JPH1193744A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 排気浄化装置の触媒能力を簡易に判定する。
【解決手段】 内燃機関１の排気通路２に、三元触媒５
ａ、５ｂとＮＯX 吸蔵還元触媒７、及び三元触媒とＮＯ
X 吸蔵還元触媒との間に第１の空燃比センサ３１、ＮＯ
X 吸蔵還元触媒下流側に第２の空燃比センサ３３をそれ
ぞれ配置する。電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０は機関
空燃比をリーンからリッチに変え、再度リーンに復帰さ
せる。ＥＣＵ３０は、空燃比変化時の第１の空燃比セン
サ出力に基づいて三元触媒の触媒能力を、また第１と第
２の空燃比センサ出力に基づいてＮＯX 吸蔵還元触媒の
触媒能力を、それぞれ判定する。１回の空燃比変更操作
中に、第１と第２の空燃比センサ出力のみに基づいて三
元触媒とＮＯX 吸蔵還元触媒との触媒能力判定を簡易に
行なうことができる。
ａ、５ｂとＮＯX 吸蔵還元触媒７、及び三元触媒とＮＯ
X 吸蔵還元触媒との間に第１の空燃比センサ３１、ＮＯ
X 吸蔵還元触媒下流側に第２の空燃比センサ３３をそれ
ぞれ配置する。電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０は機関
空燃比をリーンからリッチに変え、再度リーンに復帰さ
せる。ＥＣＵ３０は、空燃比変化時の第１の空燃比セン
サ出力に基づいて三元触媒の触媒能力を、また第１と第
２の空燃比センサ出力に基づいてＮＯX 吸蔵還元触媒の
触媒能力を、それぞれ判定する。１回の空燃比変更操作
中に、第１と第２の空燃比センサ出力のみに基づいて三
元触媒とＮＯX 吸蔵還元触媒との触媒能力判定を簡易に
行なうことができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関の排気浄
化装置に関し、詳細には三元触媒とＮＯX 吸蔵還元触媒
とを備えた排気浄化装置においてそれぞれの触媒の触媒
能力を簡易に判定する手段を備えた内燃機関の排気浄化
装置に関する。
化装置に関し、詳細には三元触媒とＮＯX 吸蔵還元触媒
とを備えた排気浄化装置においてそれぞれの触媒の触媒
能力を簡易に判定する手段を備えた内燃機関の排気浄化
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関の排気通路に、流入する排気の
空燃比が理論空燃比近傍のときに排気中のＨＣ、ＣＯ、
ＮＯX の３成分を浄化可能な三元触媒と、該三元触媒下
流側に、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ＮＯX を吸
収し、流入する排気の空燃比が理論空燃比以下の（すな
わちリッチ空燃比の）ときに吸収したＮＯX を放出、還
元浄化するＮＯX 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、三元触媒またはＮＯX 吸蔵還元触媒のいずれ
かが劣化して触媒能力が低下すると、排気浄化装置全体
としての浄化率が低下する。このため、このような排気
浄化装置ではそれぞれの触媒能力を監視して、触媒能力
の低下が生じた触媒を早期に交換する必要がある。
空燃比が理論空燃比近傍のときに排気中のＨＣ、ＣＯ、
ＮＯX の３成分を浄化可能な三元触媒と、該三元触媒下
流側に、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ＮＯX を吸
収し、流入する排気の空燃比が理論空燃比以下の（すな
わちリッチ空燃比の）ときに吸収したＮＯX を放出、還
元浄化するＮＯX 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、三元触媒またはＮＯX 吸蔵還元触媒のいずれ
かが劣化して触媒能力が低下すると、排気浄化装置全体
としての浄化率が低下する。このため、このような排気
浄化装置ではそれぞれの触媒能力を監視して、触媒能力
の低下が生じた触媒を早期に交換する必要がある。
【０００３】従来、三元触媒とＮＯX 吸蔵還元触媒との
触媒能力判定についてはそれぞれ種々の方法が提案され
ている。例えば、特開平５−１３３２６４号公報は三元
触媒の上流側と下流側とにそれぞれ排気空燃比を検出す
る空燃比センサを設け、三元触媒に流入する排気空燃比
をリーンからリッチに変化させたときの上流側空燃比セ
ンサ出力と下流側空燃比センサ出力との偏差に基づいて
三元触媒の劣化程度を検出する触媒の劣化程度検出装置
を開示している。
触媒能力判定についてはそれぞれ種々の方法が提案され
ている。例えば、特開平５−１３３２６４号公報は三元
触媒の上流側と下流側とにそれぞれ排気空燃比を検出す
る空燃比センサを設け、三元触媒に流入する排気空燃比
をリーンからリッチに変化させたときの上流側空燃比セ
ンサ出力と下流側空燃比センサ出力との偏差に基づいて
三元触媒の劣化程度を検出する触媒の劣化程度検出装置
を開示している。
【０００４】また、特開平８−２３２６４４号公報は、
ＮＯX 吸蔵還元触媒の上流側と下流側とにそれぞれ排気
空燃比を検出する空燃比センサを設け、ＮＯX 吸蔵還元
触媒に流入する排気空燃比をリーンからリッチに変化さ
せた時点から下流側の空燃比センサ出力がリッチ空燃比
相当出力になるまでの時間に基づいてＮＯX 吸蔵還元触
媒の劣化を判定する排気浄化装置を開示している。
ＮＯX 吸蔵還元触媒の上流側と下流側とにそれぞれ排気
空燃比を検出する空燃比センサを設け、ＮＯX 吸蔵還元
触媒に流入する排気空燃比をリーンからリッチに変化さ
せた時点から下流側の空燃比センサ出力がリッチ空燃比
相当出力になるまでの時間に基づいてＮＯX 吸蔵還元触
媒の劣化を判定する排気浄化装置を開示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、内燃機関の
排気通路に三元触媒と、その下流側にＮＯX 吸蔵還元触
媒とを配置した構成の排気浄化装置において、三元触媒
とＮＯX 吸蔵還元触媒との触媒能力をそれぞれ判定しよ
うとした場合、上記各公報の方法を用いると問題が生じ
る場合がある。
排気通路に三元触媒と、その下流側にＮＯX 吸蔵還元触
媒とを配置した構成の排気浄化装置において、三元触媒
とＮＯX 吸蔵還元触媒との触媒能力をそれぞれ判定しよ
うとした場合、上記各公報の方法を用いると問題が生じ
る場合がある。
【０００６】例えば、上記各公報の装置では三元触媒の
上流側と下流側、及びＮＯX 吸蔵還元触媒の上流側と下
流側とにそれぞれ空燃比センサを配置する必要があるた
め、三元触媒とＮＯX 吸蔵還元触媒とを使用する排気浄
化装置に上記各公報の方法を適用するためには合計３つ
の空燃比センサ（三元触媒の上流側、三元触媒とＮＯ X
吸蔵還元触媒との間、ＮＯX 吸蔵還元触媒の下流側）が
必要となる。このため、空燃比センサの数の増大により
装置自体のコストが上昇する問題が生じる。
上流側と下流側、及びＮＯX 吸蔵還元触媒の上流側と下
流側とにそれぞれ空燃比センサを配置する必要があるた
め、三元触媒とＮＯX 吸蔵還元触媒とを使用する排気浄
化装置に上記各公報の方法を適用するためには合計３つ
の空燃比センサ（三元触媒の上流側、三元触媒とＮＯ X
吸蔵還元触媒との間、ＮＯX 吸蔵還元触媒の下流側）が
必要となる。このため、空燃比センサの数の増大により
装置自体のコストが上昇する問題が生じる。
【０００７】また、上記特開平５−１３３２６４号公報
の方法と上記特開平８−２３２６４４号公報の方法と
は、互いに機能の異なる触媒（三元触媒とＮＯX 吸蔵還
元触媒）を対象としており劣化（触媒能力）の検出原理
も互いに異なっている。このため、仮に各触媒の上流側
と下流側とにそれぞれ空燃比センサを配置した場合で
も、上記各公報の方法を用いてそれぞれの触媒の触媒能
力を判定するためには、三元触媒とＮＯX 吸蔵還元触媒
との触媒能力判定を個々に行い、しかも判定時にそれぞ
れの判定方法に合わせて機関の運転空燃比を制御する必
要が生じる。このため、三元触媒とＮＯX 吸蔵還元触媒
とを備えた排気浄化装置に上記各公報の方法を適用して
それぞれの触媒の触媒能力を判定しようとすると、判定
の際の空燃比制御が煩雑になるのみならず、それぞれの
触媒の能力判定のために空燃比を変化させる必要が生
じ、機関が最適空燃比から外れた状態で運転される頻度
が増大し、機関性能の低下や排気エミッションの増大を
生じる問題がある。
の方法と上記特開平８−２３２６４４号公報の方法と
は、互いに機能の異なる触媒（三元触媒とＮＯX 吸蔵還
元触媒）を対象としており劣化（触媒能力）の検出原理
も互いに異なっている。このため、仮に各触媒の上流側
と下流側とにそれぞれ空燃比センサを配置した場合で
も、上記各公報の方法を用いてそれぞれの触媒の触媒能
力を判定するためには、三元触媒とＮＯX 吸蔵還元触媒
との触媒能力判定を個々に行い、しかも判定時にそれぞ
れの判定方法に合わせて機関の運転空燃比を制御する必
要が生じる。このため、三元触媒とＮＯX 吸蔵還元触媒
とを備えた排気浄化装置に上記各公報の方法を適用して
それぞれの触媒の触媒能力を判定しようとすると、判定
の際の空燃比制御が煩雑になるのみならず、それぞれの
触媒の能力判定のために空燃比を変化させる必要が生
じ、機関が最適空燃比から外れた状態で運転される頻度
が増大し、機関性能の低下や排気エミッションの増大を
生じる問題がある。
【０００８】本発明は上記問題に鑑み、空燃比センサの
数を低減可能であり、しかも触媒毎に空燃比変更操作を
行なうことなく１回の空燃比変更操作で三元触媒とＮＯ
X 吸蔵還元触媒との両方の触媒能力を簡易に判定可能な
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。
数を低減可能であり、しかも触媒毎に空燃比変更操作を
行なうことなく１回の空燃比変更操作で三元触媒とＮＯ
X 吸蔵還元触媒との両方の触媒能力を簡易に判定可能な
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。
【０００９】
【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た三元触媒と、
前記三元触媒下流側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ＮＯX 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ＮＯX を放出、還元浄化するＮＯX 吸蔵還
元触媒と、前記三元触媒と前記ＮＯX 吸蔵還元触媒との
間の排気通路に配置され、排気の空燃比を検出する第１
の空燃比センサと、前記ＮＯX 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第２の空燃
比センサと、前記三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、またはリーン空燃比か
らリッチ空燃比に変化させる空燃比制御手段と、前記空
燃比制御手段が空燃比を変化させたときに、前記第１の
空燃比センサ出力に基づいて前記三元触媒の触媒能力を
判定し、同時に前記第１と第２の両方の空燃比センサ出
力に基づいて前記ＮＯX 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。
よれば、内燃機関の排気通路に配置された三元触媒と、
前記三元触媒下流側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ＮＯX 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ＮＯX を放出、還元浄化するＮＯX 吸蔵還
元触媒と、前記三元触媒と前記ＮＯX 吸蔵還元触媒との
間の排気通路に配置され、排気の空燃比を検出する第１
の空燃比センサと、前記ＮＯX 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第２の空燃
比センサと、前記三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、またはリーン空燃比か
らリッチ空燃比に変化させる空燃比制御手段と、前記空
燃比制御手段が空燃比を変化させたときに、前記第１の
空燃比センサ出力に基づいて前記三元触媒の触媒能力を
判定し、同時に前記第１と第２の両方の空燃比センサ出
力に基づいて前記ＮＯX 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。
【００１０】すなわち、請求項１の発明では空燃比制御
手段が前記三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、またはリーン空燃比からリッチ
空燃比に変化させたときに触媒能力判定手段は第１の空
燃比センサ出力に基づいて三元触媒の触媒能力を、また
第１と第２の空燃比センサ出力に基づいてＮＯX 吸蔵還
元触媒の触媒能力を同時に判定する。このため、２つの
空燃比センサの出力を用いて１回の空燃比変更操作で三
元触媒とＮＯX 吸蔵還元触媒との両方の触媒能力を同時
に判定することが可能となる。このため、必要な空燃比
センサの数の増大によるコスト上昇や、触媒能力判定時
の空燃比制御による機関性能や排気エミッションの悪化
が最小限に抑制される。
手段が前記三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、またはリーン空燃比からリッチ
空燃比に変化させたときに触媒能力判定手段は第１の空
燃比センサ出力に基づいて三元触媒の触媒能力を、また
第１と第２の空燃比センサ出力に基づいてＮＯX 吸蔵還
元触媒の触媒能力を同時に判定する。このため、２つの
空燃比センサの出力を用いて１回の空燃比変更操作で三
元触媒とＮＯX 吸蔵還元触媒との両方の触媒能力を同時
に判定することが可能となる。このため、必要な空燃比
センサの数の増大によるコスト上昇や、触媒能力判定時
の空燃比制御による機関性能や排気エミッションの悪化
が最小限に抑制される。
【００１１】請求項２に記載の発明によれば、前記触媒
能力判定手段は、前記空燃比制御手段が前記三元触媒に
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、またはリーン空燃比からリッチ空燃比に変化させた
ときに、前記第１の空燃比センサ出力が理論空燃比相当
出力に維持される時間に基づいて前記三元触媒の触媒能
力を判定する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置
が提供される。
能力判定手段は、前記空燃比制御手段が前記三元触媒に
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、またはリーン空燃比からリッチ空燃比に変化させた
ときに、前記第１の空燃比センサ出力が理論空燃比相当
出力に維持される時間に基づいて前記三元触媒の触媒能
力を判定する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置
が提供される。
【００１２】すなわち、請求項２の発明では前記三元触
媒に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比からリーン空
燃比、またはリーン空燃比からリッチ空燃比に変化した
ときに第１の空燃比センサ出力が理論空燃比相当出力に
維持される時間に基づいて三元触媒の能力が判定される
ため、三元触媒下流側の空燃比センサのみの出力に基づ
いて簡易に三元触媒の触媒能力の判定が可能となる。
媒に流入する排気の空燃比がリッチ空燃比からリーン空
燃比、またはリーン空燃比からリッチ空燃比に変化した
ときに第１の空燃比センサ出力が理論空燃比相当出力に
維持される時間に基づいて三元触媒の能力が判定される
ため、三元触媒下流側の空燃比センサのみの出力に基づ
いて簡易に三元触媒の触媒能力の判定が可能となる。
【００１３】請求項３に記載の発明によれば、前記触媒
能力判定手段は、前記空燃比制御手段が前記三元触媒に
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
に変化させたとき、及びリーン空燃比からリッチ空燃比
に変化させたときの両方の第１の空燃比センサ出力に基
づいて前記三元触媒の触媒能力を判定する請求項１に記
載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
能力判定手段は、前記空燃比制御手段が前記三元触媒に
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
に変化させたとき、及びリーン空燃比からリッチ空燃比
に変化させたときの両方の第１の空燃比センサ出力に基
づいて前記三元触媒の触媒能力を判定する請求項１に記
載の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３の発明では触媒能力判
定手段は、前記三元触媒に流入する排気の空燃比がリッ
チ空燃比からリーン空燃比に変化したときと、リーン空
燃比からリッチ空燃比に変化したときとの両方の第１の
空燃比センサ出力に基づいて三元触媒の能力を判定す
る。これにより１回の空燃比操作中に異なる条件下で三
元触媒の能力判定が２回行なわれることとなり、三元触
媒の能力の判定精度が向上する。
定手段は、前記三元触媒に流入する排気の空燃比がリッ
チ空燃比からリーン空燃比に変化したときと、リーン空
燃比からリッチ空燃比に変化したときとの両方の第１の
空燃比センサ出力に基づいて三元触媒の能力を判定す
る。これにより１回の空燃比操作中に異なる条件下で三
元触媒の能力判定が２回行なわれることとなり、三元触
媒の能力の判定精度が向上する。
【００１５】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
づいて判定した三元触媒またはＮＯX 吸蔵還元触媒の少
なくとも一方の触媒能力を、機関の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。
能力判定手段は更に、前記空燃比センサでの検出値に基
づいて判定した三元触媒またはＮＯX 吸蔵還元触媒の少
なくとも一方の触媒能力を、機関の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。
【００１６】三元触媒とＮＯX 吸蔵還元触媒との触媒能
力は、排気流量、排気温度（触媒温度）、排気空燃比等
の機関排気条件に応じて変動する。このため、触媒能力
判定時の排気条件が異なると判定結果にもばらつきが生
じ、判定結果の信頼性が低下する。請求項４の発明で
は、請求項１から３のいずれか１項の方法で判定した触
媒の能力を機関排気条件に応じて補正し、例えば一定の
標準状態における触媒能力に換算する。このため、この
標準状態換算後の触媒能力を用いて触媒の劣化状態等を
判断することにより、排気条件により判定結果のばらつ
きが生じることが防止される。
力は、排気流量、排気温度（触媒温度）、排気空燃比等
の機関排気条件に応じて変動する。このため、触媒能力
判定時の排気条件が異なると判定結果にもばらつきが生
じ、判定結果の信頼性が低下する。請求項４の発明で
は、請求項１から３のいずれか１項の方法で判定した触
媒の能力を機関排気条件に応じて補正し、例えば一定の
標準状態における触媒能力に換算する。このため、この
標準状態換算後の触媒能力を用いて触媒の劣化状態等を
判断することにより、排気条件により判定結果のばらつ
きが生じることが防止される。
【００１７】
【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は本発明を火花点火式内
燃機関に適用した場合を示している。しかしながら本発
明をディーゼル機関に適用することもできる。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２１ａ、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。
施形態について説明する。図１は本発明を火花点火式内
燃機関に適用した場合を示している。しかしながら本発
明をディーゼル機関に適用することもできる。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２１ａ、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。
【００１８】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、ＮＯX 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ＮＯX 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。
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、ＮＯX 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ＮＯX 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。
【００１９】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ＮＯX 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
る第１の空燃比センサ３１と第２の空燃比センサ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。
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ＮＯX 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
る第１の空燃比センサ３１と第２の空燃比センサ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。
【００２０】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の入力ポートには第１の空燃比センサ３１及
び第２の空燃比センサ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。
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の入力ポートには第１の空燃比センサ３１及
び第２の空燃比センサ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。
【００２１】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。本実施形態の三
元触媒５ａ、５ｂは、ハニカム状に成形したコージェラ
イト等のモノリス担体を用いて、この担体表面にアルミ
ナの薄いコーティングを形成し、このアルミナ層に白金
（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の
貴金属触媒成分を担持させたものである。三元触媒５
ａ、５ｂは、流入する排気の空燃比が理論空燃比付近の
狭い範囲にあるときには排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯ X の
３成分を高い効率で浄化することができる。また、三元
触媒５ａ、５ｂには、添加剤として更に金属セリウム
（Ｃｅ）が担持されている。セリウムは、流入する排気
の空燃比がリーンのとき（すなわち酸化雰囲気下で）排
気中の酸素と化合してセリア（ＣｅＯ）を形成し、流入
する排気の空燃比がリッチになると（すなわち還元雰囲
気になると）化合した酸素を脱離して金属セリウムに戻
る性質を有する。このため、三元触媒５ａ、５ｂは担持
したセリウムの作用により、流入する排気の空燃比がリ
ーンのときに排気中の酸素を吸着、貯蔵し、流入する排
気の空燃比がリッチになったときに貯蔵した酸素を放出
する酸素貯蔵機能を有している。
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。本実施形態の三
元触媒５ａ、５ｂは、ハニカム状に成形したコージェラ
イト等のモノリス担体を用いて、この担体表面にアルミ
ナの薄いコーティングを形成し、このアルミナ層に白金
（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の
貴金属触媒成分を担持させたものである。三元触媒５
ａ、５ｂは、流入する排気の空燃比が理論空燃比付近の
狭い範囲にあるときには排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯ X の
３成分を高い効率で浄化することができる。また、三元
触媒５ａ、５ｂには、添加剤として更に金属セリウム
（Ｃｅ）が担持されている。セリウムは、流入する排気
の空燃比がリーンのとき（すなわち酸化雰囲気下で）排
気中の酸素と化合してセリア（ＣｅＯ）を形成し、流入
する排気の空燃比がリッチになると（すなわち還元雰囲
気になると）化合した酸素を脱離して金属セリウムに戻
る性質を有する。このため、三元触媒５ａ、５ｂは担持
したセリウムの作用により、流入する排気の空燃比がリ
ーンのときに排気中の酸素を吸着、貯蔵し、流入する排
気の空燃比がリッチになったときに貯蔵した酸素を放出
する酸素貯蔵機能を有している。
【００２２】本実施形態では、三元触媒５ａ、５ｂは主
に機関始動時等に機関から比較的大量に排出されるＨ
Ｃ、ＣＯ成分を浄化する目的で設けられている。次に、
図１のＮＯX 吸蔵還元触媒７について説明する。ＮＯX
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Ｐ
ｔのような貴金属とを担持した構成とされ、ＮＯX 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ＮＯX 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ＮＯX を放出するＮＯX 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。
に機関始動時等に機関から比較的大量に排出されるＨ
Ｃ、ＣＯ成分を浄化する目的で設けられている。次に、
図１のＮＯX 吸蔵還元触媒７について説明する。ＮＯX
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Ｐ
ｔのような貴金属とを担持した構成とされ、ＮＯX 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ＮＯX 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ＮＯX を放出するＮＯX 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。
【００２３】上記ＮＯX 吸蔵還元触媒７のＮＯX 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Ｏ2-の形で付着し、排気中のＮＯX は
白金Ｐｔ上のＯ2 - またはＯ2-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ＮＯX がＮＯX 吸蔵
還元触媒内に硝酸塩の形で吸収されるようになる。
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Ｏ2-の形で付着し、排気中のＮＯX は
白金Ｐｔ上のＯ2 - またはＯ2-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ＮＯX がＮＯX 吸蔵
還元触媒内に硝酸塩の形で吸収されるようになる。
【００２４】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。
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。
【００２５】すなわち、ＮＯX 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ＮＯX を吸収し、
流入する排気がリッチの条件下では吸収したＮＯX を放
出、還元するＮＯX の吸放出作用を行う。上述のよう
に、ＮＯX 吸蔵還元触媒は排気中のＮＯX 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
ＯX 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ＮＯX を吸収することができな
くなり、排気中のＮＯX は、たとえ排気空燃比がリーン
であってもＮＯX 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。
る排気がリーンの条件下では排気中のＮＯX を吸収し、
流入する排気がリッチの条件下では吸収したＮＯX を放
出、還元するＮＯX の吸放出作用を行う。上述のよう
に、ＮＯX 吸蔵還元触媒は排気中のＮＯX 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
ＯX 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ＮＯX を吸収することができな
くなり、排気中のＮＯX は、たとえ排気空燃比がリーン
であってもＮＯX 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。
【００２６】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ＮＯX 吸蔵還元触媒にＮＯX 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
ＯX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ＮＯX 吸蔵還元触媒に吸収されたＮＯX はリッチ空
燃比運転期間中にＮＯX 吸蔵還元触媒から放出、還元浄
化されるため、ＮＯX吸蔵還元触媒の飽和とＮＯX 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ＮＯX 吸蔵還元触媒に流入する排気空燃比をリッチ
にしてＮＯX 吸蔵還元触媒からＮＯX を放出させる操作
を「リッチスパイク操作」と呼ぶ。
ン空燃比運転を行ってＮＯX 吸蔵還元触媒にＮＯX 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
ＯX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ＮＯX 吸蔵還元触媒に吸収されたＮＯX はリッチ空
燃比運転期間中にＮＯX 吸蔵還元触媒から放出、還元浄
化されるため、ＮＯX吸蔵還元触媒の飽和とＮＯX 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ＮＯX 吸蔵還元触媒に流入する排気空燃比をリッチ
にしてＮＯX 吸蔵還元触媒からＮＯX を放出させる操作
を「リッチスパイク操作」と呼ぶ。
【００２７】なお、本実施形態では、ＮＯX 吸蔵還元触
媒７のＮＯX 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ＮＯX 吸蔵還元触媒
７へのＮＯX 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、ＮＯX 吸蔵還元触媒７のＮＯX 吸収量はＮ
ＯX 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、ＮＯX 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、ＮＯX 吸蔵還元触媒７のＮＯX
吸収量は、ＮＯX 吸蔵還元触媒に流入したＮＯX 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ＮＯX 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ＮＯX 発生
量に基づいてＮＯX 吸蔵還元触媒７のＮＯX 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ＮＯX 発生量を算出
し、この単位時間当たりのＮＯX 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
かの方法により基準となるリーン空燃比運転期間を設定
している。
媒７のＮＯX 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ＮＯX 吸蔵還元触媒
７へのＮＯX 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、ＮＯX 吸蔵還元触媒７のＮＯX 吸収量はＮ
ＯX 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、ＮＯX 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、ＮＯX 吸蔵還元触媒７のＮＯX
吸収量は、ＮＯX 吸蔵還元触媒に流入したＮＯX 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ＮＯX 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ＮＯX 発生
量に基づいてＮＯX 吸蔵還元触媒７のＮＯX 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ＮＯX 発生量を算出
し、この単位時間当たりのＮＯX 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
かの方法により基準となるリーン空燃比運転期間を設定
している。
【００２８】ところで、三元触媒５ａ、５ｂやＮＯX 吸
蔵還元触媒７は使用とともに劣化して行き、劣化ととも
に触媒としての能力が低下する。例えば、三元触媒が劣
化すると、本実施形態では機関始動時のＨＣ、ＣＯの浄
化率が低下し、始動時の排気エミッションが悪化する。
また、ＮＯX 吸蔵還元触媒は劣化とともに吸収できるＮ
ＯX の量（ＮＯX 吸収能力）が低下するため、リーン空
燃比運転中にＮＯX 吸蔵還元触媒が吸収したＮＯX で飽
和してしまい、未浄化のＮＯX が大気に放出される恐れ
がある。このため、図１のように三元触媒５ａ、５ｂと
ＮＯX 吸蔵還元触媒７との両方を備えた排気浄化装置で
は、三元触媒５ａ、５ｂとＮＯX 吸蔵還元触媒７との両
方の触媒能力を判定する必要がある。また、前述したよ
うに、リッチスパイク操作時にはＮＯX 吸蔵還元触媒の
吸収剤から放出されたＮＯX は白金Ｐｔ等の触媒上で還
元される。このため、ＮＯX吸蔵還元触媒のＮＯX 吸収
能力が低下していなくても、ＮＯX 吸蔵還元触媒の還元
能力が低下すると、放出されたＮＯX 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。従って、
ＮＯX 吸蔵還元触媒の場合には、ＮＯX 吸収能力だけで
はなく、触媒としての還元能力をも含めた触媒能力を総
合的に判定する必要がある。
蔵還元触媒７は使用とともに劣化して行き、劣化ととも
に触媒としての能力が低下する。例えば、三元触媒が劣
化すると、本実施形態では機関始動時のＨＣ、ＣＯの浄
化率が低下し、始動時の排気エミッションが悪化する。
また、ＮＯX 吸蔵還元触媒は劣化とともに吸収できるＮ
ＯX の量（ＮＯX 吸収能力）が低下するため、リーン空
燃比運転中にＮＯX 吸蔵還元触媒が吸収したＮＯX で飽
和してしまい、未浄化のＮＯX が大気に放出される恐れ
がある。このため、図１のように三元触媒５ａ、５ｂと
ＮＯX 吸蔵還元触媒７との両方を備えた排気浄化装置で
は、三元触媒５ａ、５ｂとＮＯX 吸蔵還元触媒７との両
方の触媒能力を判定する必要がある。また、前述したよ
うに、リッチスパイク操作時にはＮＯX 吸蔵還元触媒の
吸収剤から放出されたＮＯX は白金Ｐｔ等の触媒上で還
元される。このため、ＮＯX吸蔵還元触媒のＮＯX 吸収
能力が低下していなくても、ＮＯX 吸蔵還元触媒の還元
能力が低下すると、放出されたＮＯX 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。従って、
ＮＯX 吸蔵還元触媒の場合には、ＮＯX 吸収能力だけで
はなく、触媒としての還元能力をも含めた触媒能力を総
合的に判定する必要がある。
【００２９】更に、三元触媒５ａ、５ｂの能力判定とＮ
ＯX 吸蔵還元触媒７の能力判定とをそれぞれ別々の機会
に行なっていたのでは、判定操作毎に機関空燃比が変更
されることになり燃費等の機関性能の悪化や排気性状の
悪化が生じる問題がある。そこで、本実施形態では、以
下に説明するように１回の空燃比変更操作で三元触媒５
ａ、５ｂの触媒能力判定とＮＯX 吸蔵還元触媒７の総合
的な触媒能力判定とを同時に、しかも第１と第２の空燃
比センサ出力のみに基づいて行なうようにしている。
ＯX 吸蔵還元触媒７の能力判定とをそれぞれ別々の機会
に行なっていたのでは、判定操作毎に機関空燃比が変更
されることになり燃費等の機関性能の悪化や排気性状の
悪化が生じる問題がある。そこで、本実施形態では、以
下に説明するように１回の空燃比変更操作で三元触媒５
ａ、５ｂの触媒能力判定とＮＯX 吸蔵還元触媒７の総合
的な触媒能力判定とを同時に、しかも第１と第２の空燃
比センサ出力のみに基づいて行なうようにしている。
【００３０】まず、本実施形態における三元触媒５ａ、
５ｂの三元触媒とＮＯX 吸蔵還元触媒７との触媒能力の
判定原理について説明する。 （１）三元触媒の触媒能力判定 本実施形態では、三元触媒の前述した酸素貯蔵機能に基
づいて三元触媒の触媒能力を判定する。前述したよう
に、本実施形態の三元触媒５ａ、５ｂは流入する排気の
空燃比がリーンのときに排気中の酸素を吸収貯蔵し、排
気空燃比がリッチになったときに吸収した酸素を放出す
る酸素吸放出作用を行なう。また、触媒が劣化して三元
触媒としての酸化還元能力が低下するにつれてこの酸素
貯蔵機能（すなわち、貯蔵できる酸素の量）が低下する
ことが判明している。すなわち、三元触媒５ａ、５ｂは
触媒能力が低下するつれて吸放出できる酸素量が低下す
る。このため、三元触媒５ａ、５ｂの酸素貯蔵機能を測
定することにより三元触媒５ａ、５ｂの触媒能力を判定
することができる。
５ｂの三元触媒とＮＯX 吸蔵還元触媒７との触媒能力の
判定原理について説明する。 （１）三元触媒の触媒能力判定 本実施形態では、三元触媒の前述した酸素貯蔵機能に基
づいて三元触媒の触媒能力を判定する。前述したよう
に、本実施形態の三元触媒５ａ、５ｂは流入する排気の
空燃比がリーンのときに排気中の酸素を吸収貯蔵し、排
気空燃比がリッチになったときに吸収した酸素を放出す
る酸素吸放出作用を行なう。また、触媒が劣化して三元
触媒としての酸化還元能力が低下するにつれてこの酸素
貯蔵機能（すなわち、貯蔵できる酸素の量）が低下する
ことが判明している。すなわち、三元触媒５ａ、５ｂは
触媒能力が低下するつれて吸放出できる酸素量が低下す
る。このため、三元触媒５ａ、５ｂの酸素貯蔵機能を測
定することにより三元触媒５ａ、５ｂの触媒能力を判定
することができる。
【００３１】図２は、本実施形態の三元触媒５ａ、５ｂ
の酸素貯蔵機能測定原理を説明する図である。図２にお
いて(A) は三元触媒に流入する排気の空燃比を、(B) は
第１の空燃比センサ３１で検出した三元触媒下流側の排
気空燃比の変化を示している。図２(A) に示すように、
三元触媒に流入する排気の空燃比がリーンからリッチに
変化すると、三元触媒下流側の排気空燃比は直ちにはリ
ーンからリッチに変化せず、上流側の空燃比がリッチに
変化後所定の遅れ時間ＴＵ経過後理論空燃比に保持さ
れ、ある期間（図２にＲＣＵで示した期間）だけ理論空
燃比にとどまった後にリッチ空燃比に変化する。前述し
たように、本実施形態の三元触媒は酸素貯蔵能力を有す
るため、流入する排気空燃比がリーンからリッチに変化
すると、三元触媒内に貯蔵していた酸素を放出するよう
になる。このため、三元触媒から酸素が放出されている
間は三元触媒から流出する排気の空燃比は放出された酸
素により理論空燃比に維持される。そして、三元触媒が
吸収貯蔵した酸素の全量を放出し尽くしてしまうと、三
元触媒から流出する排気の空燃比は三元触媒上流側と同
じリッチ空燃比になる。従って、三元触媒に流入する排
気の空燃比がリーンからリッチに変化したときに三元触
媒下流側の第１の空燃比センサ３１出力が理論空燃比相
当出力にとどまる時間（理論空燃比保持時間、図２(B)
にＲＣＵで示した時間）は三元触媒に吸収貯蔵される酸
素量、すなわち三元触媒の酸素貯蔵能力を表すことにな
る。なお、図２の遅れ時間ＴＵは、三元触媒入口に到達
した排気が三元触媒を通過して第１の空燃比センサ３１
に到達するまでの輸送遅れ時間を表している。
の酸素貯蔵機能測定原理を説明する図である。図２にお
いて(A) は三元触媒に流入する排気の空燃比を、(B) は
第１の空燃比センサ３１で検出した三元触媒下流側の排
気空燃比の変化を示している。図２(A) に示すように、
三元触媒に流入する排気の空燃比がリーンからリッチに
変化すると、三元触媒下流側の排気空燃比は直ちにはリ
ーンからリッチに変化せず、上流側の空燃比がリッチに
変化後所定の遅れ時間ＴＵ経過後理論空燃比に保持さ
れ、ある期間（図２にＲＣＵで示した期間）だけ理論空
燃比にとどまった後にリッチ空燃比に変化する。前述し
たように、本実施形態の三元触媒は酸素貯蔵能力を有す
るため、流入する排気空燃比がリーンからリッチに変化
すると、三元触媒内に貯蔵していた酸素を放出するよう
になる。このため、三元触媒から酸素が放出されている
間は三元触媒から流出する排気の空燃比は放出された酸
素により理論空燃比に維持される。そして、三元触媒が
吸収貯蔵した酸素の全量を放出し尽くしてしまうと、三
元触媒から流出する排気の空燃比は三元触媒上流側と同
じリッチ空燃比になる。従って、三元触媒に流入する排
気の空燃比がリーンからリッチに変化したときに三元触
媒下流側の第１の空燃比センサ３１出力が理論空燃比相
当出力にとどまる時間（理論空燃比保持時間、図２(B)
にＲＣＵで示した時間）は三元触媒に吸収貯蔵される酸
素量、すなわち三元触媒の酸素貯蔵能力を表すことにな
る。なお、図２の遅れ時間ＴＵは、三元触媒入口に到達
した排気が三元触媒を通過して第１の空燃比センサ３１
に到達するまでの輸送遅れ時間を表している。
【００３２】一方、三元触媒に流入する排気の空燃比が
リッチからリーンに変化したときも同様な現象が生じ
る。このとき、三元触媒は排気中の酸素を吸収するため
三元触媒入口の排気空燃比がリーンになった場合でも、
三元触媒が酸素を吸収している間は三元触媒出口の排気
空燃比は理論空燃比に維持される。また、三元触媒が能
力限界まで酸素を吸収してしまうと、もはや三元触媒は
酸素を吸収できなくなるため、三元触媒出口の排気空燃
比は三元触媒入口と同じリーン空燃比になる。
リッチからリーンに変化したときも同様な現象が生じ
る。このとき、三元触媒は排気中の酸素を吸収するため
三元触媒入口の排気空燃比がリーンになった場合でも、
三元触媒が酸素を吸収している間は三元触媒出口の排気
空燃比は理論空燃比に維持される。また、三元触媒が能
力限界まで酸素を吸収してしまうと、もはや三元触媒は
酸素を吸収できなくなるため、三元触媒出口の排気空燃
比は三元触媒入口と同じリーン空燃比になる。
【００３３】このため、三元触媒入口の排気空燃比がリ
ッチからリーンに変化したときの理論空燃比保持時間
（図２(B) にＯＣＵで示す時間）は、三元触媒が吸収で
きる最大の酸素量、すなわち三元触媒の酸素貯蔵能力を
表している。本実施形態では、後述するように機関１の
運転空燃比をまずリーンからリッチに変更し、リーン→
リッチの第１の空燃比センサ３１の理論空燃比保持時間
ＲＣＵを測定し、次に運転空燃比をリッチからリーンに
復帰させる際のリッチ→リーンの理論空燃比保持時間Ｏ
ＣＵを計測し、両方の理論空燃比保持時間に基づいて三
元触媒の触媒能力を判定するようにしている。
ッチからリーンに変化したときの理論空燃比保持時間
（図２(B) にＯＣＵで示す時間）は、三元触媒が吸収で
きる最大の酸素量、すなわち三元触媒の酸素貯蔵能力を
表している。本実施形態では、後述するように機関１の
運転空燃比をまずリーンからリッチに変更し、リーン→
リッチの第１の空燃比センサ３１の理論空燃比保持時間
ＲＣＵを測定し、次に運転空燃比をリッチからリーンに
復帰させる際のリッチ→リーンの理論空燃比保持時間Ｏ
ＣＵを計測し、両方の理論空燃比保持時間に基づいて三
元触媒の触媒能力を判定するようにしている。
【００３４】（２）ＮＯX 吸蔵還元触媒の触媒能力判定 本実施形態では、以下に説明する方法により、ＮＯX 吸
蔵還元触媒のＮＯX 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ＮＯX 吸蔵還元触媒の触媒能
力を判定するようにしている。 (A) ＮＯX 吸収能力の判定 まず、ＮＯX 吸蔵還元触媒のＮＯX 吸収能力の判定につ
いて説明する。
蔵還元触媒のＮＯX 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ＮＯX 吸蔵還元触媒の触媒能
力を判定するようにしている。 (A) ＮＯX 吸収能力の判定 まず、ＮＯX 吸蔵還元触媒のＮＯX 吸収能力の判定につ
いて説明する。
【００３５】本実施形態では、 ＮＯX 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 ＮＯX 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
ＮＯX 吸蔵還元触媒のＮＯX 吸収能力を判定するように
している。以下、それぞれのＮＯX 吸収能力判定方法に
ついて説明する。
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 ＮＯX 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
ＮＯX 吸蔵還元触媒のＮＯX 吸収能力を判定するように
している。以下、それぞれのＮＯX 吸収能力判定方法に
ついて説明する。
【００３６】図３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ＮＯX
吸蔵還元触媒のＮＯX 吸収能力の判定方法を説明する図
である。図３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)
第１の空燃比センサ３１で検出した触媒７入口の排気空
燃比変化と、(B) 第２の空燃比センサ３３で検出した触
媒７出口の排気空燃比変化を示している。図３(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、ＮＯX 吸蔵還元触媒７からＮＯX 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３、(B) ）。これは、前述し
たようにＮＯX 吸蔵還元触媒７に流入したリッチ空燃比
排気中のＨＣ、ＣＯ成分がＮＯX 吸蔵還元触媒から放出
されたＮＯX と反応し酸化されるため、排気中のＨＣ、
ＣＯ濃度が低下するためである。すなわち、触媒７入口
の排気空燃比がリッチ空燃比であっても、触媒７が吸収
したＮＯX を放出している間は、あたかもＮＯX 吸蔵還
元触媒７から酸素が放出されたのと同様な現象が生じ、
触媒７出口での排気空燃比は理論空燃比に維持されるよ
うになる。
ン→リッチ変化時の理論空燃比保持時間に基づくＮＯX
吸蔵還元触媒のＮＯX 吸収能力の判定方法を説明する図
である。図３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)
第１の空燃比センサ３１で検出した触媒７入口の排気空
燃比変化と、(B) 第２の空燃比センサ３３で検出した触
媒７出口の排気空燃比変化を示している。図３(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、ＮＯX 吸蔵還元触媒７からＮＯX 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３、(B) ）。これは、前述し
たようにＮＯX 吸蔵還元触媒７に流入したリッチ空燃比
排気中のＨＣ、ＣＯ成分がＮＯX 吸蔵還元触媒から放出
されたＮＯX と反応し酸化されるため、排気中のＨＣ、
ＣＯ濃度が低下するためである。すなわち、触媒７入口
の排気空燃比がリッチ空燃比であっても、触媒７が吸収
したＮＯX を放出している間は、あたかもＮＯX 吸蔵還
元触媒７から酸素が放出されたのと同様な現象が生じ、
触媒７出口での排気空燃比は理論空燃比に維持されるよ
うになる。
【００３７】そして、ＮＯX 吸蔵還元触媒７が吸収した
ＮＯX の全量を放出してしまい、触媒からＮＯX 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３(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ＮＯX 量を表している。この
ため、理論空燃比保持時間ＴＳＴＲはＮＯX 吸蔵還元触
媒のＮＯX 吸収能力を表すパラメータとして用いること
ができる。
ＮＯX の全量を放出してしまい、触媒からＮＯX 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３(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ＮＯX 量を表している。この
ため、理論空燃比保持時間ＴＳＴＲはＮＯX 吸蔵還元触
媒のＮＯX 吸収能力を表すパラメータとして用いること
ができる。
【００３８】なお、図３にＴＤで示したのは、排気が第
１の空燃比センサ３１の位置からＮＯX 吸蔵還元触媒７
を通過して第２の空燃比センサ３３に到達するまでの遅
れ時間である。次に、図４は上記の判定方法、すなわ
ち空燃比偏差に基づくＮＯX 吸収能力判定方法を説明す
る図である。
１の空燃比センサ３１の位置からＮＯX 吸蔵還元触媒７
を通過して第２の空燃比センサ３３に到達するまでの遅
れ時間である。次に、図４は上記の判定方法、すなわ
ち空燃比偏差に基づくＮＯX 吸収能力判定方法を説明す
る図である。
【００３９】図４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) 第１の空燃比センサ３１で検出した触媒入口
の排気空燃比変化と、(B) 第２の空燃比センサ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４、(B) 区間Ａ参照）。すなわち、ＮＯX 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。
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) 第１の空燃比センサ３１で検出した触媒入口
の排気空燃比変化と、(B) 第２の空燃比センサ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４、(B) 区間Ａ参照）。すなわち、ＮＯX 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。
【００４０】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ＮＯX 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ＮＯX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。
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ＮＯX 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ＮＯX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。
【００４１】２ＮＯ ＋ Ｏ2 → ２ＮＯ2 ＢａＯ ＋ ２ＮＯ2 ＋（１／２）Ｏ2 → Ｂａ（ＮＯ
3 ）2 すなわち、この例ではＮＯX 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、ＮＯX 吸蔵還元触媒がＮＯX 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。
3 ）2 すなわち、この例ではＮＯX 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、ＮＯX 吸蔵還元触媒がＮＯX 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。
【００４２】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
ＮＯX 吸蔵還元触媒７に吸収されたＮＯX の量に比例し
た値となる。また、単位時間当たりにＮＯX 吸蔵還元触
媒７が吸収するＮＯX 量は、図５に示すように、ＮＯX
吸蔵還元触媒７が吸収したＮＯX 量が増大するほど減少
し、ＮＯX 吸蔵還元触媒７が限界までＮＯX を吸収する
と、すなわちＮＯX 吸蔵還元触媒がＮＯX 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、ＮＯX 吸蔵還元触媒の単位時間当たりのＮＯX 吸収
量は次第に減少して行く。従って、ＮＯX 吸蔵還元触媒
がＮＯX 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４(B) 、区間Ａ）
はＮＯX 吸蔵還元触媒が最大限までＮＯX 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４(B) の時間Ａの間積算した
値（図４(B) 斜線部の面積）は、現在のＮＯX 吸蔵還元
触媒が吸収可能な最大ＮＯX 量、すなわちＮＯX 吸蔵還
元触媒７のＮＯX 吸収能力を表す。本実施形態では、上
記の方法によりＮＯX 吸蔵還元触媒のＮＯX 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４(B) 斜線部の面積からＮＯ X
吸蔵還元触媒のＮＯX 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ＮＯX 吸蔵還元触媒のＮＯ
X 吸収能力を判定することにより、ＮＯX 吸蔵還元触媒
のＮＯX 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。
側排気空燃比ＡＦＤとの偏差ＤＡＦは単位時間当たりに
ＮＯX 吸蔵還元触媒７に吸収されたＮＯX の量に比例し
た値となる。また、単位時間当たりにＮＯX 吸蔵還元触
媒７が吸収するＮＯX 量は、図５に示すように、ＮＯX
吸蔵還元触媒７が吸収したＮＯX 量が増大するほど減少
し、ＮＯX 吸蔵還元触媒７が限界までＮＯX を吸収する
と、すなわちＮＯX 吸蔵還元触媒がＮＯX 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、ＮＯX 吸蔵還元触媒の単位時間当たりのＮＯX 吸収
量は次第に減少して行く。従って、ＮＯX 吸蔵還元触媒
がＮＯX 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４(B) 、区間Ａ）
はＮＯX 吸蔵還元触媒が最大限までＮＯX 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４(B) の時間Ａの間積算した
値（図４(B) 斜線部の面積）は、現在のＮＯX 吸蔵還元
触媒が吸収可能な最大ＮＯX 量、すなわちＮＯX 吸蔵還
元触媒７のＮＯX 吸収能力を表す。本実施形態では、上
記の方法によりＮＯX 吸蔵還元触媒のＮＯX 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４(B) 斜線部の面積からＮＯ X
吸蔵還元触媒のＮＯX 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ＮＯX 吸蔵還元触媒のＮＯ
X 吸収能力を判定することにより、ＮＯX 吸蔵還元触媒
のＮＯX 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。
【００４３】(B) ＮＯX 吸蔵還元触媒の還元能力の判定 次に、ＮＯX 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、 ＮＯX 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ＮＯX 吸蔵還元触媒の還元能力を
判定する。
元能力）の判定方法について説明する。本実施形態で
は、 ＮＯX 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ＮＯX 吸蔵還元触媒の還元能力を
判定する。
【００４４】図６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ＮＯX 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６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) 第１の空燃比センサ３１で
検出した触媒入口の排気空燃比変化と、(B) 第２の空燃
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４と同様な図である。
論空燃比保持時間に基づくＮＯX 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６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) 第１の空燃比センサ３１で
検出した触媒入口の排気空燃比変化と、(B) 第２の空燃
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４と同様な図である。
【００４５】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６(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。
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６(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。
【００４６】すなわち、ＮＯX 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、ＮＯX 吸蔵還元触媒からＮＯX が放出し尽くさ
れると、ＮＯX 吸蔵還元触媒内の白金Ｐｔ等の触媒成分
表面には、Ｏ2 - やＯ2-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６(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。
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、ＮＯX 吸蔵還元触媒からＮＯX が放出し尽くさ
れると、ＮＯX 吸蔵還元触媒内の白金Ｐｔ等の触媒成分
表面には、Ｏ2 - やＯ2-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６(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。
【００４７】本実施形態では、前述のの方法によりＮ
ＯX 吸蔵還元触媒のＮＯX 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ＮＯX 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
ＯX 吸蔵還元触媒のＮＯX 吸収能力を判定するようにし
ている。
ＯX 吸蔵還元触媒のＮＯX 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ＮＯX 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
ＯX 吸蔵還元触媒のＮＯX 吸収能力を判定するようにし
ている。
【００４８】次に、図７から図１５を用いて本実施形態
の三元触媒とＮＯX 吸蔵還元触媒との触媒能力判定操作
を具体的に説明する。本実施形態では、以下の手順で三
元触媒とＮＯX 吸蔵還元触媒との触媒能力判定を行な
う。すなわち、触媒能力判定実行条件が成立すると、Ｅ
ＣＵ３０はまず機関１空燃比をリーンからリッチに変更
する。そして、このときに第１の空燃比センサ３１出力
から三元触媒５ａ、５ｂにおける理論空燃比保持時間
（図２、時間ＲＣＵ）を求めるとともに、第１と第２の
空燃比センサ３１、３３出力からＮＯX 吸蔵還元触媒に
おける理論空燃比保持時間（図３、時間ＴＳＴＲ）を求
める。これにより、前述したように三元触媒の酸素貯蔵
能力とＮＯX 吸蔵還元触媒のＮＯX 吸収能力とが算出さ
れる。
の三元触媒とＮＯX 吸蔵還元触媒との触媒能力判定操作
を具体的に説明する。本実施形態では、以下の手順で三
元触媒とＮＯX 吸蔵還元触媒との触媒能力判定を行な
う。すなわち、触媒能力判定実行条件が成立すると、Ｅ
ＣＵ３０はまず機関１空燃比をリーンからリッチに変更
する。そして、このときに第１の空燃比センサ３１出力
から三元触媒５ａ、５ｂにおける理論空燃比保持時間
（図２、時間ＲＣＵ）を求めるとともに、第１と第２の
空燃比センサ３１、３３出力からＮＯX 吸蔵還元触媒に
おける理論空燃比保持時間（図３、時間ＴＳＴＲ）を求
める。これにより、前述したように三元触媒の酸素貯蔵
能力とＮＯX 吸蔵還元触媒のＮＯX 吸収能力とが算出さ
れる。
【００４９】上記三元触媒の酸素貯蔵能力とＮＯX 吸蔵
還元触媒のＮＯX 吸収能力との算出が終了後、十分に時
間が経過して第２の空燃比センサで検出したＮＯX 吸蔵
還元触媒下流側の排気空燃比がリッチで安定した後、Ｅ
ＣＵ３０は再度空燃比をリッチからリーンに変更する。
このときに、ＥＣＵ３０は、第１の空燃比センサ出力か
ら三元触媒におけるリッチ→リーン変化時の理論空燃比
保持時間（図２、時間ＯＣＵ）を求めるとともに、第１
と第２の空燃比センサ出力からＮＯX 吸蔵還元触媒にお
けるリッチ→リーン変化時の理論空燃比保持時間（図
６、ＴＳＴＬ）を求める。これにより、三元触媒の酸素
貯蔵能力とＮＯX 吸蔵還元触媒の還元能力とが算出され
る。
還元触媒のＮＯX 吸収能力との算出が終了後、十分に時
間が経過して第２の空燃比センサで検出したＮＯX 吸蔵
還元触媒下流側の排気空燃比がリッチで安定した後、Ｅ
ＣＵ３０は再度空燃比をリッチからリーンに変更する。
このときに、ＥＣＵ３０は、第１の空燃比センサ出力か
ら三元触媒におけるリッチ→リーン変化時の理論空燃比
保持時間（図２、時間ＯＣＵ）を求めるとともに、第１
と第２の空燃比センサ出力からＮＯX 吸蔵還元触媒にお
けるリッチ→リーン変化時の理論空燃比保持時間（図
６、ＴＳＴＬ）を求める。これにより、三元触媒の酸素
貯蔵能力とＮＯX 吸蔵還元触媒の還元能力とが算出され
る。
【００５０】また、上記ＮＯX 吸蔵還元触媒の還元能力
算出後、続いてＥＣＵ３０は第１の空燃比センサ出力と
第２の空燃比センサ出力との偏差（図４、ＤＡＦ）を積
算し、図４の斜線部面積を算出する。これによりＮＯX
吸蔵還元触媒のＮＯX 吸収能力が算出される。すなわ
ち、本実施形態によれば、内燃機関１の運転空燃比をリ
ーン→リッチ→リーンに１回変化させるだけで、三元触
媒の触媒能力（酸素貯蔵能力）と、ＮＯ X 吸蔵還元触媒
のＮＯX 吸収能力と還元能力とを含む触媒能力とを同時
に判定することができる。また、三元触媒の酸素貯蔵能
力とＮＯX 吸蔵還元触媒のＮＯX吸蔵還元触媒吸収能力
とは、空燃比をリーンからリッチに変化させる際とリッ
チからリーンに変化させる際とに条件を変えて２回ずつ
判定される。このため、三元触媒とＮＯX 吸蔵還元触媒
との触媒能力の判定精度が向上するようになる。
算出後、続いてＥＣＵ３０は第１の空燃比センサ出力と
第２の空燃比センサ出力との偏差（図４、ＤＡＦ）を積
算し、図４の斜線部面積を算出する。これによりＮＯX
吸蔵還元触媒のＮＯX 吸収能力が算出される。すなわ
ち、本実施形態によれば、内燃機関１の運転空燃比をリ
ーン→リッチ→リーンに１回変化させるだけで、三元触
媒の触媒能力（酸素貯蔵能力）と、ＮＯ X 吸蔵還元触媒
のＮＯX 吸収能力と還元能力とを含む触媒能力とを同時
に判定することができる。また、三元触媒の酸素貯蔵能
力とＮＯX 吸蔵還元触媒のＮＯX吸蔵還元触媒吸収能力
とは、空燃比をリーンからリッチに変化させる際とリッ
チからリーンに変化させる際とに条件を変えて２回ずつ
判定される。このため、三元触媒とＮＯX 吸蔵還元触媒
との触媒能力の判定精度が向上するようになる。
【００５１】図７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７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、三元触媒５ａ、
５ｂの温度ＴＳＣＡＴ、ＮＯX 吸蔵還元触媒７の温度Ｔ
ＣＡＴ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、三元触媒５ａ、５ｂの温度ＴＳＣ
ＡＴとＮＯX 吸蔵還元触媒７の温度ＴＣＡＴは実際に三
元触媒５ａ、５ｂとＮＯX吸蔵還元触媒７との触媒床に
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。
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７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、三元触媒５ａ、
５ｂの温度ＴＳＣＡＴ、ＮＯX 吸蔵還元触媒７の温度Ｔ
ＣＡＴ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、三元触媒５ａ、５ｂの温度ＴＳＣ
ＡＴとＮＯX 吸蔵還元触媒７の温度ＴＣＡＴは実際に三
元触媒５ａ、５ｂとＮＯX吸蔵還元触媒７との触媒床に
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。
【００５２】次にステップ６０３では現在のＮＯX 吸蔵
還元触媒７のＮＯX 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ＮＯX 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ＮＯX 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
ＯX 吸収量ＧＮＯＸは前述のいずれかの方法により算出
されたＮＯX 吸収量が使用される。
還元触媒７のＮＯX 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ＮＯX 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ＮＯX 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
ＯX 吸収量ＧＮＯＸは前述のいずれかの方法により算出
されたＮＯX 吸収量が使用される。
【００５３】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１５、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、三元触媒５ａ、５ｂの温度ＴＳＣＡＴとＮＯX 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。
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１５、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、三元触媒５ａ、５ｂの温度ＴＳＣＡＴとＮＯX 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。
【００５４】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、後述するように三元触媒５
ａ、５ｂとＮＯX 吸蔵還元触媒７と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ＸＤの値が０にセットされるまで
ステップ６０７から６１３は実行されなくなる。
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、後述するように三元触媒５
ａ、５ｂとＮＯX 吸蔵還元触媒７と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ＸＤの値が０にセットされるまで
ステップ６０７から６１３は実行されなくなる。
【００５５】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ＮＯX 吸蔵還元触媒７のＮＯX 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、ＮＯX 吸蔵還元触媒からのＮＯX の放出、還元浄
化を行なう。
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ＮＯX 吸蔵還元触媒７のＮＯX 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、ＮＯX 吸蔵還元触媒からのＮＯX の放出、還元浄
化を行なう。
【００５６】すなわち、図７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ＮＯX 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８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三元触媒の酸素
貯蔵能力とＮＯX 吸蔵還元触媒のＮＯX 吸収能力との判
定操作を示すフローチャートである。
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ＮＯX 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８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三元触媒の酸素
貯蔵能力とＮＯX 吸蔵還元触媒のＮＯX 吸収能力との判
定操作を示すフローチャートである。
【００５７】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８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(1) 三元触媒出口側排気空燃比が理論
空燃比近傍に保持されている時間（図２、時間ＲＣＵ）
及び、(2) ＮＯX 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３、時間ＴＳＴＲ）
を計測することにより三元触媒５ａ、５ｂの酸素貯蔵能
力とＮＯX 吸蔵還元触媒７のＮＯX 吸収能力を算出す
る。
行されるルーチンとして行なわれる。図８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(1) 三元触媒出口側排気空燃比が理論
空燃比近傍に保持されている時間（図２、時間ＲＣＵ）
及び、(2) ＮＯX 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３、時間ＴＳＴＲ）
を計測することにより三元触媒５ａ、５ｂの酸素貯蔵能
力とＮＯX 吸蔵還元触媒７のＮＯX 吸収能力を算出す
る。
【００５８】すなわち、図８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ＮＯX 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では第１
の空燃比センサ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。
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ＮＯX 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では第１
の空燃比センサ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。
【００５９】また、ステップ７１７、７１９では同様
に、第２の空燃比センサ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、第２の空
燃比センサ出力が上記空燃比範囲Ｄ〜Ｅを外れるように
なると、次にステップ７２１が実行され、第２の空燃比
センサ３３の理論空燃比保持時間ＲＣＤと第１の空燃比
センサ３１の理論空燃比保持時間ＲＣＵとの差から図３
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ＮＯX 吸蔵還元
触媒７に流入する排気の空燃比は時間ＲＣＵの間理論空
燃比に保持される。この間はＮＯX 吸蔵還元触媒７から
はほとんどＮＯX は放出されないが、触媒７下流側の排
気空燃比は理論空燃比に保持されることになる。このた
め、ＮＯX 吸蔵還元触媒７のＮＯX 吸収能力を測定する
ためには、第１の空燃比センサ３１出力の理論空燃比保
持時間ＲＣＵが終了し、ＮＯX 吸蔵還元触媒７に流入す
る排気の空燃比が、リッチ空燃比になった時点から時間
ＴＳＴＲを計測する必要がある。このため、本実施形態
では、ＴＳＴＲ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して、ＲＣＤとＲＣＵと
の差としてＴＳＴＲを算出するようにしたものである。
に、第２の空燃比センサ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、第２の空
燃比センサ出力が上記空燃比範囲Ｄ〜Ｅを外れるように
なると、次にステップ７２１が実行され、第２の空燃比
センサ３３の理論空燃比保持時間ＲＣＤと第１の空燃比
センサ３１の理論空燃比保持時間ＲＣＵとの差から図３
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ＮＯX 吸蔵還元
触媒７に流入する排気の空燃比は時間ＲＣＵの間理論空
燃比に保持される。この間はＮＯX 吸蔵還元触媒７から
はほとんどＮＯX は放出されないが、触媒７下流側の排
気空燃比は理論空燃比に保持されることになる。このた
め、ＮＯX 吸蔵還元触媒７のＮＯX 吸収能力を測定する
ためには、第１の空燃比センサ３１出力の理論空燃比保
持時間ＲＣＵが終了し、ＮＯX 吸蔵還元触媒７に流入す
る排気の空燃比が、リッチ空燃比になった時点から時間
ＴＳＴＲを計測する必要がある。このため、本実施形態
では、ＴＳＴＲ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して、ＲＣＤとＲＣＵと
の差としてＴＳＴＲを算出するようにしたものである。
【００６０】ステップ７２３と７２５とは上記により求
めた理論空燃比保持時間ＲＣＵ（すなわち、三元触媒５
ａ、５ｂの酸素貯蔵能力）とＴＳＴＲ（すなわち、ＮＯ
X 吸蔵還元触媒のＮＯX 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ＲＣＵとＴＳＴ
Ｒとは、それぞれ三元触媒５ａ、５ｂの吸収した酸素量
とＮＯX 吸蔵還元触媒７が吸収したＮＯX の量とを表し
ている。しかし、三元触媒５ａ、５ｂの吸収可能な酸素
量は、例えば三元触媒５ａ、５ｂの温度や排気流量に応
じて変化する。
めた理論空燃比保持時間ＲＣＵ（すなわち、三元触媒５
ａ、５ｂの酸素貯蔵能力）とＴＳＴＲ（すなわち、ＮＯ
X 吸蔵還元触媒のＮＯX 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ＲＣＵとＴＳＴ
Ｒとは、それぞれ三元触媒５ａ、５ｂの吸収した酸素量
とＮＯX 吸蔵還元触媒７が吸収したＮＯX の量とを表し
ている。しかし、三元触媒５ａ、５ｂの吸収可能な酸素
量は、例えば三元触媒５ａ、５ｂの温度や排気流量に応
じて変化する。
【００６１】図９は全く劣化していない三元触媒の触媒
床温度ＴＳＣＡＴと三元触媒の吸収可能な酸素量との関
係を、また、図１０は、全く劣化していない三元触媒の
前述の理論空燃比保持時間ＲＣＵと排気重量流量ＧＡと
の関係を、それぞれ示している。図９に示すように、触
媒温度ＴＳＣＡＴが高いほど触媒の酸素貯蔵機能は増大
するため、温度が高い状態で理論空燃比保持時間ＲＣＵ
を計測すると実際には能力が低下した触媒であるにもか
かわらず触媒能力が十分に高いと誤判定されてしまう場
合がある。そこで、本実施形態では実測した時間ＲＣＵ
を一定の基準触媒温度ＴＳＲＥＦにおける時間に補正す
ることにより触媒温度による計測値のばらつきを防止し
ている。すなわち、本実施形態では、現在の触媒温度に
おける劣化していない三元触媒の最大酸素吸収量ＧＴＳ
ＣＡＴと或る基準温度ＴＳＲＥＦにおける劣化していな
い三元触媒の最大酸素吸収量ＧＴＳＲＥＦとを図９から
求め、ＫＴＳＣＡＴ＝ＧＴＳＲＥＦ／ＧＴＳＣＡＴで定
義される温度補正係数を算出する。そして、この温度補
正係数ＫＴＳＣＡＴを時間ＲＣＵ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。
床温度ＴＳＣＡＴと三元触媒の吸収可能な酸素量との関
係を、また、図１０は、全く劣化していない三元触媒の
前述の理論空燃比保持時間ＲＣＵと排気重量流量ＧＡと
の関係を、それぞれ示している。図９に示すように、触
媒温度ＴＳＣＡＴが高いほど触媒の酸素貯蔵機能は増大
するため、温度が高い状態で理論空燃比保持時間ＲＣＵ
を計測すると実際には能力が低下した触媒であるにもか
かわらず触媒能力が十分に高いと誤判定されてしまう場
合がある。そこで、本実施形態では実測した時間ＲＣＵ
を一定の基準触媒温度ＴＳＲＥＦにおける時間に補正す
ることにより触媒温度による計測値のばらつきを防止し
ている。すなわち、本実施形態では、現在の触媒温度に
おける劣化していない三元触媒の最大酸素吸収量ＧＴＳ
ＣＡＴと或る基準温度ＴＳＲＥＦにおける劣化していな
い三元触媒の最大酸素吸収量ＧＴＳＲＥＦとを図９から
求め、ＫＴＳＣＡＴ＝ＧＴＳＲＥＦ／ＧＴＳＣＡＴで定
義される温度補正係数を算出する。そして、この温度補
正係数ＫＴＳＣＡＴを時間ＲＣＵ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。
【００６２】また、実際の運転においては三元触媒の酸
素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ＲＣＵ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三元触媒か
ら放出される酸素量が大きくなり、短時間で三元触媒か
ら酸素が放出し尽くされるようになる。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
酸素吸収量が同一であっても理論空燃比保持時間ＲＣＵ
は短くなる。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ＲＣＵは図１０に示すように排気流量Ｇ
Ａに応じて変化してしまう。そこで、本実施形態では、
図９と同様に基準吸入空気量ＧＡＲＥＦにおける理論空
燃比保持時間ＴＳＲＥＦと現在の吸入空気量における理
論空燃比保持時間ＴＳＧＡとの比から排気流量補正係数
ＫＳＧＡ＝ＴＳＲＥＦ／ＴＳＧＡを求め、この排気流量
補正係数ＫＳＧＡを時間ＲＣＵに乗じることにより排気
流量の変化を補正している。
素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ＲＣＵ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三元触媒か
ら放出される酸素量が大きくなり、短時間で三元触媒か
ら酸素が放出し尽くされるようになる。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
酸素吸収量が同一であっても理論空燃比保持時間ＲＣＵ
は短くなる。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ＲＣＵは図１０に示すように排気流量Ｇ
Ａに応じて変化してしまう。そこで、本実施形態では、
図９と同様に基準吸入空気量ＧＡＲＥＦにおける理論空
燃比保持時間ＴＳＲＥＦと現在の吸入空気量における理
論空燃比保持時間ＴＳＧＡとの比から排気流量補正係数
ＫＳＧＡ＝ＴＳＲＥＦ／ＴＳＧＡを求め、この排気流量
補正係数ＫＳＧＡを時間ＲＣＵに乗じることにより排気
流量の変化を補正している。
【００６３】また、三元触媒の場合と同様に、ＮＯX 吸
蔵還元触媒の吸収可能なＮＯX 量は例えばＮＯX 吸蔵還
元触媒の温度によって変化し、理論空燃比保持時間ＴＳ
ＴＲは排気流量に応じて変化する。図１１、図１２は、
全く劣化していないＮＯX 吸蔵還元触媒の触媒床温度Ｔ
ＣＡＴと最大ＮＯX 吸収量（ＮＯX 吸収能力）との関
係、及び排気流量ＧＡと理論空燃比保持時間ＲＣＵとの
関係を説明する、それぞれ図９、図１０と同様な図であ
る。図１２に示すように、実際の運転においてはＮＯX
吸蔵還元触媒のＮＯX 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ＮＯX 吸蔵還元触媒に流入するＨＣ、ＣＯの
量も大きくなるため、ＮＯX 吸蔵還元触媒から単位時間
に放出されるＮＯX 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
ＮＯX 吸蔵還元触媒からは短時間でＮＯX が放出される
ため時間ＴＳＴＲはＮＯX 吸収量が同一であっても短く
なる。前述のように、本実施形態では、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は図１２に示すように排気流
量に応じて変化してしまう。そこで、本実施形態では三
元触媒の場合と同様に、温度補正係数ＫＴＣＡＴと流量
補正係数ＫＧＡとをそれぞれ、ＫＴＣＡＴ＝ＧＴＲＥＦ
／ＧＴＣＡＴ及び、ＫＳＧＡ＝ＴＲＥＦ／ＴＧＡとして
算出し、時間ＴＳＴＲに乗じることにより、触媒温度と
排気流量との補正を行なう。（なお、ＧＴＲＥＦ、ＧＴ
ＣＡＴは、それぞれ基準温度と現在の触媒温度とにおけ
る劣化していないＮＯX 吸蔵還元触媒のＮＯX 吸収量
を、ＴＲＥＦ、ＴＧＡはそれぞれ基準排気流量と現在の
排気流量とにおける劣化していないＮＯX 吸蔵還元触媒
のＮＯX 吸収量を表している。）ステップ７２３では、
図９から図１２の関係に基づいて補正係数ＫＴＳＣＡ
Ｔ、ＫＳＧＡ、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三元触媒の
理論空燃比保持時間ＣＡＴＤＳＲ（すなわち三元触媒の
酸素貯蔵能力）がＣＡＴＤＳＲ＝ＲＣＵ×ＫＴＳＣＡＴ
×ＫＳＧＡとして、また基準条件に換算したＮＯX 吸蔵
還元触媒の理論空燃比保持時間ＣＡＴＤＯＲ（すなわ
ち、ＮＯX 吸蔵還元触媒のＮＯX 吸収能力）が、ＣＡＴ
ＤＯＲ＝ＴＳＴＲ×ＫＴＣＡＴ×ＫＧＡとして算出され
る。
蔵還元触媒の吸収可能なＮＯX 量は例えばＮＯX 吸蔵還
元触媒の温度によって変化し、理論空燃比保持時間ＴＳ
ＴＲは排気流量に応じて変化する。図１１、図１２は、
全く劣化していないＮＯX 吸蔵還元触媒の触媒床温度Ｔ
ＣＡＴと最大ＮＯX 吸収量（ＮＯX 吸収能力）との関
係、及び排気流量ＧＡと理論空燃比保持時間ＲＣＵとの
関係を説明する、それぞれ図９、図１０と同様な図であ
る。図１２に示すように、実際の運転においてはＮＯX
吸蔵還元触媒のＮＯX 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ＮＯX 吸蔵還元触媒に流入するＨＣ、ＣＯの
量も大きくなるため、ＮＯX 吸蔵還元触媒から単位時間
に放出されるＮＯX 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
ＮＯX 吸蔵還元触媒からは短時間でＮＯX が放出される
ため時間ＴＳＴＲはＮＯX 吸収量が同一であっても短く
なる。前述のように、本実施形態では、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は図１２に示すように排気流
量に応じて変化してしまう。そこで、本実施形態では三
元触媒の場合と同様に、温度補正係数ＫＴＣＡＴと流量
補正係数ＫＧＡとをそれぞれ、ＫＴＣＡＴ＝ＧＴＲＥＦ
／ＧＴＣＡＴ及び、ＫＳＧＡ＝ＴＲＥＦ／ＴＧＡとして
算出し、時間ＴＳＴＲに乗じることにより、触媒温度と
排気流量との補正を行なう。（なお、ＧＴＲＥＦ、ＧＴ
ＣＡＴは、それぞれ基準温度と現在の触媒温度とにおけ
る劣化していないＮＯX 吸蔵還元触媒のＮＯX 吸収量
を、ＴＲＥＦ、ＴＧＡはそれぞれ基準排気流量と現在の
排気流量とにおける劣化していないＮＯX 吸蔵還元触媒
のＮＯX 吸収量を表している。）ステップ７２３では、
図９から図１２の関係に基づいて補正係数ＫＴＳＣＡ
Ｔ、ＫＳＧＡ、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三元触媒の
理論空燃比保持時間ＣＡＴＤＳＲ（すなわち三元触媒の
酸素貯蔵能力）がＣＡＴＤＳＲ＝ＲＣＵ×ＫＴＳＣＡＴ
×ＫＳＧＡとして、また基準条件に換算したＮＯX 吸蔵
還元触媒の理論空燃比保持時間ＣＡＴＤＯＲ（すなわ
ち、ＮＯX 吸蔵還元触媒のＮＯX 吸収能力）が、ＣＡＴ
ＤＯＲ＝ＴＳＴＲ×ＫＴＣＡＴ×ＫＧＡとして算出され
る。
【００６４】ステップ７２５で三元触媒の酸素貯蔵能力
ＣＡＴＤＳＲとＮＯX 吸蔵還元触媒のＮＯX 吸収能力Ｃ
ＡＴＤＯＲとが算出されると、ステップ７２７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三元触媒の酸素貯蔵能力
判定とＮＯX 吸蔵還元触媒のＮＯX 吸収能力の判定とが
終了したことが表示される。
ＣＡＴＤＳＲとＮＯX 吸蔵還元触媒のＮＯX 吸収能力Ｃ
ＡＴＤＯＲとが算出されると、ステップ７２７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三元触媒の酸素貯蔵能力
判定とＮＯX 吸蔵還元触媒のＮＯX 吸収能力の判定とが
終了したことが表示される。
【００６５】図１３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三元触媒の酸素貯蔵能力と
ＮＯX 吸蔵還元触媒の還元能力との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１３のル
ーチンでは、図８のルーチンによる三元触媒の酸素貯蔵
能力とＮＯ X 吸蔵還元触媒のＮＯX 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ＯＣＵ（図２）とＴＳＴＬ（図
６）とを算出する。また、時間ＯＣＵ、ＴＳＴＬについ
ても、前述のＲＣＵ、ＴＳＴＲと同様な排気条件による
補正を行なう。
理論空燃比保持時間に基づく三元触媒の酸素貯蔵能力と
ＮＯX 吸蔵還元触媒の還元能力との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１３のル
ーチンでは、図８のルーチンによる三元触媒の酸素貯蔵
能力とＮＯ X 吸蔵還元触媒のＮＯX 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ＯＣＵ（図２）とＴＳＴＬ（図
６）とを算出する。また、時間ＯＣＵ、ＴＳＴＬについ
ても、前述のＲＣＵ、ＴＳＴＲと同様な排気条件による
補正を行なう。
【００６６】図１３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８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８のフローチャ
ートのフラグＸＲＩと同一の機能を有する。
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８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８のフローチャ
ートのフラグＸＲＩと同一の機能を有する。
【００６７】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１３の
操作は図８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１０１
１のＯＣＵ、ＯＣＤは図７のＲＣＵ、ＲＣＤと同様なカ
ウンタである。また、ステップ１０１３からステップ１
０２７の操作は、図８ステップ７１３から７２７の操作
と略同様である。なお、ステップ１０１３とステップ１
０１７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ＮＯX 吸蔵還元触
媒における理論空燃比保持時間を表し、ＬＴＳＣＡＴ、
ＬＴＣＡＴ（ステップ１０２３）はそれぞれ図９、図１
１と同様な関係に基づいて設定される温度補正係数、Ｌ
ＳＧＡ、ＬＧＡはそれぞれず１０、図１２と同様な関係
に基づいて設定される排気流量補正係数を表している。
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１３の
操作は図８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１０１
１のＯＣＵ、ＯＣＤは図７のＲＣＵ、ＲＣＤと同様なカ
ウンタである。また、ステップ１０１３からステップ１
０２７の操作は、図８ステップ７１３から７２７の操作
と略同様である。なお、ステップ１０１３とステップ１
０１７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ＮＯX 吸蔵還元触
媒における理論空燃比保持時間を表し、ＬＴＳＣＡＴ、
ＬＴＣＡＴ（ステップ１０２３）はそれぞれ図９、図１
１と同様な関係に基づいて設定される温度補正係数、Ｌ
ＳＧＡ、ＬＧＡはそれぞれず１０、図１２と同様な関係
に基づいて設定される排気流量補正係数を表している。
【００６８】上記操作により、ステップ１０２５では三
元触媒のリッチ→リーン空燃比変化における酸素貯蔵能
力ＣＡＴＤＳＯと、ＮＯX 吸蔵還元触媒の還元能力ＣＡ
ＴＤＯＳが、ＣＡＴＤＳＯ＝ＯＣＵ×ＬＴＳＣＡＴ×Ｌ
ＳＧＡ、ＣＡＴＤＯＳ＝ＴＳＴＬ×ＬＴＣＡＴ×ＬＧＡ
としてそれぞれ算出される。図１４は、前述の触媒入口
と出口の空燃比偏差に基づくＮＯX 吸蔵還元触媒７のＮ
ＯX 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ＮＯX 吸蔵
還元触媒のＮＯX 吸収能力を算出する。
元触媒のリッチ→リーン空燃比変化における酸素貯蔵能
力ＣＡＴＤＳＯと、ＮＯX 吸蔵還元触媒の還元能力ＣＡ
ＴＤＯＳが、ＣＡＴＤＳＯ＝ＯＣＵ×ＬＴＳＣＡＴ×Ｌ
ＳＧＡ、ＣＡＴＤＯＳ＝ＴＳＴＬ×ＬＴＣＡＴ×ＬＧＡ
としてそれぞれ算出される。図１４は、前述の触媒入口
と出口の空燃比偏差に基づくＮＯX 吸蔵還元触媒７のＮ
ＯX 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ＮＯX 吸蔵
還元触媒のＮＯX 吸収能力を算出する。
【００６９】図１４ステップ１１０１からステップ１１
０９は、図１３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１４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１４の判定操作は、図８
及び図１３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）。
０９は、図１３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１４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１４の判定操作は、図８
及び図１３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）。
【００７０】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、ＮＯX 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第１の空燃比センサ３１に到達した排気が、
触媒７を通過して第２の空燃比センサ３３に到達するま
での遅れ時間（図４、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。
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、ＮＯX 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第１の空燃比センサ３１に到達した排気が、
触媒７を通過して第２の空燃比センサ３３に到達するま
での遅れ時間（図４、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。
【００７１】上記により積算値ＤＡＦＳ（図４(B) の斜
線部面積）を算出後、ステップ１１２１では、図１０、
図１１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１１２
３ではＮＯX 吸収能力ＣＡＴＤＯＬが、ＣＡＴＤＯＬ＝
ＤＡＦＳ×ＯＬＴＣＡＴ×ＯＬＧＡとして算出される。
線部面積）を算出後、ステップ１１２１では、図１０、
図１１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１１２
３ではＮＯX 吸収能力ＣＡＴＤＯＬが、ＣＡＴＤＯＬ＝
ＤＡＦＳ×ＯＬＴＣＡＴ×ＯＬＧＡとして算出される。
【００７２】図１５は、図８と図１３でそれぞれ算出さ
れた、三元触媒の酸素貯蔵能力ＣＡＴＤＳＲ及びＣＡＴ
ＤＳＯ、図８と図１４でそれぞれ算出されたＮＯX 吸蔵
還元触媒のＮＯX 吸収能力ＣＡＴＤＯＲ及びＣＡＴＤＯ
Ｌと図１３で算出されたＮＯ X 吸蔵還元触媒の還元能力
ＣＡＴＤＯＳを用いた総合的な触媒能力判定操作を示す
フローチャートである。
れた、三元触媒の酸素貯蔵能力ＣＡＴＤＳＲ及びＣＡＴ
ＤＳＯ、図８と図１４でそれぞれ算出されたＮＯX 吸蔵
還元触媒のＮＯX 吸収能力ＣＡＴＤＯＲ及びＣＡＴＤＯ
Ｌと図１３で算出されたＮＯ X 吸蔵還元触媒の還元能力
ＣＡＴＤＯＳを用いた総合的な触媒能力判定操作を示す
フローチャートである。
【００７３】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１５でルーチンが
スタートすると、ステップ１５０１から１５０５では、
図８、図１３、図１４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。
行されるルーチンとして行われる。図１５でルーチンが
スタートすると、ステップ１５０１から１５０５では、
図８、図１３、図１４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。
【００７４】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１５０７で図８で算出された三元
触媒の酸素貯蔵能力ＣＡＴＤＳＲが所定の判定値Ｓ以上
か、またステップ１５０９では図１３で算出された三元
触媒の酸素貯蔵能力ＣＡＴＤＳＯが所定の判定値Ｔ以上
か否かがそれぞれ判断される。また、ステップ１５１１
では、図８で算出されたＮＯX 吸収能力ＣＡＴＤＯＲが
所定の判定値Ｐ以上か否か、ステップ１５１３では図１
３で求めた還元能力ＣＡＴＤＯＳが所定の判定値Ｑ以上
か否か、ステップ１５１５では図１４で求めたＮＯX 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１５０７から１５
１５ですべてが判定値以上であった場合にはステップ１
５１７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１５
１９でフラグＦＡＩＬの値を１にセットする。そして、
ステップ１５１７またはステップ１５１９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１５２
１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ＦＡ
ＩＬ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、運転者に排気浄化装置の触媒に異
常（劣化）が生じたことを報知する。また、上記判定値
Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔの各値は予め実験などにより許容可
能な劣化程度の三元触媒、ＮＯX 吸蔵還元触媒について
の各値を実測することにより求められる。また、図１５
の例では、ステップ１５０７から１５１５で１つでも判
定値を下回るものがあった場合には排気浄化装置全体の
異常と判断してフラグＦＡＩＬの値を１にセットしてい
る。しかし、三元触媒とＮＯX 吸蔵還元触媒との劣化を
個別に判断するために、ステップ１５０７、１５０９で
判定値を下回るものがあった場合には三元触媒の異常と
判定し、ステップ１５１１からステップ１５１５で判定
値を下回るものがあっ場合にはＮＯX 吸蔵還元触媒の異
常と判定するようにしても良い。
た場合には、ステップ１５０７で図８で算出された三元
触媒の酸素貯蔵能力ＣＡＴＤＳＲが所定の判定値Ｓ以上
か、またステップ１５０９では図１３で算出された三元
触媒の酸素貯蔵能力ＣＡＴＤＳＯが所定の判定値Ｔ以上
か否かがそれぞれ判断される。また、ステップ１５１１
では、図８で算出されたＮＯX 吸収能力ＣＡＴＤＯＲが
所定の判定値Ｐ以上か否か、ステップ１５１３では図１
３で求めた還元能力ＣＡＴＤＯＳが所定の判定値Ｑ以上
か否か、ステップ１５１５では図１４で求めたＮＯX 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１５０７から１５
１５ですべてが判定値以上であった場合にはステップ１
５１７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１５
１９でフラグＦＡＩＬの値を１にセットする。そして、
ステップ１５１７またはステップ１５１９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１５２
１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ＦＡ
ＩＬ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、運転者に排気浄化装置の触媒に異
常（劣化）が生じたことを報知する。また、上記判定値
Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔの各値は予め実験などにより許容可
能な劣化程度の三元触媒、ＮＯX 吸蔵還元触媒について
の各値を実測することにより求められる。また、図１５
の例では、ステップ１５０７から１５１５で１つでも判
定値を下回るものがあった場合には排気浄化装置全体の
異常と判断してフラグＦＡＩＬの値を１にセットしてい
る。しかし、三元触媒とＮＯX 吸蔵還元触媒との劣化を
個別に判断するために、ステップ１５０７、１５０９で
判定値を下回るものがあった場合には三元触媒の異常と
判定し、ステップ１５１１からステップ１５１５で判定
値を下回るものがあっ場合にはＮＯX 吸蔵還元触媒の異
常と判定するようにしても良い。
【００７５】上述のように、本実施形態によれば１回の
リーン→リッチ→リーンの空燃比変更操作で三元触媒５
ａ、５ｂとＮＯX 吸蔵還元触媒７との触媒能力を、第１
と第２の空燃比センサ３１、３３の出力のみを用いて同
時に判定することが可能となっている。上述の実施形態
では三元触媒およびＮＯX 吸蔵還元触媒に流入する排気
の空燃比を制御するために機関運転空燃比を制御するよ
うにしている。しかしながら、筒内に燃料を直接噴射す
る燃料噴射弁を備えた内燃機関では、機関爆発行程また
は排気行程に行われうる副燃料噴射の燃料噴射量を制御
することにより三元触媒およびＮＯX 吸蔵還元触媒に流
入する排気の空燃比を制御するようにすることもでき
る。なお、副燃料噴射による燃料は機関出力に寄与しな
い。また、この場合機関運転空燃比をリーンに維持する
ことができる。或いは、三元触媒上流の排気通路内に炭
化水素のような還元剤を供給する還元剤供給装置、また
は２次空気供給装置を設けて三元触媒上流の排気通路内
に供給される還元剤量または２次空気量を制御すること
により三元触媒およびＮＯX 吸蔵還元触媒に流入する排
気の空燃比を制御するようにしてもよい。
リーン→リッチ→リーンの空燃比変更操作で三元触媒５
ａ、５ｂとＮＯX 吸蔵還元触媒７との触媒能力を、第１
と第２の空燃比センサ３１、３３の出力のみを用いて同
時に判定することが可能となっている。上述の実施形態
では三元触媒およびＮＯX 吸蔵還元触媒に流入する排気
の空燃比を制御するために機関運転空燃比を制御するよ
うにしている。しかしながら、筒内に燃料を直接噴射す
る燃料噴射弁を備えた内燃機関では、機関爆発行程また
は排気行程に行われうる副燃料噴射の燃料噴射量を制御
することにより三元触媒およびＮＯX 吸蔵還元触媒に流
入する排気の空燃比を制御するようにすることもでき
る。なお、副燃料噴射による燃料は機関出力に寄与しな
い。また、この場合機関運転空燃比をリーンに維持する
ことができる。或いは、三元触媒上流の排気通路内に炭
化水素のような還元剤を供給する還元剤供給装置、また
は２次空気供給装置を設けて三元触媒上流の排気通路内
に供給される還元剤量または２次空気量を制御すること
により三元触媒およびＮＯX 吸蔵還元触媒に流入する排
気の空燃比を制御するようにしてもよい。
【００７６】
【発明の効果】各請求項に記載の発明によれば、最小限
の数の空燃比センサを用いて、しかも１回の空燃比変更
操作中に簡易に三元触媒とＮＯX 吸蔵還元触媒との両方
の触媒能力を同時に判定することが可能となる共通の効
果を奏する。
の数の空燃比センサを用いて、しかも１回の空燃比変更
操作中に簡易に三元触媒とＮＯX 吸蔵還元触媒との両方
の触媒能力を同時に判定することが可能となる共通の効
果を奏する。
【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。
の概略構成を示す図である。
【図２】三元触媒の触媒能力判定原理を説明する図であ
る。
る。
【図３】ＮＯX 吸蔵還元触媒のＮＯX 吸収能力の判定原
理を説明する図である。
理を説明する図である。
【図４】ＮＯX 吸蔵還元触媒のＮＯX 吸収能力の図３と
は別の判定原理を説明する図である。
は別の判定原理を説明する図である。
【図５】ＮＯX 吸蔵還元触媒のＮＯX 吸収量の変化を説
明する図である。
明する図である。
【図６】ＮＯX 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。
明する図である。
【図７】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。
ートである。
【図８】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。
ートである。
【図９】三元触媒の触媒能力の触媒温度による補正を説
明する図である。
明する図である。
【図１０】三元触媒の触媒能力の排気流量による補正を
説明する図である。
説明する図である。
【図１１】ＮＯX 吸蔵還元触媒の触媒能力の触媒温度に
よる補正を説明する図である。
よる補正を説明する図である。
【図１２】ＮＯX 吸蔵還元触媒の触媒能力の排気流量に
よる補正を説明する図である。
よる補正を説明する図である。
【図１３】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。
ャートである。
【図１４】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。
ャートである。
【図１５】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。
ャートである。
１…内燃機関 ２…排気通路 ５ａ、５ｂ…三元触媒 ７…ＮＯX 吸蔵還元触媒 ３０…電子制御ユニット ３１…第１の空燃比センサ ３３…第２の空燃比センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｆ０１Ｎ 3/24 Ｕ
Claims (4)
- 【請求項１】 内燃機関の排気通路に配置された三元触
媒と、 前記三元触媒下流側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ＮＯX 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ＮＯX を放出、還元浄化するＮＯX 吸蔵還
元触媒と、 前記三元触媒と前記ＮＯX 吸蔵還元触媒との間の排気通
路に配置され、排気の空燃比を検出する第１の空燃比セ
ンサと、 前記ＮＯX 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第２の空燃比センサと、 前記三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、またはリーン空燃比からリッチ空燃
比に変化させる空燃比制御手段と、 前記空燃比制御手段が空燃比を変化させたときに、前記
第１の空燃比センサ出力に基づいて前記三元触媒の触媒
能力を判定し、同時に前記第１と第２の両方の空燃比セ
ンサ出力に基づいて前記ＮＯX 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。 - 【請求項２】 前記触媒能力判定手段は、前記空燃比制
御手段が前記三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、またはリーン空燃比からリ
ッチ空燃比に変化させたときに、前記第１の空燃比セン
サ出力が理論空燃比相当出力に維持される時間に基づい
て前記三元触媒の触媒能力を判定する請求項１に記載の
内燃機関の排気浄化装置。 - 【請求項３】 前記触媒能力判定手段は、前記空燃比制
御手段が前記三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たとき、及びリーン
空燃比からリッチ空燃比に変化させたときの両方の第１
の空燃比センサ出力に基づいて前記三元触媒の触媒能力
を判定する請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。 - 【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三元触媒または
ＮＯX 吸蔵還元触媒の少なくとも一方の触媒能力を、機
関の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。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25525297A JP3430879B2 (ja) | 1997-09-19 | 1997-09-19 | 内燃機関の排気浄化装置 |
| US09/150,266 US5970707A (en) | 1997-09-19 | 1998-09-09 | Exhaust gas purification device for an internal combustion engine |
| DE69802766T DE69802766T2 (de) | 1997-09-19 | 1998-09-17 | Abgasreinigungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine |
| EP98117676A EP0903478B1 (en) | 1997-09-19 | 1998-09-17 | An exhaust gas purification device for an internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25525297A JP3430879B2 (ja) | 1997-09-19 | 1997-09-19 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1193744A true JPH1193744A (ja) | 1999-04-06 |
| JP3430879B2 JP3430879B2 (ja) | 2003-07-28 |
Family
ID=17276166
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25525297A Expired - Lifetime JP3430879B2 (ja) | 1997-09-19 | 1997-09-19 | 内燃機関の排気浄化装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5970707A (ja) |
| EP (1) | EP0903478B1 (ja) |
| JP (1) | JP3430879B2 (ja) |
| DE (1) | DE69802766T2 (ja) |
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