JP6569711B2 - エンジンの排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気通路内に尿素水を供給する尿素インジェクタと、供給された尿素から生成されるアンモニアの還元作用によりＮＯｘを浄化するＮＯｘ選択還元触媒（以下、ＳＣＲ触媒という）とを備えたエンジンの排気浄化装置に関する。

ＳＣＲ触媒を用いたエンジンの排気浄化装置においては、排気通路においてＳＣＲ触媒の上流側に配置された尿素インジェクタから尿素水が排気通路内に供給される。この尿素インジェクタが排気通路内を流通する高温の排気ガスに曝される等して高温化すると、尿素インジェクタ内の尿素水が沸騰する。この沸騰は、尿素インジェクタの内部で発生する一種の小爆発であり、これにより当該尿素インジェクタ内のバルブや金属部品などがダメージを受けることがある。また、前記沸騰によって尿素水の水分が消失して尿素が析出し、前記バルブの摺動性を低下させることもある。

上記のダメージ対策として、尿素インジェクタが高温に達するような状況下において、尿素インジェクタから噴射される尿素水量を増量し、その尿素水自体で尿素インジェクタを冷却することが知られている。しかし、尿素水量を増量した場合、ＳＣＲ触媒が吸着できるアンモニア量よりも多い量のアンモニアを含む尿素が供給されてしまい、過剰なアンモニアがＳＣＲ触媒を通過することがある。この場合、排気通路においてＳＣＲ触媒よりも下流側に配置されたスリップ触媒にアンモニアが反応してＮＯｘに還元され、ＮＯｘ排出量が増加するという問題が生じる。この問題の解決のため、特許文献１には、尿素インジェクタが高温となる条件になると、尿素インジェクタから尿素水を尿素タンクに回収させる手法が開示されている。

特開２０１４−９６６１号公報

しかし、尿素インジェクタから尿素水を一旦尿素タンクに回収してしまうと、当該尿素インジェクタ及び尿素水供給配管に尿素水が存在しない状態となり得る。この場合、その後の尿素インジェクタからの排気通路内への尿素供給に遅れが生じてしまうことがある。尿素供給がタイムリーに行われない場合、ＮＯｘの浄化性能が低下することになる。

本発明は上記の点に鑑みて為されたものであって、ＮＯｘの浄化性能を低下させることなく、尿素インジェクタのダメージを抑制することができるエンジンの排気浄化装置を提供することを目的とする。

本発明の一局面に係るエンジンの排気浄化装置は、エンジン本体から排出される排気ガスが流通する排気通路と、前記排気通路内に尿素水を供給する尿素インジェクタと、尿素タンクに貯留された尿素水を前記尿素インジェクタへ供給すると共に、前記尿素インジェクタに供給された尿素水を前記尿素タンクへ回収する動作を実行可能なポンプ装置と、前記尿素インジェクタよりも下流側の排気通路に設けられ、尿素から生成されるアンモニアの還元作用により排気ガス中のＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒と、前記尿素インジェクタ及び前記ポンプ装置の動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記尿素インジェクタの内部温度が所定の高温に達する条件下であって、前記エンジン本体からのＮＯｘの発生量が所定の基準発生量よりも少ない運転状態である場合に、前記尿素インジェクタへの尿素水の供給を停止させると共に、前記尿素インジェクタ内の尿素水を前記尿素タンクに回収する回収動作を実行するよう、前記ポンプ装置を制御するエンジンの排気浄化装置において、前記排気通路内に配置され、前記排気ガス中のＮＯｘを検出するＮＯｘセンサを備え、前記制御部は、前記尿素インジェクタの温度が所定の高温に達する条件下であって、前記ＮＯｘセンサの検出結果より得られるＮＯｘ流量が所定の基準流量よりも少ない場合に、前記回収動作を実行させることを特徴とする。

この排気浄化装置によれば、尿素インジェクタの内部温度が所定の高温に達すると無条件に尿素水の回収動作が実行されるのではなく、尿素インジェクタが高温化し、且つ、エンジン本体からのＮＯｘの発生量が所定の基準発生量よりも少ない運転状態であるという２つの要件が満たされたときに、尿素水の回収動作が実行される。換言すると、尿素インジェクタが高温化する条件であっても、ＮＯｘ発生量が前記基準発生量よりも多ければ尿素水の回収動作が実行されない。

つまり、ＮＯｘ発生量が前記基準発生量よりも少ない場合は、たとえＳＣＲ触媒におけるアンモニア量が所定の基準吸着量よりも少ない状態であっても、当該ＳＣＲ触媒によって十分にＮＯｘの浄化を行うことが可能である。つまり、直ちに尿素水の供給を要する状態ではない。この場合、尿素インジェクタから尿素水を回収し、当該尿素インジェクタの高温化に伴う尿素水の沸騰を防止する。一方、ＮＯｘ発生量が前記基準発生量よりも多い場合は、ＳＣＲ触媒に十分なアンモニア量を吸着させておくことが要請される状態である。この場合は、尿素インジェクタから尿素水を回収せず、直ちに尿素水を排気通路内に供給可能な体制としておく。このような制御を制御部が実行することで、ＮＯｘの浄化性能を低下させることなく、尿素水の沸騰に伴う尿素インジェクタのダメージを抑制することができる。

上記の排気浄化装置において、前記所定の高温は、前記尿素インジェクタ内の尿素水に沸騰が生じる直前の温度であることが望ましい。

この排気浄化装置によれば、尿素インジェクタ内で尿素水の沸騰が生じる前に、尿素水を尿素インジェクタから回収することができる。従って、尿素インジェクタのダメージを確実に抑止することができる。

上記の排気浄化装置において、前記排気通路内に配置され、前記排気ガス中のＮＯｘを検出するＮＯｘセンサを備え、前記制御部は、前記尿素インジェクタの温度が所定の高温に達する条件下であって、前記ＮＯｘセンサの検出結果より得られるＮＯｘ流量が所定の基準流量よりも少ない場合に、前記回収動作を実行させることが望ましい。

一般に、自動車等の車両の排気通路には、ＮＯｘセンサが備えられている。上記の排気浄化装置によれば、そのようなＮＯｘセンサの検出結果を利用して、制御部に、上記の前記回収動作を実行させるか否かの判定を実行させることができる。

本発明の他の局面に係るエンジンの排気浄化装置は、エンジン本体から排出される排気ガスが流通する排気通路と、前記排気通路内に尿素水を供給する尿素インジェクタと、尿素タンクに貯留された尿素水を前記尿素インジェクタへ供給すると共に、前記尿素インジェクタに供給された尿素水を前記尿素タンクへ回収する動作を実行可能なポンプ装置と、前記尿素インジェクタよりも下流側の排気通路に設けられ、尿素から生成されるアンモニアの還元作用により排気ガス中のＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒と、前記尿素インジェクタ及び前記ポンプ装置の動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記尿素インジェクタの内部温度が所定の高温に達する条件下であって、前記エンジン本体からのＮＯｘの発生量が所定の基準発生量よりも少ない運転状態である場合に、前記尿素インジェクタへの尿素水の供給を停止させると共に、前記尿素インジェクタ内の尿素水を前記尿素タンクに回収する回収動作を実行するよう、前記ポンプ装置を制御するエンジンの排気浄化装置において、前記制御部は、前記エンジン本体が、ＮＯｘ流量が所定の基準流量よりも少なくなる低負荷運転領域で運転されているか否かを判定し、前記尿素インジェクタの温度が所定の高温に達する条件下であって、前記エンジン本体が、前記低負荷運転領域で運転されていると判定された場合に、前記回収動作を実行させる。

一般に、低負荷運転領域では、排気通路を流れるＮＯｘ量も少なくなる。上記の排気浄化装置によれば、制御部に、エンジン本体の運転状態に基づいて、簡易的に前記回収動作を行わせるか否かを判定させることができる。

上記の排気浄化装置において、前記制御部は、前記尿素インジェクタの温度が所定の高温に達する条件下であって、前記エンジン本体からのＮＯｘの発生量が所定の基準発生量よりも多い運転状態である場合に、前記尿素インジェクタへの尿素水の供給量を増量させる制御を行うことが望ましい。

この排気浄化装置によれば、増量された尿素水によって、尿素インジェクタの冷却性能を高めることができる。もちろん、尿素水の増量によってＳＣＲ触媒へ吸着されるアンモニア量を増加させることができ、これによりＮＯｘの発生量が多い運転状態であっても、ＳＣＲ触媒にて十分にＮＯｘを浄化させることが可能となる。

上記の排気浄化装置において、前記エンジンは、車両に搭載される車載エンジンであり、前記制御部は、前記車両の車速が所定速度以下の低速であることを、前記尿素インジェクタの内部温度が所定の高温に達したと判定する条件として用いることが望ましい。

車速が低速であると、走行風による尿素インジェクタの冷却効果が低減する。このため、車両が低速運転状態であることをもって尿素インジェクタの内部温度が高温化したことを推定することができる。従って、尿素インジェクタの内部温度が直接計測できない場合でも、車速に基づき尿素インジェクタの高温化を的確に判断させることができる。

本発明によれば、ＮＯｘの浄化性能を低下させることなく、尿素インジェクタのダメージを抑制することができるエンジンの排気浄化装置を提供することができる。

図１は、本発明の排気浄化装置が適用されるエンジンの好ましい実施形態を示すシステム図である。 図２は、エンジンの制御系統を示すブロック図である。 図３は、エンジンの通常運転時に行われるドージング制御の具体的手順を示すフローチャートである。 図４は、ＳＣＲ触媒の温度を推定する手順を模式的に示す説明図である。 図５は、ＳＣＲ触媒の温度とアンモニアの上限吸着量および目標吸着量との関係を示すグラフである。 図６は、尿素水の噴射量を決定する手順を模式的に示す説明図である。 図７は、図５のグラフに、尿素水の増量制御と上限ガード量との関係を追記したグラフである。 図８は、尿素インジェクタの保護制御の一例を示すタイムチャートである。 図９は、尿素インジェクタの保護制御の一例を示すフローチャートである。

［エンジンの全体構成］
以下、本発明の好ましい実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。まず、本発明に係る排気浄化装置が適用されるエンジンの全体構成について、図１に基づいて説明する。図１に示されるエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載される４サイクルのディーゼル車載エンジンであって、エンジン本体１と、エンジン本体１における燃焼に必要な空気を供給する吸気システム３Ｓと、エンジン本体１から排出された排気ガスを浄化して外部に排出する排気システム４Ｓ（排気浄化装置）と、吸気システム３Ｓによって供給される空気（吸気）を圧縮しつつエンジン本体１に送り出す過給装置５０と、排気システム４Ｓを流通する排気ガスの一部を吸気システム３Ｓに還流するＥＧＲ装置７０とを備えている。

エンジン本体１は、一列に並ぶ複数の気筒２（図１では１つの気筒２のみを示す）を有する直列多気筒型のものであり、当該複数の気筒２が内部に形成されたシリンダブロック３と、各気筒２の上部開口を閉塞するようにシリンダブロック３の上面に取り付けられたシリンダヘッド４と、各気筒２にそれぞれ往復動可能に挿入された複数のピストン５とを有している。なお、各気筒２の構造は同一であるため、以下では基本的に１つの気筒２のみに注目して説明を進める。

ピストン５の上方には燃焼室６が区画されている。燃焼室６には、後述する燃料噴射弁１５からの噴射により、軽油を主成分とする燃料が供給される。そして、供給された燃料が圧縮着火により燃焼（拡散燃焼）し、その燃焼による膨張力で押し下げられたピストン５が上下方向に往復運動する。

ピストン５の下方には、エンジン本体１の出力軸であるクランク軸７が設けられている。クランク軸７は、ピストン５とコネクティングロッド８を介して連結され、ピストン５の往復運動（上下運動）に応じて中心軸回りに回転駆動される。

シリンダブロック３には、クランク軸７の角度（クランク角）と、クランク軸７の回転速度（エンジン回転速度）とを検出するクランク角センサＳＮ１が設けられている。シリンダヘッド４には、エンジン本体１（シリンダブロック３およびシリンダヘッド４）の内部を流通する冷却水の温度を検出する水温センサＳＮ２が設けられている。

シリンダヘッド４には、燃焼室６に開口する吸気ポート９及び排気ポート１０と、吸気ポート９を開閉する吸気弁１１と、排気ポート１０を開閉する排気弁１２と、吸気弁１１及び排気弁１２をクランク軸７の回転に連動して開閉駆動する動弁機構１３，１４とが設けられている。

シリンダヘッド４には、さらに、燃焼室６に燃料（軽油）を噴射する燃料噴射弁１５が設けられている。燃料噴射弁１５は、例えば、燃焼室６の天井面の中央部から放射状に燃料を噴射する多噴孔型の噴射弁である。なお、図示を省略するが、ピストン５の冠面には、燃料噴射弁１５から噴射された燃料を受け入れるための凹部（キャビティ）が形成されている。

吸気システム３Ｓは、エンジン本体１に導入される吸気が流通する吸気通路３０を含む。吸気通路３０の下流端（インテークマニホールド）は、吸気ポート９と連通するようにシリンダヘッド４の一側面に接続されている。吸気通路３０には、吸気中の異物を除去するエアクリーナ３１と、過給装置５０により圧縮された吸気を冷却するインタークーラ３２と、吸気の流量を調整する開閉可能なスロットル弁３３と、各気筒２に吸気が均等に取り入れられるようにするためのサージタンク３４とが、吸気通路３０の上流側（エンジン本体１から遠い側）からこの順に設けられている。

吸気通路３０におけるエアクリーナ３１よりも下流側の部分には、吸気通路３０を通じてエンジン本体１に導入される空気（新気）の流量を検出するエアフローセンサＳＮ３が設けられている。また、サージタンク３４には、その内部の吸気の圧力を検出する吸気圧センサＳＮ４が設けられている。

排気システム４Ｓは、エンジン本体１から排出される排気ガスが流通する排気通路４０を含む。排気通路４０の上流端（エキゾーストマニホールド）は、排気ポート１０と連通するようにシリンダヘッド４の他側面に接続されている。この排気通路４０には、排気ガスに含まれる各種の有害成分を浄化するための複数の触媒４１〜４４が設けられている。本実施形態では、酸化触媒４１と、ＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）４２と、ＳＣＲ触媒４３と、スリップ触媒４４とが、排気通路４０の上流側（エンジン本体１に近い側）からこの順に設けられている。また、排気通路４０におけるＤＰＦ４２とＳＣＲ触媒４３との間の部分には、尿素インジェクタ４５とミキシングプレート４７とが設けられている。

酸化触媒４１は、排気ガス中のＣＯおよびＨＣを酸化して無害化する（ＣＯ_２及びＨ_２Ｏに変換する）ための触媒であり、例えば、多孔質性の担体と、当該担体に担持された白金やパラジウム等の触媒物質とを有している。ＤＰＦ４２は、排気ガス中のスート（煤）を捕集するためのフィルタである。このＤＰＦ４２には、フィルタ再生時の高温条件下でスートを燃焼させるための白金等の触媒物質が含まれている。

尿素インジェクタ４５は、高純度の尿素を純水で水溶化してなる尿素水を排気通路４０内に供給する噴射弁である。尿素インジェクタ４５には、尿素水を供給する供給管４６ａの下流端が接続されている。供給管４６ａの上流端には、尿素水を貯留する尿素タンク４６が接続されている。また、供給管４６ａには、尿素水を尿素インジェクタ４５へ供給するポンプ４６Ｐ（ポンプ装置）が組み入れられている。尿素インジェクタ４５から排気通路４０内に尿素水が噴射されると、この尿素水に含まれる尿素は、高温下での加水分解によりアンモニア（ＮＨ_３）に変換されて、下流側のＳＣＲ触媒４３に吸着される。

ポンプ４６Ｐは、加圧式のポンプであり、加圧力を発生することで、供給管４６ａを通して、尿素タンク４６に貯留された尿素水を尿素インジェクタ４５へ供給する。なお、前記加圧力が停止されると、尿素インジェクタ４５の内部及び供給管４６ａ内に存在する尿素水は、尿素タンク４６に引き戻される。すなわち、ポンプ４６Ｐは、尿素インジェクタ４５へ尿素水を供給すると共に、尿素インジェクタ４５に一旦供給された尿素水を尿素タンク４６へ回収する動作を実行可能なポンプ装置である。

ミキシングプレート４７は、排気通路４０を前後に仕切る板状の部材であり、排気通路４０における尿素インジェクタ４５とＳＣＲ触媒４３との間の部分に設けられている。ミキシングプレート４７には、排気ガスの流れを攪拌するための複数の開口が形成されている。このようなミキシングプレート４７は、尿素インジェクタ４５から噴射された尿素水に含まれる尿素を均一に分散させつつ下流側（ＳＣＲ触媒４３）に送出する役割を果たす。

ＳＣＲ触媒４３は、尿素インジェクタ４５よりも下流側の排気通路４０に設けられ、排気ガス中のＮＯｘを還元して浄化する（Ｎ_２やＨ_２Ｏに変換する）ための触媒である。ＳＣＲ触媒４３は、例えば、多孔質性の担体と、当該担体に担持されたバナジウム、タングステン、またはゼオライト等の触媒物質とを有している。上述したとおり、ＳＣＲ触媒４３には、尿素インジェクタ４５が噴射した尿素水から生成されるアンモニアが吸着される。ＳＣＲ触媒４３は、このアンモニアを還元剤として用いた化学反応（アンモニアの還元作用）により、排気ガス中のＮＯｘをＮ_２やＨ_２Ｏに変換させる。

スリップ触媒４４は、ＳＣＲ触媒４３に吸着されずにスリップした（つまりＮＯｘの還元に使われないまま下流側に流出した）アンモニアを酸化するための酸化触媒である。このスリップ触媒４４としては、例えば酸化触媒４１と同様の構造のものを用いることができる。

排気通路４０におけるＤＰＦ４２とＳＣＲ触媒４３との間の部分には、排気ガスに含まれるＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘ濃度センサＳＮ５が設けられている。また、このＮＯｘ濃度センサＳＮ５よりも下流側であってＳＣＲ触媒４３の直上流に位置する部分の排気通路４０（ミキシングプレート４７とＳＣＲ触媒４３との間の部分）には、排気ガスの温度を検出する排気温センサＳＮ６が設けられている。

過給装置５０は、いわゆる２ステージ型の過給装置であり、直列に配置された第１過給機５１および第２過給機５２を有している。第１過給機５１は、いわゆるターボ過給機であり、排気通路４０を流通する排気ガスにより回転駆動されるタービン６１と、タービン６１と連動して回転可能に設けられ、吸気通路３０を流通する吸気を圧縮する第１コンプレッサ６２とを有している。第１コンプレッサ６２は、吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とインタークーラ３２との間の部分に配置され、タービン６１は、排気通路４０における酸化触媒４１よりも上流側の部分に配置されている。排気通路４０には、タービン６１をバイパスするためのバイパス通路６３が設けられており、このバイパス通路６３には開閉可能なウェストゲート弁６４が設けられている。

第２過給機５２は、いわゆる電動過給機であり、電気式の駆動モータ６６と、駆動モータ６６により回転駆動されることで吸気を圧縮する第２コンプレッサ６７とを有している。第２コンプレッサ６７は、吸気通路３０における第１コンプレッサ６２よりも下流側（第１コンプレッサ６２とインタークーラ３２との間）の部分に配置されている。吸気通路３０には、第２コンプレッサ６７をバイパスするためのバイパス通路６８が設けられている。バイパス通路６８には、開閉可能なバイパス弁６９が設けられている。

ＥＧＲ装置７０は、排気通路４０と吸気通路３０とを接続するＥＧＲ通路７１と、ＥＧＲ通路７１に設けられたＥＧＲクーラ７２およびＥＧＲ弁７３とを有している。ＥＧＲ通路７１は、排気通路４０におけるタービン６１よりも上流側の部分と、吸気通路３０におけるスロットル弁３３とサージタンク３４との間の部分とを互いに接続している。ＥＧＲクーラ７２は、例えばエンジンの冷却水を利用した熱交換器であり、ＥＧＲ通路７１を通じて排気通路４０から吸気通路３０に還流される排気ガス（ＥＧＲガス）を冷却する。ＥＧＲ弁７３は、ＥＧＲ通路７１におけるＥＧＲクーラ７２よりも下流側（吸気通路３０に近い側）の部分に設けられ、ＥＧＲ通路７１を流通する排気ガスの流量を調整する。

［制御系統］
図２は、本実施形態のエンジンの制御系統を示すブロック図である。本実施形態のエンジンが搭載される車両は、エンジンを統括的に制御するコントローラ１００を備える。コントローラ１００は、マイクロプロセッサであり、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されている。本実施形態においてコントローラ１００は、尿素インジェクタ４５及びポンプ４６Ｐの動作を制御する制御部として機能する。なお、コントローラ１００は、単一のプロセッサである必要はなく、電気的に接続された複数のプロセッサを含んでいても良い。例えば、コントローラ１００は、主にエンジン本体１を制御するための第１のプロセッサと、尿素インジェクタ４５及びポンプ４６Ｐ等のドーシング制御のための第２のプロセッサとを含んでいても良い。

コントローラ１００には各種センサによる検出情報が入力される。具体的には、コントローラ１００は、上述したクランク角センサＳＮ１、水温センサＳＮ２、エアフローセンサＳＮ３、吸気圧センサＳＮ４、ＮＯｘ濃度センサＳＮ５、および排気温センサＳＮ６と電気的に接続されている。これらのセンサによって検出された各種情報、例えばクランク角、エンジン回転速度、エンジン水温、吸気流量、吸気圧（過給圧）、排気ガス中のＮＯｘ濃度、および排気ガスの温度等の情報が、それぞれコントローラ１００に入力される。

上記に加えて車両には、当該車両の走行速度（以下、車速という）を検出する車速センサＳＮ７と、車両を運転するドライバーにより操作されるアクセルペダルの開度を検出するアクセルセンサＳＮ８と、外気温を検出する外気温センサＳＮ９とが設けられている。これら車速センサＳＮ７、アクセルセンサＳＮ８、および外気温センサＳＮ９による検出情報もコントローラ１００に入力される。

コントローラ１００は、上記各センサＳＮ１〜ＳＮ９からの入力情報に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつエンジンの各部を制御する。すなわち、コントローラ１００は、燃料噴射弁１５、スロットル弁３３、尿素インジェクタ４５、ポンプ４６Ｐ、ウェストゲート弁６４、駆動モータ６６、バイパス弁６９、およびＥＧＲ弁７３等と電気的に接続されており、上記演算の結果等に基づいてこれらの機器にそれぞれ制御用の信号を出力する。

上記制御に関する機能的要素として、コントローラ１００は、主制御部１０１、ＳＣＲ状態推定部１０２、ドージング制御部１０３、ＵＩ（尿素インジェクタ）温度推定部１０４、及びＵＩ保護制御部１０５を有している。なお、ＵＩ温度推定部１０４及びＵＩ保護制御部１０５（制御部）は、上述の尿素水の沸騰による尿素インジェクタ４５の破損を防止しつつ、ＮＯｘの浄化性能を確保する制御を行うための機能部である。

主制御部１０１は、エンジン本体１での燃焼制御を司る制御モジュールである。例えば、主制御部１０１は、クランク角センサＳＮ１により検出されるエンジン回転速度と、アクセルセンサＳＮ８の検出値（アクセル開度）から特定されるエンジン負荷（要求トルク）と、エアフローセンサＳＮ３により検出される吸気流量と、に基づいて、燃料噴射弁１５からの燃料の噴射量および噴射タイミングを決定し、その決定に従って燃料噴射弁１５を制御する。

また、主制御部１０１は、上記エンジン回転速度／負荷等に基づいて目標過給圧を設定するとともに、吸気圧センサＳＮ４により検出される吸気圧（過給圧）がこの目標過給圧に一致するように、ウェストゲート弁６４およびバイパス弁６９の各開度や駆動モータ６６の回転を制御する。さらに、主制御部１０１は、ＥＧＲ率（気筒２に導入される全ガスに対するＥＧＲガスの割合）の目標値である目標ＥＧＲ率を上記エンジン回転速度／負荷等に基づいて設定し、この目標ＥＧＲ率が実現されるようにスロットル弁３３およびＥＧＲ弁７３の各開度を制御する。

ＳＣＲ状態推定部１０２は、ＳＣＲ触媒４３の状態を推定する処理を司る制御モジュールである。例えば、ＳＣＲ状態推定部１０２は、ＮＯｘ濃度センサＳＮ５により検出される排気ガス中のＮＯｘ濃度と、排気温センサＳＮ６により検出される排気ガスの温度と、尿素インジェクタ４５からの尿素水の噴射量とに基づいて、ＳＣＲ触媒４３の温度やアンモニア吸着量を推定する。

ドージング制御部１０３は、尿素インジェクタ４５による尿素水の噴射制御を司る制御モジュールである。例えば、ドージング制御部１０３は、ＳＣＲ状態推定部１０２により推定されるＳＣＲ触媒４３の温度に基づいて尿素水の噴射量を決定し、その決定に従って尿素インジェクタ４５を制御する。

ＵＩ温度推定部１０４は、各種のセンサからの入力情報に基づいて、尿素インジェクタ４５の内部温度の推定値を導出する。具体的にはＵＩ温度推定部１０４は、現状における排気ガスの流量、排気ガスの温度、車速、尿素インジェクタ４５からの尿素水の噴射量などに基づいて、尿素インジェクタ４５の内部温度の推定値を導出する。

排気ガスの流量及び温度は、尿素インジェクタ４５の加熱要素として参照されるデータである。排気ガスの流量は、例えば、エアフローセンサＳＮ３により検出される吸気流量やＥＧＲ弁７３の開度等から推定することができる。排気ガスの温度は、尿素インジェクタ４５に近い位置に配置されている排気温センサＳＮ６により検出値を用いることができる。車速及び尿素水の噴射量は、尿素インジェクタ４５の冷却要素として参照されるデータである。すなわち、車速が高いほど尿素インジェクタ４５に吹き当たる走行風が増えて放熱が促進され、尿素水の噴射量が多いほど、尿素水自体による尿素インジェクタ４５の冷却効果が増すからである。車速は、車速センサＳＮ７の検出値を用いることができる。そして、車速が所定速度以下の低速であることを、尿素インジェクタ４５の内部温度が所定の高温に達したと判定する条件として用いることができる。また、尿素水の噴射量は、ドージング制御部１０３が決定した噴射量を参照することができる。

ＵＩ保護制御部１０５は、ＵＩ温度推定部１０４により導出された尿素インジェクタ４５の内部温度が、予め定められた温度を超過する高温であるとき、尿素水の沸騰による弊害を防止するために、ＮＯｘの浄化性能を可及的に低下させることなく、尿素インジェクタ４５を保護する制御を実行する。

大略的には、尿素インジェクタ４５の内部温度が所定の高温に達するような運転条件下であることが検出された場合に、まずＵＩ保護制御部１０５は、尿素インジェクタ４５へ供給する尿素水量を増量させて、尿素インジェクタ４５の自己冷却を試みる。そして、前記自己冷却でも尿素インジェクタ４５の内部温度が所定の高温よりも低下しない場合であって、且つ、エンジン本体１からのＮＯｘの発生量が所定の基準発生量よりも少ない運転状態である場合に、尿素水の回収制御を実行する。尿素水の回収制御では、尿素タンク４６から尿素インジェクタ４５への尿素水の供給を停止させると共に、尿素インジェクタ４５内の尿素水を尿素タンク４６に回収する回収動作を実行するように、尿素インジェクタ４５及びポンプ４６Ｐが制御される。このような尿素インジェクタ４５の保護制御については、後記で詳述する。

［ベースとなるドージング制御について］
次に、図３〜図６を参照して、尿素インジェクタ４５からの尿素水の噴射動作の制御であるドージング制御について、ドージング制御部１０３がエンジンの通常運転時等に実行するベーシックなドージング制御について説明する。この通常運転時のドージング制御では、ＳＣＲ触媒４３の温度に応じてアンモニアの目標吸着量（図５のＱａ）を設定し、この目標吸着量に応じた量の尿素水を尿素インジェクタ４５から噴射するといった制御が実行される。なお、目標吸着量は、ＳＣＲ触媒４３において吸着可能なアンモニア量に基づいて予め定められる。

図３は、通常運転時のドージング制御の具体的手順を示すフローチャートである。制御がスタートすると、コントローラ１００（ドージング制御部１０３）は、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓを推定する（ステップＳ１）。なお、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓは、典型的には、ＳＣＲ触媒４３の担体の温度、つまり床温のことである。

図４は、上記ステップＳ１においてＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓを推定する手順を模式的に示す図である（図中ではＳＣＲ触媒のことを単にＳＣＲと略記している）。コントローラ１００は、まず、排気温センサＳＮ６により検出されるＳＣＲ触媒４３の直前の排気ガスの温度と、排気ガスの流量とに基づいて、ＳＣＲ触媒４３への入熱量を算出する。上述の通り、排気ガスの流量は、エアフローセンサＳＮ３により検出される吸気流量やＥＧＲ弁７３の開度等から推定することができる。

次に、コントローラ１００は、車速センサＳＮ７により検出される車速と、外気温センサＳＮ９により検出される外気温とに基づいて、ＳＣＲ触媒４３からの放熱量を算出する。コントローラ１００は、算出されたＳＣＲ触媒４３の入熱量および放熱量と、予め記憶されているＳＣＲ触媒４３の熱容量とに基づいて、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓを算出する。ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓは、入熱量が大きいかまたは放熱量が小さいほど高い値に算出され、入熱量が小さいかまたは放熱量が大きいほど低い値に算出される。ここで、ＳＣＲ触媒４３からの放熱量は、車速が高いほど大きいものとして扱うことができる。これは、車速が高いほどＳＣＲ触媒４３に吹き当たる走行風が増えて放熱が促進されるからである。逆に、放熱量は、車速が低いほど小さくなるので、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓは、車速が低いほど高いと推定されることになる。

次いで、コントローラ１００は、ＳＣＲ触媒４３に吸着させるべきアンモニアの目標吸着量Ｑａを決定する（ステップＳ２）。図５は、ＳＣＲ触媒４３の温度とアンモニアの上限吸着量Ｑｘ及び目標吸着量Ｑａとの関係を示すグラフである。目標吸着量Ｑａは、ＳＣＲ触媒４３において所要のＮＯｘ浄化を行い得る適正なアンモニア吸着量であって、図５のグラフに示すように、上限吸着量Ｑｘよりも少ない領域において、ＳＣＲ触媒４３の温度（ＳＣＲ温度）Ｔｓに応じて可変的に設定される。コントローラ１００は、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓと目標吸着量Ｑａとの関係を定めたマップを予め記憶しており、上記ステップＳ１で推定されたＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓをこのマップに照合することにより、目標吸着量Ｑａを決定する。

アンモニアの目標吸着量Ｑａは、上限吸着量Ｑｘよりも小さい値に設定される。上限吸着量Ｑｘとは、ＳＣＲ触媒４３に吸着させることが可能な上限のアンモニア吸着量であり、飽和吸着量とも呼ばれるものである。ＳＣＲ触媒４３は、その内部温度が高くなるほどアンモニアを吸着し難くなるという性質がある。このため、図５の上限吸着量Ｑｘのラインは、全体として、高温側（右側）ほど吸着量が少なくなる（右下がりの）傾向を有している。上限吸着量Ｑｘを越える領域は、アンモニアがＳＣＲ触媒４３をスリップして排気通路４０の下流側に流出するアンモニアスリップ領域となる。

上記のような上限吸着量Ｑｘの傾向に合わせて、アンモニアの目標吸着量Ｑａも、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓが高いほど低下する（逆に温度Ｔｓが低いほど高くなる）可変的な値に設定される。コントローラ１００は、このような可変的な目標吸着量Ｑａに応じて、尿素インジェクタ４５及びポンプ４６Ｐの動作を制御することになる。但し、このように温度に依存して目標吸着量Ｑａが変化するのは、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓが一定の高温化領域（Ｔｓ＝Ｔ１〜Ｔ２の範囲）に属している範囲だけである。温度Ｔ１以下となる低温側の範囲では、目標吸着量Ｑａが一定値Ｑ１に設定され、温度Ｔ２以上となる高温側の範囲では、目標吸着量Ｑａが一律にゼロに設定される。なお、低温側（Ｔｓ≦Ｔ１）で目標吸着量Ｑａが一定値Ｑ１とされるのは、Ｑ１程度のアンモニアが吸着されていればＮＯｘの浄化性能が十分に良好になるので、Ｑ１よりもさらに吸着量を増やす意味がないからである。

次いで、コントローラ１００は、現時点でＳＣＲ触媒４３に吸着されているアンモニアの量である現アンモニア吸着量Ｑｃを推定する（ステップＳ３）。後述のステップＳ５で詳述するが、現アンモニア吸着量Ｑｃは、尿素インジェクタ４５からの尿素水の噴射量を決定する過程で使用されるパラメータである。このため、現アンモニア吸着量Ｑｃは、これまでの尿素水の噴射量の履歴から逆算により求めることができる。すなわち、尿素水の噴射量の履歴から求められる各時点のアンモニア供給量から、ＳＣＲ触媒４３での各時点のアンモニア消費量（次述のステップＳ４で算出）を差し引いた分が、ＳＣＲ触媒４３に都度蓄積されることになるので、この蓄積分を時間ごとに積算したものを現アンモニア吸着量Ｑｃとして算出することができる。

次いで、コントローラ１００は、ＳＣＲ触媒４３において消費されるアンモニアの量であるアンモニア消費量Ｗを推定する（ステップＳ４）。コントローラ１００は、ＮＯｘ濃度センサＳＮ５により検出される排気ガス中のＮＯｘ濃度と、演算により推定される排気ガスの流量（吸気流量の検出値やＥＧＲ弁７３の開度等から求められる値）とに基づいて、ＳＣＲ触媒４３に流入するＮＯｘの量を算出する。算出されたＮＯｘの流入量に基づいて、コントローラ１００は、ＳＣＲ触媒４３でＮＯｘ還元のために消費されるアンモニアの量、つまりアンモニア消費量Ｗを算出する（後述する図６の一部参照）。

次いで、コントローラ１００は、尿素インジェクタ４５から噴射すべき尿素水の噴射量Ｕを決定し（ステップＳ５）、この決定した噴射量Ｕに相当する尿素を尿素インジェクタ４５から噴射させるよう、尿素インジェクタ４５及びポンプ４６Ｐの動作を制御する（ステップＳ６）。

図６は、上記ステップＳ５において噴射量Ｕを決定する手順を模式的に示す図である。コントローラ１００は、上記ステップＳ４で求められたアンモニア消費量Ｗと、アンモニアの要求余剰供給量Ｑｄとに基づいて、尿素水の噴射量Ｕを算出する。ここで、アンモニアの要求余剰供給量Ｑｄとは、ＳＣＲ触媒４３においてアンモニア吸着量Ｑｃを目標吸着量Ｑａまで高めるのに必要なアンモニアの余剰供給量のことであり、上記ステップＳ２で決定されたアンモニアの目標吸着量Ｑａから、上記ステップＳ３で算出された現アンモニア吸着量Ｑｃを差し引くことで得られる値である。尿素水の噴射量Ｕは、要求余剰供給量Ｑｄが多いほど、また、アンモニア消費量Ｗが多い程、より大きい値として算出される。

［尿素インジェクタの保護制御］
以上が、ドージング制御の基本動作である。続いて、尿素インジェクタ４５の内部温度が、尿素水の沸騰が生じ得る程度の高温に達する条件において実行されるドージング制御、換言すると尿素インジェクタの保護制御について説明する。この保護制御は、既述の通り、尿素水の沸騰に伴う尿素インジェクタ４５のダメージを抑止しつつ、ＮＯｘの浄化性能を可及的に低下させないことを企図するもので、主にＵＩ温度推定部１０４及びＵＩ保護制御部１０５によって実行される。

当該保護制御は、主に排気通路４０を通過する排気ガスが通常時よりも相当に高温化する運転条件、或いは、排気通路４０の冷却要素の能力が低下する運転条件において実行される。前者としては、例えばＤＰＦ４２の再生処理のために意図的に排気ガスを高温化する運転条件が挙げられる。後者としては、車速が低く、走行風による冷却能力が低下する運転条件が挙げられる。このような運転条件に至っているか否か、つまり尿素インジェクタ４５の内部温度が所定の高温に達する条件であるか否かは、ＵＩ温度推定部１０４の処理によって判定される。この保護制御は、尿素インジェクタ４５への尿素水の供給量を増量させる増量制御と、尿素インジェクタ４５から尿素水を回収する回収制御とからなる。

図７は、図５のグラフに、尿素水の増量制御Ｑｕｐに関連する事項を追記したグラフである。この増量制御Ｑｕｐにおいては、上限ガード供給量Ｑｍａｘが参照される。上限ガード供給量Ｑｍａｘは、目標吸着量Ｑａを達成するために必要な尿素水の供給量よりも多く、且つ、上限吸着量Ｑｘを超過する尿素水の供給量となる領域において、真の尿素水の供給限界を示すラインである。つまり、アンモニアスリップ領域に入り込む尿素水の供給量となるが、スリップ触媒４４にてＳＣＲ触媒４３をスリップしたアンモニアを処理できる限界ラインである。

上述の通り、通常のドージング制御においては、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓに応じて、目標吸着量Ｑａに沿うようにポンプ４６Ｐから尿素インジェクタ４５へ供給される尿素水の供給量が制御される。この増量制御Ｑｕｐにおいては、ＵＩ保護制御部１０５は、目標吸着量Ｑａを越える尿素水を尿素インジェクタ４５へ供給する。これにより、尿素水が冷却媒体として機能し、尿素インジェクタ４５を冷却することが可能となる。但し、上限ガード供給量Ｑｍａｘを超過するほど尿素水を供給すると、スリップ触媒４４で処理しきれないアンモニアが車両から排出されてしまう。この場合、アンモニア臭を発散させることになるので、上限ガード供給量Ｑｍａｘを超過しない範囲で、尿素水を増量することが望ましい。

尿素水の回収制御は、上記の増量制御Ｑｕｐを行っても尿素インジェクタ４５の内部温度が所定の高温を下回らない場合であって、エンジン本体１からのＮＯｘの発生量が所定の基準発生量よりも少ない運転状態である場合に実行される。すなわち、排気通路４０を流れるＮＯｘの量が少ない状態では、ＳＣＲ触媒４３における当面のＮＯｘ還元処理に支障がないと推定できることから、ＵＩ保護制御部１０５は前記回収制御を実行する。具体的にはＵＩ保護制御部１０５は、尿素インジェクタ４５への尿素水の供給を停止させると共に、尿素インジェクタ４５内に残存している尿素水が尿素タンク４６に回収されるよう、ポンプ４６Ｐの動作を制御する。

これに対し、エンジン本体１からのＮＯｘの発生量が所定の基準発生量よりも多い運転状態では、前記回収制御は実行されない。すなわち、ＵＩ保護制御部１０５は、排気通路４０を流れるＮＯｘの量が多く、ＮＯｘ還元処理に支障が生じ得る状況では、前記回収制御を実行しない。つまり、尿素インジェクタ４５の内部温度が所定の高温に至っている場合に、無条件に尿素インジェクタ４５から尿素水を回収してしまうのではなく、ＮＯｘの発生量から相対的にみてＳＣＲ触媒４３のＮＯｘの浄化能力が十分でないと推定されるときは、尿素水を回収しない。この場合、上記の増量制御Ｑｕｐが継続されることになる。

図８は、上述の尿素インジェクタ４５の保護制御の考え方を図示したタイムチャートである。当該保護制御においてモニターされるのは、尿素インジェクタ４５の内部温度（ＵＩ内部温度）と、排気通路４０を現状において流れているＮＯｘの量（ＮＯｘ流量現在値）とである。ＵＩ内部温度は、ＵＩ温度推定部１０４が導出する推定値が参照される。ＮＯｘ流量現在値は、例えば、排気通路４０において尿素インジェクタ４５の直上流に配置されているＮＯｘ濃度センサＳＮ５の検出値と、エアフローセンサＳＮ３により検出される吸気流量やＥＧＲ弁７３の開度等から推定される排気ガスの流量とから算出することができる。

タイミングｔ１において、ＵＩ内部温度が「所定値１」を超過すると、尿素水の噴射量が増量される。これが、図７に示した尿素水の増量制御Ｑｕｐである。「所定値１」は、任意の温度に設定できるが、尿素インジェクタ４５内の圧力下において尿素水に沸騰が生じる直前の温度であることが望ましい。これにより、尿素インジェクタ４５内で現に尿素水の沸騰が生じる前に、尿素水を増量させたり、尿素インジェクタ４５から回収させたりすることができる。従って、尿素インジェクタ４５のダメージを確実に抑止することができる。なお、タイミングｔ１の時点では、まだ尿素水の回収制御は実行されない。

タイミングｔ１に続くタイミングｔ２において、ＮＯｘ流量現在値が「所定値２」を下回ると、尿素水の回収制御が実行される。すなわち、ＵＩ内部温度が「所定値１」を超過し、且つ、ＮＯｘ流量現在値が「所定値２」を下回るというＡＮＤ条件が成立すると、尿素水の回収制御が開始される。一方、このタイミングｔ２で、尿素インジェクタ４５からの尿素水の噴射は停止される。この例では、ｔ１〜ｔ２の間が、尿素水の増量制御Ｑｕｐが実行される期間となる。勿論、ｔ１においてＮＯｘ流量現在値が「所定値２」を下回っていれば、ｔ１で前記回収制御が開始されることになる。

「所定値２」は、上述の「所定の基準発生量」に相当する値であって、エンジン本体１からのＮＯｘの発生量が低レベルであるとされる範囲内において予め定められる値である。具体的には「所定値２」は、排気通路４０中のＮＯｘ流量が、低レベル流量の範疇において予め定められる流量（所定の基準流量）となる値である。本実施形態では、ＮＯｘ濃度センサＳＮ５の検出結果から導出される排気通路４０中のＮＯｘ流量に基づき、「所定値２」を満たすか否かが判定される。一般に、エンジン本体１が低負荷運転領域で運転されている場合は、ＮＯｘの発生量が低レベルとなり、排気通路４０中のＮＯｘ流量も少なくなる。このため、「所定値２」は、低負荷運転領域において発生するＮＯｘ流量を参照して設定することが望ましい。すなわち、低負荷運転領域で運転されている場合に、前記回収動作を実行させることが望ましい。

タイミングｔ２に続くタイミングｔ３において、ＮＯｘ流量現在値が「所定値３」を超過した場合、尿素水の回収制御は停止され、尿素インジェクタ４５からの尿素水に噴射が再開される。これは、排気通路４０中のＮＯｘ流量の増量に対応して、ＳＣＲ触媒４３のＮＯｘ浄化能力を増強するためである。すなわち、タイミングｔ２以降は、尿素水の噴射が停止され、ＮＯｘ流量が低レベルであるとはいえ、ＳＣＲ触媒４３に吸着されているアンモニアが徐々に消費されている状態である。このため、ＳＣＲ触媒４３におけるＮＯｘの浄化性能が低下しており、ＮＯｘ流量の増量に対応し難い状態に至っているからである。「所定値３」は、上記「所定値２」と同じ温度に設定しても良いし、「所定値２」よりも僅かに低い又は高いＮＯｘ流量に設定しても良い。尿素水の噴射の再開によって、ＳＣＲ触媒４３の吸着アンモニア量を回復させることができる。なお、ｔ３から所定期間は、通常よりも多い量の尿素水を尿素インジェクタ４５から噴射させるようにしても良い。

或いは、タイミングｔ３において、ＵＩ内部温度が「所定値４」を下回った場合、尿素水の回収制御は停止され、尿素インジェクタ４５からの尿素水に噴射が再開される。これは、ＵＩ内部温度が所定の高温状態を脱した場合、尿素水の沸騰が生じなくなるので、もはや尿素水の回収制御を実行する必要がないからである。「所定値４」は、上記「所定値１」と同じ温度に設定しても良いし、「所定値１」よりも僅かに低い又は高い温度に設定しても良い。すなわち、ＮＯｘ流量現在値が「所定値３」を超過する、又は、ＵＩ内部温度が「所定値４」を下回るというＯＲ条件が成立すると、尿素水の回収制御が終了されるものである。

［コントローラによる制御フロー］
図９は、コントローラ１００による保護制御の具体例を示すフローチャートである。コントローラ１００のドージング制御部１０３によって図３に示したドージング制御が実行されている状況下において、ＵＩ温度推定部１０４は所定のサンプリング周期に、尿素インジェクタ４５の内部温度（ＵＩ内部温度）が先述の「所定値１」を超過しているか否かをモニターする（ステップＳ１１）。ＵＩ内部温度が「所定値１」未満である場合（ステップＳ１１でＮＯ）、ＵＩ保護制御部１０５は保護制御を実行せず、図３のドージング制御が継続される。

これに対し、ＵＩ内部温度が「所定値１」を超過している場合（ステップＳ１１でＹＥＳ）、ＵＩ保護制御部１０５は、保護制御の第１ステップとして、尿素水の増量制御を作動させる（ステップＳ１２）。具体的にはＵＩ保護制御部１０５は、ポンプ４６Ｐから尿素インジェクタ４５へ向けて送る尿素水量を、所定量だけ増量させる。尿素水の増量によって、尿素インジェクタ４５の冷却性能が高められると共に、ＳＣＲ触媒４３へ吸着されるアンモニア量を増加させることができ、その時点におけるＳＣＲ触媒のＮＯｘ浄化能力を高めることができる。

次にＵＩ保護制御部１０５は、ＮＯｘ濃度センサＳＮ５が検出する排気通路４０中のＮＯｘ濃度と排気ガスの流量とから求められるＮＯｘ流量現在値が、先述の「所定値２」を下回っているか否かを判定する（ステップＳ１３）。ＮＯｘ流量現在値が「所定値２」を下回っていない場合（ステップＳ１３でＮＯ）、つまり、エンジン本体１からのＮＯｘの発生量が前記基準発生量よりも多い運転状態である場合、尿素水噴射を停止してしまうと当面のＮＯｘ還元処理に支障が生じ得る状態である。このため、ステップＳ１１に戻り、ＵＩ内部温度が「所定値１」を超過している限りにおいて、尿素水の増量制御（ステップＳ１２）が継続される。

一方、ＮＯｘ流量現在値が「所定値２」を下回る状態となった場合（ステップＳ１３でＹＥＳ；図８のタイミングｔ２）、ＵＩ保護制御部１０５は、保護制御の第２ステップとして、尿素水の回収制御を作動させる（ステップＳ１４）。具体的にはＵＩ保護制御部１０５は、ポンプ４６Ｐから尿素インジェクタ４５へ向けての尿素水の供給動作を停止させる。これにより、尿素水の噴射は停止される（ステップＳ１５）。そして、ＵＩ保護制御部１０５は、ポンプ種別にもよるが、必要に応じてポンプ４６Ｐに負圧を発生させ、尿素インジェクタ４５の内部及び供給管４６ａ内に残存している尿素水を尿素タンク４６へ回収させる。

続いてＵＩ保護制御部１０５は、ＮＯｘ流量現在値が、先述の「所定値３」を超過する状態であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。ＮＯｘ流量現在値が「所定値３」を超過していない場合（ステップＳ１６でＮＯ）、まだＮＯｘ流量が少なく、現状のＳＣＲ触媒４３においてＮＯｘを浄化できる状態であるので、尿素水の回収制御は直ちに停止されない。一方、ＮＯｘ流量現在値が「所定値３」を超過している場合（ステップＳ１６でＹＥＳ；図８のタイミングｔ３）、ＵＩ保護制御部１０５は尿素水の回収制御を停止させる（ステップＳ１８）。これにより、図３に示すドージング制御の実行状態に復帰する。

ＮＯｘ流量現在値が「所定値３」を超過していない場合（ステップＳ１６でＮＯ）、さらにＵＩ保護制御部１０５は、ＵＩ内部温度が先述の「所定値４」を下回っているか否かを判定する（ステップＳ１７）。ＵＩ内部温度が「所定値４」を超過している場合（ステップＳ１７でＮＯ）、尿素水の沸騰が生じ得る状態であるので、ステップＳ１４に戻り、ＵＩ保護制御部１０５は尿素水の回収制御を継続する。一方、ＵＩ内部温度が「所定値４」を下回っている場合（ステップＳ１７でＹＥＳ；図８のタイミングｔ３）、ＵＩ保護制御部１０５は尿素水の回収制御を停止させる（ステップＳ１８）。

［作用効果］
以上説明した本実施形態に係るエンジンの排気システム４Ｓ（排気浄化装置）によれば、次のような作用効果を奏する。本実施形態のコントローラ１００は、尿素インジェクタ４５の内部温度が所定の高温に達すると無条件に尿素水を尿素インジェクタ４５から回収する回収動作を実行させるのではなく、尿素インジェクタ４５が高温化（ＵＩ内部温度が「所定値１」を超過）し、且つ、エンジン本体からのＮＯｘの発生量が所定の基準発生量よりも少ない運転状態（ＮＯｘ流量現在値が「所定値２」を下回る）という２つの要件が満たされたときに、前記回収動作を実行させる。換言すると、尿素インジェクタ４５が高温化する条件であっても、ＮＯｘ発生量が前記基準発生量よりも多ければ尿素水の回収動作が実行されない。

つまり、ＮＯｘ発生量が前記基準発生量よりも少ない場合は、たとえＳＣＲ触媒４３におけるアンモニア量が所定の基準吸着量よりも少ない状態であっても、当該ＳＣＲ触媒４３によって十分にＮＯｘの浄化を行うことが可能である。つまり、直ちに尿素水の供給を要する状態ではない。この場合、尿素インジェクタ４５から尿素水を回収し、当該尿素インジェクタの高温化４５に伴う尿素水の沸騰を防止する。一方、ＮＯｘ発生量が前記基準発生量よりも多い場合は、ＳＣＲ触媒４３に十分なアンモニア量を吸着させておくことが要請される状態である。この場合は、尿素インジェクタ４５から尿素水を回収せず、直ちに尿素水を排気通路内に供給可能な体制としておく。このような制御をコントローラ１００が実行することで、ＮＯｘの浄化性能を低下させることなく、尿素水の沸騰に伴う尿素インジェクタ４５のダメージを抑制することができる。

また、コントローラ１００は、尿素インジェクタ４５の内部温度が所定の高温に達する条件下であって、ＮＯｘ濃度センサＳＮ５（ＮＯｘセンサ）の検出結果より得られるＮＯｘ流量が所定の基準流量よりも少ない場合に、前記回収動作を実行させる。一般に、自動車等の車両の排気通路４０には、ＮＯｘ濃度センサＳＮ５が備えられている。このため本実施形態によれば、標準装備のＮＯｘ濃度センサＳＮ５の検出結果を利用して、コントローラ１００に、上記の前記回収動作を実行させるか否かの判定を実行させることができる。

さらに、コントローラ１００は、尿素インジェクタ４５の温度が所定の高温に達する条件下であって、エンジン本体からのＮＯｘの発生量が所定の基準発生量よりも多い運転状態である場合には、尿素タンク４６から尿素インジェクタ４５への尿素水の供給量を増量させる増量制御を行う。この増量された尿素水によって、尿素インジェクタ４５の冷却性能が高められる。また、尿素水の増量によって、ＳＣＲ触媒４３へ吸着されるアンモニア量を増加させることができ、これによりＮＯｘの発生量が多い運転状態であっても、ＳＣＲ触媒４３にて十分にＮＯｘを浄化させることが可能となる。

また、コントローラ１００は、車両の車速が所定速度以下の低速であることを、尿素インジェクタ４５の内部温度が所定の高温に達したと判定する条件として用いている。車速が低速であると、走行風による尿素インジェクタ４５の冷却効果が低減するので、低車速であることをもって尿素インジェクタ４５の内部温度が高温化したことを推定することができる。従って、尿素インジェクタ４５の内部温度が直接計測できない場合でも、車速に基づき尿素インジェクタ４５の高温化を的確に判断させることができる。

［変形実施形態］
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、次のような変形実施形態を取り得る。

（１）上記実施形態では、尿素インジェクタ４５の保護制御として、尿素水の増量制御及び回収制御を行う例を示した。すなわち、先ずは尿素水の増量制御を試み、それでも尿素インジェクタ４５の冷却が進まない場合であって、ＮＯｘ流量現在値が基準発生量よりも少ないという条件を満たすときに、尿素水の回収制御を行う例を示した。これに代えて、尿素水の増量制御を省き、シンプルに尿素インジェクタ４５の内部温度が所定の高温であって、ＮＯｘ流量現在値が基準発生量よりも少ないときに、尿素水の回収制御を実行させるようにしても良い。

（２）上記実施形態では、軽油を主成分とする燃料を圧着着火させるディーゼルエンジンに本発明の排気浄化装置を適用した例について説明した。本発明を適用可能なエンジンは、ＮＯｘを浄化するためにＳＣＲ触媒を設ける必要のあるエンジンであればよく、例えばガソリンを主成分とする燃料をリーンな空燃比下で燃焼させるリーンバーンガソリンエンジンに本発明を適用してもよい。

１ エンジン本体
４Ｓ 排気システム（排気浄化装置）
４０ 排気通路
４３ ＳＣＲ触媒
４５ 尿素インジェクタ
４６ 尿素タンク
４６ａ 供給管
４６Ｐ ポンプ（ポンプ装置）
１００ コントローラ（制御部）
１０４ ＵＩ温度推定部
１０５ ＵＩ保護制御部（制御部）
ＳＮ５ ＮＯｘ濃度センサ（ＮＯｘセンサ）

Claims (4)

1. エンジン本体から排出される排気ガスが流通する排気通路と、
   前記排気通路内に尿素水を供給する尿素インジェクタと、
   尿素タンクに貯留された尿素水を前記尿素インジェクタへ供給すると共に、前記尿素インジェクタに供給された尿素水を前記尿素タンクへ回収する動作を実行可能なポンプ装置と、
   前記尿素インジェクタよりも下流側の排気通路に設けられ、尿素から生成されるアンモニアの還元作用により排気ガス中のＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒と、
   前記尿素インジェクタ及び前記ポンプ装置の動作を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記尿素インジェクタの内部温度が所定の高温に達する条件下であって、前記エンジン本体からのＮＯｘの発生量が所定の基準発生量よりも少ない運転状態である場合に、
   前記尿素インジェクタへの尿素水の供給を停止させると共に、前記尿素インジェクタ内の尿素水を前記尿素タンクに回収する回収動作を実行するよう、前記ポンプ装置を制御するエンジンの排気浄化装置において、
   前記排気通路内に配置され、前記排気ガス中のＮＯｘを検出するＮＯｘセンサを備え、
   前記制御部は、前記尿素インジェクタの温度が所定の高温に達する条件下であって、前記ＮＯｘセンサの検出結果より得られるＮＯｘ流量が所定の基準流量よりも少ない場合に、前記回収動作を実行させることを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
2. エンジン本体から排出される排気ガスが流通する排気通路と、
   前記排気通路内に尿素水を供給する尿素インジェクタと、
   尿素タンクに貯留された尿素水を前記尿素インジェクタへ供給すると共に、前記尿素インジェクタに供給された尿素水を前記尿素タンクへ回収する動作を実行可能なポンプ装置と、
   前記尿素インジェクタよりも下流側の排気通路に設けられ、尿素から生成されるアンモニアの還元作用により排気ガス中のＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒と、
   前記尿素インジェクタ及び前記ポンプ装置の動作を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記尿素インジェクタの内部温度が所定の高温に達する条件下であって、前記エンジン本体からのＮＯｘの発生量が所定の基準発生量よりも少ない運転状態である場合に、
   前記尿素インジェクタへの尿素水の供給を停止させると共に、前記尿素インジェクタ内の尿素水を前記尿素タンクに回収する回収動作を実行するよう、前記ポンプ装置を制御するエンジンの排気浄化装置において、
   前記制御部は、
   前記エンジン本体が、ＮＯｘ流量が所定の基準流量よりも少なくなる低負荷運転領域で運転されているか否かを判定し、
   前記尿素インジェクタの温度が所定の高温に達する条件下であって、前記エンジン本体が、前記低負荷運転領域で運転されていると判定された場合に、前記回収動作を実行させる、エンジンの排気浄化装置。
3. 請求項１又は２に記載のエンジンの排気浄化装置において、
   前記制御部は、
   前記尿素インジェクタの温度が所定の高温に達する条件下であって、前記エンジン本体からのＮＯｘの発生量が所定の基準発生量よりも多い運転状態である場合に、
   前記尿素インジェクタへの尿素水の供給量を増量させる制御を行う、エンジンの排気浄化装置。
4. 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装置において、
   前記エンジンは、車両に搭載される車載エンジンであり、
   前記制御部は、前記車両の車速が所定速度以下の低速であることを、前記尿素インジェクタの内部温度が所定の高温に達したと判定する条件として用いる、エンジンの排気浄化装置。

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