JPH11258194A - 窒素酸化物吸蔵触媒の機能低下検出方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＮＯｘセンサによるＮＯｘ吸蔵触媒の機能低
下の検出を精度よくできるようにする。 【解決手段】 希薄空燃比での運転制御が開始されると
(S120)、タイマをスタートさせ待機時間Ｔｗの経過後
に、ＮＯｘ吸蔵触媒下流の被測定ガスのＮＯｘ濃度を表
す第２ポンプ電流ＩP2，及びセンサ温度ＴＨ，吸気管負
圧Ｐｂ，エンジン回転数Ｎｅを繰り返し検出する(S130
〜S160)。検出値Ｐｂ，Ｎｅが許容変動幅内にあれば、
センサ温度ＴＨに基づいて補正された第２ポンプ電流Ｉ
P2とタイマスタート後に最初に検出された第２ポンプ電
流ＩP2ｏとの相対値△ＩP2（＝ＩP2−ＩP2ｏ）を算出
し、この相対値△ＩP2が固定値Ｉｃより大きくなるとタ
イマを停止させ(S170〜S240)、タイマ値ＴＯが時間しき
い値Ｔthより小さければリフレッシュ要求、大きければ
触媒焼き切り要求を出力する(S250〜S270,S200)。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関等の各種
燃焼機器から排出される窒素酸化物の濃度を検出するた
めに構成されたＮＯｘセンサを用いて窒素酸化物吸蔵触
媒の機能低下を検出する窒素酸化物吸蔵触媒の機能低下
検出方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば、ヨーロッパ特許出願
公開明細書０６７８７４０Ａ１，ＳＡＥ ｐａｐｅｒ
Ｎｏ．９６０３３４ Ｐ１３７〜１４２ １９９６等に
開示されているように、第１拡散律速層を介して被測定
ガス側に連通された第１測定室と、この第１測定室に第
２拡散律速層を介して連通された第２測定室とを、酸素
イオン伝導性の固体電解質層にて形成し、第１測定室に
は、固体電解質層を多孔質の電極で挟むことにより第１
酸素ポンピングセルと酸素濃度測定セルとを形成し、更
に、第２測定室には、同じく固体電解質層を多孔質の電
極で挟むことにより第２酸素ポンピングセルを形成した
ＮＯｘセンサを用いて、内燃機関等の排気中の窒素酸化
物（ＮＯｘ）の濃度を検出するようにしたＮＯｘ濃度測
定装置が知られている。

【０００３】この種のＮＯｘ濃度測定装置においては、
酸素濃度測定セルからの出力電圧が予め設定された一定
値となるように第１酸素ポンピングセルに電流を流すこ
とにより、第１測定室内の酸素濃度を一定濃度に制御し
つつ、第２酸素ポンピングセルに一定電圧を印加して、
第２測定室から酸素を汲み出し、この時、この第２酸素
ポンピングセルに流れる電流値から、被測定ガス中のＮ
Ｏｘ濃度を検出する。

【０００４】つまり、被測定ガスである内燃機関等から
の排気中には、ＮＯｘ以外に、酸素、一酸化炭素、二酸
化炭素等の他のガス成分が存在するが、上記窒素酸化物
濃度測定装置では、第１酸素ポンピングセルにより第１
測定室内を酸素が極めて少ない低酸素濃度に制御し、更
に、その低酸素濃度に制御された被測定ガスが流入する
第２測定室側で、第２酸素ポンピングセルに第２測定室
内の酸素を汲み出す方向に一定電圧を印加することによ
り、第２酸素ポンピングセルを構成する多孔質電極の触
媒機能によって、被測定ガス中のＮＯｘを窒素と酸素と
に分解させて第２測定室から酸素を抜き取り、そのとき
第２酸素ポンピングセルに流れるポンプ電流を検出する
ことにより、被測定ガス中の他のガス成分に影響される
ことなく、被測定ガス中のＮＯｘ濃度を検出できるよう
にしている。

【０００５】また、この種のＮＯｘ濃度測定装置では、
上記検出方法によってＮＯｘ濃度を正確に検出するに
は、センサを所定の活性温度（例えば８００℃以上）ま
で加熱して、各セルを活性化させる必要があることか
ら、センサを加熱するためのヒータが別途設けられてい
る。

【０００６】ところで、近年、ガソリンを燃料とする内
燃機関の省燃費化，高効率化のため、燃料に対する空気
の量が多い希薄空燃比で運転制御される内燃機関（リー
ンバーンエンジンや直噴エンジンなど）が開発されてい
る。そして、通常、内燃機関では、排気ガスに含まれる
ＮＯｘと未燃成分（ＨＣ，ＣＯ）とを三元触媒を用いて
反応させ、ＮＯｘをＮ₂ に還元して排気ガスの浄化を行
っているが、希薄空燃比で運転した場合は、排気ガスに
多量の酸素が含まれるため、この酸素と未燃成分とが反
応してしまいＮＯｘを浄化することができなかった。

【０００７】これに対して、三元触媒中に、排気ガス中
のＮＯｘを硝酸塩として蓄積するＮＯｘ吸蔵材を設け
た、いわゆるＮＯｘ吸蔵触媒が知られている。ただし、
そのＮＯｘ蓄積量には限界があるため、ＮＯｘ吸蔵触媒
を用いる場合は、ＮＯｘの蓄積量が限界に達する前に、
一時的に、内燃機関に供給する燃料混合気の空燃比を燃
料の多いリッチ空燃比に制御して、内燃機関から未燃成
分を多量に含む排気ガスを排出させ、この未燃成分とＮ
Ｏｘ吸蔵触媒に蓄積されたＮＯｘとを反応させることに
より、再びＮＯｘを蓄積可能な状態にＮＯｘ吸蔵触媒を
リフレッシュする制御が行われている。

【０００８】そして、このようなリフレッシュ動作は、
一定時間毎に定期的に行うか、又は上記ＮＯｘ濃度測定
装置を用い、内燃機関の排気通路のＮＯｘ吸蔵触媒の下
流側にＮＯｘセンサを装着してＮＯｘ吸蔵触媒からのＮ
Ｏｘの漏出量を検出し、ＮＯｘの漏出量が規定量以上と
なった時に必要に応じて行うようにされている。

【０００９】また、このような用途に用いられるＮＯｘ
センサでは、精度のよい制御を行うには、ＮＯｘ濃度を
最低でも１００ｐｐｍ単位で識別できる程度の性能が要
求される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ＮＯｘセンサ
は、ポンプ電流制御により第１測定室内を酸素濃度ゼロ
の状態に制御すると、第１測定室内に流入した被測定ガ
ス中のＮＯｘ成分を分解してしまい、第２酸素ポンピン
グセルを用いてＮＯｘ濃度を測定できない虞があるの
で、通常、第１測定室内の酸素濃度を、酸素が少し残っ
た状態（例えば１０００ｐｐｍ程度の低酸素濃度）に制
御しており、従って、第２酸素ポンピングセルを流れる
第２ポンプ電流は、この残留する酸素の影響を受けてオ
フセットを有する。図８は、被測定ガス中の酸素濃度と
第１ポンプ電流との関係、及びＮＯｘ濃度と第２ポンプ
電流との関係を模式的に表したグラフである。

【００１１】そしてこのオフセットは、図９に示す如
く、被測定ガスの空燃比に対する依存性を有しており、
運転状態の変化等により空燃比が変化すると、これに応
じて数〜数十ｐｐｍ程度変動するため、十分な検出精度
を得ることができなかった。なお、図９は、ＮＯｘを含
まない試験用ガスを被測定ガスとして装置を動作させた
際の第２ポンプ電流のオフセットの測定結果の例（３個
体について測定）を表わしたものである。

【００１２】このため、ＮＯｘ吸蔵触媒からのＮＯｘ漏
出量が規定値以上に増大することを確実に防止するため
には、オフセットの変動を見込んでＮＯｘ吸蔵能力にか
なり余裕をみてリフレッシュ動作を起動しなければなら
ず、ＮＯｘ吸蔵触媒の能力を十分に引き出すことができ
ないという問題があり、これは、定期的にリフレッシュ
動作を行う場合も同様であった。

【００１３】また、ＮＯｘ吸蔵触媒は、排気ガス中に硫
黄（Ｓ）が存在すると、この硫黄を硫酸塩としてＮＯｘ
吸蔵材に蓄積してしまい、しかも硫酸塩は硝酸塩に比べ
て未燃成分と反応しにくいため、上述のリフレッシュ動
作を行っても除去することができず、その結果、硫酸塩
が蓄積された分だけＮＯｘ吸蔵能力が低下する。

【００１４】そして、このようにＮＯｘの蓄積能力が低
下すると、定期的にリフレッシュを行っている場合に
は、ＮＯｘの浄化能力が低下し、また、ＮＯｘ濃度を検
出してリフレッシュを行っている場合は、頻繁にリフレ
ッシュが行われ、内燃機関の燃費や効率を低下させてし
まうという問題もあった。

【００１５】なお、例えばＮＯｘ吸蔵触媒をより高温に
して上記リフレッシュ（以下、触媒焼き切りという）を
行えば、硫酸塩を未燃成分と反応させて除去可能なこと
が知られており、定期的に硫酸塩を除去することが考え
られるが、通常の硝酸塩のリフレッシュを行う場合より
ＮＯｘ吸蔵触媒への負担が大きく、ＮＯｘ吸蔵触媒を劣
化させるおそれがあるため、この硫酸塩の除去は必要な
時にのみ行うことが望まれていた。

【００１６】そこで本発明は、ＮＯｘセンサによるＮＯ
ｘ吸蔵触媒の機能低下の検出を精度よくできるようにす
ることを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた請求項１に記載の発明は、酸素イオン伝導性
の固体電解質層を多孔質の電極で挟んでなる第１酸素ポ
ンピングセル及び酸素濃度測定セルを有し、第１拡散律
速層を介して被測定ガス側に連通された第１測定室と、
酸素イオン伝導性の固体電解質層を多孔質の電極で挟ん
でなる第２酸素ポンピングセルを有し、第２拡散律速層
を介して前記第１測定室と連通された第２測定室とを備
えると共に、前記各セルを所定の活性温度まで加熱する
ヒータを備えたＮＯｘセンサを、内燃機関の排気管に取
り付けられた窒素酸化物吸蔵触媒の下流に配置して、該
窒素酸化物吸蔵触媒の機能低下を検出する検出方法であ
って、前記酸素濃度測定セルの出力電圧が一定値となる
ように前記第１酸素ポンピングセルに第１ポンプ電流を
流して、前記第１測定室内の酸素濃度を一定に制御する
と共に、前記第２酸素ポンピングセルに前記第２測定室
から酸素を汲み出す方向に一定電圧を印加することによ
り、被測定ガス中の窒素酸化物濃度に応じて前記第２酸
素ポンピングセルに流れる第２ポンプ電流を検出し、燃
料に対する酸素の割合の大きい希薄空燃比での内燃機関
の運転制御が開始された後に、予め設定された固定値分
だけ前記第２ポンプ電流の増加を検出すると、前記窒素
酸化物吸蔵触媒の吸蔵能力が低下していると判定するこ
とを特徴とする。

【００１８】つまりこの請求項１に記載の検出方法で
は、ＮＯｘセンサを用いてＮＯｘ濃度を測定する場合と
同様の駆動方向でＮＯｘセンサを駆動し、このとき、被
測定ガス中のＮＯｘ濃度に応じて第２酸素ポンピングセ
ルに流れる第２ポンプ電流を検出している。

【００１９】そして、内燃機関からＮＯｘを多く含んだ
排気ガスが排出される希薄空燃比での運転制御時には、
この排気ガス中のＮＯｘは、ＮＯｘ吸蔵触媒に硝酸塩の
形で蓄積され、蓄積された硝酸塩が増加するとＮＯｘ吸
蔵触媒の吸蔵能力が徐々に低下し、この吸蔵能力の低下
に伴ってＮＯｘ吸蔵触媒から漏出するＮＯｘ（即ち、被
測定ガス中のＮＯｘ濃度）が増大するため第２ポンプ電
流も増大する。

【００２０】ところで、この第２ポンプ電流のオフセッ
トは、上述のように、第１測定室内の酸素濃度の影響を
受け、この第１測定室内の酸素濃度は、被測定ガス中の
酸素濃度、即ち空燃比の影響を受けるため、オフセット
電流は空燃比に対する依存性を有するが、本発明の検出
方法では、第２ポンプ電流の絶対値を用いるのではな
く、希薄空燃比での運転制御を開始後に、第２ポンプ電
流が固定値分だけ増加したか否か、即ち、第２ポンプ電
流の相対値を用いてＮＯｘ吸蔵触媒の機能低下を判定し
ている。

【００２１】従って、本発明によれば、検出中に内燃機
関の運転状態が急変する等して被測定ガスの空燃比が大
きく変動しさえしなければ、このオフセットの影響を確
実に除去でき、ＮＯｘ吸蔵触媒の機能低下を精度よく判
定することができる。そして、この判定結果に基づい
て、例えば、硝酸塩を除去するためのリフレッシュ動作
を、必要な時にだけ行わせることができるため、内燃機
関の燃費や効率を向上させることができる。

【００２２】次に、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の検出方法において、前記第２ポンプ電流の前記
固定値分の増加に要する時間が、予め設定された時間し
きい値より小さい場合に、前記窒素酸化物吸蔵触媒の吸
蔵能力に異常があると判定することを特徴とする。

【００２３】つまり、上述したように、ＮＯｘ吸蔵触媒
にＮＯｘが蓄積されるに従って、ＮＯｘ吸蔵触媒から漏
出するＮＯｘが増大し、これに応じて第２酸素ポンピン
グセルに流れる第２ポンプ電流も増大する。そして、Ｎ
Ｏｘ吸蔵触媒に硫酸塩が蓄積されたり、ＮＯｘ吸蔵材が
剥離する等の異常が生じると、その分だけ硝酸塩を蓄積
する能力が低下して、ＮＯｘ吸蔵触媒からのＮＯｘ漏出
量の増大速度が早くなり、即ち第２ポンプ電流の増大速
度が早くなることから、この第２ポンプ電流の増大速度
を、第２ポンプ電流が固定値分だけ増大するのに要する
時間等により調べれば、ＮＯｘ吸蔵触媒の異常を判定す
ることができるのである。

【００２４】従って、この判定結果に基づいて、例え
ば、硫酸塩を除去するためのリフレッシュ動作を行え
ば、本当に必要な時にだけリフレッシュ動作を行うこと
ができ、ＮＯｘ吸蔵触媒に不必要な負担が加えられるこ
とがないので、装置の耐久性を向上させることができ
る。また、例えば、硫酸塩を除去するためのリフレッシ
ュ動作を行っても異常が解消されなければ、ＮＯｘ吸蔵
材の剥離等、リフレッシュによっては解消不能な異常が
生じていることを知ることができる。

【００２５】一方、請求項３に記載の発明は、酸素イオ
ン伝導性の固体電解質層を多孔質の電極で挟んでなる第
１酸素ポンピングセル及び酸素濃度測定セルを有し、第
１拡散律速層を介して被測定ガス側に連通された第１測
定室と、酸素イオン伝導性の固体電解質層を多孔質の電
極で挟んでなる第２酸素ポンピングセルを有し、第２拡
散律速層を介して前記第１測定室と連通された第２測定
室とを備えると共に、前記各セルを所定の活性温度まで
加熱するヒータを備えたＮＯｘセンサを、内燃機関の排
気管に取り付けられた窒素酸化物吸蔵触媒の下流に配置
して、該窒素酸化物吸蔵触媒の機能低下を検出する検出
装置であって、前記酸素濃度測定セルの出力電圧が一定
値となるように前記第１酸素ポンピングセルに第１ポン
プ電流を流して、前記第１測定室内の酸素濃度を一定に
制御する第１ポンプ電流制御手段と、前記第２酸素ポン
ピングセルに前記第２測定室から酸素を汲み出す方向に
一定電圧を印加する定電圧印加手段と、被測定ガス中の
窒素酸化物濃度に応じて前記第２酸素ポンピングセルに
流れる第２ポンプ電流を検出する第２ポンプ電流検出手
段と、燃料に対する酸素の割合の大きい希薄空燃比によ
る内燃機関の運転制御が開始された後に、予め設定され
た固定値分だけ前記第２ポンプ電流の増加を検出する
と、前記窒素酸化物吸蔵触媒の吸蔵能力が低下している
と判定する第１判定手段と、を備えることを特徴とす
る。

【００２６】即ち、本発明の検出装置は、上記請求項１
に記載の検出方法を実現する装置であり、まず、第１ポ
ンプ電流制御手段が、酸素濃度測定セルの出力電圧が一
定値となるように第１酸素ポンピングセルに第１ポンプ
電流を流して、第１測定室内の酸素濃度を一定に制御す
ると共に、定電圧印加手段が、第２酸素ポンピングセル
に第２測定室から酸素を汲み出す方向に一定電圧を印加
する。そして、第２ポンプ電流検出手段が、第２酸素ポ
ンピングセルに流れる第２ポンプ電流を検出し、第１判
定手段が、燃料に対する酸素の割合の大きい希薄空燃比
による内燃機関の運転制御が開始された後に、予め設定
された固定値分だけ前記第２ポンプ電流の増加を検出す
ると、窒素酸化物吸蔵触媒の吸蔵能力が低下していると
判定する。

【００２７】従って、請求項３に記載の検出装置によれ
ば、上記請求項１に記載の検出方法を実現して、第２ポ
ンプ電流の相対値から、ＮＯｘ吸蔵触媒の機能低下を簡
単かつ精度よく検出することができ、ひいては内燃機関
の燃費や効率を向上させることができる。

【００２８】ところで、通常、希薄空燃比での運転制御
は、一定速度での運転中等、安定した運転状態の時に行
われるのであるが、ドライバのアクセル操作や走行路の
状態変化等による運転状態の変化により、被測定ガス中
の酸素濃度（空燃比）が一時的に変動すると、第２ポン
プ電流のオフセットは空燃比に対する依存性を有してい
るため変化してしまい、第２ポンプ電流の相対値を求め
ても、オフセット電流の影響を完全に除去することがで
きず、第１判定手段での判定精度が劣化する。

【００２９】そこで、請求項４に記載の発明は、請求項
３に記載の検出装置において、前記第１酸素ポンピング
セルに流れる第１ポンプ電流から被測定ガス中の酸素濃
度を検出する酸素濃度検出手段と、該酸素濃度検出手段
にて検出される酸素濃度に応じて、前記第２ポンプ電流
検出手段での検出結果を補正することにより該検出結果
に含まれる前記第２ポンプ電流のオフセットの変動分を
補償する第１補正手段と、を設けたことを特徴とする。

【００３０】このように構成された本発明の検出装置で
は、酸素濃度検出手段が、第１酸素ポンピングセルに流
れる第１ポンプ電流から被測定ガス中の酸素濃度を検出
し、第１補正手段が、この検出された酸素濃度に応じ
て、第２ポンプ電流検出手段での検出結果を補正するこ
とにより、検出結果に含まれるオフセットの変動分を補
償する。

【００３１】なお、第１ポンピングセルに流れる電流を
制御して第１測定室の酸素濃度を一定に制御するポンプ
電流制御は、被測定ガスの拡散が制限された測定室にポ
ンピングセルと酸素濃度測定セルとを設けた周知の全領
域空燃比センサを用いて被測定ガス中の酸素濃度を測定
するときの動作と同じであり、第１ポンピングセルに流
れるポンプ電流は、被測定ガス中の酸素濃度に比例する
ため、その電流値から酸素濃度を測定できるのである。

【００３２】従って、本発明によれば、運転状態の変化
などにより、被測定ガスの酸素濃度が変化し、これに応
じて第２ポンプ電流のオフセットが変動したとしても、
その変動分が補償されるので、窒素酸化物吸蔵触媒の機
能低下の判定を高精度に行うことができる。

【００３３】また、本発明では、酸素濃度の検出に、他
のセンサを用いることなくＮＯｘセンサ自身を用いてい
るので、第２ポンプ電流に影響を与える環境の変化を正
確に検出することができ、第２ポンプ電流を精度よく補
償することができる。ここで、上述したように、第２ポ
ンプ電流のオフセットは、被測定ガスの酸素濃度（空燃
比）に対する依存性を有しているが、更に、温度に対す
る依存性（温度特性）も有しており、図１１に示すよう
に、ＮＯｘセンサの素子温度が、制御すべき目標温度か
らずれると、オフセットの酸素濃度依存性が大きくな
る。なお、図１１は、第２ポンプ電流のオフセットの温
度特性を、酸素濃度を変えて測定した結果を示すグラフ
である。

【００３４】そこで、請求項５に記載の発明は、請求項
３に記載の検出装置において、前記ＮＯｘセンサの温度
を検出する温度検出手段と、該温度検出手段にて検出さ
れた前記ＮＯｘセンサの温度に応じて、前記第２ポンプ
電流検出手段での検出結果を補正することにより該検出
結果を温度補償する第２補正手段と、を設けたことを特
徴とする。

【００３５】つまり、本発明では、温度検出手段がＮＯ
ｘセンサの温度を検出し、第２補正手段が、温度検出手
段にて検出されたＮＯｘセンサの温度に応じて、第２ポ
ンプ電流検出手段での検出結果を補正することにより、
この検出結果を温度補償する。

【００３６】このため、本発明によれば、運転状態の変
動などにより、ＮＯｘセンサの温度が一時的に変化し
て、第２ポンプ電流のオフセットが変動したとしても、
その変動分を補償できるので、窒素酸化物吸蔵触媒の機
能低下の判定をより高精度に行うことができる。

【００３７】なお、酸素濃度やＮＯｘセンサの温度が大
きく変動し、精度よく補正を行うことが可能な範囲を越
えてしまった場合には、第１判定手段による判定を中止
するように構成してもよく、この場合、誤判定を確実に
防止できる。次に請求項６に記載の発明は、請求項３な
いし請求項５のいずれかに記載の検出装置において、前
記第２ポンプ電流の前記固定値分の増加が検出されるの
に要する時間を測定する電流増加時間測定手段と、該電
流増加時間測定手段での検出結果が、予め設定された時
間しきい値より小さい場合に、前記窒素酸化物吸蔵触媒
の吸蔵能力に異常があると判定する第２判定手段と、を
備えることを特徴とする。

【００３８】即ち、本発明の検出装置は、上記請求項２
に記載の検出方法を実現する装置であり、電流増加時間
測定手段が、第２ポンプ電流の固定値分の増加が検出さ
れるのに要する時間を測定し、第２判定手段が、電流増
加時間測定手段での測定結果が予め設定された時間しき
い値より小さい場合に、窒素酸化物吸蔵触媒の吸蔵能力
に異常があると判定する。

【００３９】従って、本発明によれば、請求項２に記載
の検出方法を実現して、第２ポンプ電流の相対値の時間
的変化から、硫酸塩の蓄積やＮＯｘ吸蔵材の剥離等、Ｎ
Ｏｘ吸蔵触媒の異常を簡単かつ精度よく検出することが
でき、ひいては、内燃機関の燃費や効率、及び装置の耐
久性を向上させることができる。

【００４０】なお、時間しきい値は、ＮＯｘ吸蔵触媒の
ＮＯｘ蓄積能力と、内燃機関から排出される排気ガス中
のＮＯｘ濃度とに基づいて、ＮＯｘ吸蔵触媒からのＮＯ
ｘ漏出量を推定して設定すればよい。ところで、ＮＯｘ
吸蔵触媒に流入する排気ガス中のＮＯｘの濃度が高いほ
ど、またＮＯｘの濃度が同じであっても、この流入排気
ガスの流量が大きいほど、ＮＯｘ吸蔵媒体で吸蔵すべき
ＮＯｘの量も多くなり、第２ポンプ電流検出手段にて検
出される電流値の時間的変化も、この流入排気ガスの状
態に応じて変化する。

【００４１】そこで、請求項７に記載の発明は、請求項
６に記載の検出装置において、前記窒素酸化物吸蔵触媒
に流入する排気ガスの流量及び該排気ガス中の窒素酸化
物濃度を検出する流入ガス状態検出手段と、該流入ガス
状態検出手段での検出結果に基づいて、流量が多いほ
ど、また窒素酸化物濃度が高いほど、前記時間しきい値
を小さな値に設定する時間しきい値設定手段を設けたこ
とを特徴とする。

【００４２】このように、ＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排
気ガスの流量、及び排気ガスのＮＯｘ濃度に応じて、最
適な時間しきい値を設定すれば、ＮＯｘ吸蔵触媒の異常
を、より一層精度よく検出することができる。そして、
これら流入排気ガス中のＮＯｘ濃度や流入排気ガスの流
量は、エンジン回転数や吸気管の負圧等、内燃機関の運
転状態との関連性が高いので、請求項８に記載のよう
に、請求項７に記載の検出装置において、前記流入ガス
状態検出手段は、内燃機関の運転状態から前記排気ガス
の流量及び該排気ガス中の窒素酸化物濃度を推定するよ
うに構成してもよい。

【００４３】この場合、ＮＯｘ吸蔵触媒に流入する排気
ガスの状態を測定するために新たな手段を設ける必要が
なく、内燃機関の制御に使用される各種パラメータを用
いることができるため、簡単に当該検出装置の精度を向
上させることができる。

【００４４】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図面と共
に説明する。 ［第１実施例］図１は本発明が適用された第１実施例の
窒素酸化物（ＮＯｘ）吸蔵触媒の機能低下検出装置全体
の構成を表す概略構成図、図２はこの検出装置において
用いられるＮＯｘセンサ２の取付位置を表す説明図、図
３はＮＯｘセンサ２の分解斜視図である。

【００４５】図１及び図２に示す如く、本実施例の検出
装置は、車両の内燃機関Ｓ１に取り付けられた排気管Ｓ
２においてＮＯｘ吸蔵触媒Ｓ３の下流に取り付けられる
ＮＯｘセンサ２と、ＮＯｘセンサ２を構成する第１酸素
ポンピングセル（以下、第１ポンプセルという）４及び
酸素濃度測定セル（以下、Ｖｓセルという）６への通電
を行うと共に、第１ポンプセル４に流れる電流（以下、
第１ポンプ電流という）ＩP1を検出する駆動回路４０
と、ＮＯｘセンサ２を構成する第２酸素ポンピングセル
（以下、第２ポンプセルという）８に定電圧を印加して
そのとき流れる電流（以下、第２ポンプ電流という）Ｉ
P2を検出する検出回路４２と、ＮＯｘセンサ２に設けら
れた一対のヒータ１２，１４へ通電して各セル４，６，
８を加熱させるヒータ通電回路４４と、ＮＯｘセンサ２
近傍の温度ＴＨを検出する温度センサ４６と、内燃機関
Ｓ１に取り付けられた吸気管Ｓ４の負圧Ｐｂを測定する
圧力センサ４７と、内燃機関Ｓ１の出力軸の回転数（以
下、エンジン回転数という）Ｎｅを検出する回転センサ
４８と、駆動回路４０及びヒータ通電回路４４を制御す
ると共に、駆動回路４０及び検出回路４２からの検出信
号ＶIP1 ，ＶIP2 、各センサ４６，４７，４８からの検
出信号ＴＨ，Ｐｂ，Ｎｅに基づき、ＮＯｘ吸蔵触媒Ｓ３
の機能低下を検出するマイクロコンピュータからなる電
子制御回路（以下、ＥＣＵという）５０とを備えてい
る。

【００４６】また、本実施例の検出装置は、定速走行時
など運転状態が安定している時は希薄空燃比、それ以外
の時には理論空燃比となるように内燃機関Ｓ１の運転状
態を制御するエンジン制御装置５２から、希薄空燃比で
の運転制御を行っている旨を表す運転制御情報を入力す
るようにされている。

【００４７】なお、ここでは、排気管Ｓ２を流れる排気
ガスのうち、内燃機関Ｓ１から排出されＮＯｘ吸蔵触媒
Ｓ３に流入するものを、そのまま排気ガスとよび、ＮＯ
ｘ吸蔵触媒Ｓ３から流出するものを被測定ガスとよぶ。
次に、図３に示す如く、ＮＯｘセンサ２において、第１
ポンプセル４は、板状に形成された固体電解質層４ａの
両側に、夫々、矩形状の多孔質電極４ｂ，４ｃ及びその
リード部４bl，４clを形成し、更に、多孔質電極４ｂ，
４ｃの中心部分を貫通するように固体電解質層４ａに丸
孔を穿設して、その丸孔に多孔質の充填材を詰めること
により、拡散律速層４ｄを形成したものである。

【００４８】またＶｓセル６は、第１ポンプセル４の固
体電解質層４ａと同形状の固体電解質層６ａの両側に、
夫々、円形状の多孔質電極６ｂ，６ｃ及びそのリード部
６bl，６clを形成し、更に、多孔質電極６ｂ，６ｃの中
心部分を貫通するように固体電解質層６ａに丸孔を穿設
して、その丸孔に多孔質の充填材を詰めることにより、
拡散律速層６ｄを形成したものである。

【００４９】そして、このＶｓセル６の多孔質電極６
ｂ，６ｃと第１ポンプセル４の多孔質電極４ｂ，４ｃと
は、固体電解質層４ａ，６ａ上での中心位置が略一致
し、Ｖｓセル６と第１ポンプセル４とを積層した際、各
拡散律速層６ｄ，４ｄが互いに対向するようにされてい
る。また、Ｖｓセル６に形成される円形状の多孔質電極
６ｂ，６ｃは、第１ポンプセル４に形成される矩形状の
多孔質電極４ｂ，４ｃよりも小さくなっている。また、
Ｖｓセル６の表裏面には、リード部６bl，６clからの電
流リークを防止するために、リード部６bl，６clを外側
から覆うようにアルミナ等からなる絶縁膜が形成されて
おり、しかも各リード部６bl，６cl間には、後述の通電
制御によって多孔質電極６ｃ側に汲み込まれた酸素の一
部を多孔質電極６ｂ側に漏出させる漏出抵抗部６ｆが形
成されている。

【００５０】このように形成された第１ポンプセル４及
びＶｓセル６は、上記各固体電解質層４ａ，６ａと同形
状の固体電解質層１８を介して積層される。そして、こ
の固体電解質層１８の各多孔質電極４ｃ，６ｂとの対向
位置には、多孔質電極４ｃよりも大きな矩形状の孔が穿
設されており、この孔が第１測定室２０として機能す
る。

【００５１】またＶｓセル６の多孔質電極６ｃ側にも、
上記各固体電解質層４ａ，６ａと同形状の固体電解質層
２２が積層される。そして、この固体電解質層２２に
は、Ｖｓセル６の拡散律速層６ｄと同位置に同寸法の丸
孔を穿設して、その丸孔に多孔質の充填材を詰めること
により、拡散律速層２２ｄが形成されている。

【００５２】一方、第２ポンプセル８は、第１ポンプセ
ル４と同様、板状に形成された固体電解質層８ａの両側
に、夫々、矩形状の多孔質電極８ｂ，８ｃ及びそのリー
ド部８bl，８clを形成したものである。そして、この第
２ポンプセル８は、固体電解質層１８と全く同様に形成
された固体電解質層２４を介して、固体電解質層２２に
積層される。この結果、固体電解質層２４に穿設された
矩形状の孔が第２測定室２６として機能することにな
る。

【００５３】そして、ヒータ１２，１４を除くＮＯｘセ
ンサ２は、上記各部を積層して一体化した後、所定温度
で焼結することにより、作製される。またこのように積
層される第１ポンプセル４，Ｖｓセル６，第２ポンプセ
ル８の積層体の両側、つまり、第１ポンプセル４と第２
ポンプセル８の外側には、夫々、スペーサ２８，２９に
より所定間隔を開けて、ヒータ１２，１４が積層され
る。

【００５４】このヒータ１２，１４は、上記各固体電解
質層４ａ，６ａ，８ａと同形状のヒータ基板１２ａ，１
４ａと、各ヒータ基板１２ａ，１４ａの上記各セル４，
８との対向面側に形成されたヒータ配線１２ｂ，１４ｂ
及びそのリード部１２bl，１４blとからなり、スペーサ
２８，２９は、このヒータ配線１２ｂ，１４ｂが、第１
ポンプセル４及び第２ポンプセル８の多孔質電極４ｂ及
び８ｃと、夫々、間隙を介して互いに対向するように、
ヒータ配線１２ｂ，１４ｂのリード部１２bl，１４bl側
に配置される。

【００５５】ヒータ基板１２ａ，１４ａは、アルミナで
できており、ヒータ配線は、白金粉末にアルミナを混合
してペースト状としたものを、アルミナのシートにスク
リーン印刷し、焼成して形成する。なお、アルミナシー
トは、焼成によりヒータ基板１２ａ，１４ａ及びスペー
サ２８，２９となる。そして、ヒータ１２，１４は、既
に焼成された第１ポンプセル４及び第２ポンプセル８の
両面からセラミック系接着剤を用いて接合され、完全な
ＮＯｘセンサ２となる。

【００５６】ここで、上記各固体電解質層４ａ，６ａ，
８ａを構成する固体電解質材料としては、ジルコニアと
イットリアの固溶体やジルコニアとカルシアの固溶体が
代表的なものであるが、他にハフニアの固溶体、ペロブ
スカイト型酸化物固溶体、３価金属酸化物固溶体等も使
用できる。また各固体電解質層４ａ，６ａ，８ａの表面
に設ける多孔質電極には、触媒機能を有する白金やロジ
ウム或はその合金を使用するのが好ましい。そして、そ
の形成方法としては、たとえば、白金粉末に固体電解質
層と同じ材料の粉末を混合したものをペースト状とし、
固体電解質層上にスクリーン印刷し、次いで焼結する厚
膜形成方法や、蒸着による被膜形成方法が知られてい
る。また、拡散律速層４ｄ，６ｄ，２２ｄは、細い貫通
孔を有するセラミックスや多孔質セラミックスを使用す
るのが好ましい。

【００５７】一方、ヒータ１２，１４のヒータ配線１２
ｂ，１４ｂは、セラミックスと白金又は白金合金の複合
材料とし、そのリード部１２bl，１４blは、抵抗値を低
下してリード部での電気ロスを低減するために、白金又
は白金合金とすることが好ましい。また、ヒータ基板１
２ａ，１４ａ及びスペーサ２８，２９には、アルミナ、
スピネル、フォルステライト、ステアタイト、ジルコニ
ア等を用いることができる。

【００５８】次に、図１に示す如く、ＮＯｘセンサ２の
第１ポンプセル４及びＶｓセル６の第１測定室２０側の
多孔質電極４ｃ，６ｂは、抵抗器Ｒ１を介して接地され
ており、他方の多孔質電極４ｂ及び６ｃは、駆動回路４
０に接続されている。駆動回路４０は、一端に定電圧Ｖ
CPが印加され、他端がＶｓセル６の多孔質電極６ｃに接
続された抵抗器Ｒ２と、−側入力端子に開閉スイッチＳ
Ｗ１を介してＶｓセル６の多孔質電極６ｃが接続され、
＋側入力端子に基準電圧ＶCOが印加され、出力端子が抵
抗器Ｒ０を介して第１ポンプセル４の多孔質電極４ｂに
接続された差動増幅器ＡＭＰとを備えている。

【００５９】この駆動回路４０は、次のように動作す
る。即ち、まず抵抗器Ｒ２を介してＶｓセル６に一定の
微小電流ｉCPを流すことにより、第１測定室２０内の酸
素をＶｓセル６の多孔質電極６ｃ側に汲み込む。この多
孔質電極６ｃは、固体電解質層２２により閉塞されると
共に、漏出抵抗部６ｆを介して多孔質電極６ｂ側と連通
していることから、微小電流ｉCPの通電により多孔質電
極６ｃ内の閉塞空間は一定の酸素濃度となり、内部酸素
基準源として機能する。

【００６０】またこのようにＶｓセル６の多孔質電極６
ｃ側が内部酸素基準源として機能すると、Ｖｓセル６に
は、第１測定室２０内の酸素濃度と内部酸素基準源側の
酸素濃度との比に応じた起電力が発生し、多孔質電極６
ｃ側電圧Ｖｓは、第１測定室２０内の酸素濃度に応じた
電圧となる。そしてこの電圧は、差動増幅器ＡＭＰに入
力されることから、差動増幅器ＡＭＰからは、基準電圧
ＶCOとその入力電圧との偏差（ＶCO−入力電圧）に応じ
た電圧が出力され、この出力電圧が、抵抗器Ｒ０を介し
て第１ポンプセル４の多孔質電極４ｂに印加される。

【００６１】この結果、第１ポンプセル４には、第１ポ
ンプ電流ＩP1が流れ、この第１ポンプ電流ＩP1により、
Ｖｓセル６に発生した起電力が一定電圧となるように
（換言すれば第１測定室２０内の酸素濃度が一定濃度と
なるように）制御される。つまり、この駆動回路４０
は、ポンプ電流制御手段として機能し、拡散律速層４ｄ
を介して第１測定室２０内に被測定ガスが流入してきた
場合に、第１測定室２０内の酸素濃度が一定濃度となる
ように、第１測定室２０内の酸素濃度を制御する。

【００６２】なお、このように制御される第１測定室２
０内の酸素濃度は、第１ポンプ電流ＩP1の通電により第
１測定室２０内の被測定ガス中のＮＯｘ成分を分解して
しまうことのないよう、酸素が少し存在する低酸素濃度
（例えば１０００ｐｐｍ程度）となるように設定されて
おり、この酸素濃度を決定する基準電圧ＶCOには、１０
０ｍＶ〜２００ｍＶ程度の値が設定される。また、差動
増幅器ＡＭＰの出力と多孔質電極４ｂとの間に設けられ
た抵抗器Ｒ０は、第１ポンプ電流ＩP1を検出するための
ものであり、その両端電圧ＶIP1 は、第１ポンプ電流Ｉ
P1の検出信号としてＥＣＵ５０に入力される。

【００６３】一方、ＮＯｘセンサ２の第２ポンプセル８
の多孔質電極８ｂ，８ｃ間には、上記検出回路４２を構
成する定電圧印加手段としての抵抗器Ｒ３を介して、定
電圧ＶP2が印加される。この定電圧ＶP2の印加方向は、
第２ポンプセル８において多孔質電極８ｃから８ｂ側に
電流が流れて、第２測定室２６内の酸素が外部に汲み出
されるように、多孔質電極８ｃ側が正極，多孔質電極８
ｂ側が負極となるように設定されている。また、この定
電圧ＶP2は、第１測定室２０から拡散律速層６ｄ，２２
ｄを介して流入してくる第２測定室内の被測定ガス中の
ＮＯｘ成分を分解して、その酸素成分を汲み出すことが
できる電圧、例えば４５０ｍＶに設定されている。

【００６４】なお、抵抗器Ｒ３は、この定電圧ＶP2の印
加によって第２ポンプセル８に流れる第２ポンプ電流Ｉ
P2を電圧ＶIP2 に変換し、第２ポンプ電流ＩP2の検出信
号としてＥＣＵ５０に入力するためのものである。この
ように構成された本実施例のＮＯｘ吸蔵触媒Ｓ３の機能
低下検出装置においては、駆動回路４０の動作によっ
て、被測定ガスが拡散律速層（第１拡散律速層）４ｄを
介して流入する第１測定室２０内の酸素濃度が一定酸素
濃度に制御され、その一定酸素濃度に制御された第１測
定室２０内の被測定ガスが拡散律速層（第２拡散律速
層）６ｄ，２２ｄを介して第２測定室２６に流入するた
め、第１ポンプセル４に流れる第１ポンプ電流ＩP1は被
測定ガス中の酸素濃度に応じて変化し、第２ポンプセル
８に流れる第２ポンプ電流ＩP2は被測定ガス中のＮＯｘ
濃度に応じて変化するようになり、ＥＣＵ５０側でこれ
ら各電流ＩP1，ＩP2を表す検出信号ＶIP1及びＶIP2 を
読み込み、所定の演算処理を実行することにより、被測
定ガス中の酸素濃度及びＮＯｘ濃度を測定することがで
きる。

【００６５】なお、これら各濃度の測定精度を確保する
には、ＮＯｘセンサ２の温度を一定に制御する必要があ
り、このために温度センサ４６にて検出される温度ＴＨ
が目標温度となるように、ヒータ通電回路４４から各ヒ
ータ１２，１４への通電電流量を制御する。

【００６６】ここで、図４は、エンジン制御装置５２に
より内燃機関Ｓ１が、理論空燃比での運転制御（以下、
通常制御という）から希薄空燃比での運転制御（以下、
リーン制御という）に切り換えられた時に、ＮＯｘ吸蔵
触媒Ｓ３の下流に取り付けられたＮＯｘセンサ２にて検
出される第２ポンプ電流ＩP2の測定結果を表すグラフで
ある。

【００６７】図４（ａ）（ｂ）に示す如く、内燃機関Ｓ
１の制御が通常制御（Ａ／Ｆ(空燃比)≒１４）からリー
ン制御（Ａ／Ｆ≒？）に切り替わると、最初は、ＮＯｘ
吸蔵触媒Ｓ３のＮＯｘ吸蔵能力に余裕があるため、ＮＯ
ｘ吸蔵触媒Ｓ３からＮＯｘが殆ど漏れ出ることがない。
その後、硝酸塩としてＮＯｘ吸蔵触媒Ｓ３上に蓄積され
るＮＯｘの量が増大し、ＮＯｘ吸蔵触媒Ｓ３のＮＯｘ吸
蔵能力が低下するに従って、ＮＯｘ吸蔵触媒Ｓ３の下流
に漏れ出すＮＯｘ量、即ち被測定ガス中のＮＯｘ濃度が
増大し、これに伴って第２ポンプ電流ＩP2も増大する。
そして、最終的にＮＯｘ吸蔵触媒Ｓ３がＮＯｘを殆ど吸
蔵できなくなると、被測定ガスのＮＯｘ濃度は、ＮＯｘ
吸蔵触媒Ｓ３に流入する排気ガスのＮＯｘ濃度とほぼ同
じ値になる。

【００６８】なお、図４（ｃ）は、燃料に硫黄が含まれ
ている場合に、この硫黄がＮＯｘ吸蔵触媒Ｓ３に硫酸塩
として蓄積され、ＮＯｘの吸蔵能力が低下した時の測定
結果であり、第２ポンプ電流ＩP2が増大する時の傾きが
大きくなっている。以下、このようなＮＯｘ吸蔵触媒Ｓ
３の機能低下を検出するためにＥＣＵ５０において実行
される機能低下検出処理について、図５に示すフローチ
ャートに沿って説明する。

【００６９】なお、本処理は、ヒータ１２，１４への通
電によりＮＯｘセンサ２が活性化された後に繰り返し実
行される。図５に示す如く、本処理では、まずＳ１１０
（Ｓはステップを表わす）にて、本処理にて使用するタ
イマをリセットし、続くＳ１２０では、エンジン制御装
置５２から入力される運転制御情報に基づいて、エンジ
ン制御装置５２によるリーン制御が開始されたか否かを
判断し、リーン制御が開始されたと判断されると、Ｓ１
３０に移行する。

【００７０】Ｓ１３０では、先のＳ１１０にてリセット
したタイマをスタートし、続くＳ１４０では、待機時間
Ｔｗが経過したか否かを判断する。これは、通常制御か
らリーン制御に切り替わった直後は、この制御の切替に
応じて排気ガス中の酸素濃度が不安定となり、第２ポン
プ電流ＩP2のオフセットも変動して、正確な検出を行う
ことができないためである。従って、待機時間Ｔｗは制
御切替に基づく第２ポンプ電流ＩP2の変動が十分に収束
するような長さに設定される。

【００７１】そして、Ｓ１４０にて待機時間Ｔｗが経過
したと判断されると、Ｓ１５０に移行して、検出信号Ｖ
IP2 を読み込むことにより第２ポンプ電流ＩP2を検出
し、第２ポンプ電流検出手段としての処理を実行する。
次にＳ１６０では、温度センサ４６，圧力センサ４７，
及び回転センサ４８により、それぞれＮＯｘセンサ２の
温度ＴＨ，吸気管負圧Ｐｂ，及びエンジン回転数Ｎｅを
検出する温度検出手段及び流入ガス状態検出手段として
の処理を実行し、続くＳ１７０では、吸気管負圧Ｐｂ及
びエンジン回転数Ｎｅの許容変動幅を算出する。

【００７２】この許容変動幅は、Ｓ１３０にてタイマを
スタートさせた後、Ｓ１６０にて繰り返し検出される吸
気管負圧Ｐｂ及びエンジン回転数Ｎｅから、その平均値
を各々算出し、この算出された平均値を中心とした所定
範囲（例えば±１０％）を設定値としている。

【００７３】なお、許容変動幅は、ＮＯｘ吸蔵触媒Ｓ３
に流入する排気ガスの流量や排気ガス中のＮＯｘ濃度，
空燃比等の急激な変動を検出するための基準値であり、
排気ガスの状態を直接検出するのではなく、排気ガスの
状態を決定する要因であるエンジン回転数Ｎｅや吸気管
負圧Ｐｂといった内燃機関Ｓ１の運転状態から間接的に
検出しているのである。

【００７４】つまり、本実施例では、後述するようにＳ
１５０にて検出した第２ポンプ電流ＩP2をセンサ温度Ｔ
Ｈに基づいて温度補償しているが、大きく運転状態が変
化した場合には、温度補償をしても十分な精度を確保で
きない場合があるので、温度補償により十分な精度を確
保できる範囲を限定しているのである。

【００７５】そして、Ｓ１８０では、先のＳ１６０にて
検出された吸気管負圧Ｐｂ及びエンジン回転数Ｎｅが、
Ｓ１７０にて設定された許容変動幅の範囲内にあるか否
かを判断し、いずれか一方でも範囲内になければ、Ｓ１
９０に移行してタイマを停止し、続くＳ２００にて、Ｎ
Ｏｘ吸蔵触媒Ｓ３のリフレッシュ要求をエンジン制御装
置５２に出力後、本処理を終了する。

【００７６】一方、Ｓ１８０にて、吸気管負圧Ｐｂ及び
エンジン回転数Ｎｅが、いずれも許容変動幅の範囲内に
あると判断された場合は、Ｓ２１０に移行し、Ｓ１６０
にて検出したセンサ温度ＴＨに基づいて、Ｓ１５０にて
検出した第２ポンプ電流ＩP2を補正する第２補正手段と
しての処理を実行する。

【００７７】つまり、本実施例では、ヒータ通電回路４
４への通電を制御して、温度センサ４６での検出温度が
一定となるようにしているが、内燃機関Ｓ１の加速時に
吸入空気量の増大に伴い排気温度が一時的に低下した
り、内燃機関Ｓ１の減速時に吸入空気量の減少に伴い排
気温度が一時的に上昇したりすると、ＮＯｘセンサ２が
その温度変化の影響を受けて、第１ポンプ電流ＩP1，第
２ポンプ電流ＩP2が共に変化してしまい、特に第２ポン
プ電流ＩP2は、安定状態に戻るまでに比較的長い時間
（１分程度）を要する。なお、これは、第１ポンプ電流
ＩP1が排気温度の影響を受けることにより第１測定室２
０内の酸素濃度が目標濃度から一旦ずれると、その後、
その酸素濃度を目標濃度に戻すのに時間がかかるためで
あり、この酸素濃度の変化に基づいて、第２ポンプ電流
ＩP2のオフセットが変化する。

【００７８】そこで、本実施例では、排気温度が急変し
ても、第２ポンプ電流ＩP2のオフセットの変動を正確に
相殺できるようにするために、温度センサ４６からＮＯ
ｘセンサ２の温度を求め、例えば図７に如き温度補正量
算出用のマップを用いて温度補正量を求め、第２ポンプ
電流ＩP2を補正するようにしているのである。

【００７９】そして、Ｓ２２０では、補正された第２ポ
ンプ電流ＩP2を用いて、タイマスタート後に最初に検出
された第２ポンプ電流ＩP2ｏ（図４中の時点ｔ１）との
相対値△ＩP2（＝ＩP2−ＩP2ｏ）を算出し、続くＳ２３
０では、この相対値△ＩP2が、予め設定された固定値Ｉ
ｃ以上であるか否かを判断する第１判定手段としての処
理を実行し、否定判断された場合は、ＮＯｘ吸蔵触媒Ｓ
３の吸蔵能力は未だ余裕がある（劣化していない）もの
として、Ｓ１５０に戻る。

【００８０】なお、このＳ３５０〜Ｓ３８０，Ｓ４１０
〜Ｓ４３０の処理を繰り返す間、ＮＯｘ吸蔵触媒Ｓ３に
は、排気ガス中のＮＯｘが硝酸塩として蓄積されるが、
時間が経過し硝酸塩の蓄積量が増大するに従って、ＮＯ
ｘの吸蔵能力が低下し、ＮＯｘ吸蔵触媒Ｓ３下流の被測
定ガス中のＮＯｘ濃度が増大するため、第２ポンプ電流
ＩP2、延いてはその相対値△ＩP2が、除々に増大する。

【００８１】その結果、相対値△ＩP2が固定値Ｉｃ以上
となり、Ｓ２３０にて肯定判断されると、Ｓ２４０に移
行してタイマを停止すると共に、この時のタイマ値を測
定値ＴＯとして記憶する電流増加時間測定手段としての
処理を実行し、続くＳ２５０では、ＮＯｘ吸蔵触媒Ｓ３
の吸蔵能力の異常を検出するための時間しきい値Ｔthを
算出する時間しきい値設定手段としての処理を実行す
る。

【００８２】この時間しきい値Ｔthは、タイマの起動中
にＳ１６０にて繰り返し検出される吸気管負圧Ｐｂ及び
エンジン回転数Ｎｅの各平均値から推定される排気ガス
の流量、及びＮＯｘ濃度に基づいて、被測定ガス中のＮ
Ｏｘ濃度を検出する第２ポンプ電流ＩP2が固定値Ｉｃを
越えるのに要する推定時間が設定値とされる。なお、時
間しきい値Ｔthは、吸気管負圧Ｐｂ及びエンジン回転数
Ｎｅの各平均値をパラメータとするマップを予め用意し
ておき、このマップを用いて設定してもよい。

【００８３】続くＳ２６０では、Ｓ２４０にて記憶され
た測定値ＴＯが時間しきい値Ｔthより小さいか否かを判
断する第２判定手段としての処理を実行し、否定判断さ
れた場合には、ＮＯｘ吸蔵触媒Ｓ３が硝酸塩の蓄積によ
る機能低下を起こしているものとしてＳ２００に移行
し、ＮＯｘ吸蔵触媒Ｓ３のリフレッシュ要求をエンジン
制御装置５２へ出力する。

【００８４】一方、Ｓ２６０にて肯定判断された場合
は、ＮＯｘ吸蔵触媒Ｓ３が硫酸塩の蓄積やＮＯｘ吸蔵材
の剥離等の異常を起こしているものとして、触媒焼き切
り要求をエンジン制御装置５２に出力後、本処理を終了
する。なお、エンジン制御装置５２は、ＥＣＵ５０から
リフレッシュ要求を入力すると、一時的に空燃比がリッ
チとなるように制御して、内燃機関Ｓ１から未燃ガスを
排出させ、この未燃ガスとＮＯｘ吸蔵触媒Ｓ３に蓄積さ
れた硝酸塩を反応させることで、ＮＯｘ吸蔵触媒Ｓ３の
リフレッシュを実行する。また、ＥＣＵ５０から触媒焼
き切り要求を入力すると、ＮＯｘ吸蔵触媒Ｓ３に蓄積さ
れた硫酸塩が反応して還元されるような状態を一時的に
作り出すことにより、ＮＯｘ吸蔵触媒Ｓ３のリフレッシ
ュ（焼き切り処理）を実行する。

【００８５】以上説明したように、本実施例のＮＯｘ吸
蔵触媒の機能低下検出装置においては、内燃機関Ｓ１を
希薄空燃比にて運転制御するリーン制御が開始された後
の特定時点ｔ１を基準として検出される第２ポンプ電流
ＩP2の相対値△ＩP2が、固定値Ｉｃだけ増加した場合、
即ちＮＯｘ吸蔵触媒Ｓ３から漏出するＮＯｘが所定量だ
け増加した場合に、ＮＯｘ吸蔵触媒Ｓ３の吸蔵能力が低
下していると判断し、また、相対値△ＩP2が固定値Ｉｃ
だけ増加するのに要する時間ＴＯが、時間しきい値Ｔth
より小さい場合に、ＮＯｘ吸蔵触媒Ｓ３の吸蔵能力に異
常があると判断するようにされている。

【００８６】このように、本実施例では、第２ポンプ電
流ＩP2のオフセットが相殺される相対値△ＩP2や、第２
ポンプ電流ＩP2の時間的変化（傾き）を用い、第２ポン
プ電流ＩP2の絶対値を用いることなく、ＮＯｘ吸蔵触媒
Ｓ３の機能低下を検出しているので、第２ポンプ電流Ｉ
P2のオフセットの影響を受けることなく、精度のよい検
出を行うことができる。

【００８７】しかも、本実施例では、温度センサ４６に
より検出されるセンサ温度ＴＨに基づいて、第２ポンプ
電流ＩP2のオフセットの温度変動分が補償されるので、
検出中にセンサ温度の変動があったとしても、これに影
響されることもない。また、本実施例では、内燃機関Ｓ
１の運転状態を表すパラメータ（吸気管負圧Ｐｂ，エン
ジン回転数Ｎｅ）を逐次検出し、その検出値が許容変動
範囲から外れている場合には、運転状態が急激に変化し
たものとして、機能低下の判定を中止して、ただちにリ
フレッシュ要求を出力するようにされている。

【００８８】従って、装置に負担のかかる触媒焼き切り
要求を無駄に出力してしまうような誤判定を確実に防止
でき、装置の信頼性，耐久性を向上させることができ
る。 ［第２実施例］次に、第２実施例について説明する。

【００８９】本実施例は、第１実施例とは、ＥＣＵ５０
が行う機能低下検出処理の一部が異なるだけであるた
め、この処理の異なる部分についてのみ説明する。ここ
で、図６、本実施例における機能低下検出処理を表すフ
ローチャートであり、Ｓ３１０〜Ｓ３５０は、第１実施
例と全く同様に、タイマをリセットし、内燃機関Ｓ１の
運転制御がリーン制御に切り替わると、タイマをスター
トさせ、待機時間Ｔｗが経過すると、第２ポンプ電流Ｉ
P2を検出を開始する。

【００９０】そして、Ｓ３６０では、温度センサ４６，
圧力センサ４７，回転センサ４８により、センサ温度Ｔ
Ｈ，吸気管負圧Ｐｂ，エンジン回転数Ｎｅを検出すると
共に、検出信号ＶIP1 を読み込むことにより第１ポンプ
電流ＩP1を検出する酸素濃度検出手段としての処理を実
行する。

【００９１】続くＳ３７０では、第１ポンプ電流ＩP1の
許容変動幅を算出する。この許容変動幅は、Ｓ３６０に
て繰り返し検出される第１ポンプ電流ＩP1の平均値を算
出し、この平均値を中心とした所定範囲（例えば±１０
％）を設定値としている。そして、Ｓ３８０では、先の
Ｓ３６０で検出した第１ポンプ電流ＩP1が、Ｓ３７０に
て設定された許容変動幅の範囲内にあるか否かを判断
し、否定判断された場合には、第１実施例のＳ１９０，
Ｓ２００と全く同様にＳ３９０，Ｓ４００の処理を実行
し、即ち、タイマを停止して、ＮＯｘ吸蔵触媒Ｓ３のリ
フレッシュ要求をエンジン制御装置５２に出力して本処
理を終了する。

【００９２】一方、Ｓ３８０にて肯定判断された場合に
は、Ｓ４１０に移行し、Ｓ１６０にて検出したセンサ温
度ＴＨ，及び第１ポンプ電流ＩP1に基づいて、Ｓ３５０
にて検出した第２ポンプ電流ＩP2を補正する第１及び第
２補正手段としての処理を実行する。

【００９３】つまり、本実施例では、第１実施例で行わ
れる温度補償に加えて、被測定ガスの酸素濃度（空燃
比）の変化を直接検出して第２ポンプ電流ＩP2をより精
密に補正している。具体的には、第２ポンプ電流ＩP2を
被測定ガス中のＮＯｘ濃度のみに対応させるために、上
記のようにＮＯｘを含まない被測定ガスを測定（図１０
参照）した際に得られる酸素濃度に対応した第２ポンプ
電流ＩP2のオフセット値を、予めマップに記憶してお
き、第１ポンプ電流ＩP1から検出される被測定ガス中の
酸素濃度をパラメータとして、マップから読み出される
オフセット値により、検出した第２ポンプ電流ＩP2を補
正するのである。

【００９４】そして続くＳ４２０〜Ｓ４７０では、第１
実施例のＳ２２０〜Ｓ２７０と全く同様に、補正された
第２ポンプ電流ＩP2に基づいて、タイマスタート後に最
初に検出された第２ポンプ電流ＩP2ｏとの相対値△ＩP2
を算出し（Ｓ４２０）、その相対値△ＩP2が固定値Ｉｃ
以上であるか否かを判断する（Ｓ４３０）。そして、相
対値△ＩP2が固定値より小さければＳ３５０に戻り、一
方、固定値以上であれば、タイマを停止してその時の値
を測定値ＴＯとして記憶（Ｓ４４０）した後、Ｓ３６０
にて繰り返し検出される吸気管負圧Ｐｂ及びエンジン回
転数Ｎｅの平均値に基づいて、時間しきい値Ｔthを算出
し（Ｓ４５０）、Ｓ４４０で記憶した測定値ＴＯが、こ
の時間しきい値Ｔthより小さいか否かを判断する（Ｓ４
６０）。その結果、測定値ＴＯが時間しきい値Ｔth以上
であれば、エンジン制御装置５２にリフレッシュ要求を
出力し（Ｓ４００）、一方、測定値ＴＯが時間しきい値
Ｔthより小さければ、エンジン制御装置５２に触媒焼き
切り要求を出力して（Ｓ４７０）、本処理を終了する。

【００９５】以上説明したように、本実施例のＮＯｘ吸
蔵触媒の機能低下検出装置によれば、第１実施例と同様
に、第２ポンプ電流ＩP2の相対値△ＩP2や第２ポンプ電
流ＩP2の時間的変化（傾き）を用い、第２ポンプ電流Ｉ
P2の絶対値を用いることなく、ＮＯｘ吸蔵触媒Ｓ３の機
能低下を検出しているので、第２ポンプ電流ＩP2のオフ
セットの影響を受けることなく、精度のよい検出を行う
ことができる。

【００９６】しかも、本実施例では、センサ温度ＴＨだ
けでなく、第１ポンプ電流ＩP1に基づいて検出される被
測定ガスの酸素濃度に基づいて、第２ポンプ電流ＩP2を
補正するようにされているので、検出中に、センサ温度
ＴＨや被測定ガスの酸素濃度（空燃比）の変動があった
としても、これに影響されることなく精度のよい検出を
行うことができる。

【００９７】また、被測定ガスの酸素濃度の検出を、新
たなセンサを設けることなく、ＮＯｘセンサ２にて行っ
ているので、第２ポンプ電流ＩP2に影響を与える環境変
化をより的確に検出することができ、第２ポンプ電流Ｉ
P2の補正を精度よく行うことができる。

【００９８】ところで、上記実施例では、第２ポンプ電
流の相対値△ＩP2を算出する際の基準値となる最初の検
出値ＩP2ｏが、ＮＯｘ吸蔵触媒Ｓ３のＮＯｘ吸蔵能力に
十分余裕がある時に検出される場合を仮定しているが、
ＮＯｘ吸蔵材が大量に剥離する等して、ＮＯｘ吸蔵触媒
Ｓ３の吸蔵能力の低下が著しい場合、図８に示すよう
に、リーン制御に切り替わった直後に、第２ポンプ電流
ＩP2が急激に増大する。この場合、待機時間Ｔｗが経過
して最初の検出を行った時点ｔ１では、既に電流値が大
きく上昇しているため、この時点ｔ１での検出値を基準
値として第２ポンプ電流の相対値△ＩP2を算出すると、
相対値△ＩP2は固定値Ｉｃを越えることがなく、制御不
能に陥るような事態が考えられる。

【００９９】そこで、このような事態を防止するため
に、例えば、タイマ値の上限を決めておき、タイムアウ
トした場合には、ＮＯｘ吸蔵触媒Ｓ３の吸蔵能力に異常
があるものとして触媒焼き切り要求を出力するように構
成してもよい。また、第２ポンプ電流ＩP2と比較する固
定値を段階的に複数設定し、ある固定値から次の固定値
に達する間の第２ポンプ電流ＩP2の傾きをそれぞれ求
め、これらの傾きから上述のような異常事態を推定する
ようにしてもよい。

【０１００】以上、本発明の実施例について説明した
が、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、様
々な態様にて実施することが可能である。例えば、上記
実施例では、温度センサ４６からＮＯｘセンサ２の温度
ＴＨを求めているが、本願出願人が出願した特願平８−
２９６６７６号に記載されているように、Ｖｓセル６の
抵抗値検出し、この検出した抵抗値からＮＯｘセンサ２
の温度を求めるようにしてもよい。

【０１０１】また、上記実施例では、吸気管負圧Ｐｂ及
びエンジン回転数Ｎｅに基づいて時間しきい値を設定し
たが、排気ガスの流量やＮＯｘ濃度に影響を与えるもの
であれば、どのようなパラメータを用いてもよい。更
に、上記第２実施例では、酸素濃度をＮＯｘセンサ２に
て検出しているが、他の酸素センサを用いて酸素濃度を
検出するように構成してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の窒素酸化物吸蔵触媒の機能低下検出
装置全体の構成を表わす概略構成図である。

【図２】 実施例のＮＯｘセンサの取付位置を表す説明
図である。

【図３】 実施例のＮＯｘセンサの構成を表わす分解斜
視図である。

【図４】 実施例のＮＯｘセンサから出力される第２ポ
ンプ電流の波形図である。

【図５】 実施例のＥＣＵにおいて繰返し実行される機
能低下検出処理を表わすフローチャートである。

【図６】 第２実施例における機能低下検出処理を表す
フローチャートである。

【図７】 第２ポンプ電流を温度補正する際に使用され
るマップの一例を表すグラフである。

【図８】 ＮＯｘ吸蔵触媒のＮＯｘ吸蔵能力が極端に低
下した場合に検出される第２ポンプ電流の波形図であ
る。

【図９】 酸素濃度と第１ポンプ電流との関係、及び窒
素酸化物濃度と第２ポンプ電流との関係を模式的に表す
グラフである。

【図１０】 ＮＯｘを含まない被測定ガスの酸素濃度
（空燃比）と第２ポンプ電流との関係を表わすグラフで
ある。

【図１１】 第２ポンプ電流のオフセットの温度特性を
測定した結果を示すグラフである。

【符号の説明】

２…ＮＯｘセンサ ４…第１ポンプセル ６…酸素
濃度測定セル ８…第２ポンプセル １２…ヒータ １８，２２，
２４…固体電解質層 ２０…第１測定室 ２６…第２測定室 ２８…スペ
ーサ ４０…駆動回路 ４２…検出回路 ４４…ヒー
タ通電回路 ４６…温度センサ ４７…圧力センサ ４８…回転
センサ ５０…ＥＣＵ ５２…エンジン制御装置 Ｓ１
…内燃機関 Ｓ２…排気管 Ｓ３…ＮＯｘ吸蔵触媒 Ｓ４
…吸気管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ０１Ｎ 27/419 Ｇ０１Ｎ 27/46 ３２７Ｎ 27/416 ３３１

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸素イオン伝導性の固体電解質層を多孔
   質の電極で挟んでなる第１酸素ポンピングセル及び酸素
   濃度測定セルを有し、第１拡散律速層を介して被測定ガ
   ス側に連通された第１測定室と、酸素イオン伝導性の固
   体電解質層を多孔質の電極で挟んでなる第２酸素ポンピ
   ングセルを有し、第２拡散律速層を介して前記第１測定
   室と連通された第２測定室とを備えると共に、前記各セ
   ルを所定の活性温度まで加熱するヒータを備えたＮＯｘ
   センサを、内燃機関の排気管に取り付けられた窒素酸化
   物吸蔵触媒の下流に配置して、該窒素酸化物吸蔵触媒の
   機能低下を検出する検出方法であって、 前記酸素濃度測定セルの出力電圧が一定値となるように
   前記第１酸素ポンピングセルに第１ポンプ電流を流し
   て、前記第１測定室内の酸素濃度を一定に制御すると共
   に、前記第２酸素ポンピングセルに前記第２測定室から
   酸素を汲み出す方向に一定電圧を印加することにより、
   被測定ガス中の窒素酸化物濃度に応じて前記第２酸素ポ
   ンピングセルに流れる第２ポンプ電流を検出し、燃料に
   対する酸素の割合の大きい希薄空燃比での内燃機関の運
   転制御が開始された後に、予め設定された固定値分だけ
   前記第２ポンプ電流の増加を検出すると、前記窒素酸化
   物吸蔵触媒の吸蔵能力が低下していると判定することを
   特徴とする窒素酸化物吸蔵触媒の機能低下検出方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の検出方法において、前
   記第２ポンプ電流の前記固定値分の増加に要する時間
   が、予め設定された時間しきい値より小さい場合に、前
   記窒素酸化物吸蔵触媒の吸蔵能力に異常があると判定す
   ることを特徴とする窒素酸化物吸蔵触媒の機能低下検出
   方法。
3. 【請求項３】 酸素イオン伝導性の固体電解質層を多孔
   質の電極で挟んでなる第１酸素ポンピングセル及び酸素
   濃度測定セルを有し、第１拡散律速層を介して被測定ガ
   ス側に連通された第１測定室と、酸素イオン伝導性の固
   体電解質層を多孔質の電極で挟んでなる第２酸素ポンピ
   ングセルを有し、第２拡散律速層を介して前記第１測定
   室と連通された第２測定室とを備えると共に、前記各セ
   ルを所定の活性温度まで加熱するヒータを備えたＮＯｘ
   センサを、内燃機関の排気管に取り付けられた窒素酸化
   物吸蔵触媒の下流に配置して、該窒素酸化物吸蔵触媒の
   機能低下を検出する検出装置であって、 前記酸素濃度測定セルの出力電圧が一定値となるように
   前記第１酸素ポンピングセルに第１ポンプ電流を流し
   て、前記第１測定室内の酸素濃度を一定に制御する第１
   ポンプ電流制御手段と、 前記第２酸素ポンピングセルに前記第２測定室から酸素
   を汲み出す方向に一定電圧を印加する定電圧印加手段
   と、 被測定ガス中の窒素酸化物濃度に応じて前記第２酸素ポ
   ンピングセルに流れる第２ポンプ電流を検出する第２ポ
   ンプ電流検出手段と、 燃料に対する酸素の割合の大きい希薄空燃比による内燃
   機関の運転制御が開始された後に、予め設定された固定
   値分だけ前記第２ポンプ電流の増加を検出すると、前記
   窒素酸化物吸蔵触媒の吸蔵能力が低下していると判定す
   る第１判定手段と、 を備えることを特徴とする素酸化物吸蔵触媒の機能低下
   検出装置。
4. 【請求項４】 前記第１酸素ポンピングセルに流れる第
   １ポンプ電流から被測定ガス中の酸素濃度を検出する酸
   素濃度検出手段と、 該酸素濃度検出手段にて検出される酸素濃度に応じて、
   前記第２ポンプ電流検出手段での検出結果を補正するこ
   とにより該検出結果に含まれる前記第２ポンプ電流のオ
   フセットの変動分を補償する第１補正手段と、 を設けたことを特徴とする請求項３に記載の窒素酸化物
   吸蔵触媒の機能低下検出装置。
5. 【請求項５】 前記ＮＯｘセンサの温度を検出する温度
   検出手段と、 該温度検出手段にて検出された前記ＮＯｘセンサの温度
   に応じて、前記第２ポンプ電流検出手段での検出結果を
   補正することにより該検出結果を温度補償する第２補正
   手段と、 を設けたことを特徴とする請求項３または請求項４に記
   載の窒素酸化物吸蔵触媒の機能低下検出装置。
6. 【請求項６】 前記第１判定手段にて前記第２ポンプ電
   流の前記固定値分の増加が検出されるのに要する時間を
   測定する電流増加時間測定手段と、 該電流増加時間測定手段での検出結果が、予め設定され
   た時間しきい値より小さい場合に、前記窒素酸化物吸蔵
   触媒の吸蔵能力に異常があると判定する第２判定手段
   と、 を備えることを特徴とする請求項３ないし請求項５のい
   ずれかに記載の窒素酸化物吸蔵触媒の機能低下検出装
   置。
7. 【請求項７】 前記窒素酸化物吸蔵触媒に流入する排気
   ガスの流量及び該排気ガス中の窒素酸化物濃度を検出す
   る流入ガス状態検出手段と、 該流入ガス状態検出手段の検出結果に応じて、流量が多
   いほど、また窒素酸化物濃度が高いほど前記時間しきい
   値を小さな値に設定する時間しきい値設定手段を設けた
   ことを特徴とする請求項６に記載の窒素酸化物吸蔵触媒
   の機能低下検出装置。
8. 【請求項８】 前記流入ガス状態検出手段は、内燃機関
   の運転状態から前記排気ガスの流量及び該排気ガス中の
   窒素酸化物濃度を推定することを特徴とする請求項７に
   記載の窒素酸化物吸蔵触媒の機能低下検出装置。