JPH1193743A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＮＯ_X 吸蔵還元触媒の総合的な触媒能力を判
定する。 【解決手段】 内燃機関１の排気通路２に、流入する排
気の空燃比がリーン空燃比のときに排気中のＮＯ_X を吸
収し流入する排気の空燃比がリッチ空燃比になったとき
に吸収したＮＯ_X を放出、還元浄化するＮＯ_X 吸蔵還元
触媒７と、その下流側に空燃比センサ３３を配置する。
電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０は機関をリッチ空燃比
運転した後、機関の運転空燃比を所定のリーン空燃比に
変化させるとともに、この変化時に下流側空燃比センサ
３３で検出した排気空燃比が理論空燃比になっている時
間を計測し、この理論空燃比に保持される時間に基づい
てＮＯ_X 吸蔵還元触媒の触媒能力を判定する。これによ
り、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒のＮＯ_X 吸収能力だけでなく、
還元触媒としての能力をも含めた、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒
の総合的な触媒能力判定が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流入する排気の空
燃比がリーン空燃比のときに排気中のＮＯ_X を吸収し、
流入する排気の空燃比が理論空燃比、またはリッチ空燃
比になったときに吸収したＮＯ_X を放出、還元浄化する
ＮＯ_X 吸蔵還元触媒を備えた内燃機関の排気浄化装置に
関し、詳細にはＮＯ_X 吸蔵還元触媒の総合的な触媒能力
を判定する手段を備えた排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気通路に、流入する排気の
空燃比が理論空燃比より高い（すなわちリーン空燃比
の）ときに排気中のＮＯ_X を吸収し、流入する排気の空
燃比が理論空燃比、またはそれ以下の空燃比の（すなわ
ちリッチ空燃比の）ときに吸収したＮＯ_X を放出、還元
浄化するＮＯ_X 吸蔵還元触媒を配置した内燃機関の排気
浄化装置が一般に知られている。このような排気浄化装
置では、リーン空燃比で運転中の機関の排気中のＮＯ_X
をＮＯ_X 吸蔵還元触媒に吸収させ、排気からＮＯ_Xを除
去するようにしている。また、所定の時間機関をリーン
空燃比で運転する毎に短時間機関をリッチ空燃比で運転
してＮＯ_X 吸蔵還元触媒にリッチ空燃比の排気を供給す
ることによりＮＯ_X 吸蔵還元触媒に吸収したＮＯ_X を放
出、還元浄化し、ＮＯ_X が大気に放出されることを防止
している。

【０００３】ところが、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒は使用とと
もに劣化して吸収可能なＮＯ_X の量（ＮＯ_X 吸収能力）
が低下して行く。このため、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒の劣化
の程度が進むとリッチ空燃比運転が行われる前にＮＯ_X
吸蔵還元触媒が最大量までＮＯ_X を吸収してしまい、排
気中のＮＯ_X が触媒に吸収されずにそのまま大気に放出
される事態が生じる。従って、ＮＯ_X の浄化率を維持す
るためにはＮＯ_X 吸蔵還元触媒の劣化を検出することが
重要になる。このため、従来ＮＯ_X 吸蔵還元触媒の劣化
判定手段を備えた排気浄化装置がいくつか提案されてい
る。

【０００４】この種の排気浄化装置の例としては、例え
ば特開平８−２３２６４４号公報に記載されたものがあ
る。同公報の装置は、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒の下流側の排
気通路に排気の空燃比を検出する空燃比センサを設け、
この空燃比センサで検出した触媒下流側の空燃比の変化
に基づいてＮＯ_X 吸蔵還元触媒の劣化程度を判定するも
のである。すなわち、上記公報の装置では、ＮＯ_X 吸蔵
還元触媒に最大量までＮＯ_X を吸収させるのに十分な時
間だけＮＯ_X 吸蔵還元触媒にリーン空燃比の排気を供給
し、その後ＮＯ_X 吸蔵還元触媒に流入する排気の空燃比
をリーン空燃比からリッチ空燃比に変化させる。そし
て、流入排気の空燃比がリッチ空燃比に変化してから、
触媒下流側の排気空燃比がリッチ空燃比に変化するまで
の時間に基づいてＮＯ_X 吸蔵還元触媒の劣化を判定す
る。

【０００５】後述するように、ＮＯ_X を吸収したＮＯ_X
吸蔵還元触媒にリッチ空燃比の排気が供給されるとＮＯ
_X 吸蔵還元触媒からは吸収したＮＯ_X が放出され、リッ
チ空燃比の排気中のＨＣ、ＣＯと反応して還元浄化され
る。このため、排気中のＨＣ、ＣＯ成分は放出されたＮ
Ｏ_X により酸化されることになり、触媒に流入する排気
の空燃比がリッチ空燃比であっても触媒から流出する排
気の空燃比はリーン空燃比方向に移行する。この場合、
触媒の雰囲気が理論空燃比よりリーン空燃比側になると
ＮＯ_X の放出が低下するため、ＮＯ_X の放出中は触媒の
雰囲気は理論空燃比付近（実際には理論空燃比よりわず
かにリーン空燃比側）で平衡するようになる。すなわ
ち、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒からＮＯ_X が放出されている間
は触媒に流入する排気空燃比がリッチ空燃比であっても
触媒から流出する排気の空燃比は理論空燃比近傍に維持
されることになる。また、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒が吸収し
たＮＯ_X の全量を放出してしまうと、もはや排気中のＨ
Ｃ、ＣＯ成分のＮＯ_X による酸化が生じなくなるため、
触媒から流出する排気の空燃比は触媒に流入する排気の
空燃比と同じリッチ空燃比となる。従って、ＮＯ_X 吸蔵
還元触媒に流入する排気の空燃比がリーン空燃比からリ
ッチ空燃比に変化したときから、触媒下流側の排気の空
燃比がリッチ空燃比になるまでの時間はＮＯ_X 吸蔵還元
触媒が吸収したＮＯ_X 量と略比例すると考えられる。

【０００６】上記公報の装置は、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒に
最大量のＮＯ_X を吸収させ、このＮＯ_X の全量を放出す
るのに要する時間を測定することにより、ＮＯ_X 吸蔵還
元触媒の現在の最大ＮＯ_X 吸収量（すなわち現在のＮＯ
_X 吸収能力）を判定するようにしたものである。上記公
報の装置では、このようにＮＯ_X 吸蔵還元触媒の現在の
ＮＯ_X 吸収能力を判定することにより、ＮＯ_X 吸蔵還元
触媒の劣化程度を判断することが可能となっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記特開平
８−２３２６４４号公報の装置では、ＮＯ_X 吸蔵還元触
媒のＮＯ_X 吸収能力の低下は判定することはできるもの
の、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒の触媒としての酸化還元能力等
を含めた総合的な触媒能力を判定することができない問
題がある。

【０００８】後述するように、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒は通
常の三元触媒と同様な酸化還元触媒としての機能を有し
ており、この酸化還元能力が排気中のＨＣ、ＣＯの浄化
のみならずＮＯ_X の浄化にも大きく影響している。従っ
て、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒の触媒としての能力が低下すれ
ば、たとえＮＯ_X 吸収能力が低下していなくてもＮＯ _X
吸蔵還元触媒のＮＯ_X 浄化能力は低下してしまう。この
ため、上記公報の装置のように単にＮＯ_X 吸収能力を判
定するのみでは正確にＮＯ_X 吸蔵還元触媒の劣化の判定
を行うことはできない。すなわち、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒
の劣化は、ＮＯ _X 吸収能力と酸化還元触媒としての能力
との両方を含む総合的なＮＯ_X 吸蔵還元触媒の触媒能力
に基づいて判定することが必要となる。

【０００９】本発明は上記問題に鑑み、ＮＯ_X 吸蔵還元
触媒の、ＮＯ_X 吸収能力と酸化還元触媒としての能力と
を含む総合的な触媒能力を判定することが可能な内燃機
関の排気浄化装置を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、内燃機関の排気通路に配置され、流入する排気
の空燃比がリーン空燃比のときに排気中のＮＯ_X を吸収
し、流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリッチ空
燃比になったときに吸収したＮＯ_X を放出、還元浄化す
るＮＯ_X 吸蔵還元触媒と、前記ＮＯ_X 吸蔵還元触媒下流
側の排気通路に配置され、排気の空燃比を検出する空燃
比センサと、前記ＮＯ_X 吸蔵還元触媒に流入する排気の
空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比に変化させる空
燃比制御手段と、前記空燃比制御手段により排気空燃比
がリッチ空燃比からリーン空燃比に変化した後、前記空
燃比センサで検出された排気の空燃比が理論空燃比近傍
に保持される時間に基づいて前記ＮＯ_X 吸蔵還元触媒の
触媒能力を判定する触媒能力判定手段と、を備えた内燃
機関の排気浄化装置が提供される。

【００１１】すなわち、請求項１の発明では前述の従来
技術とは逆にＮＯ_X 吸蔵還元触媒に流入する排気空燃比
がリッチからリーンに変化したときに触媒下流側の排気
空燃比が理論空燃比近傍に保持される時間に基づいてＮ
Ｏ_X 吸蔵還元触媒の触媒能力を判定する。ＮＯ_X 吸蔵還
元触媒にリッチ空燃比の排気が供給されると前述のよう
にＮＯ_X 吸蔵還元触媒から吸収したＮＯ_X が放出され、
ＮＯ_X の放出が終了するとＮＯ_X 吸蔵還元触媒はリッチ
空燃比雰囲気になり、触媒下流側の排気空燃比もリッチ
空燃比になる。ところが、この状態からＮＯ_X 吸蔵還元
触媒に流入する排気の空燃比が再びリーン空燃比に変化
すると触媒下流側の排気の空燃比は直ちにリーン空燃比
にはならず、ある時間理論空燃比近傍にとどまった後で
リーン空燃比に変化することが判明している。このよう
に、流入する排気空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃
比に変化する場合だけでなくリッチ空燃比からリーン空
燃比に変化する場合にも触媒下流側の排気の空燃比があ
る時間理論空燃比に保持される理由は以下の通りと考え
られる。

【００１２】すなわち、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒の雰囲気が
リッチ空燃比になると排気中のＨＣ、ＣＯ成分等がＮＯ
_X 吸蔵還元触媒の触媒成分表面に吸着される。前述した
ように、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒は酸化還元触媒としての機
能を備えているため、次に触媒に流入する排気空燃比が
リーンになると触媒表面上では吸着されたＨＣ、ＣＯ成
分がリーン空燃比排気中の酸素と反応し酸化される。こ
のため、触媒による酸化反応が行われている間は触媒下
流側の排気はリーン空燃比にならず理論空燃比にとどま
るようになる。また、下流側の排気が理論空燃比に保持
される時間はＮＯ_X 吸蔵還元触媒の酸化触媒としての能
力が低下するにつれて短くなることになる。一方、還元
触媒としてのＮＯ_X 吸蔵還元触媒の能力は酸化触媒とし
ての能力が低下すればそれに応じて低下するため、上記
の理論空燃比保持時間からＮＯ_X吸蔵還元触媒の酸化還
元触媒としての能力を判定することができる。このた
め、請求項１の発明ではＮＯ_X 吸蔵還元触媒に流入する
排気の空燃比をリッチ空燃比からリーン空燃比変化させ
たときの理論空燃比保持時間に基づいて触媒の酸化還元
能力が判定され、ＮＯ_X 吸収能力の判定と合わせてＮＯ
_X 吸蔵還元触媒の総合的な触媒能力を判定することが可
能となる。

【００１３】請求項２に記載の発明によれば、内燃機関
の排気通路に配置され、流入する排気の空燃比がリーン
空燃比のときに排気中のＮＯ_X を吸収し、流入する排気
の空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比になったとき
に吸収したＮＯ_X を放出、還元浄化するＮＯ_X 吸蔵還元
触媒と、前記ＮＯ_X 吸蔵還元触媒下流側の排気通路に配
置され、排気の空燃比を検出する空燃比センサと、前記
ＮＯ_X 吸蔵還元触媒に流入する排気の空燃比をリーン空
燃比からリッチ空燃比に変化させ、予め定めた時間の間
該リッチ空燃比に保持した後リーン空燃比に復帰させる
空燃比制御手段と、前記空燃比制御手段により排気空燃
比がリーン空燃比からリッチ空燃比に変化したきの前記
下流側空燃比センサで検出した排気空燃比の変化状態
と、前記空燃比制御手段により排気空燃比がリッチ空燃
比からリーン空燃比に変化した時の前記下流側空燃比セ
ンサで検出した排気空燃比の変化状態との両方に基づい
て前記ＮＯ_X 吸蔵還元触媒の触媒能力を判定する触媒能
力判定手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置が提供
される。

【００１４】すなわち、請求項２の発明では、触媒に流
入する排気の空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に
変化させたときにＮＯ_X 吸蔵還元触媒のＮＯ_X 吸収能力
が、リッチ空燃比からリーン空燃比に変化させたときに
ＮＯ_X 吸蔵還元触媒の酸化還元能力がそれぞれ判定され
るため、両方の結果に基づいてＮＯ_X 吸蔵還元触媒の総
合的な触媒能力が判定される。

【００１５】請求項３に記載の発明によれば、内燃機関
の排気通路に配置され、流入する排気の空燃比がリーン
空燃比のときに排気中のＮＯ_X を吸収し、流入する排気
の空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比になったとき
に吸収したＮＯ_X を放出、還元浄化するＮＯ_X 吸蔵還元
触媒と、前記ＮＯ_X 吸蔵還元触媒下流側の排気通路に配
置され、排気の空燃比を検出する空燃比センサと、前記
ＮＯ_X 吸蔵還元触媒に流入する排気の空燃比をリッチ空
燃比から所定の目標リーン空燃比に変化させる空燃比制
御手段と、前記空燃比制御手段により排気空燃比が前記
所定の目標リーン空燃比に変化した後、前記下流側空燃
比センサで検出した排気空燃比の前記目標リーン空燃比
に対するリッチ空燃比側への偏差に基づいて前記ＮＯ_X
吸蔵還元触媒の触媒能力を判定する触媒能力判定手段
と、を備えた内燃機関の排気浄化装置が提供される。

【００１６】すなわち、請求項３の発明では、ＮＯ_X 吸
蔵還元触媒がＮＯ_X を吸収しているときの触媒上流側の
排気空燃比と触媒下流側側の排気空燃比との偏差に基づ
いてＮＯ_X 吸蔵還元触媒の触媒能力を判定する。後述す
るように、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒が排気中のＮＯ_X を吸収
する際には排気中の酸素を消費する。このため、ＮＯ _X
の吸収中は触媒上流側に比べて下流側では排気中の酸素
濃度が低下し、下流側での排気空燃比は上流側に比べて
リッチ空燃比側になる。また、上流側と下流側との空燃
比の偏差は単位時間に消費された酸素量、すなわち単位
時間にＮＯ_X 吸蔵還元触媒に吸収されたＮＯ_X 量に応じ
て大きくなる。また、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒が最大量まで
ＮＯ_X を吸収するとそれ以上酸素が消費されなくなるた
め、上流側と下流側との排気空燃比は等しくなる。すな
わち、上流側と下流側との排気空燃比に偏差が生じてい
る期間はＮＯ_X 吸蔵還元触媒がＮＯ_X 吸収を行なってい
る時間を表す。このため、例えば一定時間毎に上記空燃
比の偏差を積算すれば現在のＮＯ_X 吸蔵還元触媒が吸収
可能な最大ＮＯ_X 量を正確に知ることが可能となる。

【００１７】請求項３の発明では上記によりＮＯ_X 吸蔵
還元触媒のＮＯ_X 吸収能力を正確に判定することがで
き、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒の酸化還元触媒としての能力の
判定と併せて総合的なＮＯ_X 吸蔵還元触媒の触媒能力を
判定することが可能となる。請求項４に記載の発明によ
れば、前記触媒能力判定手段は更に、前記空燃比センサ
での検出値に基づいて判定したＮＯ_X 吸蔵還元触媒の触
媒能力を、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒に流入する排気条件によ
って補正する補正手段を備えた請求項１から請求項３の
いずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供さ
れる。

【００１８】すなわち、請求項４の発明では請求項１か
ら３のいずれかにより判定されたＮＯ_X 吸蔵還元触媒の
触媒能力は排気温度、排気流量、空燃比等の排気条件に
応じて補正される。例えば、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒のＮＯ
_X 吸収能力は排気温度（触媒温度）、排気流量、空燃比
などに応じて大きく変化する。また、同様にＮＯ_X 吸蔵
還元触媒の酸化還元触媒としての能力も触媒温度等に応
じて大きく変化する。このため、上述の触媒能力の判定
結果は排気条件により変化することになり、正確な触媒
能力の判定が困難になる場合がある。請求項４の発明で
は、請求項１から３のいずれかにより判定されたＮＯ_X
吸蔵還元触媒の触媒能力を排気条件に基づいて補正する
ことにより、排気条件の変化による影響を排除して常に
正確な触媒能力の判定を可能としている。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下添付図面を用いて本発明の実
施形態について説明する。図１は、本発明の排気浄化装
置の概略構成を示す図である。図１において、１は内燃
機関（本実施形態では、＃１から＃４の４つの気筒を有
する４気筒４サイクル機関）を示す。機関１の各気筒の
排気ポートは、それぞれ点火時期が隣接しない２つの気
筒ずつ２組（図１では、＃１、＃３の組と＃２、＃４の
組）に分けられ、それぞれの組毎に排気マニホルド２１
ａ、２１ｂを介して分岐排気通路２２ａ、２２ｂに接続
されている。また、それぞれの分岐排気通路上には、比
較的小容量の三元触媒５ａ、５ｂが設けられている。

【００２０】三元触媒５ａ、５ｂは流入する排気の空燃
比が理論空燃比を中心とする比較的狭い範囲内にあると
きには、排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_X の３成分を効率的
に浄化するとともに、排気空燃比が上記範囲よりリッチ
側にあるときには排気中のＮＯ_X 成分を効果的に還元浄
化し、上記範囲よりリーン側にあるときには排気中のＨ
Ｃ、ＣＯ成分を効果的に酸化する。

【００２１】図１に示すように、分岐排気通路２２ａ、
２２ｂは三元触媒５ａ、５ｂの下流側部分で１つの集合
排気通路２に合流しており、排気通路２上には後述する
ＮＯ _X 吸蔵還元触媒７が配置されている。また、本実施
形態では、集合排気通路２のＮＯ_X 吸蔵還元触媒７入口
部分と出口部分とには、それぞれ排気の空燃比を検出す
る上流側空燃比センサ３１と下流側空燃比センサ３３と
が配置されている。本実施形態では空燃比センサ３１と
３３としては、排気空燃比に応じて出力レベルが連続的
に変化し、常に排気空燃比と１対１に対応する信号を出
力するいわゆるリニア空燃比センサが使用されている。

【００２２】図１に３０で示すのは機関１の燃料噴射制
御、点火時期制御などの基本制御を行う電子制御ユニッ
ト（ＥＣＵ）３０である。本実施形態ではＥＣＵ３０
は、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＲＯＭ（リー
ドオンリメモリ）、ＣＰＵ（中央演算ユニット）及び入
力ポート、出力ポートを双方向性バスで接続した公知の
構成のマイクロコンピュータとして構成されている。本
実施形態では、ＥＣＵ３０は上記基本制御を行う他、各
請求項に記載した、空燃比制御手段、触媒能力判定手段
等の各手段として機能している。これらの制御のため、
ＥＣＵ３０の入力ポートには上流側空燃比センサ３１及
び下流側空燃比センサ３３の出力が図示しないＡＤコン
バータを介して入力されている他、図示しないセンサか
ら機関１の回転数ＮＥ、吸気管圧力ＰＭなどの機関制御
用パラメータが入力されている。また、ＥＣＵ３０の出
力ポートは、機関１の各気筒の燃料噴射弁、点火プラグ
（図示せず）に接続され、機関１の燃料噴射量、噴射時
期、点火時期を制御している。本実施形態では、ＥＣＵ
３０は通常運転時（触媒能力判定を行なっていないと
き）には、機関１の大部分の運転領域でリーン空燃比運
転を行なうとともに、リーン空燃比運転中予め定めた間
隔で短時間機関をリッチ空燃比で運転し、後述するリッ
チスパイク操作を行なう。

【００２３】また、触媒能力判定を行なう時、ＥＣＵ３
０は後述するように、機関空燃比をリーン空燃比から所
定の目標リッチ空燃比に変化させ、その後所定の目標リ
ーン空燃比に変化させる操作を行なう。次に、図１のＮ
Ｏ_X 吸蔵還元触媒７について説明する。ＮＯ_X 吸蔵還元
触媒７は、アルミナ等の担体上に、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なくとも一つと、白金Ｐｔのよう
な貴金属とを担持した構成とされ、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒
７に流入する排気ガスの空燃比がリーンのときにはＮＯ
_X を吸収し、流入排気ガス中の酸素濃度が低下すると吸
収したＮＯ_X を放出するＮＯ_X の吸放出作用を行う。な
お、本明細書では排気系のある点における排気の空燃比
とは、その点より上流側の排気系と機関とに供給された
空気量と燃料量との比を意味するものとする。従って、
排気系に空気または燃料が供給されていない場合には、
排気の空燃比は機関の運転空燃比（機関燃焼室における
燃焼空燃比）と同一になる。

【００２４】上記ＮＯ_X 吸蔵還元触媒７のＮＯ_X 吸放出
のメカニズムについて、以下に白金Ｐｔおよびバリウム
Ｂａを使用し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。流入排気中の酸素濃度が増大す
ると（すなわち排気の空燃比が理論空燃比より高く、す
なわちリーン空燃比になると）、これら酸素は白金Ｐｔ
上にＯ₂ ^- またはＯ^2-の形で付着し、排気中のＮＯ_X は
白金Ｐｔ上のＯ₂ ^- またはＯ^2-と反応し、これによりＮ
Ｏ₂ が生成される。また、流入排気中のＮＯ₂ 及び上記
により生成したＮＯ₂ は白金Ｐｔ上で更に酸化されつつ
吸収剤中に吸収されて酸化バリウムＢａＯと結合しなが
ら硝酸イオンＮＯ₃ ^- の形で吸収剤内に拡散する。この
ため、リーン雰囲気下では排気中のＮＯ_X がＮＯ_X 吸蔵
還元触媒内に硝酸塩の形で吸収されるようになる。

【００２５】また、流入排気中の酸素濃度が大幅に低下
すると（すなわち、排気の空燃比が理論空燃比以下、す
なわちリッチ空燃比になると）、白金Ｐｔ上でのＮＯ₂
生成量が減少するため、反応が逆方向に進むようにな
り、吸収剤内の硝酸イオンＮＯ ₃ ^- はＮＯ₂ の形で吸収
剤から放出されるようになる。この場合、排気中にＣＯ
等の還元成分やＨＣ、ＣＯ₂ 等の成分が存在すると白金
Ｐｔ上でこれらの成分によりＮＯ₂ が還元される。

【００２６】すなわち、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒３は流入す
る排気がリーンの条件下では排気中のＮＯ_X を吸収し、
流入する排気がリッチの条件下では吸収したＮＯ_X を放
出、還元するＮＯ_X の吸放出作用を行う。上述のよう
に、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒は排気中のＮＯ_X をＢａＯ等の
吸収剤と結合した硝酸塩の形で吸収する。このため、Ｎ
Ｏ_X 吸蔵還元触媒内の吸収剤が硝酸イオンで飽和してし
まうとそれ以上排気中のＮＯ_X を吸収することができな
くなり、排気中のＮＯ_X は、たとえ排気空燃比がリーン
であってもＮＯ_X 吸蔵還元触媒に吸収されずに触媒下流
側に流出するようになる。

【００２７】このため、本実施形態では所定の期間リー
ン空燃比運転を行ってＮＯ_X 吸蔵還元触媒にＮＯ_X を吸
収させた後、機関を短時間リッチ空燃比で運転して、Ｎ
Ｏ_X吸蔵還元触媒７に流入する排気をリッチ空燃比にす
るようにしている。これにより、リーン空燃比運転期間
中にＮＯ_X 吸蔵還元触媒に吸収されたＮＯ_X はリッチ空
燃比運転期間中にＮＯ_X 吸蔵還元触媒から放出、還元浄
化されるため、ＮＯ_X吸蔵還元触媒の飽和とＮＯ_X の大
気放出とが防止される。本明細書では、上記のように短
時間ＮＯ_X 吸蔵還元触媒に流入する排気空燃比をリッチ
にしてＮＯ_X 吸蔵還元触媒からＮＯ_X を放出させる操作
を「リッチスパイク操作」と呼ぶ。

【００２８】なお、本実施形態では、ＮＯ_X 吸蔵還元触
媒７のＮＯ_X 吸収量が一定量に到達する毎にリッチスパ
イク操作を行う。この場合、例えばＮＯ_X 吸蔵還元触媒
７のＮＯ_X 吸収量はリーン空燃比運転の継続時間に比例
すると考えられるため、リーン空燃比運転が一定時間続
けられる毎にリッチスパイク操作を行うようにしてもよ
い。また、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒７のＮＯ_X 吸収量はＮＯ
_X 吸蔵還元触媒７に流入した排気の総量に比例すると考
えられる。そこで、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒７に流入した排
気の総量を表すパラメータとしてリーン空燃比運転中の
機関１の回転数の積算値を用いて、回転数の積算値があ
る一定値に到達する毎にリッチスパイク操作を行うよう
にしてもよい。更に、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒７のＮＯ_X 吸
収量はＮＯ_X 吸蔵還元触媒に流入したＮＯ_X の量に比例
すると考えられる。そこで、機関の運転状態（負荷、回
転数）と機関の単位時間当たりのＮＯ_X 発生量との関係
を実験で求めて予めＥＣＵ３０のＲＯＭにこの関係を記
憶しておき、機関の単位時間当たりのＮＯ_X 発生量に基
づいてＮＯ_X 吸蔵還元触媒７のＮＯ_X 吸収量を推定する
ことも可能である。この場合、ＥＣＵ３０は一定時間毎
に機関の負荷、回転数等の運転条件から、ＲＯＭに記憶
した関係に基づいて機関のＮＯ_X 発生量を算出し、この
単位時間当たりのＮＯ_X 発生量を積算する。そして、こ
の積算値が一定量に到達する毎にリッチスパイク操作を
行うようにする。本実施形態では、上記いずれかの方法
によりリーン空燃比運転期間を設定している。

【００２９】ところで、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒は種々の原
因で劣化し、劣化とともに吸収できるＮＯ_X の量（ＮＯ
_X 吸収能力）が低下する。例えば、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒
の吸収剤は高温下では使用とともに粒子が粗大化し、Ｎ
Ｏ_X を吸放出しにくくなるため、通常、使用とともに徐
々にＮＯ_X 吸収能力が低下して行く。このため、ＮＯ _X
吸収能力の低下に応じてリーン空燃比運転中にＮＯ_X 吸
蔵還元触媒に吸収させるＮＯ_X の量を低減しないとＮＯ
_X 吸蔵還元触媒が吸収したＮＯ_X で飽和してしまい、未
浄化のＮＯ_X が大気に放出される恐れがある。このた
め、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒のＮＯ_X 吸収能力を判定するこ
とが必要となる。

【００３０】一方、前述したように、リッチスパイク操
作時にはＮＯ_X 吸蔵還元触媒の吸収剤から放出されたＮ
Ｏ_X は白金Ｐｔ等の触媒上で還元される。このため、Ｎ
Ｏ_X吸蔵還元触媒のＮＯ_X 吸収能力が低下していなくて
も、触媒の還元能力が低下すると放出されたＮＯ_X が十
分に浄化されないまま大気に放出されてしまう恐れがあ
る。このため、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒の総合的な触媒能力
を判定するためには、ＮＯ_X 吸収能力だけではなく、触
媒としての還元能力をも判定する必要がある。

【００３１】本実施形態では、以下に説明する方法によ
り、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒のＮＯ_X 吸収能力と還元能力と
の両方を判定することにより、総合的なＮＯ_X 吸蔵還元
触媒の触媒能力を判定することを可能としている。ま
ず、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒のＮＯ_X 吸収能力の判定につい
て説明する。本実施形態では、 ＮＯ_X 吸蔵還元触媒入口側排気空燃比をリーンからリ
ッチに変化させたときの出口側排気空燃比が理論空燃比
近傍に保持される時間に基づく判定方法（以下、「リー
ン→リッチ変化時の理論空燃比保持時間に基づく方法」
という）、及び ＮＯ_X 吸蔵還元触媒入口側排気空燃比をリッチからリ
ーンに変化させたときの入口側排気空燃比と出口側排気
空燃比との偏差に基づく判定方法（以下、「空燃比偏差
に基づく方法」という）、との両方の方法に基づいてＮ
Ｏ_X 吸蔵還元触媒のＮＯ_X 吸収能力を判定するようにし
ている。以下、それぞれのＮＯ_X 吸収能力判定方法につ
いて説明する。

【００３２】図２は上記の判定方法、すなわち、リー
ン→リッチ変化時の理論空燃比保持時間に基づくＮＯ_X
吸蔵還元触媒のＮＯ_X 吸収能力の判定方法を説明する図
である。図２は機関１をリーン空燃比で運転後、機関の
運転空燃比をリーンからリッチに変化させた場合の(A)
上流側空燃比センサ３１で検出した触媒入口の排気空燃
比変化と、(B) 下流側空燃比センサ３３で検出した触媒
出口の排気空燃比変化を示している。図２(A) に示すよ
うに触媒７入口の空燃比がリーンからリッチに変化する
と、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒７からＮＯ_X が放出されている
間は触媒出口の空燃比はリッチにはならず、理論空燃比
近傍に保持される（図２、(B) ）。そして、ＮＯ_X 吸蔵
還元触媒が吸収したＮＯ_X の全量を放出してしまい、触
媒からＮＯ _X が放出されなくなると、触媒出口の排気空
燃比も入口側と同様リッチ空燃比に変化する。従って、
触媒入口側の排気空燃比がリーンからリッチに変化した
後、触媒出口側の排気空燃比が理論空燃比近傍に保持さ
れる時間（図２(B) にＴＳＴＲで示した時間）はリーン
空燃比運転中にＮＯ_X 吸蔵還元触媒が吸収したＮＯ_X量
を表している。このため、理論空燃比保持時間ＴＳＴＲ
はＮＯ_X 吸蔵還元触媒のＮＯ_X 吸収能力を表すパラメー
タとして用いることができる。

【００３３】なお、図２にＴＤで示したのは、排気が上
流側空燃比センサ３１の位置からＮＯ_X 吸蔵還元触媒７
を通過して下流側空燃比センサ３３に到達するまでの遅
れ時間である。次に、図３は上記の判定方法、すなわ
ち空燃比偏差に基づくＮＯ_X 吸収能力判定方法を説明す
る図である。

【００３４】図３は、機関１をリッチ空燃比で十分長い
時間運転して、触媒出口側の排気空燃比がリッチに変化
した後、機関運転空燃比をリーン空燃比に変化させた場
合の、(A) 上流側空燃比センサ３１で検出した触媒入口
の排気空燃比変化と、(B) 下流側空燃比センサ３３で検
出した触媒出口の排気空燃比変化を示している。触媒入
口側の排気空燃比がリッチからリーンに変化すると、前
述の遅れ時間ＴＤ経過後、或る期間触媒出口側の排気空
燃比は理論空燃比に保持される。この、リッチからリー
ンへの変化時に触媒出口側排気空燃比が理論空燃比に保
持される現象については後で説明する。触媒出口側の排
気空燃比は、上記のように或る時間理論空燃比に保持さ
れた後、リーン空燃比に変化する。しかし、この場合触
媒出口の排気空燃比は、入口側の排気空燃比とは同一に
ならず、入口側の排気空燃比よりリッチ側に保持され、
時間とともに入口側の排気空燃比に近づくようになる
（図３、(B) 区間Ａ参照）。すなわち、ＮＯ_X 吸蔵還元
触媒７に流入する排気の空燃比をリッチからリーンに変
化させると、変化後かなりの時間触媒出口側の排気空燃
比は入口側の排気空燃比に比べてリッチ側に保持される
ようになる。

【００３５】このようにリッチ空燃比からリーン空燃比
に変化後触媒出口側の排気空燃比と入口側の排気空燃比
との間に偏差が生じるのは、リーン空燃比下で排気中の
ＮＯ _X がＮＯ_X 吸蔵還元触媒７に吸収されるためと考え
られる。すなわち、前述したようにリーン空燃比下で
は、例えば排気中のＮＯがＮＯ_X吸蔵還元触媒７の吸収
剤ＢａＯに硝酸塩Ｂａ（ＮＯ₃ ）₂ の形で吸収されるた
めには以下の反応が必要となる。

【００３６】２ＮＯ ＋ Ｏ₂ → ２ＮＯ₂ ＢａＯ ＋ ２ＮＯ₂ ＋（１／２）Ｏ₂ → Ｂａ（ＮＯ
₃ ）₂ すなわち、この例ではＮＯ_X 吸蔵還元触媒が排気中の１
モルのＮＯを吸収する際には３／４モルの酸素が消費さ
れる。つまり、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒がＮＯ_X を吸収する
際には排気中の酸素が消費されるため、排気中の酸素の
分圧が低下することになり排気空燃比がリッチ側に変化
するのである。

【００３７】このため、入口側排気空燃比ＡＦＵと出口
側排気空燃比ＡＦＤとの偏差ＤＡＦは単位時間当たりに
ＮＯ_X 吸蔵還元触媒７に吸収されたＮＯ_X の量に比例し
た値となる。また、単位時間当たりにＮＯ_X 吸蔵還元触
媒７が吸収するＮＯ_X 量は、図４に示すように、ＮＯ_X
吸蔵還元触媒７が吸収したＮＯ_X 量が増大するほど減少
し、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒７が限界までＮＯ_X を吸収する
と、すなわちＮＯ_X 吸蔵還元触媒がＮＯ_X で飽和すると
０になる。このため、リーン空燃比の排気を供給する
と、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒の単位時間当たりのＮＯ_X 吸収
量は次第に減少して行く。従って、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒
がＮＯ_X の吸収を開始してから触媒入口と出口の排気空
燃比の偏差がなくなるまでの時間（図２(B) 、区間Ａ）
はＮＯ_X 吸蔵還元触媒が最大限までＮＯ_X を吸収するま
での時間に等しい。このため、触媒入口側と出口側の排
気空燃比の偏差ＤＡＦを図２(B) の時間Ａの間積算した
値（図２(B) 斜線部の面積）は、現在のＮＯ_X 吸蔵還元
触媒が吸収可能な最大ＮＯ_X 量、すなわちＮＯ_X 吸蔵還
元触媒７のＮＯ_X 吸収能力を表す。本実施形態では、上
記の方法によりＮＯ_X 吸蔵還元触媒のＮＯ_X 吸収能力
を判定した後、リッチ空燃比からリーン空燃比に機関空
燃比を復帰させる際に図２(B) 斜線部の面積からＮＯ _X
吸蔵還元触媒のＮＯ_X 吸収能力を再度判定するようにし
ている。このように、リーンからリッチ変化時とリッチ
からリーン変化時との両方でＮＯ_X 吸蔵還元触媒のＮＯ
_X 吸収能力を判定することにより、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒
のＮＯ_X 吸収量のばらつきによる判定誤差が生じること
が防止される。

【００３８】次に、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒の還元触媒とし
ての能力（還元能力）の判定方法について説明する。本
実施形態では、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒入口側排気空燃比
をリッチからリーンに変化させたときの出口側排気空燃
比が理論空燃比近傍に保持される時間に基づく判定方法
（以下、「リッチ→リーン変化時の理論空燃比保持時間
に基づく方法」という）を用いてＮＯ_X 吸蔵還元触媒の
還元能力を判定する。

【００３９】図５は、上記リッチ→リーン変化時の理
論空燃比保持時間に基づくＮＯ_X 吸蔵還元触媒の還元能
力判定方法を説明する図である。図５は、機関１をリッ
チ空燃比で十分長い時間運転して触媒出口側の排気空燃
比がリッチに変化した後、機関運転空燃比をリーン空燃
比に変化させた場合の、(A) 上流側空燃比センサ３１で
検出した触媒入口の排気空燃比変化と、(B) 下流側空燃
比センサ３３で検出した触媒出口の排気空燃比変化を示
す図３と同様な図である。

【００４０】前述したように、触媒入口側の空燃比がリ
ッチからリーンに変化すると、触媒出口側の空燃比は遅
れ時間ＴＤ経過後ある時間（図５(B) 、ＴＳＴＬ）だけ
理論空燃比近傍に保持された後リーン空燃比に変化す
る。このように、触媒入口の排気空燃比がリッチからリ
ーンに変化した場合にも、触媒出口側の排気空燃比が理
論空燃比に保持される期間が生じるのは以下の原因によ
ると考えられる。

【００４１】すなわち、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒に流入する
排気の空燃比がリッチになってから十分に長い時間が経
過して、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒からＮＯ_X が放出し尽くさ
れると、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒内の白金Ｐｔ等の触媒成分
表面には、Ｏ₂ ^- やＯ^2-に代わり排気中のＨＣ、ＣＯ成
分が付着する。その後、触媒に流入する排気の空燃比が
再度リーンに変化すると、触媒成分表面に付着したＨ
Ｃ、ＣＯ成分は排気中の酸素と反応して酸化される。こ
のため、排気中の酸素が消費されて触媒下流側の排気空
燃比は理論空燃比となる。また、排気空燃比が理論空燃
比に保持される時間（図５(B) 、ＴＳＴＬ）は触媒成分
表面に付着したＨＣ、ＣＯ成分がどの程度まで酸化され
るか、すなわち触媒の酸化能力に対応している。触媒の
酸化能力が低下するとそれに応じて触媒の還元能力も低
下するため、上記の理論空燃比保持時間は還元能力を表
すパラメータとして使用することができる。

【００４２】本実施形態では、前述のの方法によりＮ
Ｏ_X 吸蔵還元触媒のＮＯ_X 吸収能力を判定した後、入口
側空燃比をリッチからリーンに変化させて上記の方法
によりＮＯ_X 吸蔵還元触媒の還元能力を判定するととも
に、還元能力の判定終了後前述のの方法により再度Ｎ
Ｏ_X 吸蔵還元触媒のＮＯ_X 吸収能力を判定するようにし
ている。

【００４３】次に、図６から図１２を用いて本実施形態
の上記ＮＯ_X 吸蔵還元触媒の触媒能力判定操作を具体的
に説明する。図６は、触媒能力判定の基本操作を示すフ
ローチャートである。本操作は、ＥＣＵ３０により一定
時間毎に実行されるルーチンとして行なわれる。図６に
おいて、ステップ６０１は機関運転条件や排気条件を代
表するパラメータの読み込みを示す。ステップ６０１で
は、機関回転数ＮＥ、吸入空気量ＧＡ、スロットル弁開
度ＴＨ、機関の目標運転空燃比ＡＦＴ、ＮＯ_X 吸蔵還元
触媒７の温度ＴＣＡＴ等の各パラメータがそれぞれ対応
するセンサから読み込まれる。なお、ＮＯ_X 吸蔵還元触
媒７の温度ＴＣＡＴは実際にＮＯ_X 吸蔵還元触媒７の触
媒床に温度センサを配置して直接検出しても良いし、機
関負荷（回転数ＮＥと吸入空気量ＧＡ）から排気温度と
排気流量とを算出し、これらに基づいて推定するように
しても良い。

【００４４】次にステップ６０３では現在のＮＯ_X 吸蔵
還元触媒７のＮＯ_X 吸収量ＧＮＯＸが読み込まれる。前
述したように、本実施形態ではＮＯ_X 吸蔵還元触媒７の
ＮＯ _X 吸収量を、回転数の積算値や機関のＮＯ_X 発生量
積算値等に基づいて推定している。ステップ６０３のＮ
Ｏ_X 吸収量ＧＮＯＸは前述のいずれかの方法により算出
されたＮＯ_X 吸収量が使用される。

【００４５】次に、ステップ６０５では触媒能力判定操
作実行フラグＸＤの値が１にセットされているか否かが
判定される。フラグＸＤは判定実行条件が成立したとき
にステップ６１３で１にセットされ、判定操作が終了す
ると図１２、ステップ１２１７で０にセットされるフラ
グであり、ＸＤ＝１は現在触媒能力判定操作を実行中で
あることを意味している。ステップ６０７でＸＤ≠１、
すなわち現在判定操作を実行していない場合には、ステ
ップ６０７に進み、触媒能力判定操作実行条件が成立し
ているか否かを判断する。ここで、ステップ６０７で
は、例えば、機関回転数ＮＥ、機関吸入空気量ＧＡ、ス
ロットル開度ＴＨ等が所定の範囲にあり、安定している
こと、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒の温度ＴＣＡＴが所定の範囲
にあること、等が成立した場合に実行条件が成立したと
判定される。

【００４６】ステップ６０７で実行条件が成立した場合
にはステップ６１３で前述の実行フラグＸＤの値が１に
セットされる。これにより、後述するようにＮＯ_X 吸蔵
還元触媒７の触媒能力判定操作が開始され、次回のルー
チン実行時からは触媒能力判定操作が終了してフラグＸ
Ｄの値が０にセットされるまでステップ６０７から６１
３は実行されなくなる。

【００４７】一方、ステップ６０７で実行条件が不成立
であった場合には、ステップ６０９から６１１で通常の
リッチスパイク操作が行なわれる。すなわち、ステップ
６０９ではＮＯ_X 吸蔵還元触媒７のＮＯ_X 吸収量が所定
値Ａ以上になっているか否かを判断し、ＧＮＯＸ≧Ａで
あった場合にはステップ６１１に進み、リッチスパイク
フラグＦＲの値を１にセットする。フラグＦＲの値が１
にセットされると、別途実行される図示しないリッチス
パイクルーチンでは、短時間機関１をリッチ空燃比で運
転し、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒からのＮＯ_X の放出、還元浄
化を行なう。

【００４８】すなわち、図６の基本操作では、触媒能力
判定操作の実行条件が成立する毎に判定操作を開始さ
せ、実行条件が成立しない場合にはＮＯ_X 吸蔵還元触媒
のＮＯ _X 吸収量に応じて通常のリッチスパイク操作を行
なうようにしている。次に、図７は前述のリーン→リ
ッチ変化時の理論空燃比保持時間に基づくＮＯ_X 吸蔵還
元触媒のＮＯ_X 吸収能力の判定操作を示すフローチャー
トである。

【００４９】本操作はＥＣＵ３０により一定時間毎に実
行されるルーチンとして行なわれる。図７の操作では、
機関１の運転空燃比をリーン空燃比からリッチ空燃比に
変化させたときのＮＯ_X 吸蔵還元触媒７出口側排気空燃
比が理論空燃比近傍になっている時間（図２の時間ＴＳ
ＴＲ）を計測することによりＮＯ_X 吸蔵還元触媒７のＮ
Ｏ_X 吸収能力を算出する。

【００５０】すなわち、図７において、ルーチンがスタ
ートするとステップ７０１では、前述の触媒能力判定操
作実行フラグＸＤの値が１にセットされているか否かを
判定する。そしてＸＤ≠１の場合には、判定条件が成立
していないため、ステップ７０３以下の判定操作を行な
わずにそのままルーチンを終了する。ステップ７０１で
ＸＤ＝１であった場合には、ステップ７０３で判定終了
フラグＸＲの値が１か否かを判定し、ＸＲ＝１の場合に
はそのままルーチンを終了する。フラグＸＲは、今回判
定実行条件が成立（ＸＤ＝１）してから本操作によるに
よるＮＯ_X 吸収能力の判定が終了しているか否かを示す
フラグであり、判定操作終了後ステップ７２７で１（判
定終了）にセットされる。すなわち、本操作による判定
は判定実行条件が成立する毎に１回のみ実行される。ま
た、ステップ７０３でＸＲ＝１であった場合には次にス
テップ７０５でフラグＸＲＩが１にセットされているか
否かを判定し、ＸＲＩ≠１の場合には、ステップ７０７
でＸＲＩの値を１にセットするとともに、ステップ７０
９でリッチ空燃比運転フラグＸＡＦの値を１にセットす
る。また、ステップ７１１ではカウンタＲＣＵとＲＣＤ
との値をそれぞれクリアする。フラグＸＡＦの値が１に
セットされると、別途ＥＣＵ３０により実行される図示
しない燃料噴射ルーチンでは、機関１の空燃比が所定の
リッチ空燃比になるように燃料噴射量が設定される。な
お、フラグＸＲＩは、ステップ７０１と７０３とが成立
後ステップ７０９と７１１とを１回のみ実行するように
する機能を有している。次に、ステップ７１３では上流
側空燃比センサ３１の出力ＡＦＵが読み込まれ、触媒７
上流側の空燃比ＡＦＵが所定範囲ＢからＣの間にあるか
否かが判定される。ここで、範囲Ｂ〜Ｃは理論空燃比を
中心とした狭い範囲である。すなわち、ステップ７１３
では触媒７上流側の排気空燃比が理論空燃比近傍にある
か否かが判定され、理論空燃比近傍にある場合にはステ
ップ７１５でカウンタＲＣＵの値がΔＴだけ増加され
る。ここで、ΔＴは本ルーチンの実行間隔であり、これ
により、ＲＣＵの値は判定操作開始後触媒入口側の排気
空燃比が理論空燃比近傍に保持された時間を表すように
なる。

【００５１】また、ステップ７１７、７１９では同様
に、下流側空燃比センサ３３出力ＡＦＤに基づいて、触
媒７出口の排気空燃比が理論空燃比近傍に保持される時
間ＲＣＤが算出される。なお、ステップ７１７の空燃比
範囲Ｄ〜Ｅも理論空燃比を中心とした狭い範囲に設定さ
れている。ステップ７１７、７１９で触媒７出口の排気
空燃比の理論空燃比保持時間ＲＣＤを計測後、下流側空
燃比センサ出力が上記空燃比範囲Ｄ〜Ｅをはずれるよう
になると、次にステップ７２１が実行され、下流側空燃
比センサ３３の理論空燃比保持時間ＲＣＤと上流側空燃
比センサ３１の理論空燃比保持時間ＲＣＵとの差から図
２に示した理論空燃比保持時間ＴＳＴＲが算出される。
なお、ＴＳＴＲをＲＣＤとＲＣＵとの差として算出する
のは、触媒７入口の空燃比が完全にリッチになったとき
からＴＳＴＲを計測するためである。すなわち、機関１
の運転空燃比がリーンからリッチに変化した場合でも、
上流側の三元触媒５ａ、５ｂの作用によりＮＯ_X 吸蔵還
元触媒７に流入する排気の空燃比は一時的に理論空燃比
に保持され、その後リッチ空燃比になる。このため、Ｔ
ＳＴＲ計測の際には入口側の排気空燃比が理論空燃比に
なっている時間を除外するようにしたものである。

【００５２】ステップ７２３と７２５とは上記により求
めた時間ＴＳＴＲ（すなわち、ＮＯ _X 吸蔵還元触媒のＮ
Ｏ_X 吸収能力）の排気条件に応じた補正操作を示す。前
述したように、時間ＴＳＴＲはＮＯ_X 吸蔵還元触媒７が
吸収したＮＯ_X の量を表している。しかし、ＮＯ_X 吸蔵
還元触媒の吸収可能なＮＯ_X 量は例えばＮＯ _X 吸蔵還元
触媒の温度に応じて変化する。図８は、全く劣化してい
ないＮＯ_X 吸蔵還元触媒の触媒床温度ＴＣＡＴと最大Ｎ
Ｏ_X 吸収量（ＮＯ_X 吸収能力）との関係を説明する図で
ある。図８に示すように、最大ＮＯ_X 吸収量は触媒温度
により大きく変化する。一方、時間ＴＳＴＲは現在の触
媒温度におけるＮＯ_X 吸収量であるため、実際のＮＯ_X
吸収能力を判定するためには、現在の触媒温度における
ＮＯ_X 吸収量ＴＳＴＲをある一定の基準温度における値
に換算する必要がある。そこで、本実施形態では現在の
触媒温度における基準ＮＯ_X 吸収量（劣化していない触
媒のＮＯ_X 吸収量）ＧＴＣＡＴと基準温度におけるＮＯ
_X 吸収量ＧＴＲＥＦとを図８から求め、温度補正係数Ｋ
ＴＣＡＴ＝ＧＴＲＥＦ／ＧＴＣＡＴを算出する。そし
て、この温度補正係数ＫＴＣＡＴを時間ＴＳＴＲに乗じ
ることにより触媒温度の変化を補正するようにしてい
る。

【００５３】また、実際の運転においてはＮＯ_X 吸蔵還
元触媒のＮＯ_X 吸収量が同一であった場合でも排気空燃
比のリッチ程度や排気流量によって理論空燃比保持時間
ＴＳＴＲは変化する。すなわち、排気空燃比のリッチ程
度が高い場合、及び排気流量が大きい場合には単位時間
内にＮＯ_X 吸蔵還元触媒に流入するＨＣ、ＣＯの量も大
きくなるため、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒から単位時間に放出
されるＮＯ_X の量も大きくなる。すなわち、空燃比がリ
ッチになるほど、また排気流量が大きくなるほどＮＯ_X
吸蔵還元触媒からは短時間でＮＯ_X が放出されるため時
間ＴＳＴＲはＮＯ_X 吸収量が同一であっても短くなる。
本実施形態では、前述のリッチ空燃比運転フラグＸＡＦ
が１にセットされた場合の機関空燃比は一定に維持され
るため、排気空燃比の変化は考慮する必要がないが、時
間ＴＳＴＲは排気流量に応じて変化してしまう。図９
は、劣化していない触媒における、排気流量（すなわち
吸入空気量）ＧＡの変化による理論空燃比保持時間ＴＳ
ＴＲの変化を示す図である。図９に示すように時間ＴＳ
ＴＲは吸入空気量ＧＡが増大する程短くなる。そこで、
本実施形態では、図８と同様に基準吸入空気量ＧＡＲＥ
Ｆにおける理論空燃比保持時間ＴＲＥＦと現在の吸入空
気量における理論空燃比保持時間ＴＧＡとの比から排気
流量補正係数ＫＧＡ＝ＴＲＥＦ／ＴＧＡを求め、この排
気流量補正係数ＫＧＡを時間ＴＳＴＲに乗じることによ
り排気流量の変化を補正している。

【００５４】ステップ７２３では、図８、図９の関係に
基づいて補正係数ＫＴＣＡＴ、ＫＧＡがそれぞれ算出さ
れ、ステップ７２５では基準条件に換算した理論空燃比
保持時間ＣＡＴＤＯＲ（すなわち、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒
のＮＯ_X 吸収能力）が、ＣＡＴＤＯＲ＝ＴＳＴＲ×ＫＴ
ＣＡＴ×ＫＧＡとして算出される。ステップ７２５でＮ
Ｏ_X 吸収能力ＣＡＴＤＯＲが算出されると、ステップ７
２７ではフラグＸＲＩの値が０にセットされるととも
に、判定終了フラグＸＲの値が１にセットされ、リーン
→リッチ変化時の理論空燃比保持時間に基づくＮＯ_X吸
収能力の判定が終了したことが表示される。

【００５５】図１０は、前述のリッチ→リーン変化時
の理論空燃比保持時間に基づくＮＯ _X 吸蔵還元触媒の還
元能力判定操作を示すフローチャートである。本操作は
ＥＣＵ３０により一定時間毎に実行されるルーチンとし
て行なわれる。図１０のルーチンでは、図７のルーチン
によるＮＯ_X 吸収能力の判定が終了した後に、排気空燃
比をリッチからリーンに変化させて理論空燃比保持時間
ＴＳＴＬを算出する。また、時間ＴＳＴＬについても、
前述のＴＳＴＲと同様な排気条件による補正を行なう。

【００５６】図１０において、ステップ１００１ではフ
ラグＸＬの値が１にセットされているか否か、ステップ
１００３ではフラグＸＬＩの値が１にセットされている
か否かが判定される。ここで、ＸＬ（ステップ１００
１）は、本操作による還元能力判定が終了したか否かを
表すフラグであり、図７のフラグＸＲと同様な機能を有
するフラグである。また、フラグＸＬＩ（ステップ１０
０３）はステップ１００５から１０１１を１回のみ実行
するようにするためのフラグであり、図７のフローチャ
ートのフラグＸＲＩと同一の機能を有する。

【００５７】ステップ１００５では、判定操作実行条件
が成立しているか否かが判定される。ステップ１００５
における判定実行条件は、フラグＸＤの値が１にセット
されていること及び、フラグＸＲが１（終了）にセット
されていること、が条件とされる。すなわち、図１０の
操作は図７のＮＯ_X 吸収能力の判定操作が終了した後に
実行される。なお、ステップ１００９でフラグＸＡＦの
値が０にセットされると別途ＥＣＵ３０により実行され
る燃料噴射ルーチンでは、機関１の空燃比が所定のリー
ン空燃比になるように燃料噴射量が設定される。また、
ステップ１０１１のＯＣＵ、ＯＣＤは図７のＲＣＵ、Ｒ
ＣＤと同様なカウンタである。また、ステップ１０１３
からステップ１０２７の操作は、図７ステップ７１３か
ら７２７の操作と略同様である。なお、ステップ１０１
３とステップ１０１７とにおける空燃比範囲Ｇ〜ＨとＪ
〜Ｋとは、それぞれ理論空燃比を中心とした狭い範囲に
設定される。また、ＴＳＴＬ（ステップ１０２１）は理
論空燃比保持時間を、ＬＴＣＡＴ、ＬＧＡ（ステップ１
０２３）は図８、図９と同様な関係に基づいて設定され
る温度補正係数と排気流量補正係数を表している。

【００５８】上記操作により、ステップ１０２５ではＮ
Ｏ_X 吸蔵還元触媒の還元能力ＣＡＴＤＯＳが求められ
る。図１１は、前述の触媒入口と出口の空燃比偏差に
基づくＮＯ_X 吸収量の判定操作を示すフローチャートで
ある。本操作では、触媒入口と出口との空燃比の偏差を
積算し、この積算値を排気条件で補正することによりＮ
Ｏ_X 吸蔵還元触媒のＮＯ_X 吸収能力を算出する。

【００５９】図１１ステップ１１０１からステップ１１
０９は、図１０のステップ１００１からステップ１０１
１と略同様な操作を示す。ただし、ステップ１１０１の
ＸＵＬは図１１の判定操作の終了を示すフラグである
点、及びステップ１１０５の判定実行条件はＸＤ＝１、
ＸＲ＝１であることに加えて、ＸＬ＝１であることが条
件とされている。すなわち、図１１の判定操作は、図７
及び図１０の操作の終了後引き続いて行なわれる。ま
た、本フローチャートではカウンタとしてｉが使用され
る（ステップ１１０９）。

【００６０】ステップ１１１１とステップ１１１３で
は、現在の上流側空燃比ＡＦＵと下流側空燃比ＡＦＤと
が、それぞれＡＦＵｉ、ＡＦＤｉとして記憶される。ま
た、ｉの値はルーチン実行毎に１ずつ増加される（ステ
ップ１１１５）。これにより、各ルーチン実行時の上流
側空燃比ＡＦＵｉと下流側空燃比ＡＦＤｉとがＥＣＵ３
０のＲＡＭに記憶される。そして、ステップ１１１７で
は上流側空燃比ＡＦＵと下流側空燃比ＡＦＤとの偏差が
所定の小さな値Ｎと比較され、偏差がＮより小さくなっ
たとき、すなわち、ＮＯ_X の吸収が終了したと判定され
た場合には、ステップ１１１９では、記憶した上流側空
燃比と下流側空燃比との偏差の積算値ＤＡＦＳを算出す
る。この場合、偏差は同時に計測されたＡＦＵとＡＦＤ
とから算出するのではなく、上流側空燃比ＡＦＵｉを計
測した時点からｋ回後に実行されたルーチンで検出した
下流側空燃比ＡＦＤ（ｉ＋ｋ）とから算出する。これ
は、触媒７上流側空燃比センサ３１に到達した排気が、
触媒７を通過して下流側空燃比センサ３３に到達するま
での遅れ時間（図３、ＴＤ）を考慮したためである。な
お、上記ｋの値は運転条件（排気流速）に応じて変更す
るようにしても良い。

【００６１】上記により積算値ＤＡＦＳ（図３(B) の斜
線部面積）を算出後、ステップ１１２１では、図８、図
９と同様な関係から温度補正係数ＯＬＴＣＡＴ、排気流
量補正係数ＯＬＧＡとが求められ、ステップ１１２３で
はＮＯ_X 吸収能力ＣＡＴＤＯＬが、ＣＡＴＤＯＬ＝ＤＡ
ＦＳ×ＯＬＴＣＡＴ×ＯＬＧＡとして算出される。図１
２は、図７と図１１でそれぞれ算出されたＮＯ_X 吸収能
力ＣＡＴＤＯＲ及びＣＡＴＤＯＬと図１０で算出された
還元能力ＣＡＴＤＯＳとを用いて総合的なＮＯ_X 吸蔵還
元触媒の触媒能力を判定する総合判定操作を示すフロー
チャートである。

【００６２】本操作はＥＣＵ３０により一定時間毎に実
行されるルーチンとして行われる。図１２でルーチンが
スタートすると、ステップ１２０１から１２０５では、
図７、図１０、図１１の判定操作がすべて終了している
か否かを、フラグＸＲ、ＸＬ、ＸＵＬの値から判断す
る。そして、上記操作のいずれか１つでも終了していな
い場合には、触媒能力の総合判定を行なわずそのままル
ーチンを終了する。

【００６３】また、上記の判定操作がすべて終了してい
た場合には、ステップ１２０７で図７で算出されたＮＯ
_X 吸収能力ＣＡＴＤＯＲが所定の判定値Ｐ以上か否か、
ステップ１２０９では図１０で求めた還元能力ＣＡＴＤ
ＯＳが所定の判定値Ｑ以上か否か、ステップ１２１１で
は図１１で求めたＮＯ_X 吸収能力ＣＡＴＤＯＬが所定の
判定値Ｒ以上か否か、がそれぞれ判断される。そして、
ステップ１２０７から１２１１ですべてが判定値以上で
あった場合にはステップ１２１３で異常フラグＦＡＩＬ
の値を０にセットし、１つでも判定値より低いものがあ
った場合にはステップ１２１５でフラグＦＡＩＬの値を
１にセットする。そして、ステップ１２１３またはステ
ップ１２１５実行後、判定操作が終了したことを表示す
るために、ステップ１２１７でＸＤ、ＸＲ、ＸＬ、ＸＵ
の各フラグの値を０にセットしてルーチンを終了する。
なお、上記異常フラグＦＡＩＬの値が１にセットされる
と、運転席近傍に配置された警告灯が点灯され、運転者
にＮＯ_X 吸蔵還元触媒７の異常（劣化）が生じたことを
報知する。

【００６４】上述のように、本実施形態によればＮＯ_X
吸蔵還元触媒のＮＯ_X 吸収能力を互いに逆の空燃比変化
方向（図７、図１１）で判定することにより、正確なＮ
Ｏ_X吸収能力の判定が可能となっている。また、ＮＯ_X
吸収能力だけでなく、１回の判定で同時にＮＯ_X 吸蔵還
元触媒の還元能力も判定でき（図１０）、その結果、Ｎ
Ｏ_X 吸収能力と還元能力との両方を加味したＮＯ_X 吸蔵
還元触媒の総合的な触媒能力の判定が可能となってい
る。

【００６５】

【発明の効果】本発明の各請求項の発明によれば、ＮＯ
_X 吸蔵還元触媒の総合的な触媒能力を正確に判定するこ
とを可能とする共通の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の内燃機関の排気浄化装置の一実施形態
の概略構成を示す図である。

【図２】ＮＯ_X 吸蔵還元触媒のＮＯ_X 吸収能力の判定原
理を説明する図である。

【図３】ＮＯ_X 吸蔵還元触媒のＮＯ_X 吸収能力の図２と
は別の判定原理を説明する図である。

【図４】ＮＯ_X 吸蔵還元触媒のＮＯ_X 吸収量の変化を説
明する図である。

【図５】ＮＯ_X 吸蔵還元触媒の還元能力の判定原理を説
明する図である。

【図６】ＮＯ_X 吸蔵還元触媒の触媒能力判定操作の一部
を説明するフローチャートである。

【図７】ＮＯ_X 吸蔵還元触媒の触媒能力判定操作の一部
を説明するフローチャートである。

【図８】触媒能力の触媒温度による補正を説明する図で
ある。

【図９】触媒能力の排気流量による補正を説明する図で
ある。

【図１０】ＮＯ_X 吸蔵還元触媒の触媒能力判定操作の一
部を説明するフローチャートである。

【図１１】ＮＯ_X 吸蔵還元触媒の触媒能力判定操作の一
部を説明するフローチャートである。

【図１２】ＮＯ_X 吸蔵還元触媒の触媒能力判定操作の一
部を説明するフローチャートである。

【符号の説明】

１…内燃機関 ２…排気通路 ７…ＮＯ_X 吸蔵還元触媒 ３０…電子制御ユニット ３１…上流側空燃比センサ ３３…下流側空燃比センサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 41/04 ３０５ Ｆ０２Ｄ 41/04 ３０５Ｚ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気通路に配置され、流入す
   る排気の空燃比がリーン空燃比のときに排気中のＮＯ_X
   を吸収し、流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリ
   ッチ空燃比になったときに吸収したＮＯ_X を放出、還元
   浄化するＮＯ _X 吸蔵還元触媒と、 前記ＮＯ_X 吸蔵還元触媒下流側の排気通路に配置され、
   排気の空燃比を検出する空燃比センサと、 前記ＮＯ_X 吸蔵還元触媒に流入する排気の空燃比をリッ
   チ空燃比からリーン空燃比に変化させる空燃比制御手段
   と、 前記空燃比制御手段により排気空燃比がリッチ空燃比か
   らリーン空燃比に変化した後、前記空燃比センサで検出
   された排気の空燃比が理論空燃比近傍に保持される時間
   に基づいて前記ＮＯ_X 吸蔵還元触媒の触媒能力を判定す
   る触媒能力判定手段と、 を備えた内燃機関の排気浄化装置。
2. 【請求項２】 内燃機関の排気通路に配置され、流入す
   る排気の空燃比がリーン空燃比のときに排気中のＮＯ_X
   を吸収し、流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリ
   ッチ空燃比になったときに吸収したＮＯ_X を放出、還元
   浄化するＮＯ _X 吸蔵還元触媒と、 前記ＮＯ_X 吸蔵還元触媒下流側の排気通路に配置され、
   排気の空燃比を検出する空燃比センサと、 前記ＮＯ_X 吸蔵還元触媒に流入する排気の空燃比をリー
   ン空燃比からリッチ空燃比に変化させ、予め定めた時間
   の間該リッチ空燃比に保持した後リーン空燃比に復帰さ
   せる空燃比制御手段と、 前記空燃比制御手段により排気空燃比がリーン空燃比か
   らリッチ空燃比に変化したきの前記下流側空燃比センサ
   で検出した排気空燃比の変化状態と、前記空燃比制御手
   段により排気空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に
   変化した時の前記下流側空燃比センサで検出した排気空
   燃比の変化状態との両方に基づいて前記ＮＯ_X 吸蔵還元
   触媒の触媒能力を判定する触媒能力判定手段と、 を備えた内燃機関の排気浄化装置。
3. 【請求項３】 内燃機関の排気通路に配置され、流入す
   る排気の空燃比がリーン空燃比のときに排気中のＮＯ_X
   を吸収し、流入する排気の空燃比が理論空燃比またはリ
   ッチ空燃比になったときに吸収したＮＯ_X を放出、還元
   浄化するＮＯ _X 吸蔵還元触媒と、 前記ＮＯ_X 吸蔵還元触媒下流側の排気通路に配置され、
   排気の空燃比を検出する空燃比センサと、 前記ＮＯ_X 吸蔵還元触媒に流入する排気の空燃比をリッ
   チ空燃比から所定の目標リーン空燃比に変化させる空燃
   比制御手段と、 前記空燃比制御手段により排気空燃比が前記所定の目標
   リーン空燃比に変化した後、前記下流側空燃比センサで
   検出した排気空燃比の前記目標リーン空燃比に対するリ
   ッチ空燃比側への偏差に基づいて前記ＮＯ_X 吸蔵還元触
   媒の触媒能力を判定する触媒能力判定手段と、 を備えた内燃機関の排気浄化装置。
4. 【請求項４】 前記触媒能力判定手段は更に、前記空燃
   比センサでの検出値に基づいて判定したＮＯ_X 吸蔵還元
   触媒の触媒能力を、ＮＯ_X 吸蔵還元触媒に流入する排気
   条件によって補正する補正手段を備えた請求項１から請
   求項３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装
   置。