JP2002276343A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＮＯ_X 吸収剤に吸収されているＮＯ_X の量を
正確に把握する。 【解決手段】 ＮＯ_X 吸収剤２３下流に配置されたＮＯ
_X を検出しうるセンサ２９の出力により修正される最大
ＮＯ_X 吸収量とＮＯ_X 吸収速度とを利用してＮＯ _X 吸収
剤に吸収されているＮＯ_X の量を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の排気浄化
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の燃焼室から排出される排気ガ
ス中の窒素酸化物（ＮＯ_X ）を浄化するためのＮＯ_X 浄
化触媒を機関排気通路内に配置した排気浄化装置が公知
である。ＮＯ_X 浄化触媒としては流入する排気ガスの空
燃比がリーンであるときにはＮＯ_X を吸収し、流入する
排気ガスの空燃比がリッチになると吸収したＮＯ_X を排
気ガス中に含まれる還元剤によって放出し還元するＮＯ
_X 吸収剤が知られている。このようなＮＯ_X 吸収剤にお
いては吸収することができるＮＯ_X の量、すなわち最大
ＮＯ_X 吸収量に限界がある。そしてＮＯ_X 吸収剤には吸
収されているＮＯ _X の量がこの最大ＮＯ_X 吸収量を越え
るとＮＯ_X 吸収剤はもはやＮＯ_X を吸収することはでき
ず、このためＮＯ_X 吸収剤下流へとＮＯ_X が流出してし
まう。そこでＮＯ_X 吸収剤に吸収されているＮＯ_X の量
が最大ＮＯ_X 吸収量を越える前にＮＯ_X 吸収剤に流入す
る排気ガスの空燃比をリーンからリッチに切換えてＮＯ
_X 吸収剤からＮＯ_X を放出し還元する必要がある。

【０００３】ここでＮＯ_X 吸収剤からＮＯ_X を適切なタ
イミングで放出し還元するためにはＮＯ_X 吸収剤に吸収
されているＮＯ_X の量を把握し、このＮＯ_X の量が最大
ＮＯ _X 吸収量を越えているか否かを判定する必要があ
る。このようにＮＯ_X 吸収剤に吸収されているＮＯ_X の
量を把握するための方法が特開平８−２９６４７２号公
報に開示されている。当該公報ではＮＯ_X 触媒にＮＯ_X
が吸着する間は所定条件下においてＮＯ_X 触媒に吸着せ
しめられるＮＯ_X の量（すなわちＮＯ_X 吸着速度）と、
ＮＯ_X 触媒に最大限に吸着しうる最大ＮＯ_X 吸着量とを
パラメータの一部として利用した式に基づいて所定期間
内にＮＯ_X 触媒に吸着されるＮＯ_X 吸着量を算出し、こ
のＮＯ_X 吸着量を積算してトータルのＮＯ_X 吸着量を算
出し、一方、ＮＯ_X 触媒からＮＯ_X が放出されている間
は所定条件下においてＮＯ_X 触媒から放出されるＮＯ_X
の量（すなわちＮＯ_X 放出速度）と、最大ＮＯ_X 吸着量
とをパラメータの一部として利用した式に基づいて所定
期間内にＮＯ_X 触媒から放出されるＮＯ_X 放出量を算出
し、このＮＯ_X 放出量をトータルのＮＯ_X 吸着量から引
くことにより現在吸着しているＮＯ_X の量を算出するよ
うにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで最大ＮＯ_X 吸
着量、ＮＯ_X 吸着速度、ＮＯ_X 放出速度はＮＯ_X 触媒の
状態変化（例えば劣化）などにより異なる。しかしなが
ら上記公報ではＮＯ_X 触媒の状態に関係なく一定の値が
最大ＮＯ_X 吸着量、ＮＯ_X 吸着速度、ＮＯ_X 放出速度と
して用いられる。したがって上記公報に記載の方法では
ＮＯ_X 触媒に吸着されているトータルのＮＯ_X の量を正
確に把握することはできない。そこで本発明の目的はＮ
Ｏ_X 吸収剤に吸収されているＮＯ_X の量を正確に把握す
ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に１番目の発明では流入する排気ガスの空燃比がリーン
であるときにはＮＯ_X を吸収し、流入する排気ガスの空
燃比がリッチになると吸収したＮＯ_X を排気ガス中に含
まれる還元剤によって放出し還元するＮＯ_X 吸収剤を機
関排気通路内に配置し、該ＮＯ_X 吸収剤下流の機関排気
通路内に排気ガス中のＮＯ_X 濃度を検出しうるセンサを
配置した内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯ_X 吸収
剤に吸収しうると推定される最大ＮＯ_X 吸収量の推定値
と、ＮＯ _X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリーン
であるときにおいてＮＯ_X 吸収剤にて達成されると推定
されるＮＯ_X 吸収速度の推定値とを上記センサの出力を
利用して修正する修正手段と、これら最大ＮＯ_X 吸収量
の推定値と、ＮＯ_X 吸収速度の推定値とを利用してＮＯ
_X 吸収剤に吸収されているＮＯ_X の量を算出するための
ＮＯ_X 吸収量算出手段とを具備する。これによればＮＯ
_X 吸収剤に吸収されているＮＯ_X の量を算出するために
用いられる最大ＮＯ_X 吸収量と、ＮＯ_X 吸収速度とがＮ
Ｏ_X 濃度を検出しうるセンサの出力に基づいて修正され
る。

【０００６】２番目の発明では１番目の発明において上
記ＮＯ_X 吸収量算出手段により算出されるＮＯ_X 吸収量
が判定値を超えたときにＮＯ_X 吸収剤に流入する排気ガ
スの空燃比をリーンからリッチに切換える。３番目の発
明では２番目の発明において上記センサが排気ガス中の
アンモニア濃度を検出することができ、上記修正手段が
ＮＯ_X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリッチであ
るときにおいてＮＯ_X 吸収剤にて達成されると推定され
るＮＯ_X 還元速度の推定値を上記センサの出力を利用し
て修正し、上記ＮＯ_X 吸収量算出手段が最大ＮＯ_X 吸収
量の推定値と、ＮＯ_X 吸収速度の推定値と、ＮＯ_X 還元
速度の推定値とを利用してＮＯ_X 吸収剤に吸収されてい
るＮＯ_X の量を算出する。

【０００７】４番目の発明では３番目の発明において上
記判定値を第１の判定値としたときに上記ＮＯ_X 吸収量
算出手段により算出されるＮＯ_X 吸収量が該第１の判定
値とは別の第２の判定値を下回ったときにＮＯ_X 吸収剤
に流入する排気ガスの空燃比をリッチからリーンに切換
える。５番目の発明では４番目の発明において上記第１
の判定値は最大ＮＯ_X 吸収量の推定値に対して予め定め
られた割合の値であり、上記第２の判定値は零である。

【０００８】６番目の発明では４番目の発明において上
記ＮＯ_X 吸収量算出手段により算出されるＮＯ_X 吸収量
が第２の判定値を下回っていなくても上記センサの出力
値が基準値を超えたときにはＮＯ_X 吸収剤に流入する排
気ガスの空燃比をリッチからリーンに切換える。７番目
の発明では１番目の発明においてＮＯ_X 吸収剤下流に流
出するＮＯ_X の量と、ＮＯ_X 吸収剤の最大ＮＯ_X 吸収量
と、ＮＯ_X 吸収剤におけるＮＯ_X 吸収速度との間に成立
する関係式を予め求めておき、ＮＯ_X 吸収剤下流に流出
するＮＯ _X の量を上記センサの出力に基づいて算出し、
斯くして算出されたＮＯ_X 量を上記関係式に代入するこ
とにより最大ＮＯ_X 吸収量の推定値と、ＮＯ_X 吸収速度
の推定値とを算出する。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は本発明を筒内噴射式火花点
火機関に適用した場合を示している。しかしながら本発
明は圧縮着火式内燃機関に適用することもできる。図１
を参照すると１は機関本体、２はシリンダブロック、３
はシリンダブロック２内で往復動するピストン、４はシ
リンダブロック２上に固定されたシリンダヘッド、５は
ピストン３とシリンダヘッド４との間に形成された燃焼
室、６は吸気弁、７は吸気ポート、８は排気弁、９は排
気ポートを夫々示す。図１に示したようにシリンダヘッ
ド４の内壁面の中央部には点火栓１０が配置され、シリ
ンダヘッド４内壁面周辺部には燃料噴射弁１１が配置さ
れる。またピストン３の頂面上には燃料噴射弁１１の下
方から点火栓１０の下方まで延びるキャビティ１２が形
成されている。

【００１０】各気筒の吸気ポート７は夫々対応する吸気
枝管１３を介してサージタンク１４に連結され、サージ
タンク１４は吸気ダクト１５およびエアフロメータ１６
を介してエアクリーナ（図示せず）に連結される。吸気
ダクト１５内にはステップモータ１７によって駆動され
るスロットル弁１８が配置される。一方、各気筒の排気
ポート９は排気マニホルド１９に連結され、この排気マ
ニホルド１９は酸化触媒または三元触媒２０を内臓した
触媒コンバータ２１および排気管２２を介してＮＯ_X 吸
収剤２３を内臓したケーシング２４に連結される。排気
マニホルド１９とサージタンク１４とは再循環排気ガス
（以下、ＥＧＲガスという）導管２６を介して互いに連
結され、このＥＧＲガス導管２６内にはＥＧＲガス制御
弁２７が配置される。

【００１１】電子制御ユニット３１はディジタルコンピ
ュータからなり、双方向性バス３２を介して相互に接続
されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＲＯＭ
（リードオンリメモリ）３４、ＣＰＵ（マイクロプロセ
ッサ）３５、入力ポート３６および出力ポート３７を具
備する。エアフロメータ１６は吸入空気量に比例した出
力電圧を発生し、この出力電圧が対応するＡＤ変換器３
８を介して入力ポート３６に入力される。排気マニホル
ド１９には空燃比を検出するための空燃比センサ２８が
取付けられ、この空燃比センサ２８の出力信号が対応す
るＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力され
る。またＮＯ_X 吸収剤２３を内臓したケーシング２４の
出口に接続された排気管２５内には排気ガス中のＮＯ_X
濃度およびアンモニア濃度を共に検出可能なＮＯ_X アン
モニアセンサ２９と、空燃比センサ３０とが配置され、
これらＮＯ_X アンモニアセンサ２９および空燃比センサ
３０の出力信号が対応するＡＤ変換器３８を介して入力
ポート３６に入力される。

【００１２】またアクセルペダル４０にはアクセルペダ
ル４０の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷セ
ンサ４１が接続され、負荷センサ４１の出力電圧は対応
するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力され
る。クランク角センサ４２は例えばクランクシャフトが
３０度回転する毎に出力パルスを発生し、この出力パル
スが入力ポート３６に入力される。ＣＰＵ３５ではこの
クランク角センサ４２の出力パルスから機関回転数が計
算される。一方、出力ポート３７は対応する駆動回路３
９を介して点火栓１０、燃料噴射弁１１、ステップモー
タ１７およびＥＧＲ制御弁２７に接続される。

【００１３】次に図２を参照しつつ図１に示したＮＯ_X
アンモニアセンサ２９のセンサ部の構造について簡単に
説明する。図２を参照するとＮＯ_X アンモニアセンサ２
９のセンサ部は互いに積層された６つの酸化ジルコニア
等の酸素イオン伝導性固体電解質層からなり、これら６
つの固体電解質層を以下、上から順に第１層Ｌ₁ 、第２
層Ｌ₂ 、第３層Ｌ₃ 、第４層Ｌ₄ 、第５層Ｌ₅ 、第６層
Ｌ₆ と称する。

【００１４】図２を参照すると第１層Ｌ₁ と第３層Ｌ₃
との間に例えば多孔質のまたは細孔が形成されている第
１の拡散律速部材５０と第２の拡散律速部材５１とが配
置されており、これら拡散律速部材５０，５１間には第
１室５２が形成され、第２の拡散律速部材５１と第２層
Ｌ₂ との間には第２室５３が形成されている。また第３
層Ｌ₃ と第５層Ｌ₅ との間には外気に連通している大気
室５４が形成されている。一方、第１の拡散律速部材５
０の外端面は排気ガスと接触している。したがって排気
ガスは第１の拡散律速部材５０を介して第１室５２内に
流入し、斯くして第１室５２内は排気ガスで満たされて
いる。

【００１５】一方、第１室５２に面する第１層Ｌ₁ の内
周面上には陰極側第１ポンプ電極５５が形成され、第１
層Ｌ₁ の外周面上には陽極側第１ポンプ電極５６が形成
されており、これら第１ポンプ電極５５，５６間には第
１ポンプ電圧源５７により電圧が印加される。第１ポン
プ電極５５，５６間に電圧が印加されると第１室５２内
の排気ガス中に含まれる酸素が陰極側第１ポンプ電極５
５と接触して酸素イオンとなり、この酸素イオンは第１
層Ｌ₁ 内を陽極側第１ポンプ電極５６に向けて流れる。
したがって第１室５２内の排気ガス中に含まれる酸素は
第１層Ｌ₁ 内を移動して外部に汲み出されることにな
り、このとき外部に汲み出される酸素量は第１ポンプ電
圧源５７の電圧が高くなるほど多くなる。

【００１６】一方、大気室５４に面する第３層Ｌ₃ の内
周面上には基準電極５８が形成されている。ところで酸
素イオン伝導性固体電解質では固体電解質層の両側にお
いて酸素濃度に差があると酸素濃度の高い側から酸素濃
度の低い側に向けて固体電解質層内を酸素イオンが移動
する。図２に示した例では大気室５４内の酸素濃度の方
が第１室５２内の酸素濃度よりも高いので大気室５４内
の酸素は基準電極５８と接触することにより電荷を受け
取って酸素イオンとなり、この酸素イオンは第３層Ｌ
₃ 、第２層Ｌ₂ および第１層Ｌ₁ 内を移動し、陰極側第
１ポンプ電極５５において電荷を放出する。その結果、
基準電極５８と陰極側第１ポンプ電極５５との間に符号
５９で示した電圧Ｖ₀ が発生する。この電圧Ｖ₀ は大気
圧室５４内と第１室５２内との酸素濃度差に比例する。

【００１７】図２に示した例ではこの電圧Ｖ₀ が第１室
５２内の酸素濃度が１p.p.m.のときに生ずる電圧に一致
するように第１ポンプ電圧源５７の電圧がフィードバッ
ク制御される。すなわち第１室５２内の酸素は第１室５
２内の酸素濃度が１p.p.m.となるように第１層Ｌ₁ を通
って汲み出され、それによって第１室５２内の酸素濃度
が１p.p.m.に維持される。

【００１８】なお陰極側第１ポンプ電極５５はＮＯ_X に
対しては還元性の低い材料、例えば金Ａｕと白金Ｐｔと
の合金から形成されており、したがって排気ガス中に含
まれるＮＯ_X は第１室５２内ではほとんど還元されな
い。したがってこのＮＯ_X は第２の拡散律速部材５１を
通って第２室５３内に流入する。一方、第２室５３に面
する第１層Ｌ₁ の内周面上には陰極側第２ポンプ電極６
０が形成されており、この陰極側第２ポンプ電極６０と
陽極側第１ポンプ電極５６との間には第２ポンプ電圧源
６１により電圧が印加される。これらポンプ電極６０，
５６間に電圧が印加されると第２室５３内の排気ガス中
に含まれる酸素が陰極側第２ポンプ電極６０と接触して
酸素イオンとなり、この酸素イオンは第１層Ｌ₁ 内を陽
極側第１ポンプ電極５６に向けて流れる。したがって第
２室５３内の排気ガス中に含まれる酸素は第１層Ｌ₁ 内
を移動して外部に汲み出されることになり、このとき外
部に汲み出される酸素量は第２ポンプ電圧源６１の電圧
が高くなるほど多くなる。

【００１９】一方、前述したように酸素イオン伝導性固
体電解質では固体電解質層の両側において酸素濃度に差
があると酸素濃度の高い側から酸素濃度の低い側に向け
て固体電解質層内を酸素イオンが移動する。図２に示し
た例では大気室５４内の酸素濃度の方が第２室５３内の
酸素濃度よりも高いので大気室５４内の酸素は基準電極
５８と接触することにより電荷を受け取って酸素イオン
となり、この酸素イオンは第３層Ｌ₃ 、第２層Ｌ₂ およ
び第１層Ｌ₁ 内を移動し、陰極側第２ポンプ電極６０に
おいて電荷を放出する。その結果、基準電極５８と陰極
側第２ポンプ電極６０との間に符号６２で示した電圧Ｖ
₁ が発生する。この電圧Ｖ₁ は大気圧室５４内と第２室
５３内との酸素濃度差に比例する。

【００２０】図２に示した例ではこの電圧Ｖ₁ が第２室
５３内の酸素濃度が０．０１p.p.m.のときに生ずる電圧
に一致するように第２ポンプ電圧源６１の電圧がフィー
ドバック制御される。すなわち第２室５３内の酸素は第
２室５３内の酸素濃度が０．０１p.p.m.となるように第
１層Ｌ₁ を通って汲み出され、それによって第２室５３
内の酸素濃度が０．０１p.p.m.に維持される。

【００２１】なお陰極側第２ポンプ電極６０もＮＯ_X に
対しては還元性の低い材料、例えば金Ａｕと白金Ｐｔと
の合金から形成されており、したがって排気ガス中に含
まれるＮＯ_X は陰極側第２ポンプ電極６０と接触しても
ほとんど還元されない。一方、第２室５３に面する第３
層Ｌ₃ の内周面上にはＮＯ_X 検出用の陰極側ポンプ電極
６３が形成されている。この陰極側ポンプ電極６３はＮ
Ｏ_X に対して強い還元性を有する材料、例えばロジウム
Ｒｈや白金Ｐｔから形成されている。したがって第２室
５３内のＮＯ_X 、実際には大部分を占めるＮＯが陰極側
ポンプ電極６３上においてＮ₂ とＯ₂ とに分解される。
図２に示したようにこの陰極側ポンプ電極６３と基準電
極５８との間には一定電圧６４が印加されており、した
がって陰極側ポンプ電極６３上において分解生成された
Ｏ₂ は酸素イオンとなって第３層Ｌ₃ 内を基準電極５８
に向けて移動する。このとき陰極側ポンプ電極６３と基
準電極５８との間にはこの酸素イオン量に比例した符号
６５で示した電流Ｉ ₁ が流れる。

【００２２】前述したように第１室５２内ではＮＯ_X は
ほとんど還元されず、また第２室５３内には酸素はほと
んど存在しない。したがって電流Ｉ₁ は排気ガス中に含
まれるＮＯ_X 濃度に比例することになり、斯くして電流
Ｉ₁ から排気ガス中のＮＯ_X濃度を検出できることにな
る。一方、排気ガス中に含まれるアンモニアＮＨ₃ は第
１室５２内においてＮＯとＨ₂ Ｏとに分解され（４ＮＨ
₃ ＋５Ｏ₂ →４ＮＯ＋６Ｈ₂ Ｏ）、この分解されたＮＯ
は第２の拡散律速部材５１を通って第２室５３内に流入
する。このＮＯは陰極側ポンプ電極６３上においてＮ₂
とＯ₂ とに分解され、分解生成されたＯ₂ は酸素イオン
となって第３層Ｌ₃ 内を基準電極５８に向けて移動す
る。このときにも電流Ｉ₁ は排気ガス中に含まれるＮＨ
₃ 濃度に比例し、斯くして電流Ｉ₁ から排気ガス中のＮ
Ｈ₃ 濃度を検出できることになる。

【００２３】図３は電流Ｉ₁ と排気ガス中のＮＯ_X 濃度
およびＮＨ₃ 濃度との関係を示している。図３から電流
Ｉ₁ は排気ガス中のＮＯ_X 濃度およびＮＨ₃ 濃度に比例
していることがわかる。一方、排気ガス中の酸素濃度が
高いほど、すなわち空燃比がリーンであるほど第１室５
２から外部に汲み出される酸素量が多くなり、符号６６
で示した電流Ｉ ₂ が増大する。したがってこの電流Ｉ₂
から排気ガスの空燃比を検出することができる。

【００２４】なお第５層Ｌ₅ と第６層Ｌ₆ との間にはＮ
Ｏ_X アンモニアセンサ２９のセンサ部を加熱するための
電気ヒータ６７が配置されており、この電気ヒータ６７
によってＮＯ_X アンモニアセンサ２９のセンサ部は７０
０℃から８００℃に加熱される。図４はＮＯ_X 吸収剤２
３下流の排気管２５内に配置された空燃比センサ３０の
出力電圧Ｅ（Ｖ）、すなわち一般的な表現を用いると空
燃比検出手段の出力信号レベルを示している。図４から
わかるように空燃比センサ３０は排気ガスの空燃比がリ
ッチのときには０．９（Ｖ）程度の出力電圧を発生し、
排気ガスの空燃比がリーンのときには０．１（Ｖ）程度
の出力電圧を発生する。すなわち図４に示した例ではリ
ッチであることを示す出力信号レベルは０．９（Ｖ）で
あり、リーンであることを示す出力信号レベルは０．１
（Ｖ）である。

【００２５】一方、前述したようにＮＯ_X アンモニアセ
ンサ２９の電流Ｉ₂ から排気ガスの空燃比を検出するこ
とができ、したがって空燃比検出手段としてＮＯ_X アン
モニアセンサ２９を用いることもできる。この場合には
空燃比センサ３０を設ける必要がない。次に図５（Ａ）
を参照しつつ図１に示した内燃機関の燃料噴射制御につ
いて説明する。なお図５（Ａ）において縦軸は機関負荷
Ｑ／Ｎ（吸入空気量Ｑ／機関回転数Ｎ）を表しており、
横軸は機関回転数Ｎを表している。

【００２６】図５（Ａ）において実線Ｘ₁ よりも低負荷
側の運転領域では成層燃焼が行われる。すなわちこのと
きには図１に示したように圧縮行程末期に燃料噴射弁１
１からキャビティ１２内に向けて燃料Ｆが噴射される。
この燃料はキャビティ１２の内周面により案内されて点
火栓１０周りに混合気を形成し、この混合気が点火栓１
０によって着火燃焼せしめられる。このとき燃焼室５内
における平均空燃比はリーンとなっている。

【００２７】一方、図５（Ａ）において実線Ｘ₁ よりも
高負荷側の領域では吸気行程中に燃料噴射弁１１から燃
料が噴射され、このときには均一混合気燃焼が行われ
る。なお実線Ｘ₁ と鎖線Ｘ₂ との間ではリーン空燃比の
もとで均一混合気燃焼が行われ、鎖線Ｘ₂ と鎖線Ｘ₃ と
の間では理論空燃比のもとで均一混合気燃焼が行われ、
鎖線Ｘ₃ よりも高負荷側ではリッチ空燃比のもとで均一
混合気燃焼が行われる。

【００２８】本発明では空燃比を理論空燃比とするのに
必要な基本燃料噴射量ＴＡＵが図５（Ｂ）に示したよう
に機関負荷Ｑ／Ｎおよび機関回転数Ｎの関数としてマッ
プの形で予めＲＯＭ３４内に記憶されており、基本的に
はこの基本燃料噴射量ＴＡＵに補正係数Ｋを乗算するこ
とによって（場合によっては後述するように修正係数Ｋ
_S をさらに乗算することによって）最終的な燃料噴射量
ＴＡＵＯ（＝Ｋ・ＴＡＵ）が算出される。この補正係数
Ｋは図５（Ｃ）に示したように機関負荷Ｑ／Ｎおよび機
関回転数Ｎの関数としてマップの形で予めＲＯＭ３４内
に記憶されている。

【００２９】この補正係数Ｋの値はリーン空燃比のもと
で燃焼が行われる図５（Ａ）の鎖線Ｘ₂ よりも低負荷側
の運転領域では１．０よりも小さく、リッチ空燃比のも
とで燃焼が行われる図５（Ａ）の鎖線Ｘ₃ よりも高負荷
側の運転領域では１．０よりも大きくなる。またこの補
正係数Ｋは鎖線Ｘ₂ と鎖線Ｘ₃ との間の運転領域では
１．０とされ、このとき空燃比は理論空燃比となるよう
に空燃比センサ２８の出力信号に基づいてフィードバッ
ク制御される。

【００３０】機関排気通路内に配置されたＮＯ_X 吸収剤
２３は例えばアルミナを担体とし、この担体上に例えば
カリウムＫ、ナトリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウム
Ｃｓのようなアルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウム
Ｃａのようなアルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウ
ムＹのような希土類から選ばれた少くとも一つと、白金
Ｐｔのような貴金属とが担持されている。この場合、ケ
ーシング２４内に例えばコージライトからなるパティキ
ュレートフィルタを配置し、このパティキュレートフィ
ルタ上にアルミナを担体とするＮＯ_X 吸収剤２３を担持
させることもできる。

【００３１】いずれの場合であっても機関吸気通路、燃
焼室５およびＮＯ_X 吸収剤２３上流の排気通路内に供給
された燃料（炭化水素）の量に対する空気の量の比をＮ
Ｏ_X吸収剤２３への流入排気ガスの空燃比と称するとこ
のＮＯ_X 吸収剤２３は流入排気ガスの空燃比がリーンの
ときにはＮＯ_X を吸収し、流入排気ガスの空燃比が理論
空燃比またはリッチになると吸収したＮＯ_X を放出する
ＮＯ_X の吸放出作用を行う。

【００３２】このＮＯ_X 吸収剤２３を機関排気通路内に
配置すればＮＯ_X 吸収剤２３は実際にＮＯ_X の吸放出作
用を行うがこの吸放出作用の詳細なメカニズムについて
は明らかでない部分もある。しかしながらこの吸放出作
用は図６に示したようなメカニズムで行われているもの
と考えられる。次にこのメカニズムについて担体上に白
金ＰｔおよびバリウムＢａを担持させた場合を例にとっ
て説明するが他の貴金属、アルカリ金属、アルカリ土
類、希土類を用いても同様なメカニズムとなる。

【００３３】図１に示した内燃機関では使用頻度の高い
大部分の運転状態において空燃比がリーンの状態で燃焼
が行われる。このように空燃比がリーンの状態で燃焼が
行われている場合には排気ガス中の酸素濃度は高く、こ
のときには図６（Ａ）に示したようにこれら酸素Ｏ₂ が
Ｏ₂ ^-またはＯ^2-の形で白金Ｐｔの表面に付着する。一
方、流入排気ガス中のＮＯは白金Ｐｔの表面上でＯ₂ ^-ま
たはＯ^2-と反応し、ＮＯ ₂ となる（２ＮＯ＋Ｏ₂ →２Ｎ
Ｏ₂ ）。次いで生成されたＮＯ₂ の一部は白金Ｐｔ上で
酸化されつつ吸収剤内に吸収されて酸化バリウムＢａＯ
と結合しながら図６（Ａ）に示したように硝酸イオンＮ
Ｏ₃ ^-の形で吸収剤内に拡散する。このようにしてＮＯ_X
がＮＯ_X 吸収剤２３内に吸収される。流入排気ガス中の
酸素濃度が高い限り白金Ｐｔの表面でＮＯ₂ が生成さ
れ、吸収剤のＮＯ_X 吸収能力が飽和しない限りＮＯ₂ が
吸収剤内に吸収されて硝酸イオンＮＯ₃ ^-が生成される。

【００３４】一方、流入排気ガスの空燃比がリッチにさ
れると流入排気ガス中の酸素濃度が低下し、その結果、
白金Ｐｔの表面でのＮＯ₂ の生成量が低下する。ＮＯ₂
の生成量が低下すると反応が逆方向（ＮＯ₃ ^-→ＮＯ₂ ）
に進み、斯くして吸収剤内の硝酸イオンＮＯ₃ ^-がＮＯ₂
の形で吸収剤から放出される。このときＮＯ_X 吸収剤２
３から放出されたＮＯ_X は図６（Ｂ）に示したように流
入排気ガス中に含まれる多量の未燃ＨＣ，ＣＯと反応し
て還元せしめられる。このようにして白金Ｐｔの表面上
にＮＯ₂ が存在しなくなると吸収剤から次から次へとＮ
Ｏ₂ が放出される。したがって流入排気ガスの空燃比が
リッチにされると短時間のうちにＮＯ_X吸収剤２３から
ＮＯ_X が放出され、しかもこの放出されたＮＯ_X が還元
されるために大気中にＮＯ_X が排出されることはない。

【００３５】なおこの場合、流入排気ガスの空燃比を理
論空燃比にしてもＮＯ_X 吸収剤２３からＮＯ_X が放出さ
れる。しかしながら流入排気ガスの空燃比を理論空燃比
にした場合にはＮＯ_X 吸収剤２３からＮＯ_X が徐々にし
か放出されないためにＮＯ_X吸収剤２３に吸収されてい
る全ＮＯ_X を放出させるには若干長い時間を要する。と
ころでＮＯ_X 吸収剤２３のＮＯ_X 吸収能力には限界があ
り、したがってＮＯ _X 吸収剤２３のＮＯ_X 吸収能力が飽
和する前にＮＯ_X 吸収剤２３からＮＯ_X を放出させる必
要がある。ところがＮＯ_X 吸収剤２３はＮＯ_X 吸収能力
が十分なうちは排気ガス中に含まれるほとんど全てのＮ
Ｏ_X を吸収するがＮＯ_X 吸収能力の限界に近づくと一部
のＮＯ_X を吸収しえなくなり、斯くしてＮＯ_X 吸収剤２
３がＮＯ_X 吸収能力の限界に近づくとＮＯ_X 吸収剤２３
から下流へ流出するＮＯ_X 量が増大しはじめる。

【００３６】そこで本発明の第１実施例ではＮＯ_X 吸収
剤２３に吸収されているトータルのＮＯ_X 吸収量を推定
し、このＮＯ_X 吸収量が最大ＮＯ_X 吸収量に近づいたと
きにＮＯ_X 吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比を一
時的にリッチにしてＮＯ_X 吸収剤２３からＮＯ_X を放出
させるようにしている。この場合、ＮＯ_X 吸収剤２３に
流入する排気ガスの空燃比をリッチにする方法は種々の
方法がある。例えば燃焼室５内における混合気の平均空
燃比をリッチにすることにより排気ガスの空燃比をリッ
チにすることもできるし、膨張行程末期または排気行程
中に追加の燃料を噴射することによって排気ガスの空燃
比をリッチにすることもできるし、またはＮＯ_X 吸収剤
２３上流の排気通路内に追加の燃料を噴射することによ
って排気ガスの空燃比をリッチにすることもできる。本
発明の実施例では１番目の方法、すなわちリッチ空燃比
のもとで均一混合気燃焼を行わせることによって排気ガ
スの空燃比をリッチにするようにしている。

【００３７】ところで排気ガス中にはＳＯ_X が含まれて
おり、ＮＯ_X 吸収剤２３にはＮＯ_XばかりでなくＳＯ_X
も吸収される。このＮＯ_X 吸収剤２３へのＳＯ_X の吸収
メカニズムはＮＯ_X の吸収メカニズムと同じであると考
えられる。すなわちＮＯ_X の吸収メカニズムを説明した
ときと同様に担体上に白金ＰｔおよびバリウムＢａを担
持させた場合を例にとって説明すると前述したように流
入排気ガスの空燃比がリーンのときには酸素Ｏ₂ がＯ₂ ^-
またはＯ^2-の形で白金Ｐｔの表面に付着しており、流入
排気ガス中のＳＯ₂ は白金Ｐｔの表面上でＯ₂ ^-またはＯ
^2-と反応してＳＯ₃ となる。次いで生成されたＳＯ₃ の
一部は白金Ｐｔ上でさらに酸化されつつ吸収剤内に吸収
されて酸化バリウムＢａＯと結合しながら、硫酸イオン
ＳＯ₄ ^2-の形で吸収剤内に拡散し、安定した硫酸塩Ｂａ
ＳＯ₄ を生成する。

【００３８】しかしながらこの硫酸塩ＢａＳＯ₄ は安定
していて分解しづらく、流入排気ガスの空燃比を単にリ
ッチにしただけでは硫酸塩ＢａＳＯ₄ は分解されずにそ
のまま残る。したがってＮＯ_X 吸収剤２３内には時間が
経過するにつれて硫酸塩ＢａＳＯ₄ が増大することにな
り、斯くして時間が経過するにつれてＮＯ_X 吸収剤２３
が吸収しうるＮＯ_X 量が低下することになる。すなわち
時間が経過するにつれてＮＯ_X 吸収剤２３が劣化するこ
とになる。

【００３９】ところがこの場合、ＮＯ_X 吸収剤２３の温
度が一定温度、例えば６００℃以上になるとＮＯ_X 吸収
剤２３内において硫酸塩ＢａＳＯ₄ が分解し、このとき
ＮＯ _X 吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比をリッチ
にするとＮＯ_X 吸収剤２３からＳＯ_X を放出させること
ができる。そこで本発明の実施例ではＮＯ_X 吸収剤２３
からＳＯ_X を放出すべきときにＮＯ_X 吸収剤２３の温度
が高い場合にはＮＯ_X吸収剤２３に流入する排気ガスの
空燃比をリッチにしてＮＯ_X 吸収剤２３からＳＯ_X を放
出させ、ＳＯ_X を放出すべきときにＮＯ_X 吸収剤２３の
温度が低い場合にはＮＯ_X 吸収剤２３の温度を上昇させ
ると共にＮＯ_X 吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比
をリッチにするようにしている。

【００４０】次にＮＯ_X 吸収剤２３からＮＯ_X を放出す
べくＮＯ_X 吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比をリ
ッチにしたときの還元剤の量とＮＯ_X 吸収剤２３から下
流へ流出する排気ガス中のアンモニアＮＨ₃ の濃度との
関係について説明する。まず初めに還元剤の量について
説明する。ＮＯ_X 吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃
比を理論空燃比にするのに必要な燃料量に対して過剰な
燃料はＮＯ_X の放出および還元のために使用されるので
この過剰な燃料の量がＮＯ_X の放出および還元に使用さ
れる還元剤の量に一致する。このことはＮＯ_X 吸収剤２
３からＮＯ_X を放出すべきときに燃焼室５内における混
合気の空燃比をリッチにした場合でも、膨張行程末期ま
たは排気行程中に追加の燃料を噴射した場合でも、ＮＯ
_X 吸収剤２３上流の排気通路内に追加の燃料を噴射した
場合でも当てはまる。

【００４１】次にアンモニアの濃度について説明する。
空燃比がリーンのとき、すなわち酸化雰囲気のときには
アンモニアＮＨ₃ はほとんど発生しない。ところが空燃
比がリッチになると、すなわち還元雰囲気になると吸入
空気中または排気ガス中の窒素Ｎ₂ が酸化触媒または三
元触媒２０において炭化水素ＨＣにより還元され、アン
モニアＮＨ₃ が生成される。しかしながら空燃比がリッ
チになるとＮＯ_X 吸収剤２３からＮＯ_X が放出され、生
成されたアンモニアＮＨ₃ はこのＮＯ_X を還元するため
に使用されるのでＮＯ_X 吸収剤２３からＮＯ_X が放出さ
れている間、正確には供給された還元剤がＮＯ_X の放出
および還元のために使用されている間はＮＯ_X 吸収剤２
３から下流へアンモニアＮＨ₃ は流出しない。これに対
してＮＯ _X 吸収剤２３からのＮＯ_X の放出が完了した後
も空燃比がリッチにされていると、より正確に言うとＮ
Ｏ_X 吸収剤２３からＮＯ_X を放出し還元するために使用
されない余剰の還元剤が供給されるとアンモニアＮＨ₃
はもはやＮＯ_X の還元のために消費されることがなくな
り、斯くしてこのときにはＮＯ_X 吸収剤２３から下流へ
アンモニアＮＨ₃ が流出することになる。

【００４２】このことはＮＯ_X 吸収剤２３の上流に酸化
触媒または三元触媒２０が設けられていない場合でも生
ずる。すなわちＮＯ_X 吸収剤２３も還元機能を有する白
金Ｐｔ等の触媒を具えているので空燃比がリッチになる
とＮＯ_X 吸収剤２３においてアンモニアＮＨ₃ が生成さ
れる可能性がある。しかしながらたとえアンモニアＮＨ
₃ が生成されたとしてもこのアンモニアＮＨ₃ はＮＯ_X
吸収剤２３から放出されたＮＯ_X を還元するために使用
されるためにＮＯ_X 吸収剤２３から下流へはアンモニア
ＮＨ₃ が流出しない。ところがＮＯ_X 吸収剤２３からＮ
Ｏ_X を放出し還元するために使用されない余剰の還元剤
が供給されると前述したようにＮＯ_X 吸収剤２３から下
流へアンモニアＮＨ₃ が流出することになる。

【００４３】このようにＮＯ_X 吸収剤２３に流入する排
気ガスの空燃比がリッチにされたときにＮＯ_X 吸収剤２
３からＮＯ_X を放出し還元するために使用されない余剰
の還元剤が供給されるとこの余剰の還元剤はアンモニア
ＮＨ₃ の形でＮＯ_X 吸収剤２３から下流へ流出し、この
とき流出するアンモニア量は余剰の還元剤の量に比例す
る。したがってこのとき流出するアンモニア量から余剰
の還元剤量がわかることになる。このアンモニア量はア
ンモニア濃度を検出可能なＮＯ_X アンモニアセンサ２９
によって検出される。この場合、このアンモニア濃度の
積算値は余剰の還元剤量を表していると考えられ、した
がってアンモニア濃度の積算値は余剰の還元剤量を表わ
す代表値であると言える。またこのアンモニア濃度の最
大値が余剰の還元剤量を表していると考えることもで
き、したがってアンモニア濃度の最大値は余剰の還元剤
量を表わす代表値であると言える。

【００４４】次に図７を参照しつつ還元剤の供給制御の
第１実施例について説明する。図７を参照するとΣＮＯ
ＸはＮＯ_X 吸収剤２３に吸収されているトータルのＮＯ
_X 量（総ＮＯ_X 吸収量）を示しており、Ｉ₁ はＮＯ_X ア
ンモニアセンサ２９の検出電流を示している。なお図７
においてＮＯ_X およびＮＨ₃ は排気ガス中のＮＯ_X 濃度
およびＮＨ₃ 濃度の変化によるＮＯ_X アンモニアセンサ
２９の検出電流の変化を夫々示しており、これら検出電
流の双方がＮＯ_X アンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ₁
に表われる。またＥは空燃比センサ３０の出力電圧を示
しており、Ａ／Ｆは燃焼室５内における混合気の平均空
燃比を示している。

【００４５】図７に示したように総ＮＯ_X 吸収量ΣＮＯ
Ｘが増大してＮＯ_X 吸収剤２３の吸収能力限界に近づく
とＮＯ_X 吸収剤２３から下流へとＮＯ_X が流出しはじめ
るのでＮＯ_X アンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ₁ が上
昇しはじめる。図７に示した実施例ではＮＯ_X 吸収剤２
３の総ＮＯ_X 吸収量を推定し、ＮＯ_X 吸収剤２３に流入
する排気ガスの空燃比をリッチにした後に再びリッチに
するまでのリッチ時間間隔をこの総ＮＯ_X 吸収量の推定
値に基づき制御する。すなわちこの第１実施例ではＮＯ
_X 吸収剤２３に吸収されているトータルのＮＯ_X 量を推
定するための総ＮＯ_X 吸収量推定手段を具備しており、
図７に示したように総ＮＯ_X 吸収量推定手段により推定
された総ＮＯ_X 吸収量ΣＮＯＸが許容値ＮＯＸmax −α
を越えたときに空燃比をリーンからリッチに一時的に切
換えるようにしている。ここでＮＯＸmax はＮＯ_X 吸収
剤２３に吸収しうる最大ＮＯ_X 吸収量である。なお別の
実施例として許容値を最大ＮＯ_X 吸収量ＮＯＸmax の例
えば９０％といったように最大ＮＯ_X 吸収量ＮＯＸmax
に対して予め定められた割合としてもよい。

【００４６】空燃比Ａ／Ｆがリーンからリッチに切換え
られてもリッチ空燃比の排気ガスがＮＯ_X 吸収剤２３に
到達するには時間を要するので空燃比Ａ／Ｆがリッチに
切換えられた直後はＮＯ_X 吸収剤２３から下流へ流出す
るＮＯ_X 量が増大し続ける。次いでリッチ空燃比の排気
ガス中に含まれる還元剤によるＮＯ_X の還元作用が開始
されるためにＮＯ_X 吸収剤２３から下流へはＮＯ_X が流
出しなくなる。したがって空燃比がリーンからリッチに
切換えられるとＮＯ_X アンモニアセンサ２９の検出電流
Ｉ₁ は短時間上昇した後、零まで低下する。一方、空燃
比がリーンからリッチに切換えられるとＮＯ_X 吸収剤２
３からのＮＯ_X の放出作用が開始され、斯くしてＮＯ_X
吸収剤２３に吸収されているＮＯ_X 量ΣＮＯＸは徐々に
減少する。

【００４７】次に第１実施例における総ＮＯ_X 吸収量の
算出方法について説明する。ＮＯ_X吸収剤２３に流入す
る排気ガス（以下、流入排気ガスと称す。）の空燃比が
リーンであるときに単位時間当たりにＮＯ_X 吸収剤２３
に吸収されるＮＯ_X の量（以下、単位ＮＯ_X 吸収量と称
す。）はＮＯ_X 吸収剤２３に最大限に吸収しうるＮＯ _X
の量（以下、最大ＮＯ_X 吸収量と称す。）と、ＮＯ_X 吸
収剤２３へＮＯ_X が吸収される速度に関する係数（以
下、ＮＯ_X 吸収速度）と、流入排気ガス中のＮＯ _X 濃度
（以下、流入ＮＯ_X 濃度と称す。）と、ＮＯ_X 吸収剤２
３に現在吸収されているトータルのＮＯ_X の量（総ＮＯ
_X 吸収量）とに基づいて算出可能である。

【００４８】そしてこれらパラメータ、すなわち単位Ｎ
Ｏ_X 吸収量と、最大ＮＯ_X 吸収量と、ＮＯ_X 吸収速度
と、流入ＮＯ_X 濃度と、総ＮＯ_X 吸収量との間には或る
一定の関係が成り立つ。そこで本実施例ではこれパラメ
ータ間に成り立つ関係式を実験により予め求めておき、
所定の時間間隔ごとに当該関係式に最大ＮＯ_X 吸収量
と、ＮＯ_X 吸収速度と、流入ＮＯ_X 濃度と、総ＮＯ_X 吸
収量とを代入して単位ＮＯ _X 吸収量を算出し、斯くして
算出された単位ＮＯ_X 吸収量を積算することにより総Ｎ
Ｏ_X 吸収量を算出する。なお本実施例において実験によ
り求められる関係式は図８（Ａ）に示した式である。図
示した関係式においてＡａｂｃは単位ＮＯ_X吸収量、Ｎ
ＯＸmax は最大ＮＯ_X 吸収量、ＫａｂはＮＯ_X 吸収速
度、Ｃnox は流入ＮＯ_X 濃度、ΣＮＯＸは総ＮＯ_X 吸収
量である。

【００４９】ここで最大ＮＯ_X 吸収量とＮＯ_X 吸収速度
との初期値としては実験により予め求めた値を用いる。
これら最大ＮＯ_X 吸収量およびＮＯ_X 吸収速度はＮＯ_X
吸収剤２３が劣化しない限りにおいては機関運転状態の
変化とは関係なくほぼ一定である。しかしながらＮＯ_X
吸収剤２３の使用が開始されるとＮＯ_X 吸収剤２３はＳ
Ｏ_X の吸収や排気ガスの熱などにより徐々に劣化し、最
大ＮＯ_X 吸収量およびＮＯ_X 吸収速度は変化する。した
がって本実施例では後述する方法によりこれら最大ＮＯ
_X 吸収量およびＮＯ_X 吸収速度を適宜修正する。一方、
流入ＮＯ_X 濃度は機関運転状態の変化に伴って変化し、
総ＮＯ_X 吸収量も時間の経過と共に変化するのでこれら
流入ＮＯ_X 濃度および総ＮＯ_X 吸収量としては単位ＮＯ
_X 吸収量算出時にその都度算出した値を用いる。

【００５０】また流入ＮＯ_X 濃度Ｃnox は次のようにし
て算出される。すなわちＮＯ_X 吸収剤２３に単位時間当
たりに流入するＮＯ_X の量（以下、単位ＮＯ_X 流入量と
称す。）は機関回転数と機関負荷との関数となるので単
位ＮＯ_X 流入量ＮＡを図９に示したようにマップの形で
機関回転数Ｎと機関負荷Ｑ／Ｎとの関数で予めＲＯＭ３
４に記憶しておき、当該マップに基づいて算出される単
位ＮＯ_X 流入量ＮＡを単位時間当たりの吸気量にて除算
することにより流入ＮＯ_X 濃度を算出することができ
る。

【００５１】ところで上述したように最大ＮＯ_X 吸収量
はＮＯ_X 吸収剤２３の劣化に伴って徐々に少なくなり、
ＮＯ_X 吸収速度は徐々に遅くなる。この場合には最大Ｎ
Ｏ_X吸収量およびＮＯ_X 吸収速度をそのまま用いて単位
ＮＯ_X 吸収量を算出しても正確な単位ＮＯ_X 吸収量は算
出されない。そこで本実施例では以下の方法により最大
ＮＯ_X 吸収量とＮＯ_X 吸収速度とを適宜修正し、これに
より正確な最大ＮＯ_X吸収量とＮＯ_X 吸収速度とを獲得
する。

【００５２】すなわちＮＯ_X 吸収剤２３下流にはＮＯ_X
吸収剤２３から流出する排気ガス中のＮＯ_X 濃度（以
下、流出ＮＯ_X 濃度と称す。）を検出しうるＮＯ_X アン
モニアセンサ２９が配置されているのでこのＮＯ_X アン
モニアセンサ２９の出力を用いれば単位時間当たりにＮ
Ｏ_X 吸収剤２３から流出するＮＯ_X の量（以下、単位Ｎ
Ｏ_X 流出量と称す。）Ａｏｕｔｓを算出することができ
る。ここで上述したように単位ＮＯ_X 流入量ＮＡは図９
のマップから算出可能であるので図８（Ｂ）に示した関
係式に従って斯くして算出した単位ＮＯ_X 流入量ＮＡか
ら単位ＮＯ_X 流出量Ａｏｕｔｓを差し引けば単位ＮＯ_X
吸収量Ａａｂｓが算出される。なお単位ＮＯ_X 流出量Ａ
ｏｕｔはＮＯ_X アンモニアセンサ２９の出力電流Ｉ₁ に
所定の係数Ｋ₁ を掛けて算出される。

【００５３】斯くして算出した単位ＮＯ_X 吸収量（以
下、実測値と称す。）Ａａｂｓと上記関係式に基づいて
算出した単位ＮＯ_X 吸収量（以下、理論値と称す。）Ａ
ａｂｃとを比較したときにＮＯ_X 吸収剤２３が劣化して
いなければこれら実測値Ａａｂｓと理論値Ａａｂｃはほ
ぼ等しくなる。しかしながらＮＯ_X 吸収剤２３が劣化し
ているときにはこれら実測値Ａａｂｓと理論値Ａａｂｃ
とは相当にずれている。したがってこの場合には今回、
上記関係式を用いて理論値Ａａｂｃを算出する以前に理
論値Ａａｂｃを算出したときに用いた単位ＮＯ_X 吸収
量、流入ＮＯ_X 濃度、および総ＮＯ_X 吸収量を記憶して
おき、これらパラメータと、今回、上記関係式を用いて
理論値Ａａｂｃを算出したときに用いた流入ＮＯ_X 濃
度、総ＮＯ_X 吸収量、および単位ＮＯ_X 吸収量の実測値
をそれぞれ上記関係式に代入して最大ＮＯ_X 吸収量ＮＯ
Ｘmax とＮＯ_X 吸収速度Ｋａｂとを改めて算出する。す
なわち本実施例では最大ＮＯ_X 吸収量ＮＯＸmax とＮＯ
_X 吸収速度ＫａｂとはＮＯ_X アンモニアセンサ２９の出
力により修正されることになる。これによればＮＯ_X 吸
収剤２３の最大ＮＯ_X 吸収量とＮＯ_X 吸収速度とを正確
に把握することができる。本実施例によればこのように
ＮＯ_X 吸収剤２３の状態に即して算出される最大ＮＯ_X
吸収量とＮＯ_X 吸収速度とを用いて総ＮＯ_X 吸収量が算
出されるので結果として常に総ＮＯ_X 吸収量が正確に把
握される。

【００５４】ところで空燃比がリーンからリッチに切換
えられると過剰な燃料、すなわち還元剤はＮＯ_X を還元
するために消費されるのでＮＯ_X 吸収剤２３から下流へ
流出する排気ガスの空燃比はほぼ理論空燃比となる。こ
の場合、なぜそうなるのかという理由は明確ではないが
ＮＯ_X 吸収剤２３が劣化していないときにはＮＯ_X 吸収
剤２３から下流へ流出する排気ガスの空燃比はわずかば
かりリーンとなり、ＮＯ_X 吸収剤２３が劣化するとＮＯ
_X 吸収剤２３から下流へ流出する排気ガスの空燃比はわ
ずかばかりリッチとなる傾向がある。しかしながらいず
れの場合でもＮＯ_X 吸収剤２３からのＮＯ_X の放出作用
が完了する頃になるとＮＯ_X 吸収剤２３から下流へ流出
する排気ガスの空燃比は小さくなる。

【００５５】図７は空燃比がリーンからリッチに切換え
られたときにＮＯ_X 吸収剤２３から下流へ流出する排気
ガスの空燃比がわずかばかりリーンとなっている場合を
示しており、ＮＯ_X 吸収剤２３からのＮＯ_X の放出作用
が完了する頃になると、すなわち総ＮＯ_X 吸収量ΣＮＯ
Ｘが零に近づくと空燃比センサ３０の出力電圧Ｅがリッ
チであることを示す出力信号レベルに向けて変化し、す
なわち上昇することがわかる。この出力信号レベルＥの
変化は応答性がよく、したがってこの出力信号レベルＥ
の変化に基づいて空燃比をリッチからリーンに切換えれ
ばＮＯ_X 吸収剤２３からのＮＯ_X の放出作用が完了した
ときに空燃比をリッチからリーンに切換えることができ
る。

【００５６】そこで図７に示した実施例では空燃比セン
サ３０の出力電圧Ｅに対して基準電圧Ｅ_S を設定してお
き、すなわち一般的な表現を用いると空燃比検出手段の
出力信号レベルＥに対して基準レベルＥ_S を設定してお
き、出力信号レベルＥが基準レベルＥ_S を越えたときに
空燃比をリッチからリーンに切換えるようにしている。

【００５７】ところで空燃比センサ３０の出力電圧Ｅは
ＮＯ_X の放出作用の完了に対して応答性よく変化するが
空燃比センサ３０やＮＯ_X 吸収剤２３の性能のばらつ
き、或いは経時変化によって出力電圧Ｅは変化のしかた
がいろいろと変わる。したがって基準レベルＥ_S を一定
値に固定しておくとＮＯ_X の放出完了時に空燃比をリッ
チからリーンに切換えられなく場合が生じてくる。

【００５８】一方、空燃比がリーンからリッチに切換え
られたときにＮＯ_X 吸収剤２３からＮＯ_X を放出し還元
するために使用されない余剰の還元剤が供給されたとす
るとこのときにはＮＯ_X 吸収剤２３から下流へアンモニ
アＮＨ₃ が流出するので図７に示したようにＮＯ_X アン
モニアセンサ２９の検出電流Ｉ₁ が上昇する。この場
合、図７においてハッチングで示される検出電流Ｉ₁ の
積算値ΣＩおよび検出電流Ｉ₁ の最大値Ｉmax は余剰の
還元剤量を表している。

【００５９】このＮＯ_X アンモニアセンサ２９の検出電
流Ｉ₁ はＮＯ_X の放出完了に対して応答遅れがあるが余
剰の還元剤量は検出電流Ｉ₁ から正確に求まる。そこで
本発明ではＮＯ_X アンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ₁
の変化に基づいて、すなわちアンモニア濃度の変化に基
づいてＮＯ_X 吸収剤２３からのＮＯ_X の放出が完了した
ときに排気ガスの空燃比がリッチからリーンに切換えら
れるように基準レベルＥ_S を変化させるようにしてい
る。

【００６０】具体的に言うと検出電流Ｉ₁ の積算値Σ
Ｉ、或いは検出電流Ｉ₁ の最大値Ｉmax に対して小さな
値の目標値を予め設定しておき、ΣＩまたはＩmax が目
標値よりも大きくなったとき、すなわち余剰の還元剤量
が多いときにはリッチからリーンへの空燃比の切換時期
を早めて余剰の還元剤量が少くなくなるように基準レベ
ルＥ_S を低下させ、すなわち基準レベルＥ_S をリーンで
あることを示す出力信号レベル側へ変化させ、ΣＩまた
はＩmax が目標値よりも小さくなったとき、すなわち余
剰の還元剤量が零または零に近いときにはリッチからリ
ーンへの空燃比の切換時期を遅らせて余剰の還元剤量が
多くなくなるように基準レベルＥ_S を上昇させ、すなわ
ち基準レベルＥ_S をリッチであることを示す出力信号レ
ベル側へ変化させるようにしている。

【００６１】ところでＮＯ_X 吸収剤２３に流入する排気
ガスの空燃比がリーンからリッチに切換えられたときに
はＮＯ_X 吸収剤２３に吸収されているＮＯ_X が排気ガス
中の還元剤（すなわち炭化水素）によって放出・還元さ
れる。したがって総ＮＯ_X 吸収量ΣＮＯＸを徐々に減少
すべきである。そこで次に本実施例においてＮＯ_X 吸収
剤２３に流入する排気ガスの空燃比がリッチであるとき
の総ＮＯ_X 吸収量ΣＮＯＸの算出方法について説明す
る。

【００６２】ＮＯ_X 吸収剤２３に流入する排気ガスの空
燃比がリーンであるときに単位時間当たりにＮＯ_X 吸収
剤２３から放出・還元されるＮＯ_X の量（以下、単位Ｎ
Ｏ_X還元量と称す。）はＮＯ_X 吸収剤２３からＮＯ_X が
放出・還元される速度に関する係数（以下、ＮＯ_X 還元
速度と称す。）と、流入排気ガス中の還元剤濃度（以
下、流入還元剤濃度と称す。）と、ＮＯ_X 吸収剤２３に
現在吸収されているトータルのＮＯ_X の量（総ＮＯ_X 吸
収量）とに基づいて算出可能である。

【００６３】そしてこれらパラメータ、すなわち単位Ｎ
Ｏ_X 還元量と、ＮＯ_X 還元速度と、流入還元剤濃度と、
総ＮＯ_X 吸収量との間には或る一定の関係が成り立つ。
そこで本実施例ではこれらパラメータ間に成り立つ関係
式を実験式により予め求めておき、所定の時間間隔ごと
に当該関係式にＮＯ_X 還元速度と、流入還元剤濃度と、
総ＮＯ_X 吸収量とを代入して単位ＮＯ_X 還元量を算出
し、斯くして算出された単位ＮＯ_X 還元量をその時の総
ＮＯ_X 吸収量から減算することにより総ＮＯ_X 吸収量を
算出する。なお本実施例において実験により求められる
関係式は図８（Ｄ）に示した式である。図示した関係式
においてＡｒｅは単位ＮＯ_X 還元量、ＫｒｅはＮＯ_X 還
元速度、Ｃｈｃは流入還元剤濃度、ΣＮＯＸは総ＮＯ_X
吸収量である。

【００６４】ここでＮＯ_X 還元速度の初期値としては実
験により予め求めた値を用いる。このＮＯ_X 還元速度は
ＮＯ_X 吸収剤２３が劣化しない限りにおいては機関運転
状態の変化とは関係なくほぼ一定である。しかしながら
ＮＯ_X 吸収剤２３の使用が開始されるとＮＯ_X 吸収剤２
３はＳＯ_X の吸収や排気ガスの熱などにより徐々に劣化
し、ＮＯ_X 還元速度は変化する。したがって本実施例で
は後述する方法によりこのＮＯ_X 還元速度を適宜修正す
る。一方、流入還元剤濃度は機関運転状態、具体的には
燃焼室５内に導入せしめられる空気の量と燃料噴射弁１
０から噴射される燃料の量との変化に伴って変化し、総
ＮＯ_X 吸収量も時間の経過と共に変化するのでこれら流
入還元剤濃度および総ＮＯ_X 吸収量としては単位ＮＯ_X
還元量算出時にその都度算出した値を用いる。

【００６５】ところで上述したようにＮＯ_X 還元速度Ｋ
ｒｅはＮＯ_X 吸収剤２３の劣化に伴って徐々に遅くな
る。この場合にはＮＯ_X 還元速度Ｋｒｅをそのまま用い
て単位ＮＯ_X 還元量Ａｒｅを算出しても正確な単位ＮＯ
_X 還元量は算出されない。そこで本実施例では以下の方
法によりＮＯ_X 還元速度Ｋｒｅを適宜修正し、これによ
り正確なＮＯ_X 還元速度を獲得する。

【００６６】すなわちＮＯ_X 吸収剤２３下流にはＮＯ_X
吸収剤２３から流出する排気ガス中のアンモニア濃度
（以下、流出アンモニア濃度と称す。）を検出しうるＮ
Ｏ_X アンモニアセンサ２９が配置されているのでこのＮ
Ｏ_X アンモニアセンサ２９の出力を用いればＮＯ_X 吸収
剤２３におけるＮＯ_X の放出・還元が完了したことを知
ることができる。ここで流入排気ガスの空燃比がリッチ
である間に総ＮＯ_X 吸収量を算出するために用いられる
ＮＯ_X 還元速度が真の値であればＮＯ_X アンモニアセン
サ２９がＮＯ_X 吸収剤２３におけるＮＯ_X の放出・還元
が完了したことを検出する前においては総ＮＯ_X 吸収量
は零とはならず、少なくとも或る一定の値よりも多く、
一方、ＮＯ_X アンモニアセンサ２９がＮＯ_X 吸収剤２３
におけるＮＯ_X の放出・還元が完了したことを検出した
ときにおいては総ＮＯ_X 吸収量は零となるか、或いは少
なくとも或る一定の値よりも少なくなるはずである。

【００６７】言い換えればＮＯ_X アンモニアセンサ２９
がＮＯ_X 吸収剤におけるＮＯ_X 放出・還元が完了したこ
とを検出する前において総ＮＯ_X 吸収量が零となるか、
或いは或る一定の値よりも少なくなったときには総ＮＯ
_X 吸収量を算出するために用いたＮＯ_X 還元速度が速す
ぎたと判断することができるので本実施例ではこの場合
には現在使用しているＮＯ_X 還元速度を所定値だけ遅く
する。ここでの所定値は一定値でもよいし、或いは総Ｎ
Ｏ_X 吸収量が零となったとき、或いは或る一定の値より
も少なくなったときからＮＯ_X アンモニアセンサ２９に
よりＮＯ_X 吸収剤２３におけるＮＯ_X の放出・還元が完
了したことが検出されるまでの時間に基づいて当該時間
が長いほど大きくなる値でもよい。

【００６８】一方、ＮＯ_X アンモニアセンサ２９がＮＯ
_X 吸収剤２３におけるＮＯ_X の放出・還元が完了したこ
とを検出したときに総ＮＯ_X 吸収量が零となっていない
か、或いは依然として或る一定の値よりも多いときには
総ＮＯ_X 吸収量を算出するために用いたＮＯ_X 還元速度
が遅すぎたと判断することができるので本実施例ではこ
の場合には現在使用しているＮＯ_X 還元速度を所定値だ
け速くする。ここでの所定値は一定値でもよいし、或い
はＮＯ_X アンモニアセンサ２９によりＮＯ_X 吸収剤２３
におけるＮＯ_X の放出・還元が完了したことが検出され
たときにおける総ＮＯ_X 吸収量に基づいて当該総ＮＯ_X
吸収量が多いほど大きくなる値でもよい。このように本
実施例ではＮＯ_X 還元速度はＮＯ_X アンモニアセンサ２
９の出力により修正されることになる。これによればＮ
Ｏ_X 還元速度を正確に把握することができる。本実施例
によればこのようにＮＯ_X 吸収剤２３の状態に即して算
出されるＮＯ_X 還元速度を用いて総ＮＯ_X 吸収量が算出
されるので結果として常に総ＮＯ_X 吸収量が正確に把握
される。

【００６９】図１０は第１実施例を実行するためのルー
チンを示している。図１０を参照するとまず初めにステ
ップ１００において図５（Ｂ）に示したマップから基本
燃料噴射量ＴＡＵが算出される。次いでステップ１０１
ではＮＯ_X 吸収剤２３からＮＯ_X を放出すべきことを示
すＮＯ_X 放出フラグがセットされているか否かが判別さ
れる。ＮＯ_X 放出フラグがセットされていないときには
ステップ１０２に進んで後述する図１１および図１２の
ルーチンにより算出される総ＮＯ_X 吸収量ΣＮＯＸが最
大ＮＯ_X 吸収量ＮＯＸmax よりも値αだけ少ない値を越
えたか否かが判別される。ΣＮＯＸ≦ＮＯＸmax −αの
とき、すなわちＮＯ_X 吸収剤２３のＮＯ _X 吸収能力に未
だ余裕があるときにはステップ１０４にジャンプする。
ステップ１０４では図５（Ｃ）に示したマップから補正
係数Ｋが算出される。次いでステップ１０５では基本燃
料噴射量ＴＡＵに補正係数Ｋを乗算することによって最
終的な燃料噴射量ＴＡＵＯ（＝Ｋ・ＴＡＵ）が算出さ
れ、この噴射量ＴＡＵＯでもって燃料噴射が行われる。
次いでステップ１０６ではＮＯ_X 吸収剤２３からのＳＯ
_X を放出するためのＳＯ_X 放出処理を行うべきか否かが
判断される。ＳＯ_X 放出処理を行う必要のないときには
処理サイクルを完了する。

【００７０】一方、ステップ１０２においてΣＮＯＸ＞
ＮＯＸmax −αになったと判断されたときにはステップ
１０３に進んでＮＯ_X 放出フラグがセットされ、次いで
ステップ１０３ａに進んでＮＨ₃ 検出フラグがセットさ
れる。次いでステップ１０４に進む。ＮＯ_X 放出フラグ
がセットされると次の処理サイクルではステップ１０１
からステップ１０８に進んでリッチ補正係数Ｋ_R が算出
される。次いでステップ１０９では基本燃料噴射量ＴＡ
Ｕにリッチ補正係数Ｋ_R とリッチ修正係数Ｋ_S とを乗算
することによって最終的な燃料噴射量ＴＡＵＯ（＝Ｋ_R
・ＴＡＵ・Ｋ_S ）が算出され、この噴射量ＴＡＵＯでも
って燃料噴射が行われる。なおリッチ修正係数Ｋ_S は図
１１および図１２のルーチンにおいてＮＯ_X 還元速度を
修正するのに伴って算出される係数である。ステップ１
０９によればリーン空燃比のもとでの成層燃焼またはリ
ーン空燃比のもとでの均一混合気燃焼からリッチ空燃比
のもとでの均一混合気燃焼に切換えられ、それによって
ＮＯ_X 吸収剤２３からのＮＯ_X の放出作用が開始され
る。

【００７１】次いでステップ１１０では空燃比センサ３
０の出力電圧Ｅが基準電圧Ｅ_S を越えたか否かが判別さ
れる。Ｅ≦Ｅ_S のときにはステップ１０６に進む。これ
に対してＥ＞Ｅ_S になるとステップ１１１に進んでＮＯ
_X 放出フラグがリセットされる。ＮＯ_X 放出フラグがリ
セットされると空燃比がリッチからリーンに切換えられ
る。一方、ステップ１０６においてＳＯ_X 放出処理を行
うべきであると判断されるとステップ１０７に進んでＮ
Ｏ_X 吸収剤２３からＳＯ_X を放出させる処理が行われ
る。すなわちＮＯ_X 吸収剤２３の温度をほぼ６００℃以
上に維持しつつ空燃比がリッチとされる。

【００７２】図１１および図１２は本実施例の総ＮＯ_X
吸収量ΣＮＯＸを算出するためのルーチンを示してい
る。図１１において初めにステップ２００においてＮＯ
_X 吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比がリーンであ
るか否かが判別される。ステップ２００において流入排
気ガスの空燃比がリーンであると判別されるとステップ
２０１において機関回転数Ｎと機関負荷Ｌと吸入空気量
Ｑとが算出され、次いでステップ２０２において図９に
示したマップから機関回転数Ｎと機関負荷Ｌとに基づい
てＮＯ_X 吸収剤２３に流入するＮＯ_X の量ＮＡが算出さ
れる。次いでステップ２０３においてＮＯ_X 吸収剤２３
に流入する排気ガス中のＮＯ_X 濃度Ｃnoxが算出され、
次いでステップ２０４において図８（Ａ）に示した関係
式から単位時間当たりにＮＯ_X 吸収剤２３に吸収される
ＮＯ_X の量（単位ＮＯ_X 吸収量）の理論値Ａａｂｃが算
出される。次いでステップ２０５において図８（Ｂ）お
よび図８（Ｃ）の関係式から単位ＮＯ_X 吸収量の実測値
Ａａｂｓが算出される。

【００７３】次いでステップ２０７において理論値Ａａ
ｂｃと実測値Ａａｂｓとの間のずれが所定値βの範囲に
あるか否かが判別される。ステップ２０７においてＡａ
ｂｓ−β＜Ａａｂｃ＜Ａａｂｓ＋βであると判別された
ときには図８（Ａ）に示した関係式にて用いられた最大
ＮＯ_X 吸収量ＮＯＸmax およびＮＯ_X 吸収速度Ｋａｂの
値が真の値であると判断し、ステップ２０８において単
位ＮＯ_X 吸収量Ａａｂとしてその理論値Ａａｂｃを採用
し、ステップ２０９においてこの単位ＮＯ_X 吸収量Ａａ
ｂが現在の総ＮＯ_X 吸収量ΣＮＯＸに加算され、新たな
総ＮＯ_X 吸収量ΣＮＯＸが算出され、次いでステップ２
０９ａにおいて今回のルーチン実行時における最大ＮＯ
_X 吸収量ＮＯＸmax と、流入排気ガス中のＮＯ_X 濃度Ｃ
nox と、単位ＮＯ_X 吸収量Ａａｂとが保存される。

【００７４】一方、ステップ２０７においてＡａｂｓ−
β≧ＡａｂｃまたはＡａｂｃ≧Ａａｂｓ＋βであると判
別されたときには図８（Ａ）に示した関係式にて用いら
れた最大ＮＯ_X 吸収量ＮＯＸmax またはＮＯ_X 吸収速度
Ｋａｂの値が真の値ではないと判断し、ステップ２１１
において単位ＮＯ_X 吸収量Ａａｂとしてその実測値Ａａ
ｂｓを採用し、次いでステップ２１２において今回のル
ーチン以前にステップ２０９ａにおいて保存された単位
ＮＯ_X 吸収量Ａａｂと、流入排気ガス中のＮＯ _X 濃度Ｃ
nox と、総ＮＯ_X 吸収量ΣＮＯＸとを図８（Ａ）に示し
た関係式に代入して１つの方程式を獲得し、さらに今回
のルーチン実行時における単位ＮＯ_X 吸収量Ａａｂと、
流入排気ガス中のＮＯ_X 濃度Ｃnox と、総ＮＯ_X 吸収量
ΣＮＯＸとを同様に図８（Ａ）に示した関係式に代入し
て別の１つの方程式を獲得し、これら２つの方程式から
求められる２つの値ＮＯＸmax ，Ｋａｂをそれぞれ新た
な最大ＮＯ_X 吸収量およびＮＯ_X 吸収速度とすることで
これらパラメータを修正し、ステップ２０９に進む。

【００７５】ところでステップ２００において流入排気
ガスの空燃比がリッチであると判別されると図１２のス
テップ２１３において機関回転数Ｎと機関負荷Ｌと吸入
空気量Ｑとが算出され、次いでステップ２１４において
機関回転数Ｎと機関負荷Ｌと吸入空気量Ｑとに基づいて
ＮＯ_X 吸収剤２３に流入する排気ガス中の還元剤、すな
わち炭化水素の濃度Ｃｈｃが算出される。すなわち燃料
噴射弁１０から噴射される燃料の量は機関回転数Ｎと機
関負荷Ｌとに基づいて決定され、斯くして決定される燃
料噴射量のうち燃焼室５内にて燃焼しない燃料量を吸入
空気量Ｑで割れば流入排気ガス中の還元剤濃度が算出さ
れるので結局のところ機関回転数Ｎと、機関負荷Ｌと、
吸入空気量Ｑとに基づいて流入排気ガス中の還元剤濃度
Ｃｈｃを算出することができる。

【００７６】次いでステップ２１５において図８（Ｄ）
に示した関係式から単位ＮＯ_X 還元量Ａｒｅが算出さ
れ、次いでステップ２１６において現在の総ＮＯ_X 吸収
量ΣＮＯＸから単位ＮＯ_X 還元量Ａｒｅが差し引かれて
新たに総ＮＯ_X 吸収量ΣＮＯＸが算出され、ステップ２
１７に進む。ステップ２１７ではＮＯ_X アンモニアセン
サ２９の出力電流Ｉ₁ が基準値Ｉｔを越えたか否かが判
別される。ステップ２１７においてＩ₁ ＞Ｉｔであると
きにはステップ２１８に進んでＮＯ_X 放出フラグがリセ
ットされる。ここで図１０のステップ１１１においてＮ
Ｏ_X 放出フラグがリセットされていなければステップ２
１８においてＮＯ_X 放出フラグがリセットされることに
よりＮＯ_X 吸収剤２３に流入する排気ガスの空燃比がリ
ッチからリーンとされ、したがってＮＯ_X 吸収剤２３か
らのＮＯ_X の放出・還元が図１０のフローチャートによ
るのではなく強制的に終了せしめられる。

【００７７】次いでステップ２１９において総ＮＯ_X 吸
収量ΣＮＯＸが判定値Ａよりも多いか否かが判別され
る。ステップ２１９においてΣＮＯＸ≦Ａであれば図８
（Ｄ）の関係式にて用いられたＮＯ_X 還元速度Ｋｒｅの
値が真の値であると判断し、現在使用しているＮＯ_X 還
元速度を修正することなくそのままルーチンを終了す
る。一方、ステップ２１９においてΣＮＯＸ＞Ａである
と判別されたときにはステップ２２０に進んで図８
（Ｄ）の関係式にて用いられるＮＯ_X 還元速度Ｋｒｅが
所定の値だけ速くせしめられ、次いでステップ２２１に
おいて流入排気ガスの空燃比をリッチとするときに図１
０のステップ１０９において使用されるリッチ修正係数
Ｋ_S がリッチ度合が大きくなるように修正される。

【００７８】一方、ステップ２１７においてＩ₁ ≦Ｉｔ
であると判別されたときにはステップ２２２において総
ＮＯ_X 吸収量ΣＮＯＸが判定値Ａよりも少ないか否かが
判別される。ステップ２２２においてΣＮＯＸ≧Ａであ
ると判別されたときには図８（Ｄ）の関係式にて用いら
れたＮＯ_X 還元速度Ｋｒｅの値が真の値であると判断
し、現在使用しているＮＯ_X 還元速度を修正することな
くそのままルーチンを終了する。一方、ステップ２２２
においてΣＮＯＸ＜Ａであると判別されたときにはステ
ップ２２３に進んで図８（Ｄ）の関係式にて用いられる
ＮＯ_X 還元速度Ｋｒｅが所定の値だけ遅くせしめられ、
次いでステップ２２４において流入排気ガスの空燃比を
リッチとするときに図１０のステップ１０９において使
用されるリッチ修正係数Ｋ_S がリッチ度合が小さくなる
ように修正される。

【００７９】図１３は目標レベルＥ_S を算出するための
ルーチンを示している。図１３を参照するとまず初めに
ステップ３００においてＮＨ₃ 検出フラグがセットされ
ているか否かが判別される。このＮＨ₃ 検出フラグは図
１０のステップ１０２においてΣＮＯＸ＞ＮＯＸmax −
αとなったときにセットされる。ＮＨ₃ 検出フラグがセ
ットされているときにはステップ３０１に進んでＮＨ₃
検出フラグがセットされてからの経過時間ｔが一定時間
ｔ₁ を越えたか否かが判別される。この一定時間ｔ₁ は
空燃比がリーンからリッチにされた後にＮＯ_X アンモニ
アセンサ２９の検出電流Ｉ₁ が零まで低下し終わるまで
の時間である。ｔ＞ｔ₁ になるとステップ３０２に進ん
でＮＨ₃ 検出フラグがセットされてからの経過時間ｔが
一定時間ｔ₂ を越えたか否かが判別される。この一定時
間ｔ₂ はＮＯ_X 吸収剤２３から下流へアンモニアが流出
したときにどのようなアンモニア量であってもＮＯ_X ア
ンモニアセンサ２９がアンモニア濃度を検出しうるのに
十分な時間である。ｔ≦ｔ ₂ のときにはステップ３０３
に進む。

【００８０】ステップ３０３ではＮＯ_X アンモニアセン
サ２９の検出電流Ｉ₁ が算出される。次いでステップ３
０４ではこの検出電流Ｉ₁ をΣＩに加算することによっ
て検出電流の積算値ΣＩが算出される。次いでステップ
３０２においてｔ＞ｔ₂ になったと判別されたときには
ステップ３０５に進んで検出電流の積算値ΣＩが目標値
Ｓr よりも大きいか否かが判別される。ΣＩ＞Ｓr のと
きにはステップ３０６に進んで目標レベルＥ_S が予め定
められた設定値ａだけ減少せしめられ、次いでステップ
３０８に進む。これに対してΣＩ≦Ｓr のときにはステ
ップ３０７に進んで目標レベルＥ_S が予め定められた設
定値ａだけ増大せしめられ、次いでステップ３０８に進
む。ステップ３０８ではΣＩがクリアされ、ＮＨ₃ 検出
フラグがリセットされる。

【００８１】図１４は目標レベルＥ_S を算出するための
ルーチンの別の例を示している。図１４を参照するとま
ず初めにステップ４００においてＮＨ₃ 検出フラグがセ
ットされているか否かが判別される。このＮＨ₃ 検出フ
ラグは図１０のステップ１０２においてΣＮＯＸ＞ＮＯ
Ｘmax −αとなったときにセットされる。ＮＨ₃ 検出フ
ラグがセットされているときにはステップ４０１に進ん
でＮＨ₃ 検出フラグがセットされてからの経過時間ｔが
一定時間ｔ₁ を越えたか否かが判別される。この一定時
間ｔ₁ は前述したように空燃比がリーンからリッチにさ
れた後にＮＯ_Xアンモニアセンサ２９の検出電流Ｉ₁ が
零まで低下し終わるまでの時間である。ｔ＞ｔ₁ になる
とステップ４０２に進んでＮＨ₃ 検出フラグがセットさ
れてからの経過時間ｔが一定時間ｔ₂ を越えたか否かが
判別される。この一定時間ｔ₂ は前述したようにＮＯ_X
吸収剤２３から下流へアンモニアが流出したときにどの
ようなアンモニア量であってもＮＯ_X アンモニアセンサ
２９がアンモニア濃度を検出しうるのに十分な時間であ
る。ｔ≦ｔ₂ のときにはステップ４０３に進む。

【００８２】ステップ４０３では検出電流Ｉ₁ がＩmax
よりも大きいか否かが判別される。Ｉ₁ ＞Ｉmax のとき
にはステップ４０４に進んでＩ₁ が検出電流の最大値Ｉ
maxとされる。次いでステップ４０２においてｔ＞ｔ₂
になったと判別されたときにはステップ４０５に進んで
検出電流の最大値Ｉmax が目標値Ｉmaxrよりも大きいか
否かが判別される。Ｉmax ＞Ｉmaxrのときにはステップ
４０６に進んで目標レベルＥ_S が予め定められた設定値
ａだけ減少せしめられ、次いでステップ４０８に進む。
これに対してＩmax ≦Ｉmaxrのときにはステップ４０７
に進んで目標レベルＥ_S が予め定められた設定値ａだけ
増大せしめられ、次いでステップ４０８に進む。ステッ
プ４０８ではＩmax がクリアされ、ＮＨ₃ 検出フラグが
リセットされる。

【００８３】なお上述した実施例では最大ＮＯ_X 吸収量
ＮＯＸmax ，ＮＯ_X 吸収速度Ｋａｂ，ＮＯ_X 還元速度Ｋ
ｒｅといったパラメータの初期値として未使用状態のＮ
Ｏ_X吸収剤における値を採用し、使用が開始されてから
修正を重ねるようにしているがＮＯＸmax ，Ｋａｂ，Ｋ
ｒｅはＮＯ_X 吸収剤２３の温度によっても変化するので
上述した実施例においてＮＯ_X 吸収剤の温度を加味する
ようにしてもよい。具体的には例えばＮＯ_X 吸収剤２３
の温度に応じて定まる各パラメータの初期値を予め求め
てＲＯＭ３４に記憶しておき、上述した各パラメータに
対する修正に関しては各パラメータに対する修正係数を
算出し、単位ＮＯ_X 吸収量Ａａｂまたは単位ＮＯ_X 還元
量Ａｒｅを算出するときにＮＯ_X 吸収剤２３の温度によ
り算出される各パラメータの初期値をこの修正係数によ
り修正し、斯くして修正したパラメータを図８（Ａ）ま
たは図（Ｄ）に示した関係式において使用するようにす
ればよい。

【００８４】また上述した実施例ではＮＯ_X 吸収剤２３
に流入する排気ガス中のＮＯ_X 濃度Ｃnox を機関回転数
Ｎと、機関負荷Ｌと、吸入空気量Ｑとから算出するよう
にしているがＮＯ_X 吸収剤２３上流側にＮＯ_X アンモニ
アセンサを配置し、このＮＯ _X アンモニアセンサにより
ＮＯ_X 濃度Ｃnox を直接検出するようにしてもよい。ま
たＮＯ_X 吸収剤２３のＮＯ_X 還元能力が不十分である場
合にはＮＯ_X アンモニアセンサ２９下流にＮＯ_X 還元能
力が高い触媒を配置するようにしてもよい。

【００８５】

【発明の効果】本発明によればＮＯ_X 吸収剤に吸収され
ているＮＯ_X の量を算出するために用いられる最大ＮＯ
_X 吸収量と、ＮＯ_X 吸収速度とがＮＯ_X 濃度を検出しう
るセンサの出力に基づいて修正される。このようにＮＯ
_X 濃度の実測値を用いて修正された最大ＮＯ_X 吸収量と
ＮＯ_X 吸収速度とに基づいてＮＯ_X 吸収量が算出される
ことから本発明によればＮＯ_X 吸収量が正確に把握され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】内燃機関の全体図である。

【図２】ＮＯ_X アンモニアセンサのセンサ部の構造を示
す図である。

【図３】ＮＯ_X アンモニアセンサによる検出電流を示す
図である。

【図４】空燃比センサの出力電圧を示す図である。

【図５】基本燃料噴射量、補正係数等を示す図である。

【図６】ＮＯ_X 吸収剤のＮＯ_X 吸放出作用を説明するた
めの図である。

【図７】空燃比センサの出力電圧、ＮＯ_X アンモニアセ
ンサの検出電流等を示すタイムチャートである。

【図８】単位ＮＯ_X 吸収量等を算出するための関係式を
示す図である。

【図９】ＮＯ_X 流入量のマップを示す図である。

【図１０】機関運転を制御するためのフローチャートで
ある。

【図１１】総ＮＯ_X 吸収量を算出するためのフローチャ
ートである。

【図１２】総ＮＯ_X 吸収量を算出するためのフローチャ
ートである。

【図１３】目標レベルＥ_S を算出するためのフローチャ
ートである。

【図１４】目標レベルＥ_S を算出するためのフローチャ
ートである。

【符号の説明】

１１…燃料噴射弁 ２３…ＮＯ_X 吸収剤 ２９…ＮＯ_X アンモニアセンサ ３０…空燃比センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 入澤 泰之 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G091 AA12 AA17 AB02 AB03 AB06 BA14 CA26 DC01 EA01 EA05 EA07 EA33 EA34 GB02W GB03W GB04W GB05W GB06W GB10X HA36 HA37 3G301 HA15 JA25 MA01 ND01 NE13 NE15 PA01Z PA11Z PD01Z PD02Z PE01Z PF03Z

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流入する排気ガスの空燃比がリーンであ
   るときにはＮＯ_X を吸収し、流入する排気ガスの空燃比
   がリッチになると吸収したＮＯ_X を排気ガス中に含まれ
   る還元剤によって放出し還元するＮＯ_X 吸収剤を機関排
   気通路内に配置し、該ＮＯ_X 吸収剤下流の機関排気通路
   内に排気ガス中のＮＯ_X 濃度を検出しうるセンサを配置
   した内燃機関の排気浄化装置において、ＮＯ_X 吸収剤に
   吸収しうると推定される最大ＮＯ_X 吸収量の推定値と、
   ＮＯ_X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比がリーンであ
   るときにおいてＮＯ_X 吸収剤にて達成されると推定され
   るＮＯ_X 吸収速度の推定値とを上記センサの出力を利用
   して修正する修正手段と、これら最大ＮＯ_X 吸収量の推
   定値と、ＮＯ_X 吸収速度の推定値とを利用してＮＯ_X 吸
   収剤に吸収されているＮＯ_X の量を算出するためのＮＯ
   _X 吸収量算出手段とを具備する内燃機関の排気浄化装
   置。
2. 【請求項２】 上記ＮＯ_X 吸収量算出手段により算出さ
   れるＮＯ_X 吸収量が判定値を超えたときにＮＯ_X 吸収剤
   に流入する排気ガスの空燃比をリーンからリッチに切換
   えるようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装
   置。
3. 【請求項３】 上記センサが排気ガス中のアンモニア濃
   度を検出することができ、上記修正手段がＮＯ_X 吸収剤
   に流入する排気ガスの空燃比がリッチであるときにおい
   てＮＯ_X 吸収剤にて達成されると推定されるＮＯ_X 還元
   速度の推定値を上記センサの出力を利用して修正し、上
   記ＮＯ_X 吸収量算出手段が最大ＮＯ_X吸収量の推定値
   と、ＮＯ_X 吸収速度の推定値と、ＮＯ_X 還元速度の推定
   値とを利用してＮＯ_X 吸収剤に吸収されているＮＯ_X の
   量を算出する請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装
   置。
4. 【請求項４】 上記判定値を第１の判定値としたときに
   上記ＮＯ_X 吸収量算出手段により算出されるＮＯ_X 吸収
   量が該第１の判定値とは別の第２の判定値を下回ったと
   きにＮＯ_X 吸収剤に流入する排気ガスの空燃比をリッチ
   からリーンに切換えるようにした請求項３に記載の内燃
   機関の排気浄化装置。
5. 【請求項５】 上記第１の判定値は最大ＮＯ_X 吸収量の
   推定値に対して予め定められた割合の値であり、上記第
   ２の判定値は零である請求項４に記載の内燃機関の排気
   浄化装置。
6. 【請求項６】 上記ＮＯ_X 吸収量算出手段により算出さ
   れるＮＯ_X 吸収量が第２の判定値を下回っていなくても
   上記センサの出力値が基準値を超えたときにはＮＯ_X 吸
   収剤に流入する排気ガスの空燃比をリッチからリーンに
   切換えるようにした請求項４に記載の内燃機関の排気浄
   化装置。
7. 【請求項７】 ＮＯ_X 吸収剤下流に流出するＮＯ_X の量
   と、ＮＯ_X 吸収剤の最大ＮＯ_X 吸収量と、ＮＯ_X 吸収剤
   におけるＮＯ_X 吸収速度との間に成立する関係式を予め
   求めておき、ＮＯ_X 吸収剤下流に流出するＮＯ_X の量を
   上記センサの出力に基づいて算出し、斯くして算出され
   たＮＯ_X 量を上記関係式に代入することにより最大ＮＯ
   _X 吸収量の推定値と、ＮＯ_X 吸収速度の推定値とを算出
   するようにした請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装
   置。