(57)【要約】      （修正有）【課題】内燃機関の排ガス中に、ＮＨ３が含まれているか否かを判定するガス成分判定装置を提供する。【解決手段】排ガス中の酸素をポンピングするポンプ部９５及び排ガス中のＮＯｘ濃度に応じた電流を発生するセンサ部９７を有するＮＯｘセンサと、ポンプ部に発生するポンプ電流Ｉpとセンサ部に発生するセンサ電流Ｉsとの特定周波数における位相差の絶対値|ΔＰ|が第１閾値ΔＰth_large以上である場合に排ガス中にＮＨ３が含まれていると判定する判定部と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡散抵抗層を介して内部に導入された内燃機関の排ガスにＮＯ２が含まれている場合に同ＮＯ２をＮＯに変換し且つ同排ガスにＮＨ３が含まれている場合に同ＮＨ３を同排ガスに含まれる酸素を用いてＮＯに変換し、前記排ガスに含まれる酸素及び前記ＮＯ２を前記ＮＯに変換したときに発生する酸素を酸素イオンの形で外部にポンピングし、このポンピングされた酸素イオンの量に応じた電流であるポンプ電流を発生するポンプ部、及び、
前記ポンプ部により前記酸素がポンピングされた後に前記排ガスにＮＯが含まれている場合に同ＮＯを還元して酸素を発生し且つこの発生する酸素を酸素イオンの形で外部にポンピングし、このポンピングされた酸素イオンの量に応じた電流であるセンサ電流を発生するセンサ部、
を有するセンサと、
前記ポンプ電流と前記センサ電流との特定周波数における位相差の絶対値が大きいほど大きくなるＮＨ３相関値が所定の第１閾値以上である場合に前記排ガス中にＮＨ３が含まれていると判定する判定部と、
を備えるガス成分判定装置。
【請求項２】
請求項１に記載のガス成分判定装置において、
前記ポンプ電流が酸素の限界電流となる電圧が前記ポンプ部に印加されるように構成された、ガス成分判定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のガス成分判定装置において、
前記判定部は、前記ＮＨ３相関値が前記第１閾値よりも小さい第２閾値以下である場合、前記排ガス中にＮＯｘは含まれているがＮＨ３は含まれていないと判定する、ガス成分判定装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のガス成分判定装置において、
前記特定周波数は１Ｈｚ以下の周波数である、ガス成分判定装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載のガス成分判定装置において、
前記判定部は、
前記特定周波数として互いに異なる複数の周波数を使用し、前記ポンプ電流と前記センサ電流との各特定周波数における位相差の絶対値の平均値を前記ＮＨ３相関値として取得するように構成された、
ガス成分判定装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載のガス成分判定装置において、
前記内燃機関は、前記排ガス中のＮＯｘをＮＨ３により還元する選択還元型ＮＯｘ触媒を排気通路に備えるとともに、前記ＮＯｘ触媒にＮＨ３又はＮＨ３の原料を供給する供給部、及び、前記供給部から前記ＮＯｘ触媒に供給するＮＨ３又はＮＨ３の原料の量を制御する供給量制御部を備え、
前記センサは、前記ＮＯｘ触媒の下流位置の前記排気通路に配設されており、
前記判定部は、前記排ガス中にＮＨ３が含まれていると判定した場合、前記供給量制御部に前記ＮＯｘ触媒に供給するＮＨ３又はＮＨ３の原料の量を減量させるように構成された、
ガス成分判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排ガス中にＮＨ３が含まれているか否かを判定するガス成分判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、排ガス中のＮＯｘをＮＨ３により還元する選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）が採用されることがある。多くの場合、選択還元型ＮＯｘ触媒には尿素が供給され、その尿素から生成されたＮＨ３により排ガス中のＮＯｘが還元される。この場合、供給される尿素が不足すると選択還元型ＮＯｘ触媒からＮＯｘが流出し、供給される尿素が過剰であると選択還元型ＮＯｘ触媒からＮＨ３が流出する。即ち、選択還元型ＮＯｘ触媒から流出する内燃機関の排ガスには「ＮＯｘ及び／又はＮＨ３」が含まれる場合がある。そこで、排ガス中の「ＮＯｘ及びＮＨ３」の濃度をＮＯｘセンサにより検出する装置（以下、「従来装置」と称呼する。）が検討されている（特許文献１を参照。）。
【０００３】
特許文献１には「ＮＯｘセンサ内におけるＮＯｘの電気化学反応に起因して発生する同センサの出力値は比較的高い周波数で変動し、同センサ内におけるＮＨ３の電気化学反応に起因して発生する同センサの出力値は比較的低い周波数で変動する。」という知見が記載されている。
【０００４】
この知見に基づき、従来装置は、前記ＮＯｘセンサの「比較的高い周波数で変動する出力値」に基づいて排ガス中のＮＯｘ濃度を検出するとともに、同センサの「比較的低い周波数で変動する出力値」に基づいて同排ガス中のＮＨ３濃度を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−５１９２４号公報（段落００１６及び段落００１７）
【発明の概要】
【０００６】
上記知見によれば、ＮＯｘセンサの出力値に基づいて排ガス中にＮＨ３が含まれていることを判定することができる。
【０００７】
そこで、本願の発明者は、内燃機関と選択還元型ＮＯｘ触媒とを用い、「ＮＯｘ量とＮＨ３量とを合計した総量」に占めるＮＯｘ量の割合（以下、「ＮＯｘ割合」と称呼する。）が略０％であり且つ前記総量に占めるＮＨ３量の割合（以下、「ＮＨ３割合」と称呼する。）が略１００％である排ガスをＮＯｘセンサに供給し、その場合に前記センサから出力される電流を取得した。更に、前記ＮＯｘ割合が略１００％であり且つ前記ＮＨ３割合が略０％である排ガスを前記センサに供給し、その場合に前記センサから出力される電流を取得した。
【０００８】
ところが、「ＮＯｘ割合が略０％であり且つＮＨ３割合が略１００％である排ガスをＮＯｘセンサに供給したときの同センサの電流の変動周波数が比較的低い」という前記知見に沿った結果は得られなかった。同様に、「ＮＯｘ割合が略１００％であり且つＮＨ３割合が略０％である排ガスをＮＯｘセンサに供給したときの同センサの電流の変動周波数が比較的高い」という前記知見に沿った結果も得られなかった。従って、上記従来技術によっては、排ガス中にＮＨ３が含まれていることを精度良く判定することができなかった。
【０００９】
このように上記知見に沿った結果が得られなかった理由は定かではないが、実際の内燃機関及び選択還元型ＮＯｘ触媒が使用される場合には「ＮＯｘセンサに供給される排ガス中の、ＮＯｘ濃度又はＮＨ３濃度」が種々の周波数で変動することが一因ではないかと推察される。
【００１０】
本発明は、上述した課題に対処するためになされたものである。即ち、本発明の目的の１つは、内燃機関の排ガス中にＮＨ３が含まれているか否かを確実に判定することができる「ガス成分判定装置（以下、「本発明装置」と称呼する。）を提供することにある。
【００１１】
本発明装置は、
「拡散抵抗層を介して内部に導入された内燃機関の排ガスにＮＯ２が含まれている場合に同ＮＯ２をＮＯに変換し且つ同排ガスにＮＨ３が含まれている場合に同ＮＨ３を同排ガスに含まれる酸素を用いてＮＯに変換し、前記排ガスに含まれる酸素及び前記ＮＯ２を前記ＮＯに変換したときに発生する酸素を酸素イオンの形で外部にポンピングし、このポンピングされた酸素イオンの量に応じた電流であるポンプ電流を発生するポンプ部」、及び、
「前記ポンプ部により前記酸素がポンピングされた後に前記排ガスにＮＯが含まれている場合に同ＮＯを還元して酸素を発生し且つこの発生する酸素を酸素イオンの形で外部にポンピングし、このポンピングされた酸素イオンの量に応じた電流であるセンサ電流を発生するセンサ部」、
を有するセンサを備える。
【００１２】
前記ＮＯｘセンサのポンプ部は、排ガス中の酸素のみならず、排ガス中のＮＯ２をＮＯに変換したときに発生する酸素も酸素イオンの形で外部にポンピングし、このポンピングされた酸素イオンの量に応じた電流（ポンプ電流）を発生する。このため、ポンプ部に到達する排ガス中の酸素の量が一定である場合、ポンプ電流は、排ガス中のＮＯ２の量が多くなれば大きくなり、排ガス中のＮＯ２の量が少なくなれば小さくなる。
【００１３】
内燃機関から排出された排ガス中のＮＯ２量は、同排ガス中のＮＯｘ量が多くなれば多くなり、同排ガス中のＮＯｘ量が少なくなれば少なくなる。従って、ポンプ電流は、ＮＯｘセンサに到達する排ガス中のＮＯｘ量が多くなれば大きくなり、同ＮＯｘ量が少なくなれば小さくなる。
【００１４】
更に、ＮＯｘセンサのセンサ部は、排ガス中のＮＯを還元したときに発生する酸素を酸素イオンの形で外部にポンピングし、このポンピングされた酸素イオンの量に応じた電流（センサ電流）を発生する。このため、センサ電流は、センサ部に到達する排ガス中のＮＯの量が多くなれば大きくなり、排ガス中のＮＯの量が少なくなれば小さくなる。
【００１５】
センサ部に到達する排ガス中のＮＯ量は、内燃機関から排出された排ガス中のＮＯｘ量が多くなれば多くなり、同排ガス中のＮＯｘ量が少なくなれば少なくなる。従って、センサ電流も、ＮＯｘセンサに到達する排ガス中のＮＯｘ量が多くなれば大きくなり、同ＮＯｘ量が少なくなれば小さくなる。
【００１６】
以上をまとめると、ＮＯｘセンサに到達する排ガス中のＮＯｘ割合が１００％である場合（即ち、同排ガス中のＮＨ３割合が０％である場合）、同排ガス中のＮＯｘ量が増減すると、図５（Ａ）に示したように、ポンプ電流もセンサ電流もこのＮＯｘ量の増減に合わせて上下動する。従って、これら電流の変動位相の差（位相差）の絶対値は、理論上、０°となる。
【００１７】
更に、ＮＯｘセンサのポンプ部は、排ガス中の酸素により同排ガス中のＮＨ３をＮＯに変換する。このため、ポンプ部に到達する排ガス中の酸素の量が一定である場合、同排ガス中のＮＨ３量が多くなると、ポンプ部におけるＮＨ３の変換に消費される酸素の量が多くなる。その結果、ポンプ部により外部にポンピングされる酸素の量が少なくなる。従って、この場合、ポンプ電流は小さくなる。
【００１８】
一方、排ガス中のＮＨ３量が少なくなると、ポンプ部におけるＮＨ３の変換に消費される酸素の量が少なくなる。その結果、ポンプ部により外部にポンピングされる酸素の量は、排ガス中のＮＨ３量が多い場合に比べて相対的に多くなる。従って、この場合、ポンプ電流は、排ガス中のＮＨ３量が多い場合に比べて相対的に大きくなる。
【００１９】
従って、ポンプ部に到達する排ガス中のＮＨ３割合が１００％である場合、ポンプ電流は、排ガス中のＮＨ３量が増減するとこのＮＨ３量の増減とは逆に上下動する。
【００２０】
更に、上述したように、ＮＯｘセンサのセンサ部は、排ガス中のＮＯを還元したときに発生する酸素を酸素イオンの形で外部にポンピングし、このポンピングされた酸素イオンの量に応じた電流（センサ電流）を発生する。ＮＯｘセンサに到達する排ガス中のＮＨ３割合が１００％である場合、センサ部にて還元されるＮＯは、ポンプ部にてＮＨ３から生成されたＮＯである。従って、センサ部に到達する排ガス中のＮＯ量は、ＮＯｘセンサに到達する排ガス中のＮＨ３量が多くなると多くなり、同ＮＨ３量が少なくなると少なくなる。従って、ＮＯｘセンサに到達する排ガス中のＮＨ３割合が１００％である場合、センサ電流は、排ガス中のＮＨ３量が増減するとこのＮＨ３量の増減に合わせて上下動する。
【００２１】
以上をまとめると、ＮＯｘセンサに到達する排ガス中のＮＨ３割合が１００％である場合、同排ガス中のＮＨ３量が増減すると、図５（Ｂ）に示したように、ポンプ電流はそのＮＨ３量の増減とは逆に上下動し、センサ電流はそのＮＨ３量の増減に合わせて上下動する。従って、これら電流の変動位相の差（位相差）の絶対値は、理論上、１８０°となる。
【００２２】
本願の発明者は、こうした前記位相差の絶対値に関する理論上の考察から、ＮＨ３割合が１００％である場合の前記位相差の絶対値は、ＮＨ３割合が０％である場合（即ち、ＮＯｘ割合が１００％である場合）の前記位相差の絶対値よりも大きいと推察した。
【００２３】
そこで、本願の発明者は、この推察が正しいか否かを確認するために以下に述べる実験を行った。即ち、この実験においては、内燃機関と選択還元型ＮＯｘ触媒とを用いて「選択還元型ＮＯｘ触媒の下流に配置された上述のセンサ」に到達する排ガス中のＮＯｘ割合を１００％として（即ち、ＮＨ３割合を０％として）「ポンプ電流及びセンサ電流」を取得した。同様に、内燃機関と選択還元型ＮＯｘ触媒とを用いて上述のセンサに到達する排ガス中のＮＨ３割合を１００％として（即ち、選択還元型ＮＯｘ触媒にＮＯｘの総てを還元するのに十分な量の尿素を供給することによってＮＨ３割合を１００％として）「ポンプ電流及びセンサ電流」を取得した。そして、取得された「ポンプ電流及びセンサ電流」を種々の周波数成分に分解し、各周波数における「ポンプ電流とセンサ電流との位相差」を調べた。図６にその結果を示す。
【００２４】
図６（Ａ）は、ＮＯｘ割合を１００％とした場合の「周波数と位相差との関係」を示している。一方、図６（Ｂ）は、ＮＨ３割合を１００％とした場合の「周波数と位相差との関係」を示している。尚、内燃機関が定常運転されていたとしても、内燃機関から排出されるＮＯｘの濃度は厳密には一定値とはならず、少なからず変動する。更に、選択還元型ＮＯｘ触媒に十分且つ一定量のＮＨ３（又は、そのＮＨ３の元となる尿素）が供給されることによってＮＯｘが総て還元されたとしても、選択還元型ＮＯｘ触媒に流入する排ガス中のＮＯｘ濃度が変動すること等により同触媒から流出する排ガス中のＮＨ３濃度は少なからず変動する。従って、いずれの場合でも、ポンプ電流及びセンサ電流は変動する。
【００２５】
図６から理解されるように、前記ＮＨ３割合が１００％である場合における位相差の絶対値（図６（Ｂ）を参照。）は、ＮＨ３割合が０％である場合（即ち、ＮＯｘ割合が１００％である場合）における位相差（図６（Ａ）を参照。）の絶対値に比べて概ね大きい。特に、周波数が１Ｈｚ以下の範囲においては、ＮＨ３割合が１００％である場合における位相差の絶対値は、ＮＨ３割合が０％である場合における位相差の絶対値に比べて明らかに大きくなっていた。
【００２６】
このように、本願の発明者による前記推察が正しいことが実験により確認された。
【００２７】
前記実験結果を踏まえれば、「ＮＨ３割合が１００％である場合における前記位相差の絶対値」と「ＮＨ３割合が０％である場合における前記位相差の絶対値」との間の値を閾値（第１閾値）として設定すれば、「ポンプ電流とセンサ電流との特定周波数における位相差の絶対値」が前記閾値よりも大きい場合、ＮＯｘセンサに到達する排ガス中にＮＨ３が含まれていると判定することができる。
【００２８】
そこで、本発明装置は、
「前記ポンプ電流と前記センサ電流との特定周波数における位相差の絶対値が大きいほど大きくなるＮＨ３相関値」が所定の第１閾値以上である場合に前記排ガス中にＮＨ３が含まれていると判定する判定部、
を備える。
【００２９】
この場合、前記第１閾値は、「ＮＨ３割合が１００％である場合における前記ＮＨ３相関値」よりも小さく且つ「ＮＨ３割合が０％である場合における前記ＮＨ３相関値」よりも大きい値である。
【００３０】
尚、前記センサ部が「同センサ部に到達した排ガス中に元々含まれていた酸素をも酸素イオンの形で外部にポンピングし、このポンピングされた酸素イオンの量に応じた電流（センサ電流）をも発生する」場合、前記ポンプ電流が酸素の限界電流となる電圧が前記ポンプ部に印加されるように本発明装置が構成されると好ましい。
【００３１】
これによれば、ポンプ部には「ポンプ電流が酸素の限界電流（酸素に対する限界電流）となる電圧」が印加されるので、ポンプ部に到達した排ガス中の酸素は略総て外部にポンピングされる。このため、センサ部に到達する排ガス中の酸素の量は略「０」である。従って、センサ電流には、排ガス中のＮＯを還元したときに発生する酸素に起因する酸素イオンの量に対応する電流しか含まれていないものとしても差し支えない。このため、このセンサ電流を用いた本発明装置による判定精度がより高くなる。
【００３２】
更に、本発明装置の前記判定部は、前記ＮＨ３相関値が「前記第１閾値よりも小さい第２閾値」以下である場合、前記排ガス中にＮＯｘは含まれているがＮＨ３は含まれていないと判定するように構成されてもよい。この場合、第２閾値も、「ＮＨ３割合が１００％である場合における前記ＮＨ３相関値」よりも小さく且つ「ＮＨ３割合が０％である場合における前記ＮＨ３相関値」よりも大きい値である。
【００３３】
尚、前記特定周波数は、「ＮＨ３割合が１００％である場合におけるその周波数における前記ＮＨ３相関値」が「ＮＨ３割合が０％である場合におけるその周波数における前記ＮＨ３相関値」よりも確実に大きいならば、如何なる周波数であってもよい。しかしながら、前記実験結果を踏まえれば、前記特定周波数は１Ｈｚ以下の周波数であることが好ましく、特に、０．６Ｈｚ又はその近傍の周波数であることが好ましい。
【００３４】
更に、前記判定部は、前記特定周波数として互いに異なる複数の周波数を使用し、前記ポンプ電流と前記センサ電流との各特定周波数における位相差の絶対値の平均値を前記ＮＨ３相関値として取得するように構成されてもよい。
【００３５】
加えて、前記内燃機関が「前記排ガス中のＮＯｘをＮＨ３により還元する選択還元型ＮＯｘ触媒」を排気通路に備えるとともに、「前記ＮＯｘ触媒に「ＮＨ３又はＮＨ３の原料」を供給する供給部」、及び、「前記供給部から前記ＮＯｘ触媒に供給する「ＮＨ３又はＮＨ３の原料」の量を制御する供給量制御部」を備える場合、前記センサを前記ＮＯｘ触媒の下流位置の前記排気通路に配設するようにしてもよい。この場合、前記判定部は、前記排ガス中にＮＨ３が含まれていると判定した場合、前記供給量制御部に「前記ＮＯｘ触媒に供給するＮＨ３又はＮＨ３の原料の量」を減量させるように構成される。
【００３６】
これによれば、ＮＯｘ触媒からのＮＨ３の流出量を低減することができるので、例えば、ＮＯｘ触媒に過剰な「ＮＨ３又はＮＨ３の原料（例えば、尿素水）」を供給することを回避することができる。
【００３７】
本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係るガス成分判定装置が適用される内燃機関の全体図である。
【図２】図２は、下流側ＮＯｘセンサの内部構造を示す図である。
【図３】図３は、下流側ＮＯｘセンサ内部におけるＮＯｘの電気化学反応を示す図である。
【図４】図４は、下流側ＮＯｘセンサ内部におけるＮＨ３の電気化学反応を示す図である。
【図５】図５（Ａ）は、排ガス中のＮＯｘ割合が１００％である場合の「ポンプ電流及びセンサ電流」の変動を示す図であり、図５（Ｂ）は、排ガス中のＮＨ３割合が１００％である場合の「ポンプ電流及びセンサ電流」の変動を示す図である。
【図６】図６（Ａ）は、排ガス中のＮＯｘ割合が略１００％である場合の「ポンプ電流の変動位相とセンサ電流の変動位相との差（位相差）」を示す図であり、図６（Ｂ）は、排ガス中のＮＨ３割合が略１００％である場合の「ポンプ電流の変動位相とセンサ電流の変動位相との差（位相差）」を示す図である。
【図７】図７は、図１に示したＥＣＵのＣＰＵが実行するガス成分判定ルーチンを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る「ガス成分判定装置（以下、「本判定装置」とも称呼する。）」について説明する。
【００４０】
（構成）
本判定装置は、図１に示した内燃機関（機関）１０に適用される。機関１０は、多気筒（本例では直列４気筒）・４サイクル・ピストン往復動型・ディーゼル機関である。機関１０は、機関本体部２０、燃料供給システム３０、吸気システム４０、及び、排気システム５０を含んでいる。
【００４１】
機関本体部２０は、シリンダブロック、シリンダヘッド及びクランクケース等を含む本体２１を含む。本体２１には、４つの気筒（燃焼室）♯１乃至♯４が形成されている。各気筒♯１乃至♯４の上部には、それぞれ、燃料噴射弁（インジェクタ）２３が配設されている。各燃料噴射弁２３は、後述するエンジンＥＣＵ（電子制御ユニット）７０の指示に応答して開弁し、対応する気筒♯１乃至♯４内に燃料を直接噴射するようになっている。
【００４２】
燃料供給システム３０は、燃料加圧ポンプ（サプライポンプ）３１、燃料送出管３２及びコモンレール（蓄圧室）３３を含む。燃料加圧ポンプ３１の吐出口は燃料送出管３２に接続されている。燃料送出管３２はコモンレール３３に接続されている。コモンレール３３は燃料噴射弁２３に接続されている。
【００４３】
燃料加圧ポンプ３１は、図示しない燃料タンクに貯留されている燃料を汲み上げた後に加圧し、その加圧された高圧燃料を燃料送出管３２を通してコモンレール３３へ供給するようになっている。
【００４４】
吸気システム４０は、インテークマニホールド４１及び吸気管４２を含んでいる。インテークマニホールド４１は、「各気筒♯１乃至♯４に接続された枝部」及び「枝部が集合した集合部」を含む。吸気管４２はインテークマニホールド４１の集合部に接続されている。インテークマニホールド４１及び吸気管４２は吸気通路を構成している。
【００４５】
排気システム５０は、エキゾーストマニホールド５１、排気管５２、排気浄化装置５３及び尿素水添加装置５４を含んでいる。エキゾーストマニホールド５１は、「各気筒♯１乃至♯４に接続された枝部」及び「枝部が集合した集合部」を含む。排気管５２はエキゾーストマニホールド５１の集合部に接続されている。エキゾーストマニホールド５１及び排気管５２は排気通路を構成している。
【００４６】
排気浄化装置５３は、「選択還元型ＮＯｘ触媒（以下、「ＳＣＲ触媒」と称呼する。）５３ａ」及び「ＮＨ３酸化触媒（ＡＳＣ）５３ｂ」を含んでいる。ＳＣＲ触媒５３ａは排気管５２内に配設されている。ＮＨ３酸化触媒５３ｂは、ＳＣＲ触媒５３ａの下流位置の排気管５２内に配設されている。
【００４７】
尿素水添加装置５４は、尿素水タンク５５、第１接続管５６ａ、尿素水加圧装置５７、第２接続管５６ｂ及び尿素水噴射弁５８を含んでいる。第１接続管５６ａは、尿素水タンク５５と尿素水加圧装置５７とを接続している。第２接続管５６ｂは、尿素水加圧装置５７と尿素水噴射弁５８とを接続している。尿素水噴射弁５８は、ＳＣＲ触媒５３ａの上流位置の排気管５２に配設されている。
【００４８】
尿素水噴射弁５８は、ＥＣＵ７０の指示に応答して尿素水タンク５５内の尿素水を排気管５２内に噴射する。これにより、尿素水がＳＣＲ触媒５３ａに供給される。ＳＣＲ触媒５３ａに供給された尿素水は、下記の（１）式に示した加水分解反応を経てＮＨ３に変換される。
ＣＯ（ＮＨ２）２＋Ｈ２Ｏ→２ＮＨ３＋ＣＯ２      …（１）
【００４９】
各気筒（各燃焼室）♯１乃至♯４内における燃焼に伴い、ＮＯｘが発生する。このＮＯｘは、排気通路に排出され、ＳＣＲ触媒５３ａに流入する。ＳＣＲ触媒５３ａに流入したＮＯｘは、前記尿素水から生成されたＮＨ３を還元剤として、下記の（２）式乃至（４）式に示した化学反応の何れかを経てＳＣＲ触媒５３ａにより還元浄化される。
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ      …（２）
ＮＯ＋ＮＯ２＋２ＮＨ３→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ      …（３）
６ＮＯ２＋８ＮＨ３    →７Ｎ２＋１２Ｈ２Ｏ      …（４）
【００５０】
ところで、ＳＣＲ触媒５３ａに適量の尿素水（ＮＨ３の原料）が供給されている場合、その尿素水から生成されるＮＨ３はＮＯｘの浄化に使用されるので、ＳＣＲ触媒５３ａからＮＨ３が流出することはない。しかしながら、ＳＣＲ触媒５３ａに過剰な量の尿素水が供給されると、ＳＣＲ触媒５３ａからＮＨ３が流出することがある。
【００５１】
ＮＨ３酸化触媒５３ｂは、その活性時において、このようにＳＣＲ触媒５３ａから流出するＮＨ３を下記の（５）式に示した反応により酸化処理する。尚、ＮＨ３酸化触媒５３ｂが活性化していない場合、同触媒５３ｂが劣化している場合及び大量のＮＨ３がＮＨ３酸化触媒５３ｂに流入している場合等においては、ＮＨ３酸化触媒５３ｂの下流に流出する排ガスにＮＨ３が含まれる。
４ＮＨ３＋３Ｏ２→２Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ      …（５）
【００５２】
ＥＣＵ７０は、周知のマイクロコンピュータを含む電子回路であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ及びインターフェース等を含む。ＥＣＵ７０は、以下に述べるセンサ類と接続されていて、これらのセンサからの信号を受信（入力）するようになっている。更に、ＥＣＵ７０は、各種アクチュエータ（燃料噴射弁２３及び尿素水噴射弁５８等）に指示（駆動）信号を送出するようになっている。
【００５３】
ＥＣＵ７０は、エアフローメータ７１、クランク角度センサ７２、ＮＯｘセンサ７３及びＮＯｘセンサ７４と接続されている。
【００５４】
エアフローメータ７１は、吸気管４２に配設されている。このエアフローメータ７１は、吸気通路内を通過する吸入空気の質量流量（吸入空気量）を測定し、その吸入空気量Ｇａを表す信号を出力する。
【００５５】
クランク角度センサ７２は、機関本体部２０に配設されている。このクランク角度センサ７２は、機関１０の図示しないクランクシャフトの回転位置（即ち、クランク角度）に応じた信号を出力する。ＥＣＵ７０は、このクランク角度センサ７２及び図示しないカムポジションセンサからの信号に基づいて、所定の気筒の圧縮上死点を基準とした機関１０のクランク角度（絶対クランク角度）を取得する。更に、ＥＣＵ７０は、クランク角度センサ７２からの信号に基づいて、機関回転速度Ｎｅを取得する。
【００５６】
ＮＯｘセンサ７３は、ＳＣＲ触媒５３ａの上流位置の排気管５２に配設されている。このセンサ（以下、「上流側ＮＯｘセンサ」とも称呼する。）７３は、後述するように、同センサ７３に到達する排ガス中のＮＯｘ濃度を測定し、そのＮＯｘ濃度を表す信号（電流）を出力する。
【００５７】
ＮＯｘセンサ７４は、ＮＨ３酸化触媒５３ｂの下流位置（従って、ＳＣＲ触媒５３ａの下流位置）の排気管５２に配設されている。このセンサ（以下、「下流側ＮＯｘセンサ」とも称呼する。）７４は、後述するように、同センサ７４に到達する排ガス中の特定成分の濃度（具体的には、ＮＯｘ濃度又はＮＨ３濃度）を測定し、その特定成分の濃度を表す信号（電流）を出力する。
【００５８】
加えて、ＥＣＵ７０は、アクセル操作量センサ７５と接続されている。アクセル操作量センサ７５は、図示しないアクセルペダルの操作量を検出し、同操作量Ａccpを表す信号を出力する。
【００５９】
更に、本例においては、機関１０の運転中、ＥＣＵ７０は、ＳＣＲ触媒５３ａに「所定範囲の量」のＮＨ３を吸着させた状態が維持されるように、ＳＣＲ触媒５３ａに吸着されているＮＨ３の量（以下、「ＮＨ３吸着量」と称呼する。）に基づいて尿素水噴射弁５８から噴射する尿素水の量を制御する。この制御は、尿素水噴射制御と称呼される。
【００６０】
より具体的に述べると、ＥＣＵ７０は、後述するように上流側ＮＯｘセンサ７３により測定される「ＳＣＲ触媒５３ａに流入する排ガス中のＮＯｘ濃度」と、エアフローメータ７１により測定される「吸入空気量Ｇａ」と、に基づいて、ＳＣＲ触媒５３ａに流入するＮＯｘの量を推定する。更に、ＥＣＵ７０は、上流側ＮＯｘセンサ７３により測定される「前記ＮＯｘ濃度」と、後述するように下流側ＮＯｘセンサ７４により測定される「ＮＨ３酸化触媒５３ｂから流出する排ガス中のＮＯｘ濃度」と、に基づいて、ＳＣＲ触媒５３ａのＮＯｘ浄化率を推定する。
【００６１】
ＥＣＵ７０は、これら推定した「ＳＣＲ触媒５３ａに流入するＮＯｘの量」及び「ＳＣＲ触媒５３ａのＮＯｘ浄化率」に基づいて、ＳＣＲ触媒５３ａにてＮＯｘの還元に消費されるＮＨ３の量（以下、「ＮＨ３消費量」と称呼する。）を推定する。そして、ＥＣＵ７０は、この推定した「ＮＨ３消費量」を「現在のＮＨ３吸着量」から減算し、これにより得られる値を新たに現在のＮＨ３吸着量とする。
【００６２】
一方、現在のＮＨ３吸着量が前記所定範囲の量よりも少ない場合、ＥＣＵ７０は、「現在のＮＨ３吸着量と前記所定範囲の量との差」に基づいてＮＨ３吸着量を前記所定範囲の量とすることができる量の尿素水を尿素水噴射弁５８から噴射させる。このとき、ＥＣＵ７０は、尿素水噴射弁５８から噴射された尿素水の量に基づいて、ＳＣＲ触媒５３ａに新たに吸着するＮＨ３の量（以下、「新規ＮＨ３吸着量」と称呼する。）を推定する。そして、ＥＣＵ７０は、この推定した「新規ＮＨ３吸着量」を「現在のＮＨ３吸着量」に加算し、これにより得られる値を新たに現在のＮＨ３吸着量とする。
【００６３】
尚、前記ＮＨ３吸着量が多いほど、ＳＣＲ触媒５３ａによるＮＯｘ還元率は高くなる傾向にあるが、同ＮＨ３吸着量が過剰に多いとＳＣＲ触媒５３ａからＮＨ３が流出する「いわゆるアンモニアスリップ」が生じてしまう。そこで、前記所定範囲の上限値は、前記アンモニアスリップが生じない程度の値に設定される。一方、前記所定範囲の下限値は、ＳＣＲ触媒５３ａのＮＯｘ浄化率が最小限要求される浄化率となる値に設定される。
【００６４】
次に、図２を参照しながら、下流側ＮＯｘセンサ７４の内部構造について説明する。尚、上流側ＮＯｘセンサ７３の内部構造も、以下で説明する下流側ＮＯｘセンサ７４の内部構造と同じである。
【００６５】
下流側ＮＯｘセンサ７４は、その内部にセンサ素子７４ａを有する。このセンサ素子７４ａは、図２に示したように、２つの固体電解質層９０ａ及び９０ｂ、４つのアルミナ層９１ａ乃至９１ｄ、１つのヒータ層９２、１つの拡散抵抗層９３、並びに、５つの電極９４ａ乃至９４ｅを含む。
【００６６】
固体電解質層９０ａ及び９０ｂは、ジルコニア等からなる酸素イオン伝導性を有する薄板体である。アルミナ層９１ａ乃至９１ｄは、アルミナからなる緻密層（ガス不透過性の板体）である。これら層は、図２において下方から上方に向かって、アルミナ層９１ｄ、アルミナ層９１ｃ、アルミナ層９１ｂ、固体電解質層９０ｂ、アルミナ層９１ａ、及び、固体電解質層９０ａの順で積層されている。
【００６７】
拡散抵抗層９３は、多孔質の層であり、排ガスを通すことができる。この拡散抵抗層９３は、固体電解質層９０ａと固体電解質層９０ｂとの間に配設されている。
【００６８】
「固体電解質層９０ａ及び９０ｂ」と「拡散抵抗層９３」と「アルミナ層９１ａ」との間には、これら層の壁面により空間９８ａが画成されている。この空間９８ａには、センサ素子７４ａの外部から拡散抵抗層９３を通って排ガスが流入する（以下、この空間を「排ガス室」と称呼する。）。
【００６９】
更に、「固体電解質層９０ｂ」と「アルミナ層９１ｂ及び９１ｃ」との間には、これら層の壁面により空間９８ｂが画成されている。この空間９８ｂは、基準ガスとしての大気に通流している（以下、この空間を「大気室」又は「基準ガス室」と称呼する。）。
【００７０】
ヒータ層９２は、アルミナ層９１ｃとアルミナ層９１ｄとの間に配設されている。ヒータ層９２は、ＥＣＵ７０からの駆動信号に応答して発熱し、センサ素子７４ａの温度を上昇させる。
【００７１】
電極９４ｂは、排ガス室９８ａ内に配置されるように固体電解質層９０ａの一方の壁面に配設されている。電極９４ａは、固体電解質層９０ａを挟んで電極９４ｂに対向するように、固体電解質層９０ａの他方の壁面に配設されている。この電極９４ａは、センサ素子７４ａの外部（大気）に露出している。更に、電極９４ａは、配線９５ｄを介して電圧源９５ｂの正極に接続されている。配線９５ｄには、電極９４ａから電圧源９５ｂに向かう方向に順に、電気抵抗９５ｃ及び電流測定器９５ａが介装されている。電流測定器９５ａはＥＣＵ７０と接続されていて、電流測定器９５ａが測定する電流（後述する「ポンプ電流」）はＥＣＵ７０に送出される。一方、電極９４ｂは、配線９５ｅを介して電圧源９５ｂの負極に接続されている。
【００７２】
これら「電極９４ａ及び９４ｂ、固体電解質層９０ａ、電流測定器９５ａ、電圧源９５ｂ、電気抵抗９５ｃ、並びに、配線９５ｄ及び９５ｅ」は、ポンプ部９５を構成している。
【００７３】
電極９４ｃは、排ガスの流れの方向に沿って前記電極９４ｂの下流側において排ガス室９８ａ内に配置されるように固体電解質層９０ｂの一方の壁面に配設されている。電極９４ｄは、固体電解質層９０ｂを挟んで電極９４ｃに対向するように、固体電解質層９０ｂの他方の壁面に配設されている。この電極９４ｄは、大気室９８ｂ内に配置されている。電極９４ｃは、配線９６ｂを介して電圧測定器９６ａに接続されている。一方、電極９４ｄは、配線９６ｃを介して電圧測定器９６ａに接続されている。電圧測定器９６ａはＥＣＵ７０と接続されていて、電圧測定器９６ａが測定する電圧はＥＣＵ７０に送出される。これら「電極９４ｃ及び９４ｄ、電圧測定器９６ａ、並びに、配線９６ｂ及び９６ｃ」は、酸素濃度検出回路９６を構成している。
【００７４】
電極９４ｅは、排ガスの流れの方向に沿って前記電極９４ｃの下流側において排ガス室９８ａ内に配置されるように固体電解質層９０ｂの一方の壁面に配設されている。この電極９４ｅは、固体電解質層９０ｂを挟んで電極９４ｄに対向するように固体電解質層９０ｂの壁面に配設されている。電極９４ｄは、配線９７ｃを介して電圧源９７ｂの正極に接続されている。一方、電極９４ｅは、配線９７ｄを介して電圧源９７ｂの負極に接続されている。配線９７ｄには、電流測定器９７ａが介装されている。電流測定器９７ａはＥＣＵ７０と接続されていて、電流測定器９７ａが測定する電流（後述する「センサ電流」）はＥＣＵ７０に送出される。これら「電極９４ｄ及び９４ｅ、電流測定器９７ａ、電圧源９７ｂ、並びに、配線９７ｃ及び９７ｄ」は、センサ部９７を構成している。
【００７５】
次に、下流側ＮＯｘセンサ７４による排ガス中のＮＯｘ濃度の測定について図３を参照しながら説明する。尚、上流側ＮＯｘセンサ７３による排ガス中のＮＯｘ濃度の測定も、以下で説明する「下流側ＮＯｘセンサ７４による排ガス中のＮＯｘ濃度の測定」と同じである。
【００７６】
下流側ＮＯｘセンサ７４に到達した排ガスは、拡散抵抗層９３を通って排ガス室９８ａに流入する。ポンプ部９５を構成する「電極９４ａと電極９４ｂと」の間には、電圧源９５ｂにより電圧が印加されている。これにより、図３に示したように、排ガス中の酸素（Ｏ２）は、電極９４ｂにおいて電子（ｅ−）を受け取り、酸素イオン（Ｏ２−）となる。このＯ２−は、固体電解質層９０ａを通って電極９４ａに到達する。電極９４ａに到達したＯ２−は、同電極９４ａにおいて電子を放出し、酸素（Ｏ２）となってセンサ素子７４ａの外部に放出される。
【００７７】
このように、固体電解質層９０ａ内をＯ２−が通過することにより、ポンプ部９５に電流が流れる。
【００７８】
更に、排ガス中に二酸化窒素（ＮＯ２）が含まれている場合、このＮＯ２は、電極９４ｂにおいて還元されてＮＯとなる。このＮＯの還元に起因してＯ２が生成される。このＯ２も電極９４ｂにおいてＯ２−となり、このＯ２−も固体電解質層９０ａを通って電極９４ａに到達する。この電極９４ａに到達したＯ２−も、同電極９４ａにおいて電子（ｅ−）を放出し、Ｏ２となってセンサ素子７４ａの外部に放出される。
【００７９】
このように、ＮＯ２の還元に起因して生成されるＯ２−が固体電解質層９０ａ内を通過することによっても、ポンプ部９５に電流が流れる。
【００８０】
電流測定器９５ａは、上述したようにポンプ部９５を流れる電流Ｉpを検出する。この電流（以下、「ポンプ電流」とも称呼する。）Ｉpは、固体電解質層９０ａ内を通過するＯ２−の量が多いほど大きい。つまり、このポンプ電流Ｉpは、排ガス室９８ａに流入する排ガス中のＯ２濃度が高いほど大きく、同排ガス中のＮＯ２濃度が高いほど大きい。
【００８１】
尚、電極９４ａと電極９４ｂとの間には、これら電極間に流れる電流が酸素の限界電流（酸素に対する限界電流）となる値の電圧が印加されている。このため、センサ素子７４ａの外部から拡散抵抗層９３を通って排ガス室９８ａに流入した排ガス中のＯ２濃度は、ポンプ部９５により極めて小さい一定の濃度（本例において、略「０」と見做せる数ｐｐｍの濃度）にまで低下される。
【００８２】
酸素濃度検出回路９６を構成する「電極９４ｃと電極９４ｄと」の間には、「ポンプ部９５によりＯ２濃度が低下された排ガス中のＯ２濃度」と「大気室９８ｂ内のＯ２濃度」との差に起因して電圧（起電力）が発生する。電圧測定器９６ａはこの電圧を測定する。ＥＣＵ７０は、この測定された電圧に基づいて「ポンプ部９５によりＯ２濃度が低下された排ガス中のＯ２濃度」を推定する。このＯ２濃度は、後述するようにＮＯｘ濃度を算出（推定）する際の「センサ電流の補正」に用いられる。
【００８３】
センサ部９７を構成する「電極９４ｄと電極９４ｅと」の間には、センサ部９７の電圧源９７ｂにより一定の電圧が印加されている。これにより、電極９４ｅに到達した排ガス中にＮＯが含まれている場合、このＮＯは、電極９４ｅにおいて還元されて窒素（Ｎ２）となる。
【００８４】
このＮＯの還元に起因してＯ２が生成される。このＯ２は、電極９４ｅにおいてＯ２−となり、このＯ２−は固体電解質層９０ｂを通って電極９４ｄに到達する。この電極９４ｄに到達したＯ２−は、同電極９４ｄにおいて電子（ｅ−）を放出してＯ２となってセンサ素子７４ａの外部に放出される。
【００８５】
このように、ＮＯの還元に起因して生成されるＯ２−が固体電解質層９０ｂ内を通過することにより、センサ部９７に電流Ｉsが流れる。電流測定器９７ａは、この電流Ｉsを検出する。この電流（以下、「センサ電流」とも称呼する。）Ｉsは、固体電解質層９０ｂ内を通過するＯ２−の量が多いほど大きい。つまり、このセンサ電流Ｉsは、電極９４ｅに到達した排ガス中のＮＯ濃度（ＮＯｘ濃度）が高いほど大きい。
【００８６】
ところで、電極９４ｅ（センサ部９７）に到達した排ガス中にＯ２が含まれている場合、電極９４ｅにおいて、排ガス中のＯ２もＯ２−に変換され、このＯ２−も固体電解質層９０ｂを通って電極９４ｄに到達する。この場合、センサ電流Ｉsには、「ＮＯの還元に起因して生成されたＯ２に起因する電流」と、「電極９４ｅに到達した排ガスに元々含まれていたＯ２に起因する電流」と、が含まれている。
【００８７】
一方、電極９４ｅに到達した排ガスに元々含まれていたＯ２の量は、前記酸素濃度検出回路９６により検出されるＯ２濃度に基づいて推定することができる。そこで、本例においては、ＥＣＵ７０は、「電極９４ｅに到達した排ガスに元々含まれていたＯ２に起因して発生したセンサ電流」をセンサ電流Ｉsから減算（補正）し、これにより得られるセンサ電流Ｉsに基づいて「ＮＨ３酸化触媒５３ｂから流出する排ガス中のＮＯｘ濃度」を推定（測定）する。但し、前述したように、拡散抵抗層９３を通って排ガス室９８ａに流入した排ガス中のＯ２濃度はポンプ部９５により極めて小さい一定の濃度にまで低下されている。従って、酸素濃度検出回路９６により検出されるＯ２濃度に基づくセンサ電流Ｉsの補正量は微小な一定値に設定することができ、場合によってはそのような補正は行わなくてもよい。
【００８８】
上流側ＮＯｘセンサ７３も、同様にして、ＳＣＲ触媒５３ａに流入する排ガス中のＮＯｘ濃度を推定（測定）する。
【００８９】
（本判定装置の作動の概要）
次に、本判定装置の作動の概要について説明する。
【００９０】
上述したように、下流側ＮＯｘセンサ７４のポンプ部９５は、排ガス中のＯ２のみならず、排ガス中のＮＯ２をＮＯに変換したときに発生するＯ２もＯ２−の形でセンサ素子７４ａの外部にポンピングし、このポンピングされたＯ２−の量に応じた電流（ポンプ電流）Ｉpを発生する。更に、下流側ＮＯｘセンサ７４のセンサ部９７は、排ガス中のＮＯを還元したときに発生するＯ２をＯ２−の形でセンサ素子７４ａの外部にポンピングし、このポンピングされたＯ２−の量に応じた電流（センサ電流）Ｉsを発生する。
【００９１】
従って、図５を参照しながら先述したように、下流側ＮＯｘセンサ７４に到達する排ガス中の「ＮＯｘ量とＮＨ３量とを合計した総量」に占めるＮＯｘ量の割合（ＮＯｘ割合）が１００％である場合、ポンプ電流Ｉpとセンサ電流Ｉsとの変動位相の差（位相差）を算出すると、この位相差の絶対値は、理論上、０°となる。
【００９２】
尚、あるポンプ電流Ｉpが取得されたガスがセンサ部９７にまで移動してセンサ電流Ｉsを生じるまでに「無視できない遅れ時間」がある場合には、その遅れ時間を考慮の上で（即ち、ポンプ電流Ｉpとセンサ電流Ｉsとを同期させた上で）上記位相差を取得することが好ましい（以下において同じ）。
【００９３】
一方、ＳＣＲ触媒５３ａに過剰な尿素水が供給されると、排ガス室９８ａにＮＨ３が流入することがある。その排ガス室９８ａ流入した排ガス中のＮＨ３は、図４に示したように、電極９４ｂにおいて排ガス中に多量に含まれているＯ２の一部と反応して一酸化窒素（ＮＯ）とＨ２Ｏとに変換される。即ち、ポンプ部９５においてＮＨ３がＮＯとＨ２Ｏとに変換されるときに排ガス中のＯ２の一部が消費される。従って、排ガス中のＮＨ３量が多くなると、ポンプ部９５によりセンサ素子７４ａの外部にポンピングされるＯ２の量が少なくなる。
【００９４】
他方、排ガス中のＮＨ３量が少なくなると、ポンプ部９５におけるＮＨ３からＮＯへの変換に消費されるＯ２の量が少なくなる。その結果、ポンプ部９５によりセンサ素子７４ａの外部にポンピングされるＯ２の量は、排ガス中のＮＨ３量が少ない場合に比べて相対的に多くなる。
【００９５】
更に、ＮＨ３から生成されたＮＯは、その後、センサ部９７の電極９４ｅに到達し、上述したように、この電極９４ｅにおいてＮ２に還元される。そして、このＮＯの還元に起因してＯ２が生成される。このＯ２は、電極９４ｅにおいてＯ２−となり、このＯ２−は固体電解質層９０ｂを通って電極９４ｄに到達する。この電極９４ｄに到達したＯ２−は、同電極９４ｄにおいて電子を放出してＯ２となってセンサ素子７４ａの外部に放出される。
【００９６】
このように、ＮＯの還元により放出されたＯ２−が固体電解質層９０ｂ内を通過することにより、センサ部９７に電流（センサ電流）Ｉsが流れる。このように、ＮＨ３割合が１００％であったとしても、センサ電流Ｉsが発生する。このセンサ電流Ｉsは、固体電解質層９０ｂ内を通過するＯ２−の量が多いほど大きい。つまり、このセンサ電流Ｉsは、電極９４ｅ（センサ部９７）に到達する排ガス中のＮＯ量が多いほど、言い換えると、排ガス室９８ａに流入する排ガス中のＮＨ３量が多いほど大きい。
【００９７】
下流側ＮＯｘセンサ７４に到達する排ガス中のＮＨ３割合が１００％である場合、センサ部９７にて還元されるＮＯは、ポンプ部９５にてＮＨ３から生成されたＮＯである。従って、センサ部９７に到達する排ガス中のＮＯ量は、下流側ＮＯｘセンサ７４に到達する排ガス中のＮＨ３量が多くなると多くなり、同ＮＨ３量が少なくなると少なくなる。
【００９８】
従って、図５を参照しながら先述したように、下流側ＮＯｘセンサ７４に到達する排ガス中のＮＨ３割合が１００％である場合、ポンプ電流Ｉpとセンサ電流Ｉsとの変動位相の差（位相差）を算出すると、この位相差の絶対値は、理論上、１８０°となる。
【００９９】
図６を参照しながら先述したように、実際に行った実験の結果によれば、ＮＨ３割合が略１００％である場合における「ポンプ電流Ｉpの特定周波数成分とセンサ電流Ｉsの特定周波数成分との位相差の絶対値（図６（Ｂ）を参照。）」は、ＮＯｘ割合が略１００％である場合（即ち、ＮＨ３割合が略０％である場合）における当該位相差の絶対値（図６（Ａ）を参照。）に比べて概ね大きい。特に、特定周波数が１Ｈｚ以下の範囲においては（特に、０．６Ｈｚ又はその近傍の値であると）、ＮＨ３割合が略１００％である場合における位相差の絶対値は、ＮＯｘ割合が略１００％である場合（即ち、ＮＨ３割合が略０％である場合）における位相差の絶対値に比べて顕著に大きい。
【０１００】
そこで、本判定装置は、ポンプ電流Ｉp及びセンサ電流Ｉsを取得し、これら電流Ｉp及びＩsをフーリエ変換することによりこれら電流Ｉp及びＩsの各周波数成分を取得する。次いで、本判定装置は、これら取得した周波数成分のうち、１Ｈｚ以下の範囲の特定周波数（本例において、０．６Ｈｚ）に対応する周波数成分の位相差ΔＰの絶対値|ΔＰ|が第１閾値ΔＰth_large（「０」よりも大きい値であって、本例において、１５０°）以上である場合、「前記ＮＨ３割合が略１００％であり且つ前記ＮＯｘ割合が略０％であり、従って、排ガス中にＮＨ３が含まれている」と判定する。
【０１０１】
一方、本判定装置は、前記位相差の絶対値|ΔＰ|が「前記第１閾値ΔＰth_largeよりも小さい第２閾値ΔＰth_small（「０」よりも大きい値であって、本例において、１００°）」以下である場合、「前記ＮＨ３割合が略０％であり且つ前記ＮＯｘ割合が略１００％であり、従って、排ガス中にＮＯｘは含まれているがＮＨ３は含まれていない」と判定する。
【０１０２】
以上が本判定装置の作動の概要であり、これにより、「ＮＨ３酸化触媒５３ｂから流出する排ガス中のＮＨ３割合が略１００％であるか否か」、即ち、「同排ガス中にＮＨ３が含まれているか否か」を判定することができる。
【０１０３】
尚、本例において、前記位相差の絶対値|ΔＰ|が「前記第１閾値ΔＰth_largeよりも小さく且つ前記第２閾値ΔＰth_smallよりも大きい」場合、排ガス中にＮＨ３が含まれているか否かの判定は行わない。
【０１０４】
（本判定装置の具体的な作動）
次に、本判定装置の具体的な作動について説明する。所定のタイミングになると、ＥＣＵ７０のＣＰＵは、図７にフローチャートにより示したガス成分判定ルーチンの処理を実行するようになっている。
【０１０５】
従って、前記所定のタイミングになると、ＣＰＵは、図７のステップ７００から処理を開始してステップ７０５に進み、初期ＮＨ３吸着が完了しているか否かを判定する。
【０１０６】
前記初期ＮＨ３吸着は、ＳＣＲ触媒５３ａのＮＨ３吸着量が「０」である場合に、同ＮＨ３吸着量を一気に前記所定範囲の量まで増大させるためのＳＣＲ触媒５３ａへのＮＨ３の吸着である。
【０１０７】
より具体的に述べると、ＳＣＲ触媒５３ａのＮＨ３吸着量は、例えば、ＳＣＲ触媒５３ａの上流位置の排気通路にＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）が配設されており、同ＤＰＦに捕集されているパティキュレートを処理するために排ガスの温度が上昇せしめられ、その結果、ＳＣＲ触媒５３ａの温度が比較的高い温度になった場合、略「０」となる。この場合、ＥＣＵ７０は、ＮＨ３吸着量を一気に前記所定範囲の量まで増大させる量の尿素水を尿素水噴射弁５８から噴射させる。これによるＳＣＲ触媒５３ａへのＮＨ３の吸着が「前記初期ＮＨ３吸着」である。
【０１０８】
ＣＰＵは、ＮＨ３吸着量を一気に前記所定範囲の量まで増大させるための「尿素水噴射弁５８からの尿素水の噴射」によりＮＨ３吸着量が前記所定範囲の量に達している場合、初期ＮＨ３吸着が完了していると判定する。
【０１０９】
ＣＰＵがステップ７０５の処理を実行する時点において初期ＮＨ３吸着が完了していない場合、ＣＰＵはそのステップ７０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ７９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。一方、初期ＮＨ３吸着が完了している場合、ＣＰＵはステップ７０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７１０に進み、下流側ＮＯｘセンサ７４が活性状態にあるか否かを判定する。より具体的に述べると、ＣＰＵは、下流側ＮＯｘセンサ７４の温度が所定の活性温度以上であるか否かを判定する。
【０１１０】
尚、本例において、ＣＰＵは、酸素濃度検出回路９６が所定値以上の電圧を発生しているとき下流側ＮＯｘセンサ７４の温度が所定の活性温度以上であると判定する。
【０１１１】
ＣＰＵがステップ７１０の処理を実行する時点において下流側ＮＯｘセンサ７４が活性状態にない場合、ＣＰＵはそのステップ７１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ７９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。一方、下流側ＮＯｘセンサ７４が活性状態にある場合、ＣＰＵはそのステップ７１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７１５に進み、ＮＨ３吸着量を前記所定範囲の量に維持するための前述した尿素水噴射制御が行われているか否かを判定する。尿素水噴射制御が行われていない場合、ＣＰＵはステップ７１５にて「Ｎｏ」と判定してステップ７９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１１２】
一方、尿素水噴射制御が行われている場合、ＣＰＵはステップ７１５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７２０に進み、「ポンプ電流Ｉpの特定周波数（本例において、０．６Ｈｚ）における位相Ｐp」と「センサ電流Ｉsの前記特定周波数における位相Ｐs」との差（位相差）を取得し、その位相差の絶対値|ΔＰ|（＝｜Ｐs−Ｐp｜）が第１閾値ΔＰth_large（＞０）以上であるか否かを判定する。
【０１１３】
前記位相差の絶対値|ΔＰ|が第１閾値ΔＰth_large以上である場合、ＣＰＵはステップ７２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７２５に進み、排ガス中の「ＮＨ３割合が略１００％であり且つＮＯｘ割合が略０％である（即ち、排ガス中にＮＨ３が含まれているが、ＮＯｘは含まれていない）」と判定する。次いで、ＣＰＵは、ステップ７９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１１４】
一方、ＣＰＵがステップ７２０の処理を行う時点において前記位相差の絶対値|ΔＰ|が前記第１閾値ΔＰth_largeよりも小さい場合、ＣＰＵはそのステップ７２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ７３０に進み、前記位相差の絶対値|ΔＰ|が第２閾値ΔＰth_small（０≦ΔＰth_small＜ΔＰth_large）以下であるか否かを判定する。前記位相差の絶対値|ΔＰ|が第２閾値ΔＰth_small以下である場合、ＣＰＵはステップ７３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７３５に進み、排ガス中の「ＮＨ３割合が略０％であり且つＮＯｘ割合が略１００％である（即ち、排ガス中にＮＯｘが含まれているが、ＮＨ３は含まれていない）」と判定する。次いで、ＣＰＵは、ステップ７９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１１５】
一方、ＣＰＵがステップ７３０の処理を行う時点において前記位相差の絶対値|ΔＰ|が第２閾値ΔＰth_smallよりも大きい場合、ＣＰＵはそのステップ７３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ７９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。この場合、排ガス中のＮＨ３割合が略１００％であるか否かの判定は行われない。
【０１１６】
以上が本判定装置の具体的な作動であり、これにより、「ＮＨ３酸化触媒５３ｂから流出する排ガス中のＮＨ３割合が略１００％であるか否か」、即ち、「同排ガス中にＮＨ３が含まれているか否か」が判定される。
【０１１７】
尚、上記ガス成分判定装置が「排ガス中のＮＨ３割合が略１００％である」と判定した場合、ＥＣＵ７０は、「ＮＨ３酸化触媒５３ｂにより酸化処理可能なＮＨ３の量よりも多いＮＨ３」がＳＣＲ触媒５３ａから流出していると判断し、ＳＣＲ触媒５３ａからＮＨ３が流出しなくなるように、尿素水噴射弁５８から噴射する尿素水の量を減量する。
【０１１８】
尚、演算のし易さを考慮して、上記ガス成分判定装置は、前記位相差の絶対値として、同じ時点で取得される「ポンプ電流Ｉp及びセンサ電流Ｉs」の特定周波数における位相差の絶対値を用いている。
【０１１９】
しかしながら、上記ガス成分判定装置は、前記位相差の絶対値として、「ある時点で取得されるポンプ電流Ｉp」及び「そのポンプ電流Ｉpの取得時点においてポンプ部９５に到達していた排ガスがセンサ部９７に到達した時点のセンサ電流Ｉs」の特定周波数における位相差の絶対値を用いるように構成されてもよい。
【０１２０】
更に、上記実施形態においては、第１閾値ΔＰth_largeを「１５０°」としているが、この第１閾値ΔＰth_largeは、ＮＨ３割合が略１００％である場合における前記位相差の絶対値|ΔＰ|よりも確実に小さい値であって、ＮＯｘ割合が略１００％である場合（即ち、ＮＨ３割合が略０％である場合）における前記位相差の絶対値|ΔＰ|よりも確実に大きい値であればよい。
【０１２１】
同様に、上記実施形態においては、第２閾値ΔＰth_smallを「１００°」としているが、この第２閾値ΔＰth_smallは、ＮＯｘ割合が略１００％である場合（即ち、ＮＨ３割合が略０％である場合）における前記位相差の絶対値|ΔＰ|よりも確実に大きい値であって、ＮＨ３割合が略１００％である場合における前記位相差の絶対値|ΔＰ|よりも確実に小さい値であればよい。
【０１２２】
更に、上記ガス成分判定装置は、１Ｈｚ以下の範囲の特定周波数における位相差の絶対値|ΔＰ|を用いて「排ガス中にＮＨ３が含まれているか否か」を判定している。これは、図６に示したように、周波数が１Ｈｚよりも大きい範囲においては、「ＮＨ３割合が１００％である場合の位相差の絶対値（図６（Ｂ）を参照。）」が「ＮＨ３割合が０％である場合の位相差の絶対値（図６（Ａ）を参照。）」よりも小さい場合があるからである。
【０１２３】
このような関係が位相差の絶対値に生じる理由は、１Ｈｚよりも高い周波数成分はノイズの影響を受ける可能性が高いからであると推定される。
【０１２４】
しかしながら、ＮＨ３割合が略１００％である場合において「１Ｈｚよりも高い所定周波数」における位相差の絶対値が、ＮＨ３割合が略０％である場合の「前記所定周波数」における位相差の絶対値よりも確実に大きい場合には、ガス成分判定装置は、前記所定周波数における位相差の絶対値を用いて「ＮＨ３割合が略１００％であるか否か」を判定するように構成されてもよい。
【０１２５】
加えて、上記ガス成分判定装置は、「ポンプ電流Ｉpの１Ｈｚ以下（特定範囲）の特定周波数における位相Ｐp」と「センサ電流Ｉsの前記特定周波数における位相Ｐs」との差（位相差）の絶対値を「互いに異なる複数の特定周波数」について取得し、これら位相差の絶対値の平均値を用いて「排ガス中にＮＨ３が含まれているか否か」を判定するように構成されてもよい。
【０１２６】
この場合、ガス成分判定装置は、前記平均値が第１閾値ΔＰth_large以上である場合、「排ガス中にＮＨ３は含まれているがＮＯｘは含まれていない」と判定し、前記平均値が第２閾値ΔＰth_small以下である場合、「排ガス中にＮＯｘは含まれているがＮＨ３は含まれていない」と判定する。
【０１２７】
更に、上記ガス成分判定装置は、ポンプ電流Ｉp及びセンサ電流Ｉsの特定周波数成分を「フーリエ変換」により取得している。しかしながら、上記ガス成分判定装置は、特定周波数成分のみを抽出するバンドパスフィルタ回路を用いて、ポンプ電流Ｉp及びセンサ電流Ｉsの特定周波数成分を取得するように構成されてもよい。
【０１２８】
加えて、上記実施形態においては、尿素水をＳＣＲ触媒５３ａに供給することにより同触媒５３ａにＮＨ３を供給している。しかしながら、ＮＨ３自体をＳＣＲ触媒５３ａに供給するようにしてもよい。
【０１２９】
更に、下流側ＮＯｘセンサ７４に到達する排ガス中のＮＨ３割合が略１００％である場合、センサ電流Ｉsは、同排ガス中のＮＨ３濃度に相関する。従って、上記実施形態において、排ガス中のＮＨ３割合が略１００％であると判定された場合、センサ電流Ｉsに基づいて同排ガス中のＮＨ３濃度を推定するようにしてもよい。
【０１３０】
この場合、ＳＣＲ触媒５３ａからＮＨ３が流出しないように前記推定されたＮＨ３濃度に応じて尿素水噴射弁５８から噴射する尿素水の量を減量するようにしてもよい。
【０１３１】
更に、上記内燃機関は、排気通路にＮＨ３酸化触媒（ＡＳＣ）５３ｂを備えている。しかしながら、本発明のガス成分判定装置は、ＮＨ３酸化触媒５３ｂを備えていない内燃機関にも適用可能である。更には、上記内燃機関は、排気通路にＳＣＲ触媒５３ａを備えている。しかしながら、本発明のガス成分判定装置は、ＳＣＲ触媒５３ａを備えていない内燃機関にも適用可能である。
【０１３２】
以上説明したように、本発明の実施形態に係るガス成分判定装置（以下、「本実施判定装置」と称呼する。）は、
「拡散抵抗層９３を介して内部（排ガス室９８ａ）に導入された内燃機関１０の排ガスにＮＯ２が含まれている場合に同ＮＯ２をＮＯに変換し且つ同排ガスにＮＨ３が含まれている場合に同ＮＨ３を同排ガスに含まれる酸素を用いてＮＯに変換し、前記排ガスに含まれる酸素及び前記ＮＯ２を前記ＮＯに変換したときに発生する酸素を酸素イオンの形で外部にポンピングし、このポンピングされた酸素イオンの量に応じた電流であるポンプ電流Ｉpを発生するポンプ部９５」、及び、
「前記ポンプ部９５により前記酸素がポンピングされた後に前記排ガスにＮＯが含まれている場合に同ＮＯを還元して酸素を発生し且つこの発生する酸素を酸素イオンの形で外部にポンピングし、このポンピングされた酸素イオンの量に応じた電流であるセンサ電流Ｉsを発生するセンサ部９７」、
を有するセンサ７４と、
前記ポンプ電流Ｉpと前記センサ電流Ｉsとの特定周波数における位相差の絶対値|ΔＰ|が大きいほど大きくなるＮＨ３相関値（位相差の絶対値|ΔＰ|又は前記位相差の絶対値の平均値）が所定の第１閾値ΔＰth_large以上である場合（図７のステップ７２０において「Ｙｅｓ」の場合を参照。）に前記排ガス中にＮＨ３が含まれていると判定する判定部（ＥＣＵ７０のＣＰＵ、及び、図７のステップ７２５を参照。）と、
を備える。
【０１３３】
更に、本実施装置の前記判定部は、前記ＮＨ３相関値が前記第１閾値よりも小さい第２閾値ΔＰth_small以下である場合（図７のステップ７３０において「Ｙｅｓ」の場合を参照。）、前記排ガス中にＮＯｘは含まれているがＮＨ３は含まれていないと判定する（図７のステップ７３５を参照。）。
【０１３４】
加えて、前記内燃機関は、前記排ガス中のＮＯｘをＮＨ３により還元する選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒５３ａ）を排気通路（排気管５２）に備えるとともに、前記ＮＯｘ触媒にＮＨ３（ＮＨ３の原料となる尿素水）を供給する供給部（尿素水添加装置５４、特に、尿素水噴射弁５８）、及び、前記供給部から前記ＮＯｘ触媒に供給するＮＨ３（ＮＨ３の原料となる尿素水）の量を制御する供給量制御部（ＥＣＵ７０）を備える。前記センサは、前記ＮＯｘ触媒の下流位置の前記排気通路に配設されている。そして、前記判定部は、前記排ガス中にＮＨ３が含まれていると判定した場合、前記供給量制御部に前記ＮＯｘ触媒に供給するＮＨ３（ＮＨ３の原料となる尿素水）の量を減量させるように構成されている。
【０１３５】
以上の構成により、下流側ＮＯｘセンサ７４に到達する排ガス中にＮＨ３が含まれているか否かを判定することができる。
【符号の説明】
【０１３６】
１０…内燃機関、５３ａ…ＳＣＲ触媒、５８…尿素水噴射弁、７０…ＥＣＵ、７４…下流側ＮＯｘセンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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