｘを放出
し還元させるようにしたエンジンの排気浄化装置が提案
されている。
【０００５】このような排気浄化装置においては、吸収
されたＮＯｘ量に見合うだけの期間だけ空燃比を理論空
燃比またはリッチに一時的に変化させるようにすること
が燃費や、排出ガス中のＨＣ等の成分を低減する意味で
望ましい。
【０００６】空燃比を理論空燃比またはリッチに一時的
に変化させたときにＮＯｘの放出完了を判断する技術と
して第2692380 号特許（ＷＯ９４／１７２９１）が提案
されている。空燃比をリーンから理論空燃比またはリッ
チに切り換えた後、ＮＯｘ吸収剤下流に装着された空燃
比センサによって検出された空燃比がリーンからリッチ
に切り換わった時にＮＯｘの放出が完了したと判断する
ようにしている。このことは、ＮＯｘ吸収剤の上流の空
燃比が理論空燃比またはリッチになっても、ＮＯｘ吸収
剤に吸収されたＮＯｘが放出，還元されるまでの間は、
上流から流入した排気ガス中のＨＣやＣＯがＮＯｘの還
元に消費されるためにＮＯｘ吸収剤下流に装着された空
燃比センサによって検出される空燃比は若干リーンとな
り、ＮＯｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘの放出，還元が完
了した後に同空燃比センサによって検出される空燃比が
リッチとなることに基づいている。
【０００７】同様の技術として、平10−128058号公開広
報（USP5743084）には、空燃比をリーンから理論空燃比
またはリッチに切り換えた後、ＮＯｘ捕捉装置下流に装
着された空燃比センサによって検出された空燃比がリー
ンからリッチに切り換わるまでの時間差で吸収されたＮ
Ｏｘ量を推定し、ＮＯｘ捕捉装置の性能を監視する技術
が開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＮＯｘ
吸収剤又は捕捉装置下流に装着された空燃比センサの出
力波形は、これら吸収剤又は捕捉装置に吸収又は捕捉さ
れたＮＯｘの量が同じであっても、酸素貯蔵能力の影響
を受ける。しかるに上記従来技術では、考慮がなされて
いない。
【０００９】例えば、ＮＯｘ吸収剤自身が酸素貯蔵能力
を持っているか、またはＮＯｘ吸収剤に近接した上下流
に酸素貯蔵能力を持った触媒等が配置されていると、リ
ーン運転中に酸素が貯蔵され、空燃比がリーンから理論
空燃比またはリッチに切り換わった時にその酸素が放出
される。したがって酸素貯蔵能力を持った触媒等の下流
に装着された空燃比センサの出力はそれらから放出され
る酸素の影響を受ける。
【００１０】したがって、これらの空燃比センサでＮＯ
ｘ吸収剤に吸収されたＮＯｘ吸収量や吸収性能を推定す
る場合、大きな誤差要因となる可能性がある。例えば、
酸素貯蔵量が多いと、空燃比をリーンから理論空燃比ま
たはリッチに一時的に変化させたときにＮＯｘ吸収剤下
流に装着された空燃比センサの出力がリーンを示す時間
が長くなる。このためＮＯｘ吸収量が多い側に誤判定さ
れてしまう。逆に酸素貯蔵量が少ないと、空燃比をリー
ンから理論空燃比またはリッチに一時的に変化させたと
きにＮＯｘ吸収剤下流に装着された空燃比センサの出力
が早めにリッチを示す。このためＮＯｘ捕捉量が少ない
側に誤判定されてしまう。
【００１１】酸素貯蔵量はリーン運転を行えば短時間で
酸素貯蔵能力まで到達するが、酸素貯蔵能力そのものが
劣化等によりばらつくので上述のようなＮＯｘ吸収量の
誤判定が起こりうる。
【００１２】さらに酸素貯蔵能力を持ったＮＯｘ吸収剤
や、またはＮＯｘ吸収剤に近接した上下流に配置された
酸素貯蔵能力を持った触媒は、酸素貯蔵能力に基づく未
燃ＨＣ，ＣＯの酸化反応およびＮＯｘの還元反応が行わ
れる。従って酸素貯蔵能力が低下すればこれらの酸化還
元反応が弱まり、ＮＯｘ吸収剤や近接した上下流に配置
された酸素貯蔵能力を持った触媒が劣化したことになる
ため、酸素貯蔵能力を単独に検出することが望まれる。
この場合も上述のようにＮＯｘ吸収量との分離が必要と
なる。
【００１３】なお、ＮＯｘ吸収剤が劣化した場合に、酸
素貯蔵能力とストイキにおける排気浄化性能(三元性能)
とは比較的相関関係があるが、酸素貯蔵能力とＮＯｘ吸
収能力とは相関関係がないことを実験により見出してい
ることを記しておく。
【００１４】ＮＯｘ吸収剤の酸素貯蔵能力を検出する技
術として、平8−260949 号公開公報に、ＮＯｘ吸収量が
ほぼ０であるとき、ＮＯｘ吸収剤の下流に装着された空
燃比センサの出力に基づいて酸素貯蔵能力を検出する技
術が開示されている。しかるに本技術によると、酸素貯
蔵能力を検出するためにＮＯｘ貯蔵量をほぼ０にすると
いうプロセスを必要とする。ＮＯｘ吸収量を検出するた
めには、ＮＯｘ捕捉量がほぼ０であるときの酸素貯蔵能
力を検出し、さらにＮＯｘ吸収量が０でないときの検出
結果からこの酸素貯蔵能力を減算する必要がある。した
がってプロセスが複雑であり、誤差が増えてしまう。さ
らに、酸素貯蔵能力を検出するときとＮＯｘ吸収量を検
出するときとで運転状態が必ずしも同じでなく、ＮＯｘ
吸収剤の温度の差等による酸素貯蔵能力の変化がＮＯｘ
吸収量の検出誤差となる。
【００１５】本発明は、上記の様な誤差を生じることな
く、ＮＯｘの吸着又は吸収などＮＯｘ捕捉量と酸素貯蔵
能力とを分離して検出するエンジン排気浄化装置を提供
することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明のエンジン排気浄化装置は、排気通路内に
配置され排気ガスの空燃比がリーンであるとき排気ガス
のＮＯｘを吸着又は吸収など捕捉し、空燃比がリッチで
あるときＮＯｘを放出するＮＯｘ捕捉剤と、排気ガスの
空燃比を所定の周期でリーンから理論空燃比またはリッ
チに一時的に変化させる空燃比変更手段とを備えたエン
ジンの排気浄化装置において、排気通路の前記ＮＯｘ捕
捉剤の下流における排気ガス中の酸素濃度を検出する酸
素濃度検出手段を有し、前記空燃比変化手段が一時的に
排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチに変化させ
たときの前記酸素濃度検出手段の検出結果から酸素貯蔵
量を考慮して前記ＮＯｘ捕捉剤のＮＯｘ捕捉量を判定す
るＮＯｘ捕捉量判定手段を有することを特徴とする 好ましくは、本発明のエンジン排気浄化装置は、前記Ｎ
Ｏｘ捕捉量判定手段は、前記空燃比変化手段が一時的に
排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチに変化させ
たときの前記酸素濃度検出手段の検出結果の、リーンを
示す第１のしきい値とリッチを示す第２のしきい値との
間の波形に基づいて前記ＮＯｘ捕捉剤のＮＯｘ捕捉量を
判定することを特徴とする。
【００１７】好ましくは、本発明のエンジン排気浄化装
置は、前記ＮＯｘ捕捉量判定手段は、前記空燃比変化手
段が一時的に排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッ
チに変化させたときの前記酸素濃度検出手段の検出結果
が、前記第１のしきい値をよぎってから前記第２のしき
い値をよぎるまでの所用時間に基づいて前記ＮＯｘ捕捉
剤のＮＯｘ捕捉量を判定することを特徴とする。
【００１８】好ましくは、本発明のエンジン排気浄化装
置は、前記ＮＯｘ捕捉量判定手段の判定結果に基づいて
前記ＮＯｘ捕捉剤の劣化度を検出することを特徴とす
る。
【００１９】好ましくは、本発明のエンジン排気浄化装
置は、所定の運転状態であるときの前記ＮＯｘ捕捉量判
定手段によるＮＯｘ捕捉量判定値に基づいて前記ＮＯｘ
捕捉剤の劣化度を検出することを特徴とする。
【００２０】好ましくは、本発明のエンジン排気浄化装
置は、前記ＮＯｘ捕捉量判定手段によるＮＯｘ捕捉量判
定値と判定時の運転状態とに基づいて前記ＮＯｘ捕捉剤
の劣化度を検出することを特徴とする。
【００２１】好ましくは、本発明のエンジン排気浄化装
置は、検出された前記ＮＯｘ捕捉剤の劣化度に応じてリ
ーン運転を制限することを特徴とする。
【００２２】好ましくは、本発明のエンジン排気浄化装
置は、検出された前記ＮＯｘ捕捉剤の劣化度が所定値以
上となったら前記ＮＯｘ捕捉剤の劣化を表すコードを記
憶、およびまたは、警告を発生することを特徴とする。
【００２３】他の本発明のエンジン排気浄化装置は、排
気通路内に配置され排気ガスの空燃比がリーンであると
き排気ガスのＮＯｘを吸着又は吸収など捕捉し、空燃比
がリッチであるときＮＯｘを放出するＮＯｘ捕捉剤と、
排気ガスの空燃比を所定の周期でリーンから理論空燃比
またはリッチに一時的に変化させる空燃比変更手段とを
備えたエンジンの排気浄化装置において、排気通路の前
記ＮＯｘ捕捉剤の下流における排気ガス中の酸素濃度を
検出する酸素濃度検出手段を有し、前記空燃比変化手段
が一時的に排気ガスの空燃比を理論空燃比またはリッチ
に変化させてから、前記酸素濃度検出手段の検出結果が
リーンを示す第１のしきい値をよぎるまでの時間に基づ
いて酸素貯蔵量を判定する酸素貯蔵量判定手段を有する
ことを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照して説明する。
【００２５】図１は本発明の一実施例に係わるエンジン
の空燃比制御装置の構成図である。なお、本実施例は筒
内噴射方式の例である。エンジン１の吸気系２３には、
エアクリーナ２，吸入空気量を検出するエアフローセン
サ３，吸入空気量を調整するスロットル弁４，スロット
ル弁駆動手段５およびスロットル開度センサ５ａ，スワ
ール制御弁６，スワール制御弁駆動手段７および吸気弁
８を備えている。スワール制御弁６はそれぞれの気筒に
対して吸気弁８の直前に設けられており、一体的に作動
するように構成されている。エンジン１の燃焼室９に
は、燃料を直接燃焼室９内に噴射する燃量噴射弁１０，
点火プラグ１１，筒内圧センサ１２を備えている。エン
ジン１の排気系２３には排気弁１３，第１の空燃比セン
サ１４，ＮＯｘ捕捉剤１５，第２の空燃比センサ２５を
備えている。さらにエンジン１のクランク軸に取り付け
られたセンシングプレート１６とその突起部を検出する
ことにより回転速度やクランク角度を検出するクランク
角センサ１７，アクセルペダル１８の踏み込み量を検出
するアクセルセンサ１９とを備えている。
【００２６】それぞれセンサの検出値は電子制御回路
（以下、ＥＣＵと記す）２０に入力され、ＥＣＵ２０は
アクセル踏み込み量，吸入空気量，回転速度，クランク
角度，筒内圧，スロットル開度等を検出または計算す
る。そして、その結果に基づいてエンジン１に供給する
燃料の量とタイミングとを計算し燃料噴射弁１０に駆動
パルスを出力したり、スロットル弁４開度を計算し絞り
弁駆動手段５に制御信号を出力したり、点火時期等を計
算し点火プラグ１１に点火信号を出力したりする。さら
に、例えば、ＮＯｘ捕捉剤１５が劣化したと判定した場
合に、運転者に警告するための警告灯２６への信号を出
力する。
【００２７】燃料は、図示しない燃料タンクから燃料ポ
ンプで圧送され燃圧レギュレータにて所定の圧力（５〜
１５ＭＰａ程度）に保持され、燃料噴射弁１０に供給さ
れる。ＥＣＵ２０により出力される駆動パルスにより所
定のタイミングに所定量が燃焼室９に直接噴射される。
エンジン１の運転モードとしては、ストイキ運転，均質
リーン運転と成層リーン運転等がある。均質リーン運転
時には吸気行程で燃料を噴射して空気との混合を行い均
質な混合気を燃焼させる。成層リーン運転時には圧縮行
程で燃料を噴射して混合気中に層状に燃料を分布させ、
点火プラグ１１近傍に燃料を集める(濃い混合気とする)
ようにしている。
【００２８】スロットル弁４にて調整された吸入空気
は、吸気弁８を通って燃焼室内に流入する。この際、ス
ワール制御弁６によってスワール強度が制御される。通
常、成層リーン運転時や均質リーン運転時にはスワール
強度を高く、それ以外ではスワール強度を低くするよう
に設定されている。特に成層運転時には、前述の燃料噴
射タイミングとスワールによる空気流動およびピストン
２１の上面に設けたキャビティ２２の形状により燃料を
燃焼室９全体に広げることなく、点火プラグ１１の近傍
に集めている。
【００２９】燃料と吸入空気との混合気は点火プラグ９
にて点火され燃焼する。燃焼後の排気ガスは排気弁１３
を通って排気系２４に排出される。排気ガスは排気系２
４に配置されたＮＯｘ捕捉剤１５に流入する。
【００３０】第１の空燃比センサ１４は、ＮＯｘ捕捉剤
１５上流部の排気ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力
し、その出力から実際の空燃比を検出することができ
る。第１の空燃比センサ１４にて検出した実空燃比に基
づいて、目標空燃比となるように供給する混合気の空燃
比をフィードバック制御している。
【００３１】第２の空燃比センサ２４は、ＮＯｘ捕捉剤
１５下流部の排気ガス中の酸素濃度に応じた信号を出力
し、その出力から実際の空燃比を検出することができ
る。第２の空燃比センサ２４にて検出した実空燃比に基
づいてＮＯｘ捕捉剤１５に吸着，吸収など捕捉されたＮ
Ｏｘ量を判定する。
【００３２】本実施例では、第２の空燃比センサ２４と
して図２に示すように空燃比がストイキ近辺において急
変し２値的な値を出力するいわゆるＯ2 センサを用いて
いるが、これに限定するものではない。例えば、排気ガ
ス中の酸素濃度に基づき空燃比に応じてほぼリニアな出
力を発生するいわゆる広域空燃比センサであってもよ
い。
【００３３】なお、排気系２４から吸気系２３には図示
しない通路およびＥＧＲバルブが設けられている。特に
成層運転時には、ＮＯｘの発生を抑えるためと、燃焼速
度を抑えるために多量のＥＧＲを導入している。
【００３４】図３にＥＣＵ２０の構成を示す。前述のエ
アフローセンサ３，スロットル弁開度センサ５ａ，筒内
圧センサ１２，第１の空燃比センサ１４，第２の空燃比
センサ２５，クランク角センサ１７，アクセルセンサ１
９の信号３ｓ，５ｓ，１２ｓ，１４ｓ，２５ｓ，１７
ｓ，１９ｓおよび図示しない気筒判別センサ２７の信号
が入力回路３１に入力される。ＣＰＵ３０はＲＯＭ３７
に記憶されたプログラムや定数に基づいて、これらの入
力信号を入出力ポート３２を介して読み込み，演算処理
を行う。
【００３５】さらに、演算処理の結果としてＣＰＵ３０
から、点火時期，インジェクタ駆動パルス幅およびタイ
ミング，スロットル弁開度指令，スワール制御弁開度指
令が入出力ポート３２を介して点火出力回路３３，燃料
噴射弁駆動回路３４，スロットル弁駆動回路３５，スワ
ール制御弁駆動回路３６に出力され、点火，燃料噴射，
スロットル弁開度制御，スワール制御弁開度制御が実行
される。さらに、例えばＮＯｘ捕捉剤１５が劣化したと
判定した場合には、警告灯駆動回路３７によって警告灯
２６を点灯する。ＲＡＭ３８は、入力信号の値や演算結
果等の記憶に用いられる。
【００３６】ＲＯＭ３７に記憶されたプログラムや定数
に基づいて、例えば次式に基づいて燃料噴射時間Ｔｉが
算出され、燃料噴射弁１０から燃料が噴射され、エンジ
ン１に供給される。
【００３７】Ｔｉ＝Ｋ・（Ｑａ／Ｎｅ）・ＴＧＦＢＡ・
ＡＬＰＨＡ・Ｋｒ ここで、Ｋは燃料噴射弁１０等の特性に基づく係数、Ｑ
ａは吸入空気量、Ｎｅはエンジン回転速度、ＴＧＦＢＡ
はエンジン１に供給すべき混合気の目標当量比、ＡＬＰ
ＨＡはフィードバック補正係数である。Ｋｒは排気ガス
の空燃比を所定の周期でリーンから理論空燃比またはリ
ッチに一時的に変化させる空燃比変更制御（以下、ＮＯ
ｘパージ制御と記す）時の空燃比補正係数である。
【００３８】目標当量比ＴＧＦＢＡ＝１であればエンジ
ン１に供給される混合気はストイキとなる。これに対し
てＴＧＦＢＡ＜１であればエンジン１に供給される混合
気はリーンとなり、ＴＧＦＢＡ＞１であればエンジン１
に供給される混合気はリッチとなる。目標当量比ＴＧＦ
ＢＡは、例えば図４に示すように、エンジン回転速度Ｎ
ｅと負荷（例えば、アクセルペダル１８の踏み込み量を
検出するアクセルセンサ１９の信号に基づいて算出され
る目標トルク）とのマップとして予めROM37 に記憶して
ある。すなわち、実線Ｌより低負荷の運転領域ではＴＧ
ＡＦはリーン、実線Ｌと実線Ｒの間の運転領域ではＴＧ
ＦＢＡ＝１、すなわちストイキ、実線Ｒより高負荷の運
転領域ではＴＧＦＢＡ＞１、すなわちリッチとされる。
さらに、実線Ｌより低負荷の運転領域内では、点線Ｓよ
り低負荷の運転領域では層状混合気を形成して空燃比４
０〜５０の極めてリーンな混合気による燃焼が実現され
る（成層リーン運転）。実線Ｒと点線Ｓの間の運転領域
では、均質かつ空燃比２０〜２５程度のリーンな混合気
燃焼が実現される（均質リーン運転）。
【００３９】ストイキ運転（ＴＧＦＢＡ＝１，Ｋｒ＝
１）においては、第１の空燃比センサ１４によって検出
された実空燃比に基づき、空燃比が正確にストイキとな
るようにフィードバック制御がなされ、フィードバック
補正係数ＡＬＰＨＡが演算され、燃料噴射時間Ｔｉに反
映される。ＡＬＰＨＡは実空燃比がリッチになると減少
し、実空燃比がリーンになると増大し、通常１.０ を中
心に上下動する。ALPHAはストイキ運転以外のときは所
定の値または、学習値に固定される。
【００４０】リーン運転時（ＴＧＦＢＡ＜１，Ｋｒ＝１
には、ＮＯｘ捕捉剤１５に排気ガス中のＮＯｘが捕捉さ
れる。ＮＯｘ捕捉量が所定量になると（所定の周期
で）、ＴＧＡＦＢＡ＝１，Ｋｒ≧１、すなわち空燃比が
ストイキまたはリッチの酸素濃度の低い状態に切り替え
られ（ＮＯｘパージ制御）、ＮＯｘ捕捉剤１５に捕捉さ
れたＮＯｘが放出され、排気ガス中のＨＣやＣＯによっ
て還元される。なお、本実施例の筒内噴射方式エンジン
の場合には、空燃比をストイキまたはリッチに切り替え
るときに、主にスロットル弁駆動手段５によってスロッ
トル弁６を閉方向に作動させて吸入空気量を減らすとと
もに供給燃料量を制御して空燃比を変更しているが、こ
のような方法に限定するものではない。
【００４１】ＮＯｘ捕捉剤１５は、リーン時のＮＯｘ捕
捉と、ストイキ時の排気浄化性能を確保するためにいわ
ゆる三元触媒性能を併せ持つように構成されている。例
えば、アルミナを担体とし、ナトリウムＮａ，バリウム
Ｂａ等のようなアルカリ金属やアルカリ土類と、プラチ
ナＰｔ，ロジウムＲｈのような貴金属とが担持されてい
る。さらにストイキでのいわゆる三元性能を向上させる
ために酸素貯蔵能力を持ったセリウムＣｅが担持されて
いる物もある。ＮＯｘ捕捉剤１５は流入してくる排気ガ
スの空燃比がリーンのときにはＮＯｘを吸着又は吸収な
ど捕捉し、排気ガス中の酸素濃度が低下する(例えばス
トイキやリッチとなった場合)と捕捉したＮＯｘを放出
する。放出されたＮＯｘは、例えばプラチナＰｔの触媒
作用で排気ガス中のＨＣやＣＯと反応して還元される。
このようにして大気中に放出されるＮＯｘの量を低減す
ることができる。さらにストイキ運転中では、例えばプ
ラチナＰｔの触媒作用で排気ガス中のＨＣ，ＣＯは酸化
され、ＮＯｘは還元されるので、これらの排気ガス性分
を低減することができる。なお、ＮＯｘ捕捉剤の種類に
もよるが、流入してくる排気ガスの空燃比がリーンであ
っても排気ガス中のＨＣやＣＯでＮＯｘの一部を還元す
る効果を持つ物もある。
【００４２】上述したように、排気ガスの空燃比がリー
ンのときには、ＮＯｘはＮＯｘ捕捉剤１５に吸着又は吸
収など捕捉される。しかしながらＮＯｘ捕捉剤１５のＮ
Ｏｘ捕捉能力には限界があり、捕捉能力が飽和するまで
ＮＯｘを捕捉すればもはやＮＯｘを捕捉しえなくなり、
ＮＯｘがＮＯｘ捕捉剤１５を素通りして大気に放出され
てしまうことになる。従って、ＮＯｘ捕捉剤１５のＮＯ
ｘ捕捉能力が飽和する前に、ＮＯｘ捕捉剤１５からＮＯ
ｘを放出させる必要がある。このため、ＮＯｘ捕捉剤１
５にどの程度のＮＯｘが捕捉されているかを推定するこ
とが必要となる。次に、ＮＯｘ捕捉剤１５のＮＯｘ捕捉
量の推定方法について説明する。
【００４３】エンジン１から排出される排気ガス中のＮ
Ｏｘの量（単位時間あたり）が増大すればＮＯｘ捕捉剤
１５に捕捉されるＮＯｘの量（単位時間あたり）も増大
する。エンジン１から排出される排気ガス中のＮＯｘの
量（単位時間あたり）は、エンジン１の回転速度と負荷
とでほぼ決まるため、ＮＯｘ捕捉剤１５に捕捉されるＮ
Ｏｘの量（単位時間あたり）はエンジン１の回転速度と
負荷との関数となる。したがって、ＮＯｘ捕捉剤１５に
捕捉されるＮＯｘの量（単位時間あたり）NOASを予めエ
ンジン１の回転速度と負荷との関数として測定して、マ
ップの形で予めＲＯＭ３７に記憶しておく。
【００４４】リーン運転が継続する間は、ＮＯｘ捕捉剤
１５に捕捉されていると推定されるＮＯｘの量ＴＮＯＡ
は、次式のように所定時間毎にＮＯＡＳを累積すること
によって求めることができる。
【００４５】 ＴＮＯＡ（ｎｅｗ）＝ＴＮＯＡ（ｏｌｄ）＋ＮＯＡＳ 本実施例では、ＮＯｘ捕捉剤１５に捕捉されていると推
定されるＮＯｘの量ＴＮＯＡが飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸ
に達する以前に排気ガスの空燃比を一時的にストイキま
たはリッチにし、ＮＯｘ捕捉剤１５からＮＯｘを放出さ
せるようにしている。
【００４６】なお、ＮＯｘ捕捉剤１５に捕捉されるＮＯ
ｘの量（単位時間あたり）ＮＯＡＳは、点火時期や燃料
噴射時期を代えた場合には影響を受けるので、これらの
パラメータで補正することがさらに好ましい。また、Ｎ
Ｏｘ捕捉剤１５に捕捉されるＮＯｘの量（単位時間あた
り）は、すでにＮＯｘ捕捉剤１５に捕捉されているＮＯ
ｘの量によっても影響を受ける。したがって、ＮＯｘ捕
捉剤１５のＮＯｘ捕捉量がほとんど無い状態でのＮＯｘ
捕捉剤１５に捕捉されるＮＯｘの量（単位時間あたり）
をＮＯＡＳとして、例えば、下式によってＮＯｘ捕捉剤
１５に捕捉されていると推定されるＮＯｘの量ＴＮＯＡ
を求めるようにしてもよい。
【００４７】ＴＮＯＡ(ｎｅｗ)＝ＴＮＯＡ(ｏｌｄ)＋
(１−ＴＮＯＡ(ｏｌｄ)／ＴＮＯＡＭＸ)×ＮＯＡＳ すなわち、ＮＯｘ捕捉剤１５に捕捉されるＮＯｘの量
（単位時間あたり）は、飽和捕捉量からすでに捕捉され
た分を減算した値にほぼ比例するものとしている。
【００４８】ところで、燃料やエンジン１の潤滑油中に
は硫黄が含まれているので、わずかではあるがエンジン
１の排気ガス中にはＳＯｘが含まれている。このＳＯｘ
もＮＯｘと共にＮＯｘ捕捉剤１５に捕捉される。ところ
がＳＯｘは一旦捕捉されると放出されにくく、ＳＯｘの
捕捉量が増大するにしたがって、ＮＯｘ捕捉剤１５に捕
捉しうるＮＯｘの量が次第に減少してしまう。この事
は、ＮＯｘ捕捉剤１５のＮＯｘ捕捉能力が劣化したこと
を意味する。これ以外にも使用過程での熱や各種の物質
（鉛Ｐｄ，シリコンＳｉ等）によってもＮＯｘ捕捉剤１
５のＮＯｘ捕捉能力が劣化しうる。したがって、ＮＯｘ
捕捉剤１５にどの程度のＮＯｘが捕捉されうるか、すな
わちＮＯｘ捕捉剤１５のＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸ
を検出することが必要となる。以下このことについて説
明する。
【００４９】まず、ＮＯｘ捕捉剤１５に実際に捕捉され
ているＮＯｘ捕捉量の検出方法について説明する。ＮＯ
ｘ捕捉剤１５からＮＯｘを放出させるために、排気ガス
の空燃比を一時的にストイキまたはリッチにする（ＮＯ
ｘパージ制御）と、エンジン１からは未燃ＨＣ，ＣＯを
多く含み、酸素濃度の低い排気ガスが排出される。
【００５０】このときＮＯｘ捕捉剤１５または、ＮＯｘ
捕捉剤１５の上流に酸素貯蔵能力を持った触媒等が配置
されていると、まず、貯蔵された酸素が放出される。放
出が進みＮＯｘ捕捉剤１５内の酸素濃度が低下してくる
と、捕捉されたＮＯｘが放出され、同時に未燃ＨＣ，Ｃ
Ｏ等により還元される。ＮＯｘパージ制御時の第２の空
燃比センサ２５の出力波形の例を図５に示す。曲線ａと
ｂとは酸素貯蔵量（酸素貯蔵能力）が異なるＮＯｘ捕捉
剤１５を用いて、ＮＯｘ捕捉量を同じにしたときの第２
の空燃比センサ２５の出力波形を示し、曲線ａが酸素貯
蔵能力が小さい場合、曲線ｂが酸素貯蔵能力が大きい場
合を示している。なお、リーン運転を行えば、短時間で
酸素貯蔵能力いっぱいまで酸素は貯蔵されるので、この
場合には酸素貯蔵量と酸素貯蔵能力は同一と考えて良
い。曲線ｂとｃとはひとつのＮＯｘ捕捉剤１５を用い
て、ＮＯｘ捕捉量を変えたときの第２の空燃比センサ２
５の出力波形を示し、曲線ｂがＮＯｘ捕捉量が少ない場
合、曲線ｃがＮＯｘ捕捉量が多い場合を示している。こ
の場合には、酸素貯蔵量（酸素貯蔵能力）は等しい。
【００５１】図６に示すように、リーンを示すしきい値
ＶＳ１とリッチを示すしきい値VS2とを設定して、ＮＯ
ｘパージ制御開始から第２の空燃比センサ２５の出力が
VS1をよぎるまでの時間をＴ１、さらにＶＳ２をよぎる
までの時間をＴ２とするる。図７，図８に同一の運転状
態のときのＮＯｘ捕捉量とＴ２、酸素貯蔵量とＴ１の関
係をそれぞれ示す。図から分かるようにＴ２とＮＯｘ捕
捉量、Ｔ１と酸素貯蔵量との間にはほぼ直線的な関係が
認められる。
【００５２】なお、実験にもちいたＮＯｘ捕捉剤の場合
には、実験により、ＶＳ１を約0.2Ｖ、ＶＳ２を約０.８
Ｖ とすることによって酸素貯蔵量とＮＯｘ捕捉量とを
分離して検出することを確認した。さらに第２の空燃比
センサ２５の出力がＶＳ２をよぎるタイミングがＮＯｘ
捕捉剤に捕捉されたＮＯｘの放出終了タイミングである
ことを実験により確認している。従って、パージ制御は
第２の空燃比センサ２５の出力がＶＳ２をよぎった後終
了するようにしてある。
【００５３】第２の空燃比センサ２５が劣化した場合に
は、上述のＶＳ１，ＶＳ２の電圧値が変化してしまうの
で、たとえば、リーン運転時の出力とリッチ運転時の出
力に応じてＶＳ１，ＶＳ２の電圧値を補正することが好
ましい。
【００５４】なお、ＶＳ１のみを設定しても、Ｔ１から
酸素貯蔵量を検出可能であることは以上の説明から自明
である。
【００５５】図９に従来技術によるＮＯｘ捕捉量の検出
方法を示す。ストイキ付近を示すしきい値ＶＳｘ（約
０.５Ｖ)を設定し、ＮＯｘパージ制御開始からＶＳｘを
よぎるまでの時間Ｔｘを測定している。この場合には、
ＮＯｘ捕捉量とＴｘとの関係は図１０に示すようにな
り、酸素貯蔵量が一定ならばＴｘからＮＯｘ捕捉量を検
出できるが、酸素貯蔵量が異なる場合には、ＴｘからＮ
Ｏｘ捕捉量を正確に検出することはできない。
【００５６】ＮＯｘ捕捉剤１５内に捕捉されたＮＯｘは
ほぼ上述のＴ２の間に放出されているので、その間に放
出されたＮＯｘ量を求めればＮＯｘ捕捉剤１５内に吸
収，吸着など捕捉されていたＮＯｘ量が分かることにな
る。
【００５７】ところで、ＮＯｘ捕捉剤１５からＮＯｘが
放出されている間は排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ，Ｃ
ＯがＮＯｘを還元するために使用される。従って単位時
間当たりＮＯｘ捕捉剤１５から放出されるＮＯｘの量Ｎ
ＯＤＳは単位時間当たり供給される未燃ＨＣ，ＣＯの量
すなわち余剰の燃料量に比例する。単位時間当たり供給
される余剰燃料量Ｑｆｅｘは次式で表される。
【００５８】 ここでｋ１は比例定数、他はＴｉの式で説明した値であ
る。単位時間当たりＮＯｘ捕捉剤１５から放出されるＮ
Ｏｘの量ＮＯＤＳはＱｆｅｘに比例するので、比例定数
をｋ２とすればＮＯＤＳは次式で表される。
【００５９】 ＮＯＤＳ＝ｋ２・Ｑｆｅｘ ＝ｋ・Ｑａ・（Ｋｒ−１） ここでｋ＝ｋ１・ｋ２とした。
【００６０】なお、ＮＯｘ捕捉剤１５の種類にも依る
が、パージ制御時にＫｒが大き過ぎる（空燃比がリッチ
過ぎる）とＮＯｘ捕捉剤１５に捕捉されたＮＯｘの還元
反応速度を超えて供給される可能性がある。この場合未
燃ＨＣ，ＣＯの一部がＮＯｘ捕捉剤１５を素通りするこ
とになり、ＮＯｘ捕捉量の算出誤差を生じる。一方、通
常のＮＯｘパージ制御時のＫｒはＮＯｘの放出を速める
ためにＫｒを多少大き目の値（例えば、Ｋｒ＞１.１)と
することがある。このため、ＮＯｘ捕捉量を求めるとき
のＮＯｘパージ制御時のＫｒに関しては、通常のＮＯｘ
パージ制御とは異なった値（例えば、１＜Ｋｒ＜１.
１）とすることが好ましい。
【００６１】以上述べたように、ＮＯｘパージ制御時
に、前記のＴ２の間のＮＯＤＳの総和ＴＮＯＤを求めれ
ば、ＮＯｘ捕捉剤１５に捕捉されていたＮＯｘの量を求
めることが出来る。すなわち次式となる ＴＮＯＤ＝ΣＮＯＤＳ（Ｔ２の間の総和） ＝ｋ・Σ｛Ｑａ・（Ｋｒ−１）｝（Ｔ２の間の総和） なお、ＮＯｘ捕捉剤１５から放出されるＮＯｘの量ＮＯ
ＤＳの計算式 ＮＯＤＳ＝ｋ・Ｑａ・（Ｋｒ−１） において、実際的にはＫｒは固定値（例えば、運転モー
ド毎に複数の固定値を予め設定）であることが多い。従
って、Ｔ２の間のＮＯＤＳの総和ＴＮＯＤはＴ２の間の
Ｑａの総和に比例することになる。このことよりＴＮＯ
Ｄを次式で求めても良い。
【００６２】ＴＮＯＤ＝ｋ′・Ｑａｖｅ・Ｋｒ・Ｔ２ ここに、ｋ′は比例定数。Ｑａｖｅは前記Ｔ２の間のＱ
ａの平均値である。
【００６３】ところでＮＯｘ捕捉剤１５のＮＯｘ飽和捕
捉量ＴＮＯＡＭＸを検出するためには、ＮＯｘパージ制
御時にＮＯｘ捕捉剤１５内に捕捉されているＮＯｘの量
TNOAがＮＯｘ飽和捕捉量となっていなければならない。
一方通常のＮＯｘパージ制御時は、ＮＯｘ捕捉剤１５内
に捕捉されていると推定されるＮＯｘ量ＴＮＯＡがＮＯ
ｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸよりも少ない値ＴＮＯＡＰと
なったときに実行される。このため、図１１に示すよう
に通常は推定ＮＯｘ捕捉量ＴＮＯＡがTNOAPとなるとＮ
Ｏｘパージ制御が実行され、ＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡ
ＭＸを検出するときだけＴＮＯＡがＮＯｘ飽和捕捉量Ｔ
ＮＯＡＭＸより若干大きな値となったときにＮＯｘパー
ジ制御が実行される。そして、上述の方法によりＮＯｘ
捕捉量検出値ＴＮＯＤを求め、ＴＮＯＤに応じてＮＯｘ
飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸが更新され、さらに通常のＮＯ
ｘパージ制御開始用のしきい値ＴＮＯＡＰも更新され
る。
【００６４】以上述べた方法によりＮＯｘ捕捉剤１５の
ＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸが検出される。検出され
たＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸが所定の値より小さく
なった場合には、例えば、ＳＯｘ被毒再生制御が実施さ
れ、その後もＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸが所定の値
より小さい場合にはＮＯｘ捕捉剤１５が劣化したと判定
し、ＮＯｘ触媒の劣化を表すコードを記憶、およびまた
は、運転者に対して警告灯の点灯による警告等を実行す
る。
【００６５】なお、ＳＯｘ被毒再生制御はＮＯｘ捕捉剤
１５の温度を予め設定した温度、例えば６００℃以上ま
で上昇させ、かつ空燃比をリッチとして所定時間運転を
継続することで達成される。
【００６６】一方、推定ＮＯｘ捕捉量ＴＮＯＡはあくま
でも推定値であるので、誤差を含んでいる。誤差の要因
としては、例えば、前述したＮＯｘ捕捉剤に捕捉される
（エンジン１から放出される）ＮＯｘ量を予め設定して
あるマップ値と実際の値とのずれやＮＯｘ捕捉剤１５の
ＮＯｘ捕捉性能の劣化等がある。従って、例えば、以下
のように推定ＮＯｘ捕捉量ＴＮＯＡを補正して用いるこ
とが好ましい。すなわち、通常のＮＯｘパージ制御に検
出されるＮＯｘ捕捉量検出値ＴＮＯＤと、NOxパージ制
御開始用の、推定ＮＯｘ捕捉量ＴＮＯＡに対するしきい
値ＴＮＯＡＰとを比較して、推定ＮＯｘ捕捉量がＮＯｘ
捕捉量検出値ＴＮＯＤとなるように補正する。
【００６７】具体的には、例えば、次式の係数ｋｃを求
め、推定ＮＯｘ捕捉量ＴＮＯＡにｋｃを新たに推定ＮＯ
ｘ捕捉量ＴＮＯＡとして使用する。
【００６８】ｋｃ（ｎｅｗ）＝ｋｃ（ｏｌｄ）・ＴＮＯ
ＡＰ／ＴＮＯＡ さらに上記の補正係数ｋｃが１より大きくずれている場
合、エンジン１やNOx捕捉剤１５の異常があると判定す
るようにしても良い。具体的には、ｋｃ＜１でずれが大
きい場合、ＮＯｘ捕捉剤１５が劣化していると判定でき
る。より劣化判定精度を高める目的で、ｋｃによりＮＯ
ｘ捕捉剤１５の劣化が判定されたときに前述したＮＯｘ
捕捉剤の劣化判定を実行するようにすることも好まし
い。逆に、ｋｃ＞１でずれが大きい場合、エンジン１か
ら排出されるＮＯｘの量が予め設定してあるマップ値よ
り多くなっている、すなわちエンジン１に異常があると
判定できる。
【００６９】前記したＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸの
検出およびＮＯｘ捕捉剤１５の劣化判定は、所定の条件
が成立したときだけ、例えば、ＮＯｘ捕捉剤１５の温度
や運転状態が所定範囲のときとか、所定の時間が経過し
たとき、あるいは前述したようにｋｃにより劣化が判定
されたときに実行することが好ましい。その理由を以下
説明する。
【００７０】ＮＯｘ捕捉剤１５のＮＯｘ捕捉量はＮＯｘ
捕捉剤１５の温度の影響を強く受けるので、ＮＯｘ捕捉
剤１５の温度に関する条件を設定している。ＮＯｘ捕捉
剤１５は温度が低く過ぎても高過ぎてもＮＯｘ捕捉量が
低下する。温度は直接測定しても、運転状態から推定し
ても良い。
【００７１】運転条件は、例えば、推定ＮＯｘ捕捉量Ｔ
ＮＯＡの推定精度を高めるために設定される。推定ＮＯ
ｘ捕捉量ＴＮＯＡがＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸ以上
となるまでリーン運転が継続されるので、推定ＮＯｘ捕
捉量ＴＮＯＡが実際より少なめの推定をしていると、結
果的にＮＯｘ捕捉剤１５を通り過ぎるＮＯｘの量が増え
てしまう。また、推定ＮＯｘ捕捉量ＴＮＯＡが実際より
多めの推定をしていると、ＮＯｘ吸収量がＮＯｘ飽和捕
捉量ＴＮＯＡＭＸとなる前にＮＯｘパージ制御を開始し
て、結果的にＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸを実際より
少なめに判定してしまう可能性がある。このため、燃焼
が安定している運転領域が条件として設定される。
【００７２】ＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸを検出する
ためには、ＮＯｘ飽和捕捉量以上までＮＯｘを捕捉させ
てからＮＯｘパージ制御を行う必要があり、結果的にＮ
Ｏｘ捕捉剤１５を通り過ぎるＮＯｘの量が多少増えてし
まう。このため、ＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸの検出
の頻度を制限する必要がある。具体的には、前回のＮＯ
ｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸの検出から所定時間経過して
から実行するようにするとか、エンジンの始動から停止
までの間に実行する回数を制限したりする。上記の説明
では、ＳＯｘ被毒再生制御の実施判定やＮＯｘ捕捉剤１
５の劣化判定のためにＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸと
所定値を比較している。一方、NOx飽和捕捉量ＴＮＯＡ
ＭＸを求めるために使う前記したＮＯｘ捕捉量検出値TN
ODの式、 ＴＮＯＤ＝ｋ・Σ｛Ｑａ・（Ｋｒ−１）｝（Ｔ２の間の
総和） または、Ｋｒが固定値の場合の式 ＴＮＯＤ＝ｋ′・Ｑａｖｅ・Ｔ２ から以下のようにしても良い。すなわち、ＱａやＫｒの
マップにしきい値を予め記憶しておいて、そのしきい値
とＴ２とを比較して判定するようにしても良い。ＮＯｘ
捕捉剤１５の劣化判定の別の実施例を説明する。通常の
ＮＯｘパージ制御において、ＮＯｘパージ制御開始用の
しきい値ＴＮＯＡＰを所定のタイミングで、例えば所定
値だけ増大させてＴＮＯＡＰＣとする。しきい値がＴＮ
ＯＡＰとＴＮＯＡＰＣのときのそれぞれのＮＯｘ捕捉量
検出値ＴＮＯＤを求め、さらにその差を算出する。差が
所定値以下となったらＴＮＯＡＰを所定値だけ減らす。
更新されたＴＮＯＡＰが所定の値以下となったらＮＯｘ
捕捉剤１５が劣化したと判定する。その後の処理は前述
の実施例と同様である。この実施例は、ＮＯｘ捕捉量が
ＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸ以内であれば、ＮＯｘ捕
捉剤１５に流入したＮＯｘ量に対応してＮＯｘ捕捉量も
変化することを利用している。逆に言えば、ＮＯｘ捕捉
量がＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸに達してしまえば、
その後いくらＮＯｘがＮＯｘ捕捉剤１５内のＮＯｘ捕捉
量は増加しない。この発明の本質は、推定ＮＯｘ捕捉量
ＴＮＯＡを変化させたときのＮＯｘ捕捉量検出値ＴＮＯ
Ｄの変化を調べてＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸに達し
ているかどうかを判定するものなので、それ以外のプロ
セスを限定するものではない。
【００７３】図１２は実施例の空燃比制御プロセスを示
すフローチャートである。この制御は図示しないメイン
ルーチンから所定時間(例えば２０ms)毎に起動される。
【００７４】まずステップ１００においてリーン運転領
域かどうかを調べる。ここではエンジン１の負荷や回転
速度，冷却水温，車両の車速等が所定の範囲内かどうか
が調べられる。リーン運転領域でないと判定された場合
には、ステップ１１３に進み、ＴＧＦＢＡに１、Ｋｒに
も１が設定される。すなわちストイキ運転が行われる。
次にステップ１１４に進み第１の空燃比センサ１４の出
力に基づいて空燃比のフィードバック制御が実行され
る。
【００７５】ステップ１００においてリーン運転領域で
あると判定された場合には、ステップ１０１に進み目標
当量比ＴＧＦＢＡに、図４に示されるエンジン１の回転
速度と負荷のマップから該当する値（＜１）が検索され
設定される。次にステップ１０２へ進み、後述する劣化
判定要求フラグがセット（＝１）されていればステップ
１１５の劣化判定サブルーチン（後述）を実行し、この
制御フローを終了する。劣化判定フラグがセットされて
いなければ、ステップ１０３へ進み、後述するＮＯｘパ
ージ要求判定フラグがセット（＝１）されていればステ
ップ１１６のＮＯｘパージ制御サブルーチン（後述）を
実行し、次にステップ１１７で通常のＮＯｘパージ制御
回数のカウンタＣＮＯＰを１だけカウントアップし、こ
の制御フローを終了する。ＮＯｘパージ要求判定フラグ
がセットされていなければ、ステップ１０４へ進み、フ
ィードバック係数ＡＬＰＨＡ＝１，ＮＯｘパージ制御時
の空燃比補正係数Ｋｒ＝１に設定される。次にステップ
１０５に進み、燃料噴射時間Ｔｉが次式により算出され
る。
【００７６】 Ｔｉ＝Ｋ・（Ｑａ／Ｎｅ）・ＴＧＦＢＡ・ＡＬＰＨＡ・Ｋｒ ＝Ｋ・（Ｑａ／Ｎｅ）・ＴＧＦＢＡ すなわち目標当量比ＴＧＦＢＡに応じたリーン運転が実
行されることになる。次のステップ１０６では、リーン
運転が継続する間、推定ＮＯｘ捕捉量TNOAが次式により
累積されて求められる。
【００７７】ＴＮＯＡ（ｎｅｗ）＝ＴＮＯＡ（ｏｌｄ）
＋ｋｃ・ＮＯＡＳここでＮＯＡＳはそのときのエンジン
１の運転状態に応じて予め設定されたマップ等から算出
される。ｋｃは推定誤差補正係数である。
【００７８】次のステップ１０７では通常ＮＯｘパージ
制御回数カウンタＣＮＯＰが判定値ＫＮＯＰ以上かどう
かを調べる。ＫＮＯＰ以上の場合には、ＮＯｘ捕捉剤１
５の劣化判定が必要と判断され、ステップ１１０へ進
む。ここでは、推定ＮＯｘ捕捉量ＴＮＯＡが（飽和ＮＯ
ｘ捕捉量ＴＮＯＡＭＸ＋α）を超えているかどうかが調
べられる。超えている場合にはステップ１１１で劣化判
定要求フラグがセット（＝１）され、通常ＮＯｘパージ
制御回数カウンタＣＮＯＰがクリアされる。超えていな
い場合には、この制御フローを終了する。
【００７９】ステップ１０７で、ＣＮＯＰが判定値ＫＮ
ＯＰ未満の場合には、ステップ108へ進み、通常のＮＯ
ｘパージ制御の開始条件を調べる。ここでは、推定ＮＯ
ｘ捕捉量ＴＮＯＡがＮＯｘパージしきい値ＴＮＯＡＰを
超えているかどうかが調べられる。超えている場合には
ステップ１０９でＮＯｘパージ要求フラグがセット（＝
１）される。超えていない場合には、この制御フローを
終了する。
【００８０】以上のプロセスにより、通常のＮＯｘパー
ジ制御をＫＮＯＰ回行う毎に劣化判定を行うことにな
る。
【００８１】図１３は実施例の通常のＮＯｘパージ制御
プロセスを示すフローチャートである。図１２に示す制
御フローからＮＯｘパージ制御要求フラグがセットされ
ているときにサブルーチンとして起動される。
【００８２】まず、ステップ２００で、フィードバック
係数ＡＬＰＨＡ＝１，目標当量比ＴＧＦＢＡ＝１とさ
れ、ＮＯｘパージ制御時の空燃比補正係数Ｋｒが設定さ
れる。さらに、空燃比を変更することによるエンジン１
の発生トルクの変化に伴うショックを低減するために、
点火時期の補正等の制御も実行される。なお、ＮＯｘパ
ージ制御開始前の運転モードが成層運転モード（層状混
合を形成して空燃比４０〜５０程度の極めてリーンな燃
焼運転モード）の場合には、さらに、運転モードを均質
運転モード（燃料を均質に供給する運転モード）に切り
替える制御も実行される。このためにスワール制御弁６
の開度の制御，ＥＧＲ量の制御，燃料噴射時期の変更や
吸入空気量を減少させる等の制御が実行される。
【００８３】次にステップ２０１で燃料噴射時間Ｔｉが
次式により算出される。
【００８４】 Ｔｉ＝Ｋ・（Ｑａ／Ｎｅ）・ＴＧＦＢＡ・ＡＬＰＨＡ・Ｋｒ ＝Ｋ・（Ｑａ／Ｎｅ）・Ｋｒ 次のステップ２０２では、第２の空燃比センサ２５の出
力ＶｏがＶＳ２を超えているかどうかが調べられる。超
えていない場合、次のステップ２０３でＶｏがＶＳ１を
超えているかどうかが調べられる。ＶＳ１を超えていな
い場合には、ＮＯｘの放出が開始していない(貯蔵され
た酸素が放出されている)のでこの制御フローを終了す
る。ＶＳ１を超えている場合には、ＮＯｘの放出中なの
で、次のステップ２０４でＴ２がΔＴ(制御起動周期)ず
つ加算される（１ずつ加算するようにしても良い）。次
にステップ２０５にて空気流量Ｑａの累積値ＳＱａと累
積回数カウンタＣＱａがそれぞれ更新される。
【００８５】ステップ２０２にてＶｏがＶＳ２を超えて
いる場合には、ＮＯｘの放出が終了しているので、終了
処理のためステップ２０６に進む。この時点で、Ｔ２は
ＶｏがＶＳ１からＶＳ２となるまでの時間を計測した値
となる。ステップ２０６ではＮＯｘパージ要求フラグを
クリア（＝０）し、次のステップ２０７でＮＯｘ放出中
の平均空気流量Ｑａｖｅが次式により算出される。
【００８６】Ｑａｖｅ＝ＳＱａ／ＣＱａ 次のステップ２０８ではＮＯｘ捕捉量検出値ＴＮＯＤを
次式により算出する。 ＴＮＯＤ＝ｋ′・Ｑａｖｅ・Ｋｒ・Ｔ２ 次のステップ２０９では推定誤差補正係数ｋｃを次式に
より算出する。
【００８７】ｋｃ（ｎｅｗ）＝ｋｃ（ｏｌｄ）・ＴＮＯ
ＡＰ／ＴＮＯＡ 次のステップ２１０でＴＮＯＤ，ＴＮＯＡ，Ｔ２，ＳＱ
ａ，ＣＱａの初期化を行い、この制御フローを終了す
る。なお、ＮＯｘパージ制御開始前の運転モードが成層
運転モードの場合には、さらに、運転モードを均質運転
モードから成層運転に切り替える制御も実行してから、
この制御フローを終了する。
【００８８】図１４は実施例の劣化判定プロセスを示す
フローチャートである。図１２に示す制御フローから劣
化判定要求フラグがセットされているときにサブルーチ
ンとして起動される。
【００８９】まず、ステップ３００で、フィードバック
係数ＡＬＰＨＡ＝１，目標当量比ＴＧＦＢＡ＝１とさ
れ、ＮＯｘパージ制御時の空燃比補正係数Ｋｒが設定さ
れる。さらに、空燃比を変更することによるエンジン１
の発生トルクの変化に伴うショックを低減するために、
点火時期の補正等の制御も実行される。なお、ＮＯｘパ
ージ制御開始前の運転モードが成層運転モード（層状混
合を形成して空燃比４０〜５０程度の極めてリーンな燃
焼運転モード）の場合には、さらに、運転モードを均質
運転モード（燃料を均質に供給する運転モード）に切り
替える制御も実行される。このためにスワール制御弁６
の開度の制御，ＥＧＲ量の制御，燃料噴射時期の変更や
吸入空気量を減少させる等の制御が実行される。
【００９０】次にステップ３０１で燃料噴射時間Ｔｉが
次式により算出される。
【００９１】 Ｔｉ＝Ｋ・（Ｑａ／Ｎｅ）・ＴＧＦＢＡ・ＡＬＰＨＡ・Ｋｒ ＝Ｋ・（Ｑａ／Ｎｅ）・Ｋｒ 次のステップ３０２では、第２の空燃比センサ２５の出
力ＶｏがＶＳ２を超えているかどうかが調べられる。超
えていない場合、次のステップ３０３でＶｏがＶＳ１を
超えているかどうかが調べられる。ＶＳ１を超えていな
い場合には、ＮＯｘの放出が開始していない(貯蔵され
た酸素が放出されている)のでこの制御フローを終了す
る。ＶＳ１を超えている場合には、ＮＯｘの放出中なの
で、次のステップ３０４でＴ２がΔＴ(制御起動周期)ず
つ加算される（１ずつ加算するようにしても良い）。次
にステップ２０５にて空気流量Ｑａの累積値ＳＱａと累
積回数カウンタＣＱａがそれぞれ更新される。
【００９２】ステップ３０２にてＶｏがＶＳ２を超えて
いる場合には、ＮＯｘの放出が終了しているので、終了
処理のためステップ３０６に進む。この時点で、Ｔ２は
ＶｏがＶＳ１からＶＳ２となるまでの時間を計測した値
となる。ステップ３０６ではＮＯｘパージ要求フラグを
クリア（＝０）し、次のステップ３０７でＮＯｘ放出中
の平均空気流量Ｑａｖｅが次式により算出される。
【００９３】Ｑａｖｅ＝ＳＱａ／ＣＱａ 次のステップ３０８ではＮＯｘ捕捉量検出値ＴＮＯＤを
次式により算出する。 ＴＮＯＤ＝ｋ′・Ｑａｖｅ・Ｋｒ・Ｔ２ 次のステップ３０９では、ＴＮＯＤに応じてＮＯｘ飽和
捕捉量ＴＮＯＡＭＸが更新され、さらに通常のＮＯｘパ
ージ制御開始用のしきい値ＴＮＯＡＰも更新される。具
体的には、次式とする。
【００９４】ＴＮＯＡＭＸ＝ＴＮＯＤ ＴＮＯＡＰ＝ｋｐ・ＴＮＯＤ ここにＫｐは定数で、０.６〜０.８程度の値とする。
【００９５】次のステップ３１０でＴＮＯＤ，ＴＮＯ
Ａ，Ｔ２，ＳＱａ，ＣＱａの初期化を行う。
【００９６】次のステップ３１１でＴＮＯＡＭＸが劣化
判定しきい値ＫＮＯＡＳＬより小さいかどうかが調べら
れ、小さい場合にはステップ３１２で劣化判定フラグが
セット（＝１）され、小さくない場合にはステップ３１
３で劣化判定フラグがクリア（＝０）されてからこの制
御フローを終了する。なお、ＮＯｘパージ制御開始前の
運転モードが成層運転モードの場合には、さらに、運転
モードを均質運転モードから成層運転に切り替える制御
も実行してから、この制御フローを終了する。劣化判定
フラグがセットされた場合には、図示しない制御によっ
てＮＯｘ捕捉剤１５の劣化を表すコードを記憶したり、
警告灯の点灯等、運転者への警告を実行する。
【００９７】以上、本発明の形態を、筒内噴射方式のガ
ソリンエンジンを例にとって、説明してきたが、これに
限定するものではない。ポート噴射方式のガソリンエン
ジンであっても、ディーゼルエンジンであっても本発明
の本質部分であるＮＯｘ捕捉剤下流の空燃比センサによ
るＮＯｘ捕捉量の判定方法は適用可能である。
【００９８】
【発明の効果】本発明によれば、ＮＯｘ捕捉剤の下流の
空燃比センサ出力から貯蔵された酸素の放出と捕捉され
たＮＯｘの放出タイミングを分離して検出するので、Ｎ
Ｏｘ捕捉量と酸素貯蔵能力とを分離して精度良く検出す
ることができるエンジン排気浄化装置を提供することが
可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるエンジン排気浄化装置。
【図２】空燃比センサの特性図。
【図３】ＥＣＵの構成図。
【図４】運転領域毎の目標当量比のマップ図。
【図５】ＮＯｘパージ制御時のＮＯｘ捕捉剤の下流の空
燃比センサ出力波形とＮＯｘ捕捉剤の差異との関係を説
明する図。
【図６】ＮＯｘパージ制御時のＮＯｘ捕捉剤の下流の空
燃比センサ出力波形による酸素貯蔵量とＮＯｘ捕捉量の
判定方法を説明する図。
【図７】Ｔ２とＮＯｘ捕捉量との関係を示す図。
【図８】Ｔ１と酸素貯蔵量との関係を示す図。
【図９】従来技術でのＮＯｘパージ制御時のＮＯｘ捕捉
剤の下流の空燃比センサ出力波形によるＮＯｘ捕捉量の
判定方法を説明する図。
【図１０】従来技術でのＴｘとＮＯｘ捕捉量との関係を
示す図。
【図１１】ＮＯｘパージ制御と劣化判定のタイミング等
を説明する図。
【図１２】燃料制御プロセスを説明するフローチャー
ト。
【図１３】ＮＯｘパージ制御プロセスを説明するフロー
チャート。
【図１４】劣化判定プロセスを説明するフローチャー
ト。
【符号の説明】
１…エンジン、４…スロットル弁、１０…燃料噴射弁、
１４…第１の空燃比センサ、１５…ＮＯｘ捕捉剤、２０
…ＥＣＵ、２５…第２の空燃比センサ、２６…警告灯。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｎ 3/08 Ｆ０２Ｄ 41/14 ３１０Ｋ 3/24 45/00 ３１４Ｚ 3/28 ３０１ Ｂ０１Ｄ 53/34 ＺＡＢ Ｆ０２Ｄ 41/14 ３１０ １２９Ａ 45/00 ３１４ (72)発明者 藤井 義久 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 中川 慎二 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 石井 俊夫 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 (72)発明者 大須賀 稔 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Ｆターム(参考） 3G084 AA01 AA04 BA09 BA13 BA15 BA17 BA20 BA21 DA25 DA27 EA07 EA11 EB08 EB11 EB17 EB22 EC03 FA10 FA18 FA21 FA30 FA33 FA38 FA39 3G091 AA02 AA11 AA12 AA17 AA18 AA23 AA24 AB06 BA11 BA14 BA15 BA19 BA33 CB02 CB03 CB05 CB07 CB08 DA01 DA02 DA03 DA05 DA06 DA10 DB06 DB08 DB11 DB13 DC01 EA00 EA01 EA03 EA05 EA07 EA16 EA30 EA31 EA34 EA36 EA39 FA12 FA13 FB10 FB11 FB12 GB01X GB02W GB03W GB04W GB05W GB06W GB10X GB16X HA36 HA37 HA42 HB05 3G301 HA02 HA04 HA13 HA16 HA17 JA08 JB09 JB10 KA08 KA09 LA05 LB04 MA01 MA11 MA18 NA03 NA04 NA08 NB02 NB15 NC02 ND01 ND21 NE13 NE14 NE15 NE16 NE23 PA01Z PA11Z PA17Z PC01Z PD03A PD03B PD04A PD04B PD09A PD09B PE01Z PE03Z PE05Z PE06A PE08Z PF01Z PF03Z PF16Z 4D002 AA12 AC10 BA03 BA04 CA07 CA13 CA20 DA01 DA02 DA04 DA21 DA25 DA46 GA02 GA04 GB01 GB02 GB04 GB20

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】排気通路内に配置され、排気ガスの空燃比
    がリーンであるとき排気ガスのNOxを吸着又は吸収など
    捕捉し、空燃比がリッチであるときＮＯｘを放出するＮ
    Ｏｘ捕捉剤と、排気ガスの空燃比を所定の周期でリーン
    から理論空燃比またはリッチに一時的に変化させる空燃
    比変更手段とを備えたエンジンの排気浄化装置におい
    て、 排気通路の前記ＮＯｘ捕捉剤の下流における排気ガス中
    の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段を有し、 前記空燃比変化手段が一時的に排気ガスの空燃比を理論
    空燃比またはリッチに変化させたときの前記酸素濃度検
    出手段の検出結果から酸素貯蔵量を考慮して前記ＮＯｘ
    捕捉剤のＮＯｘ捕捉量を判定するＮＯｘ捕捉量判定手段
    を有することを特徴とするエンジン排気浄化装置。
  2. 【請求項２】前記ＮＯｘ捕捉量判定手段は、前記空燃比
    変化手段が一時的に排気ガスの空燃比を理論空燃比また
    はリッチに変化させたときの前記酸素濃度検出手段の検
    出結果の、リーンを示す第１のしきい値とリッチを示す
    第２のしきい値との間の波形に基づいて前記ＮＯｘ捕捉
    剤のＮＯｘ捕捉量を判定することを特徴とする請求項第
    １項記載のエンジン排気浄化装置。
  3. 【請求項３】前記ＮＯｘ捕捉量判定手段は、前記空燃比
    変化手段が一時的に排気ガスの空燃比を理論空燃比また
    はリッチに変化させたときの前記酸素濃度検出手段の検
    出結果が、前記第１のしきい値をよぎってから前記第２
    のしきい値をよぎるまでの所用時間に基づいて前記ＮＯ
    ｘ捕捉剤のＮＯｘ捕捉量を判定することを特徴とする請
    求項第２項記載のエンジン排気浄化装置。
  4. 【請求項４】前記ＮＯｘ捕捉量判定手段の判定結果に基
    づいて前記ＮＯｘ捕捉剤の劣化度を検出することを特徴
    とする請求項第１から３項のいずれかに記載のエンジン
    排気浄化装置。
  5. 【請求項５】所定の運転状態であるときの前記ＮＯｘ捕
    捉量判定手段によるＮＯｘ捕捉量判定値に基づいて前記
    ＮＯｘ捕捉剤の劣化度を検出することを特徴とする請求
    項第４項記載のエンジン排気浄化装置。
  6. 【請求項６】前記ＮＯｘ捕捉量判定手段によるＮＯｘ捕
    捉量判定値と判定時の運転状態とに基づいて前記ＮＯｘ
    捕捉剤の劣化度を検出することを特徴とする請求項第４
    項記載のエンジン排気浄化装置。
  7. 【請求項７】検出された前記ＮＯｘ捕捉剤の劣化度に応
    じてリーン運転を制限することを特徴とする請求項第４
    から６項のいずれかに記載のエンジン排気浄化装置。
  8. 【請求項８】検出された前記ＮＯｘ捕捉剤の劣化度が所
    定値以上となったら前記ＮＯｘ吸収剤の劣化を表すコー
    ドを記憶する記憶手段、または、警告を発生する警告発
    生手段の少なくともいずれかを有することを特徴とする
    請求項第４から７項のいずれかに記載のエンジン排気浄
    化装置。
  9. 【請求項９】排気通路内に配置され、排気ガスの空燃比
    がリーンであるとき排気ガスのNOxを吸着又は吸収など
    捕捉し、空燃比がリッチであるときＮＯｘを放出するＮ
    Ｏｘ捕捉剤と、排気ガスの空燃比を所定の周期でリーン
    から理論空燃比またはリッチに一時的に変化させる空燃
    比変更手段とを備えたエンジンの排気浄化装置におい
    て、 排気通路の前記ＮＯｘ捕捉剤の下流における排気ガス中
    の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段を有し、 前記空燃比変化手段が一時的に排気ガスの空燃比を理論
    空燃比またはリッチに変化させてから、前記酸素濃度検
    出手段の検出結果がリーンを示す第１のしきい値をよぎ
    るまでの時間に基づいて酸素貯蔵量を判定する酸素貯蔵
    量判定手段を有することを特徴とするエンジン排気浄化
    装置。
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