JP5880514B2 - エンジンの排気浄化システム - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの排気管内へ還元剤を添加して排気ガスを浄化する排気浄化システムに関する。

近年、車両等に適用されるエンジン（特にディーゼルエンジン）において、排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を高い浄化率で浄化する排気浄化システムとして、尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）の開発が進められている。

尿素ＳＣＲは、タンクに貯蔵された還元剤としての尿素水（尿素水溶液）を圧送するポンプと、ポンプの吐出側に接続された吐出配管と、吐出配管を通じて圧送された尿素水をエンジンの排気管内へ添加する添加弁と、を備えている。

添加弁から排気管内へ尿素水が添加される場合、排気ガスと共に尿素水がＳＣＲ触媒へ供給され、該ＳＣＲ触媒上でＮＯｘの還元反応によって排気ガスが浄化される。このＮＯｘの還元に際しては、尿素水が排気熱で加水分解されることによりアンモニア（ＮＨ3）が生成され、ＳＣＲ触媒にて選択的に吸着された排気ガス中のＮＯｘに対しアンモニアが添加される。そして、同ＳＣＲ触媒上で、アンモニアに基づく還元反応が行われることによってＮＯｘが還元、浄化されることになる。

ところで添加弁を用いて排気管内に尿素水を添加する場合、添加弁が高温の排気ガスに曝されることで温度が上昇する。添加弁の過度な温度上昇は故障等の不具合の発生につながる為、添加弁の熱を放熱させるための冷却装置が設けられている。例えば、添加弁とポンプとに冷却液としての尿素液を循環させることで、添加弁の熱を放熱する冷却装置が知られている（特許文献１参照）。

特表２０１２−５０９４３９号公報

しかしエンジンの作動中において、例えば冷却液が凍結している場合には、冷却液を循環させることができず、添加弁の冷却を適正に行うことができなくなる。この場合、添加弁温度が耐熱温度を超えて上昇することで、故障等の不具合が引き起こされるおそれがある。この際、添加弁の温度上昇を抑えるために、エンジン出力を制限して排気ガスの熱量を抑えることが考えられている。しかしエンジン出力を制限することは、トルクを十分に得られなくなる等の不都合を招くことにつながる。

本発明は、エンジンの作動中において添加弁の冷却を適正に行えない場合に、添加弁の熱害を回避しつつ、エンジン出力を制限することに伴う不都合を抑えることができるエンジンの排気浄化システムを提供することを主たる目的とするものである。

請求項１に記載の発明では、エンジンの排気管に設けられ、その排気管内を流通する排気ガスに還元剤を添加する添加弁と、添加弁の温度を取得する温度取得手段と、冷却液を循環させることにより添加弁を冷却する冷却手段と、冷却手段による冷却が正常に実施されるか否かを判定する判定手段と、エンジンの作動中において、冷却が正常に実施されていないと判定される場合に、添加弁の耐熱温度と温度取得手段で取得される添加弁の温度とに基づいて、添加弁の温度が耐熱温度以下となるようにエンジンの出力を制限する出力制限手段と、を備えることを特徴とする。

上記発明では、添加弁の冷却を適正に行えない場合に、添加弁の耐熱温度と温度取得手段で取得される添加弁の温度に基づいて、添加弁の温度が耐熱温度以下となるようにエンジン出力が制限される。この際、添加弁の耐熱温度だけでなく、添加弁の実際の温度も加味してエンジン出力の制限が行われる為、添加弁の耐熱温度に対する実温度の差などに基づいて適量の出力制限を実現できる。これにより冷却液の循環に異常がある場合に、添加弁の熱害を回避しつつ、エンジン出力を制限することに伴う不都合を抑えることができる。

エンジンの排気浄化システムの概略を示す構成図。 添加弁の断面構成の概略図。 エンジンの出力制限処理の手順のフローチャート。 エンジンの出力制限処理のタイミングチャート。 エンジンの出力制限処理の変用例のタイミングチャート。

以下、本発明を具体化した排気浄化システムの実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態の排気浄化システムは、選択還元型触媒（以下、ＳＣＲ触媒という）を用いて排気ガス中のＮＯｘを浄化するものであり、尿素ＳＣＲシステムとして構築されている。はじめに、図１を参照してこのシステムの構成について詳述する。図１は、本実施形態に係る尿素ＳＣＲシステムの概要を示す構成図である。本システムは、車両に搭載されたディーゼルエンジン（図示略）により排出される排気ガスを浄化対象として、排気ガスを浄化するための各種アクチュエータ及び各種センサ、並びにＥＣＵ（電子制御ユニット）４０等を有して構築されている。なお本実施形態の排気浄化システムは、ディーゼルエンジンが搭載された各種車両に適用できる。またクレーン車等の建設機械、トラクター等の農業機械等にも適用可能である。

図１のエンジン排気系において、エンジン１０には排気通路１１ａを形成する排気管１１が接続されており、その排気管１１に、排気上流側から順にＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）１２、ＳＣＲ触媒１３が配設されている。また、排気管１１においてＤＰＦ１２とＳＣＲ触媒１３との間には、還元剤溶液としての尿素水（尿素水溶液）を排気通路１１ａに添加供給する尿素水添加弁２０（以下添加弁２０と記す）が設けられている。なお添加弁２０は、高温の排気ガス（例えば６００℃）から加えられる熱の影響をできるだけ避けるために、先端側のみが排気管１１内に位置されるように取り付けられているとする。

排気管１１には、ＮＯｘセンサ１６と排気温センサ１７が設けられている。ＮＯｘセンサ１６は、排気通路１１ａを流通する排気中のＮＯｘ量（ＳＣＲ触媒１３によるＮＯｘの浄化率）を検出する。排気温センサ１７は、排気通路１１ａを流通する排気ガスの温度を検出する。

なお排気管１１においてＳＣＲ触媒１３の下流側には、アンモニア除去装置としての酸化触媒が設けられていてもよい。この酸化触媒により、ＳＣＲ触媒から排出されるアンモニア（ＮＨ3）、すなわち余剰のアンモニアが除去される。

次に、本システムの各構成についてそれぞれ説明する。

ＤＰＦ１２は、排気ガス中のＰＭ（粒子状物質）を捕集するＰＭ除去用フィルタである。ＤＰＦ１２は白金系の酸化触媒を担持しており、ＰＭ成分の１つである可溶性有機成分（ＳＯＦ）とともにＨＣやＣＯを除去する。このＤＰＦ１２に捕集されたＰＭは、ディーゼルエンジンにおけるメイン燃料噴射後のポスト噴射等により燃焼除去でき（再生処理に相当）、これによりＤＰＦ１２の継続使用が可能となっている。

ＳＣＲ触媒１３は、ＮＯｘの還元反応（排気浄化反応）を促進するものであり、例えば、
４ＮＯ＋４ＮＨ3＋Ｏ2→４Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ …（式１）
６ＮＯ2＋８ＮＨ3→７Ｎ2＋１２Ｈ2Ｏ …（式２）
ＮＯ＋ＮＯ2＋２ＮＨ3→２Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ …（式３）
といった反応を促進して排気ガス中のＮＯｘを還元する。そして、これらの反応においてＮＯｘの還元剤となるアンモニア（ＮＨ3）を添加供給するものが、同ＳＣＲ触媒１３の上流側に設けられた添加弁２０である。

図２に、添加弁２０の断面構成の概略図を示す。添加弁２０のハウジング２１の上側（上流側）には、尿素水が流入される第１供給口２２が設けられている。第１供給口２２から流入された尿素水は、フィルタ２３を経由して、ハウジング２１の内周側に流入される。

ハウジング２１の他端（下流側）には円筒形上のノズルホルダ２４が設置されている。ノズルホルダ２４の内部には円筒形状のノズルボディ２５が収容されている。ノズルボディ２５は、先端に近づくにつれて内径が小さくなる円錐状の内壁面に弁座部２５ａを有している。また、ノズルボディ２５の端面には、尿素水を添加する複数の噴孔２５ｂが形成されている。第１供給口２２に供給された尿素水は、ハウジング２１内部、ノズルホルダ２４内部、ノズルボディ２５内部を順に流通した後、噴孔２５ｂから噴射され、排気通路１１ａに添加される。

ハウジング２１、ノズルホルダ２４及びノズルボディ２５の内部に形成された収容室には、ニードル２６（弁体）が軸方向へ往復移動可能に収容されている。ニードル２６は、ノズルボディ２５と概ね同軸上に配置されており、ノズルボディ２５の外周面とノズルボディ２５の内周面との間に尿素水が流れる環状通路２７が形成されている。

ニードル２６の駆動は駆動部４１により行われる。尿素水の添加が停止される場合、駆動部４１はニードル２６を弁座部２５ａ側へ押し付けるように軸方向に移動させ、噴孔２５ｂが塞がれるようにする。尿素水が添加される場合、駆動部４１はニードル２６が弁座部２５ａから離れるように軸方向に移動させ、環状通路２７を開放させる。これにより尿素水の添加の実行と停止とが切り替えられる。

添加弁２０の先端側（ノズルボディ２５）の外周には、添加弁温度センサ２８が設けられている。添加弁温度センサ２８には、例えば、少なくとも添加弁２０の耐熱温度に対して耐熱性を有するサーミスタ等が用いられる。なお添加弁２０の耐熱温度（特に先端側の耐熱温度）は３００℃であるとする。

次に、添加弁２０に尿素水を供給する尿素水供給装置３０の構成について説明する。なお、以下の説明では便宜上、尿素水タンク３４から添加弁２０に対して尿素水が供給される場合を基準にして、尿素水タンク３４側を上流側、添加弁２０側を下流側として記載する。

図１において、尿素水タンク３４は、給液キャップ付きの密閉容器にて構成されており、その内部に所定の規定濃度の尿素水が貯蔵されている。本実施形態では、尿素濃度が、凍結温度（凝固点）が最も低い濃度である３２．５％になっている。なお、尿素濃度が３２．５％の場合、マイナス１１℃以下で凍結する。

尿素水タンク３４と添加弁２０とは尿素水供給管３１に接続されている。尿素水供給管３１内には、尿素水通路（還元剤通路）が形成されている。尿素水供給管３１のうち尿素水タンク３４側の先端部には、尿素水を吸い込むための尿素水吸込口３５が形成されており、尿素水タンク３４内に尿素水が貯留された状態において尿素水吸込口３５が尿素水に浸漬した状態になっている。

尿素水供給管３１の途中には、尿素水ポンプ３３が設けられている。尿素水ポンプ３３は、ＥＣＵ４０からの駆動信号により回転駆動されるインライン式の電動ポンプである。

本実施形態において尿素水ポンプ３３は、正逆いずれの方向にも回転が可能となっている。尿素水ポンプ３３の正回転により尿素水タンク３４内の尿素水の吸い上げが行われ、尿素水ポンプ３３の逆回転により尿素水タンク３４への尿素水の吸い戻しが行われる。

尿素水供給管３１において、上流側（尿素水タンク３４側）には、尿素水を濾過するためのフィルタ装置３６が設けられている。また、尿素水供給管３１には、尿素水の圧力を調整する圧力調整弁３７と、尿素水ポンプ３３による尿素水の吐出圧力を検出する圧力センサ３９が設けられている。なお圧力センサ３９による圧力の検出結果に基づいて尿素水の循環の可否が判定される。

添加弁２０側への尿素水圧送時には、尿素水ポンプ３３に通電されることで尿素水ポンプ３３が正回転方向に回転駆動される。これにより、尿素水タンク３４内の尿素水が汲み上げられ、フィルタ装置３６を通過して下流側に流れる。このとき、フィルタ装置３６にて尿素水内に含まれる異物等が除去される。そして、尿素水ポンプ３３から尿素水が吐出（圧送）され、その尿素水は圧力調整弁３７により所定の供給圧力に調整されつつ、添加弁２０に供給される。また、圧力調整の結果、余剰となった尿素水は通じて尿素水タンク３４に戻される。

尿素水タンク３４への尿素水の吸い戻し時には、尿素水ポンプ３３が逆回転方向に回転駆動される。これにより、尿素水供給管３１内の尿素水が吸い戻され、尿素水タンク３４内に流入される。これによりエンジン停止後の車両放置中に尿素水が尿素水供給管３１内に残留したままになるのを回避し、尿素水の凍結・膨張による尿素水供給管３１の破損を抑制する。

尿素水タンク３４内には発熱体３８が設けられている。例えば発熱体３８は電気式のヒータであり、ＥＣＵ４０からの指令信号に基づく通電によって尿素水タンク３４内で凍結している尿素を解凍する。なお発熱体３８は凍結した尿素を解凍可能な位置に設けられていればよく、尿素水供給管３１の吸込口付近に設けられていてもよい。

上記システムでは、エンジン運転時において、尿素水ポンプ３３の駆動により尿素水タンク３４内の尿素水が尿素水供給管３１を通じて添加弁２０に圧送され、添加弁２０により排気管１１内に尿素水が添加供給される。すると、排気管１１内において排気ガスと共に尿素水がＳＣＲ触媒１３に供給され、ＳＣＲ触媒１３においてＮＯｘの還元反応によりその排気ガスが浄化される。ＮＯｘの還元に際しては、例えば、
（ＮＨ2）2ＣＯ＋Ｈ2Ｏ→２ＮＨ3＋ＣＯ2 …（式４）
といった反応により、排気熱による高温下で尿素水が加水分解される。これにより、アンモニア（ＮＨ3）が生成され、そのアンモニアがＳＣＲ触媒１３に吸着するとともにそのＳＣＲ触媒１３において排気ガス中のＮＯｘがアンモニアにより選択的に還元除去される。すなわち、同ＳＣＲ触媒１３上でアンモニアに基づく還元反応（上記の反応式（式１）〜（式３））が行われることにより、ＮＯｘが還元、浄化されることとなる。

また本実施形態の添加弁２０は、尿素水タンク３４の尿素水で冷却されるように構成されており、尿素水供給装置３０には、添加弁２０を冷却するための冷却装置Ｃが設けられている。図１を用いて冷却装置Ｃの構成を説明する。冷却装置Ｃは、放熱ブロック５０と、冷却配管５３と、第２ポンプ５５とを備えている。

放熱ブロック５０には、添加弁２０を収容する収容部５１と、放熱ブロック５０の内部に冷却液を循環させる尿素水循環経路５４が形成されている。冷却配管５３と尿素水循環経路５４とは、放熱ブロック５０と添加弁２０との間に尿素水の循環経路を形成するものである。

以上の構成の冷却装置Ｃにおいて、ＥＣＵ４０からの駆動信号により、第２ポンプ５５が通電されると、冷却配管５３の一端で汲み上げられた尿素水が放熱ブロック５０側に供給される。放熱ブロック５０に流入した尿素水は、熱交換により添加弁２０の熱を奪いながら、下流側の冷却配管５３を流れ、尿素水タンク３４へと戻される。このような尿素水の循環によって添加弁２０が冷却される。

ところで、エンジン１０の作動中において添加弁２０の冷却を適正に行うことができない場合、添加弁２０の温度が耐熱温度を超えて上昇することで、故障等の不具合が引き起こされるおそれがある。例えば、排気浄化システムが搭載された車両が寒冷地で使用される際、エンジン１０が始動される際の外気温が極低温（例えばマイナス１０℃以下）であると、尿素水タンク３４内の尿素水が凍結し、尿素水の循環による添加弁２０の冷却を行えなくなる。また尿素水ポンプ３３の故障等、尿素水供給装置３０に異常がある場合にも、尿素水の循環による添加弁２０の冷却を行えなくなる。

このように尿素水の循環に異常があることによって、添加弁２０の冷却を行えない場合には、エンジン１０の出力を制限して排気ガスの熱量を抑えることで、添加弁２０の温度上昇を抑えることができると考えられる。しかしエンジン１０の出力を制限した場合、トルクを十分に得られない等の不都合を招くことに繋がる。例えば、建設機械の場合において、エンジン出力を制限した場合、十分なトルクを得られなくなることで作業効率が低下するおそれがある。

そこで本実施形態では、エンジン１０の作動中に尿素水の循環に異常がある場合であって、添加弁２０が耐熱温度を超える可能性がある場合に、添加弁２０の温度上昇を抑えるべくエンジン出力を制限する。この場合特に、添加弁２０の実際の温度と耐熱温度との差に基づいて、エンジン出力のフィードバック制御によりエンジン１０の出力を制限する。これにより添加弁２０の熱害を回避しつつ、エンジン出力を制限することに伴う不都合を抑えることができる。

図３に本実施形態の処理手順のフローチャートを示す。この処理は、ＥＣＵ４０によって、所定の時間周期で繰り返し実行される。

まずステップＳ１１で、尿素水の循環が不可であるか否か、すなわち添加弁２０の冷却が正常に行えない状況であるか否かを判定する。尿素水の循環が不可であるかは圧力センサ３９による圧力（ポンプ圧力）の検出結果に基づき判定する。圧力センサ３９で検出される圧力が所定以上であり、尿素水の循環が可能である場合にはステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、出力制限フラグがＯＮであるかを判定する。否定判定した場合にはステップＳ１３に進み、エンジン１０の出力制限を行わない通常処理でエンジン１０の出力を制限する。このとき、後述する添加弁温度Ｔｂに基づく減補正は実施されない。

一方、ステップＳ１１において、圧力が所定未満であり、尿素水の循環が不可であると判定した場合には、ステップＳ１５に進み、エンジン１０の出力制限フラグをＯＮにする。続くステップＳ１６では、添加弁温度センサ２８により検出された添加弁温度Ｔｂを取得する。続くステップＳ１７では、エンジン１０の出力をフィードバック補正量で減補正する。

例えば、燃料噴射量によりエンジン出力を制御する場合において、添加弁２０の目標温度Ｔｔｇを定めておき、その目標温度Ｔｔｇと添加弁温度Ｔｂ（センサ実測値）との差に基づいて燃料噴射量の補正量（制限補正量）を算出する。目標温度Ｔｔｇは、添加弁２０の耐熱温度ＬＭ（３００℃）に基づいて定められており、例えば２００℃である。より具体的には、ＰＩＤ制御手法を用い、添加弁２０の目標温度Ｔｔｇと添加弁温度Ｔｂとの偏差ΔＴ（＝Ｔｔｇ−Ｔｂ）に基づいてフィードバック補正量を算出する。このとき、フィードバック補正量は、偏差ΔＴに基づいて各々算出される比例補正項、積分補正項と、偏差ΔＴの変化量に基づいて算出される微分補正項との加算により算出される（フィードバック補正量＝比例補正項＋積分補正項＋微分補正項）。そして、エンジン回転速度とエンジン負荷（アクセル開度等）とに基づいて算出された基本噴射量に、フィードバック補正量を加算することで最終の燃料噴射量を算出する。燃料噴射量の算出時には、空燃比補正や暖機補正等が適宜行われるが、ここではそれらを省略している。

なお、目標温度Ｔｔｇは耐熱温度ＬＭを基準にそれよりも所定温度だけ低温側に定められており、目標温度Ｔｔｇと添加弁温度Ｔｂとの差に基づいて燃料噴射量の補正量を算出することは、耐熱温度ＬＭと添加弁温度Ｔｂとの差に基づいて燃料噴射量の補正量を算出することに相当すると言える。

ここで、比例制御のゲインは、目標温度Ｔｔｇに対して添加弁温度Ｔｂが近づくほど（偏差ΔＴが小さくなるほど）、比例補正項が大きくなるように（減量幅が大きくなるように）定められている。また、積分制御のゲインは、現時点から過去の所定の積分期間における偏差ΔＴの積算値が小さいほど、積分補正項が大きくなるように（減量幅が大きくなるように）定められている。微分制御のゲインは、偏差ΔＴの変化量（＝｜今回値−前回値｜）が大きいほど、微分補正項が大きくなるように（減量幅が大きくなるように）定められている。このとき、添加弁温度Ｔｂの上昇速度に応じて微分補正項が算出され、上昇速度が大きいほど、微分補正項を大きくするとよい。これらの各ゲインは、冷却装置Ｃのモデルを構築してそのモデルに基づいて各々に適正な値が定められるとよい。

なおステップＳ１２で肯定判定した場合は、尿素液の循環が不可から可能に切り替わる状態である。この場合、ステップＳ１４に進み、エンジン１０の復帰処理を実施する。エンジン１０の復帰処理では、その復帰直前におけるフィードバック補正量を徐々に減らすことで、通常出力（燃料噴射量）に復帰させる。

図４に上記処理の実行例を示す。以下では、本実施形態にかかる排気浄化システムが搭載された車両が寒冷地で使用される場合において、尿素液の凍結状態でエンジン始動がされる例を示している。なおここでは冷却装置Ｃは正常であるとする。この際、圧力センサ３９で検出される圧力が所定未満であり、尿素水の循環が不可であると判定された場合には、冷却装置Ｃによる尿素液の供給動作は一旦停止される。なお尿素液の供給動作の停止状態で、冷却装置Ｃは所定の周期で繰り返し駆動される。この際に取得された圧力の検出値が所定以上であり尿素水の循環が可能であると判定されると、尿素液の供給動作が再開され、添加弁２０に尿素水が循環されるようになる。

時刻ｔ１で、図示を略すイグニッションキーがＯＮとされ、エンジン１０が始動されると添加弁温度Ｔｂの取得が開始される。また圧力センサ３９で尿素水ポンプ３３の圧力が検出される。時刻ｔ１では尿素水は凍結しているため、圧力センサ３９による圧力の検出値は所定未満となり、冷却装置Ｃによる尿素水の供給動作が停止される。

この時刻ｔ１では、尿素水の循環が不可になっているため、エンジン１０の出力制限フラグがセットされる。そして、時刻ｔ１以降において、添加弁２０の目標温度Ｔｔｇと添加弁温度Ｔｂとの偏差ΔＴに基づいてフィードバック補正量Ｋｆｂの算出が実施され、そのフィードバック補正量Ｋｆｂによりエンジン出力（燃料噴射量）の制限（減補正）が実施される。ただし、時刻ｔ１及びその直後においては、偏差ΔＴが比較的大きい状態であり、かかる状態下では、フィードバック補正量Ｋｆｂがゼロになっている（比例補正項、積分補正項、微分補正項がいずれもゼロ）。ゆえに、エンジン出力（燃料噴射量）の制限（減補正）は実施されない。時刻ｔ１以降、エンジン駆動に伴い、排気通路１１ａに排出される排気ガスの温度が上昇し、排気ガスから加えられる熱で添加弁温度Ｔｂが次第に上昇する。

その後、時刻ｔ２では、添加弁温度Ｔｂが目標温度Ｔｔｇに近づき、すなわち偏差ΔＴが比較的小さくなってきて、フィードバック補正量Ｋｆｂとして、実際に減量に用いられる補正量が算出される（｜Ｋｆｂ｜＞０となる）。これにより、時刻ｔ２以降、エンジン出力（燃料噴射量）の制限（減補正）が実施され、出力制限が実施されない場合に比べて、添加弁温度Ｔｂの上昇の傾きが減じられる。そしてその後、添加弁温度Ｔｂの上昇が鈍りつつも目標温度Ｔｔｇに達すると、それ以降、添加弁温度Ｔｂが目標温度Ｔｔｇに一致するようにして、フィードバック補正量Ｋｆｂの算出が実施される。

時刻ｔ３で、尿素水温度が所定温度（−１１℃）まで上昇して尿素水が解凍されると、尿素水の循環が可能となる。これによりエンジン１０の出力制限フラグがＯＦＦとされ、尿素水ポンプ３３がＯＮとなる。この際、フィードバック補正量Ｋｆｂが徐々に減少されながら通常出力（燃料噴射量）に復帰される。そして時刻ｔ３以降では、尿素水の循環によって添加弁２０が冷却され、添加弁温度Ｔｂが低下する。

なおここでの図示は省略するが、時刻ｔ３以降でエンジン１０が通常制御されている際に、冷却装置Ｃに異常が生じ、圧力センサ３９による圧力の検出値が所定以上となった場合、つまり尿素液の循環が行えなくなった場合には、エンジン１０の出力制限フラグがＯＮとなり、上述と同様にエンジン１０の出力制限が行われる。これにより添加弁２０が熱害から保護される。

上記によれば、以下の優れた効果が得られる。

（１）エンジン１０の作動中に添加弁２０の冷却が適正に行えない場合には、添加弁温度Ｔｂが耐熱温度ＬＭを超えて上昇することで、故障等の不具合が引き起こされるおそれがある。この際、添加弁２０の温度上昇を抑えるために、エンジン１０の出力を制限して排出ガスの熱量を抑えることが考えられる。しかしエンジン１０の出力を制限することは、トルクを十分に得られなくなる等の不具合を招くことにつながる。上記構成では、エンジン１０の作動中に添加弁２０の冷却を適正に行えない場合に、目標温度Ｔｔｇと添加弁温度Ｔｂに基づいて、添加弁温度Ｔｂが目標温度Ｔｔｇ以下となるようにエンジン１０の出力を制限する。これにより添加弁温度Ｔｂが耐熱温度ＬＭを超えることによる熱害の発生を回避しつつ、エンジン出力を制限することに伴う不都合を抑えることができる。

（２）添加弁２０の温度上昇の変化速度が大きい場合には、添加弁温度Ｔｂは目標温度Ｔｔｇ（または耐熱温度ＬＭ）に比較的早く到達する。一方、添加弁２０の温度上昇の変化速度が遅い場合には、添加弁温度Ｔｂが目標温度Ｔｔｇ（または耐熱温度ＬＭ）に到達するまでに比較的時間を要する。そこで添加弁２０の温度上昇の変化速度が速い場合には、フィードバック補正量Ｋｆｂが比較的大きく設定され、添加弁２０の温度上昇の変化速度が遅い場合には、フィードバック補正量Ｋｆｂが比較的小さく設定されるようにする。これにより添加弁２０の温度が耐熱温度ＬＭを超えることによる熱害を回避しつつ、エンジン出力を制限することに伴う不都合を抑えることができる。

（３）添加弁２０の目標温度Ｔｔｇを設定し、添加弁温度Ｔｂと目標温度Ｔｔｇとが一致するように、エンジン出力のフィードバック制御を行うことで、エンジン出力の制限を抑えることができ、エンジン出力の制限に伴い生じる不利益をより好適に抑えることができる。

本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、次のように実施されてもよい。

・上記実施形態では、エンジン出力制限のためのフィードバック制御において、耐熱温度ＬＭよりも低温側に目標温度Ｔｔｇを定める構成としたが、これに代えて、耐熱温度ＬＭを目標温度Ｔｔｇにすることも可能である。

・上記実施形態では、ポンプ吐出側の圧力に基づいて、添加弁２０の冷却の可否（尿素水の循環の可否）を判定する構成としたが、これを変更してもよい。例えば、尿素水タンク３４内の尿素水温度を温度センサにより検出し、その尿素水温度に基づいて、添加弁２０の冷却の可否を判定する構成としてもよい。この場合、尿素水温度が尿素水の融点である−１１℃以下であれば、添加弁２０の冷却が不可であるとし、−１１℃よりも高ければ、添加弁２０の冷却が可能であるとする。

・上記実施形態では、ＰＩＤ制御手法を用いたフィードバック制御によりエンジン出力制限を実施する構成としたが、これを変更してもよい。例えば、ＰＤ制御手法を用いたフィードバック制御によりエンジン出力制限を実施する。また、フィードバック制御手法を用いずにエンジン出力制限を実施するようにしてもよい。例えば図５の変用例のタイミングチャートにおいて、時刻ｔ１１でエンジン１０が始動され、時刻ｔ１２で添加弁温度Ｔｂが所定温度Ｔｈ２に到達した際に、出力制限フラグがＯＮとされ、エンジン１０の出力制限が開始される。この場合、添加弁温度Ｔｂは上限温度である目標温度Ｔｈ１未満に抑えられる。そして時刻ｔ１３で、尿素水温度Ｔａが所定温度（−１１℃）にまで上昇した際に、出力制限フラグがＯＦＦとされ、エンジン１０の出力制限が終了される。なお、図５では、エンジン１０の出力制限を行うためのしきい値を高低２つの温度Ｔｈ１，Ｔｈ２で定めているが、これに限られず、しきい値を１つにしたり、３つ以上にしたりすることも可能である。

・エンジン１０の出力制限フラグがＯＮとされた際に、ＥＧＲ量を増加させて排気ガスの温度を下げることで、添加弁２０の温度上昇を抑えるようにしてもよい。

・排気温センサ１７で検出される排気ガスの温度から添加弁温度Ｔｂを推定し、推定された添加弁温度Ｔｂに基づいて、エンジン１０の出力制限の可否が決定されてもよい。この場合には、排気温センサ１７で検出される排気ガスの温度と、添加弁温度Ｔｂとの関係を取得して、図示を略すメモリ等に予め記憶しておく。ＥＣＵ４０は、排気ガスの温度の検出結果から推定される添加弁温度Ｔｂが上限温度（例えば目標温度Ｔｔｇ）となる場合に、上記のエンジン１０の出力制限を実行する。これにより添加弁温度Ｔｂが所定以上に上昇することを抑えることができる。添加弁温度Ｔｂが排気温センサ１７で検出される排気温度に基づいて推定できることを利用して、添加弁温度Ｔｂを取得することで、添加弁２０の温度を検出するための専用の構成を追加することなく、より簡単な構成で添加弁温度Ｔｂを取得できる。なお排気温センサ１７以外にもエンジン１０の駆動状態に基づいて添加弁温度Ｔｂを推定してもよい。

・添加弁２０は、尿素水以外のアンモニア由来化合物を添加するものであってもよい。

・尿素液以外にも周知の液体（例えば水等）を用いて添加弁２０が冷却される場合がある。この際、冷却液として使用される液体の循環による添加弁２０の冷却が適正に行われない場合に、上述のエンジン１０の出力制限が行われることで、エンジン１０の作動中に冷却液の循環に異常がある場合に、添加弁２０の熱害を好適に回避できる。

・添加弁２０のボディ内に冷却液を循環させるための循環用の通路を形成し、その経路に冷却液を循環させることにより、添加弁２０を冷却する構成としてもよい。

・エンジン１０の作動中に尿素水の循環による添加弁２０の冷却が適正に行われない場合であって、外気温センサで検出される外気温が尿素水の融点よりも高い場合には、尿素水供給装置３０（尿素水ポンプ３３等）に異常があると判定できる。この場合、尿素水の循環が行えない場合の原因をより具体的に特定できる。

１０…エンジン、１１…排気管、１７…排気温センサ、２０…添加弁、２８…添加弁温度センサ、３０…尿素水供給装置、３３…尿素水ポンプ、３４…尿素水タンク、４０…ＥＣＵ、５０…放熱ブロック、５３…冷却配管、５４…尿素水循環経路。

Claims (6)

1. エンジンの排気管（１１）に設けられ、その排気管内を流通する排気ガスに還元剤を添加する添加弁（２０）と、
   前記添加弁の温度を取得する温度取得手段（４０）と、
   冷却液を循環させることにより前記添加弁を冷却する冷却手段（Ｃ）と、
   前記冷却手段による冷却が正常に実施されるか否かを判定する判定手段（４０）と、
   前記エンジンの作動中において、前記冷却が正常に実施されていないと判定される場合に、前記添加弁の耐熱温度と前記温度取得手段で取得される前記添加弁の温度とに基づいて、前記添加弁の温度が前記耐熱温度以下となるように前記エンジンの出力を制限する出力制限手段（４０）と、
   を備えることを特徴とするエンジンの排気浄化システム。
2. 前記出力制限手段は、前記添加弁の温度上昇の変化速度が速いほど、前記エンジンの出力制限のための補正量を大きくすることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気浄化システム。
3. 前記出力制限手段は、前記添加弁の目標温度を設定し、当該目標温度と前記添加弁の温度とが一致するように前記エンジンの出力を制限する請求項１又は２に記載のエンジンの排気浄化システム。
4. 前記添加弁は、前記排気管内に露出され前記還元剤を前記排気管内に添加させる先端部（２５）を有しており、
   前記温度取得手段は、前記添加弁の温度として前記先端部の温度を取得する請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンの排気浄化システム。
5. 前記排気ガスの温度を検出する排気温センサ（１７）を備え、
   前記温度取得手段は、前記排気温センサで検出される前記排気ガスの温度に基づいて、前記添加弁の温度を推定する請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンジンの排気浄化システム。
6. 前記冷却手段は、タンク（３４）に貯蔵された前記還元剤を圧送するポンプ（５５）および前記ポンプの吐出側に接続された配管（５３）を備え、前記配管を通じて圧送された還元剤を前記冷却液として用い、前記タンクと前記添加弁との間で循環させるものである請求項１〜５のいずれか１項に記載のエンジンの排気浄化システム。

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