(57)【要約】【課題】選択還元型ＮＯｘ触媒であるＮＯｘ触媒を含んで構成される排気浄化装置において、ＮＯｘ浄化のための還元剤供給に関する異常を好適に判定する。【解決手段】排気浄化装置の異常判定システムにおいて、選択還元型ＮＯｘ触媒を含んで形成される上流側触媒領域と下流側触媒領域を有する触媒部と、還元剤供給部と、還元剤供給部に関する異常判定を行う異常判定部と、が設けられる。また、触媒部は、還元剤供給部が正常状態にある場合には、上流側触媒領域に吸着するアンモニア吸着量が第一範囲に属し、且つ下流側触媒領域に吸着するアンモニア吸着量が、より少量側の範囲であって該第一範囲と重複しない第二範囲に属するように構成される。そして、異常判定部は、下流側触媒領域によるＮＯｘ浄化率が、第二範囲の下限値に関連して設定された所定浄化率未満である場合に、還元剤供給部は異常状態にあると判定する。【選択図】図３
2014208980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に排気の流れに沿って設けられ、アンモニアを還元剤としてＮＯｘを還元浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒を含んで形成される上流側触媒領域と下流側触媒領域を有する触媒部と、
前記触媒部の前記上流側触媒領域よりも上流側で、該上流側触媒領域に流れ込む排気中にアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給する還元剤供給部と、
前記還元剤供給部に関する異常判定を行う異常判定部と、
を備える、排気浄化装置の異常判定システムであって、
前記触媒部は、前記還元剤供給部が正常状態にある場合には、前記上流側触媒領域に吸着するアンモニア吸着量が第一範囲に属し、且つ前記下流側触媒領域に吸着するアンモニア吸着量が、より少量側の範囲であって該第一範囲と重複しない第二範囲に属するように構成され、
前記異常判定部は、前記下流側触媒領域によるＮＯｘ浄化率が、前記第二範囲の下限値に関連して設定された所定浄化率未満である場合に、前記還元剤供給部は異常状態にあると判定する、
排気浄化装置の異常判定システム。
【請求項２】
前記異常判定部は、前記下流側触媒領域の触媒温度、該下流側触媒領域に流れ込む排気流量、該下流側触媒領域に流れ込む排気中に含まれるＮＯとＮＯ２の比率のパラメータのうち少なくとも１つのパラメータが、前記還元剤供給部が異常状態にあるときとの該下流側触媒領域によるＮＯｘ浄化率と、該還元剤供給部が正常状態にあるときの該下流側触媒領域によるＮＯｘ浄化率との変化量が所定量以上となる所定条件を満たしている場合に、該還元剤供給部に関する異常判定を行う、
請求項１に記載の排気浄化装置の異常判定システム。
【請求項３】
前記上流側触媒領域と前記下流側触媒領域は、前記排気通路に直列に配置され、それぞれ個別に形成された上流側選択還元型ＮＯｘ触媒および下流側選択還元型ＮＯｘ触媒である、
請求項１又は請求項２に記載の排気浄化装置の異常判定システム。
【請求項４】
前記上流側触媒領域と前記下流側触媒領域は、前記排気通路に配置された一の選択還元型ＮＯｘ触媒に含まれる領域であって、その上流側の部分が該上流側触媒領域に相当し、その下流側の部分が該下流側触媒領域に相当するように構成される、
請求項１又は請求項２に記載の排気浄化装置の異常判定システム。
【請求項５】
前記還元剤供給部の異常状態は、該還元剤供給部によるアンモニア又はアンモニアの前駆体の供給量に関する異常、又は還元剤供給部により供給されるアンモニア又はアンモニアの前駆体の濃度に関する異常である、
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の排気浄化装置の異常判定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、内燃機関の排気浄化装置における異常判定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関から排出される排気に含まれるＮＯｘを、アンモニアを還元剤として使用して浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に「ＮＯｘ触媒」という。）を有する排気浄化装置が知られている。当該排気浄化装置には、ＮＯｘ触媒でのアンモニア吸着量がＮＯｘ浄化のために適切な状態となるように、ＮＯｘ触媒の上流側において、排気中に、アンモニア又はアンモニアの前駆体を供給する供給弁等が設置される。このような構成の排気浄化装置において、ＮＯｘ浄化のためには適切な濃度の還元剤供給、特に排気中に含まれるＮＯｘを還元浄化するのに必要な量のアンモニア供給がＮＯｘ触媒に対して行われる必要がある。そこで、ＮＯｘ触媒の下流側に排気中のＮＯｘ濃度を検出するセンサを設け、その検出値に基づいてＮＯｘ触媒によるＮＯｘ浄化率が低下したときに、還元剤としての尿素濃度が異常である否かについての判断を行う技術が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
また、内燃機関の排気浄化装置に用いられるＮＯｘ触媒の異常判定について、該ＮＯｘ触媒そのものの異常判定（劣化判定）を行う場合もある。例えば、特許文献２に示すように、排気通路に設けられたＮＯｘ触媒を、排気の流れに沿って複数の領域に分割した上で、各領域でのＮＯｘ浄化率を算出することで、ＮＯｘ触媒の異常判定を行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−７９５８４号公報
【特許文献２】特開２０１２−８２７０３号公報
【特許文献３】特開２０１１−９４５９２号公報
【特許文献４】特開２０１２−１５４２３１号公報
【特許文献５】特開２０１０−４８１１５号公報
【特許文献６】特開２００９−１３８６２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
選択還元型ＮＯｘ触媒であるＮＯｘ触媒を有する排気浄化装置において、一般にＮＯｘ浄化のためにアンモニア等の還元剤が供給される。ここで、当該排気浄化装置において還元剤供給に関する異常が発生した場合には好適なＮＯｘ浄化が妨げられてしまうため、当該異常状態の有無は適切に判定されるのが好ましい。
【０００６】
また、ＮＯｘ触媒によるＮＯｘ浄化率は、ＮＯｘ触媒の下流側に配置されたＮＯｘセンサの検出値を利用して算出される場合があるが、ＮＯｘセンサの固体差によりその検出値にはある程度のばらつきが存在する。そのため、ＮＯｘセンサの検出値を利用したＮＯｘ浄化率の取り得る範囲が、還元剤供給に関する異常が発生していない場合と発生している場合とで重なる場合も存在し、そのような場合にはＮＯｘ浄化率を利用した異常判定自体が実行困難となる。
【０００７】
本願発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、選択還元型ＮＯｘ触媒であるＮＯｘ触媒を含んで構成される排気浄化装置において、ＮＯｘ浄化のための還元剤供給
に関する異常を好適に判定するための異常判定システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明において、上記課題を解決するために、排気浄化装置においてＮＯｘ触媒を含んで形成される触媒部を、上流側触媒領域と下流側触媒領域に区分けするとともに、下流側触媒領域によるＮＯｘ浄化率に基づいて、ＮＯｘ浄化のための還元剤供給に関する異常判定を行う構成を採用することとした。触媒部において下流側触媒領域は上流側触媒領域と比べて、還元剤供給の変化、すなわち異常判定されるべき還元剤供給に起因するアンモニア吸着量低下の影響を受けやすく、その影響の受けやすさを利用して当該異常判定を行うことで、ＮＯｘ浄化率を算出するためのＮＯｘセンサの固体差の影響の排除が実現可能となることを、本願発明の発明者は見出した。
【０００９】
具体的には、本願発明は、内燃機関の排気通路に排気の流れに沿って設けられ、アンモニアを還元剤としてＮＯｘを還元浄化する選択還元型ＮＯｘ触媒を含んで形成される上流側触媒領域と下流側触媒領域を有する触媒部と、前記触媒部の前記上流側触媒領域よりも上流側で、該上流側触媒領域に流れ込む排気中にアンモニア又はアンモニアの前駆体を供給する還元剤供給部と、前記還元剤供給部に関する異常判定を行う異常判定部と、を備える、排気浄化装置の異常判定システムである。そして、前記触媒部は、前記還元剤供給部が正常状態にある場合には、前記上流側触媒領域に吸着するアンモニア吸着量が第一範囲に属し、且つ前記下流側触媒領域に吸着するアンモニア吸着量が、より少量側の範囲であって該第一範囲と重複しない第二範囲に属するように構成される。更に、前記異常判定部は、前記下流側触媒領域によるＮＯｘ浄化率が、前記第二範囲の下限値に関連して設定された所定浄化率未満である場合に、前記還元剤供給部は異常状態にあると判定する。
【００１０】
上記排気浄化装置においては触媒部が含まれる。当該触媒部においては、排気の流れに沿って上流側触媒領域と下流側触媒領域が画定され、それぞれが選択還元型ＮＯｘ触媒（ＮＯｘ触媒）を含んで排気浄化機能を発揮し得るように形成されている。各触媒領域を形成するＮＯｘ触媒は、排気中のアンモニアを吸着し、それを還元剤としてＮＯｘを選択的に還元する。なお、このＮＯｘ触媒で消費されるアンモニアは、還元剤供給部によって排気に供給されるアンモニア又はアンモニアの前駆体（例えば、尿素等）である。供給されるこれらのアンモニア等は、水溶液の状態で排気に供給されてもよく、また、気体の状態で排気に供給されてもよい。なお、詳細は後述するが、触媒部における上流側触媒領域と下流側触媒領域の形成については、各触媒領域が個別に形成されるＮＯｘ触媒であってもよく、また、一のＮＯｘ触媒に部分的に包含される領域を各触媒領域として画定するようにしてもよい。
【００１１】
上記の通りＮＯｘ触媒で形成される各触媒領域には、アンモニア吸着能が存在する。ここで、下流側触媒領域は上流側触媒領域の下流側に配置されることから、還元剤供給部からの還元剤で生成されたアンモニアは上流側触媒領域においてある程度吸着された後、下流側触媒領域に流れ込み、そこで吸着されることになる。そこで、このように上流側触媒領域と下流側触媒領域とを有する触媒部について、還元剤供給部が正常状態にある場合、すなわち、還元剤供給部によって、排気中のＮＯｘ浄化に適した量の還元剤が供給されている場合、上流側触媒領域におけるアンモニア吸着量が第一範囲に属する値となるとともに、下流側触媒領域におけるアンモニア吸着量が第二範囲に属する値となるように、該触媒部が構成される。第二範囲は、第一範囲とは重複せず、且つより少量側のアンモニア吸着量に関する範囲である。各触媒領域におけるアンモニア吸着量の上記特性については、各触媒領域を形成するＮＯｘ触媒の物理的な構成や、化学的な成分、異常判定システムにおける各触媒領域の配置等を適切に調整すればよい。例えば、各触媒領域におけるＮＯｘ触媒の容量（すなわち、各触媒領域の大きさ）や、各触媒領域に含まれるＮＯｘ触媒量（すなわち、触媒担体に担持されるＮＯｘ触媒量）、異常判定システムにおける各触媒領域
の配置（すなわち、ＮＯｘ触媒におけるアンモニア吸着量特性に関連する触媒温度等に影響を及ぼす各触媒領域の配置）等を調整することで、還元剤供給が正常に行われている場合における上流側触媒領域でのアンモニア吸着量が第一範囲に属し、下流側触媒領域でのアンモニア吸着量が第二範囲に属するように各触媒領域を構成することができる。
【００１２】
このように各触媒領域が構成されることで、還元剤供給部からの還元剤供給に関し異常が発生した場合、すなわち、還元剤の供給量の低下や還元剤濃度の低下が生じた場合、下流側触媒領域でのアンモニア吸着量が、第二範囲から少量側の領域へ逸脱することになる。一般に、ＮＯｘ触媒におけるアンモニア吸着量が減少するとＮＯｘ触媒によるＮＯｘ浄化率は低下し、また、そのアンモニア吸着量が少ないほどＮＯｘ浄化率の低下の程度が大きくなる。したがって、正常状態でアンモニア吸着量が第二範囲に属する下流側触媒領域においては、還元剤供給に関し異常が発生すると、そのＮＯｘ浄化率は大きく低下する傾向を示す。一方で、上流側触媒領域についてもアンモニア吸着量は減少するものの、上流側触媒領域に関する第一範囲は第二範囲と重複せず、且つ多量側に位置することから、異常が発生してもアンモニア吸着量そのものは下流側触媒領域での値よりも大きい。そのため、還元剤供給に関する異常が生じたとしても、上流側触媒領域によるＮＯｘ浄化率の低下の程度は、下流側触媒領域と比べると比較的小さくなる。
【００１３】
このように触媒部が構成されることで、還元剤供給に関し異常が発生した場合において、上流側触媒領域によるＮＯｘ浄化率と下流側触媒領域によるＮＯｘ浄化率との間で、その変化の程度に違いが生まれることになる。そこで、本願発明に係る異常判定部は、このＮＯｘ浄化率変化の違いを踏まえて、下流側触媒領域によるＮＯｘ浄化率が、第二範囲の下限値に関連して設定された所定浄化率未満である場合に、還元剤供給に関する異常があると判定する。特に、還元剤供給に関する異常状態により、下流側触媒領域によるＮＯｘ浄化率が低下しても、上流側触媒領域によるＮＯｘ浄化率はまだ比較的高く維持され得るため、結果として、触媒部としてのＮＯｘ浄化率はそれほど大きくは低下しない。そのため、従来技術のように触媒部によるＮＯｘ浄化率に基づいて異常判定を行うと、還元剤供給に関する異常状態を見出すことは困難である。しかし、上記の通り、本願発明に係る異常判定部は、下流側触媒領域によるＮＯｘ浄化率に基づいて異常判定を行うため、還元剤供給に関する異常状態を適切に見出すことができる。
【００１４】
また、各触媒領域によるＮＯｘ浄化率は、内燃機関の運転状態（機関負荷や機関回転速度、排気流量等）に基づいて算出してもよく、また、各触媒領域に出入りする排気中のＮＯｘ濃度をＮＯｘセンサによって検出することで算出してもよい。ここで、ＮＯｘセンサを利用する場合、ＮＯｘセンサの固体差によりその検出値は一定のばらつきを有する。そのため、従来技術のように浄化部全体のＮＯｘ浄化率をＮＯｘセンサの検出値に基づいて算出し、還元剤供給に関する異常状態を判定する場合には、還元剤供給に関する異常が生じたとしても触媒部全体としては、ＮＯｘ浄化率の変化が比較的小さいため、ＮＯｘセンサのばらつきの影響を受けて還元剤供給に関する異常を適切に見出すことが困難である場合がある。しかし、本願発明に係る異常判定システムでは、上記の通り下流側触媒領域によるＮＯｘ浄化率が、還元剤供給に関する異常により大きく変化する点に着目して異常判定を行うことから、ＮＯｘセンサの検出値のばらつきの影響を受けにくく、より正確な異常判定を実現することが可能となる。
【００１５】
ここで、上記の排気浄化装置の異常判定システムにおいて、還元剤供給部が異常状態になった直後において、上流側触媒領域に吸着するアンモニア量が低下しても第二範囲にまでは到達しないように、前記触媒部が構成されるのが好ましい。このように構成することで、少なくとも上流側触媒領域によるＮＯｘ浄化率を、下流側触媒領域によるＮＯｘ浄化率より高くすることができ、異常判定部による還元剤供給に関する異常状態の判定を適切に行うことが可能となる。
【００１６】
ここで、上述までの排気浄化装置の異常判定システムにおいて、前記異常判定部は、前記下流側触媒領域の触媒温度、該下流側触媒領域に流れ込む排気流量、該下流側触媒領域に流れ込む排気中に含まれるＮＯとＮＯ２の比率のパラメータのうち少なくとも１つのパラメータが、前記還元剤供給部が異常状態にあるときとの該下流側触媒領域によるＮＯｘ浄化率と、該還元剤供給部が正常状態にあるときの該下流側触媒領域によるＮＯｘ浄化率との変化量が所定量以上となる所定条件を満たしている場合に、該還元剤供給部に関する異常判定を行ってもよい。ＮＯｘ触媒を含んで形成される上流側触媒領域および下流側触媒領域においては、上記触媒温度、排気流量、ＮＯとＮＯ２の比率に応じてＮＯｘ浄化率が変動する。そのため、これらのパラメータの状況次第では、上述した下流側触媒領域によるＮＯｘ浄化率に基づいた還元剤供給に関する異常状態の判定を適切に行えない場合もあり得る。そこで、当該判定を行い得る上記パラメータに関する条件を所定条件として該所定条件が成立している場合、すなわち下流側触媒領域によるＮＯｘ浄化率の変動量が、正確な異常判定を担保し得る所定量以上となる場合に、異常判定部による異常判定を行うことで、当該異常判定の精度を向上させることが可能となる。
【００１７】
また、上述までの触媒部の具体的な態様については、以下に示す２つの態様が例示できる。一つの態様として、前記上流側触媒領域と前記下流側触媒領域は、前記排気通路に直列に配置され、それぞれ個別に形成された上流側選択還元型ＮＯｘ触媒および下流側選択還元型ＮＯｘ触媒であってもよい。このような態様では、個別のＮＯｘ触媒をそれぞれ触媒領域とされ、２つのＮＯｘ触媒によって触媒部が形成されることになる。また、もう一つの態様として、前記上流側触媒領域と前記下流側触媒領域は、前記排気通路に配置された一の選択還元型ＮＯｘ触媒に含まれる領域であって、その上流側の部分が該上流側触媒領域に相当し、その下流側の部分が該下流側触媒領域に相当するように構成されてもよい。このような態様では、一のＮＯｘ触媒が触媒部そのものに相当し、そのうち上流側に位置する部分が上流側触媒領域となり、下流側に位置する部分が下流側触媒領域となる。なお、一のＮＯｘ触媒は、上流側触媒領域と下流側触媒領域以外の触媒領域を有していても構わない。すなわち、上流側触媒領域および下流側触媒領域は、本願発明に係る異常判定部による異常判定が行い得るように、一のＮＯｘ触媒において適宜設定されればよく、当該異常判定に用いない触媒領域を一のＮＯｘ触媒が含むことを妨げるものではない。
【００１８】
ここで、上述までの排気浄化装置の異常判定システムにおいて、前記還元剤供給部の異常状態は、該還元剤供給部によるアンモニア又はアンモニアの前駆体の供給量に関する異常、又は還元剤供給部により供給されるアンモニア又はアンモニアの前駆体の濃度に関する異常であってもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本願発明によれば、選択還元型ＮＯｘ触媒であるＮＯｘ触媒を含んで構成される排気浄化装置において、ＮＯｘ浄化のための還元剤供給に関する異常を好適に判定する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本願発明に係る排気浄化装置の異常判定システムの概略構成を示す図である。
【図２】図１に示す排気浄化装置の異常判定システムにおいて、ＮＯｘ触媒でのアンモニアの吸着状態および、排気の流れに沿って配置されたＮＯｘ触媒でのアンモニア吸着量の推移を示す図である。
【図３】図１に示す排気浄化装置の異常判定システムにおいて用いられるＮＯｘ触媒でのアンモニア吸着量と、該ＮＯｘ触媒によるＮＯｘ浄化率との関係を示す図である。
【図４】図１に示す排気浄化装置の異常判定システムにおいて実行される異常判定制御のフローチャートである。
【図５】図１に示す排気浄化装置の異常判定システムにおいて、ＮＯｘ触媒の上流側に設けられた酸化触媒の温度と、該ＮＯｘ触媒に流れ込む排気のＮＯ２比率との関係を示す図である。
【図６】図１に示す排気浄化装置の異常判定システムにおいて、ＮＯｘセンサの検出値に基づいて算出されたＮＯｘ触媒によるＮＯｘ浄化率の算出値を、還元剤供給が正常の場合と異常の場合とで比較して示した図である。
【図７】図５に示す異常判定制御が行われる際の、排気流量、ＮＯｘ触媒の温度、ＮＯｘ触媒によるＮＯｘ浄化率の推移を示す図である。
【図８】本願発明に係る排気浄化装置の異常判定システムにおける、触媒部の別の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本願発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【実施例１】
【００２２】
本願発明に係る内燃機関の排気浄化装置の異常判定システムの実施例について、本願明細書に添付された図に基づいて説明する。図１は、本実施例に係る内燃機関の排気系および一部の吸気系を含み、該内燃機関の異常判定システムの概略構成を示す図である。内燃機関１は車両駆動用のディーゼルエンジンである。ただし、本願発明に係る内燃機関は、ディーゼルエンジンに限られるものではなく、ガソリンエンジン等であってもよい。
【００２３】
内燃機関１には吸気通路１５および排気通路２が接続されている。吸気通路１５には、エアフローメータ１６及びスロットル弁１７が設けられている。エアフローメータ１６は内燃機関１の吸入空気量を検知する。スロットル弁１７は内燃機関１の吸入空気量を調整する。
【００２４】
また、排気通路２には、排気中のＮＯｘをアンモニアを還元剤として選択還元する選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、単に「ＮＯｘ触媒」という）を含んで形成される触媒部４が設けられている。具体的には、触媒部４においては、排気の流れに沿って上流側に設けられた上流側ＮＯｘ触媒４１と、その下流側に設けられた下流側ＮＯｘ触媒４２が配置され、両触媒の間は所定距離ｄ３をもって隔離され、そこに隔離空間４３が形成されている。すなわち、上流側ＮＯｘ触媒４１と下流側ＮＯｘ触媒４２は、それぞれ個別に形成されたＮＯｘ触媒であって、アンモニアによるＮＯｘ還元浄化能を有するものである。そして、触媒部４に含まれる各ＮＯｘ触媒４１、４２において還元剤として作用するアンモニアを生成するために、尿素タンク８に貯留されている、アンモニアの前駆体である尿素水が、触媒部４の上流側に位置する供給弁７によって排気中に供給される。供給弁７から供給された尿素水が排気の熱で加水分解されて、アンモニアが生成され、当該アンモニアが順次、上流側ＮＯｘ触媒４１、下流側ＮＯｘ触媒４２に流れ込み、各ＮＯｘ触媒に吸着することで、アンモニアと排気中のＮＯｘとの還元反応が生じ、ＮＯｘの浄化が行われる。本実施例では、上記の通り供給弁７から尿素水が供給されるが、それに代えて、アンモニア又はアンモニア水を直接排気に供給してもよい。
【００２５】
触媒部４の下流側に、触媒部４からスリップしてくるアンモニアを酸化するための酸化触媒（以下、「ＡＳＣ触媒」）５が設けられている。また、ＡＳＣ触媒５は、酸化触媒と、アンモニアを還元剤として排気中のＮＯｘを還元する選択還元型触媒とを組み合わせることで構成された触媒であってもよい。この場合、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）やゼオライト等を材料とする担体に白金（Ｐｔ）等の貴金属を担持させることで酸化触媒を形成し、ゼオライトを材料とする担体に銅（Ｃｕ）や鉄（Ｆｅ）等の卑金属を担持
させることで選択還元型触媒を形成してもよい。ＡＳＣ触媒５をこのような構成の触媒とすることで、排気中のＨＣ、ＣＯ、及びアンモニアを酸化させることができ、さらに、アンモニアの一部を酸化させることでＮＯｘを生成すると共に該生成されたＮＯｘを、余剰のアンモニアで還元することもできる。
【００２６】
更に、触媒部４および供給弁７の上流側に、酸化機能を有する酸化触媒３が設けられている。そして、酸化触媒３に流れ込む排気を介して酸化触媒３に内燃機関１の燃料を供給可能な燃料供給弁６が、当該酸化触媒３の上流側に配置されている。燃料供給弁６から排気に供給された燃料は、酸化触媒３により酸化され、下流に位置する触媒部４に流れ込む排気の温度を昇温させ得る。
【００２７】
さらに、酸化触媒３の下流側には、酸化触媒３から流れ出る排気の温度を検出する温度センサ９が設けられている。また、上流側ＮＯｘ触媒４１の上流側には、上流側ＮＯｘ触媒４１に流れ込む排気中のＮＯｘを検出するＮＯｘセンサ１０が設けられ、上流側ＮＯｘ触媒４１と下流側ＮＯｘ触媒４２の間の隔離空間４３には、当該空間の排気中のＮＯｘを検出するＮＯｘセンサ１３が設けられ、下流側ＮＯｘ触媒４２の下流側には、触媒部４から流れ出る排気中のＮＯｘを検出するＮＯｘセンサ１１と、その排気温度を検出する温度センサ１２が設けられている。そして、内燃機関１には電子制御ユニット（ＥＣＵ）２０が併設されており、該ＥＣＵ２０は内燃機関１の運転状態や排気浄化装置等を制御するユニットである。ＥＣＵ２０には、上述した温度センサ９、１２、ＮＯｘセンサ１０、１１、１３の他、エアフローメータ１６、クランクポジションセンサ２１及びアクセル開度センサ２２が電気的に接続され、各センサの検出値がＥＣＵ２０に渡される。したがって、ＥＣＵ２０は、エアフローメータの検出値に基づく吸入空気量や、クランクポジションセンサ２１の検出に基づく機関回転数や、アクセル開度センサ２２の検出に基づく機関負荷等の内燃機関１の運転状態を把握可能である。
【００２８】
なお、本実施例では、上流側ＮＯｘ触媒４１に流れ込む排気中のＮＯｘ濃度はＮＯｘセンサ１０によって検出可能であるが、その態様に代えて、内燃機関１から排出される排気（上流側ＮＯｘ触媒４１に浄化される前の排気であり、すなわち触媒部４に流れ込む排気）に含まれるＮＯｘ濃度は、内燃機関の運転状態と関連性を有することから、上記内燃機関１の運転状態、例えば、エアフローメータ１６によって検出される吸入空気量や内燃機関１での燃料噴射量等に基づいて推定することで、ＮＯｘセンサ１０の設置を省略することもできる。また、ＥＣＵ２０は、温度センサ９もしくは酸化触媒３の上流側に設けられた温度センサ（図示せず）によって検出される排気温度に基づいて、酸化触媒３の温度を推定することが可能である。更に、温度センサ１２もしくは触媒部４の上流側に設けられた温度センサ（図示せず）によって検出される排気温度に基づいて、触媒部４に含まれる各ＮＯｘ触媒４１、４２およびＡＳＣ触媒５の温度を推定することが可能である。
【００２９】
そして、内燃機関１が運転状態にある場合には、ＮＯｘセンサ１０によって検出される排気中のＮＯｘ濃度に応じて、ＥＣＵ２０は供給弁７に指示を出し、ＮＯｘの還元浄化に必要な量の尿素水が排気中に供給される。詳細には、以下の式１で決定される触媒部４全体によるＮＯｘ浄化率が、所定の範囲（例えば、エミッションにおけるＮＯｘ濃度が既定の規制値以下となる浄化率の範囲）に収まるように、供給弁７からの尿素水供給が制御される。
ＮＯｘ浄化率  ＝  １−（ＮＯｘセンサ１１の検出値）／（ＮＯｘセンサ１０の検出値）  ・・・（式１）
なお、触媒部４に含まれる各ＮＯｘ触媒４１、４２が活性された状態にない場合には、供給された尿素水を用いてのＮＯｘ浄化を効果的に行えないことから、供給弁７からの尿素水供給は、推定される触媒部４の温度が、該触媒が活性状態にある所定温度以上となっている場合に行われる。
【００３０】
ここで、供給弁７から供給される尿素水量と、触媒部４に含まれる上流側ＮＯｘ触媒４１と下流側ＮＯｘ触媒４２におけるアンモニアの吸着状態について、図２に基づいて説明する。なお、供給弁７から供給される尿素水中の尿素は、最終的にはアンモニアとして各ＮＯｘ触媒４１、４２に供給され、当該尿素水の供給量は、上記の通り排気中のＮＯｘ量に応じた量とされる。そこで、本願明細書では、排気中のＮＯｘ量に応じて供給されるべき尿素水の量を、「基準供給量」と称する。そして、図１に示す異常判定システムでは、供給弁７からの尿素水の供給量が基準供給量よりも少なくなったとき（例えば、基準供給量の５０％以下となったとき）に、換言すれば、触媒部４に含まれる各ＮＯｘ触媒４１、４２に対してＮＯｘ浄化に必要な量より少ない（例えば、その必要量の５０％以下の）アンモニアしか供給されていないときに、供給弁７による尿素水供給に関し異常が発生していることが見出されることになる。なお、本願明細書において特段の言及が為されていなければ、「異常」、「正常」との記載は、この尿素水供給に関するものとする。
【００３１】
図２（ａ）では、供給弁７から基準供給量の尿素水が供給されている場合の、上流側ＮＯｘ触媒４１と下流側ＮＯｘ触媒４２におけるアンモニア吸着を模式的に表しており、図２（ｂ）では、供給弁７から基準供給量の半分の尿素水が供給されている場合、すなわち異常状態での上流側ＮＯｘ触媒４１と下流側ＮＯｘ触媒４２におけるアンモニア吸着を模式的に表している。そして、図２（ｃ）は、図２（ａ）、（ｂ）に示すアンモニア吸着の状態を踏まえて、排気通路２における排気の流れ方向における各ＮＯｘ触媒の位置と、各ＮＯｘ触媒での単位体積当たりのアンモニア吸着量の相関を示している。なお、図２（ｃ）における線Ｌ１は正常状態における当該相関を表しており、線Ｌ２は異常状態における当該相関を表している。
【００３２】
ここで、触媒部４のように排気の流れに沿って直列にＮＯｘ触媒が配置されている場合、供給弁７から供給された尿素水によって生成されたアンモニアを含む排気は、先ず上流側ＮＯｘ触媒４１に流れ込み、そこで一部のアンモニアが吸着されるとともに、残りのアンモニアを含む排気が下流側ＮＯｘ触媒４２に流れ込む。そのため、上流側ＮＯｘ触媒４１においては、排気中のアンモニアの分圧が下流側ＮＯｘ触媒４２に流れ込む排気中のアンモニア分圧と比べて高いため、上流側ＮＯｘ触媒４１でのアンモニア吸着量は下流側ＮＯｘ触媒４２でのアンモニア吸着量より多くなる。この傾向は、図２（ｃ）に示すように、尿素水供給に関する異常の有無にかかわらず見出すことができる。なお、尿素水供給に関し正常時と異常時とでは、上流側ＮＯｘ触媒４１における単位体積当たりのアンモニア吸着量（以下、単に「アンモニア吸着量」という）の減少幅は、下流側ＮＯｘ触媒４２におけるアンモニア吸着量の減少幅より大きくなってはいるが、両ＮＯｘ触媒においてアンモニア吸着量は減少している。
【００３３】
ここで、図１に示す異常判定システムに含まれる上流側ＮＯｘ触媒４１と下流側ＮＯｘ触媒４２におけるアンモニア吸着量と、ＮＯｘ触媒によるＮＯｘ浄化率の相関について、図３に基づいて説明する。ＮＯｘ触媒によるＮＯｘ浄化率は、それぞれのＮＯｘ触媒における物理的な構成や、化学的成分、異常判定システムにおける各触媒の配置等に応じて変動する。例えば、ＮＯｘ触媒の容量、特に排気流れ方向におけるＮＯｘ触媒の長さ（以下、「触媒長さ」という）が長くなるほど、ＮＯｘ触媒において排気中のアンモニアが吸着される機会が増えるため、ＮＯｘ浄化率が上昇する傾向がある。また、ＮＯｘ触媒の構成において、担体にコートされる触媒成分のコート量が増加するほど、ＮＯｘ浄化率が上昇する傾向がある。また、ＮＯｘ触媒によるＮＯｘ浄化率は、当該ＮＯｘ触媒の温度の影響を受けることを考慮して、ＮＯｘ触媒に流れ込む排気温度が、当該ＮＯｘ触媒による浄化率が所望の値となる温度となるように、排気浄化装置におけるＮＯｘ触媒の配置を調整することもできる。
【００３４】
図１に示す異常判定システムにおいては、供給弁７からの尿素水供給量が正常状態にある場合に、例えば、供給弁７からの尿素水供給量が基準供給量からその５０％となる供給量の範囲にある場合は、上流側ＮＯｘ触媒４１に吸着されるアンモニアの量がＲ１の範囲に収まるように、且つ下流側ＮＯｘ触媒４２に吸着されるアンモニアの量がＲ２の範囲に収まるように、各ＮＯｘ触媒４１、４２の触媒長さｄ１、ｄ２（図１を参照）、および、ＮＯｘ触媒４１、４２の間に介在する隔離空間４３の長さｄ３（図１を参照）が調整されている。例えば、上流側ＮＯｘ触媒４１の触媒長さｄ１を長くすることで、下流側ＮＯｘ触媒４２でのアンモニア吸着量を減らすことができる。また、隔離空間４３の長さが長くなると、下流側ＮＯｘ触媒４２に流れ込む排気温度を下げることができるため、下流側ＮＯｘ触媒４２の温度を調整することでそこでのアンモニア吸着量を調整することができる。なお、本実施例では、ＮＯｘ触媒４１、４２において使用されている触媒成分は同じであり、触媒担体に対してコートされている単位長さ当たりの触媒成分の量も同じとしているが、これらのパラメータを調整することでもＮＯｘ触媒４１、４２でのアンモニア吸着量を調整することもできる。
【００３５】
ここで、図３に示す範囲Ｒ１は、本願発明に係る第一範囲に相当し、範囲Ｒ２は、本願発明に係る第二範囲に相当する。ＮＯｘ触媒４１、４２におけるアンモニア吸着量とＮＯｘ浄化率の相関は、図３に示すようにアンモニア吸着量が多くなるに従い、アンモニア吸着量に対するＮＯｘ浄化率の増加率は次第に緩やかになっていく。換言すれば、アンモニア吸着量の減少幅が同じである場合に、アンモニア吸着量が比較的低い状態からの吸着量減少が生じると、ＮＯｘ触媒によるＮＯｘ浄化率は、より大きく低下することになる。このようなアンモニア吸着量とＮＯｘ浄化率の相関を有するＮＯｘ触媒４１、４２において、第二範囲Ｒ２は、第一範囲Ｒ１と重複しないように、且つアンモニア吸着量がより少量側に位置するように設定されている。
【００３６】
供給弁７からの尿素水供給量が、仮に何らかの理由で基準供給量からその５０％となる供給量まで低下したとしても、上流側ＮＯｘ触媒４１でのアンモニア吸着量は第一範囲Ｒ１に収まり、下流側ＮＯｘ触媒４２でのアンモニア吸着量は第二範囲Ｒ２に収まることになる。したがって、供給弁７の尿素水供給に関する異常が発生すると、上流側ＮＯｘ触媒４１でのアンモニア吸着量は、第一範囲Ｒ１の下限値から少量側に逸脱した量となり、下流側ＮＯｘ触媒４２でのアンモニア吸着量は、第二範囲Ｒ２の下限値から少量側に逸脱した量となる。
【００３７】
ここで、供給弁７の尿素水供給に関する異常が発生した場合のアンモニア吸着量の低下量（以下、「異常時低下量」という）は、図２（ｃ）で示したように、上流側ＮＯｘ触媒４１の方が下流側ＮＯｘ触媒４２より多い。しかし、図３に示すように、第一範囲Ｒ１は、アンモニア吸着量に対するＮＯｘ浄化率の変化量が比較的緩やかな場所に設定され、一方で、第二範囲Ｒ２は、アンモニア吸着量に対するＮＯｘ浄化率の変化量が比較的大きい場所に設定されている。そのため、アンモニア吸着量の異常時低下量が大きい上流側ＮＯｘ触媒４１では、ＮＯｘ浄化率がＸ１０からＸ１１に減少する程度で、その減少幅は比較的小さくなるが、アンモニア吸着量の異常時低下量が上流側ＮＯｘ触媒４１よりも小さい下流側ＮＯｘ触媒４２では、ＮＯｘ浄化率がＸ２０からＸ２１に大きく減少する。このように、供給弁７による尿素水供給に関し異常が発生すると、触媒部４を構成する上流側ＮＯｘ触媒４１によるＮＯｘ浄化率と、下流側ＮＯｘ触媒４２によるＮＯｘ浄化率とでは、その低下量に顕著な相違が生まれることになる。そこで、このＮＯｘ浄化率の相違、特に、下流側ＮＯｘ触媒４２によるＮＯｘ浄化率の大きな低下に基づいて、供給弁７の尿素水供給に関する異常状態を適切に判定することが可能となる。
【００３８】
なお、上記異常が生じたとしても、図３に示すように、上流側ＮＯｘ触媒４１によるＮＯｘ浄化率は、正常状態にある下流側ＮＯｘ触媒４２によるＮＯｘ浄化率よりも高い。そ
のため、上流側ＮＯｘ触媒４１と下流側ＮＯｘ触媒４２を有する触媒部４全体で見ると、異常が生じた直後では、触媒部４によるＮＯｘ浄化率は比較的高く維持されている。そのため、従来技術のように触媒部４によるＮＯｘ浄化率に基づいて異常の発生を見出すことは困難である。一方で、本願発明に係る異常判定システムでは、上記の通り、供給弁７の尿素水供給に関する異常状態を適切に判定することが可能であるから、その有用性は特筆すべきものである。
【００３９】
ここで、上述した下流側ＮＯｘ触媒４２によるＮＯｘ浄化率の大きな低下に着目した、供給弁７の尿素水供給に関する異常状態を判定するための制御である還元剤供給異常判定制御の詳細について、図４に基づいて説明する。当該制御は、ＥＣＵ２０に格納された制御プログラムが実行することで、行われる。
【００４０】
先ず、Ｓ１０１では、異常判定システムが起動しているか否かが判定される。具体的には、当該異常判定システムの各構成が定常的な運転が可能な状態になっているが判定されるものであって、例えば、内燃機関１の暖機運転が完了しているか否か、触媒部４の各ＮＯｘ触媒４１、４２が活性状態に至っているか否か、異常判定システムに含まれる各ＮＯｘセンサ１０、１１、１３が活性状態に至っているか否か等が判定される。Ｓ１０１で肯定判定されるとＳ１０２へ進み、否定判定されると本制御を終了する。
【００４１】
Ｓ１０２では、触媒部４に含まれる上流側ＮＯｘ触媒４１と下流側ＮＯｘ触媒４２におけるアンモニア吸着が安定した状態となっているか否かが判定される。これは、ＮＯｘ触媒へのアンモニア吸着が安定して行われないと、該ＮＯｘ触媒によるＮＯｘ浄化率とアンモニア吸着量の相関が例えば図３に示す相関に従わない状態にあるため、異常判定を正確に行うことが困難となることを考慮したものである。具体的には、内燃機関１が始動し、供給弁７から尿素水供給が開始された所定期間は、各ＮＯｘ触媒４１、４２でのアンモニア吸着が不安定な状態にあると考えられる。そこで、当該所定期間が経過するまではＳ１０２における判定は否定判定されることになる。Ｓ１０２で肯定判定されるとＳ１０３へ進み、否定判定されると本制御を終了する。
【００４２】
Ｓ１０３では、供給弁７による尿素水供給に関する異常判定用の所定条件が成立しているか否かが判定される。上記図３に基づいて説明した通り、下流側ＮＯｘ触媒４２による浄化率の低下に基づいて当該異常判定が行われるが、下流側ＮＯｘ触媒４２によるＮＯｘ浄化特性は、内燃機関の運転状態に応じて変動し得るものであり、内燃機関の運転状態が特定の状態である場合には、図３に示すようなＮＯｘ浄化率の大幅な低下を示しにくくなる場合がある。このような場合、供給弁７による尿素水供給が正常に行われていても又は異常状態にあったとしても、ＮＯｘ浄化率の変動が小さいため、当該異常判定を行うと誤判定をしてしまうおそれがある。
【００４３】
そこで、このような誤判定を回避するためにＳ１０３の判定で着目するパラメータとして、例えば、ＮＯｘ触媒温度、排気流量、排気中のＮＯ２比率（排気中のＮＯとＮＯ２の比率として定義される。）が挙げられる。ＮＯｘ触媒の温度が比較的高くなると、異常時においてＮＯｘ触媒によるＮＯｘ浄化率が上がってしまうため、異常時と正常時の間のＮＯｘ浄化率の変動が小さくなってしまう。また、ＮＯｘ触媒の温度が比較的低くなると、正常時におけるＮＯｘ触媒によるＮＯｘ浄化率が下がってしまうため、やはり、異常時と正常時の間のＮＯｘ浄化率の変動が小さくなってしまう。そこで、ＮＯｘ触媒４１、４２の温度が、異常判定に適した温度範囲に属しているときに、Ｓ１０３における所定条件が成立しているとすることで、上記誤判定を回避することができる。
【００４４】
また、触媒部４に流れ込む排気流量が比較的大きくなると、尿素水供給の正常時においてＮＯｘ触媒によるＮＯｘ浄化率が下がってしまうため、異常時と正常時の間のＮＯｘ浄
化率の変動が小さくなってしまう。また、触媒部４に流れ込む排気流量が比較的小さくなると、異常時においてＮＯｘ触媒によるＮＯｘ浄化率が上がってしまうため、やはり異常時と正常時の間のＮＯｘ浄化率の変動が小さくなってしまう。そこで、触媒部４に流れ込む排気流量が、異常判定に適した流量範囲に属しているときに、Ｓ１０３における所定条件が成立しているとすることで、上記誤判定を回避することができる。なお、触媒部４に流れ込む排気流量は、エアフローメータ１６の検出値等に基づいて算出することができる。
【００４５】
また、ＮＯｘ触媒によるＮＯｘの主な還元反応として、以下の３つの反応式が挙げられる。
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ・・・（式２）
２ＮＨ３＋２ＮＯ２→Ｎ２＋ＮＨ４ＮＯ３＋Ｈ２Ｏ・・・（式３）
ＮＯ＋ＮＯ２＋２ＮＨ３→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ・・・（式４）
これらのＮＯｘの還元反応の中で、ＮＯｘ触媒の温度が上述した誤判定を回避し得る温度範囲に属している場合には、式４で示す還元反応が支配的に行われる。そして、式４で示される反応によれば、理論的にはＮＯとＮＯ２とが等しい量だけ還元される。つまり、式４で示す反応では、ＮＯとＮＯ２との比が１対１のとき、すなわちＮＯ２比率が５０％のときにＮＯｘの還元効率が最大となる。この点を考慮して、排気中のＮＯ２比率をパラメータとして、上述したＳ１０３における所定条件を設定してもよい。例えば、下流側ＮＯｘ触媒４２に流れ込む排気のＮＯ２比率を算出し、当該ＮＯ２比率が、還元効率が最大となる５０％を含む４０〜６０％の範囲に属しているときに、Ｓ１０３における所定条件が成立しているとすることで、上記誤判定を回避することができる。
【００４６】
ここで、下流側ＮＯｘ触媒４２に流れ込む排気のＮＯ２比率の算出について説明する。内燃機関１から排出される排気は酸化触媒３を経て、触媒部４に到達する。そして、当該排気は、上流側ＮＯｘ触媒４１を通った後に、下流側ＮＯｘ触媒４２に流れ込むことになる。そこで、下流側ＮＯｘ触媒４２に流れ込む排気のＮＯ２比率算出のために、まず上流側ＮＯｘ触媒４１に流れ込む排気中のＮＯ２比率の算出が行われる。酸化触媒３の酸化能によって排気中のＮＯがＮＯ２に酸化され、当該酸化能は酸化触媒３の温度に依存することを考慮し、図５に示す酸化触媒５の温度と、酸化触媒５から流れ出る排気、すなわち上流側ＮＯｘ触媒４１に流れ込む排気のＮＯ２比率との相関Ｌ３〜Ｌ５に基づいて、上流側ＮＯｘ触媒４１に流れ込む排気のＮＯ２比率が算出される。
【００４７】
上記相関Ｌ３〜Ｌ５については、酸化触媒３の温度が上昇するとＮＯ２への酸化反応が促進されるが、更に温度が上昇してしまうと酸化能は徐々に低下していく。そのため、図５に示すように、上記相関Ｌ３〜Ｌ５は極大値を有する上に凸の形状を有する。また、図５に示す相関Ｌ３〜Ｌ５は、上流側ＮＯｘ触媒４１へ流れ込む排気流量に応じて設定される。一般に、当該排気流量が増えると酸化触媒３による酸化能が作用しにくくなることから、排気流量が増えるに従い、当該相関はＬ５、Ｌ４、Ｌ３の順に推移することになる。
【００４８】
このように図５に示す相関に基づいて、上流側ＮＯｘ触媒４１に流れ込む排気のＮＯ２比率が算出される。次に、下流側ＮＯｘ触媒４２に流れ込む排気は、上流側ＮＯｘ触媒４１を通った排気であるから、下流側ＮＯｘ触媒４２に流れ込む排気のＮＯ２比率は、算出された上流側ＮＯｘ触媒４１に流れ込む排気のＮＯ２比率と、上流側ＮＯｘ触媒４１における上記式２〜式４で表わされる各反応式の寄与度（反応の起こりやすさ）に基づいて算出される。式２の反応式はＮＯの消費反応を示し、式３の反応式はＮＯ２の消費反応を示し、式４の反応式はＮＯおよびＮＯ２の消費反応を示すものである。したがって、事前の実験等で取得した各反応式の寄与度を考慮して、上流側ＮＯｘ触媒４１で消費されたＮＯとＮＯ２を算出し、その算出結果を踏まえて下流側ＮＯｘ触媒４２に流れ込むＮＯ２比率を算出することができる。
【００４９】
上述したパラメータ（ＮＯｘ触媒温度、排気流量、排気中のＮＯ２比率）に基づいて、Ｓ１０３における判定を行い、そこで肯定判定が得られた場合にはＳ１０４へ進み、否定判定が得られた場合には本制御を終了する。なお、Ｓ１０３における判定において使用するパラメータは、上記３つのパラメータのうち何れか１つでもよく、もしくは２つ又は３つのパラメータを組み合わせたものでもよい。
【００５０】
次に、Ｓ１０４では、下流側ＮＯｘ触媒４２によるＮＯｘ浄化率Ｘ１が取得される。具体的には、上記式１に準ずる下記式１’に従い取得されることになる。
ＮＯｘ浄化率Ｘ１  ＝  １−（ＮＯｘセンサ１１の検出値）／（ＮＯｘセンサ１３の検出値）  ・・・（式１’）
Ｓ１０４の処理が終了すると、Ｓ１０５へ進む。
【００５１】
Ｓ１０５では、Ｓ１０４で取得されたＮＯｘ浄化率Ｘ１が、基準ＮＯｘ浄化率Ｘ０より大きいか否かが判定される。この基準ＮＯｘ浄化率Ｘ０は、下流側ＮＯｘ触媒４２によるＮＯｘ浄化率が第二範囲Ｒ２から逸脱したことをもって、供給弁７による尿素水供給に関する異常が発生したことを判定するための基準値である。したがって、基準ＮＯｘ浄化率Ｘ０は、第二範囲Ｒ２の下限値に対応するＮＯｘ浄化率Ｘ２１（図３を参照）に関連して設定される。より詳細な基準ＮＯｘ浄化率の設定については、図６に基づいて後述する。Ｓ１０５で肯定判定されるとＳ１０６へ進み、否定判定されるとＳ１０７へ進む。
【００５２】
そして、Ｓ１０６では、供給弁７による尿素水供給に関し正常判定を行い、Ｓ１０７では、供給弁７による尿素水供給に関し異常判定を行う。各判定後、本制御を終了する。
【００５３】
本制御によれば、供給弁７による尿素水供給に関する異常が生じた際に触媒部４としてはまだ比較的高いＮＯｘ浄化率を維持している状態でも、触媒部４の下流側に位置する下流側ＮＯｘ触媒部４２によるＮＯｘ浄化率の変化に基づいて、該異常の発生を適切に見出すことが可能となる。ここで、図６に、当該尿素供給が正常である場合と、異常である場合について、ＮＯｘセンサ１３とＮＯｘセンサ１１の検出値に基づいて算出された下流側ＮＯｘ触媒４２によるＮＯｘ浄化率を比較した。ＮＯｘ浄化率の算出に使用されるＮＯｘセンサには、固体差によりその検出値にばらつきが存在する。そこで、図６においては、ＮＯｘセンサに許容されるばらつきを考慮して、算出されるＮＯｘ浄化率を一定の範囲を有する形で記載することとした。当該範囲は、上限値および下限値を有するとともに、それらの中間の値として真値が設定されている。なお、図３に示すＮＯｘ浄化率は、この真値を採用している。
【００５４】
ここで、図６に示すように、正常時の下流側ＮＯｘ触媒４２によるＮＯｘ浄化率は、真値（Ｘ２０）を有する所定の幅で表わされるとともに、異常時の下流側ＮＯｘ触媒４２によるＮＯｘ浄化率は、真値（Ｘ２１）を有する所定の幅で表わされる。そして、図３に基づいて説明したように、尿素水供給が正常に行われている際の下流側ＮＯｘ触媒４２におけるアンモニア吸着量は、第二範囲Ｒ２に属するように設定されていることから、正常時のＮＯｘ浄化率の下限値（Ｘ２０ｂ）と、異常時のＮＯｘ浄化率の上限値（Ｘ２１ａ）とは大きく離れている。そのため、ＮＯｘセンサの検出値のばらつきを考慮しても、正常時のＮＯｘ浄化率と異常時のＮＯｘ浄化率が重複することはなく、正常状態であるにもかかわらず異常状態であると判定する、もしくは異常状態であるにもかかわらず正常状態であると判定する誤判定が生じるおそれが十分に回避される。本願明細書では、正常時のＮＯｘ浄化率の下限値（Ｘ２０ｂ）と、異常時のＮＯｘ浄化率の上限値（Ｘ２１ａ）との乖離の程度を、誤判定防止マージンと称することとする。この誤判定防止マージンおよびＮＯｘセンサの検出ばらつきを考慮すると、図４に示す還元剤供給異常判定制御でのＳ１０５の使用される「基準ＮＯｘ浄化率Ｘ０」は、上限値（Ｘ２１ａ）以上であって、当該誤判
定防止マージンがある程度確保できる値であることが好ましい。
【００５５】
一方で、従来技術のように、触媒部４の全体によるＮＯｘ触媒率を用いて供給弁７による尿素水供給に関する異常判定を行おうとすると、ＮＯｘセンサの検出値のばらつきに起因して異常時のＮＯｘ浄化率の上限値が、正常時のＮＯｘ浄化率の下限値よりも高くなる可能性がある。このような場合は、上記誤判定防止マージンが存在しない状態であるため、誤判定を招くおそれがある。この従来技術の課題を踏まえると、図３に示すように、正常時での上流側ＮＯｘ触媒４１、下流側ＮＯｘ触媒４２におけるアンモニア吸着量が、それぞれ第一範囲Ｒ１、第二範囲Ｒ２に属するように、各ＮＯｘ触媒４１、４２の物理的構成等を調整した上で図４に示す還元剤供給異常判定制御を行うことで、適切な判定を実現することが可能となる。
【００５６】
また、図７に、図４に示す還元剤供給異常判定制御が行われているときの、内燃機関１の運転状態に関する各パラメータの推移を示している。具体的には、図７（ａ）には触媒部４に流れ込む排気流量の推移を示し、図７（ｂ）には下流側ＮＯｘ触媒４２の温度の推移を示し、図７（ｃ）には下流側ＮＯｘ触媒４２によるＮＯｘ浄化率の推移を示している。更に、図７（ｄ）には触媒部４全体によるＮＯｘ浄化率の推移を示している。図７（ｃ）と図７（ｄ）を比較しても明確なように、触媒部４全体によるＮＯｘ浄化率に従うより、すなわち従来技術に従うより、下流側ＮＯｘ触媒４２によるＮＯｘ浄化率に従う方が、正常時と異常時でのＮＯｘ浄化率の変化量を大きくでき、より適切な異常判定が可能となる。
【００５７】
また、期間Ｔ１においては、排気流量が、Ｓ１０３の判定で用いられる所定条件として設定された流量範囲よりも少ない量となり、正常時と異常時との間での下流側ＮＯｘ触媒４２によるＮＯｘ浄化率の変化量が少なくなっている。そのため、期間Ｔ１では、下流側ＮＯｘ触媒４２によるＮＯｘ浄化率に基づいた異常判定は回避するのが好ましく、したがって、上記Ｓ１０３における否定判定が行われることとなる。また、期間Ｔ２においては、下流側ＮＯｘ触媒の温度が、Ｓ１０３の判定で用いられる所定条件として設定された温度範囲よりも低くなり、正常時と異常時との間での下流側ＮＯｘ触媒４２によるＮＯｘ浄化率の変化量が少なくなっている。そのため、期間Ｔ２でも、下流側ＮＯｘ触媒４２によるＮＯｘ浄化率に基づいた異常判定は回避するのが好ましく、したがって、上記Ｓ１０３における否定判定が行われることとなる。また、期間Ｔ３においては、排気流量が、Ｓ１０３の判定で用いられる所定条件として設定された流量範囲よりも多い量となり、正常時と異常時との間での下流側ＮＯｘ触媒４２によるＮＯｘ浄化率の変化量が少なくなっている。そのため、期間Ｔ３では、下流側ＮＯｘ触媒４２によるＮＯｘ浄化率に基づいた異常判定は回避するのが好ましく、したがって、上記Ｓ１０３における否定判定が行われることとなる。
【実施例２】
【００５８】
上記実施例においては、触媒部４は上流側ＮＯｘ触媒４１、下流側ＮＯｘ触媒４２、隔離空間４３で形成されているが、その態様に代えて、図８に示す態様を採用することもできる。先ず、図８（ａ）に示す触媒部４は、一のＮＯｘ触媒で構成され、上記実施例のようにＮＯｘ触媒同士を離間して配置させる隔離空間は含まれない。そして、当該触媒部４は、一のＮＯｘ触媒の上流側の部分４ａと、下流側の部分４ｂとに区分され、それぞれが本発明に係る上流側触媒領域、下流側触媒領域に相当する。
【００５９】
ここで、上流側部分４ａと下流側部分４ｂとを区分する際には、尿素水供給が正常に行われている場合の上流側部分４ａでのアンモニア吸着量が図３に示す第一範囲Ｒ１に属し、下流側部分４ｂでのアンモニア吸着量が第二範囲Ｒ２に属するように、当該区分が画定される。例えば、上流側区分４ａの長さ（排気流れに沿った長さ）を長くするほど、上流
側部分４ａでのアンモニア吸着量が増え、その結果、下流側部分４ｂでのアンモニア吸着量が減ることを踏まえて、両区分の画定を行えばよい。このような区分を行うことで、上記実施例で説明した下流側ＮＯｘ触媒４２によるＮＯｘ浄化率に基づいた異常判定に相当する判定を、下流側部分４ｂによるＮＯｘ浄化率に基づいて行うことが可能となる。
【００６０】
なお、本実施例の場合、触媒部４は一のＮＯｘ触媒によって形成されているため、上流側部分４ａと下流側部分４ｂとの間には空間は存在せず、図１に示す構成のように、両部分４ａ、４ｂの間にＮＯｘセンサを配置させることができない。そこで、事前の実験により、上流側部分４ａと下流側部分４ｂのそれぞれに吸着されるアンモニア量およびその際の各部分によるＮＯｘ浄化率と、触媒部４に流れ込む排気のＮＯｘ濃度との相関を測定しておき、その測定結果をＥＣＵ２０内のメモリに保存しておく。そして、図８（ａ）に示す構成において上記還元剤供給異常判定制御を行う際には、当該測定結果にアクセスして、当該制御に必要な下流側部分４ｂのＮＯｘ浄化率を取得し、上記還元剤供給異常判定制御を行えばよい。
【００６１】
また、図８（ａ）に示す形態に代えて、図８（ｂ）に示す形態も採用することができる。この形態でも、触媒部４は一のＮＯｘ触媒で構成されてはいるが、上流側部分４ａと下流側部分４ｂとは隣接せず、両部分の間に中間部分４ｃが介在している。なお、中間部分４ｃは、本発明に係る異常判定制御には寄与しない部分であるが、このように触媒部４を区分することでも、上流側部分４ａと、それに隣接しない下流側部分４ｂでのアンモニア吸着量を、図３に示す第一範囲Ｒ１、第二範囲Ｒ２に収めることが可能となる。なお、この形態でも一のＮＯｘ触媒である触媒部４中にはＮＯｘセンサを配置できないため、上述した通り、事前の測定結果を利用して下流部分４ｂによるＮＯｘ浄化率を算出すればよい。
【符号の説明】
【００６２】
１    内燃機関
２    排気通路
３    酸化触媒
４    触媒部
４ａ  上流側部分
４ｂ  下流側部分
５    ＡＳＣ触媒
６    燃料供給弁
７    供給弁
９、１２    温度センサ
１０、１１、１３  ＮＯｘセンサ
１５  吸気通路
１６  エアフローメータ
２０  ＥＣＵ
２１  クランクポジションセンサ
２２  アクセル開度センサ
４１  上流側ＮＯｘ触媒
４２  下流側ＮＯｘ触媒
４３  隔離空間
【図１】
2014208980.tif 000003
【図２】
2014208980.tif 000004
【図３】
2014208980.tif 000005
【図４】
2014208980.tif 000006
【図５】
2014208980.tif 000007
【図６】
2014208980.tif 000008
【図７】
2014208980.tif 000009
【図８】
2014208980.tif 000010