JP2008291678A - 還元剤供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン停止等の還元剤を触媒装置へ供給しない状態が継続するときには、還元剤を圧送するポンプ部に還元剤が残留しないようにすることを目的とする。
【解決手段】尿素水を貯留する尿素水タンク２１と、尿素水タンク２１内に収容され、尿素水を尿素水タンク外に圧送する尿素水ポンプ２２とを備え、エンジンの排気通路１１であってＳＣＲ触媒１３よりも上流側に、尿素水ポンプ２２から尿素水供給配管２３を通じて圧送される尿素水を供給する尿素水供給装置において、尿素水タンク２１に対して尿素水ポンプ２２の相対位置を、尿素水の液面が変位する液面方向に、移動させるポンプ位置調整部材２９を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、還元剤供給装置に関し、例えば内燃機関の排気浄化装置において、尿素水を還元剤として使用する選択還元触媒装置に適用して好適なものである。

自動車等に適用されるディーゼル機関等の内燃機関において、排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）を高い浄化率で浄化する排気浄化装置として、尿素ＳＣＲ装置が開発されており、尿素水を還元剤として使用するものが提案あれている（特許文献１参照）。なお、ＳＣＲとは、Selective Catalytic Reductionの略であり、選択還元触媒脱硝装置と呼ばれている。尿素ＳＣＲ装置は、排気ガスに含まれるＮＯやＮＯ_２に尿素水を噴き付け、ＮＯｘをＮ_２とＨ_２Ｏに分解することにより、排気中のＮＯｘを浄化するものである。

特許文献１に開示する技術では、尿素水を貯留する尿素水タンクと、尿素水を圧送するフィードポンプとを備え、フィードポンプにより圧送された尿素水を、尿素水と排気ガスとの混合ガスが供給されて排気ガスを浄化する触媒装置へ供給する。

上記フィードポンプは、ダイヤフラム式のポンプ部と、ポンプ部をタペットを介して駆動するモータとに区分けされており、モータで駆動することによりポンプ部は、尿素水タンクからの尿素水を吸い上げ、尿素水が流通する配管等の経路を経由して、触媒装置へ圧送している。
特表２００４−５１００９３号公報

特許文献１等による従来技術では、ポンプ部の圧送により触媒装置への尿素水が途絶えることはないが、上記配管等の経路で尿素水の目詰まりを生じる虞があった。即ち、尿素水は、尿素成分と水成分との混合液である故に大気低温下等により−１１℃程度で凍結する。凍結によって尿素水が７％程度体積増加するため、上記経路が損傷したり、ポンプ部の圧送機能が損なわれるという問題がある。

そこで、発明者らは、上記ポンプ部として、尿素水などの流体を吸上げおよび吸戻し可能なタービン式ポンプを用いることを検討している。このようなポンプ部を従来技術の尿素水供給装置に適用することより、例えばエンジン停止後に、ポンプ部を逆回転させて尿素供給装置内の尿素水を尿素水タンクへ吸い戻すことは可能である。しかしながら、タービン式ポンプ故に、上記水戻し動作後もポンプ部内に尿素水が残るため、ポンプ部内に残った尿素水の凍結により依然としてポンプ部自体の損傷の虞がある。また、尿素水等の還元剤を常時にポンプ部内に残しておくと、腐食性を有する還元剤がポンプ部自体を酸化腐食させる等の虞がある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、エンジン停止等の還元剤を触媒装置へ供給しない状態が継続するときには、還元剤を圧送するポンプ部に還元剤が残留しないようにすることを目的とする。

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を備える。

即ち、請求項１乃至１３に記載の発明では、液状の還元剤を貯留する還元剤タンクと、還元剤タンク内に収容され、還元剤タンク内の還元剤を還元剤タンク外に圧送するポンプとを備え、内燃機関の排気通路であって排気浄化用触媒よりも上流側に、ポンプから還元剤通路を通じて圧送される還元剤を供給する還元剤供給装置において、還元剤タンクに対してポンプの相対位置を、還元剤の液面が変位する液面方向に、移動させるポンプ位置調整手段を備えていることを特徴とする。

還元剤タンクに対してポンプの相対位置を、還元剤の液面が変位する液面方向に、移動させるポンプ位置調整手段を備えているので、ポンプ内に残留する液状の還元剤を排出するために、例えばポンプの吸込み口側を還元剤に浸漬しない位置まで、上記ポンプの相対位置を移動させることが可能である。このようにポンプ位置調整手段により上記ポンプの相対位置を液面方向に移動させることで、ポンプ内に還元剤が滞留するのを回避することができる。

したがって、ポンプ内に還元剤が滞留するのが回避されるので、例えば、ポンプ内に残った液状の還元剤が凍結することにより生じる虞のあるポンプ自体の損傷を防止することができる。

ここで、内燃機関の停止時においては、内燃機関から排気ガスが生成されないため、排気浄化用触媒に還元剤を供給することは不要となるので、ポンプの圧送状態が生じることはなく、即ち圧送のためにポンプの吸込み口側より液面下の還元剤を吸上げることはない。

これに対し請求項２に記載の発明の如く、上記内燃機関の停止を検出する停止検出手段を備え、ポンプ位置調整手段は、停止検出手段で検出した内燃機関の停止を条件として、ポンプを液面より引き離す方向に移動させることが好ましい。

これによると、ポンプ位置調整手段は、このような内燃機関の停止を検出し、検出した内燃機関の停止を条件として、ポンプを液面より引き離す方向に移動させるので、例えば液面位置を検出することなく、予め設定した液面より常に引き離されている設定位置に移動させることが可能である。したがって、還元剤凍結によるポンプ損傷防止のためにポンプ内の還元剤滞留を回避するのを、比較的簡素な方法で行なえる。

また、上記ポンプ位置調整手段は、請求項３に記載の発明の如く、ポンプを保持し、かつ液面方向に移動させる電動アクチュエータであることを特徴とする。

これにより、ポンプ位置調整手段として、ポンプを保持し、かつ液面方向に移動させる例えばポンプを保持する保持部を軸移動可能なねじ軸とこの軸を回転させるモータとの組合わせたものやシリンダ軸などの軸を直接駆動する直動モータなどの電動アクチュエータを用いることができる。

ここで、還元剤タンク内の還元剤は、排気浄化用触媒への供給に従って消費されることにより還元剤の液面は消費量に応じて減少したり、還元剤タンク内への還元剤の補給量に応じて液面が増加したりする。

これに対し請求項４に記載の発明の如く、ポンプ位置調整手段は、被保持部材に浮力を与える浮力体を備え、浮力体は、被保持部材としてのポンプを、ポンプにおいて還元剤を吸入する吸入口側が液面に浸漬される状態で保持していることを特徴とする。

これにより、ポンプの吸入口側が液面に浸漬される状態を保持する程度にポンプに浮力を与える浮力体を、ポンプに装着させるという程度の簡素な構成で、上記ポンプ位置調整手段を提供することができる。

また、ここで、上記内燃機関が自動車等の車両用として使用される場合において、内燃機関の停止とは、車両から乗員が離れる場合や、交差点前で信号待ちのためアイドリングストップする場合などの車両を駐車したり、一時的に停止する際に、内燃機関が停止される。

例えば内燃機関の停止を直接検出する方法では、一時的に停止する場合も、停止状態が継続する駐車として扱われる虞がある。このような一時的に停止する場合においてポンプ位置調整手段によりポンプの上記相対位置を移動させることは、一時的な停止の解除後（エンジン始動開始後）のポンプ圧送状態においてはポンプによる排気浄化用触媒への供給途絶えを生じさせる虞がある。そのため、運転者の車両関係装置への操作に係わる運転者操作事象を検出し、駐車に係わる内燃機関の停止を検出する必要がある。

これに対し請求項５に記載の発明の如く、上記停止検出手段は、内燃機関の停止前または停止後に生じる事象を検出し、当該検出した事象に基づいて内燃機関の停止を予測する停止予測手段と、停止予測手段により停止が予測されると、前記条件が満足したと判定する停止条件判定手段とを備えていることが好ましい。

これによると、例えば内燃機関の停止前または停止後に生じる事象として、運転者が車両のサイドブレーキ等の駐車用ブレーキを踏む駐車準備状態（駐車用ブレーキＯＮ状態）を検出することが可能となる。このような駐車準備状態を検出し、停止予測手段により継続的な停止即ち駐車が予測されることで、停止条件判定手段で判定した内燃機関の停止条件は、駐車に係わる内燃機関の停止を効率的に検出することができる。

また、ここで、液状の還元剤が内燃機関の停止時に必ず凍結するというものではない。内燃機関の停止を第１条件として、ポンプの上記相対位置を移動させることは可能であるが、内燃機関の停止時において内燃機関以外の駆動力発生源として車載用バッテリ等の電源を利用することとなるため、このような電気エネルギー等のエネルギーの無駄消費は回避する必要がある。

これに対し請求項６乃至７に記載の発明の如く、還元剤の温度を検出する還元剤温度検出手段を備え、ポンプ位置調整手段は、前記条件（内燃機関の停止条件）としての第１条件を満足し、かつ還元剤の温度が固化する温度以下であることを第２条件とする第２条件を満足するとき、ポンプを液面より引き離す方向に移動させることが好ましい。

これによると、内燃機関が停止しているという第１条件に加えて、液状の還元剤の温度が固化する温度以下であるという第２条件を満足するときに、ポンプを液面より引き離す方向に移動させるので、ポンプ位置調整手段においてポンプを移動させるための駆動力が、還元剤の温度による還元剤の凍結予測に基づいて消費される。それ故に、無駄な駆動力が消費されるのを回避することができる。

特に、上記還元剤温度検出手段は、請求項７に記載の発明の如く、第１条件が満足した後において、所定の待機時間間隔で還元剤の温度を検出することが好ましい。

これにより、内燃機関の停止している期間中、即ち第１条件が満足した後において、還元剤の温度を所定の待機時間間隔で継続的に検出するので、還元剤の凍結が予測される状態に限定して上記ポンプ位置調整手段による駆動力を発生させて、還元剤凍結によるポンプ損傷防止のためポンプ位置調整手段によるポンプ移動ができる。

また、上記ポンプは、請求項８に記載の発明の如く、外部から還元剤を吸入する吸入部を有し、吸入部を通じて流入した還元剤を圧送する圧送機構と、圧送機構を駆動する駆動モータであって、駆動モータの回転方向を、圧送機構がポンプ外へ還元剤を圧送する第１方向および圧送機構がポンプ外から還元剤を吸い戻す第２方向に回動可能な駆動モータとを備えていることが好ましい。

これによると、上記ポンプは、駆動モータの回転方向を第1方向に設定することで、ポンプから還元剤通路を通じて排気浄化用触媒の上流側に、圧送された還元剤を供給することができるとともに、上記回転方向を反転させ第２方向に設定することで、還元剤通路内にある還元剤をポンプ側へ吸い戻すことができる。

即ちポンプを還元剤圧送状態と異なる還元剤吸い戻し状態で駆動することにより、ポンプを通じて還元剤通路内の還元剤を還元剤タンク内に回収することができる。

しかも、請求項８に記載の発明では、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の如きポンプ位置調整手段を有しているので、ポンプを通じて還元剤通路内の還元剤を還元剤タンク内に回収した上で、ポンプ内に残った還元剤をも還元剤タンク内へ排出することができる。

また、請求項９乃至１１に記載の発明の如く、ポンプと、還元剤タンク内に設けられ、ポンプを内側に収容し、かつ保持する保持壁部材と、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のポンプ位置調整手段を前記保持壁部材に連結する連結部とを備えていることが好ましい。

液状の還元剤などの貯留された流体を吸入し、外部へ圧送するポンプは、一般に、ポンプ自体および流体が供給される外部装置の機能を保護するために、ポンプの吸入口側および吐出口側の少なくともいずれかに、異物除去装置（ろ過装置）が設けられている。そのため、ポンプは異物除去装置（ろ過装置）等の部材を組付けた組付体（モジュール）として構成されている。例えばポンプ位置調整手段がポンプを直接的に保持する場合においては、ポンプ位置調整手段とポンプとの間に異物除去装置（ろ過装置）などの部材を組付けた組付体（モジュール）を形成するのが難しくなる場合がある。

これに対し請求項９乃至１１に記載の発明では、筒状のサブタンクなどの保持壁部材の内側にポンプを収容しかつ保持するとともに、ポンプ位置調整手段を前記保持壁部材に連結部を介して連結する構造としている。このように、ポンプ位置調整手段がポンプを直接的に保持するのではなく、ポンプ位置調整手段が保持壁部材を介してポンプを間接的に保持する構成としているので、保持壁部材とポンプとの間に形成された空間内に、異物除去装置（ろ過装置）などの組付体（モジュール）を構成する部材を集約的に組付けることが可能である。

特に、保持壁部材は、請求項１０に記載の発明の如く、内部に還元剤を貯留可能なサブタンクであって、サブタンクは、サブタンク外の還元剤をサブタンク内に汲み上げる吸引口を底部に備えていることが好ましい。

これによると、ポンプがサブタンク内で還元剤を吸入し、外部へ吐出する際に、ポンプに発生する吸入力を利用して、吸引口を通じてサブタンク内にサブタンク外の還元剤を汲み上げることが可能となり、サブタンク外即ち還元剤タンクとは別に、サブタンク内にも還元剤を溜めることができる。しかも、ポンプの駆動停止時には、ポンプの吸入力が失われるため、吸引口を通じてサブタンク内の還元剤が還元剤タンクへ戻される。

即ち、内燃機関の停止時において、ポンプを液面から引き離す方法として、ポンプの吸入口側を還元剤タンク内の還元剤の液面から直接的に引き離す必要はなく、サブタンクの底部を液面から引き離すという間接的方法を用いることができる。

例えば吸引口のサイズの適宜設定することにより、ポンプの駆動停止後において、サブタンク内に溜まっている還元剤を還元剤タンク内へ戻す時間を調整することが可能である。これにより、例えば内燃機関の停止が一時的な停止である場合であっても、内燃機関運転開始時において、ポンプの駆動停止後にサブタンク内に一時的に残留する還元剤を利用して圧送のための還元剤をポンプに吸入させることができる。

また、請求項１１に記載の発明の如く、サブタンク内に設けられ、吸引口からサブタンク外の還元剤をサブタンク内に汲み上げるジェットポンプを備えていることが好ましい。

ジェットポンプは、一般に、ポンプおよび異物除去装置（ろ過装置）などの部材と共に組付体（モジュール）を構成するものであり、ポンプからポンプ外へ吐出される流体の一部（例えばレギュレータなどの圧力調整弁で調圧する際に余剰となった流体）を、サブタンクに戻す（還流する）還流流れに伴ない生じさせた負圧力を、流体の汲み上げ力とするものである。

これに対し請求項１１に記載の発明では、このようなジェットポンプをサブタンク内に備えているので、ポンプからポンプ外へ吐出される還元剤の一部（例えばレギュレータで調圧する際に余剰となった還元剤）を、サブタンクに戻す際に生じるジェットポンプの負圧力を利用して、効率的に吸引口からサブタンク外の還元剤をサブタンク内に汲み上げることができる。

したがって、内燃機関の停止時においてポンプ位置調整手段により一時的にポンプを還元剤の液面より引き離す場合があっても、内燃機関運転開始後は、例えばサブタンクの底部を還元剤タンク内の還元剤液面に浸漬する程度にポンプ位置調整手段によるポンプの相対位置を移動させるだけで、ポンプの駆動により吐出される還元剤の流れを利用したジェットポンプで速やかにサブタンク内の還元剤を溜めることができる。

また、請求項１２に記載の発明の如く、内燃機関の停止後、ポンプを還元剤圧送状態とは異なる還元剤吸い戻し状態を駆動する吸い戻し制御手段を備え、ポンプ位置調整手段は、吸い戻し制御手段が実施されたことを第３の条件として、ポンプを液面より引き離す方向に移動させることが好ましい。

これにより、吸い戻し制御手段によってポンプを通じて還元剤通路内の還元剤を還元剤タンク内に回収した上で、ポンプ位置調整手段によってポンプ内に残った還元剤をも還元剤タンク内へ排出することができる。したがって、還元剤凍結による還元剤通路およびポンプの損傷防止が確実にできる。

また、請求項１３に記載の発明の如く、還元剤は尿素水溶液であり、かつ排気浄化用触媒は、尿素水溶液から生成されるアンモニアにより排気中に含まれるＮＯｘを還元する排気浄化反応を促進するものであり、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の還元剤供給装置は、排気浄化用触媒にて還元剤の添加に基づく特定の前記排気浄化反応を促進させるように、ポンプで圧送した還元剤を排気通路内に添加供給することを特徴とする。

これによると、還元剤として尿素水を使用し、ＮＯｘを還元するという特定の排気浄化反応（ＮＯｘ還元反応）を促進するいわゆる尿素ＳＣＲ装置に適用して好適である。尿素水凍結によるポンプ損傷を防止するために、ポンプ内に尿素水が残留しないようにすることができる。

以下、本発明の還元剤供給装置を、尿素ＳＣＲ装置の尿素水供給装置に適用して具体化した実施形態を図面に従って説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の尿素水供給装置を適用した尿素水ＳＣＲ装置の装置全体を示す模式図である。図２は、尿素水供給装置において尿素水供給とともに尿素水供給系内に溜まった尿素水を尿素水タンクへ戻す制御を示すフローチャートである。図３は、図２中のステップ５０で実行するサブルーチン処理に対応する、尿素水ポンプの位置制御を示すフローチャートである。

なお、図４は、図２中のステップ３０で実行するサブルーチン処理に対応する、尿素水吸い戻し制御を示すフローチャートである。図５は、尿素水回収のための吸い戻しモードを示す模式図である。図６は、尿素水ポンプの内部構造の一例を示す断面図である。

本実施形態の還元剤供給装置（以下、尿素水供給装置）２０は、内燃機関の排気系に設けられた排気浄化用触媒よりも上流側の排気管１１内に、還元剤としての尿素水を添加供給するものである。ここで、添加供給とは、圧送した尿素水を例えば噴射弁などの尿素水添加弁で霧化噴射し、尿素水と排気ガスとの混合ガスを排気浄化用触媒に供給することである。

まず、本実施形態における排気浄化装置は、上記排気浄化用触媒として選択還元型触媒を用いて排気中のＮＯｘを浄化するものであり、図１の如き尿素ＳＣＲ装置として構築されている。

図１に示すように、尿素ＳＣＲ装置は、自動車に搭載されたディーゼルエンジン（以下、エンジン）により排出される排気を浄化対象として、構成を大別すると、排気系の構成部と、尿素水供給系の構成部即ち尿素水供給装置２０と、制御系の構成部とを含んで構成されている。

排気系の構成部としては具体的には、図示しないエンジン本体に接続された排気管１１が設けられており、その排気管１１にはＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）１２と選択還元触媒（以下、ＳＣＲ触媒）１３とが配設されている。また、排気管１１においてＤＰＦ１２とＳＣＲ触媒１３との間には、尿素水（尿素水溶液）を排気管１１内に添加供給するための尿素水添加弁１５が設けられている。

また、排気管１１においてＳＣＲ触媒１３の下流側には、ＮＯｘ検出部（ＮＯｘセンサ）と排気温度検出部（排気温センサ）とが共に内蔵された排気センサ１６が設けられており、ＳＣＲ触媒１３の下流側にて、排気中のＮＯｘ量（ＳＣＲ触媒１３によるＮＯｘの浄化率）、および排気の温度が検出されるようになっている。この排気管１１の更に下流には、余剰のアンモニア（ＮＨ_３）を除去するためのアンモニア除去装置（例えば酸化触媒）や、排気中のアンモニア量を検出するためのアンモニアセナ等が必要に応じて設けられている。

ＤＰＦ１２は、排気中のＰＭ（Particulate Matter、粒子状物質）を捕集する連続再生式の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物（ＳＯＦ）とともに、ＨＣやＣＯを除去することができるようになっている。ちなみに、ＤＰＦ１２に捕集されたＰＭは、エンジンにおけるメインの燃料噴射後のポスト噴射等により燃焼除去でき（ＰＭ除去用フィルタの再生処理に相当）、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＋４ＮＨ_３＋Ｏ_２→４Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ ・・・（式１）
６ＮＯ_２＋８ＮＨ_３→７Ｎ_２＋１２Ｈ_２Ｏ ・・・（式２）
ＮＯ＋ＮＯ_２＋２ＮＨ_３→２Ｎ_２＋３Ｈ_２Ｏ ・・・（式３）
のような反応を促進して排気中の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（ＮＨ_３）を含む水溶液（以下、単に尿素水と呼ぶ）は、排気と混合されてＳＣＲ触媒１３に供給される。具体的には、尿素水は、ＳＣＲ触媒１３の上流側の排気管１１に流通する排気に向けて、尿素水添加弁１５により噴射供給される。

尿素水供給装置２０は、図１に示すように、尿素水供給部２０ａ、尿素水供給管２３、尿素水添加弁１５とを備えており、尿素水供給部２０ａは、尿素水タンク２１、尿素水ポンプ２２、ポンプ位置調整部材２９とを含んで構成されている。なお、この尿素水供給部２０ａの詳細については後述する。

尿素水添加弁１５は、電磁ソレノイド等からなる駆動部と、先端に形成される添加口としての噴孔を開閉するための弁部材（例えばニードル）を有する弁部とを備えた周知の流体噴射弁の構造であり、電子制御装置（以下、ＥＣＵ）３０からの駆動信号に基づき開弁および閉弁する。即ちＥＣＵ３０からの駆動信号に基づき電磁ソレノイドが通電されると、通電に伴いニードルが開弁方向に移動し、そのニードル移動によって上記添加口が開放されて尿素水が添加（噴射）される。

なお、添加口は、１つの噴孔、あるいは複数の噴孔即ち多数の微細な噴孔の集合体（群噴孔）のいずれかに構成されるものであればよい。

尿素水供給管２３は、尿素水添加弁１５と尿素水供給部２０ａの尿素水ポンプ２２とを接続する尿素水通路である。この尿素水供給管２３には、尿素水をろ過するためのろ過装置としてのフィルタ２４と、尿素水ポンプ２２で圧送された尿素水の圧力を調整するための圧力調整弁（以下、レギュレータ）とが設けられている。従って尿素水ポンプ２２から吐出された尿素水はフィルタ２４により異物が除去され、その後、レギュレータ２５により所定の供給圧力に調整される。レギュレータ２５で調整された尿素水の圧力が調整された結果、余剰となった尿素水はリターン配管２６通じて尿素水タンク２１に戻される（還流される）ようになっている。

なお、ここで、本実施例では、図１において尿素水ポンプ２２のみを尿素水タンク２１内に収容する一例で示されているが、上記フィルタ２４およびレギュレータ２５は、以下の尿素水ポンプユニット（尿素水ポンプモジュール）に組み込まれているものであってもよい。即ちフィルタ２４およびレギュレータ２５が尿素水ポンプ２２と共に尿素水タンク２１内に収容され、尿素水ポンプ２２とフィルタ２４とレギュレータ２５とからなる組付体に構成されてユニット化（モジュール化）された尿素水ポンプユニット（尿素水ポンプモジュール）をなしているものであってもよい。

また、尿素水供給管２３は、尿素水供給管２３内の尿素水の圧力を検出するための圧力センサ２７と、尿素水の温度を検出するための温度センサ２８とが設けられている。

制御系の構成部は、ＥＣＵ３０と、排気センサ１６と、圧力センサ２７と、温度センサ２８と、図示しない尿素水タンク２１内に溜まっている尿素水の液面を検出するための液面センサとを含んで構成されている。ＥＣＵ３０は、周知のマイクロコンピュータを備え、各種センサ１６、２７、２８の検出値に基づいて尿素水ポンプ２２、尿素水添加弁１５、ポンプ位置調整部材（ポンプ位置調整手段）２９などの各種アクチュエータの駆動量等を制御する。なお、ＥＣＵ３０においてプログラムに基づいて実行される制御処理の詳細については後述する。

本実施形態に係わる上記尿素ＳＣＲ装置では、エンジン運転時において、尿素水ポンプ２２の駆動により尿素水タンク２１内の尿素水が尿素水供給配管２３を通じて尿素水添加弁１５に圧送され、尿素水添加弁１５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の還元反応が行われることによってその排気が浄化される。ＮＯｘの還元に際しては、例えば、
（ＮＨ２）_２ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→２ＮＨ_３＋ＣＯ_２ ・・・（式４）
のような反応をもって、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（ＮＨ_３）が生成され、ＳＣＲ触媒１３にて選択的に尿着された排気中のＮＯｘに対し、このアンモニアが添加される。そしてＳＣＲ触媒１３で、そのアンモニアに基づく還元反応（上記反応式（式１）〜（式３））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。

次に、尿素水供給部２０ａについて、図１、図４、図５に従って説明する。尿素水タンク２１は図示しない給液用キャップ付きの密閉容器にて構成されており、その内部に所定濃度の尿素水が貯留されている。なお、尿素水タンク２１内の尿素水の凍結対策として、必要に応じて、尿素水タンク２１にヒータを付設したり、尿素水タンク２１周りに断熱シート等の断熱材を配設したりするようにしている。

図１に示すように、尿素水タンク２１内には、尿素水ポンプ２２が配設されており、尿素水に浸漬した状態（以下、第１状態であって、尿素水を圧送可能な状態）と、尿素水の液面から引き離された状態（以下、第２状態であって、尿素水を尿素水タンク２１へ回収可能な状態）とに、ポンプ位置調整部材によって配置状態を切り替えられる。

本実施形態における尿素水ポンプ２２は、自動車に搭載される周知構造の流体ポンプであり、例えばポンプケーシング内でインペラ（タービン）を回転させて流体を吸入・吐出（圧送）するいわゆる非容積式のポンプである。このような尿素水ポンプ２２は、インペラの回転を停止すると、容積式ポンプの如き容積変化するポンプ室を持たないため、尿素水ポンプ２２に吸入し溜められている尿素水を尿素水ポンプ２２内に封止することはないので、上記第２状態に尿素水ポンプ２２の位置を設定すると、尿素水ポンプ２２の吸入口２２ａから尿素水タンク２１へ尿素水が排水されるものである。

なお、上記容積式ポンプとは、トロコイドギヤ式やローラ式等のポンプであり、ポンプケーシング内にトロコイドギヤやローラ等によって複数の容積室（ポンプ室）を区画して、そのポンプ室の容積の変化により流体を吸入・吐出（圧送）するものである。このような容積式ポンプでは、複数のポンプ室において吸入口側に接続するポンプ室と、吐出口側に接続するポンプ室との間に、上記トロコイドギヤやローラ等の仕切部材によって区画されたポンプ室が形成されているため、ポンプ位置を上記第２状態に設定しても、尿素水タンク２１へ尿素水がスムースに排水されることはない。

なお、ここで、容積式ポンプにおいても、上記仕切部材のシール機能部、即ち仕切部材とポンプケーシングとの間のシールのための隙間（以下、シール隙間）においてシール隙間を拡大する方法が考えられる。この方法によって尿素水を尿素水タンク２１へ排水させることは可能であるが、シール機能が損なわれ、ポンプ作動（トロコイドギヤ回転）時のポンプ吐出効率が低下してしまうことから、通常の容積式ポンプにおいては、停止時に尿素水がスムースに排水されることはないのである。

尿素水ポンプ２２は、図６に示すように、尿素水を圧送する圧送機構としての圧送部４２と、圧送部４２が尿送水を圧送するように圧送部４２を駆動する駆動力を発生する駆動モータ部４３とを備えている。

圧送部４２は非容積式ポンプであって、ポンプケーシング４４、４５およびインペラ４７からなるタービンポンプである。ポンプケーシング４４、４５は、アッパーケース４４とロアケース４５との２部材を接合させることにより、アッパーケース４４とロアケース４５との合わせ面の内側に、ポンプ室４６が形成されている。なお、上記２部材の接合方法としては、ハウジング４１の一端部に圧入、かしめ等によりアッパーケース４４とロアケース４５が固定されることで接合されている。

ポンプ室４６を形成するアッパーケース４４とロアケース４５との合わせ面には、それぞれＣ字状のポンプ通路４６ａが形成されている。ポンプ室４６内には、駆動モータ部４３の回転軸５６に嵌着されたインペラ４７が回転自在に収容されている。

ロアケース４５には尿素水下流側（図６中の下方）に向かって吸入部が延びており、尿素水を吸い込むための吸入口２２ａが形成される。また、アッパーケース４４にはハウジング４１内の駆動モータ部４３側に吐出口（以下、圧送部吐出口）が形成されており、圧送部吐出口よりハウジング４１内に形成された尿素水室（尿素水通路）に尿素水が吐出される。そして、この尿素水は、ステータ５１とマグネットロータ５５との間の隙間（尿素水通路）を流通する。

尿素水ポンプ２２の上端部に位置するハウジングカバー６６には、尿素水をポンプの外部即ち尿素水配管２３へ吐出する吐出口２２ｂが設けられており、図６に示すように吐出口２２ｂを形成する吐出部６５が図６中の下方）に向かって延びるように配設されている。

駆動モータ部４３は、例えば３相全波駆動方式のブラシレスモータよりなり、次のように構成されている。ハウジング４１内に円筒状のステータ５１が嵌合固定され、このステータ５１には複数の突極５２が形成されている。こられ突極５２には３相の電機子コイル５３が装着されている。ステータ５１の内周側にはマグネットロータ５５が配置されている。マグネットロータ５５は、回転軸５６に嵌着されたロータコア５７と、このロータコア５７の外周に接着等により固着された複数個（例えば８個）の界磁用のマグネット５８とから構成されている。８個の界磁用のマグネット５８は、Ｎ極とＳ極が交互に並ぶように配置されており、これにより８極のマグネットロータ５５が構成されている。マグネットロータ５５の回転軸５６は、その両端部が軸受６１、６２により回転自在に支持されている。

また、ハウジング４１内には、３相全波駆動方式の駆動制御回路６３が組み付けられ、モータ駆動時には、駆動制御回路６３によって各相の電機子コイル５３への通電が３相通電方式で順次切り替えられる。ハウジング４１の駆動制御回路６３側の開口部には、上記ハウジングカバー６６が嵌着されている。なお、駆動制御回路６３を尿素水ポンプに一体化せずに、尿素水ポンプの外部に設けることも可能である。

ここで、上記尿素水ポンプ２２は、３相の電機子コイル５３の励磁順序を変更することで、駆動モータ部４３の回転方向が正逆反転する構成を有しており、尿素水を尿素水供給配管２３側に吐出することに加え、尿素水を尿素水供給配管２３側から吸い込むことも可能となっている。つまり、尿素水ポンプ２２が正回転駆動されることで、尿素水が尿素水タンク２１から吐出され、尿素水ポンプ２２が逆回転駆動されることで、尿素水が尿素水タンク２１に吸い戻されるようになっている。

ポンプ位置調整部材２９は、図１に示すように、尿素水タンク２１内に収容されている尿素水ポンプ２２を直接または間接的に保持し、かつ尿素水タンク２１に対する尿素水ポンプ２２の相対位置を、尿素水の液面が変位する液面方向に移動させるアクチュエータである。

詳しくは、ポンプ位置調整部材２９は、被移動部材を軸方向に前後させる周知の直動シリンダであり、尿素水ポンプ２２を保持する保持部２９ａと、保持部２９ａを液面方向に移動させるように伸縮する軸部２９ｂとを備え、保持部２９ａおよび軸部２９ｂを尿素水タンク外に配置された直動シリンダの本体で支持するものである。なお、この本体と尿素水タンク２１が固定される構成にすることで、ポンプ位置調整部材２９は、尿素水タンク２１に対する尿素水ポンプ２２の相対位置の移動が容易となる。

なお、上記ポンプ位置調整部材２９は、被移動部材である尿素水ポンプ２２を軸方向に前後させる直動シリンダに限らず、被移動部材に直接または間接的にねじ嵌合可能な軸部と、この軸部を回動させる回転駆動部とを有する電動アクチュエータなどであってもよい。

詳しくは、ポンプ位置調整部材２９は、被移動部材を軸方向に前後させる周知の直動シリンダであり、尿素水ポンプ２２を保持する保持部２９ａと、保持部２９ａを液面方向に移動させるように伸縮する軸部２９ｂとを備え、保持部２９ａおよび軸部２９ｂを尿素水タンク外に配置された直動シリンダの本体で支持するものである。

なお、上記ポンプ位置調整部材２９は、被移動部材である尿素水ポンプ２２を軸方向に前後させる直動シリンダに限らず、被移動部材に直接または間接的にねじ嵌合可能な軸部と、この軸部を回動させる回転駆動部とを有するアクチュエータなどであってもよい。

ここで、還元剤として用いられる尿素水は−１１℃で凍結し、その凍結に伴ない液状から固化することで体積が７％程度増加する。この場合、エンジン停止後において尿素水供給系の各構成部材（尿素水添加弁１５および尿素水供給配管２３など）に尿素水が残留しており、その残留尿素水の体積が凍結により増加すると、尿素水添加弁１５や尿素水供給配管２３において破損の虞が生じる。

そこで本実施形態では、尿素水凍結による尿素水供給系の各構成部材の損傷防止対策として、
（１）エンジン停止後に、尿素水ポンプ２２を通常の尿素水圧送状態（正回転駆動状態）とは異なる尿素水吸い戻し状態（逆回転駆動状態）で駆動することで、尿素水ポンプ２２の下流側に配置された尿素水添加弁１５および尿素水供給配管２３に残留する尿素水を尿素水タンク２１側へ戻す（還流させる）「吸い戻し処理」を行なうこととする。

（２）尿素水吸い戻し状態を形成し易くするため、本実施形態において尿素水ポンプ２２の圧送部４２に、非容積式のポンプ（タービンポンプ）の圧送機構を採用する。

この圧送部４２が上記圧送機構である故に、圧送機構のポンプ室４６が吸入口２２および圧送部吐出口のいずれにも常に連通している。そのため、尿素水ポンプ２２が尿素水の液中に浸漬されている状態のままであると、上記（１）の「吸い戻し処理」を実施した後であっても、少なくともポンプ室４６内に尿素水が残り、その残った尿素水の凍結により圧送部４２の圧送機構などで尿素水ポンプ２２自体の損傷を招く虞がある。そこで、
（３）本実施形態においてエンジン停止後、上記「吸い戻し処理」を実施する際には、尿素水凍結による尿素水供給系の損傷を確実に防止するため、尿素水ポンプ２２内に尿素水が残らないように、尿素水ポンプ２２を尿素水の液面より引き離す「ポンプ位置調整処理」を行なうこととする。

（４）詳しくは、ポンプ位置調整部材２９は、尿素水ポンプ２２の上記相対位置を移動させることで、上記第１状態と第２状態を切り替える。尿素水ポンプ２２の第２状態を実現する方法としては、ＥＣＵ３０が、液面センサにより検出した液面レベル（以下、尿素水検出液面レベル）に基づいて、ポンプ位置調整部材２９を駆動することで尿素水ポンプ２２の底部を尿素水検出液面レベル以上に引き離す方法とする。なお、これに限らず、尿素水タンク２１の給液時において尿素水を満充填する液面レベル（以下、満充填液面レベル）以上の上限位置に、尿素水ポンプ２２を移動させる方法であってもよい。

以上説明した構成を有する尿素水供給装置２０の作動を、ＥＣＵ３０が実行する各気能手段の処理を示す図２から図４に従って説明する。

図２に示すように、Ｓ１０（Ｓはステップ）では、ＥＣＵ３０は、エンジンの運転状態を検出する各種センサにより検出し、エンジン状態を読み込み、Ｓ２０では、読み込んだエンジン状態に基づいてエンジン停止後であるか否かを判定する。エンジン状態においてエンジン停止後判定のための必須条件は、例えばエンジン回転速度が０になっていること、あるいはイグニッションスイッチがＯＦＦになっていることであり、この必須条件を満足しているか否かを判定することで行なわれる。

Ｓ２０でエンジン停止後であると判定されると、Ｓ３０へ移行し、吸い戻し処理（図４参照）を実施する。逆に、エンジン停止後でないと判定されると、エンジンが運転状態にありエンジンから流出する排気を浄化するため、Ｓ４０へ移行し、尿素水ポンプ２２等を、通常の尿素水圧送状態で制御する処理を行なう。そして、Ｓ３０およびＳ４０の制御処理のいずれかが終了すると、Ｓ５０へ移行し、ポンプ位置調整処理（図３参照）を実施する。

次に、尿素供給系の吸い戻し制御を、図４に従って説明する。Ｓ３１およびＳ３２の制御処理では、エンジン停止後、尿素水吸い戻しが既に完了しているか否かを判定する。吸い戻し判定は、吸い戻し完了フラグが１（吸い戻し完了＝１）であるか否かを判定することで行なわれる。そして、エンジン停止後でかつ尿素水吸い戻しが未完であることを条件に、Ｓ３３に進む。

Ｓ３３では、尿素水吸い戻し（尿素水ポンプ２２の逆回転駆動）が開始された後、所定時間が経過したか否かを判定する。所定経過時間前であれば、Ｓ３４、Ｓ３５を実行する。即ち、尿素水ポンプ２２を逆回転駆動（尿素水吸い戻し状態で駆動）させ、Ｓ３５では、尿素水添加弁１５の通電を開始する。なおこのとき、尿素水ポンプ２２の逆回転駆動の開始から数秒程度遅れて尿素水添加弁１５の通電が開始されることが好ましい。

また、尿素水吸い戻しが開始された後、所定経過時間が経過すると、Ｓ３６、Ｓ３７を実行する。即ち、Ｓ３６では、尿素水ポンプ２２の駆動を停止し、Ｓ３７では、尿素水添加弁１５の通電を終了する。その後、Ｓ３８では、吸い戻し完了フラグに１をセットする。

なお、ここで、図５は、上記吸い戻し処理のモードを示している。図５に示すように、エンジン停止後において、尿素水ポンプ２２が逆回転駆動されるとともに、尿素水添加弁１５に対して通電が行なわれて尿素水添加弁１５の添加口が開放される。このとき、排気管１１内への尿素水の漏れ出しを回避することを目的として、尿素水ポンプ２２が逆回転駆動状態で先に駆動され、その後、尿素水添加弁１５が通電されるのが好ましい。ただし、尿素水ポンプ２２の逆回転駆動と、尿素水添加弁１５の通電とを同時に行なうことも可能である。

次に、尿素水ポンプ２２の位置調整制御を、図３に従って説明する。
Ｓ５１およびＳ５２の制御処理では、エンジン停止後、尿素水吸い戻しが既に完了しているか否かを判定する。

Ｓ５１でエンジン停止後判定の必須条件が満足してないつまりエンジン運転状態であると判定されると、Ｓ５３、Ｓ５７、Ｓ５９を実行する。即ち、Ｓ５３では、液面センサで検出した尿素水検出液面レベルＨｕを読み込み、Ｓ５７で尿素水検出液面レベルＨｕが尿素水ポンプ２２の吸入口２２ａ以上（Ｈｕ≧Ｈｕｐ）であるか否かを判定する、即ち尿素水検出液面レベルＨｕに対して尿素水ポンプ２２の位置が、吸入口２２ａが形成されている吸入部４８が浸漬されるほど浸漬されている否かを判定する。Ｓ５７で尿素水検出液面レベルＨｕに対して吸入部４８が浸漬されるほど浸漬されていないと判定されると、Ｓ５９へ進む。Ｓ５９では、尿素水ポンプ２２が尿素水の液中に十分浸漬されていないと判断し、尿素水ポンプ２２を可能な限り液面方向下方へ移動させる。

これにより、尿素水ポンプ２２等を、通常の尿素水圧送状態で制御する処理際に、尿素水供給系の途中で尿素水が途絶えることはない。

Ｓ５１およびＳ５２でエンジン停止後でかつ尿素水吸い戻しが完了であると判定されると、Ｓ５６へ進む。

Ｓ５６では、尿素水ポンプ２２を液面方向上方へ移動させ、尿素水ポンプ２２の底部即ち吸入口２２ａを、尿素水の液面から引き離す。

以上説明した本実施形態では、エンジン停止後、尿素水ポンプ２２を尿素水圧送状態とは異なる尿素水吸い戻し状態で駆動するので、尿素水ポンプ２２の下流側に配置された尿素水添加弁１５および尿素水供給配管２３に残留する尿素水を尿素水タンク２１側へ戻し回収することができる。その結果、尿素水添加弁１５および尿素水供給配管２３内において、尿素水の凍結が防止され、ひいてはこれら各部材の破損等を抑制することができる。

本実施形態では、上記尿素水吸い戻しが完了した場合であっても、尿素水ポンプ２２を尿素水の液中に浸漬したままの状態で放置すると、尿素水ポンプ２２内に尿素水が残ってしまうことに着目して、ポンプ位置調整部材２９によって尿素水ポンプ２２を尿素水の液面から引き離すようにする。これにより、尿素水ポンプ２２内に尿素水が滞留することなく、全ての残留尿素水を、尿素水ポンプ２２の吸入口２２ａから尿素水タンク２１へ回収することができる。

したがって、尿素供給系を構成する尿素水添加弁１５、尿素水供給配管２３、および尿素水ポンプ２２内において、尿素水の凍結が防止され、ひいてはこれら各部材の破損等を抑制することができる。つまり尿素供給系の全ての部材において、尿素水の凍結防止、尿素水凍結による損傷防止が図れるので、尿素供給系の各部材の保護が確実にできる。

また、本実施形態では、尿素水ポンプ２２の圧送部４２に、非容積式ポンプ（タービンポンプ）型の圧送機構を用いている。しかも、その尿素水ポンプ２２内において吸入口２２ａ、吐出口２２ｂ間の尿素水通路に、尿素水の流れを抑制する逆止弁を有していない。このような尿素水ポンプ２２を用いる尿素供給系においては、エンジン停止後であることを条件として上記「ポンプ位置調整処理」を実施し、尿素水ポンプ２２を尿素水の液面から引き離すようにしてもよい。

上記尿素水ポンプ２２を用いる尿素供給系においては、尿素水添加弁１５、尿素水供給配管２３、および尿素水ポンプ２２間の尿素水通路が常に吸入口２２ａに連通する状態となるからである。即ち上記連通状態である故に、上記「吸い戻し処理」が未完了または未実施である場合であっても、尿素供給系内の尿素水を吸入口２２ａから尿素水タンク２１へ戻すことが可能である。

ただし、「吸い戻し処理」の如く尿素水ポンプ２２を尿素水吸い戻し状態で駆動することで尿素水吸い戻しを強制的に行なうものではない。それ故に、「吸い戻し処理」では尿素供給系内の尿素水を比較的速やかに尿素水タンク２１へ戻すことが可能であるのに対し、徐々に吸入口２２ａから尿素水タンク２１へ戻すことが可能である。

なお、ここで、エンジン停止後であることを条件として上記「ポンプ位置調整処理」を実施するのは、上記「吸い戻し処理」が未実施で、かつ「ポンプ位置調整処理」を実施する場合があるからである。そして、エンジン停止時においては、エンジンから排気ガスが生成されないため、ＳＣＲ触媒１３に尿素水を供給することは不要となるので、尿素水ポンプ２２圧送状態が生じることはなく、即ち圧送のために尿素水ポンプ２２の吸入口２２ａ側より液面下の尿素水を吸上げることはないからである。

また、以上説明した本実施形態では、エンジン停止後であることを条件として「ポンプ位置調整処理」を実施し、尿素水ポンプ２２を尿素水の液面から引き離すので、例えば液面位置を検出することなく、予め設定した液面より常に引き離されている設定位置（尿素水タンク２１内の満充填液面レベル以上の上限位置）に移動させることが可能である。したがって、尿素水凍結による尿素水ポンプ損傷防止のために尿素水ポンプ内の尿素水滞留を回避するのを、比較的簡素な方法で行なえる。

また、以上説明した本実施形態では、上記「ポンプ位置調整処理」を実施する手段（ポンプ位置調整部材２９）としては、尿素水ポンプ２２を保持し、かつかつ液面方向に移動させる電動アクチュエータとした。これにより、電動アクチュエータとして、例えば尿素水ポンプを保持する保持部を軸移動可能なねじ軸とこの軸を回転させるモータとの組合わせたものや、シリンダ軸などの軸を直接駆動する直動モータなどを用いることができる。

（第２の実施形態）
以下、本発明を適用した他の実施形態を説明する。なお、以下の実施形態においては、第１の実施形態と同じもしくは均等の構成には同一の符号を付し、説明を繰返さない。

第２の実施形態を図７に示す。第２の実施形態は、尿素水ポンプ２２に、フィルタ１２４およびレギュレータ１２５を組み込んだ尿素水ポンプユニット（尿素水ポンプモジュール）の一例を示すものである。図７は、本実施形態に係わる尿素水ポンプをユニット（モジュール）化した尿素水供給部を示す部分断面図である。

尿素水ポンプユニット（尿素水ポンプモジュール）は、尿素水ポンプ２２と、尿素水タンク２１内に設けられ、尿素水ポンプ２２を内側に収容し、かつ保持する保持壁部材１７１と、ポンプ位置調整部材１２９、１７９に連結する連結部１７３と、フィルタ１２４と、ギュレータ１２５と、サクションフィルタ１８１とを備えている。

フィルタ１２４は、フィルタエレメント１２４ａと、フィルタケース１２４ｂとを有している。フィルタエレメント１２４ａは尿素水ポンプ２２が吐出する尿素水中に含まれる異物を除去する。フィルタケース１２４ｂはフィルタエレメント１２４ａを内部に収容すると共に、略円筒状に形成されておりフィルタケース１２４ｂの流入口は尿素水ポンプ２２の吐出口２２ｂ側と嵌合し結合している。また、フィルタケース１２４ｂの流出口はレギュレータ１２５の流入通路１２５ａ側に接続している。

レギュレータ１２５の流出通路側は、吐出通路１８３ａを有する蛇腹配管１８３を通じて蓋部材１８２の尿素水吐出管１８４に接続している。また、レギュレータ１２５の排出通路１２５ｂは、尿素水ポンプ２２から吐出された尿素水のうち、レギュレータ１２５で調圧する際に余剰となった尿素水を尿素水タンク２１内へ戻す。

蓋部材１８２は略円板状に形成され、尿素水タンク２１の上壁２１ａの開口部に係止されて取付けられており、上壁２１ａの開口部を覆っている。蓋部材１８２は、円板部１８２ａと環状壁部１８２ｂを有しており、環状壁部１８２ｂは上記上壁２１ａの開口部内に挿入可能に形成されている。

蓋部材１８２の円板部１８２ａは、尿素水吐出口１８４ａを有する尿素水 吐出管１８４の他に、電気コネクタ１８５と、ポンプ位置調整部材１２９、１７９が挿通可能な挿通孔１８２ｃとを備えており、電気コネクタ１８５はリード線１８６により尿素水ポンプ２２に電力を供給する。

ポンプ位置調整部材１２９、１７９は、被移動部材に直接または間接的にねじ嵌合可能な軸部１７９と、この軸部１７９を回動させる回転駆動部１２９とを備えている。回転駆動部１２９は、サーボモータ、ブラシレスモータなどの周知の電動モータである。軸部１７９は、一端部が尿素水タンク２１の底壁２１ｂ側に延びており、他端部が蓋部材２８２の挿通孔１８２ｃを挿通すると共に回転駆動部１２９に接続している。

上記軸部１７９は、保持壁部材１７１の外周側に設けられた連結部１７２に連結しており、連結部１７２とねじ嵌合する。そして、軸部１７９は、回転駆動部１２９による軸部１７９の回動によって、連結部１７２即ち保持壁部材１７１を液面方向（図中の上下方向）に移動可能にする。これにより、ポンプ位置調整部材１２９、１７９は、保持壁部材１７１を介して、尿素水ポンプ２２を間接的に保持すると共に液面方向に移動可能にする。

保持壁部材１７１は、筒状に形成されており、筒本体部１７１ｈと、連結部１７２と、結合部１８２とを備えている。結合部１８２は筒本体部１７１ｈとフィルタケース１２４ｂと結合しており、フィルタ１２４を介して尿素水ポンプ２２を支持する。

サクションフィルタ１８１は、尿素水ポンプ２２の吸入口２２ａ側に接続しており、尿素水ポンプ２２に吸い上げられる尿素水中に含まれる異物を除去する。

ここで、尿素水などの貯留された流体を吸入し、外部へ圧送するポンプは、一般に、ポンプ自体および流体が供給される外部装置の機能を保護するために、ポンプの吸入口側および吐出口側の少なくともいずれかに、異物除去装置（ろ過装置）が設けられている。そのため、ポンプは異物除去装置（ろ過装置）等の部材を組付けた組付体（モジュール）として構成されている。例えばポンプ位置調整部材でポンプを直接的に保持する場合においては、ポンプ位置調整部材とポンプとの間に異物除去装置（ろ過装置）等の部材を組付けた組付体（モジュール）を形成するのが難しくなる場合がある。

これに対し本実施形態では、筒状の保持壁部材１７１の内側に尿素水ポンプ２２を収容しかつ保持するとともに、ポンプ位置調整部材１２９、１７９を保持壁部材１７１に連結部１７２を介して連結する構造としている。このように、ポンプ位置調整部材１２９、１７９が尿素水ポンプ２２を直接的に保持するのではなく、ポンプ位置調整部材１２９、１７９が保持壁部材１７１を介して尿素水ポンプ２２を間接的に保持する構成としているので、保持壁部材１２９、１７９と尿素水ポンプ２２との間に形成された空間内に、フィルタ１２４、レギュレータ１２５、サクションフィルタ１８１などの組付体（モジュール）を構成する部材を集約的に組付けることが可能である。

（第３の実施形態）
第３の実施形態を図８に示す。第３の実施形態は保持壁部材を、尿素水を内部に貯留可能なサブタンク２７１とした一例を示すものである。図８は、本実施形態に係わる尿素水供給部を示す部分断面図である。

サブタンク２７１は有底の筒状に形成されており、内部に尿素水ポンプ２２、フィルタ１２４、レギュレータ１２５、およびサクションフィルタ１８１などを収容している。サブタンク２７１は、筒本体部１７１ｈ、連結部１７２、結合部１８２、および底部１７１ａを備えている。底部１７１ａには、サブタンク外、即ち尿素水タンク２１内の尿素水をサブタンク２７１内に汲み上げる吸引口２７１ｂが設けられている。

これにより、尿素水ポンプ２２がサブタンク２７１内で尿素水を吸入し外部へ吐出する際に、尿素水ポンプ２２の吸入力を利用して、吸引口２７１ｂを通じてサブタンク２７１内に尿素水タンク２１の尿素水を汲み上げることが可能となり、尿素水タンク２１とは別に、サブタンク２７２内にも尿素水を溜めることができる。しかも、尿素水ポンプ２２の駆動停止時には、尿素水ポンプ２２の吸入力が失われるため、吸引口２７１ｂを通じてサブタンク２７１内の尿素水が尿素水タンク２１へ戻される。

即ち、エンジン停止時において、尿素水ポンプ２２を液面から引き離す方法として、尿素水ポンプ２２の吸入口２２ａ側を尿素水タンク２１内の尿素水の液面から直接的に引き離す必要はなく、サブタンク２７１の底部２７１ａを液面から引き離すという間接的方法を用いることができる。

また、例えば吸引口２７１ｂのサイズの適宜設定することにより、尿素水ポンプ２２の駆動停止後において、サブタンク２７１内に溜まっている尿素水を尿素水タンク２１内へ戻す時間を調整することが可能である。これにより、例えばエンジン停止が一時的な停止である場合であっても、エンジン運転開始時において、尿素水ポンプ２２の駆動停止後にサブタンク２７１内に一時的に残留する尿素水を利用して圧送のための尿素水を尿素水ポンプ２２に吸入させることができる。

また、本実施形態では、図８に示すように、サブタンク２７１内に設けられ、吸引口２７１ｂからサブタンク外の尿素水をサブタンク２７１内に汲み上げるジェットポンプ２２２を備えていることが好ましい。ジェットポンプ２２２はレギュレータ１２５の排出通路１２５ｂ側に接続されている。

ジェットポンプは、一般に、ポンプおよび異物除去装置（ろ過装置）などの部材と共に組付体（モジュール）を構成するものであり、ポンプからポンプ外へ吐出される流体の一部（例えばレギュレータなどの圧力調整弁で調圧する際に余剰となった流体）を、サブタンクに戻す（還流する）還流流れに伴ない生じさせた負圧力を、流体の汲み上げ力とするものである。

これに対し本実施形態では、このようなジェットポンプ２２２をサブタンク２７内に備えているので、レギュレータ１２５で調圧する際に余剰となった尿素水即ち尿素水ポンプ２２からポンプ外へ吐出される尿素水の一部を、サブタンク２７１に戻す際に生じるジェットポンプ２２２の負圧力を利用して、効率的に吸引口２７１ｂからサブタンク外の尿素水をサブタンク２７１内に汲み上げることができる。

したがって、エンジン停止時においてポンプ位置調整部材１２９、１７９により一時的に尿素水ポンプ２２を尿素水の液面より引き離す場合があっても、エンジン運転開始後は、例えばサブタンク２７１の底部２７１ｂを尿素水タンク２１内の尿素水の液面に浸漬する程度にポンプ位置調整部材１２９、１７９による尿素水ポンプ２２の相対位置を移動させるだけで、尿素水ポンプ２２の駆動により吐出される尿素水の流れを利用したジェットポンプ２２２で速やかにサブタンク２７１内の尿素水を溜めることができる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態を図９に示す。第４の実施形態はポンプ位置調整部材を、被移動部材に浮力を与える浮力体３２９とした一例を示すものである。図９は、本実施形態に係わる尿素水供給部を示す部分断面図である。

ここで、尿素水タンク２１内の尿素水は、ＳＣＲ触媒１３への供給に従って消費されることにより尿素水の液面は消費量に応じて減少したり、尿素水タンク２１内への尿素水の補給量に応じて液面が増加したりする。

これに対し本実施形態では、ポンプ位置調整部材として、被移動部材に浮力を与える浮力体を備え、浮力体は、サブタンク２７１を保持しており、被移動部材としての尿素水ポンプ２２を、サブタンク２７１を介して、尿素水ポンプ２２の吸入口２２ａ側が液面に浸漬される状態で保持している。

これにより、尿素水ポンプ２２の吸入口２２ａ側が液面に浸漬される状態を保持する程度に尿素水ポンプ２２に浮力を与える浮力体３２９を、尿素水ポンプ２２に装着させるという程度の簡素な構成で、上記ポンプ位置調整部材を提供することができる。

（第５の実施形態）
第５の実施形態を図１０に示す。第５の実施形態は、「ポンプ位置調整処理」において、尿素水温度Ｔｕが尿素水の固化温度Ｔｕｐ以下であることを条件として、尿素水ポンプ２２を液面方向上方へ移動させる一例を示すものである。図１０は、本実施形態に係わる尿素水ポンプの位置制御を示すフローチャートである。

図１０のフローチャートにおいて、図３中のＳ５１の制御処理の肯定判定からＳ５６処理間に、Ｓ５４１、Ｓ５４２、およびＳ５４３の各制御処理を追加したものである。

ここで、尿素水がエンジン停止時に必ず凍結するというものではない。
エンジン停止を第１条件（Ｓ５１の制御処理の肯定判定）として、ポンプの上記相対位置を移動させることは可能であるが、エンジン停止時においてエンジン以外の駆動力発生源として車載用バッテリ等の電源を利用することとなるため、このような電気エネルギー等のエネルギーの無駄消費は回避する必要がある。

これに対し本実施形態では、尿素水の温度を検出する還元剤温度検出手段としての温度センサ２８を備え、「ポンプ位置調整処理」では、上記第１条件を満足し、かつ尿素水温度Ｔｕが固化する固化温度Ｔｕｓ以下であるという第２条件を満足するとき、尿素水ポンプ２２を液面より引き離す方向に移動させるよう制御する。

即ち、詳しくはＳ５４１では、温度センサ２８により検出した尿素水温度Ｔｕを読み込み、Ｓ５４２では、検出した尿素水温度Ｔｕが固化温度Ｔｕｓ以下であるか否かを判定する。尿素水温度Ｔｕが固化温度Ｔｕｐ以下であると判定されると、Ｓ５６へ進み尿素水ポンプ２２を液面より引き離す。

これによると、エンジンが停止しているという第１条件に加えて、尿素水温度Ｔｕが固化温度Ｔｕｓ以下であるという第２条件を満足するときに、尿素水ポンプ２２を液面より引き離す方向に移動させるので、ポンプ位置調整部材において尿素水ポンプ２２を移動させるための駆動力が、尿素水温度Ｔｕによる尿素水凍結予測に基づいて消費される。それ故に、無駄な駆動力が消費されるのを回避することができる。

また、Ｓ５４１で尿素水温度Ｔｕが固化温度Ｔｕｓ以下でないと判定されると、Ｓ５４３へ進む。Ｓ５４３は、所定時間による待機時間間隔で尿素水温度Ｔｕの検出を可能とするものである。即ち、Ｓ５４３では、所定時間が経過したか否かを判定する。所定時間が経過したと判定されるとＳ５４１へ進み、所定時間が経過してないと判定されると、所定時間が経過するまで繰り返しＳ５４３の判定処理を行なう。

これにより、エンジン停止している期間中、即ち第１条件が満足した後において、尿素水温度Ｔｕを所定の待機時間間隔で継続的に検出するので、尿素水凍結が予測される状態に限定して上記ポンプ位置調整部材による駆動力を発生させて、尿素水凍結によるポンプ損傷防止のために尿素水ポンプ２２を液面より引き離すができる。

（他の実施形態）
（１）以上説明した本実施形態では、「ポンプ位置調整処理」による尿素水ポンプ２２を液面から引き離す制御を実行する条件として、エンジン停止後（第１条件）でかつ尿素水吸い戻しが完了（「吸い戻し処理」が実施された）（第３条件）であることを満足することとした。これに限らず、上記第１条件（エンジン停止後であること）を満足することのみで上記実行条件を満たされたものとしてもよい。即ち、エンジン停止後（第１条件）は、「吸い戻し処理」が実施された（完了された）、実施中、未実施に係わらず、「ポンプ位置調整処理」による尿素水ポンプ２２を液面から引き離す制御を実行する。

（２）以上説明した第５の実施形態では、上記第１条件および第３条件が満足することに加えて、尿素水温度Ｔｕが固化温度Ｔｕｐ以下（第２条件）であることを満足することで、上記実行条件を満たされたものとした。これに限らず、上記第１条件（エンジン停止後であること）および第２条件（尿素水温度Ｔｕが固化温度Ｔｕｐ以下であること）を満足することで上記実行条件を満たされたものとしてもよい。

（３）以上説明した本実施形態では、上記第１条件（エンジン停止後であること）を満足しているか否かを判定する方法として、エンジン状態においてエンジン停止後判定のための必須条件は、（Ａ）エンジン回転速度が０になっていること、あるいは（Ｂ）イグニッションスイッチがＯＦＦになっていることであるとし、この必須条件を満足しているか否かを判断することで上記判定を行なった。

これに限らず、以下の方法であってもよい。

即ち、「ポンプ位置調整処理」において、ＥＣＵ３０で実行される処理を機能で表すと、エンジンの停止前または停止後に生じる事象を検出し、当該検出した事象に基づいてエンジン停止を予測する停止予測手段と、停止予測手段により停止が予測されると、上記第１条件が満足したと判定する停止条件判定手段とが設けられている。

ここで、エンジンが自動車等の車両用として使用される場合において、エンジン停止とは、車両から乗員が離れる場合や、交差点前で信号待ちのためアイドリングストップする場合などの車両を駐車したり、一時的に停止する際に、エンジンが停止される。

上記（Ａ）あるいは（Ｂ）の方法のようにエンジンの停止を直接検出する方法では、一時的に停止する場合も、停止状態が継続する駐車として扱われる虞がある。このような一時的に停止する場合においてポンプ位置調整部材によって尿素水ポンプ２２を液面より引き離す方向に移動させることは、一時的な停止の解除後（エンジン始動開始後）のポンプ圧送状態においては尿素水ポンプ２２によるＳＣＲ触媒１３への供給途絶えを生じさせる虞がある。そのため、運転者の車両関係装置への操作に係わる運転者操作事象を検出し、駐車に係わるエンジンの停止を検出する必要がある。

これに対し上記停止予測手段および停止条件判定手段を有する「ポンプ位置調整処理」では、例えばエンジンの停止前または停止後に生じる事象として、運転者が車両のサイドブレーキ等の駐車用ブレーキを踏む駐車準備状態（駐車用ブレーキＯＮ状態）を検出することが可能となる。このような駐車準備状態を検出し、停止予測手段により継続的な停止即ち駐車が予測されることで、停止条件判定手段で判定したエンジン停止条件は、駐車に係わるエンジン停止を効率的に検出することができる。

（４）以上説明した本実施形態では、尿素水ポンプ２２において駆動モータ部４３に、ダービン式ポンプ型の圧送機構である圧送部４２を駆動モータをブラシレスモータを用いており、駆動制御回路６３により３相の電機子コイル５３の励磁順序を変更することで、駆動モータ部４３の回転方向が正逆反転する構成とした。これに限らず、駆動モータ部の回転方向を、圧送機構がポンプ外へ尿素水を圧送する第１方向および圧送機構がポンプ外から尿素水を吸い戻す第２方向に回動可能な駆動モータであればいずれのモータ構造であってもよい。

このような駆動モータ部を有する尿素水ポンプでは、回転方向を第1方向に設定することで、尿素水ポンプから尿素水供給配管２３等の尿素水通路を通じてＳＣＲ触媒１３の上流側に、圧送された尿素水を供給することができるとともに、上記回転方向を反転させ第２方向に設定することで、尿素水供給配管２３内にある尿素水を尿素水ポンプ側へ吸い戻すことができる。

即ち尿素水ポンプを還元剤圧送状態と異なる還元剤吸い戻し状態で駆動することにより、尿素水ポンプを通じて尿素水供給配管２３内の尿素水を尿素水タンク２１内に回収することができる。

しかも、上記尿素水ポンプは直接または間接的にポンプ位置調整部材によって保持され、移動可能であるので、尿素水ポンプを通じて尿素水供給配管２３内の尿素水を尿素水タンク２１内に回収した上で、尿素水ポンプ内に残った尿素水をも尿素水タンク２１内へ排出することができる。即ち、上記駆動モータ部を有する尿素水ポンプを具備する装置を備え、かつ上記「吸い戻し処理」および「ポンプ位置調整処理」を実施することで、尿素水凍結による尿素水供給配管等の尿素水通路および尿素水ポンプの損傷防止が確実にできる。

（５）以上説明した本実施形態では、ＳＣＲ触媒１３に添加する還元剤として、尿素水（尿素水溶液）を用いた。これに限らず、排気浄化用触媒に、液状の還元剤を添加供給するものに適用することができる。液状の還元剤の凍結による還元剤用ポンプの損傷を防止するために、還元剤供給系における還元剤用ポンプ内に還元剤が残留しないようにすることができる。

本発明の第１の実施形態の尿素水供給装置を適用した尿素水ＳＣＲ装置の装置全体を示す模式図である。 尿素水供給装置において尿素水供給とともに尿素水供給系内に溜まった尿素水を排水タンクへ戻す制御を示すフローチャートである。 図２中のステップ５０で実行するサブルーチン処理に対応する、尿素水ポンプの位置制御を示すフローチャートである。 図２中のステップ３０で実行するサブルーチン処理に対応する、尿素水吸い戻し制御を示すフローチャートである。 尿素水回収のための吸い戻しモードを示す模式図である。 尿素水ポンプの内部構造の一例を示す断面図である。 第２の実施形態に係わる尿素水ポンプをユニット（モジュール）化した尿素水供給部を示す部分断面図である。 第３の実施形態に係わる尿素水供給部を示す部分断面図である。 第４の実施形態に係わる尿素水供給部を示す部分断面図である。 第５の実施形態に係わる尿素水ポンプの位置制御を示すフローチャートである。

符号の説明

１１ 排気管
１２ ＤＰＦ
１３ ＳＣＲ触媒（排気浄化用触媒）
１５ 尿素水添加弁（還元剤添加弁）
２１ 尿素水タンク（還元剤タンク）
２２ 尿素水ポンプ
２２ａ 吸入口
２２ｂ 吐出口
２３ 尿素水供給管（還元剤供給管、還元剤通路）
２４ フィルタ（ろ過装置、異物除去装置）
２５ レギュレータ（圧力調整弁）
２８ 温度センサ（還元剤温度検出手段）
２９ ポンプ位置調整部材（ポンプ位置調整手段）
２９ａ 保持部
２９ｂ 伸縮部
３０ ＥＣＵ（制御部）
４２ 圧送部（圧送機構）
４３ モータ部（駆動モータ）
４４ ポンプケーシング
４５ ポンプカバー
４６ ポンプ室
４７ インペラ
４８ 吸入部
５１ ステータ
５２ 突極
５３ 電機子コイル
５５ マグネットロータ
５６ 回転軸
５７ ロータコア
５８ マグネット
６１、６２ 軸受
６３ 駆動制御回路
６５ 吐出部
６６ ハウジングカバー

Claims (13)

1. 液状の還元剤を貯留する還元剤タンクと、前記還元剤タンク内に収容され、前記還元剤タンク内の還元剤を前記還元剤タンク外に圧送するポンプと、を備え、
   内燃機関の排気通路であって排気浄化用触媒よりも上流側に、前記ポンプから還元剤通路を通じて圧送される還元剤を供給する還元剤供給装置において、
   前記還元剤タンクに対して前記ポンプの相対位置を、還元剤の液面が変位する液面方向に、移動させるポンプ位置調整手段を備えていることを特徴とする還元剤供給装置。
2. 前記内燃機関の停止を検出する停止検出手段を備え、
   前記ポンプ位置調整手段は、前記停止検出手段で検出した前記内燃機関の停止を条件として、前記ポンプを前記液面より引き離す方向に移動させることを特徴とする請求項１に記載の還元剤供給装置。
3. 前記ポンプ位置調整手段は、前記ポンプを保持し、かつ前記液面方向に移動させる電動アクチュエータであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の還元剤供給装置。
4. 前記ポンプ位置調整手段は、被移動部材に浮力を与える浮力体を備え、
   前記浮力体は、前記被移動部材としての前記ポンプを、前記ポンプにおいて還元剤を吸入する吸入口側が前記液面に浸漬される状態で保持していることを特徴とする請求項１に記載の還元剤供給装置。
5. 前記停止検出手段は、
   前記内燃機関の停止前または停止後に生じる事象を検出し、当該検出した事象に基づいて前記内燃機関の停止を予測する停止予測手段と、
   前記停止予測手段により停止が予測されると、前記条件が満足したと判定する停止条件判定手段と、
   を備えていることを特徴とする請求項２に記載の還元剤供給装置。
6. 前記還元剤の温度を検出する還元剤温度検出手段を備え、
   前記ポンプ位置調整手段は、前記条件としての第１条件を満足し、かつ前記還元剤の温度が固化する温度以下であることを第２条件とする前記第２条件を満足するとき、前記ポンプを前記液面より引き離す方向に移動させることを特徴とする請求項２または請求項５に記載の還元剤供給装置。
7. 前記還元剤温度検出手段は、前記第１条件が満足した後において、所定の待機時間間隔で前記還元剤の温度を検出することを特徴とする請求項６に記載の還元剤供給装置。
8. 前記ポンプは、
   外部から前記還元剤を吸入する吸入部を有し、前記吸入部を通じて流入した前記還元剤を圧送する圧送機構と、
   前記圧送機構を駆動する駆動モータであって、前記駆動モータの回転方向を、前記圧送機構がポンプ外へ前記還元剤を圧送する第１方向および前記圧送機構がポンプ外から前記還元剤を吸い戻す第２方向に回動可能な駆動モータと、
   を備えていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の還元剤供給装置。
9. 前記ポンプと、
   前記還元剤タンク内に設けられ、前記ポンプを内側に収容し、かつ保持する保持壁部材と、
   請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の前記ポンプ位置調整手段を前記保持壁部材に連結する連結部と、
   を備えていることを特徴とする還元剤供給装置。
10. 前記保持壁部材は、内部に前記還元剤を貯留可能なサブタンクであって、
    前記サブタンクは、前記サブタンク外の前記還元剤を前記サブタンク内に汲み上げる吸引口を底部に備えていることを特徴とする請求項９に記載の還元剤供給装置。
11. 前記サブタンク内に設けられ、前記吸引口から前記サブタンク外の前記還元剤を前記サブタンク内に汲み上げるジェットポンプを備えていることを特徴とする請求項１０に記載の還元剤供給装置。
12. 前記内燃機関の停止後、前記ポンプを還元剤圧送状態とは異なる還元剤吸い戻し状態を駆動する吸い戻し制御手段を備え、
    前記ポンプ位置調整手段は、前記吸い戻し制御手段が実施されたことを第３の条件として、前記ポンプを前記液面より引き離す方向に移動させることを特徴とする請求項２、請求項５、請求項６のいずれか一項に記載の還元剤供給装置。
13. 前記還元剤は尿素水溶液であり、かつ前記排気浄化用触媒は、尿素水溶液から生成されるアンモニアにより排気中に含まれるＮＯｘを還元する排気浄化反応を促進するものであり、
    請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の還元剤供給装置は、前記排気浄化用触媒にて前記還元剤の添加に基づく特定の前記排気浄化反応を促進させるように、前記ポンプで圧送した前記還元剤を前記排気通路内に添加供給することを特徴とする還元剤供給装置。

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