CN103154456B - 还原剂供给装置和还原剂供给装置的控制方法及排气净化装置 - Google Patents

还原剂供给装置和还原剂供给装置的控制方法及排气净化装置 Download PDF

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Abstract

提供可以使还原剂喷射阀内凝固了的尿素水溶液快速地融解，而提前开始尿素水溶液的喷射控制的还原剂供给装置和还原剂供给装置的控制方法以及排气净化装置。该还原剂供给装置为具备：容纳液体还原剂的储藏槽、加压输送还原剂的泵、将通过泵加压输送的还原剂喷射到内燃机的排气管内的还原剂喷射阀、和连接泵与还原剂喷射阀的还原剂通路，在停止内燃机后、实行将还原剂通路内的还原剂回收到储藏槽的清洗处理的还原剂供给装置，其中，在还原剂通路的一部分具备虹吸功能部，该虹吸功能部用于即使在内燃机起动时、由于还原剂喷射阀内的还原剂的凝固而使还原剂喷射阀为喷射不良状态的情况下，开始驱动泵后，也使还原剂的一部分到达还原剂喷射阀而使凝固了的还原剂融解。

Description

还原剂供给装置和还原剂供给装置的控制方法及排气净化装置
技术领域
本发明涉及用于将从内燃机排出的排气的净化中使用的液体还原剂喷射到排气管内的还原剂供给装置和还原剂供给装置的控制方法以及排气净化装置。
背景技术
以往，作为去除从内燃机排出的排气中的氮氧化物(NOX)的排气净化装置的一方式，具备用于将尿素水溶液喷射到排气管内的还原剂供给装置，和吸附通过尿素水溶液中的尿素的分解而生成的氨的同时、使所流入的排气中的NOX选择性地与氨反应而还原的还原催化剂的尿素选择性催化还原(SCR、Selective Catalytic Reduction)***得到实用化。
这种尿素SCR***中使用的还原剂供给装置具备：容纳尿素水溶液的储藏槽、吸上并加压输送储藏槽内的尿素水溶液的泵、将所加压输送的尿素水溶液喷射到排气管内的还原剂喷射阀。
其中，作为液体的还原剂的尿素水溶液，调整到凝固点最低的浓度(例如32.5%浓度、凝固点≒－11℃)来使用，从而即使在寒冷地区也不会冻结。但是，尿素水溶液中的溶剂蒸发等而浓度升高时，凝固点升高，尿素水溶液易凝固。在内燃机的停止中途中，若在还原剂喷射阀或还原剂通路内尿素水溶液凝固，则不能适当地实行下次的尿素水溶液的喷射，因此，在内燃机的停止时，实行将还原剂供给装置内的尿素水溶液回收到储藏槽内的清洗处理(例如参照专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-7560号公报(段落[0013]、[0021]等)。
发明内容
但是，即使实施清洗处理，现实上也难以全部回收存在于还原剂喷射阀的阀体的周围等微细的间隙的尿素水溶液。另外，还原剂供给装置具备还原剂喷射阀的冷却设备，在内燃机的运转中对还原剂喷射阀进行冷却，但是内燃机停止后，大多情况下该冷却设备的功能也停止，残留在还原剂喷射阀的内部的尿素水溶液易由于排气管等的热的影响而被加热。
若所残留的尿素水溶液被加热，则溶剂蒸发而浓度升高，因此尿素水溶液的凝固点升高。如此，随着时间推移，尿素水溶液被冷却的过程中，残留在还原剂喷射阀内的尿素水溶液易凝固，发生还原剂喷射阀的常闭状态的可能性升高。
若发生还原剂喷射阀的常闭状态，则在下次内燃机的起动时，即使在通过泵加压输送尿素水溶液的情况下，也难以排出存积在还原剂通路内的气体(空气或排气)，形成尿素水溶液不能到达还原剂喷射阀的状态。形成这种状态时，还原剂喷射阀通过排气热等被加热，只要周围的温度不超过凝固了的尿素水溶液的凝固点，则凝固了的尿素水溶液不会融解。如此，由于不能通过还原剂喷射阀开始尿素水溶液的喷射控制，因此期间的NOX净化有可能不充分。
本发明的发明人鉴于这种问题，发现通过在还原剂通路的一部分设置满足规定条件的虹吸功能部，即使由于还原剂喷射阀内的尿素水溶液的凝固而使还原剂喷射阀为喷射不良状态时，开始驱动泵后，也可以快速地使尿素水溶液的一部分到达还原剂喷射阀，从而可以解决这种问题，完成了本发明。即，本发明的目的在于，提供可以使还原剂喷射阀内凝固了的尿素水溶液快速地融解，而提前开始尿素水溶液的喷射控制的还原剂供给装置和还原剂供给装置的控制方法以及排气净化装置。
根据本发明，提供下述还原剂供给装置，可以解决上述问题，该还原剂供给装置，为具备：容纳液体还原剂的储藏槽、加压输送还原剂的泵、将通过泵加压输送的还原剂喷射到内燃机的排气管内的还原剂喷射阀、和连接泵与还原剂喷射阀的还原剂通路，在停止内燃机后、实行将还原剂通路内的还原剂回收到储藏槽的清洗处理的还原剂供给装置，其特征在于，在还原剂通路的一部分具备虹吸功能部，该虹吸功能部用于即使在内燃机起动时、由于还原剂喷射阀内的还原剂的凝固而使还原剂喷射阀为喷射不良状态的情况下，开始驱动泵后，也使还原剂的一部分到达还原剂喷射阀而使凝固了的还原剂融解。
即，根据本发明的还原剂供给装置，可以使还原剂停留在还原剂通路的一部分所具备的虹吸功能部的同时，即使发生还原剂喷射阀的常闭的情况下，随着泵的驱动还原剂通路内的气体被压缩时，也可以使所停留的还原剂快速到达还原剂喷射阀内。其结果，可以使还原剂喷射阀内凝固了的还原剂快速地融解，可以提前开始通过还原剂喷射阀进行喷射控制。
另外，构成本发明的还原剂供给装置时，优选虹吸功能部通过与还原剂喷射阀邻接设置、从还原剂喷射阀的高度位置向着下方配设了还原剂通路的第一区域，和与第一区域邻接设置、从第一区域的最深部的高度位置向着上方配设了还原剂通路的第二区域而构成，并且以起动内燃机时，在还原剂喷射阀关闭的状态下开始驱动泵的情况下，被加压输送的还原剂的最前面到达第二区域内的方式构成虹吸功能部。
本发明的还原剂供给装置中，通过考虑到还原剂的加压输送开始时的还原剂的最前面的位置来构成虹吸功能部，即使关闭还原剂喷射阀时，也可以在刚驱动泵之后，将还原剂的一部分输送到虹吸功能部内。另外，由于使构成第二区域的还原剂通路为规定的构成，即使此后将还原剂通路内减压时，也可以利用重力使还原剂的一部分停留在虹吸功能部的最深部。
另外，构成本发明的还原剂供给装置时，优选以满足下式(I)的方式构成虹吸功能部。
Vdv：还原剂喷射阀内的还原剂流通空间容量
Va：第一区域的还原剂流通空间容量
Vb：第二区域的还原剂流通空间容量
Vtotal：从泵排出口直至还原剂喷射阀的喷孔为止的还原剂流通空间容量
Pa：大气压
Ps：还原剂加压输送时的设定压力(***压力)
n：多变指数。
本发明的还原剂供给装置中，通过以与从泵的排出口直至还原剂喷射阀的喷孔为止的还原剂流通空间的容量份的气体被加压到还原剂加压输送时的设定压的状态下的容量相比，虹吸功能部和还原剂喷射阀内的还原剂流通空间的容量的总和大的方式，构成虹吸功能部，从而可以容易地构成能够在刚开始驱动泵之后、将还原剂的一部分输送到虹吸功能部内的虹吸功能部。
另外，构成本发明的还原剂供给装置时，优选以在内燃机起动时，在还原剂喷射阀关闭的状态下开始驱动泵的情况下，停留在第一区域的最深部的还原剂到达还原剂喷射阀内的方式构成第一区域。
本发明的还原剂供给装置中，通过考虑到开始驱动泵时停留在虹吸功能部的还原剂的最前面的位置来构成第一区域，即使发生还原剂喷射阀的常闭时，通过驱动泵，也可以使还原剂的一部分切实地到达还原剂喷射阀内。
另外，构成本发明的还原剂供给装置时，优选以满足下式(II)的方式构成虹吸功能部。
Vdv：还原剂喷射阀内的还原剂流通空间容量
Va：第一区域的还原剂流通空间容量
Pa：大气压
Ps：还原剂加压输送时的设定压力(***压力)
n：多变指数。
本发明的还原剂供给装置中，通过以与第一区域和还原剂喷射阀内的还原剂流通空间的容量的总和份的气体被加压到还原剂加压输送时的设定压的状态下的容量相比，还原剂喷射阀内的还原剂流通空间的容量大的方式，构成第一区域，从而可以容易地构成通过驱动泵、能够将停留在最深部的还原剂的一部分快速地输送到还原剂喷射阀内的虹吸功能部。
另外，构成本发明的还原剂供给装置时，优选第二区域含有与水平面所形成的角度不同的多个区域，使得第一区域侧的区域与水平面所形成的角度相对小来构成。
本发明的还原剂供给装置中，通过使得虹吸功能部的第二区域中第一区域侧的区域与水平面所形成的角度小来构成，在虹吸功能部的最深部附近，对还原剂通路内进行减压时还原剂形成层状，气体的通路得以确保，由此可以使还原剂容易停留，并且在对还原剂通路内进行加压时还原剂堵塞还原剂通路，由此可以容易地将还原剂送入到还原剂喷射阀侧。
另外，本发明的另外的方式为还原剂供给装置的控制方法，该方法为下述还原剂供给装置的控制方法，所述还原剂供给装置具备：容纳液体还原剂的储藏槽、加压输送还原剂的泵、将通过泵加压输送的还原剂喷射到内燃机的排气管内的还原剂喷射阀、和连接泵与还原剂喷射阀的还原剂通路，并且在还原剂通路的一部分具备虹吸功能部，在停止内燃机后、实行将还原剂通路内的还原剂回收到储藏槽的清洗处理，所述虹吸功能部用于即使在内燃机起动时、由于还原剂喷射阀内的还原剂的凝固而使还原剂喷射阀为喷射不良状态的情况下，开始驱动泵后，也使还原剂的一部分到达还原剂喷射阀而使凝固了的还原剂融解，该方法的特征在于，直至实行还原剂的喷射为止重复实施下述步骤：起动内燃机时，开始加压输送还原剂后，判别是否随着对还原剂喷射阀的喷射指示实行还原剂的喷射的步骤，不实行还原剂的喷射时，暂时降低还原剂通路内的压力后，再次升高压力的步骤。
即，根据本发明的还原剂供给装置的控制方法，在还原剂通路的一部分具备规定的虹吸功能部的还原剂供给装置中，通过直至还原剂的喷射正常实行为止重复进行还原剂通路的加压和减压，即使由于还原剂的凝固而发生还原剂喷射阀的常闭时，也可以尽可能快速地使凝固了的还原剂融解，而提前开始还原剂的喷射控制。
另外，本发明的进而其它的方式为内燃机的排气净化装置，其特征在于，具备上述任意一种还原剂供给装置、和使用还原剂将排气中的氮氧化物选择性地还原的还原催化剂。
即，根据本发明的内燃机的排气净化装置，由于具备在还原剂通路的一部分具有规定的虹吸功能部的还原剂供给装置，即使发生还原剂喷射阀的常闭时，也可以使还原剂喷射阀内凝固了的还原剂快速地融解，可以提前开始通过还原剂喷射阀进行喷射控制。因此，起动内燃机后可以提高NOX的净化效率。
需要说明的是，本说明书中，“还原剂(或尿素水溶液)的最前面”，指的是通过泵加压输送而在还原剂通路内流通的还原剂(尿素水溶液)的还原剂喷射阀侧的界面。
附图说明
[图1] 为表示本发明的实施方式的排气净化装置的整体构成的一例的图。
[图2] 为用于对本发明的实施方式的还原剂供给装置的构成进行说明的图。
[图3] 为用于对虹吸功能部的构成和作用进行说明的图。
[图4] 为用于对虹吸功能部的构成和作用进行说明的另外的图。
[图5] 为用于对尿素水溶液的液面的破坏性（collapsibility）进行说明的图。
[图6] 为用于对虹吸功能部的另外的构成例进行说明的图。
[图7] 为用于对利用虹吸功能部的另外的构成例实现的作用进行说明的图。
[图8] 为用于对使用虹吸单元构成虹吸功能部的例子进行说明的图。
[图9] 为用于对还原剂供给装置的控制方法的一例进行说明的流程图。
具体实施方式
以下一边适当参照附图，一边对关于本发明的还原剂供给装置和还原剂供给装置的控制方法以及内燃机的排气净化装置的实施方式进行具体说明。但是，以下的实施方式，示出本发明的一方式，不限定本发明，能够在本发明的范围内任意变更。需要说明的是，在各图中，附加相同符号时，表示同一部件，适当省略说明。
1. 排气净化装置
(1) 整体的构成
图1表示本发明的实施方式的排气净化装置10的构成的一例。该排气净化装置10为，以使用氨在还原催化剂11中将由装载在车辆等的内燃机1排出的排气中的NOX净化的方式构成的排气净化装置。
排气净化装置10具备插设在与内燃机1的排气***连接的排气管3的中途上的还原催化剂11、在还原催化剂11的上游侧向排气管3内喷射供给作为液体的还原剂的尿素水溶液的还原剂供给装置20、进行还原剂供给装置20的操作控制的控制处理装置40作为主要要素来构成。
(2) 还原催化剂
还原催化剂11为，具有吸附通过喷射到排气管3内的尿素水溶液中的尿素分解而生成的氨，同时使用该氨将流入到催化剂中的排气中的NOX选择性地还原、净化的功能的催化剂。
(3) 还原剂供给装置
(3-1) 基本的构成
还原剂供给装置20，具备容纳尿素水溶液的储藏槽21、含有加压输送尿素水溶液的泵23的泵单元22、和将通过泵23加压输送的尿素水溶液喷射到排气管3的还原剂喷射阀25作为主要要素来构成。其中，泵23和还原剂喷射阀25通过控制处理装置40实行驱动控制。
另外，储藏槽21与泵23通过第一还原剂通路31连接，泵23与还原剂喷射阀25通过第二还原剂通路33连接。该第二还原剂通路33具备用于检出第二还原剂通路33内的压力Pu的压力传感器27。
另外，第二还原剂通路33与另一端与储藏槽21连接的返送通路35连接，返送通路35从第二还原剂通路23侧依次具备溢流阀37和阻尼孔38（オリフィス３８）。溢流阀37，其开阀压力设定为低于供给到还原剂喷射阀25的尿素水溶液的设定压力(以下仅称为“***压力”)的值。另外，阻尼孔38是为了配合溢流阀37的开闭、使第二还原剂通路33内的压力不会脉动到必要以上而设置的。
另外，还原剂喷射阀25例如使用通过通电/不通电的切换而进行开阀/闭阀的切换的电磁阀。本实施方式中，还原剂供给装置20所具备的还原剂喷射阀25，向排气管3内直接性地喷射尿素水溶液，以喷孔面对排气管3内的方式安装在排气管3的外周部。
另外，泵23例如使用能够通过通电量调节输出功率的电动泵。本实施方式中，对于泵23的输出功率，基于通过压力传感器27检出的压力Pu与***压力Ps的偏差ΔP进行反馈控制，以将第二还原剂通路33内的压力Pu维持在***压力Ps。
另外，泵单元22具备用于将通过泵23加压输送的尿素水溶液的流通方向切换为正向或反向的换向阀24。换向阀24例如通过电磁阀构成，通过控制处理装置40实行驱动控制。本实施方式中，换向阀24以能够切换下述第一状态和第二状态的方式构成：泵23的入口侧与第一还原剂通路31、以及泵23的出口侧与第二还原剂通路33分别连接的第一状态，泵23的出口侧与第一还原剂通路31、以及泵23的入口侧与第二还原剂通路33分别连接的第二状态。
于是，进行向排气管3内的尿素水溶液的喷射控制时，通过换向阀24，尿素水溶液的流通方向切换为从储藏槽21侧向着还原剂喷射阀25侧的正向。另外，进行将尿素水溶液回收到储藏槽21的清洗处理时，通过换向阀24，尿素水溶液的流通方向切换为从还原剂喷射阀25侧向着储藏槽21侧的反向。需要说明的是，也可以以不使用换向阀24、而通过使泵23反转来实施清洗处理的方式构成。
(3-2) 基本操作
接着对本实施方式的还原剂供给装置20的基本操作进行说明。
首先，在内燃机1的运转状态下，将尿素水溶液的流通方向切换为正向，并驱动泵23。如此，储藏槽21内的尿素水溶液被泵23吸上，通过第二还原剂通路33向着还原剂喷射阀25加压输送。此时，第二还原剂通路33内的压力Pu超过溢流阀37的开阀压力时，溢流阀37开阀，尿素水溶液的一部分通过返送通路35返送到储藏槽21。
如此使尿素水溶液循环的同时，控制处理装置40对泵23的输出功率进行反馈控制，以使通过压力传感器27检出的第二还原剂通路33内的压力Pu达到规定的***压力Ps。该状态下，通过控制处理装置40，根据由演算求得的指示喷射量实行还原剂喷射阀25的通电控制，由此向排气管3内喷射尿素水溶液。
另外，停止内燃机1时，尿素水溶液的流通方向切换为反向的同时在还原剂喷射阀25开阀的状态下驱动泵23。如此，通过还原剂喷射阀25的喷孔将排气管3内的气体(空气或排气)吸引到第二还原剂通路33内，将还原剂喷射阀25和第二还原剂通路33内置换为气体的同时，将尿素水溶液回收到储藏槽21侧。该清洗处理时，逆止阀结构的溢流阀37为关闭的状态。
(3-3) 虹吸功能部
其中，在还原剂供给装置20的第二还原剂通路33的一部分具备虹吸功能部50。虹吸功能部50具有下述功能：在起动内燃机1时，即使由于还原剂喷射阀25内的尿素水溶液的凝固而使还原剂喷射阀25为喷射不良状态的情况下，开始驱动泵23后，也使尿素水溶液的一部分快速地到达还原剂喷射阀25而容易地使凝固了的尿素水溶液融解。
图2为用于对本实施方式的还原剂供给装置20所具备的虹吸功能部50的构成进行说明的图。
该虹吸功能部50利用形成连接泵23与还原剂喷射阀25的第二还原剂通路33的配管构成，具有第一区域51和第二区域53。
其中的第一区域51，为第二还原剂通路33中的与还原剂喷射阀25邻接而设置的部分，作为配管从还原剂喷射阀25位于的高度位置向着下方进行配设而成的区域来形成。另外，第二区域53为在与还原剂喷射阀25侧相反侧从第一区域51连续设置的部分，作为配管从第一区域51的最深部52位于的高度位置向着上方进行配设而成的区域来形成。
即，第一区域51定义为从与还原剂喷射阀25的接触位置直至构成虹吸功能部50的配管的最深部52为止的区域，第二区域53定义为从最深部52直至配管大致水平配设的部分为止的区域。在与还原剂喷射阀25邻接的地方，设置从还原剂喷射阀25位于的高度位置向着下方配设的第一区域51是为了，在清洗处理时，易使还原剂喷射阀25内的尿素水溶液移动到第二还原剂通路33侧。
对于该虹吸功能部50而言，以下述方式规定第一区域51和第二区域53的容量，所述方式为：在从还原剂喷射阀25和第二还原剂通路33内回收尿素水溶液的状态下，以还原剂喷射阀25关闭的状态驱动泵23时，通过泵23加压输送的尿素水溶液的最前面到达第二区域53，并且停留在虹吸功能部50的最深部52的尿素水溶液到达还原剂喷射阀25内。
其中，图3(a)～(e)表示用于具体说明关于以通过泵23加压输送的尿素水溶液的最前面到达第二区域53的方式设定第一区域51和第二区域53的长度、容量的图。另外，图4(a)～(b)表示用于具体说明关于以停留在虹吸功能部50的最深部52的尿素水溶液到达还原剂喷射阀25内的方式设定第一区域51的容量的图。
在将尿素水溶液回收到储藏槽21内、并停止泵23的状态下，如图3(a)所示，还原剂喷射阀25和第二还原剂通路33内被气体充满的同时，内部的压力Pu形成与大气压Pa同等的状态。另一方面，开始驱动泵23后，如图3(b)所示，还原剂喷射阀25和第二还原剂通路33内的压力Pu升高的同时，通过加压输送的尿素水溶液，还原剂喷射阀25和第二还原剂通路33内的气体被压缩而体积减少。此时，还原剂喷射阀25形成常闭状态时，形成无气体退路的状态。
此时，以下述方式设定构成虹吸功能部50的第一区域51和第二区域53的容量，所述方式为：第二还原剂通路33内的压力Pu升高至***压力Ps时，如图3(c)所示，即使为还原剂喷射阀25关闭的状态，所加压输送的尿素水溶液的最前面也到达第二区域53内，换而言之，所压缩的气体被挤入至第二区域53内，
若第一区域51和第二区域53如此构成，则此后降低泵23的输出功率而降低第二还原剂通路23内的压力时，如图3(d)所示，一部分的尿素水溶液不能登上第二区域53的斜坡，而残留在第二区域53。其结果，如图3(e)所示，可以使尿素水溶液停留在虹吸功能部50的最深部52。
另外，若由在虹吸功能部50的最深部52停留尿素水溶液的一部分的状态，通过泵23的驱动，对第二还原剂通路33内进行加压，则如图4(a)所示，所停留的尿素水溶液的前后的气体被压缩而体积减少。此时，以下述方式设定构成虹吸功能部50的第一区域51的容量，所述方式为：第二还原剂通路33内的压力Pu升高至***压力Ps时，如图4(b)所示，即使为还原剂喷射阀25关闭的状态，所停留的尿素水溶液也到达还原剂喷射阀25内，换而言之，相对于最深部52将还原剂喷射阀25侧的气体压缩而挤入至还原剂喷射阀25内。
接着基于相对于内部压力的气体的体积变化，对如此构成的虹吸功能部50的设计方法进行说明。
将还原剂喷射阀25内的尿素水溶液的流通空间的容量设为Vdv、第一区域51中的尿素水溶液的流通空间的容量设定为Va、第二区域53中的尿素水溶液的流通空间的容量设定为Vb、从泵23的排出口直至还原剂喷射阀25的喷孔为止的尿素水溶液的流通空间的总容量设定为Vtotal。
首先以多变变化近似虹吸功能部50内的气体的状态变化，以下的式(III)成立。
P：压力
V：体积
n：多变指数。
若假设还原剂喷射阀25完全关闭，上述总容量Vtotal份的气体，在还原剂喷射阀25和第二还原剂通路33内加压至***压力Ps时的体积设为Vs，则由上式(III)，以下的式(IV)和(V)成立。
Pa：大气压
Ps：尿素水溶液加压输送时的设定压力(***压力)
Vtotal：从泵排出口直至还原剂喷射阀的喷孔为止的还原剂流通空间容量
Vs：Vtotal份的空气被置于***压力下时的体积
n：多变指数。
Vs：Vtotal份的空气被置于***压力下时的体积
Vtotal：从泵排出口直至还原剂喷射阀的喷孔为止的还原剂流通空间容量
Pa：大气压
Ps：还原剂加压输送时的设定压力(***压力)
n：多变指数。
还原剂喷射阀25完全关闭时，为了使通过泵23加压输送的尿素水溶液的最前面到达第二区域53，如下式(VI)所示，使得***压力Ps下的气体的体积Vs，小于还原剂喷射阀25的容量Vdv、第一区域51的容量Va、第二区域53的容量Vb的总和为宜。
Vdv：还原剂喷射阀内的还原剂流通空间容量
Va：第一区域的还原剂流通空间容量
Vb：第二区域的还原剂流通空间容量
Vs：Vtotal份的空气被置于***压力下时的体积。
由上式(V)和(VI)，以还原剂喷射阀25的容量Vdv、第一区域51的容量Va、第二区域53的容量Vb的总和满足以下的式(I)的方式构成虹吸功能部50为宜。
Vdv：还原剂喷射阀内的还原剂流通空间容量
Va：第一区域的还原剂流通空间容量
Vb：第二区域的还原剂流通空间容量
Vtotal：从泵排出口直至还原剂喷射阀的喷孔为止的还原剂流通空间容量
Pa：大气压
Ps：还原剂加压输送时的设定压力(***压力)
n：多变指数。
例如，第二还原剂通路33的配管的直径d一定，还原剂喷射阀25内的尿素水溶液的流通空间的截面积的假想直径近似于配管的直径d的情况下，上式(I)中的容量置换为配管的长度，可以以下式(VII)表示构成虹吸功能部50的配管的长度。
Ldv：还原剂喷射阀内的还原剂流通空间长度
La：第一区域长度
Lb：第二区域长度
Ltotal：从泵排出口直至还原剂喷射阀的喷孔为止的长度
Pa：大气压
Ps：还原剂加压输送时的设定压力(***压力)
n：多变指数。
上式(I)或(VII)为设定虹吸功能部50的总容量时的条件式。为了使虹吸功能部50满足上式(I)或(VII)的条件，考虑到所使用的还原剂喷射阀25的容量Vdv或长度Ldv、进而还原剂供给装置20的工作时的***压力Ps来设定第一区域51和第二区域53的容量Va、Vb或长度La、Lb为宜。其结果，第二还原剂通路33内的压力Pu被加压至***压力Ps时，通过泵23加压输送的尿素水溶液的最前面切实地到达第二区域53。
进而，若假设还原剂喷射阀25完全关闭的同时，在第一区域51与第二区域53的边界，尿素水溶液堵塞配管，还原剂喷射阀25和第一区域51内的气体，在还原剂喷射阀25和第二还原剂通路33内被加压至***压力Ps时的体积设为Vs(a＋dv)，则由上式(III)，以下的式(VIII)和(IX)成立。
Pa：大气压
Ps：尿素水溶液加压输送时的设定压力(***压力)
Vdv：还原剂喷射阀内的还原剂流通空间容量
Va：第一区域的还原剂流通空间容量
Vs(dv＋a)：Vdv＋Va份的空气置于***压力下时的体积
n：多变指数。
Vdv：还原剂喷射阀内的还原剂流通空间容量
Va：第一区域的还原剂流通空间容量
Vs(dv＋a)：Vdv＋Va份的空气置于***压力下时的体积
Pa：大气压
Ps：还原剂加压输送时的设定压力(***压力)
n：多变指数。
还原剂喷射阀25完全关闭时，为了使停留在虹吸功能部50的最深部52的尿素水溶液通过泵23的驱动而到达还原剂喷射阀25内，如下式(X)所示，使得***压力Ps下的气体的体积Vs(dv＋a)小于还原剂喷射阀25的容量Vdv为宜。
Vdv：还原剂喷射阀内的还原剂流通空间容量
Vs(dv＋a)：Vdv＋Va份的空气置于***压力下时的体积。
由上式(IX)和(X)，以还原剂喷射阀25的容量Vdv与第一区域51的容量Va的总和满足以下的式(II)的方式构成虹吸功能部50为宜。
Vdv：还原剂喷射阀内的还原剂流通空间容量
Va：第一区域的还原剂流通空间容量
Pa：大气压
Ps：还原剂加压输送时的设定压力(***压力)
n：多变指数。
例如，第二还原剂通路33的配管的直径d一定，还原剂喷射阀25内的尿素水溶液的流通空间的截面积的假想直径近似于配管的直径d的情况下，上式(II)中的容量置换为配管的长度，可以以下式(XI)表示虹吸功能部50的第一区域51的长度。
Ldv：还原剂喷射阀内的还原剂流通空间长度
La：第一区域的还原剂流通空间长度
Pa：大气压
Ps：还原剂加压输送时的设定压力(***压力)
n：多变指数。
上式(II)或(XI)为设定虹吸功能部50中的第一区域51的容量时的条件式。为了使虹吸功能部50满足上式(II)或(XI)的条件，考虑到所使用的还原剂喷射阀25的容量Vdv或长度Ldv、进而还原剂供给装置20的工作时的***压力Ps来设定第一区域51的容量Va或长度La为宜。其结果，第二还原剂通路33内的压力Pu被加压至***压力Ps时，停留在最深部52的尿素水溶液被挤入而到达还原剂喷射阀25内。
如下对基于上式(I)和(II)所示的设定条件设计虹吸功能部50的顺序的一例进行说明。
首先，由上式(II)，以下的式(XII)成立。
Vdv：还原剂喷射阀内的还原剂流通空间容量
Va：第一区域的还原剂流通空间容量
Pa：大气压
Ps：还原剂加压输送时的设定压力(***压力)
n：多变指数。
若确定了所使用的还原剂喷射阀25的容量Vdv和从泵23的排出口直至还原剂喷射阀25的喷孔为止的尿素水溶液的流通空间的总容量Vtotal，则首先基于上式(XII)，使用所掌握的还原剂喷射阀25的容量Vdv确定第一区域51的容量Va。
另外，根据上式(I)，以下的式(XIII)成立。
Vdv：还原剂喷射阀内的还原剂流通空间容量
Va：第一区域的还原剂流通空间容量
Vb：第二区域的还原剂流通空间容量
Vtotal：从泵排出口直至还原剂喷射阀的喷孔为止的还原剂流通空间容量
Pa：大气压
Ps：还原剂加压输送时的设定压力(***压力)
n：多变指数。
确定第一区域51的容量Va后，基于该式(XIII)，使用第一区域51的容量Va和还原剂喷射阀25的容量Vdv确定第二区域53的容量Vb。由此，构成满足规定条件的虹吸功能部50。
显然第二还原剂通路33的配管的直径d一定，还原剂喷射阀25内的尿素水溶液的流通空间的截面积的假想直径近似于配管的直径d的情况下，基于上式(VII)和(XI)，以相同的顺序确定第一区域51的长度La和第二区域53的长度Lb，由此可以构成满足规定条件的虹吸功能部50。
至此说明的虹吸功能部50的设计方法中，对于多变指数n，可以根据使用排气净化装置10的环境条件、还原剂供给装置20的构成进行假定、或通过预先进行的实验等进行设定。其中应该考虑的条件为，对相对于第二还原剂通路33内的压力Pu的气体的体积造成影响的要素、对第二还原剂通路33内的尿素水溶液与气体的界面的破坏性造成影响的要素。
其中的尿素水溶液与气体的界面的破坏性，对于对第二还原剂通路33内进行减压时的、尿素水溶液对最深部52的停留性而言，是重要的要素。即，若尿素水溶液与气体的界面易破坏，则如图5所示，对第二还原剂通路33内进行减压时，在第二区域53内一部分尿素水溶液易通过重力而落下到下方侧，易停留在最深部52。
作为应该考虑的环境条件，可列举出例如内燃机1起动时的虹吸功能部50的周围的温度、尿素水溶液的温度、粘度、流路的振动状态、表面张力等。另外，作为应该考虑的还原剂供给装置20的构成， 可列举出例如配管的材质或内径、配管的内周面的润湿性、设置在第二还原剂通路33等的加热设备的有无及加热温度、配管的壁面的传热系数等。
另外，关于第一区域51和第二区域53的配设方向，对于与水平面所形成的角度，没有特别限制，若满足上式(I)或(VII)和上式(II)或(XI)的条件，则该角度可以在0～90度的范围内适当设定。
但是，通过对配管的设计进行研究来构成虹吸功能部50时，优选如图6所示，以含有与水平面所形成的角度不同的多个区域53a、53b的方式构成第二区域53的同时，使第一区域51侧的区域53a与水平面所形成的角度相对小。
通过如此构成第二区域53，在最深部52停留尿素水溶液的情况下，对第二还原剂通路33内进行减压时，如图7(a)所示，即使配管的直径比较小的情况下，所停留的尿素水溶液形成层状而气体的通路易得到确保，也可以易在最深部52停留尿素水溶液的一部分。另一方面，对第二还原剂通路33内进行加压时，若如图7(b)所示，配管的直径比较小，则所停留的尿素水溶液易堵塞还原剂通路，易将尿素水溶液挤入到还原剂喷射阀25侧。
以含有与水平面所形成的角度不同的多个区域53a、53b的方式构成第二区域53时，优选第一区域51侧的区域53a与水平面所形成的角度例如处于0～15度的范围内。虽然取决于该区域53a的截面积、配管的内周面的润湿性等，但是若该角度处于0～15度的范围内，则对第二还原剂通路33内进行减压时，停留在最深部52的尿素水溶液易形成层状。特别是通过使第一区域51侧的区域53a与水平面所形成的角度处于5～15度的范围内，可以将停留在虹吸功能部50内的尿素水溶液聚集到最深部52侧，对第二还原剂通路33内进行加压时，可以使所停留的尿素水溶液切实地到达还原剂喷射阀25内。
另外，图6所示的虹吸功能部50的第二区域53，含有与水平面所形成的角度不同的两个区域53a、53b，但是也可以以包含与水平面所形成的角度不同的三个以上区域的方式构成。这种情况下，若最位于第一区域51侧的区域的角度处于0～15度的范围内，则对第二还原剂通路33内进行减压时，停留在最深部52的尿素水溶液易形成层状。
至此进行了说明的虹吸功能部50，通过对形成第二还原剂通路33的配管的设计进行研究来构成，但是也可以不使用上述配管来构成虹吸功能部50。例如如图8所示，也可以在还原剂喷射阀25与配管29之间以满足上式(I)和(II)的条件的方式插设设计有第一区域51和第二区域53的虹吸单元60。
通过在第二还原剂通路33的一部分具备如上所述构成的虹吸功能部50，假设在上次的内燃机1的停止时的清洗处理后，一部分的尿素水溶液残留在虹吸功能部50的最深部52的情况下，在内燃机1起动时，开始驱动泵23时，可以使停留在最深部52的尿素水溶液到达还原剂喷射阀25内。因此，即使由于还原剂喷射阀25内的尿素水溶液的凝固而还原剂喷射阀25形成常闭状态的情况下，也可以使凝固了的尿素水溶液快速地融解。
另外，通过上次内燃机1的停止时的清洗处理，回收全部尿素水溶液的情况下，在内燃机1的起动时开始驱动泵23而将第二还原剂通路33内的压力Pu暂时升高至***压力Ps后，降低压力Pu，由此可以使一部分的尿素水溶液停留在最深部52。然后再次将第二还原剂通路33内的压力Pu升高至***压力Ps，由此可以使停留在最深部52的尿素水溶液到达还原剂喷射阀25内。因此，即使由于还原剂喷射阀25内的尿素水溶液的凝固而使还原剂喷射阀25形成常闭状态的情况下，也可以使凝固了的尿素水溶液快速地融解。
2. 还原剂供给装置的控制方法
接着，基于图9的流程图，对通过本实施方式的排气净化装置10所具备的控制处理装置40在内燃机1的起动时实行的还原剂供给装置的控制方法的一例进行说明。
首先，步骤S1中，若检出起动内燃机1的点火开关为开(on)，则在步骤S2中，开始驱动泵23，将第二还原剂通路33内的压力Pu升高到***压力Ps。此时，切换换向阀24以使尿素水溶液的流通方向形成从储藏槽21侧向着还原剂喷射阀25侧的正向。
接着，在步骤S3中，通过还原剂喷射阀25实行尿素水溶液的喷射控制后，在步骤S4中，判别喷射控制是否得到正常实行。对于该判别，可以采用各种方法，没有特别限制。例如通过判定还原催化剂11的下游侧的NOX浓度是否处于适当的范围内、判定泵23 的输出功率是否根据尿素水溶液的指示喷射量而变动、或判定压力传感器27的传感器值是否根据尿素水溶液的指示喷射量而变动，由此可以判别是否实行了正常的喷射控制。
在步骤S4中，判别尿素水溶液的喷射控制得到正常实行时(Yes判定)，将起动时控制的本程序结束，而转移到通常控制模式。另一方面，判别尿素水溶液的喷射控制未得到正常实行时(No判定)，进入步骤S5，降低泵23的输出功率，对第二还原剂通路33内暂时进行减压。由于尿素水溶液的凝固而使还原剂喷射阀25产生常闭时，通过该减压，一部分的尿素水溶液停留在虹吸功能部50的最深部52。
接着，在步骤S6中，再次升高泵23的输出功率，将第二还原剂通路33内恢复到***压力Ps。由于尿素水溶液的凝固而使还原剂喷射阀25产生常闭时，通过该加压，停留在虹吸功能部50的最深部52的尿素水溶液到达还原剂喷射阀25内，使凝固了的尿素水溶液融解。然后，返回到步骤S3，重复以后的步骤直至判别尿素水溶液的喷射控制得到正常实行。
如上所述，通过实行内燃机1的起动时的还原剂供给装置20的控制方法，由于还原剂喷射阀25内尿素水溶液凝固而使还原剂喷射阀25形成常闭状态时，可以使尿素水溶液的一部分快速地到达还原剂喷射阀25内，使凝固了尿素水溶液融解。其结果，可以提前开始尿素水溶液的正常的喷射控制，NOX的净化效率提高。
需要说明的是，图9的流程图所示的还原剂供给装置的控制方法仅仅为一例，本实施方式的还原剂供给装置20的控制方法不受该例的限定。
另外，液体的还原剂并不限于尿素水溶液，若为使用可以发生凝固的液体的还原剂的还原剂供给装置，就能够适用本发明。

Claims (9)

1.还原剂供给装置，其为具备：容纳液体还原剂的储藏槽、加压输送所述还原剂的泵、将通过所述泵加压输送的所述还原剂喷射到内燃机的排气管内的还原剂喷射阀、和连接所述泵与所述还原剂喷射阀的还原剂通路，
在所述内燃机停止后、实行将所述还原剂通路内的所述还原剂回收到所述储藏槽的清洗处理的还原剂供给装置，
其特征在于，在所述还原剂通路的一部分具备虹吸功能部，该虹吸功能部用于即使在所述内燃机起动时、由于所述还原剂喷射阀内的所述还原剂的凝固而使所述还原剂喷射阀为喷射不良状态的情况下，开始驱动所述泵后，也使所述还原剂的一部分到达所述还原剂喷射阀而使所述凝固了的还原剂融解。
2.如权利要求1所述的还原剂供给装置，其特征在于，
所述虹吸功能部通过与所述还原剂喷射阀邻接设置、从所述还原剂喷射阀的高度位置向着下方配设还原剂通路而成的第一区域，和与所述第一区域邻接设置、从所述第一区域的最深部的高度位置向着上方配设还原剂通路而成的第二区域而构成，
以起动所述内燃机时，在所述还原剂喷射阀为关闭的状态下开始驱动所述泵的情况下，被加压输送的所述还原剂的最前面到达所述第二区域内的方式构成所述虹吸功能部。
3.如权利要求2所述的还原剂供给装置，其特征在于，以满足下式(I)的方式构成所述虹吸功能部，
Vdv：还原剂喷射阀内的还原剂流通空间容量
Va：第一区域的还原剂流通空间容量
Vb：第二区域的还原剂流通空间容量
Vtotal：从泵排出口直至还原剂喷射阀的喷孔为止的还原剂流通空间容量
Pa：大气压
Ps：还原剂加压输送时的设定压力(***压力)
n：多变指数。
4.如权利要求1～3中任一项所述的还原剂供给装置，其特征在于，以所述内燃机起动时，在所述还原剂喷射阀为关闭的状态下开始驱动所述泵的情况下，停留在所述第一区域的最深部的所述还原剂到达所述还原剂喷射阀内的方式构成所述第一区域。
5.如权利要求4所述的还原剂供给装置，其特征在于，以满足下式(II)的方式构成所述虹吸功能部，
Vdv：还原剂喷射阀内的还原剂流通空间容量
Va：第一区域的还原剂流通空间容量
Pa：大气压
Ps：还原剂加压输送时的设定压力(***压力)
n：多变指数。
6.如权利要求2、3或5中任一项所述的还原剂供给装置，其特征在于，所述第二区域含有与水平面所形成的角度不同的多个区域，使得所述第一区域侧的区域与水平面所形成的角度相对小来构成。
7.如权利要求4所述的还原剂供给装置，其特征在于，所述第二区域含有与水平面所形成的角度不同的多个区域，使得所述第一区域侧的区域与水平面所形成的角度相对小来构成。
8.还原剂供给装置的控制方法，其为下述还原剂供给装置的控制方法，所述还原剂供给装置为具备：容纳液体还原剂的储藏槽、加压输送所述还原剂的泵、将通过所述泵加压输送的所述还原剂喷射到内燃机的排气管内的还原剂喷射阀、和连接所述泵与所述还原剂喷射阀的还原剂通路，
并且在所述还原剂通路的一部分具备虹吸功能部，所述虹吸功能部用于即使在所述内燃机起动时、由于所述还原剂喷射阀内的所述还原剂的凝固而使所述还原剂喷射阀为喷射不良状态的情况下，开始驱动所述泵后，也使所述还原剂的一部分到达所述还原剂喷射阀而使所述凝固了的还原剂融解，
在所述内燃机停止后、实行将所述还原剂通路内的所述还原剂回收到所述储藏槽的清洗处理的还原剂供给装置，
该方法的特征在于，直至实行所述还原剂的喷射为止重复实施下述步骤：
起动所述内燃机时，开始加压输送所述还原剂后，判别是否随着对所述还原剂喷射阀的喷射指示实行所述还原剂的喷射的步骤，
不实行所述还原剂的喷射时，暂时降低所述还原剂通路内的压力后，再次升高所述压力的步骤。
9.内燃机的排气净化装置，其特征在于，具备权利要求1～7中任一项所述的还原剂供给装置、和使用还原剂将排气中的氮氧化物选择性地还原的还原催化剂。
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