JP2001241320A

JP2001241320A - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP2001241320A
Application number: JP2000054651A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Takaku; 豊高久; Toshio Ishii; 俊夫石井; Shigeru Kawamoto; 茂川本
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-02-29
Filing date: 2000-02-29
Publication date: 2001-09-07

Abstract

(57)【要約】【課題】排気ガス成分、例えばＮＯｘを捕捉するＮＯ
ｘ捕捉剤のＮＯｘ捕捉量を精度よく検出し、さらにＮＯ
ｘ捕捉剤の劣化を精度よく診断する内燃機関の排気浄化
装置を提供する。【解決手段】ＮＯｘ捕捉剤等の排気成分捕捉剤の排気
成分捕捉量を検出する捕捉量検出手段を備え、ＮＯｘ捕
捉剤のＮＯｘ捕捉量の検出を正しくできないような特定
条件成立時には前記捕捉量検出手段による排気成分の捕
捉量の検出を禁止あるいは中止、または検出結果に関す
る値を補正してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等の車輛で
使用される内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、機関
排気系に設けられるＮＯｘ捕捉剤等の排気成分捕捉剤に
よる内燃機関の排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の車輛で使用される内燃機関に
おいて、燃費向上のために、理論空燃比（以下、ストイ
キと記すことがある）よりも空気量が過多のリーン空燃
比による混合気の燃料をリーン燃焼させる技術が提案さ
れている。例えば、吸気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。

【０００３】ストイキ混合気による燃焼の場合には、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することができるが、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（空気過
多）である時に排気ガスのＮＯｘを捕捉（吸収）し、空
燃比がリッチ（燃料過多）である時にＮＯｘを放出して
還元、または接触還元などするＮＯｘ捕捉剤（ＮＯｘ吸
収剤）を排気通路中に配置し、混合気の空燃比を所定の
周期でリーン空燃比から理論空燃比あるいはリッチ空燃
比に一時的に変化させてＮＯｘ捕捉剤に捕捉されたＮＯ
ｘを放出、または還元させ、ＮＯｘ捕捉能力を回復させ
る（以下、まとめてパージと記す）ようにした内燃機関
の排気浄化装置が提案されている。

【０００４】上述のようなＮＯｘ捕捉剤による排気浄化
装置においては、ＮＯｘ捕捉剤に捕捉されたＮＯｘ量に
見合うだけの期間だけ、混合気の空燃比を理論空燃比ま
たはリッチ空燃比に一時的に変化させてＮＯｘ捕捉剤に
捕捉されたＮＯｘをパージすることが、燃費改善や排出
ガス中のＨＣ等の排気成分を低減する意味で望ましい。

【０００５】空燃比を理論空燃比またはリッチ空燃比に
一時的に変化させたときにＮＯｘの放出完了を判断する
排気浄化装置は特許第２６９２３８０号公報に示されて
いる。この排気浄化装置は、混合気の空燃比をリーン空
燃比から理論空燃比またはリッチ空燃比に切り換えた
後、ＮＯｘ捕捉剤より下流側に装着された空燃比センサ
によって検出される燃焼ガスの空燃比がリーン空燃比か
らリッチ空燃比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。

【０００６】このことは、ＮＯｘ捕捉剤の上流の空燃比
が理論空燃比またはリッチ空燃比になっても、ＮＯｘ捕
捉剤に捕捉されたＮＯｘの放出と還元が完了するまでの
間は、上流から流入した排気ガス中のＨＣやＣＯがＮＯ
ｘの還元に消費されるためにＮＯｘ捕捉剤下流に装着さ
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
ンの空燃比となり、ＮＯｘ捕捉剤に捕捉されたＮＯｘの
放出と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空燃比となることに基づいてい
る。

【０００７】同様の技術として、特開平１０−１２８０
５８号公報（ＵＳＰ５，７７１，６８５）には、空燃比
をリーン空燃比から理論空燃比またはリッチに切り換え
た後、ＮＯｘ捕捉剤（ＮＯｘ吸収剤）より下流側に装着
された空燃比センサによって検出される空燃比がリーン
空燃比からリッチ空燃比に切り換わるまでの時間差で捕
捉されたＮＯｘ量を推定し、ＮＯｘ捕捉剤の性能を監視
する技術が開示されている。

【０００８】また、特開平８−２３２６４４号公報に
は、ＮＯｘ捕捉剤に捕捉されたＮＯｘを放出すべく、混
合気の空燃比をリッチ空燃比にしてから、ＮＯｘ捕捉剤
に捕捉したＮＯｘの放出が完了するまでの時間を空燃比
センサの出力値から計測し、この時間からＮＯｘ捕捉剤
の劣化の度合いを求める技術が開示されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＮＯｘ
捕捉剤下流に装着された空燃比センサの出力波形は、Ｎ
Ｏｘ捕捉剤に捕捉されたＮＯｘの量が同じであっても、
内燃機関の運転状態等の影響を受けることがあり、ま
た、ＮＯｘ捕捉剤におけるＮＯｘ捕捉量そのものが内燃
機関の運転状態等の影響を受けることがあり、上述のよ
うな従来技術では、ＮＯｘ捕捉量を正確に把握すること
ができない。

【００１０】また、従来技術では、空燃比がリーン空燃
比である運転中にＮＯｘ捕捉剤にＮＯｘが捕捉され、空
燃比がリーン空燃比から理論空燃比またはリッチに切り
換わった時にそのＮＯｘが放出され、空燃比がリーン空
燃比から理論空燃比またはリッチ空燃比に切り換わって
からＮＯｘ捕捉剤下流の空燃比センサが所定の状態とな
ってＮＯｘの放出が完了したと検出されるまでの間に供
給された余剰燃料量に基づいて捕捉されていたＮＯｘの
量を検出するが、余剰燃料を算出している間に内燃機関
の運転状態が大きく変化した場合には、余剰燃料の算出
に誤差を生じたり、ＮＯｘの放出が完了する前に、ＮＯ
ｘ捕捉剤下流の空燃比センサが、ＮＯｘの放出が完了し
たかのように検出されてしまうことがある。この様な場
合には、ＮＯｘ捕捉剤のＮＯｘ捕捉量や性能を正しく評
価できない。

【００１１】また、従来技術では、ＮＯｘ捕捉剤に捕捉
されるべきＮＯｘの量を内燃機関の運転状態から推定
し、その推定値と上述の検出値とに基づいてＮＯｘ捕捉
剤の性能を評価しているものもあるが、しかし、内燃機
関から排出されてＮＯｘ捕捉剤に流入するＮＯｘの量を
何らかの障害によって正しく推定できないような状態で
は、やはりＮＯｘ捕捉剤のＮＯｘ捕捉量や性能を正しく
評価できない。この様なことは、例えば、内燃機関の排
気ガス再循環装置のＥＧＲバルブに異常が発生していた
り、内燃機関の燃焼室への吸入空気の流動を制御する手
段、たとえば、スワール制御弁、タンブル制御弁等に異
常が発生している場合に起こり得る。

【００１２】本願出願人は、種々の実験により、リーン
運転中のＨＣの濃度等がＮＯｘ捕捉剤の性能（ＮＯｘの
捕捉速度や、飽和捕捉量等）に影響することを見出し
た。例えば、リーン運転中のＨＣ濃度が高い場合、ＮＯ
ｘ捕捉剤のＮＯｘ捕捉速度および飽和捕捉量が低下する
ことがある。この様なことは、例えば、内燃機関の燃焼
室への吸入空気の流動を制御する手段（スワール制御
弁、タンブル制御弁等）に異常が発生していたり、失火
が発生していたり、燃焼状態が不安定となっていたり、
ＮＯｘ捕捉剤の上流の触媒の酸化性能が低下している場
合に起こり得る。この様な場合も、ＮＯｘ捕捉剤のＮＯ
ｘ捕捉量や性能を正しく評価できない可能性があるが、
従来技術では、この点についても考慮していない。

【００１３】また、同じく種々の実験により、特定の運
転状態の後は、ＮＯｘ捕捉剤の性能が安定しないことも
見出した。例えば、ストイキ運転やリッチ運転が長時間
（例えば４０秒以上）継続した後にリーン運転を行った
場合、ＮＯｘの捕捉、パージ還元を数サイクル実施する
までの間は、ＮＯｘ捕捉剤の性能が一時的に低下するこ
とがある。この様な場合も、ＮＯｘ捕捉剤のＮＯｘ捕捉
量や性能を正しく評価できない可能性があるが、従来技
術では、この点についても考慮していない。

【００１４】その他、ＮＯｘ捕捉剤の性能を評価するた
めに用いられるセンサ、例えば、ＮＯｘ捕捉剤下流の空
燃比センサ、ＮＯｘ捕捉剤周辺の温度を測定するための
センサ等が異常な場合にもＮＯｘ捕捉剤のＮＯｘ捕捉量
や性能を評価できない可能性があるが、従来技術では、
この点についても考慮していない。

【００１５】本発明は、上述の如き問題に鑑みてなされ
たものであって、その目的とするところは、内燃機関が
上述のような特定状態になることに拘わらず、排気成分
捕捉剤の排気成分捕捉量の誤検することがなく、排気成
分捕捉剤の排気成分捕捉量を正確に検出では、併せて排
気成分捕捉剤の性能評価を正確に行うことができるよう
改善された内燃機関の排気浄化装置を提供することにあ
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成すべく、
本発明による内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排
気通路に設置され、排気成分を吸着又は吸収など捕捉す
る機能を有する排気成分捕捉剤と、前記排気成分捕捉剤
の排気成分捕捉量を検出する捕捉量検出手段を備えた内
燃機関の排気浄化装置において、前記捕捉量検出手段に
よる捕捉量検出に適していない内燃機関システムの動作
状態が予め設定され、これを特定条件とし、前記特定条
件成立時には前記捕捉量検出手段による排気成分捕捉量
の検出を禁止あるいは中止または検出結果に関する値を
補正する捕捉量検出適正化手段を有しているものであ
る。

【００１７】捕捉量検出手段による捕捉量検出に適して
いない内燃機関システムの動作状態とは、排気成分捕捉
剤が定常状態で排気成分を捕捉できなくなる内燃機関シ
ステムの動作状態であり、特定条件成立時には捕捉量検
出適正化手段が捕捉量検出手段による排気成分捕捉量の
検出を禁止あるいは中止または検出結果に関する値を補
正するから、内燃機関が捕捉量検出手段による捕捉量検
出に適していない動作状態になることに拘わらず、排気
成分捕捉剤の排気成分捕捉量の誤差を低減、または誤検
出を防止することができる。

【００１８】また、本発明による内燃機関の排気浄化装
置の具体的な態様では、前記排気成分捕捉剤は、排気ガ
スの空燃比がリーン空燃比であるとき排気ガス中のＮＯ
ｘを捕捉し、流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比
であるときにＮＯｘを放出、または還元するＮＯｘ捕捉
剤であることを特徴としている。

【００１９】また、本発明による内燃機関の排気浄化装
置の具体的な態様では、前記捕捉量検出適正化手段の特
定条件の一つは、リーン空燃比となってＮＯｘを捕捉し
ている間の内燃機関からのＮＯｘ排出量またはＨＣ排出
量に関することであることを特徴としている。これによ
り、ＥＧＲ故障、上流触媒の性能、スワール制御弁等の
異常で、ＮＯｘ排出量、ＨＣ排出量が異常になったこと
に対応でき、ＮＯｘ捕捉剤のＮＯｘ捕捉検出の誤差を低
減、または誤検出を防止することができる。

【００２０】また、本発明による内燃機関の排気浄化装
置の具体的な態様では、前記捕捉量検出適正化手段の特
定条件の一つは、ＮＯｘを放出または還元するために空
燃比がリッチ空燃比となっている間の内燃機関の燃料供
給量に関することであることを特徴としている。これに
より、リッチ運転時の負荷変動等による空燃比変動によ
って余剰燃料計算が適切に行われない場合に対応でき、
ＮＯｘ捕捉剤のＮＯｘ捕捉検出量の誤差を低減、または
誤検出を防止することができる。

【００２１】また、本発明による内燃機関の排気浄化装
置の具体的な態様では、前記捕捉量検出適正化手段の特
定条件の一つは、空燃比がリーン空燃比へ移行し、ＮＯ
ｘを捕捉し始める直前までの空燃比に関することである
ことを特徴としている。これにより、ストイキ、リッチ
運転が長時間継続した後にリーン運転が行われると、Ｎ
Ｏｘ捕捉剤の性能が一時的に低下することに対応でき、
ＮＯｘ捕捉剤のＮＯｘ捕捉検出の誤差を低減、または誤
検出を防止することができる。

【００２２】また、本発明による内燃機関の排気浄化装
置の具体的な態様では、捕捉量検出適正化手段の特定条
件の一つは、排気ガス中のＮＯｘ量またはＨＣ量を制御
する排気ガス制御手段の動作状態に関することであるこ
とを特徴としている。これにより、ＥＧＲ、還元剤供給
手段等の排気ガス制御手段の動作状態（異常）に対応で
き、排気成分捕捉剤の排気成分捕捉検出の誤差を低減、
または誤検出を防止することができる。

【００２３】また、本発明による内燃機関の排気浄化装
置の具体的な態様では、前記捕捉量検出適正化手段の特
定条件の一つは、内燃機関の燃焼室への吸入空気の流動
を制御する手段、排気ガスの一部を吸入側へ還流する手
段、燃料を供給する手段、吸排気のタイミングを制御す
る手段、吸入空気量を検出する手段の何れかの動作状態
に関することであることを特徴としている。

【００２４】これにより、内燃機関の燃焼室への吸入空
気の流動を制御する手段、排気ガスの一部を吸入側へ還
流する手段、燃料を供給する手段、吸排気のタイミング
を制御する手段、吸入空気量を検出する手段の動作状態
（異常）に対応でき、排気成分捕捉剤の排気成分捕捉検
出の誤差を低減、または誤検出を防止することができ
る。

【００２５】また、本発明による内燃機関の排気浄化装
置の具体的な態様では、前記捕捉量検出適正化手段の特
定条件の一つは、内燃機関に付随する各種センサ類の動
作状態に関することであることを特徴としている。これ
により、内燃機関に付随する各種センサ類の動作状態
（異常）に対応でき、排気成分捕捉剤の排気成分捕捉検
出の誤差を低減、または誤検出を防止することができ
る。

【００２６】また、本発明による内燃機関の排気浄化装
置の具体的な態様では、前記捕捉量検出手段の捕捉量検
出結果に基づいて前記排気成分捕捉剤の性能を評価する
捕捉剤性能評価手段を有していることを特徴としてい
る。これにより、捕捉量検出手段の捕捉量検出結果に基
づいて排気成分捕捉剤の性能を正しく評価することがで
きる。

【００２７】また、本発明による内燃機関の排気浄化装
置の具体的な態様では、前記捕捉剤性能評価手段は、前
記排気成分捕捉剤の性能の評価結果を表示、記録するこ
とを特徴としている。これにより、排気成分捕捉剤の性
能の評価結果を表示してユーザに知らせたり、排気成分
捕捉剤の性能の評価結果をログとして記録することもで
きる。

【００２８】また、本発明による内燃機関の排気浄化装
置は、内燃機関の排気通路に設置され、排気成分を吸着
又は吸収など捕捉する機能を有する排気成分捕捉剤と、
前記排気成分捕捉剤の排気成分捕捉量を検出する捕捉量
検出手段と、前記捕捉量検出手段の捕捉量検出結果に基
づいて前記排気成分捕捉剤の性能を評価する捕捉剤性能
評価手段とを備えた内燃機関の排気浄化装置において、
前記捕捉剤性能評価手段による捕捉剤性能評価に適して
いない内燃機関システムの動作状態が予め設定され、こ
れを特定条件とし、前記特定条件成立時には前記捕捉剤
性能評価手段による捕捉剤性能評価を禁止あるいは中
止、または評価結果に関する値を補正する捕捉剤性能評
価適正化手段、およびまたは、評価結果の表示または記
録を禁止する捕捉剤性能評価結果表示・記録禁止手段を
有していることを特徴としている。

【００２９】これにより、特定条件成立時には捕捉剤性
能評価適正化手段が捕捉剤性能評価手段とによる捕捉剤
の性能評価を禁止あるいは中止、または評価結果の修
正、または評価結果の表示または記録を禁止するから、
内燃機関が捕捉剤性能評価適手段による捕捉剤性能評価
に適していない動作状態になることに拘わらず、捕捉剤
の性能評価の誤差を低減、または誤評価の防止するこ
と、または誤った評価結果の表示や記録を防止すること
ができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき、本発明の一
実施形態の排気浄化装置を備えた内燃機関について説明
する。図１は、本実施形態の排気浄化装置を備えた内燃
機関の全体構成を示している。なお、本実施形態では、
筒内噴射方式の内燃機関を例にて示している。

【００３１】内燃機関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が設けら
れている。スワール制御弁６は各気筒毎に吸気弁８の直
前に設けられており、各気筒のものが一体的に作動する
ように構成されている。

【００３２】内燃機関１のエンジンブロック部分には、
燃料を燃焼室９内に直接噴射する燃料噴射弁１０、点火
プラグ１１、筒内圧センサ１２が設けられている。内燃
機関１の排気系２４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
が順に設けられている。

【００３３】また、内燃機関１には、クランク軸１Ａに
取り付けられたセンシングプレート１６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や、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等が設けられている。

【００３４】上述の各センサの出力信号は電子制御装置
（以下、ＥＣＵと記す）２０に入力される。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あるいは計
算し、その結果に基づいて内燃機関１に供給する燃料噴
射量、タイミングを計算して燃料噴射弁１０に駆動パル
スを出力したり、スロットル開度を計算してスロットル
弁駆動手段５に制御信号を出力したり、点火時期等を計
算して点火プラグ１１に点火信号を出力したりする。Ｅ
ＣＵ２０は、さらに、ＮＯｘ捕捉剤１５が劣化したと判
定した場合には、そのことを運転者に警告するための警
告灯２６への信号を出力する。

【００３５】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の燃料が燃料噴射弁１０より燃
焼室９に直接噴射される。内燃機関１の運転モードとし
ては、ストイキ運転、均質リーン運転、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。

【００３６】スロットル弁４によって計量された吸入空
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。

【００３７】燃料と吸入空気との混合気中の燃料は、点
火プラグ１１によって点火され、燃焼する。燃焼後の排
気ガスは排気弁１３の開弁によって排気系２４に排出さ
れ、排気ガスは排気系２４に配置されたＮＯｘ捕捉剤１
５に流入する。

【００３８】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。従って、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
ィードバック制御することが行われる。

【００３９】第２の空燃比センサ２５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、その出力から空燃比を検出することができ、この第
２の空燃比センサ２５にて検出した実空燃比に基づいて
ＮＯｘ捕捉剤１５に捕捉されたＮＯｘ量を判定すること
が行われる。本実施形態では、第２の空燃比センサ２５
として、図２に示されているように、センサ出力（出力
電圧）が、空燃比がストイキ近辺において急変し、スト
イキを境にして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。

【００４０】なお、排気系２４から吸気系２３には、排
気ガス再循環（ＥＧＲ）装置の図示しない通路およびＥ
ＧＲバルブが設けられている。特に成層運転時には、Ｎ
Ｏｘ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。図３はＥＣＵ２０の構成を
示している。ＥＣＵ２０は、マイクロコンピュータによ
り構成され、ＣＰＵ３０、ＲＯＭ３７、ＲＡＭ３８、入
出力回路３２を具備している。

【００４１】前述したエアフローセンサ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１９の出力信号および気筒判別セ
ンサ２７の出力信号は入力回路３１に入力され、ＣＰＵ
３０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。この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
火時期制御、燃料噴制御射、スロットル弁開度制御、ス
ワール制御が実行される。

【００４２】さらに、ＥＣＵ２０は、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３９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。ＲＯＭ３
７に記憶されたプログラムや定数に基づいて、例えば次
式（１）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、燃料が内燃機関１に供
給される。

【００４３】

【数１】Ｔｉ＝Ｋ・（Ｑａ／Ｎｅ）・ＴＧＦＢＡ・ＡＬＰＨＡ・Ｋｒ …（１）

【００４４】ここで、Ｋは燃料噴射弁１０等の特性に基
づく係数、Ｑａは吸入空気量、Ｎｅは機関回転速度、Ｔ
ＧＦＢＡは内燃機関１に供給すべき混合気の目標当量
比、ＡＬＰＨＡ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空燃比から理
論空燃比またはリッチ空燃比に一時的に変化させる空燃
比変更制御（以下、ＮＯｘパージ制御と記す）時の空燃
比補正係数である。

【００４５】目標当量比ＴＧＦＢＡ＝１であれば、内燃
機関１に供給される混合気の空燃比はストイキとなる。
これに対し、ＴＧＦＢＡ＜１であれば、内燃機関１に供
給される混合気の空燃比はリーン空燃比となり、ＴＧＦ
ＢＡ＞１であれば、内燃機関１に供給される混合気の空
燃比はリッチ空燃比となる。

【００４６】目標当量比ＴＧＦＢＡは、例えば、図４に
示されているように、機関回転速度Ｎｅ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に格納されている。

【００４７】この場合、実線Ｌより低負荷の運転領域で
はＴＧＡＦはリーン相当、実線Ｌと実線Ｒの間の運転領
域ではＴＧＦＢＡ＝１、すなわちストイキ相当、実線Ｒ
より高負荷の運転領域ではＴＧＦＢＡ＞１、すなわちリ
ッチ相当に設定される。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４０〜５０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２０〜２
５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）。

【００４８】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。フィードバック補正係数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。フィードバッ
ク補正係数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。

【００４９】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に吸着又
は吸収など捕捉されたＮＯｘが放出され、排気ガス中の
ＨＣやＣＯによって還元されるか、捕捉された状態で接
触還元されるなどしてＮＯｘ捕捉性能が回復される。

【００５０】なお、本実施形態の筒内噴射方式内燃機関
の場合には、空燃比をストイキまたはリッチ空燃比に切
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４を閉方向に作動させて吸入空気量を減ら
すと共に、供給燃料量を制御して空燃比を変更するが、
このような方法に限定されることはない。

【００５１】ＮＯｘ捕捉剤１５は、リーン運転時時のＮ
Ｏｘ捕捉と、ストイキ運転時時の排気浄化性能を確保す
るため、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。ＮＯｘ捕捉剤１５は、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Ｒ
ｈのような貴金属とが担持されたもので構成されてい
る。さらに、ストイキ運転での、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
担持されているものもある。

【００５２】ＮＯｘ捕捉剤１５は、流入してくる排気ガ
スの空燃比がリーン空燃比のときには排気ガス中のＮＯ
ｘを捕捉し、排気ガス中の酸素濃度が低下する（例え
ば、ストイキ運転やリッチ運転となった場合）と、捕捉
していた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。または、捕捉された状態で接触還
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Ｈ
Ｃ、ＣＯは酸化され、ＮＯｘは還元されるので、これら
の排ガス成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ものもある。

【００５３】上述したように、排気ガスの空燃比がリー
ン空燃比のときには、排気ガス中のＮＯｘはＮＯｘ捕捉
剤１５に捕捉される。しかしながら、ＮＯｘ捕捉剤１５
のＮＯｘ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。

【００５４】従って、ＮＯｘ捕捉剤１５のＮＯｘ捕捉能
力が飽和する前に、ＮＯｘ捕捉剤１５からＮＯｘを放出
または還元（パージ）させる必要がある。このため、Ｎ
Ｏｘ捕捉剤１５にどの程度のＮＯｘが捕捉されているか
を推定（検出）することが必要となる。

【００５５】図５は、本実施形態による内燃機関の排気
浄化装置のシステム構成を示している。この排気浄化装
置は、ＮＯｘ捕捉剤１５のＮＯｘ捕捉量を検出する捕捉
量検出手段４０と、捕捉量検出手段４０による捕捉量検
出に適していない内燃機関システムの動作状態を予め設
定され、これを特定条件として特定条件成立時には捕捉
量検出手段４０によるＮＯｘ捕捉量の検出を禁止あるい
は中止または検出結果に関する値を補正する捕捉量検出
適正化手段４１と、捕捉量検出手段４０の捕捉量検出結
果に基づいてＮＯｘ捕捉剤１５の性能を評価するＮＯｘ
捕捉剤性能評価手段４２と、ＮＯｘ捕捉剤性能評価手段
４２による捕捉剤性能評価に不適切な内燃機関システム
の動作状態を予め設定され、これを特定条件として特定
条件成立時にはＮＯｘ捕捉剤性能評価手段４２による捕
捉剤性能評価を禁止あるいは中止または補正する捕捉剤
性能評価適正化手段４３および評価結果の表示または記
録を禁止する捕捉剤性能評価結果表示・記録禁止手段４
４とを含んでいる。これら各手段はＥＣＵ２０がソウト
ウェアを実行することより具現化される。

【００５６】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。内燃機関１から排出される
排気ガス中のＮＯｘ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。内燃機関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、内燃機関１
の回転速度と負荷とでほぼ決まるため、ＮＯｘ捕捉剤１
５に捕捉されるＮＯｘの量（単位時間あたり）は内燃機
関１の回転速度と負荷との関数となる。

【００５７】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を予め内燃機
関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。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（２）のように所定時
間毎に捕捉ＮＯｘ量ＮＯＡＳを累積することによって求
めることができる。

【００５８】

【数２】ＴＮＯＡ（ｎｅｗ）＝ＴＮＯＡ（ｏｌｄ）＋ＮＯＡＳ …（２）

【００５９】本実施形態では、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
的にストイキ空燃比またはリッチ空燃比にし、ＮＯｘ捕
捉剤１５からＮＯｘを放出させるようにしている。

【００６０】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
噴射時期を代えたことに影響を受けるので、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、ＮＯ
ｘ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捕捉量がほとんどない状態での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（３）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Ｔ
ＮＯＡを求めるようにしてもよい。

【００６１】

【数３】ＴＮＯＡ（ｎｅｗ）＝ＴＮＯＡ（ｏｌｄ）＋（１−ＴＮＯＡ（ｏｌｄ）／ＴＮＯＡＭＸ）×ＮＯＡＳ …（３）

【００６２】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）ＮＯＡＳ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。

【００６３】リーン運転中は、ＥＧＲによってＮＯｘの
発生を抑制しているため、ＥＧＲバルブに異常が発生し
た場合には、運転状態から求めたＮＯｘ捕捉剤１５に捕
捉されるＮＯｘの量（単位時間あたり）ＮＯＡＳが、正
しい値とならなくなってしまう。さらに、スワール制御
弁６等の空気流動強化手段に異常が発生したようなとき
にも、同様に、捕捉ＮＯｘ量ＮＯＡＳが正しい値となら
なくなってしまう。さらに、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、第一の空
燃比センサ１４、クランク角センサ１７、アクセルセン
サ１９などの異常が発生した場合にも、内燃機関１の回
転速度や負荷、空燃比等の運転状態が正しく把握されな
くなるために、捕捉ＮＯｘ量ＮＯＡＳも正しい値となら
なくなってしまう。これ以外にも燃料圧力，点火時期、
供給燃料量（たとえば気筒ごとの空燃比が違っている
等）、燃焼圧、排気温度等に異常が発生した場合には、
排気組成が変化してＮＯｘ濃度が変化する可能性があ
る。

【００６４】したがって、ＥＧＲバルブ等に異常が発生
して内燃機関１で発生するＮＯｘの量が多くなってしま
うような場合とか、センサ異常等で運転状態を正確に把
握できない様な場合には、リーン運転を禁止するとか、
リーン運転時間を短めに制限する。また、後述するＮＯ
ｘ捕捉剤１５の性能の評価を禁止する。

【００６５】また、リーン運転中に運転状態が急変する
ような場合にも捕捉ＮＯｘ量ＮＯＡＳが、正しい値とな
らなくなってしまうことがある。この様な場合にも、リ
ーン運転時間を短めに制限したり、後述するＮＯｘ捕捉
剤１５の性能の評価を禁止する。

【００６６】ところで、燃料や内燃機関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、内燃機
関１の排気ガス中にはＳＯｘが含まれている。このＳＯ
ｘもＮＯｘと共にＮＯｘ捕捉剤１５に捕捉される。とこ
ろが、ＳＯｘはＮＯｘ捕捉剤１５にいったん捕捉される
と、パージされにくく、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。このことは、ＮＯｘ捕捉剤１５
のＮＯｘ捕捉能力が劣化したことを意味する。

【００６７】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
１５のＮＯｘ捕捉能力が劣化する。したがって、ＮＯｘ
捕捉剤１５にどの程度のＮＯｘが捕捉し得るか、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。

【００６８】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空燃比にする
（ＮＯｘパージ制御）と、内燃機関１からは、未燃Ｈ
Ｃ、ＣＯを多く含み、酸素濃度の低い排気ガスが排出さ
れる。

【００６９】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。
酸素の放出が進み、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、ＣＯ等により還元されるか、捕捉された状態で
接触還元されるなどしてパージされる。

【００７０】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６に示している。曲線ａとｂ
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の出力波形を示しており、このうち曲線
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。

【００７１】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よい。曲
線ｂとｃは、同一の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２５の出力波形
を示しており、このうち曲線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。

【００７２】図７に示されているように、リーン空燃比
を示すしきい値ＶＳ１とリッチ空燃比を示すしきい値Ｖ
Ｓ２とを設定してＮＯｘパージ制御開始から第２の空燃
比センサ２５の出力がしきい値ＶＳ１をよこぎるまでの
時間をＴ１、さらにしきい値ＶＳ２をよぎるまでの時間
をＴ２とする。図８、図９は同一の運転状態のときのＮ
Ｏｘ捕捉量と時間Ｔ２、酸素貯蔵量と時間Ｔ１の関係を
それぞれ示している。これらの図から分かるように、時
間Ｔ２とＮＯｘ捕捉量、時間Ｔ１と酸素貯蔵量との間に
は、各々ほぼ直線的な関係が認められる。

【００７３】なお、実験に用いたＮＯｘ捕捉剤の場合に
は、実験により、しきい値ＶＳ１を約０．２Ｖ、しきい
値ＶＳ２を約０．８Ｖ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の出力がしきい値ＶＳ２
をよこぎるタイミングがＮＯｘ捕捉剤に捕捉されたＮＯ
ｘ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
の出力がしきい値ＶＳ２をよこぎった後に終了するよう
にしてある。

【００７４】第２の空燃比センサ２５が劣化した場合に
は、上述のしきい値ＶＳ１、ＶＳ２の電圧値が変化して
しまうので、リーン運転時の出力とリッチ運転時の出力
に応じてしきい値ＶＳ１、ＶＳ２の電圧値を補正するこ
とが好ましい。なお、しきい値ＶＳ１のみを設定して
も、時間Ｔ１から酸素貯蔵量を検出可能であることは以
上の説明から明らかである。

【００７５】図１０は従来より行われているＮＯｘ捕捉
量の検出方法を示している。この検出方法では、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そのしきい値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
捕捉量と時間Ｔｘとの関係は図１１に示されているよう
になり、酸素貯蔵量が一定ならば、時間ＴｘからＮＯｘ
捕捉量を検出できるが、酸素貯蔵量に応じてＮＯｘ捕捉
量と時間Ｔｘとの関係が変化するから、酸素貯蔵量が異
なる場合には、時間ＴｘからＮＯｘ捕捉量を正確に検出
することはできない。

【００７６】ＮＯｘ捕捉剤１５に捕捉されたＮＯｘは、
ほぼ上述の時間Ｔ２の間にパージされているので、その
間にパージされたＮＯｘ量を求めれば、ＮＯｘ捕捉剤１
５内に捕捉されていたＮＯｘ量が分かることになる。

【００７７】ＮＯｘ捕捉剤１５からＮＯｘがパージされ
ている間は排気ガス中に含まれる未燃ＨＣ、ＣＯがＮＯ
ｘ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からパージされるＮＯｘの量ＮＯＤ
Ｓ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（４）で表される。

【００７８】

【数４】Ｑｆｅｘ＝ｋ１・Ｔｉ・（Ｋｒ−１）／Ｋｒ・Ｎｅ＝ｋ１・Ｋ・Ｑａ・（Ｋｒ−１） …（４）

【００７９】ここで、ｋ１は比例定数、他は燃料噴射時
間Ｔｉの式（１）で説明した値と同じである。単位時間
当たりＮＯｘ捕捉剤１５からパージされるＮＯｘの量Ｎ
ＯＤＳはＱｆｅｘに比例するので、比例定数をｋ２とす
れば、パージＮＯｘ量ＮＯＤＳは次式で表される。

【００８０】

【数５】ＮＯＤＳ＝ｋ２・Ｑｆｅｘ＝ｋ・Ｑａ・（Ｋｒ−１） …（５）ここで、ｋ＝ｋ１・ｋ２とした。

【００８１】なお、ＮＯｘ捕捉剤１５の種類にもよる
が、パージ制御時にパージ制御係数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パージ制御時のパージ
制御係数ＫｒはＮＯｘの放出を速めるために、パージ制
御係数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パージ制御時のパージ制御係数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。

【００８２】以上述べたように、ＮＯｘパージ制御時
に、前述の時間Ｔ２の間のパージＮＯｘ量ＮＯＤＳの総
和（ＮＯｘ捕捉量検出値）ＴＮＯＤを求めれば、ＮＯｘ
捕捉剤１５に捕捉されていたＮＯｘの総量を求めること
ができる。すなわち、次式（６）となる。

【００８３】

【数６】ＴＮＯＤ＝ΣＮＯＤＳ（時間Ｔ２の間の総和）＝ｋ・Σ｛Ｑａ・（Ｋｒ−１）｝（時間Ｔ２の間の総和） …（６）

【００８４】なお、ＮＯｘ捕捉剤１５からパージされる
ＮＯｘの量ＮＯＤＳの計算式ＮＯＤＳ＝ｋ・Ｑａ・（Ｋ
ｒ−１）において、実際的には、パージ制御係数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、時間Ｔ２の間の放出Ｎ
Ｏｘの量ＮＯＤＳの総和ＴＮＯＤは時間Ｔ２の間の吸入
空気量Ｑａの総和に比例することになる。このことよ
り、パージＮＯｘの量ＮＯＤＳの総和ＴＮＯＤを次式
（７）で求めてもよい。

【００８５】

【数７】ＴＮＯＤ＝ｋ′・Ｑａｖｅ・Ｋｒ・Ｔ２ …（７）ここに、ｋ′は比例定数。Ｑａｖｅは時間Ｔ２の間の吸
入空気量Ｑａの平均値である。

【００８６】なお、上述したように、ＮＯｘパージ制御
時に、時間Ｔ２の間に供給された余剰燃料量から、ＮＯ
ｘ捕捉剤１５に捕捉されていたＮＯｘ捕捉量を検出して
いるため、余剰燃料の算出が正しくできないようなとき
には、ＮＯｘ捕捉量の検出を中止することが好ましい。

【００８７】例えば、ＮＯｘパージ制御中に運転状態が
急変したようなときには、実際の空燃比が制御すべき空
燃比（パージ制御係数Ｋｒにより制御されるべき値）と
ずれてしまうことがある。この様なことは、空燃比学習
が十分でない場合や、運転状態の変化検出から実際の空
燃比に関する制御を行うまでの制御遅れ等によって発生
する。

【００８８】さらに、燃料を内燃機関１に供給してか
ら、ＮＯｘ捕捉剤１５に到達し、さらにＮＯｘ捕捉剤１
５の下流の第２の空燃比センサ２５に到達するまでのガ
ス輸送遅れが存在するため、運転状態が変化した場合に
は、内燃機関１に供給した余剰燃料量とＮＯｘ捕捉剤に
供給された余剰燃料量とが一致しなくなってしまう。

【００８９】また、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、第一の空燃比セン
サ１４、クランク角センサ１７、アクセルセンサ１９な
どに異常が発生した場合にも、内燃機関１の回転速度や
負荷、空燃比等の運転状態が正しく把握されなくなるた
めに、余剰燃料量も正しく算出できなくなってしまう。

【００９０】したがって、上述のようにＮＯｘパージ制
御中に運転状態が所定値以上変化した場合や、センサ等
に異常が発生した場合には、ＮＯｘ捕捉量の検出を中止
するか、検出値に基づく制御を実行しない様にする。

【００９１】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と推定さ
れるＮＯｘの量ＴＮＯＡがＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭ
Ｘとなっていなければならない。一方、通常のＮＯｘパ
ージ制御は、ＮＯｘ捕捉剤１５内に捕捉されていると推
定されるＮＯｘ量ＴＮＯＡがＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡ
ＭＸよりも少ない値ＴＮＯＡＰとなったときに実行され
る。

【００９２】このため、図１２に示されているように、
通常は、推定ＮＯｘ捕捉量ＴＮＯＡがＮＯｘ飽和捕捉量
ＴＮＯＡＭＸよりも少ないパージ制御設定値ＴＮＯＡＰ
となると、ＮＯｘパージ制御が実行され、ＮＯｘ飽和捕
捉量ＴＮＯＡＭＸを検出するときだけ、捕捉ＮＯｘ量Ｔ
ＮＯＡがＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸ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、ＮＯｘ捕捉量検出値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。

【００９３】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２６の点灯による警告等を
実行する。

【００９４】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。

【００９５】推定ＮＯｘ捕捉量ＴＮＯＡは、あくまでも
推定値であるので、ＥＧＲ等の動作が正常であっても、
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（内燃機関１から放出さ
れる）ＮＯｘ量を予め設定してあるマップ値と、環境条
件や機差等による実際の値とのずれや、ＮＯｘ捕捉剤１
５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ＮＯ
ｘ捕捉量検出値ＴＮＯＤとなるように補正する。具体的
には、例えば、次式（８）の係数ｋｃを求め、推定ＮＯ
ｘ捕捉量ＴＮＯＡに係数ｋｃを新たに推定ＮＯｘ捕捉量
ＴＮＯＡとして使用する。

【００９６】

【数８】ｋｃ（ｎｅｗ）＝ｋｃ（ｏｌｄ）・ＴＮＯＡＰ／ＴＮＯＡ …（８）

【００９７】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、内燃機関１やＮＯｘ捕捉剤１５の異
常があると判定するようにしてもよい。具体的には、ｋ
ｃ＜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。

【００９８】より劣化判定精度を高める目的で、係数ｋ
ｃによりＮＯｘ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、内燃機関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、すなわち内燃機関
１に異常があると判定できる。

【００９９】上述した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＜１によりＮＯｘ
捕捉剤１５の劣化が判定されたときに、さらに確認のた
めに劣化判定を実行することが好ましい。その理由を以
下説明する。

【０１００】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
定してもよい。

【０１０１】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。

【０１０２】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捕捉量が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。

【０１０３】前述したように、ＥＧＲバルブやスワール
制御弁６等に異常が発生した場合や、リーン運転中の運
転状態の変化が大きい場合等には、推定ＮＯｘ捕捉量Ｔ
ＮＯＡの誤差が大きくなるので、ＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮ
ＯＡＭＸの検出およびＮＯｘ捕捉剤１５の劣化判定を禁
止あるいは中止する。

【０１０４】また、同じく前述したように、パージ制御
中の運転状態の変化が大きいときにもＮＯｘ飽和捕捉量
ＴＮＯＡＭＸの検出およびＮＯｘ捕捉剤１５の劣化判定
を禁止あるいは中止する。

【０１０５】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、内燃機関１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。

【０１０６】なお、本願出願人は、種々の実験により下
記の様な特定状態である場合にも、ＮＯｘ捕捉量ＴＮＯ
ＡやＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸの検出およびＮＯｘ
捕捉剤１５の劣化判定を禁止あるいは中止、または検出
結果に関する値を補正することが好ましいことを見出し
た。

【０１０７】第１の特定状態は、リーン運転中にＮＯｘ
捕捉剤１５に流入するＨＣ等の濃度が、所定以上高すぎ
るか、低すぎる場合である。ＮＯｘ捕捉剤１５の種類等
によっても異なるが、リーン運転中にＮＯｘ捕捉剤１５
に流入するＨＣの濃度が５０００ｐｐｍの場合、５００
ｐｐｍの場合に比べて、ＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸ
が３０〜４０％程度も低下することがあった。

【０１０８】この第１の特定状態の具体例は、スワール
制御弁６等の空気流動強化手段に異常が発生していた
り、失火が発生していたり、燃焼状態が不安定となって
いたり、ＮＯｘ捕捉剤１５の上流の触媒の酸化性能が劣
化した場合である。これらの異常や性能劣化は、公知の
技術、例えば、内燃機関１の回転変動による失火や燃焼
状態の悪化検出技術や、触媒上下流の空燃比センサの信
号に基づく触媒の性能劣化検出技術によって検出可能で
ある。

【０１０９】この第１の特定状態が検出されれば、ＮＯ
ｘ捕捉量ＴＮＯＡやＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸの検
出およびＮＯｘ捕捉剤１５の劣化判定を禁止あるいは中
止、または検出結果に関する値を補正する。検出結果に
関する値の補正方法としては、例えば、上流の触媒の劣
化の程度や、失火の発生の程度に応じて（ＮＯｘ捕捉剤
１５に流入するＨＣの濃度に応じて）ＮＯｘ飽和捕捉量
ＴＮＯＡＭＸまたは、ＮＯｘ捕捉剤１５の劣化判定のた
めにＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸと比較するしきい値
を補正する。

【０１１０】第２の特定状態は、ストイキまたはリッチ
運転が所定時間以上継続した後リーン運転へ移行した直
後である。ＮＯｘ捕捉剤１５の種類や運転状態等にもよ
ると考えられるが、ストイキまたはリッチ運転の継続時
間が短時間の場合には、ほとんど影響ないが、ストイキ
またはリッチ運転がおおよそ４０秒以上継続した場合に
は、その直後のリーン運転中のＮＯｘ捕捉性能が低下す
る。ＮＯｘの捕捉、パージ制御（ＮＯｘ放出、または還
元）を数サイクル実施すると、ＮＯｘ捕捉性能が復活す
る。したがって、第２の特定状態のときも、ＮＯｘ捕捉
量ＴＮＯＡやＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸの検出およ
びＮＯｘ捕捉剤１５の劣化判定を禁止あるいは中止す
る。

【０１１１】上述の説明では、ＳＯｘ被毒再生制御の実
施判定やＮＯｘ捕捉剤１５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ＴＮＯＡＭＸを求めるために使うＮＯ
ｘ捕捉量検出値ＴＮＯＤの式ＴＮＯＤ＝ｋ・Σ｛Ｑａ・
（Ｋｒ−１）｝（時間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よい。すなわち、吸入空気量Ｑ
ａやパージ制御係数Ｋｒのマップにしきい値を予め記憶
しておき、そのしきい値と時間Ｔ２とを比較して判定す
るようにしてもよい。

【０１１２】つぎに、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ＴＮＯ
ＡＰＣとする。しきい値がＴＮＯＡＰとＴＮＯＡＰＣの
時のそれぞれの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れば、しき
い値ＴＮＯＡＰを所定値だけ減らす。更新されたしきい
値ＴＮＯＡＰが所定値以下となったら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。

【０１１３】この実施形態は、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ＮＯ
ｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸに達してしまえば、その後、
いくらＮＯｘが流入してもＮＯｘ捕捉剤１５内のＮＯｘ
捕捉量は増加しない。

【０１１４】この発明の本質は、推定ＮＯｘ捕捉量ＴＮ
ＯＡを変化させたときのＮＯｘ捕捉量検出値ＴＮＯＤ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。図１３は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。

【０１１５】まず、リーン運転領域であるか否かを判別
する（ステップ１００）。ここでは、内燃機関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で
あるか否かににより調べることができる。リーン運転領
域でないと判定された場合には、フラグＴＧＦＢＡに
１、パージ制御係数Ｋｒに１を設定し（ステップ１０
１）、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を実行する（ステップ１０２）。
これによりストイキ運転が行われる。

【０１１６】これに対し、リーン運転領域であると判定
された場合には、ＥＧＲバルブやスワール制御弁６等が
正常であるか否かを調べる（ステップ１０３）。具体的
には、図示しない別のフローによって判定された判定結
果を参照する。正常でない場合には、リーン運転を禁止
し、ストイキ運転を行う。したがって、この場合には、
後述するＮＯｘ捕捉剤の劣化判定等も実行されないこと
になる。

【０１１７】ＥＧＲバルブやスワール制御弁６が正常で
あれば、目標当量比ＴＧＦＢＡに、図４に示される内燃
機関１の回転速度と負荷のマップから該当する値（＜
１）を検索設定する（ステップ１０４）。次に、劣化判
定要求フラグがセット（＝１）されているか否かを判別
し（ステップ１０５）、セットされていれば、劣化判定
サブルーチンを実行し（ステップ１０６）、この制御フ
ローを終了する。

【０１１８】劣化判定フラグがセットされていなけれ
ば、ＮＯｘパージ要求判定フラグがセット（＝１）され
ているか否かを判別し（ステップ１０７）、セットされ
ていれば、ＮＯｘパージ制御サブルーチンを実行し（ス
テップ１０８）、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（ステップ１０
９）、この制御フローを終了する。

【０１１９】ＮＯｘパージ要求判定フラグがセットされ
ていなければ、フィードバック係数ＡＬＰＨＡ＝１、Ｎ
Ｏｘパージ制御時の空燃比補正係数Ｋｒ＝１を設定する
（ステップ１１０）。次に、燃料噴射時間Ｔｉを次式
（９）により算出する（ステップ１１１）。

【０１２０】

【数９】Ｔｉ＝Ｋ・（Ｑａ／Ｎｅ）・ＴＧＦＢＡ・ＡＬＰＨＡ・Ｋｒ＝Ｋ・（Ｑａ／Ｎｅ）・ＴＧＦＢＡ …（９）

【０１２１】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。次に、リーン運転
が継続する間、推定ＮＯｘ捕捉量ＴＮＯＡを次式（１
０）により累積して求める（ステップ１１２）。

【０１２２】

【数１０】ＴＮＯＡ（ｎｅｗ）＝ＴＮＯＡ（ｏｌｄ）＋ｋｃ・ＮＯＡＳ …（１０）ここで、捕捉ＮＯｘ量ＮＯＡＳは、そのときの内燃機関
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。

【０１２３】次に、ＮＯｘ捕捉剤１５の性能評価を禁止
または中止する特定条件としての診断マスク条件が成立
しているか否かを判別する（ステップ１１３）。診断マ
スク条件としては、ＮＯｘ捕捉剤１５の下流の第２空燃
比センサ２５や、ＮＯｘ捕捉剤１５の周辺の温度を測定
するための温度センサを備えている場合には、その温度
センサ等が異常な場合や、前述したように、リーン運転
中にＮＯｘ捕捉剤１５に流入するＨＣ等の濃度が所定以
上高すぎるか、低すぎる場合や、ストイキまたはリッチ
運転が所定時間以上継続した後リーン運転へ移行した直
後である場合や、リーン運転中の運転状態が急変した場
合や、運転状態が所定の範囲内でない場合等である。診
断マスク条件が成立していれば、劣化判定実施のための
チェックステップ（ステップ１１４）をスキップする。

【０１２４】劣化判定実施のためのチェックステップ
（ステップ１１４）では、通常ＮＯｘパージ制御回数カ
ウンタＣＮＯＰが判定値ＫＮＯＰ以上であるか否かを判
別する。通常ＮＯｘパージ制御回数カウンタＣＮＯＰが
判定値ＫＮＯＰ以上であれば、ＮＯｘ捕捉剤１５の劣化
判定が必要と判断し、推定ＮＯｘ捕捉量ＴＮＯＡが（飽
和ＮＯｘ捕捉量ＴＮＯＡＭＸ＋α）を超えているかを否
かを判別する（ステップ１１５）。超えていれば、劣化
判定要求フラグをセット（＝１）し（ステップ１１
６）、通常ＮＯｘパージ制御回数カウンタＣＮＯＰをク
リアする（ステップ１１７）。超えていない場合には、
この制御フローを終了する。

【０１２５】これに対し、通常ＮＯｘパージ制御回数カ
ウンタＣＮＯＰが判定値ＫＮＯＰ未満であれば、通常の
ＮＯｘパージ制御の開始条件を調べる。ここでは、推定
ＮＯｘ捕捉量ＴＮＯＡがＮＯｘパージしきい値ＴＮＯＡ
Ｐを超えているか否かを調べる（ステップ１１８）。超
えていれば、ＮＯｘパージ要求フラグをセット（＝１）
する（ステップ１１９）。超えていない場合には、この
制御フローを終了する。

【０１２６】以上のプロセスにより、診断マスク条件が
成立しない場合には、通常のＮＯｘパージ制御がＫＮＯ
Ｐ回行われる毎に、劣化判定が行われることになる。図
１４は通常のＮＯｘパージ制御プロセスを示すフローチ
ャートである。この通常のＮＯｘパージ制御プロセス
は、図１３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。

【０１２７】まず、フィードバック係数ＡＬＰＨＡ＝
１、目標当量比ＴＧＦＢＡ＝１とし、ＮＯｘパージ制御
時の空燃比補正係数Ｋｒを設定する（ステップ２０
０）。さらに、空燃比を変更することによる内燃機関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。

【０１２８】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。次に、燃料噴射時間Ｔｉを次
式（１１）により算出する（ステップ２０１）。

【０１２９】

【数１１】Ｔｉ＝Ｋ・（Ｑａ／Ｎｅ）・ＴＧＦＢＡ・ＡＬＰＨＡ・Ｋｒ＝Ｋ・（Ｑａ／Ｎｅ）・Ｋｒ …（１１）

【０１３０】次に、ＮＯｘ捕捉剤１５の下流の第２空燃
比センサ２５が正常であるか否かをを調べる（ステップ
２０２）。正常でない場合には、第２空燃比センサ２５
に依らず所定時間だけＮＯｘパージを行う。この場合
は、パージ制御の実行時間のカウンタＴＲをΔＴ（制御
起動周期）ずつ加算し（ステップ２０３）し（１ずつ加
算するようにしてもよい）、カウンタＴＲが所定値ＫＴ
Ｒを超えているか否かを判別する（ステップ２０４）。
超えていなければ、このフローを終了と、超えていれ
ば、ＮＯｘパージ要求フラグをクリア（＝０）し（ステ
ップ２０５）、カウンタＴＲと推定ＮＯｘ捕捉量ＴＮＯ
Ａの初期化を行い（ステップ２０６）、このフローを終
了する。

【０１３１】第２空燃比センサ２５が正常であれば、第
２の空燃比センサ２５の出力Ｖｏがしきい値ＶＳ２を超
えているかどうか否かを調べる（ステップ２０７）。超
えていない場合には、次に、第２の空燃比センサ２５の
出力Ｖｏがしきい値ＶＳ１を超えているかどうかを調べ
る（ステップ２０８）。第２の空燃比センサ２５の出力
Ｖｏがしきい値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。

【０１３２】これに対し、第２の空燃比センサ２５の出
力Ｖｏがしきい値ＶＳ１を超えていれば、ＮＯｘの放出
中なので、タイマＴ２をΔＴ（制御起動周期）ずつ加算
する（ステップ２０９）。なお、このタイマ加算は１ず
つ加算するようにしてもよい）。次に、空気流量Ｑａの
累積値ＳＱａと累積回数カウンタＣＱａをそれぞれ更新
る（ステップ２１０）。

【０１３３】第２の空燃比センサ２５の出力Ｖｏがしき
い値ＶＳ２を超えている場合には、ＮＯｘのパージが終
了しているので、終了処理を行う。この時点で、タイマ
（時間）Ｔ２は第２の空燃比センサ２５の出力Ｖｏがし
きい値ＶＳ１からしきい値ＶＳ２となるまでの時間を計
測した値となる。

【０１３４】終了処理は、まず、ＮＯｘパージ要求フラ
グをクリア（＝０）し（ステップ２１１）、次に、リー
ン運転中およびパージ制御中のＴＮＯＡ補正マスク条件
が成立しているを調べる（ステップ２１２）。ＴＮＯＡ
補正マスク条件としては、ＮＯｘ捕捉剤１５の周辺の温
度を測定するための温度センサを備えている場合には、
その温度センサ等が異常な場合や、リーン運転中にＮＯ
ｘ捕捉剤１５に流入するＨＣ等の濃度が所定以上高すぎ
るか低すぎる場合や、ストイキまたはリッチ運転が所定
時間以上継続した後リーン運転へ移行した直後である場
合や、リーン運転中の運転状態が急変した場合や運転状
態が所定の範囲内でない場合等である。

【０１３５】これらの条件が成立した場合には、ＮＯｘ
捕捉量推定値ＴＮＯＡや、ＮＯｘ捕捉量検出値ＴＮＯＤ
が正しく算出されないので、後述するＮＯｘ捕捉量推定
値ＴＮＯＡの補正を禁止する特定条件が成立していると
して、ＴＮＯＡの補正係数ｋｃの算出をスキップする。
すなわち、ＴＮＯＡ補正マスク条件が成立している場合
にはステップ２１６へスキップする。ＴＮＯＡ補正マス
ク条件が成立していなければ、ＮＯｘ放出中の平均空気
流量Ｑａｖｅを次式（１２）により算出する（ステップ
２１３）。

【０１３６】

【数１２】Ｑａｖｅ＝ＳＱａ／ＣＱａ …（１２）

【０１３７】次に、ＮＯｘ捕捉量検出値ＴＮＯＤを次式
（１３）により算出する（ステップ２１４）。

【０１３８】

【数１３】ＴＮＯＤ＝ｋ′・Ｑａｖｅ・Ｋｒ・Ｔ２ …（１３）

【０１３９】次に、推定誤差補正係数ｋｃを次式（１
３）により算出する（ステップ２１５）。

【０１４０】

【数１４】ｋｃ（ｎｅｗ）＝ｋｃ（ｏｌｄ）・ＴＮＯＡＰ／ＴＮＯＡ …（１４）

【０１４１】次に、ＮＯｘ捕捉量検出値ＴＮＯＤ、推定
ＮＯｘ捕捉量ＴＮＯＡ、時間Ｔ２、空気流量Ｑａの累積
値ＳＱａ、累積回数カウンタＣＱａの初期化を行い（ス
テップ２１６）、この制御フローを終了する。なお、Ｎ
Ｏｘ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。

【０１４２】図１５は劣化判定プロセスを示すフローチ
ャートである。劣化判定プロセスは図１３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。まず、フィードバック
係数ＡＬＰＨＡ＝１、目標当量比ＴＧＦＢＡ＝１とし、
ＮＯｘパージ制御時の空燃比補正係数Ｋｒを設定する
（ステップ３００）。さらに、空燃比を変更することに
よる内燃機関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行う。

【０１４３】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行う。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。次に、燃料噴射時間Ｔｉを次式（１
５）により算出する（ステップ３０１）。

【０１４４】

【数１５】Ｔｉ＝Ｋ・（Ｑａ／Ｎｅ）・ＴＧＦＢＡ・ＡＬＰＨＡ・Ｋｒ＝Ｋ・（Ｑａ／Ｎｅ）・Ｋｒ …（１５）

【０１４５】次に、第２の空燃比センサ２５の出力Ｖｏ
がしきい値ＶＳ２を超えているか否かを調べる（ステッ
プ３０２）。超えていなければ、第２の空燃比センサ２
５の出力Ｖｏがしきい値ＶＳ１を超えているか否かを調
べる（ステップ３０３）。第２の空燃比センサ２５の出
力Ｖｏがしきい値ＶＳ１を超えていなければ、ＮＯｘの
パージが開始していない（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。

【０１４６】第２の空燃比センサ２５の出力Ｖｏがしき
い値ＶＳ１を超えていれば、ＮＯｘのパージ中なので、
次に、タイマ（時間）Ｔ２をΔＴ（制御起動周期）ずつ
加算する（ステップ３０４）。なお、タイマ（時間）Ｔ
２は１ずつ加算するようにしてもよい）。

【０１４７】次に、空気流量Ｑａの累積値ＳＱａと累積
回数カウンタＣＱａがそれぞれ更新する（ステップ３０
５）。第２の空燃比センサ２５の出力Ｖｏがしきい値Ｖ
Ｓ２を超えていれば、ＮＯｘのパージが終了しているの
で、終了処理を行う。この時点で、タイマＴ２は第２の
空燃比センサ２５の出力Ｖｏがしきい値ＶＳ１からしき
い値ＶＳ２となるまでの時間を計測した値となる。

【０１４８】終了処理は、まず、ＮＯｘパージ要求フラ
グをクリア（＝０）する（ステップ３０６）。次に、Ｎ
Ｏｘパージ制御中の診断マスク条件が成立しているか否
かを調べる（ステップ３０７）。なお、本フローが起動
されるのは、ＥＧＲバルブやスワール制御弁６が正常で
あり、リーン運転中に診断マスク条件が成立していない
場合だけなので、ここでは、ＮＯｘパージ中の診断マス
ク条件のみを調べる。診断マスク条件としては、ＮＯｘ
パージ制御中の運転状態が急変した場合や、運転状態が
所定の範囲内でない場合等である。診断マスク条件が成
立していれば、ＮＯｘ捕捉量検出値ＴＮＯＤ、推定ＮＯ
ｘ捕捉量ＴＮＯＡ、時間Ｔ２、空気流量Ｑａの累積値Ｓ
Ｑａ、累積回数カウンタＣＱａの初期化を行い（ステッ
プ３０８）、この制御フローを終了する。これに対し、
診断マスク条件が成立していなかった場合には、ＮＯｘ
パージ中の平均空気流量Ｑａｖｅを次式（１６）により
算出する（ステップ３０９）。

【０１４９】

【数１６】Ｑａｖｅ＝ＳＱａ／ＣＱａ …（１６）

【０１５０】次に、ＮＯｘ捕捉量検出値ＴＮＯＤを次式
（１７）により算出する（ステップ３１０）。

【０１５１】

【数１７】ＴＮＯＤ＝ｋ′・Ｑａｖｅ・Ｋｒ・Ｔ２ …（１７）

【０１５２】次に、ＮＯｘ捕捉量検出値ＴＮＯＤに応じ
てＮＯｘ飽和捕捉量ＴＮＯＡＭＸを更新し、さらに通常
のＮＯｘパージ制御開始用のしきい値ＴＮＯＡＰも更新
する（ステップ３１１）。具体的には、次式（１８）、
（１９）とする。

【０１５３】

【数１８】ＴＮＯＡＭＸ＝ＴＮＯＤ …（１８）ＴＮＯＡＰ＝ｋｐ・ＴＮＯＤ …（１９）ここに、Ｋｐは定数で、０．６〜０．８程度の値とす
る。

【０１５４】次に、ＮＯｘ捕捉量検出値ＴＮＯＤ、推定
ＮＯｘ捕捉量ＴＮＯＡ、時間Ｔ２、空気流量Ｑａの累積
値ＳＱａ、累積回数カウンタＣＱａの初期化を行う（ス
テップ３１２）。次に、しきい値ＴＮＯＡＭＸが劣化判
定しきい値ＫＮＯＡＳＬより小さいか否かを判別する
（ステップ３１３）。小さい場合には劣化判定フラグが
をセット（＝１）し（ステップ３１４）、小さくない場
合には劣化判定フラグをクリア（＝０）し（ステップ３
１５）、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。

【０１５５】上述のようにして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２６の点
灯等、運転者への警告を実行する。以上、本発明の内燃
機関の燃料噴射制御装置のいくつかの実施形態について
詳述したが、本発明は、前記実施形態に限定されるもの
ではなく、特許請求の範囲に記載された発明の精神を逸
脱しない範囲で、設計において種々の変更ができるもの
である。

【０１５６】たとえば、以上が排気成分中ＮＯｘを捕捉
するＮＯｘ捕捉剤の診断を行う装置に関する一例である
が、診断方式等をこれに限定するものではない。例え
ば、ＮＯｘ捕捉剤の下流にＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ
センサを備えたＮＯｘ捕捉剤の診断装置についても適用
できる。さらに、筒内噴射式のガソリン内燃機関につい
ての実施例を説明したが、これに限定するものでもな
い。例えば、ポート噴射式のガソリン内燃機関や、ディ
ーゼル内燃機関にもＮＯｘ捕捉剤が用いられることがあ
り、そのＮＯｘ捕捉量検出精度向上等に適用することが
可能である。

【０１５７】重要な点は、ＮＯｘ捕捉剤のＮＯｘ捕捉量
の検出や性能の評価を正しくできないような特定状態が
成立しているときには、ＮＯｘ捕捉量の検出や、性能の
評価を禁止あるいは中止、または検出結果に関する値を
補正することにある。

【０１５８】さらに、ＮＯｘ捕捉剤に限らず、ＨＣを捕
捉するＨＣ捕捉剤についても同様に、特定状態が成立し
ているときにはＨＣ捕捉量の検出や性能の評価を正しく
できないような特定状態が成立しているときに、ＨＣ捕
捉量の検出や、性能の評価を禁止あるいは中止、または
検出結果に関する値を補正することによって検出精度
や、性能の評価精度を向上することが可能である。ま
た、ＮＯｘ捕捉剤の酸素貯蔵量の検出精度向上にも適用
可能である。

【０１５９】

【発明の効果】以上の説明から理解されるように、本発
明による内燃機関の排気ガ浄化装置によれば、例えば、
ＮＯｘ捕捉剤のＮＯｘ捕捉量の検出や性能の評価を正し
くできないような特定条件が成立しているときには、Ｎ
Ｏｘ捕捉量の検出や、性能の評価を禁止あるいは中止、
または検出結果に関する値を補正することによって、Ｎ
Ｏｘ捕捉量の検出精度や、ＮＯｘ捕捉剤の性能の評価精
度を向上でき、誤判定等を防止することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による排気浄化装置を備えた内燃機関の
一実施形態を示す全体構成図。

【図２】図１の内燃機関の排気浄化装置で使用される空
燃比センサの特性図。

【図３】図１の内燃機関の排気浄化装置で使用されるＥ
ＣＵの構成図。

【図４】図１の内燃機関の排気浄化装置における運転領
域毎の目標当量比のマップ図。

【図５】図１の内燃機関の排気浄化装置の要旨を示すブ
ロック図。

【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とＮＯｘ捕捉剤の差異との関係を説
明する図。

【図７】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８】時間Ｔ２とＮＯｘ捕捉量との関係を示す図。

【図９】時間Ｔ１と酸素貯蔵量との関係を示す図。

【図１０】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１１】時間ＴｘとＮＯｘ捕捉量との関係を示す図。

【図１２】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１３】燃料制御プロセスを説明するフローチャー
ト。

【図１４】ＮＯｘパージ制御プロセスを説明するフロー
チャート。

【図１５】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．内燃機関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．ＥＣＵ２５．第２の空燃比センサ２６．警告灯４０．捕捉量検出手段４１．捕捉量検出適正化手段４２．ＮＯｘ捕捉剤性能評価手段４３．捕捉剤性能評価適正化手段

フロントページの続き (72)発明者川本茂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） 3G091 AA11 AA12 AA24 AB03 AB05 AB08 AB09 BA21 BA26 BA33 CB02 CB07 DA08 DB06 DB10 EA01 EA03 EA30 EA34 FB10 FB11 FB12 GB02Y GB03Y GB05W GB06W GB17X HA36 HA37 HA42 HB05 3G301 HA01 HA04 JA25 MA01 MA11 NE14 PA01Z PA11Z PC01Z PD08Z PE01Z PE08Z PF01Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内燃機関の排気通路に設置され、排気成
分を吸着又は吸収など捕捉する機能を有する排気成分捕
捉剤と、前記排気成分捕捉剤の排気成分捕捉量を検出す
る捕捉量検出手段を備えた内燃機関の排気浄化装置にお
いて、前記捕捉量検出手段による捕捉量検出に適していない内
燃機関システムの動作状態が予め設定され、これを特定
条件とし、前記特定条件成立時には前記捕捉量検出手段
による排気成分捕捉量の検出を禁止あるいは中止または
検出結果に関する値を補正する捕捉量検出適正化手段を
有していることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】前記排気成分捕捉剤は、排気ガスの空燃
比がリーン空燃比であるとき排気ガス中のＮＯｘを捕捉
し、流入する排気ガスの空燃比がリッチ空燃比であると
きにＮＯｘを放出、または還元するＮＯｘ捕捉剤である
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化
装置。
【請求項３】前記捕捉量検出適正化手段の特定条件の
一つは、リーン空燃比となってＮＯｘを捕捉している間
の内燃機関からのＮＯｘ排出量またはＨＣ排出量に関す
ることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄
化装置。
【請求項４】前記捕捉量検出適正化手段の特定条件の
一つは、ＮＯｘを放出または、還元するために空燃比が
リッチ空燃比となっている間の内燃機関の燃料供給量に
関することであることを特徴とする請求項２に記載の内
燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】前記捕捉量検出適正化手段の特定条件の
一つは、空燃比がリーン空燃比へ移行し、ＮＯｘを捕捉
し始める直前までの空燃比に関することであることを特
徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】前記捕捉量検出適正化手段の特定条件の
一つは、排気ガス中のＮＯｘ量またはＨＣ量を制御する
排気ガス制御手段の動作状態に関することであることを
特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】前記捕捉量検出適正化手段の特定条件の
一つは、内燃機関の燃焼室への吸入空気の流動を制御す
る手段、排気ガスの一部を吸気側へ還流する手段、燃料
を供給する手段、吸排気のタイミングを制御する手段、
吸入空気量を検出する手段の何れかの動作状態に関する
ことであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関
の排気浄化装置。
【請求項８】前記捕捉量検出適正化手段の特定条件の
一つは、内燃機関に付随する各種センサ類の動作状態に
関することであることを特徴とする請求項１に記載の内
燃機関の排気浄化装置。
【請求項９】前記捕捉量検出手段の捕捉量検出結果に
基づいて前記排気成分捕捉剤の性能を評価する捕捉剤性
能評価手段を有していることを特徴とする請求項１に記
載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１０】前記捕捉剤性能評価手段は、前記排気
成分捕捉剤の性能の評価結果を表示、記録することを特
徴とする請求項９に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項１１】内燃機関の排気通路に設置され、排気
成分を吸着又は吸収など捕捉する機能を有する排気成分
捕捉剤と、前記排気成分捕捉剤の排気成分捕捉量を検出
する捕捉量検出手段と、前記捕捉量検出手段の捕捉量検
出結果に基づいて前記排気成分捕捉剤の性能を評価する
捕捉剤性能評価手段とを備えた内燃機関の排気浄化装置
において、前記捕捉剤性能評価手段による捕捉剤性能評価に不適切
な内燃機関システムの動作状態が予め設定され、これを
特定条件とし、前記特定条件成立時には前記捕捉剤性能
評価手段による捕捉剤性能評価を禁止あるいは中止、ま
たは評価結果に関する値を補正する捕捉剤性能評価適正
化手段、およびまたは、評価結果の表示または記録を禁
止する捕捉剤性能評価結果表示・記録禁止手段を有して
いることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。