JP3478135B2

JP3478135B2 - 内燃機関の排気浄化装置

Info

Publication number: JP3478135B2
Application number: JP22309998A
Authority: JP
Inventors: 直人鈴木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-08-06
Filing date: 1998-08-06
Publication date: 2003-12-15
Anticipated expiration: 2018-08-06
Also published as: JP2000054824A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の排気浄化
装置に関し、詳細には機関排気通路に、Ｏ₂ストレージ
機能を有する排気浄化触媒と、流入する排気空燃比がリ
ーンのときに排気中のＮＯ_Xを吸収し、流入する排気中
の酸素濃度が低下したときに吸収したＮＯ _Xを放出する
ＮＯ_X吸蔵還元触媒と、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】理論空燃比付近で運転される機関の排気
通路にＯ₂ストレージ機能を有する三元触媒等の排気浄
化三元触媒を配置して排気中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_Xの三
成分を浄化する技術が知られている。三元触媒のＯ₂ス
トレージ機能とは、流入する排気の空燃比がリーンのと
きに排気中の酸素成分を触媒内に吸収、保持し、流入す
る排気の空燃比がリッチのときに吸収した酸素を放出す
る機能をいう。周知のように、三元触媒は流入する排気
空燃比が理論空燃比付近の狭い範囲にあるときに排気中
のＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_Xの三成分を同時に浄化することが
できるが、排気空燃比が理論空燃比からずれると上記三
成分を同時に浄化することができなくなる性質を有す
る。一方、三元触媒にＯ₂ストレージ機能を付加する
と、三元触媒に流入する排気が理論空燃比よりリーンに
なったときには触媒に排気中の余剰酸素が吸収され、リ
ッチになったときには触媒から酸素が放出されるように
なり、触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比から外
れた場合でも三元触媒の雰囲気を理論空燃比近傍に維持
することが可能となる。このため、理論空燃比付近の空
燃比で運転される機関の排気をＯ₂ストレージ機能を有
する三元触媒を用いて浄化することにより、ＨＣ、Ｃ
Ｏ、ＮＯ_Xの三成分を良好に浄化することが可能とな
る。

【０００３】一方、流入する排気空燃比がリーンのとき
に排気中のＮＯ_X（窒素酸化物）を吸収し、流入する排
気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吸蔵還元触媒が知られている。ＮＯ_X吸蔵還元触
媒を使用した排気浄化装置の例としては、例えば特許登
録第２６００４９２号に記載されたものがある。上記特
許の排気浄化装置は、リーン空燃比運転を行う機関の排
気通路にＮＯ_X吸蔵還元触媒を配置し、機関のリーン空
燃比運転中にＮＯ_X吸蔵還元触媒に排気中のＮＯ_Xを吸
収させ、ＮＯ_X吸蔵還元触媒のＮＯ_X吸収量が増大した
ときに、機関を短時間理論空燃比またはリッチ空燃比で
運転するリッチスパイク操作を行うことによりＮＯ_X吸
蔵還元触媒から吸収したＮＯ_Xを放出させるとともに、
放出されたＮＯ_Xを還元浄化している。すなわち、排気
の空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比になると、リ
ーン空燃比の排気に較べて排気中の酸素濃度が急激に低
下するとともに、排気中の未燃ＨＣ、ＣＯ成分の量が急
激に増大する。このため、リッチスパイク操作により機
関運転空燃比が理論空燃比またはリッチ空燃比に切り換
えられると、ＮＯ_X吸蔵還元触媒に流入する排気の空燃
比はリーン空燃比から理論空燃比またはリッチ空燃比に
変化し、排気中の酸素濃度の低下によりＮＯ_X吸蔵還元
触媒からＮＯ_Xが放出される。また、上記のように理論
空燃比またはリッチ空燃比の排気中には比較的多量の未
燃ＨＣ、ＣＯ成分が含まれるため、ＮＯ_X吸蔵還元触媒
から放出されたＮＯ_Xは排気中の未燃ＨＣ、ＣＯ成分と
反応し還元される。

【０００４】上記特許登録第２６００４９２号に記載の
排気浄化装置は、機関運転状態に応じて増減されるＮＯ
_Xカウンタの値に基づいてＮＯ_X吸蔵還元触媒のＮＯ_X
吸蔵量を判断し、ＮＯ_Xカウンタの値が所定値に到達し
たときににリッチスパイク操作を行なうことにより、Ｎ
Ｏ_X吸蔵還元触媒が吸収したＮＯ_Xで飽和することを防
止している。上記特許のＮＯ_Xカウンタは、機関がリー
ン空燃比で運転されるときに機関の運転状態に応じて設
定される吸収ＮＯ_X量だけ一定時間毎にＮＯ_Xカウンタ
を増大し、機関がリッチ空燃比で運転されるときに機関
の運転状態に応じて設定される放出ＮＯ_X量だけ一定時
間毎にＮＯ_Xカウンタを減少させる操作を行なうことに
よりＮＯ_X吸蔵量を推定している。すなわち、リーン空
燃比運転中に機関から単位時間当たりに排出されるＮＯ
_X量は機関運転状態（機関負荷、空燃比、排気流量等）
により定まり、ＮＯ_X吸蔵還元触媒は単位時間毎にこの
量のＮＯ_Xを吸収する。このため、単位時間当たりのＮ
Ｏ_X吸蔵還元触媒のＮＯ_X吸蔵量は機関から単位時間当
たりに排出されるＮＯ_X量に比例する。上記特許では、
機関運転状態に応じて予め単位時間当たりにＮＯ_X吸蔵
還元触媒に吸収されるＮＯ_X量を吸収ＮＯ_X量として設
定しておき、機関のリーン空燃比運転中一定時間毎に機
関運転状態に応じて上記吸収ＮＯ_X量を算出して、ＮＯ
_Xカウンタの値を増大させている。また、機関リッチ空
燃比運転中にＮＯ_X吸蔵還元触媒から単位時間当たりに
放出されるＮＯ_X量は、同様に機関運転状態（空燃比、
排気流量）により定まる。このため、上記特許では機関
運転状態に応じて予め単位時間当たりにＮＯ_X吸蔵還元
触媒から放出されるＮＯ_X量を放出ＮＯ_X量として設定
しておき、リッチスパイク時等の機関リッチ空燃比運転
時には一定時間毎に上記放出ＮＯ_X量だけＮＯ_Xカウン
タの値を減少させるようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記特許登録第２６０
０４９２号に記載の排気浄化装置では、ＮＯ_Xカウンタ
を用いてＮＯ_X吸蔵還元触媒のＮＯ_X吸蔵量を推定する
ことによりＮＯ_X吸蔵還元触媒からのＮＯ_Xの放出を行
なうタイミングを判定している。しかし、上記特許の装
置に、スタートキャタリストとしてＯ₂ストレージ機能
を有する三元触媒を付加する場合には問題が生じる場合
がある。

【０００６】スタートキャタリストは、機関始動時に機
関から多量に放出されるＨＣ、ＣＯ成分を除去すること
を主な目的としており、機関始動後短時間で昇温し触媒
活性化温度に到達するように排気通路のできるだけ機関
に近い位置に配置する必要がある。このため、上記特許
の排気浄化装置に付加する場合には、スタートキャタリ
ストはＮＯ_X吸蔵還元触媒の上流側の排気通路に配置さ
れる。

【０００７】ところが、Ｏ₂ストレージ機能を有する排
気浄化触媒をＮＯ_X吸蔵還元触媒の上流側排気通路に配
置した場合には、ＮＯ_Xカウンタの値がＮＯ_X吸蔵還元
触媒のＮＯ_X吸蔵量と正確に対応しなくなる場合が生じ
ることが判明している。この問題は、排気浄化触媒に流
入する排気の空燃比が変化したときに排気浄化触媒出口
側ではＯ₂ストレージ機能のために排気空燃比の変化が
遅れるために生じるものと考えられる。

【０００８】すなわち、上記特許の装置では機関がリー
ン空燃比で運転されているとＮＯ_Xカウンタの値を増大
させ、機関空燃比がリッチに切り換えられるとＮＯ_Xカ
ウンタの値を減少させている。ところが、ＮＯ_X吸蔵還
元触媒上流側にＯ₂ストレージを有する排気浄化触媒が
配置されていると、機関運転空燃比がリーンからリッチ
に切り換えられて排気空燃比がリッチになってもＯ₂ス
トレージ機能により排気浄化触媒に貯蔵された酸素の全
量が放出されるまでは排気浄化触媒を通過する排気空燃
比はリッチ空燃比に変化しない。このため、排気浄化触
媒下流側のＮＯ _X吸蔵還元触媒に流入する排気空燃比は
機関空燃比がリッチ空燃比に変化しても排気浄化触媒か
らの酸素放出が完了するまでは理論空燃比近傍に維持さ
れＮＯ_X吸蔵還元触媒からはＮＯ_Xは放出されない。従
って、前述の特許登録第２６００４９２号のように機関
運転空燃比がリーンからリッチに変更されたときからＮ
Ｏ _X吸蔵還元触媒を減少させる操作を行なうと、ＮＯ_X
カウンタの値は実際のＮＯ _X吸蔵量より小さくなってし
まう。このため、リッチスパイク操作時等にＮＯ_Xカウ
ンタが所定値（≒０）まで減少したときにＮＯ_X放出が
完了したと判断してリーン空燃比運転を再開すると、実
際にはＮＯ_X吸蔵還元触媒はまだ吸蔵したＮＯ_Xが残っ
た状態からＮＯ_Xの吸収を再開することになる。また、
この状態からＮＯ_Xカウンタの値を増大させていくと、
ＮＯ_X吸蔵還元触媒にはＮＯ_Xカウンタの値に対応した
量以上のＮＯ_Xが吸蔵されていることになる。このた
め、ＮＯ _Xカウンタの値に基づいてリッチスパイク操作
の開始、終了を判断するとＮＯ_X吸蔵還元触媒には予期
した以上の量のＮＯ_Xが吸蔵される場合が生じ、ＮＯ_X
吸蔵還元触媒の吸収効率が低下したりＮＯ_X吸蔵還元触
媒が吸収したＮＯ_Xで飽和したりする事態が生じるので
ある。

【０００９】また、機関運転空燃比がリッチからリーン
に切り換えられるときにも同様な問題が生じる。機関運
転空燃比がリッチからリーンに切り換えられて排気浄化
触媒に流入する排気空燃比がリーンになった場合、排気
浄化触媒はＯ₂ストレージ機能のため排気中の酸素を吸
収する。このため、排気中の余剰の酸素が排気浄化触媒
により吸収されてしまい、排気浄化触媒が酸素を吸収し
ている間は排気浄化触媒下流側のＮＯ_X吸蔵還元触媒に
流入する排気はリーン空燃比にはならず、ＮＯ _X吸蔵還
元触媒はＮＯ_Xを吸収しない。排気浄化触媒が最大酸素
貯蔵量まで酸素を吸収し、それ以上排気中の酸素を吸収
できなくなると排気浄化触媒下流側のＮＯ_X吸蔵還元触
媒に流入する排気の空燃比はリーンになりＮＯ_X吸蔵還
元触媒はＮＯ_Xの吸収を始めるが、排気浄化触媒が酸素
を吸収している間もＮＯ_Xカウンタの値を増大させると
実際にＮＯ_X吸蔵還元触媒に吸蔵されたＮＯ_X量はＮＯ
_Xカウンタの値より小さくなってしまい、実際のＮＯ_X
吸蔵量とＮＯ_Xカウンタの値とが対応しなくなってしま
う問題が生じる。

【００１０】本発明は上記問題に鑑み、Ｏ₂ストレージ
機能を有する排気浄化触媒下流側にＮＯ_X吸蔵還元触媒
を配置する排気浄化装置において、ＮＯ_X吸蔵還元触媒
のＮＯ_X吸蔵量を正確に推定することを可能とする手段
を提供することを目的としている。

【００１１】

【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、必要に応じてリーン空燃比の運転と理論空燃比
またはリッチ空燃比の運転とに運転空燃比の切り換えを
行なう内燃機関の排気浄化装置であって、機関排気通路
に配置されたＯ₂ストレージ機能を有する排気浄化触媒
と、前記排気通路の前記排気浄化触媒下流側に配置され
た、流入する排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯ
_Xを吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低下したとき
に吸収したＮＯ_Xを放出するＮＯ_X吸蔵還元触媒と、機関
運転状態に基づいて前記ＮＯ_X吸蔵還元触媒現在吸蔵さ
れているＮＯ_X量を推定するＮＯ_X吸蔵量推定手段と、前
記機関運転空燃比が変化したときに、前記ＮＯ_X吸蔵量
推定手段により推定されたＮＯ_X吸蔵量を前記排気浄化
触媒内に貯蔵された酸素量に基づいて補正するＮＯ_X吸
蔵量補正手段と、を備えた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１の発明ではＮＯ_X吸蔵
量推定手段は機関の運転空燃比、排気流量、燃料噴射等
の機関運転状態に基づいてＮＯ_X吸蔵還元触媒に現在吸
蔵されているＮＯ_X吸蔵量を推定する。ＮＯ_X吸蔵量補正
手段は、上記により推定されたＮＯ_X吸蔵量を排気浄化
触媒の貯蔵酸素量に応じて補正する。例えば、排気浄化
触媒の貯蔵酸素量が多ければ機関運転状態（例えば運転
空燃比）が変化しても、その変化が実際にＮＯ_X吸蔵還
元触媒に流入する排気の状態変化として現れるまでには
貯蔵酸素量に応じた遅れ時間が生じる。従って、機関運
転状態に基づいてＮＯ_X吸蔵量を推定する際に貯蔵酸素
量（機関運転状態変化に対する遅れ時間）に応じてＮＯ
_X吸蔵量を補正することによりＮＯ_X吸蔵量の推定精度が
向上する。

【００１３】請求項２に記載の発明によれば、前記ＮＯ
_X吸蔵量推定手段は、機関から排出されＮＯ_X吸蔵還元
触媒に吸収される吸収ＮＯ_X量と、ＮＯ_X吸蔵還元触媒
から放出される放出ＮＯ_X量とを機関運転状態に基づい
て算出し、機関運転空燃比がリーン空燃比のときにＮＯ
_X吸蔵還元触媒の推定ＮＯ_X吸蔵量を前記吸収ＮＯ_X量
だけ増加させ、機関運転空燃比がリッチ空燃比のときに
前記推定ＮＯ_X吸蔵量を前記放出ＮＯ_X量だけ減少させ
ることにより、ＮＯ_X吸蔵還元触媒のＮＯ_X吸蔵量を推
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２の発明では、ＮＯ_X吸
蔵量推定手段はＮＯ_Xカウンタを用いてＮＯ_X吸蔵量を
推定する。前述のように、機関運転空燃比がリーンから
リッチ、またはリッチからリーンに切り替わる際に、実
際にＮＯ_X吸蔵還元触媒に流入する排気空燃比の変化は
排気浄化触媒の貯蔵酸素量に応じた時間だけ遅れを生じ
る。従って、ＮＯ_Xカウンタに基づいてＮＯ_X吸蔵還元
触媒のＮＯ_X吸蔵量を推定する際にも、排気浄化触媒の
貯蔵酸素量に応じてＮＯ_Xカウンタの値を補正すること
によりＮＯ_Xカウンタの値は正確にＮＯ_X吸蔵量に対応
するようになる。

【００１５】請求項３に記載の発明によれば、前記補正
手段は、機関運転空燃比がリーン空燃比からリッチ空燃
比に変化したときに、機関運転空燃比がリッチ空燃比に
変化した後前記排気浄化触媒に貯蔵された酸素の全量が
排気浄化触媒から放出されるまでの間前記ＮＯ_X吸蔵量
推定手段による前記推定ＮＯ_X量の減少操作を禁止する
請求項２に記載の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、機関運転空
燃比がリーン空燃比からリッチ空燃比に変化した場合に
は、リッチ空燃比変化後も排気浄化触媒の貯蔵した酸素
の全量が放出されるまでＮＯ_Xカウンタの減少操作を禁
止する。排気浄化触媒から酸素が放出されている間は、
機関運転空燃比がリッチ空燃比になっても実際にＮＯ _X
吸蔵還元触媒に流入する排気空燃比はリッチにならず、
ＮＯ_X吸蔵還元触媒からはＮＯ_Xが放出されない。従っ
て、この期間にＮＯ_Xカウンタの減少操作を行なうと、
ＮＯ_Xカウンタの値と実際のＮＯ_X吸蔵量との間に誤差
が生じる。本発明では、排気浄化触媒から酸素が放出さ
れている間はＮＯ_Xカウンタの減少操作を禁止するよう
にしたためＮＯ_Xカウンタの値に上記誤差が生じること
がなく、ＮＯ_Xカウンタの値が正確にＮＯ_X吸蔵量に対
応するようになる。

【００１７】請求項４に記載の発明によれば、前記補正
手段は、機関運転空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃
比に変化したときに、機関運転空燃比がリーン空燃比に
変化した後前記排気浄化触媒に最大貯蔵量まで酸素が吸
収されるまでの間前記ＮＯ_X吸蔵量推定手段による前記
推定ＮＯ_X量の増加操作を禁止する請求項２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の発明では機関運転空
燃比がリッチからリーンに変化したときに、ＮＯ_X吸蔵
還元触媒に流入する排気空燃比が実際にリーンになるま
でＮＯ_Xカウンタの増加操作を禁止する。機関運転空燃
比がリーンになっても、排気浄化触媒に酸素が吸収され
ている間は実際にＮＯ_X吸蔵還元触媒に流入する排気空
燃比はリーンにはならず、ＮＯ_X吸蔵還元触媒にはＮＯ
_Xは吸収されない。このため、この期間にＮＯ_Xカウン
タの増加を行うとＮＯ_Xカウンタの値と実際のＮＯ_X吸
蔵量との間に誤差が生じる。本発明では、機関運転空燃
比がリーンに変化した後直ちにはＮＯ_Xカウンタを増加
させずに、排気浄化触媒が最大貯蔵量まで酸素を吸収し
酸素で飽和した状態になるまで待ってからカウンタの増
加を開始する。排気浄化触媒が最大貯蔵量まで酸素を吸
収するとそれ以上排気中の酸素を吸収できなくなり、Ｎ
Ｏ_X吸蔵還元触媒に流入する排気は実際にリーンにな
る。このため、排気浄化触媒に酸素が吸収されている間
ＮＯ_Xカウンタの増加操作を禁止したことにより、上記
誤差の発生が防止され、ＮＯ_Xカウンタの値が正確にＮ
Ｏ_X吸蔵量に対応するようになる。

【００１９】請求項５に記載の発明によれば、前記補正
手段は、前記排気浄化触媒に流入する排気空燃比に基づ
いて前記排気浄化触媒内に貯蔵された酸素の量を推定す
る貯蔵酸素量推定手段を備えた請求項１に記載の内燃機
関の排気浄化装置が提供される。すなわち、請求項５の
発明では補正手段は貯蔵酸素量推定手段を備えている。
貯蔵酸素量推定手段は、排気浄化触媒に流入する排気空
燃比に基づいて排気浄化触媒内に貯蔵された酸素量を推
定する。排気浄化触媒に流入する排気空燃比がリーンで
あるときにはＯ₂ストレージ機能により排気浄化触媒に
酸素が吸収され、触媒の酸素貯蔵量は増大する。また、
排気浄化触媒に流入する排気空燃比がリッチである時に
は排気浄化触媒からは貯蔵された酸素が放出されるため
触媒の貯蔵酸素量は減少する。本発明の貯蔵酸素量推定
手段は、例えば、流入する排気空燃比がリーンのときに
一定時間毎に所定量ずつ推定貯蔵酸素量を増大させ、流
入する排気空燃比がリッチのときには一定時毎に所定量
ずつ推定貯蔵酸素量を減少させることにより、排気浄化
触媒の貯蔵酸素量を推定する。

【００２０】請求項６に記載の発明によれば、前記補正
手段は、機関運転空燃比変化時に前記排気浄化触媒通過
後の排気空燃比に基づいて前記排気浄化触媒内に貯蔵さ
れた酸素の量を推定する貯蔵酸素量推定手段を備えた請
求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供される。
すなわち、請求項６の発明では補正手段は、貯蔵酸素量
推定手段を備えている。貯蔵酸素量推定手段は、機関運
転空燃比変化時に排気浄化触媒通過後の排気空燃比に基
づいて排気浄化触媒内に貯蔵された酸素量を推定する。
運転空燃比がリーンからリッチまたはリッチからリーン
に変化したとき、排気浄化触媒通過後の排気空燃比は直
ちにリッチまたはリーンには変化せず、排気浄化触媒に
貯蔵された酸素の全量が放出された後（リーンからリッ
チへの変化の場合）、または排気浄化触媒が吸収した酸
素で飽和した後（リッチからリーンへの変化の場合）に
流入する排気と同じ空燃比に変化する。すなわち、排気
浄化触媒通過後の排気空燃比の変化は触媒に流入する排
気空燃比の変化に較べて遅れを生じ、この遅れ時間は触
媒の酸素貯蔵量が大きい程大きくなる。本発明では、例
えば機関空燃比（排気浄化触媒に流入する排気空燃比）
がリーンとリッチとの間で変化したときに、機関運転空
燃比が変化してから、触媒通過後の排気空燃比が機関運
転空燃比の変化に追従して変化するまでの時間を計測
し、この時間に基づいて触媒貯蔵酸素量を推定する。

【００２１】請求項７に記載の発明によれば、前記貯蔵
酸素量推定手段は、前記排気浄化触媒の劣化程度に基づ
いて貯蔵酸素量推定値を補正する貯蔵酸素量補正手段を
備えた請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置が提供
される。すなわち、請求項７の発明では請求項６の発明
において、排気浄化触媒の劣化程度に基づいて貯蔵酸素
量の推定値を補正する。排気浄化触媒が劣化するとＯ₂
ストレージ機能も低下するため、排気浄化触媒が貯蔵可
能な最大酸素量（飽和量）が低下する。例えば機関のリ
ーン空燃比運転が長時間続くと最大貯蔵酸素量まで酸素
を吸収し、それ以上は酸素を吸収できない。従って請求
項６の貯蔵酸素量推定手段は、推定貯蔵酸素量が予め定
めた最大貯蔵酸素量に到達すると、たとえ機関がリーン
空燃比運転中であってもそれ以上推定貯蔵酸素量を増加
させない。本発明では、例えば、触媒の劣化程度に応じ
てこの最大貯蔵酸素量を設定することにより貯蔵酸素量
の推定値を補正する。これにより、触媒の劣化にかかわ
らず触媒の貯蔵酸素量が正確に推定される。

【００２２】請求項８に記載の発明によれば、前記ＮＯ
_X吸蔵量推定手段は、前記ＮＯ_X吸蔵還元触媒の劣化程
度を判定する判定手段を備え、機関運転状態とＮＯ_X吸
蔵還元触媒の劣化程度とに基づいてＮＯ_X吸蔵量を推定
する請求項１または請求項２に記載の内燃機関の排気浄
化装置が提供される。すなわち、請求項８の発明では、
請求項１または２の発明においてＮＯ_X吸蔵量推定手段
は、ＮＯ_X吸蔵還元触媒の劣化程度と機関運転状態とに
基づいてＮＯ _X吸蔵還元触媒のＮＯ_X吸蔵量を推定す
る。ＮＯ_X吸蔵還元触媒は劣化とともに吸蔵できる最大
ＮＯ_X量が低下する。請求項１または２の発明では、機
関運転状態から推定されたＮＯ_X吸蔵量が最大ＮＯ_X吸
蔵量に到達すると推定ＮＯ_X吸蔵量をそれ以上増加させ
ない。本発明では、例えば、ＮＯ_X吸蔵還元触媒の劣化
程度に応じてＮＯ_X最大吸蔵量を設定することにより、
ＮＯ_X吸蔵量が正確に推定されるようになる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態について説明する。図１は、本発明を自動車
用内燃機関に適用した場合の実施形態の概略構成を示す
図である。図１において、１は自動車用内燃機関を示
す。本実施形態では、機関１は＃１から＃４の４つの気
筒を備えた４気筒ガソリン機関とされ、＃１から＃４気
筒には直接気筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁１１１か
ら１１４が設けられている。後述するように、本実施形
態の内燃機関１は、理論空燃比より高い（リーンな）空
燃比で運転可能なリーンバーンエンジンとされている。

【００２４】また、本実施形態では＃１から＃４の気筒
は互いに点火時期が連続しない２つの気筒からなる２つ
の気筒群にグループ分けされている。（例えば、図１の
実施形態では気筒点火順序は１−３−４−２であり、＃
１、＃４の気筒と＃２、＃３の気筒とがそれぞれ気筒群
を構成している。）また、各気筒の排気ポートは気筒群
毎に排気マニホルドに接続され、気筒群毎の排気通路に
接続されている。図１において、２１ａは＃１、＃４気
筒からなる気筒群の排気ポートを個別排気通路２ａに接
続する排気マニホルド、２１ｂは＃２、＃４気筒からな
る気筒群の排気ポートを個別排気通路２ｂに接続する排
気マニホルドである。本実施形態では、個別排気通路２
ａ、２ｂ上には、三元触媒からなるスタートキャタリス
ト（以下「ＳＣ」と呼ぶ）５ａと５ｂがそれぞれ配置さ
れている。また、個別排気通路２ａ、２ｂはＳＣ下流側
で共通の排気通路２に合流している。

【００２５】共通排気通路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。図１に２９ａ、２９ｂ
で示すのは、個別排気通路２ａ、２ｂのＳＣ５ａ、５ｂ
上流側に配置された上流側空燃比センサ、３１で示すの
は、排気通路２のＮＯ_X吸蔵還元触媒７上流側に配置さ
れた下流側空燃比センサである。空燃比センサ２９ａ、
２９ｂ及び３１は、広い空燃比範囲で排気空燃比に対応
する電圧信号を出力する、いわゆるリニア空燃比センサ
とされている。

【００２６】更に、図１に３０で示すのは機関１の電子
制御ユニット（ＥＣＵ）である。ＥＣＵ３０は、本実施
形態ではＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵを備えた公知の構成の
マイクロコンピュータとされ、機関１の点火時期制御や
燃料噴射制御等の基本制御を行なっている。また、本実
施形態では、ＥＣＵ３０は上記の基本制御を行う他に、
後述するように機関運転状態に応じて筒内噴射弁１１１
から１１４の燃料噴射モードを変更し機関の運転空燃比
を変更する制御を行なう。また、本実施形態では、ＥＣ
Ｕ３０は後述する方法で機関運転状態に基づいてＮＯ_X
吸蔵還元触媒のＮＯ_X吸蔵量を推定するとともに、推定
したＮＯ_X吸蔵量が所定量まで増大すると吸収したＮＯ
_Xを放出させるために機関のリーン空燃比運転中に短時
間運転空燃比をリッチ空燃比に切り換えるリッチスパイ
ク操作を行なう他、機関空燃比がリッチとリーンとの間
で変化する際にＮＯ_X吸蔵量を補正する操作を行なう。

【００２７】ＥＣＵ３０の入力ポートには、上流側空燃
比センサ２９ａ、２９ｂからＳＣ５ａ、５ｂ上流側にお
ける排気空燃比を表す信号と、空燃比センサ３１からＳ
Ｃ５ａ、５ｂ下流側における排気空燃比を表す信号が、
また、図示しない機関吸気マニホルドに設けられた吸気
圧センサ３３から機関の吸気圧力に対応する信号がそれ
ぞれ入力されている他、機関クランク軸（図示せず）近
傍に配置された回転数センサ３５から機関回転数に対応
する信号が入力されている。更に、本実施形態では、Ｅ
ＣＵ３０の入力ポートには機関１のアクセルペダル（図
示せず）近傍に配置したアクセル開度センサ３７から運
転者のアクセルペダル踏込み量（アクセル開度）を表す
信号が入力されている。また、ＥＣＵ３０の出力ポート
は、各気筒への燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御する
ために、図示しない燃料噴射回路を介して各気筒の燃料
噴射弁１１１から１１４に接続されている。

【００２８】本実施形態では、ＥＣＵ３０は機関１を機
関の運転状態に応じて以下の５つの燃焼モードで運転す
る。リーン空燃比成層燃焼（圧縮行程１回噴射）リーン空燃比均質混合気／成層燃焼（吸気行程／圧
縮行程２回噴射）リーン空燃比均質混合気燃焼（吸気行程１回噴射）理論空燃比均質混合気燃焼（吸気行程１回噴射）リッチ空燃比均質混合気燃焼（吸気行程１回噴射）すなわち、機関１の軽負荷運転領域では、上記のリー
ン空燃比成層燃焼が行なわれる。この状態では、筒内燃
料噴射は各気筒の圧縮行程後半に１回のみ行なわれ噴射
された燃料は気筒点火プラグ近傍に可燃混合気の層を形
成する。また、この運転状態での燃料噴射量は極めて少
なく、気筒内の全体としての空燃比は２５から３０程度
になる。

【００２９】また、上記の状態から負荷が増大して低
負荷運転領域になると、上記リーン空燃比均質混合気
／成層燃焼が行なわれる。機関負荷が増大するにつれて
気筒内に噴射する燃料は増量されるが、上記の成層燃
焼では燃料噴射を圧縮行程後半に行なうため、噴射時間
が限られてしまい成層させることのできる燃料量には限
界がある。そこで、この負荷領域では圧縮行程後半の燃
料噴射だけでは不足する燃料の量を予め吸気行程前半に
噴射することにより目標量の燃料を気筒に供給するよう
にしている。吸気行程前半に気筒内に噴射された燃料は
着火時までに極めてリーンな均質混合気を生成する。圧
縮行程後半ではこの極めてリーンな均質混合気中に更に
燃料が噴射され点火プラグ近傍に着火可能な可燃混合気
の層が生成される。着火時にはこの可燃混合気層が燃焼
を開始し周囲の希薄な混合気層に火炎が伝播するため安
定した燃焼が行なわれるようになる。この状態では吸気
行程と圧縮行程での噴射により供給される燃料量はよ
り増量されるが、全体としての空燃比はやや低いリーン
（例えば空燃比で２０から３０程度）になる。

【００３０】更に機関負荷が増大すると、機関１では上
記のリーン空燃比均質混合気燃焼が行なわれる。この
状態では燃料噴射は吸気行程前半に１回のみ実行され、
燃料噴射量は上記より更に増量される。この状態で気
筒内に生成される均質混合気は理論空燃比に比較的近い
リーン空燃比（例えば空燃比で１５から２５程度）とな
る。

【００３１】更に機関負荷が増大して機関高負荷運転領
域になると、の状態から更に燃料が増量され、上記
の理論空燃比均質混合気運転が行なわれる。この状態で
は、気筒内には理論空燃比の均質な混合気が生成される
ようになり、機関出力が増大する。また、更に機関負荷
が増大して機関の全負荷運転になると、の状態から燃
料噴射量が更に増量されのリッチ空燃比均質混合気運
転が行なわれる。この状態では、気筒内に生成される均
質混合気の空燃比はリッチ（例えば空燃比で１２から１
４程度）になる。

【００３２】本実施形態では、アクセル開度（運転者の
アクセルペダル踏込み量）と機関回転数とに応じて予め
実験等に基づいて最適な運転モード（上記から）が
設定されており、ＥＣＵ３０のＲＯＭにアクセル開度と
機関回転数とを用いたマップとして格納してある。機関
１運転中、ＥＣＵ３０はアクセル開度センサ３７で検出
したアクセル開度と機関回転数とに基づいて、現在上記
からのいずれの運転モードを選択すべきかを決定
し、それぞれのモードに応じて燃料噴射量及び燃料噴射
時期及び回数を決定する。

【００３３】すなわち、上記からのモード（リーン
空燃比燃焼）が選択された場合には、ＥＣＵ３０は上記
からのモード毎に予め準備されたマップに基づい
て、アクセル開度と機関回転数とから燃料噴射量を決定
する。また、上記とのモード（理論空燃比またはリ
ッチ空燃比均質混合気燃焼）が選択された場合には、Ｅ
ＣＵ３０は上記とのモード毎に予め準備されたマッ
プに基づいて、吸気圧センサ３３で検出された吸気圧力
と機関回転数とに基づいて燃料噴射量を設定する。

【００３４】また、モード（理論空燃比均質混合気燃
焼）が選択された場合には、ＥＣＵ３０は更に上記によ
り算出した燃料噴射量を、機関排気空燃比が理論空燃比
となるように空燃比センサ２９ａ、２９ｂ及び３１の出
力に基づいてフィードバック補正する。上述のように、
本実施形態の機関１では機関負荷が増大するにつれて燃
料噴射量が増量され、燃料噴射量に応じて運転モードが
変更される。

【００３５】次に、本実施形態のスタートキャタリスト
５ａ、５ｂ及びＮＯ_X吸蔵還元触媒について説明する。
スタートキャタリスト（ＳＣ）５ａ、５ｂは、ハニカム
状に成形したコージェライト等の担体を用いて、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三元触媒として構成され
る。三元触媒は理論空燃比近傍でＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_Xの
３成分を高効率で浄化する。三元触媒は、流入する排気
の空燃比が理論空燃比より高くなるとＮＯ_Xの還元能力
が低下するため、機関１がリーン空燃比運転されている
ときの排気中のＮＯ_Xを充分に浄化することはできな
い。

【００３６】また、ＳＣ５ａ、５ｂは機関始動後短時間
で触媒の活性温度に到達し、触媒作用を開始することが
できるように、排気通路２ａ、２ｂの機関１に近い部分
に配置され、熱容量を低減するために比較的小容量のも
のとされている。次に、ＳＣ５ａ、５ｂのＯ₂ストレー
ジ機能について説明する。一般に三元触媒等の排気浄化
触媒に触媒成分以外にセリウム（Ｃｅ）等の金属成分を
担持させると排気浄化触媒が酸素貯蔵機能（Ｏ₂ストレ
ージ機能）を発揮するようになることが知られている。
すなわち、添加剤として触媒に担持されたセリウムは、
触媒に流入する排気の空燃比が理論空燃比より高いとき
に（排気空燃比がリーンのときに）排気中の酸素と結合
してセリア（酸化セリウム）を形成し酸素を貯蔵する。
また、流入する排気の空燃比が理論空燃比以下のときに
（排気空燃比がリッチのときに）は、セリアは酸素を放
出して金属セリウムに戻るため酸素が放出される。Ｏ₂
ストレージ機能を有する排気浄化触媒では、触媒に流入
する排気空燃比がリッチ空燃比からリーン空燃比に変化
した場合でも排気中の酸素がセリウムに吸収されるため
流入排気中の酸素濃度は低下する。このため、排気中の
酸素がセリウムに吸収されている間は触媒出口での排気
空燃比は理論空燃比近傍になる。また、触媒の担持する
セリウムの全量が酸素と結合して（すなわち、触媒が酸
素で飽和して）それ以上酸素を吸収することができなく
なると、排気浄化出口における排気空燃比は触媒入口に
おける排気空燃比と同じリーン空燃比に変化する。ま
た、同様に、セリウムが充分に酸素を吸収した状態で
は、触媒に流入する排気の空燃比がリーン空燃比からリ
ッチ空燃比に変化するとセリウムから酸素が放出され、
排気中の酸素濃度が増大して触媒出口における空燃比は
理論空燃比近傍になる。この場合も、セリウムと結合し
た酸素の全量が放出された後はそれ以上触媒から酸素が
放出されることがないので、触媒出口における排気空燃
比は触媒入口における空燃比と同様リッチ空燃比とな
る。すなわち、排気浄化触媒がＯ₂ストレージ機能を有
していると、触媒下流側の排気空燃比のリーンからリッ
チまたはリッチからリーンの変化は触媒上流側に較べて
遅れを生じることになる。

【００３７】本実施形態のＳＣ５ａ、５ｂはＯ₂ストレ
ージ機能を付加されているため、機関の運転空燃比がリ
ーンからリッチまたはリッチからリーンに変化するとＳ
Ｃ５ａ、５ｂの下流側における排気空燃比の変化は遅
れ、一時的に理論空燃比近傍の空燃比に維持される期間
が生じることになる。次に、本実施形態のＮＯ_X吸蔵還
元触媒７について説明する。本実施形態のＮＯ_X吸蔵還
元触媒７は、例えばアルミナを担体とし、この担体上に
例えばカリウムＫ、ナトリウムＮa 、リチウムＬi 、セ
シウムＣs のようなアルカリ金属、バリウムＢa 、カル
シウムＣa のようなアルカリ土類、ランタンＬa 、セリ
ウムＣｅ、イットリウムＹのような希土類から選ばれた
少なくとも一つの成分と、白金Ｐｔのような貴金属とを
担持したものである。ＮＯ_X吸蔵還元触媒は流入する排
気ガスの空燃比がリーンのときに、排気中のＮＯ_X（Ｎ
Ｏ₂、ＮＯ）を硝酸イオンＮＯ₃ ^-の形で吸収し、流入
排気ガスがリッチになると吸収したＮＯ_Xを放出するＮ
Ｏ_Xの吸放出作用を行う。

【００３８】この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
リーン空燃比になると）、これら酸素は白金Ｐｔ上にＯ
₂ ^-またはＯ^2-の形で付着し、排気中のＮＯ_Xは白金Ｐ
ｔ上のＯ₂ ^-またはＯ^2-と反応し、これによりＮＯ₂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触媒中
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 ^-の形で触媒内に拡散する。このため、リー
ン雰囲気下では排気中のＮＯ_Xが触媒内に硝酸塩の形で
吸収されるようになる。

【００３９】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またはリ
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、触媒内
の硝酸イオンＮＯ₃ ^-はＮＯ ₂の形で触媒から放出され
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。

【００４０】本実施形態では、リーン空燃比運転可能な
機関１が使用されており、機関１がリーン空燃比で運転
されているときには、ＮＯ_X吸蔵還元触媒は流入する排
気中のＮＯ_Xを吸収する。また、機関１がリッチ空燃比
で運転されると、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７は吸収したＮＯ
_Xを放出、還元浄化する。本実施形態では、リーン空燃
比運転中にＮＯ_X吸蔵還元触媒７に吸収されたＮＯ_X量
が増大すると、短時間機関空燃比をリーン空燃比からリ
ッチ空燃比に切り換えるリッチスパイク運転を行い、Ｎ
Ｏ_X吸蔵還元触媒からのＮＯ_Xの放出と還元浄化（ＮＯ
_X吸蔵還元触媒の再生）を行なうようにしている。

【００４１】次に、本実施形態におけるＮＯ_X吸蔵還元
触媒７のＮＯ_X吸蔵量の推定方法について説明する。本
実施形態では、ＥＣＵ３０はＮＯ_XカウンタＣＮＯＸの
値を増減することによりＮＯ_X吸蔵還元触媒７のＮＯ_X
吸蔵量を推定する。ＮＯ_X吸蔵還元触媒７に単位時間当
たりに吸収されるＮＯ_Xの量はＮＯ_X吸蔵還元触媒に単
位時間当たりに流入する排気中のＮＯ_X量、すなわち機
関１で単位時間当たりに生成されるＮＯ_X量に比例して
いる。一方、機関で単位時間当たりに発生するＮＯ_Xの
量は機関への燃料供給量、空燃比、排気流量等によって
定まるため、機関運転条件が定まればＮＯ_X吸蔵還元触
媒に吸収されるＮＯ_X量を知ることができる。本実施形
態では、予め機関運転条件（アクセル開度、機関回転
数、吸入空気量、吸気圧力、空燃比、燃料供給量など）
を変えて機関が単位時間当たりに発生するＮＯ_X量を実
測し、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７に単位時間当たりに吸収さ
れるＮＯ_X量（例えば機関ＮＯ_X発生量に一定の係数を
乗じた量）を、例えば機関負荷（燃料噴射量）と機関回
転数とを用いた数値マップの形でＥＣＵ３０のＲＯＭに
格納している。ＥＣＵ３０は一定時間毎（上記の単位時
間毎）に機関負荷（燃料噴射量）と機関回転数とからこ
のマップを用いて単位時間当たりのＮＯ_X吸蔵還元触媒
の吸収ＮＯ_X量を算出し、ＮＯ_XカウンタをこのＮＯ_X
吸収量だけ増大させる。

【００４２】また、機関がリッチ空燃比運転されるとＮ
Ｏ_X吸蔵還元触媒７からはＮＯ_Xが放出され、還元浄化
される。ＮＯ_X吸蔵還元触媒７から単位時間当たりに放
出されるＮＯ_X量は、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７に流入する
排気の空燃比と流量とにより決定される。また、ＮＯ_X
吸蔵還元触媒７に流入する排気空燃比と流量とはＳＣ５
ａ、５ｂのＯ₂ストレージ機能を無視すれば機関運転条
件により定まる。そこで、本実施形態では予め機関運転
条件（アクセル開度、機関回転数、吸入空気量、吸気圧
力、空燃比、燃料供給量など）を変えて機関を運転した
ときに、単位時間当たりにＮＯ_X吸蔵還元触媒７から放
出されるＮＯ_X量を実測し、単位時間当たりの放出ＮＯ
_X量として、例えば機関負荷（燃料噴射量）と機関回転
数とを用いた数値マップの形でＥＣＵ３０のＲＯＭに格
納している。そして、ＥＣＵ３０は機関がリッチ空燃比
運転されると一定時間毎に機関負荷（燃料噴射量）と機
関回転数とからこのマップを用いて単位時間当たりのＮ
Ｏ_X放出量を算出し、ＮＯ _Xカウンタの値をこの放出Ｎ
Ｏ_X量だけ減少させる。

【００４３】さらに、本実施形態では、ＥＣＵ３０はＮ
Ｏ_XカウンタＣＮＯＸの値が所定値αまで増大すると、
短時間機関を前述ののモード（リッチ空燃比均質混合
気燃焼）で運転するリッチスパイク操作を行なう。これ
により、ＮＯ_X吸蔵還元触媒から吸収したＮＯ_Xが放出
され、還元浄化される。なお、リッチスパイク操作中に
はＮＯ_Xカウンタの値は機関負荷、回転数に応じて前述
の放出ＮＯ_X量だけ減少され、ＣＮＯＸの値が所定値β
（β≒０）まで減少したときにリッチスパイク操作が停
止される。また、リーン空燃比運転中リッチスパイク操
作を開始するための上記判定値αは、α＝ＣＮＯＸ_MAX
×Ｋとして算出される。ここで、ＫはＫ＜１の定数（例
えばＫ＝０．７程度）とされる。このように、ＮＯ_X吸
蔵還元触媒７のＮＯ_X吸蔵量をＮＯ_Xカウンタを用いて
推定することにより、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７からのＮＯ
_X放出操作が適切に行なわれ、ＮＯ_X吸蔵還元触媒が吸
収したＮＯ_Xで飽和することが防止される。

【００４４】ところが、前述のように本実施形態ではＮ
Ｏ_X吸蔵還元触媒７上流側の排気通路にＯ₂ストレージ
機能を有するＳＣ５ａ、５ｂが設けられている。このた
め、機関の運転空燃比がリーンからリッチに変化したと
きに機関からリッチ空燃比の排気がＳＣ５ａ、５ｂに流
入してもＳＣ５ａ、５ｂ下流のＮＯ_X吸蔵還元触媒７に
はＳＣ５ａ、５ｂでの酸素の放出がある間は理論空燃比
近傍の排気が流入することになる。従来技術ではこの場
合、実際にＮＯ_X吸蔵還元触媒に流入する排気の空燃比
が理論空燃比近傍に維持されていても機関運転空燃比が
リッチになっている限りＮＯ_XカウンタＣＮＯＸの値は
前述の放出ＮＯ_X量だけ減算されることになる。一方、
理論空燃比近傍ではＮＯ_X吸蔵還元触媒からのＮＯ_Xの
放出速度は極めて小さいため、実際にはＮＯ_X吸蔵還元
触媒のＮＯ_X吸蔵量は排気空燃比が理論空燃比近傍に維
持されている場合には殆ど減少しない。このため、機関
運転空燃比がリーンからリッチに変化すると、ＮＯ_Xカ
ウンタの値は実際のＮＯ_X吸蔵量よりも小さくなってし
まう。この、実際のＮＯ_X吸蔵量とＮＯ_Xカウンタの値
との差はＳＣ５ａ、５ｂの貯蔵酸素量が大きいほど大き
くなる。

【００４５】更に、機関がリッチ空燃比からリーン空燃
比に復帰する際にも同様の問題が生じる。この場合に
は、ＳＣ５ａ、５ｂに流入する排気空燃比がリーンにな
っても排気中の酸素がＳＣ５ａ、５ｂに吸収されるた
め、ＳＣ５ａ、５ｂが吸収した酸素で飽和するまではＳ
Ｃ５ａ、５ｂを通過後の排気空燃比は理論空燃比近傍に
維持されることになる。このため、ＮＯ_X吸蔵還元触媒
の実際のＮＯ_X吸蔵量は増加しないにもかかわらずＮＯ
_Xカウンタの値のみが増大されることとなり、この場合
にはＮＯ_Xカウンタの値は実際のＮＯ_X吸蔵量より大き
くなってしまう。また、ＮＯ_Xカウンタの値と実際のＮ
Ｏ_X吸蔵量との差はＳＣ５ａ、５ｂの最大貯蔵酸素量が
大きいほど大きくなる。このように、ＮＯ_XカウンタＣ
ＮＯＸの値と実際のＮＯ_X吸蔵量との間に差が生じる
と、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７からのＮＯ_X放出操作のタイ
ミングを適切に設定できなくなるおそれがある。例え
ば、リッチスパイク操作時にＮＯ_Xカウンタの値が実際
のＮＯ_X吸蔵量より小さくなると、リッチスパイク中に
実際にはまだＮＯ_X吸蔵還元触媒７にＮＯ_Xが残留して
いる状態でもＮＯ_Xカウンタの値が上記判定値βまで減
少してしまいリッチスパイクが停止されてしまう。この
場合には、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７が吸蔵能力を充分に回
復しない状態でＮＯ_Xの吸収を再開することになり、Ｎ
Ｏ_X吸蔵還元触媒の吸蔵能力を充分に活用することがで
きなくなる。また、リーン空燃比運転中にＮＯ _Xカウン
タの値が実際のＮＯ_X吸蔵量より大きくなると、実際に
はまだＮＯ_X吸蔵還元触媒７のＮＯ_X吸蔵量はそれほど
増大していないにもかかわらずＮＯ_Xカウンタのみが上
記判定値αまで増大してしまい、不必要なリッチスパイ
ク操作が開始される場合が生じる。

【００４６】本発明では、以下の実施形態に説明する方
法で、ＮＯ_Xカウンタの値と実際のＮＯ_X吸蔵量との間
に差が生じることを防止している。以下、本発明のＮＯ
_X吸蔵量推定操作の実施形態について説明する。（１）第１の実施形態図２は、本発明のＮＯ_X吸蔵量推定操作の第１の実施形
態を説明するフローチャートである。本操作は、ＥＣＵ
３０により一定時間毎に実行されるルーチンにより行な
われる。

【００４７】図２の操作がスタートすると、ステップ２
０１では機関回転数ＮＥと燃料噴射量ＧＩとが読み込ま
れる。次いで、ステップ２０３では上流側空燃比センサ
２９ａ、２９ｂの出力ＶＯＭに基づいて現在機関排気が
リーン空燃比になっているか、すなわち機関１が現在リ
ーン空燃比運転されているか否かが判定される。なお、
本実施形態では２つの上流側空燃比センサＶＯＭを有し
ているため、センサ２９ａ、２９ｂの出力の平均値をＶ
ＯＭとして使用する。

【００４８】ステップ２０３で現在リーン空燃比運転が
実行されている場合には、次いでステップ２０５に進
み、現在の機関運転状態で単位時間（本操作実行間隔）
毎にＮＯ_X吸蔵還元触媒７が吸収するＮＯ_X量ＡＮＯＸ
が算出される。本実施形態では、前述したように実験に
基づいて、単位時間当たりの吸収ＮＯ_X量ＡＮＯＸを実
測し、機関燃料噴射量ＧＩと回転数ＮＥとを用いた数値
マップとしてＥＣＵ３０のＲＯＭに格納してある。ステ
ップ２０５ではステップ２０１で読み込んだ燃料噴射量
ＧＩと回転数ＮＥとに基づいて吸収ＮＯ_X量ＡＮＯＸを
算出する。

【００４９】次いで、ステップ２０７ではＳＣ５ａ、５
ｂ下流側の空燃比センサ３１出力ＶＯＳが現在リッチ空
燃比相当出力になっているか否かが判定される。ステッ
プ２０７でＶＯＳがリーン空燃比相当出力になっていな
い場合には、すなわち空燃比がリッチからリーンに変更
された後で、まだＳＣ５ａ、５ｂが排気中の酸素を吸収
中であるために、ＳＣ５ａ、５ｂ上流側では排気空燃比
がリーンになったにもかかわらず、ＳＣ５ａ、５ｂ下流
側のＮＯ_X吸蔵還元触媒７に流入する排気空燃比はリー
ンに変化していないと判断できる。この場合には、機関
運転空燃比がリーンになっていてもＮＯ_X吸蔵還元触媒
７に流入する排気空燃比は理論空燃比近傍であり、ＮＯ
_X吸蔵還元触媒７にＮＯ_Xは吸収されないので、ステッ
プ２０９を実行せずに直接ステップ２１１に進む。一
方、ステップ２０７でＶＯＳがリーン空燃比相当出力に
なっていた場合には、既にＳＣ５ａ、５ｂは吸収した酸
素で飽和しており、酸素の吸収が終了してＮＯ_X吸蔵還
元触媒７に流入する排気空燃比はリーンになっているこ
とを意味する。この場合、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７には実
際にＮＯ_Xが吸収されているため、ステップ２０９に進
みステップ２０５で算出した吸収ＮＯ_X量ＡＮＯＸがＣ
ＮＯＸに加算される。

【００５０】すなわち、ステップ２０７、２０９ではＳ
Ｃ５ａ、５ｂの最大貯蔵量まで酸素を吸収するまでＮＯ
_XカウンタＣＮＯＸの増大を禁止することによりＮＯ_X
カウンタの値を補正している。次に、ステップ２１１で
は、上記により算出したＣＮＯＸの値が上限値αに到達
したか否かが判定される。ここで、前述のようにαはα
＝ＣＮＯＸ_MAX×Ｋとして算出される値である。なお、
ＣＮＯＸ_MAXはＮＯ_X吸蔵還元触媒７の最大ＮＯ_X吸蔵
量、Ｋは１より小さい定数である。

【００５１】ステップ２１１でＣＮＯＸ≧αであった場
合には、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７のＮＯ_X吸蔵量が増大し
ており、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７からＮＯ_Xを放出させる
必要があるため、ステップ２１３でリッチスパイク実行
フラグＸＲの値を１にセットし、ステップ２１５、２１
７でＣＮＯＸの値が最大ＮＯ_X吸蔵量ＣＮＯＸ_MAXより
大きくならないように制限した後で操作を終了する。リ
ッチスパイク実行フラグＸＲ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操作に
より、機関１の運転空燃比は所定のリッチ空燃比に切り
換えられ、リッチスパイク操作が実行される。ステップ
２１５、２１７でＣＮＯＸの値をＣＮＯＸ _MAXで制限す
るのは、フラグＸＲが１にセットされても、機関運転条
件によってはリッチスパイク操作を行なえない場合があ
り、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７のＮＯ_X吸蔵量は最大値に到
達する場合があり得るため、このような場合にもＣＮＯ
Ｘの値と実際のＮＯ_X吸蔵量とが一致するようにするた
めである。

【００５２】一方、ステップ２０３でＶＯＭがリッチ空
燃比相当出力であった場合には、すなわち、現在リッチ
スパイク操作または運転条件の変化により機関１がリッ
チ空燃比運転されている場合には、次にステップ２１９
で、単位時間当たりにＮＯ_X吸蔵還元触媒７から放出さ
れるＮＯ_X量ＢＮＯＸが算出される。放出ＮＯ_X量ＢＮ
ＯＸの値は、前述の吸収ＮＯ_X量ＡＮＯＸと同様、予め
実験結果に基づいて燃料噴射量ＧＩと回転数ＮＥとを用
いた数値マップとして作成され、ＥＣＵ３０のＲＯＭに
格納されており、ステップ２１９ではステップ２０１で
読み込んだＮＥとＧＩとに基づいてこのマップから放出
ＮＯ_X量ＢＮＯＸが算出される。

【００５３】次いで、ステップ２２１では現在下流側空
燃比センサ３１出力がリッチになっているか否か、すな
わち空燃比がリーンからリッチに変化後にＳＣ５ａ、５
ｂから貯蔵酸素の全量が放出されたか否かが判定され
る。ステップ２２１でＶＯＳがリッチ出力になっていな
い場合には、ＳＣ５ａ、５ｂから酸素の放出がまだ続い
ており、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７に流入する排気空燃比は
リッチになっていないと判断できる。この場合には、実
際にはＮＯ_X吸蔵還元触媒７からはまだＮＯ_Xが放出さ
れていないため、ステップ２２３は実行せずにステップ
２２５に進む。

【００５４】ステップ２２１で、既にＳＣ５ａ、５ｂか
ら全量の酸素が放出され、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７にリッ
チ空燃比の排気が流入している場合には、次にステップ
２２３に進み、ＮＯ_XカウンタＣＮＯＸの値はステップ
２１９で算出した放出ＮＯ_X量ＢＮＯＸだけ減少され
る。すなわち、ステップ２２１、２２３ではＳＣ５ａ、
５ｂが貯蔵した酸素の全量を放出するまでＮＯ_Xカウン
タの減少操作を禁止することによりＮＯ_XカウンタＣＮ
ＯＸの値を補正している。

【００５５】ステップ２２５では、上記により減少させ
たＣＮＯＸの値が所定値β（β≒０）以下になったか否
かが判定される。ＣＮＯＸ≦βであった場合にはリッチ
スパイク操作（または運転条件の変化による機関リッチ
空燃比運転）により、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７からほぼ全
量のＮＯ_Xが放出、還元浄化されたと考えられるため、
ステップ２２７ではリッチスパイク実行フラグＸＲの値
が０にセットされる。次いで、ステップ２２９、２３１
でＣＮＯＸの値が０以下にならないように制限した後本
操作は終了する。ステップ２２９、２３１でＣＮＯＸの
値が０以下にならないように制限するのは、例えば機関
運転条件によりリッチ空燃比運転が継続されるような場
合には、リッチスパイク実行フラグＸＲの値が０にセッ
トされてもリッチ空燃比の排気が継続してＮＯ_X吸蔵還
元触媒に流入するためである。

【００５６】上述のように、本実施形態によればＯ₂ス
トレージ機能によりＳＣ５ａ、５ｂの酸素の吸放出が行
なわれている場合にはＮＯ_XカウンタＣＮＯＸの増減を
禁止するようにしたことにより、ＮＯ_Xカウンタの値は
常に実際のＮＯ_X吸蔵還元触媒７のＮＯ_X吸蔵量と一致
するようになる。なお、本実施形態ではＳＣ５ａ、５ｂ
の酸素吸放出が行なわれている間は常にＮＯ_Xカウンタ
の増減を禁止しているが、実際にはＮＯ_X吸蔵還元触媒
に流入する排気空燃比が理論空燃比近傍であっても多少
はＮＯ_X吸蔵還元触媒のＮＯ_X吸放出が生じる。このた
め、ＳＣ５ａ、５ｂの酸素吸放出中にもＮＯ_Xカウンタ
の増減を禁止するのではなく、ＮＯ_Xカウンタの増減量
を小さい値に変えてＮＯ_Xカウンタの増減を実施するよ
うにしても良い。

【００５７】また、ステップ２０３では、ＳＣ５ａ、５
ｂ上流側の空燃比センサ出力ＶＯＭに基づいて機関運転
空燃比がリーンかリッチかを判定しているが、空燃比セ
ンサ出力ＶＯＭを用いずに、機関運転状態（アクセル開
度ＡＣＣＰ、回転数ＮＥから決定される運転モード）に
基づいて機関運転空燃比がリーンかリッチかを判定する
ようにしても良い。

【００５８】（２）第２の実施形態次に、本発明のＮＯ_X吸蔵量推定操作の第２の実施形態
について説明する。上述の第１の実施形態では、ＳＣ５
ａ、５ｂ下流側の空燃比センサ３１出力ＶＯＳに基づい
て、ＳＣ５ａ、５ｂのＯ₂ストレージ機能に基づく酸素
吸放出の終了を判定していたが、本実施形態では、下流
側空燃比センサ出力ＶＯＳを使用せずに、ＳＣ５ａ、５
ｂの貯蔵酸素量カウンタＯＳＣを用いて同じ判定を行な
っている。

【００５９】前述したように、ＳＣ５ａ、５ｂは流入す
る排気空燃比がリーンのときに酸素を吸収、保持し、流
入する排気空燃比がリッチのときに酸素を放出する。ま
た、単位時間当たりに吸放出される酸素の量は、排気空
燃比（正確には排気空燃比と理論空燃比との差）と排気
流量により決定される。そこで、本実施形態では予め機
関の運転条件を変えてリーン空燃比運転時にＳＣ５ａ、
５ｂに単位時間当たりに吸収される酸素量ＡＯＳＣとリ
ッチ空燃比運転時にＳＣ５ａ、５ｂから放出される酸素
量ＢＯＳＣとを実測し、機関燃料噴射量ＧＩと回転数Ｎ
Ｅとを用いたマップとしてＥＣＵ３０のＲＯＭに格納し
てある。ＥＣＵ３０はＮＯ_Xカウンタの増減と同様な操
作により、機関運転状態に基づいて吸収酸素量ＡＯＳＣ
と放出酸素量ＢＯＳＣとをこのマップを用いて算出し、
貯蔵酸素量カウンタＯＳＣの値を増減することによりＳ
Ｃ５ａ、５ｂの貯蔵酸素量を推定する。そして、機関運
転空燃比のリーンとリッチとの間の変化時には、この貯
蔵酸素量カウンタＯＳＣの値に基づいて、ＳＣ５ａ、５
ｂからの酸素の吸収または放出が終了したことを判定し
ている。

【００６０】図３は本実施形態のＮＯ_X吸蔵量推定操作
を説明する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３の操作がスタートすると、ステップ３０１で
は、機関燃料噴射量ＧＩと機関回転数ＮＥとが読み込ま
れ、ステップ３０３では上流側空燃比センサ出力ＶＯＭ
に基づいて現在機関排気がリーン空燃比になっている
か、すなわち機関１が現在リーン空燃比運転されている
か否かが判定される。

【００６１】ステップ３０３で現在機関がリーン空燃比
運転されていた場合には、次にステップ３０５で、機関
燃料噴射量ＧＩと回転数ＮＥとに基づいて、それぞれＥ
ＣＵ３０のＲＯＭに格納された数値マップを用いて単位
時間当たりのＮＯ_X吸蔵還元触媒７の吸収ＮＯ_X吸蔵量
ＡＮＯＸと、ＳＣ５ａ、５ｂへの吸収酸素量ＡＯＳＣと
が算出される。そして、ステップ３０７では貯蔵酸素量
カウンタＯＳＣの値が吸収酸素量ＡＯＳＣだけ増大され
る。また、ステップ３０９では上記により増大された貯
蔵酸素量カウンタＯＳＣの値が最大酸素貯蔵量ＯＳＣ
_MAXに到達したか否かが判定される。ＯＳＣ≧ＯＳＣ
_MAXであった場合には、機関運転空燃比がリッチからリ
ーンに変化してから既にＳＣ５ａ、５ｂが最大貯蔵酸素
量ＯＳＣ_MAX（飽和量）まで酸素を吸収しており、これ
以上排気中の酸素を吸収できなくなっているため、ステ
ップ３１１でＯＳＣの値を最大値ＯＳＣ_MAXに設定す
る。また、この場合にはＳＣ５ａ、５ｂの酸素吸収が終
了しているのでＳＣ５ａ、５ｂ下流側のＮＯ_X吸蔵還元
触媒７に流入する排気空燃比もリーン空燃比になってい
る。従って、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７は排気中のＮＯ_Xを
吸収しているためＮＯ_XカウンタＣＮＯＸの値はステッ
プ３０５で算出した吸収ＮＯ_X量ＡＮＯＸだけ増大され
る。一方、ステップ３０９でＯＳＣ＜ＯＳＣ_MAXであっ
た場合にはＳＣ５ａ、５ｂはまだ酸素で飽和しておらず
現在排気中の酸素を吸収中であるため、ＮＯ _X吸蔵還元
触媒７に流入する排気空燃比はリーンになっていない。
このため、ステップ３１３のＮＯ_XカウンタＣＮＯＸの
増大操作は行なわない。

【００６２】次にステップ３１５から３２１ではＮＯ_X
カウンタＣＮＯＸの値が所定値に到達した場合にリッチ
スパイク実行フラグＸＲのセットとＣＮＯＸの値の最大
ＮＯ _X吸蔵量ＣＮＯＸ_MAXによる制限とが行なわれる。
ステップ３１５から３２１の操作は、図２ステップ２１
１から２１７の操作と同一である。一方、ステップ３０
３で現在機関運転空燃比がリッチであった場合には、ス
テップ３２３で燃料噴射量ＧＩと回転数ＮＥとに基づい
て、ＥＣＵ３０のＲＯＭに格納された数値マップから、
単位時間当たりのＮＯ_X吸蔵還元触媒７からの放出ＮＯ
_X量ＢＮＯＸと、ＳＣ５ａ、５ｂからの放出酸素量ＢＯ
ＳＣとが算出される。そして、ステップ３２５では貯蔵
酸素量カウンタＯＳＣが放出酸素量ＢＯＳＣだけ減少さ
れる。ステップ３２７は、ＳＣ５ａ、５ｂが貯蔵した酸
素の全量を放出し終わっているか否かの判定である。Ｓ
Ｃ５ａ、５ｂからの酸素の放出が終了している場合（Ｏ
ＳＣ≦０の場合）には、機関運転空燃比がリーンからリ
ッチに変更された後、すでにＮＯ_X吸蔵還元触媒７に流
入する排気空燃比はリッチになっており、ＮＯ_X吸蔵還
元触媒７からＮＯ_Xが放出されているため、ステップ３
２９でＯＳＣの値を０にセットした後ステップ３３１で
ＮＯ_XカウンタＣＮＯＸの値がＮＯ_X放出量ＢＮＯＸだ
け減少される。そして、ステップ３３３からステップ３
３９ではＣＮＯＸの値に基づいてリッチスパイク終了タ
イミングが判定され、必要に応じてＣＮＯＸの値が０に
制限される。ステップ３３３からステップ３３９の操作
は、図２ステップ２２５から２３１の操作と同一であ
る。

【００６３】上述のように、本実施形態では機関運転空
燃比がリーンからリッチまたはリッチからリーンに変更
されたときに、ＳＣ５ａ、５ｂの酸素貯蔵量に基づいて
ＮＯ _X吸蔵還元触媒７のＮＯ_X吸蔵量推定値ＣＮＯＸを
補正（ステップ３０９から３１３、ステップ３２７から
３３１）しているためＮＯ_X吸蔵還元触媒７のＮＯ_X吸
蔵量を正確に推定することが可能となっている。

【００６４】（３）第３の実施形態次に本発明の別の実施形態について説明する。上記第２
の実施形態では貯蔵酸素量カウンタＯＳＣを用いてＳＣ
５ａ、５ｂの貯蔵酸素量を算出する際に、ＯＳＣの最大
値を、ＳＣ５ａ、５ｂの最大貯蔵酸素量（飽和酸素量）
ＯＳＣ_MAXで制限している（図３ステップ３０９、３１
１）。図３の操作では飽和酸素量ＯＳＣ _MAXを適宜な一
定値として貯蔵酸素量ＯＳＣを算出するようにしても良
いが、より正確には触媒の劣化に応じてＯＳＣ_MAXの値
を補正することが好ましい。触媒のＯ₂ストレージ機能
は触媒の劣化とともに低下し、触媒が貯蔵できる最大酸
素量（飽和酸素量）ＯＳＣ_MAXも低下して行く。そこ
で、本実施形態では触媒の劣化状態を判別し、劣化状態
に応じてＯＳＣ_MAXの値を補正することにより、より正
確にＳＣ５ａ、５ｂの貯蔵酸素量を推定する。

【００６５】まず触媒の劣化状態の判別方法について説
明する。本実施形態では、ＳＣ５ａ、５ｂ上流側の空燃
比センサ２９ａ、２９ｂの出力信号曲線の軌跡長と下流
側の空燃比センサ３１出力信号曲線の軌跡長とに基づい
て触媒の劣化状態を判定する。図４は機関空燃比が理論
空燃比にフィードバック制御されているときの、排気浄
化触媒上流側に設けた空燃比センサ出力ＶＯＭと触媒下
流側に設けた空燃比センサ出力ＶＯＳの一般的波形を示
している。図４において(A) は排気浄化触媒のＯ₂スト
レージ機能が高い場合の波形を、図４(B) はＯ₂ストレ
ージ機能が低下した場合の波形をそれぞれ示している。

【００６６】図４(A) 、(B) に示すように、理論空燃比
にフィードバック制御されている状態では、機関空燃比
（排気空燃比）は理論空燃比を中心として比較的小さな
範囲でリッチとリーンに変動する。このため、上流側空
燃比センサ出力ＶＯＭも理論空燃比を中心として周期的
な変動を示す。この場合、触媒のＯ₂ストレージ機能が
充分に高ければ、触媒に流入する排気空燃比が理論空燃
比を中心として多少変動しても触媒出口の排気空燃比は
理論空燃比近傍に維持される。このため、Ｏ₂ストレー
ジ機能が充分に高い触媒では下流側空燃比センサ出力Ｖ
ＯＳは図４(A)に示すようにあまり変動しない。従っ
て、出力ＶＯＳの軌跡に沿った長さはＬＯＶＳは比較的
小さくなる。ところが、触媒が劣化してＯ₂ストレージ
機能が低下すると触媒の酸素吸放出量が低下するため下
流側における空燃比も上流側の空燃比変動に応じて変動
するようになる。このため、下流側空燃比センサ出力Ｖ
ＯＳの軌跡長ＬＶＯＳはＯ₂ストレージ機能の低下とと
もに大きくなり図４(B) に示すようにＯ₂ストレージ機
能が完全に失われた状態では上流側の空燃比センサ出力
ＶＯＭの軌跡長ＬＶＯＭと等しくなってしまう。すなわ
ち、空燃比フィードバック制御中の下流側空燃比センサ
出力ＶＯＳの軌跡長ＬＶＯＳと上流側空燃比センサ出力
ＶＯＭの軌跡長ＬＶＯＭとの比ＬＲ（ＬＲ＝ＬＶＯＳ／
ＬＶＯＭ）をとると、Ｏ₂ストレージ機能が充分に高い
場合にはＬＲは１よりはるかに小さい値となり、Ｏ₂ス
トレージ機能が低下するにつれて増大して１に近づくよ
うになる。本実施形態では、上記に基づいて上流側空燃
比センサ２９ａ、２９ｂ出力と下流側空燃比センサ３１
出力との軌跡長の比ＬＲをＳＣ５ａ、５ｂのＯ₂ストレ
ージ機能低下を表すパラメータとして使用している。な
お、本実施形態のように２つの排気浄化触媒５ａ、５ｂ
と２つの上流側空燃比センサ２９ａ、２９ｂを有する機
関の場合には２つの上流側空燃比センサ２９ａ、２９ｂ
の出力の平均値を上流側空燃比センサ出力ＶＯＭとして
用いて軌跡長ＬＶＯＭを算出しても良いし、あるいは空
燃比センサ２９ａ、２９ｂ毎に出力軌跡長を算出し、両
方の軌跡長を平均したものを上流側空燃比センサ出力軌
跡長ＬＶＯＭとして用いても良い。

【００６７】図５は、本実施形態のＳＣ５ａ、５ｂの劣
化を考慮した貯蔵酸素量最大値ＯＳＣ_MAXの演算操作を
説明する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５において操作がスタートすると、ステップ５０
１では劣化パラメータ演算実行条件が成立しているか否
かが判定される。本実施形態では、ステップ５０１の条
件は、機関がモード（理論空燃比均質混合気燃焼（吸
気行程１回噴射））で運転されており、かつ空燃比セン
サ２９ａ、２９ｂに基づく空燃比フィードバック制御が
実施されていることとされる。図４で説明したように、
軌跡長比ＬＲを触媒のＯ₂ストレージ機能を表すパラメ
ータとして使用するためには、軌跡長比ＬＲを機関空燃
比がフィードバック制御されている状態で算出する必要
があるためである。

【００６８】ステップ５０１で条件が成立した場合に
は、ステップ５０３で上流側空燃比センサ２９ａ、２９
ｂの出力電圧ＶＯＭと下流側空燃比センサ３１の出力電
圧ＶＯＳとが読み込まれる。なお、本実施形態ではセン
サ２９ａ、２９ｂの出力電圧の平均値をＶＯＭとして使
用する。次いでステップ５０５では上流側空燃比センサ
出力ＶＯＭの軌跡長ＬＶＯＭと下流側空燃比センサ出力
ＶＯＳの軌跡長ＬＶＯＳとが、ＬＶＯＭ＝ＬＶＯＭ＋｜ＶＯＭ−ＶＯＭ_i-1｜ＬＶＯＳ＝ＬＶＯＳ＋｜ＶＯＳ−ＶＯＳ_i-1｜として算出される。ここでＶＯＭ_i-1、ＶＯＳ_i-1は、
それぞれ前回本操作実行時のＶＯＭとＶＯＳとの値であ
り、ＬＶＯＭ、ＬＶＯＳ算出毎にステップ５０７で更新
される。すなわち、本実施形態では図６に示すように、
｜ＶＯＭ−ＶＯＭ_i-1｜と｜ＶＯＳ−ＶＯＳ_i-1｜の積
算値をそれぞれＬＶＯＭ、ＬＶＯＳとして用いる近似計
算を行なっている。

【００６９】ステップ５０９、ステップ５１１は軌跡長
の算出期間の判定操作である。本実施形態では、上記Ｌ
ＶＯＭ、ＬＶＯＳの積算は操作実行毎に１ずつ増大され
るカウンタＣＴの値が所定値Ｔに到達するまで行なわれ
る。なお、所定値Ｔは上記積算期間の合計が数十秒程度
になるように設定されている。ステップ５１１で期間Ｔ
が経過した場合には、ステップ５１３で、期間内に積算
されたＬＶＯＭ、ＬＶＯＳの値から軌跡長比ＬＲが、Ｌ
Ｒ＝ＬＶＯＳ／ＬＶＯＭとして算出される。また、ステ
ップ５１５では上記軌跡長比ＬＲの値から予め設定され
た関係に基づいてＯＳＣ_MAXの補正係数ＲＤが求められ
る。そして、ステップ５１９では現在のＳＣ５ａ、５ｂ
の貯蔵酸素量最大値ＯＳＣ_MAXが、ＯＳＣ_MAX＝ＯＳＣ
_MAX0×ＲＤとして算出される。ここで、ＯＳＣ_MAX0はＳ
Ｃ５ａ、５ｂが全く劣化していない新品の状態での貯蔵
酸素量最大値である。

【００７０】図７は、図５ステップ５１７で補正係数Ｒ
Ｄを求めるのに使用される、軌跡長比ＬＲと補正係数Ｒ
Ｄとの関係を示すグラフである。図７に示すように、補
正係数ＲＤの値は触媒が全く劣化していない状態（ＬＲ
≪１．０）では１．０に設定され、触媒の劣化が進むに
つれて（ＬＲの値が１に近づくにつれて）小さくなるよ
うに設定される。

【００７１】図７によりＳＣ５ａ、５ｂの貯蔵酸素量最
大値ＯＳＣ_MAXを触媒の劣化程度に応じて設定すること
により、ＳＣ５ａ、５ｂの貯蔵酸素量ＯＳＣの推定精度
が向上する。このため、上記により設定された貯蔵酸素
量最大値ＯＳＣ_MAXを用いて前述の第２の実施形態のＮ
Ｏ_Xカウンタ設定操作を行なうことにより、ＮＯ_Xカウ
ンタＣＮＯＸによるＮＯ_X吸蔵還元触媒７のＮＯ_X吸蔵
量推定精度を更に向上させることが可能となる。

【００７２】（４）第４の実施形態次に、本発明の第４の実施形態について説明する。前述
の第１の実施形態では、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７のＮＯ_X
吸収時にＮＯ_XカウンタＣＮＯＸの値が最大ＮＯ_X吸蔵
量ＣＮＯＸ_MAXを越えて増大しないようにＣＮＯＸの値
を制限していた（図２ステップ２１５、２１７、図３ス
テップ３１９、３２１）。このため、ＣＮＯＸ_MAXの値
がＮＯ_X吸蔵還元触媒７の劣化により大幅に低下するよ
うな場合には、ＮＯ_X吸蔵量の推定が不正確になる可能
性がある。例えば、最大ＮＯ_X吸蔵量ＣＮＯＸ_MAXが低
下してＣＮＯＸ_MAX′（ＣＮＯＸ_MAX＞ＣＮＯ
Ｘ_MAX′）になったような場合には、実際にはＮＯ_X吸
蔵還元触媒７のＮＯ_X吸蔵量はＣＮＯＸ_MAX′以上には
増大しないのに、ＮＯ_XカウンタＣＮＯＸの値はＣＮＯ
Ｘ_MA _X′を越えてＣＮＯＸ_MAXまで増大してしまう場合
が生じる。また、図２、図３ではリッチスパイク操作を
開始するＮＯ_Xカウンタの判定値αはＣＮＯＸ_MAX×Ｋ
として与えられるが、実際にはＣＮＯＸ_MAXが低下して
いるにもかかわらずＣＮＯＸ_MAXを一定としてリッチス
パイク操作タイミングを判定していると、ＮＯ _X吸蔵還
元触媒のＮＯ_X吸蔵量が増大してＮＯ_Xの浄化効率が低
下してしまう可能性がある。そこで、本実施形態ではＮ
Ｏ_X吸蔵還元触媒７の劣化を判別し、劣化程度に応じて
最大ＮＯ_X吸蔵量ＣＮＯＸ_MAXを補正することにより、
上記問題を解決している。

【００７３】以下、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７の劣化程度の
判別方法について説明する。ＮＯ_X吸蔵還元触媒７の劣
化判別方法については種々の方法があるが、以下の例で
は燃料中の硫黄成分のためのＳＯ_X被毒による劣化の判
別について説明する。機関の燃料には微量の硫黄成分が
含まれており、この硫黄成分は燃料とともに燃焼してＳ
Ｏ_Xとなる。リーン空燃比の排気中にＳＯ_Xが存在する
と、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７はＮＯ_Xの吸収と同じメカニ
ズムでＳＯ_Xを吸収し、これを硫酸塩の形で内部に保持
するようになる。ところが、ＮＯ_X吸蔵還元触媒に保持
された硫酸塩は硝酸塩に較べて安定しており、ＮＯ_X吸
蔵還元触媒からＮＯ_Xが放出される温度条件では容易に
ＮＯ_X吸蔵還元触媒から放出されない。このため、ＮＯ
_X吸蔵還元触媒には次第に硫酸塩が蓄積され硫酸塩が蓄
積された分だけＮＯ_X吸蔵還元触媒の最大ＮＯ_X吸蔵量
ＣＮＯＸ_MAXが低下して行く。このため、本実施形態で
は、ＮＯ_X吸蔵還元触媒７のＳＯ_X吸蔵量に応じてＮＯ
_X吸蔵還元触媒７の最大ＮＯ_X吸蔵量ＣＮＯＸ_MAXを補
正している。前述したように、ＳＯ_X被毒は機関で発生
するＳＯ_XをＮＯ_X吸蔵還元触媒７が吸収することによ
り生じる。一方、機関で発生するＳＯ_X量は機関に単位
時間当たりに供給される燃料量に比例する。このため、
ＮＯ_X吸蔵還元触媒７に単位時間当たりに吸収されるＳ
Ｏ_X量ＡＳＯ_Xは、ＡＳＯ_X＝ＧＩ×ＮＥ×Ｌとして表
される。ここで、ＧＩは機関の燃料噴射量、ＮＥは回転
数、Ｌは燃料のＳＯ_X濃度に比例する係数であるる。す
なわち吸収量ＡＳＯＸは単位時間当たりに燃焼する燃料
中の硫黄成分量に比例する。本実施形態では、ＮＯ_Xカ
ウンタＣＮＯＸと同様なＳＯ_XカウンタＣＳＯＸを用い
て、機関１がリーン空燃比運転されている間、機関燃料
噴射量ＧＩと回転数ＮＥとに基づいて上記の計算式から
単位時間当たりのＮＯ_X吸蔵還元触媒７の吸収ＳＯ_X量
ＡＳＯＸを算出し、ＳＯ_XカウンタをＣＳＯＸの値を増
大させるようにしている。

【００７４】また、前述のように、ＮＯ_X吸蔵還元触媒
７に吸収されたＳＯ_Xは、機関のリッチ空燃比運転中に
排気温度Ｔ_EXがある温度Ｔ_D（通常のリッチスパイク時
の排気温度より高い温度）以上になるとＮＯ_X吸蔵還元
触媒から放出される。このとき単位時間当たりにＮＯ_X
吸蔵還元触媒７から放出されるＳＯ_X量ＢＳＯＸは、排
気空燃比と温度との関数となる。本実施形態では、予め
実験により機関運転条件を変えて機関１をリッチ空燃比
で運転し、放出ＳＯ_X量ＢＳＯＸを実測して機関燃料噴
射量、回転数ＮＥと排気温度ＴＥとを用いた数値マップ
としてＥＣＵ３０のＲＯＭに格納してある。そして、機
関がリッチ空燃比で運転され、しかも排気温度がＴ_D以
上になった場合には、機関燃料噴射量ＧＩ、回転数Ｎ
Ｅ、排気温度Ｔ_EXを用いて上記放出ＳＯ_X量ＢＮＯＸを
算出し、単位時間毎にＳＯ_XカウンタＣＳＯＸの値をＢ
ＮＯＸだけ減少させるようにしている。これにより、Ｓ
Ｏ_XカウンタＣＳＯＸの値は正確にＮＯ_X吸蔵還元触媒
７に吸収されたＳＯ_X量を表すようになる。また、ＮＯ
_X吸蔵還元触媒７の最大ＮＯ_X吸蔵量ＣＮＯＸ_MAXは触
媒７のＳＯ_X吸蔵量が増えた分だけ減少することから、
最大ＮＯ_X吸蔵量ＣＮＯＸ_MAXは、ＣＮＯＸ_MAX＝ＣＮ
ＯＸ_MAX0−ＣＳＯＸとして表すことができる。ＣＮＯＸ
_MAX0は全くＳＯ_Xを吸収していない新品のＮＯ_X吸蔵還
元触媒７の最大ＮＯ_X吸蔵量である。

【００７５】図８は上記に説明したＳＯ_X吸収量に基づ
く最大ＮＯ_X吸蔵量ＣＮＯＸ_MAXの設定操作を説明する
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。図８の操作がスタートすると、ス
テップ８０１では機関燃料噴射量ＧＩと回転数ＮＥとが
読み込まれ、ステップ８０３では機関排気温度Ｔ_EXが読
み込まれる。なお、排気温度Ｔ_EXは排気通路上に設けた
排気温度センサを用いて直接検出しても良いが、本実施
形態では予め運転状態（アクセル開度、機関回転数、吸
入空気量、吸気圧力、空燃比、燃料供給量など）と排気
温度との関係を求めておき、機関運転状態に基づいて排
気温度を算出するようにしている。

【００７６】次いで、ステップ８０５では現在機関運転
空燃比がリーンか否かが上流側空燃比センサ出力ＶＯＭ
に基づいて判定され、現在機関がリーン空燃比運転され
ている場合にはステップ８０９に進む。ステップ８０９
では、単位時間当たりのＮＯ_X吸蔵還元触媒の吸収ＳＯ
_X量ＡＳＯＸが、ＡＳＯＸ＝ＧＩ×ＮＥ×Ｌとして算出
される。そして、ステップ８１１では、ＳＯ_Xカウンタ
ＣＳＯＸの値が上記吸収ＳＯ_X量ＡＳＯＸだけ増大され
る。

【００７７】ステップ８１３は、ＳＯ_X被毒回復操作の
実行タイミングの判定を示す。本実施形態では、ＮＯ_X
吸蔵還元触媒のＳＯ_X吸蔵量ＣＳＯＸが所定値γに到達
すると、ＳＯ_X被毒回復のために機関を排気温度がＴ_D
以上になるようなリッチ空燃比運転に切り換えて、ＮＯ
_X吸蔵還元触媒からＳＯ_Xを放出させるようにしてい
る。すなわち、ステップ８１３でＣＳＯＸ≧γであった
場合には、ステップ８１５でＳＯ_X被毒回復操作実行フ
ラグＸＳの値が１に設定される。フラグＸＳの値が１に
設定されると、別途ＥＣＵ３０により実行される図示し
ない操作により、機関は排気温度がＴ_D以上になるリッ
チ空燃比で運転される。

【００７８】一方、ステップ８０５で機関がリッチ空燃
比運転されていた場合には、ステップ８１７に進み、ス
テップ８０３で求めた排気温度Ｔ_EXがＳＯ_X放出温度Ｔ
_D以上になっているか否かが判定される。Ｔ_EX＜Ｔ_Dで
あった場合には、空燃比がリッチでありＮＯ_X吸蔵還元
触媒にＳＯ_Xは吸収されないものの、温度が低いためＮ
Ｏ_X吸蔵還元触媒からＳＯ_Xは放出されない。このた
め、ステップ８１７でＴ _EX＜Ｔ_Dであった場合には、Ｓ
Ｏ_XカウンタＣＳＯＸの値は変更せずに後述のステップ
８２９に進む。

【００７９】ステップ８１７でＴ_EX≧Ｔ_Dであった場合
には、次にステップ８１９で機関燃料噴射量ＧＩと回転
数ＮＥ、排気温度Ｔ_EXとに基づいて、ＥＣＵ３０のＲＯ
Ｍに格納された数値マップから単位時間当たりのＮＯ_X
吸蔵還元触媒７からの放出ＳＯ_X量ＢＳＯＸが算出さ
れ、ステップ８２１ではＳＯ_XカウンタＣＳＯＸの値が
ＢＳＯＸだけ減少される。この場合、ステップ８２３か
ら８２７では、ＣＳＯＸが負の値にならないように制限
され（ステップ８２５）、ＣＳＯＸが０になった場合に
は、すなわちＮＯ_X吸蔵還元触媒７のＳＯ_X放出が完了
しているため、ステップ８２７でＳＯ_X被毒回復実行フ
ラグＸＳの値を０にリセットする。これにより、実行中
であればＳＯ_X被毒回復操作は終了する。

【００８０】上記のようにＳＯ_XカウンタＣＳＯＸの値
を設定後、ステップ８２９ではＮＯ _X吸蔵還元触媒７の
最大ＮＯ_X吸蔵量ＣＮＯＸ_MAXの値が、新品時の最大Ｎ
Ｏ_X吸蔵量ＣＮＯＸ_MAX0を用いて、ＣＮＯＸ_MAX＝ＣＮ
ＯＸ_MAX0−ＣＳＯＸとして算出される。本実施形態で
は、上記のようにＮＯ_X吸蔵還元触媒７の劣化を考慮し
てＮＯ_X吸蔵還元触媒の最大ＮＯ_X吸蔵量ＣＮＯＸ_MAX
を設定し、このＣＮＯＸ_MAXを用いて前述の第１または
第２の実施形態のＮＯ_Xカウンタの設定操作を行なう。
これにより、ＮＯ_XカウンタＣＮＯＸの値は更に正確に
ＮＯ_X吸蔵還元触媒のＮＯ _X吸蔵量を表すようになる。

【００８１】なお、本実施形態では燃料中の硫黄成分量
を用いてＮＯ_X吸蔵還元触媒の劣化を判別しているが、
ＮＯ_X吸蔵還元触媒の劣化判定方法はこれに限定される
ものではなく、劣化による最大ＮＯ_X吸蔵量の低下を正
確に算出できる方法であれば他の方法も使用可能であ
る。

【００８２】

【発明の効果】各請求項に記載の発明によれば、Ｏ₂ス
トレージ機能を有する排気浄化触媒下流側にＮＯ_X吸蔵
還元触媒を配置した場合に、正確にＮＯ_X吸蔵還元触媒
のＮＯ _X吸蔵量を推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】本発明を自動車用内燃機関に適用した場合の実
施形態の概略構成を示す図である。

【図２】本発明のＮＯ_X吸蔵還元触媒のＮＯ_X吸蔵量推
定操作の第１の実施形態を説明するフローチャートであ
る。

【図３】本発明のＮＯ_X吸蔵還元触媒のＮＯ_X吸蔵量推
定操作の第２の実施形態を説明するフローチャートであ
る。

【図４】排気浄化触媒の劣化による、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変化を説明する図
である。

【図５】排気浄化触媒劣化を考慮した排気浄化触媒の最
大貯蔵酸素量設定操作を説明するフローチャートであ
る。

【図６】図５の操作で使用する空燃比センサ出力軌跡長
の算出方法を説明する図である。

【図７】排気浄化触媒の最大貯蔵酸素量補正係数と軌跡
長比との関係を説明する図である。

【図８】ＮＯ_X吸蔵還元触媒の劣化を考慮したＮＯ_X吸
蔵還元触媒の最大ＮＯ_X吸蔵量設定操作を説明するフロ
ーチャートである。

【符号の説明】

１…内燃機関２…排気通路５ａ、５ｂ…スタートキャタリスト（ＳＣ）７…ＮＯ_X吸蔵還元触媒２９ａ、２９ｂ、３１…空燃比センサ３０…電子制御ユニット（ＥＣＵ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＦ０１Ｎ 3/24 Ｆ０１Ｎ 3/24 ＥＲ 3/28 ３０１ 3/28 ３０１ＣＦ０２Ｄ 41/04 ３０５Ｆ０２Ｄ 41/04 ３０５Ｚ (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 3/08 - 3/28 F02D 41/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】必要に応じてリーン空燃比の運転と理論
空燃比またはリッチ空燃比の運転とに運転空燃比の切り
換えを行なう内燃機関の排気浄化装置であって、機関排気通路に配置されたＯ₂ストレージ機能を有する
排気浄化触媒と、前記排気通路の前記排気浄化触媒下流側に配置された、
流入する排気空燃比がリーンのときに排気中のＮＯ_Xを
吸収し、流入する排気中の酸素濃度が低下したときに吸
収したＮＯ_Xを放出するＮＯ_X吸蔵還元触媒と、機関運転状態に基づいて前記ＮＯ_X吸蔵還元触媒に現在
吸蔵されているＮＯ_X量を推定するＮＯ_X吸蔵量推定手段
と、前記機関運転空燃比が変化したときに、前記ＮＯ_X吸蔵
量推定手段により推定されたＮＯ_X吸蔵量を前記排気浄
化触媒内に貯蔵された酸素量に基づいて補正するＮＯ_X
吸蔵量補正手段と、を備えた内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】前記ＮＯ_X吸蔵量推定手段は、機関から
排出されＮＯ_X吸蔵還元触媒に吸収される吸収ＮＯ_X量
と、ＮＯ_X吸蔵還元触媒から放出される放出ＮＯ_X量と
を機関運転状態に基づいて算出し、機関運転空燃比がリ
ーン空燃比のときにＮＯ_X吸蔵還元触媒の推定ＮＯ_X吸
蔵量を前記吸収ＮＯ_X量だけ増加させ、機関運転空燃比
がリッチ空燃比のときに前記推定ＮＯ_X吸蔵量を前記放
出ＮＯ _X量だけ減少させることにより、ＮＯ_X吸蔵還元
触媒のＮＯ_X吸蔵量を推定する請求項１に記載の内燃機
関の排気浄化装置。
【請求項３】前記補正手段は、機関運転空燃比がリー
ン空燃比からリッチ空燃比に変化したときに、機関運転
空燃比がリッチ空燃比に変化した後前記排気浄化触媒に
貯蔵された酸素の全量が排気浄化触媒から放出されるま
での間前記ＮＯ_X吸蔵量推定手段による前記推定ＮＯ_X
量の減少操作を禁止する請求項２に記載の内燃機関の排
気浄化装置。
【請求項４】前記補正手段は、機関運転空燃比がリッ
チ空燃比からリーン空燃比に変化したときに、機関運転
空燃比がリーン空燃比に変化した後前記排気浄化触媒に
最大貯蔵量まで酸素が吸収されるまでの間前記ＮＯ_X吸
蔵量推定手段による前記推定ＮＯ_X量の増加操作を禁止
する請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】前記補正手段は、前記排気浄化触媒に流
入する排気空燃比に基づいて前記排気浄化触媒内に貯蔵
された酸素の量を推定する貯蔵酸素量推定手段を備えた
請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】前記補正手段は、機関運転空燃比変化時
に前記排気浄化触媒通過後の排気空燃比に基づいて前記
排気浄化触媒内に貯蔵された酸素の量を推定する貯蔵酸
素量推定手段を備えた請求項１に記載の内燃機関の排気
浄化装置。
【請求項７】前記貯蔵酸素量推定手段は、前記排気浄
化触媒の劣化程度に基づいて貯蔵酸素量推定値を補正す
る貯蔵酸素量補正手段を備えた請求項６に記載の内燃機
関の排気浄化装置。
【請求項８】前記ＮＯ_X吸蔵量推定手段は、前記ＮＯ
_X吸蔵還元触媒の劣化程度を判定する判定手段を備え、
機関運転状態とＮＯ_X吸蔵還元触媒の劣化程度とに基づ
いてＮＯ_X吸蔵量を推定する請求項１または請求項２に
記載の内燃機関の排気浄化装置。