JP2010084694A

JP2010084694A - 尿素水添加装置

Info

Publication number: JP2010084694A
Application number: JP2008256294A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Suzuki; 一徳鈴木
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-10-01
Filing date: 2008-10-01
Publication date: 2010-04-15
Anticipated expiration: 2028-10-01
Also published as: JP5003644B2

Abstract

【課題】尿素水通路への尿素水の残留を低減する尿素水添加装置を提供する。
【解決手段】尿素水を貯える尿素水タンク２１と排気へ尿素水を添加するインジェクタ２２とを接続する尿素水管部２３は、尿素水通路２６を形成する内周壁が撥水性を有している。そのため、エンジン１１の停止後に尿素水ポンプ２４によって尿素水通路２６に存在する尿素水を尿素水タンク２１側へ吸い戻すとき、尿素水通路２６を形成する尿素水管部２３には尿素水が付着しにくく、尿素水の残留が低減される。これにより、残留する尿素水を原因とする凍結や固体成分の析出が抑えられ、インジェクタ２２の目詰まりや閉弁不良などが低減される。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気に尿素水を添加する尿素水添加装置に関する。

内燃機関、特にディーゼルエンジンから排出されるＮＯｘを還元する排気浄化装置として、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システムが公知である。ＳＣＲシステムを用いた排気浄化装置は、還元剤を添加することにより、排気に含まれるＮＯｘを選択的に窒素や水に還元する。一般に、還元剤として用いられる尿素は、水溶液である尿素水として排気に添加される。排気に添加された尿素水は、排気の熱によって分解し、還元剤であるアンモニアを生成する。一方、尿素水に含まれる尿素は、排気の熱や水分の蒸発によって結晶化あるいは化学変化を生じ、固体となって析出する。また、尿素水は、外気温の低下によって凍結するおそれがある。例えば、尿素水を貯える尿素水タンクと尿素水を噴射するインジェクタとを接続する尿素水通路において固体成分が析出すると、インジェクタの噴孔の目詰まりや閉弁不良などを招くという問題がある。また、尿素水が凍結すると、尿素水の供給が不十分になったり、凍結時の体積変化によって尿素水通路を形成する尿素水管部の損傷を招くおそれがある。そこで、特許文献１では、内燃機関の運転が停止すると、尿素水タンクからインジェクタへ尿素水を供給する尿素水ポンプを逆回転させ、尿素水通路に残留する尿素水を尿素水タンクへ吸い戻すことが提案されている。

しかしながら、尿素水通路を形成する尿素水管部は、内周壁に微少な凹凸を有している。そのため、尿素水通路に残留する尿素水を尿素水ポンプで吸い戻しても、微量の尿素水が尿素水通路に残留する。また、残留した尿素水は、重力方向において尿素水管部の低い位置に集中しやすくなる。その結果、尿素水通路に残留あるいは尿素水通路の一部に集中する尿素水から固体成分が析出または尿素水が凍結するという問題がある。
特開２００８−１０１５６４号公報

そこで、本発明の目的は、尿素水通路への尿素水の残留を低減する尿素水添加装置を提供することにある。

請求項１記載の発明では、尿素水通路を形成する尿素水管部は少なくとも内周壁が撥水性を有している。そのため、例えば内燃機関の停止後などに尿素水ポンプによって尿素水通路に存在する尿素水を尿素水タンク側へ吸い戻すとき、尿素水通路を形成する尿素水管部には尿素水が付着しにくくなる。すなわち、尿素水管部に撥水性を付与することにより、尿素水ポンプによる尿素水通路に存在する尿素水の吸い戻しが容易になる。したがって、尿素水通路への尿素水の残留を低減することができる。そして、尿素水の残留が低減されることにより、残留する尿素水を原因とする凍結や固体成分の析出が抑えられ、インジェクタの目詰まりや閉弁不良などを低減することができる。

請求項２記載の発明では、尿素水管部は撥水性の材料で形成されている。そのため、尿素水通路を形成する尿素水管部の内壁は撥水性を有している。その結果、尿素水ポンプで尿素水通路に存在する尿素水を吸い戻すとき、尿素水通路への尿素水の残留を低減することができる。
請求項３記載の発明では、尿素水管部は撥水層を有している。そのため、尿素水通路を形成する尿素水管部の内壁は撥水性を有している。その結果、尿素水ポンプで尿素水通路に存在する尿素水を吸い戻すとき、尿素水通路への尿素水の残留を低減することができる。

請求項４記載の発明では、尿素水管部は撥水性樹脂からなる内管部材と金属からなる外管部材との二重管構造を有している。そのため、尿素水通路を形成する内管部材の内壁は撥水性を有している。その結果、尿素水ポンプで尿素水通路に存在する尿素水を吸い戻すとき、尿素水通路への尿素水の残留を低減することができる。また、外管部材を金属で形成することにより、尿素水管部は外管部材の外側から加熱可能である。これにより、仮に尿素水通路で尿素水が凍結している場合でも、外管部材を加熱することにより、内管部材が形成する尿素水通路で凍結する尿素水も加熱される。したがって、尿素水を速やかに解凍することができる。

請求項５記載の発明では、尿素水ポンプとインジェクタとの間の尿素水管部にリリーフ弁を備えている。リリーフ弁は、尿素水通路と大気との間を開閉する。例えばインジェクタを閉弁させ、尿素水ポンプで尿素水通路に存在する尿素水を吸い戻すとき、尿素水ポンプによる吸引によって尿素水通路は減圧される。そのため、継続的に尿素水ポンプで尿素水通路の尿素水を吸い戻すと、時間の経過とともに吸い戻しの効率が低下する。そこで、断続的にリリーフ弁を開閉することにより、尿素水通路に大気が導入され、尿素水通路の圧力は回復する。その結果、尿素水通路に存在する尿素水の吸い戻しが容易になる。したがって、より迅速かつ確実に尿素水を吸い戻すことができる。

請求項６記載の発明では、リリーフ弁とインジェクタとの間に開閉弁を備えている。開閉弁は、リリーフ弁と連動して作動する。具体的にはリリーフ弁が尿素水通路と大気との間を開放しているとき、開閉弁はリリーフ弁とインジェクタとの間の尿素水通路を遮断する。一方、リリーフ弁が尿素水通路と大気との間を遮断しているとき、開閉弁はリリーフ弁とインジェクタとの間の尿素水通路を開放する。したがって、リリーフ弁よりも尿素水ポンプ側の尿素水をより迅速かつ確実に吸い戻すことができる。

請求項７記載の発明では、リリーフ弁とインジェクタとの間の尿素水通路への尿素水の残留を許容している。インジェクタは、排気通路を形成する排気管部に設けられている。そのため、内燃機関が始動すると、インジェクタは排気通路を流れる排気によって速やかに加熱される。また、リリーフ弁とインジェクタとの間の尿素水通路の全長を短縮することにより、リリーフ弁とインジェクタとの間の尿素水通路も排気通路を流れる排気によって速やかに加熱される。これらの結果、仮にインジェクタの近傍に残留する尿素水が凍結しても、内燃機関の始動とともに速やかに解凍される。一方、上記の理由によってインジェクタの近傍における尿素水の残留を許容することにより、凍結しやすく解凍が比較的困難なリリーフ弁よりも尿素水タンク側における尿素水の吸い戻しが容易になる。したがって、凍結しやすい部分での尿素水を迅速かつ確実に吸い戻すことができる。
請求項８記載の発明では、請求項７記載の発明のようにインジェクタの近傍における尿素水の残留を許容する場合、外気温によってはインジェクタの近傍の尿素水も凍結し、解凍が困難になるおそれがある。このような場合、尿素水ポンプは、インジェクタの近傍側からも尿素水を吸い戻す。したがって、より確実に尿素水の凍結を低減することができる。

以下、本発明による尿素水添加装置の複数の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、各実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による尿素水添加装置を適用したディーゼルエンジンの排気浄化システムを図１に示す。
排気浄化システム１０は、内燃機関としてのディーゼルエンジン（以下、「エンジン」と省略する。）１１および尿素水添加装置１２を備えている。エンジン１１は、ディーゼルエンジンに限らず、例えばガソリンエンジンやガスタービンエンジンであってもよい。排気浄化システム１０は、尿素水添加装置１２で添加された尿素水を用いてエンジン１１の排気管部１３を流れる排気に含まれるＮＯｘを分解する。排気管部１３は、一方の端部がエンジン１１に接続している。排気管部１３は、エンジン１１と反対側の端部が大気に開放されている。排気管部１３は、筒状であり、内部に排気通路１４を形成している。エンジン１１から排出された排気は、排気管部１３が形成する排気通路１４を流れる。排気浄化システム１０は、排気通路１４においてエンジン１１側から順にＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）１５および酸化触媒１６と、ＳＣＲ触媒１７と、アンモニアスリップ触媒１８とを備えている。ＤＰＦ１５および酸化触媒１６は、一体に構成されている。ＤＰＦ１５は、排気に含まれる微少な炭素粒子を捕集する。酸化触媒１６は、排気に含まれるＨＣやＣＯの水（Ｈ_２Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ_２）への酸化を促進する。ＳＣＲ触媒１７は、尿素水添加装置１２で添加された尿素水を用いて排気に含まれるＮＯｘの還元を促進する。アンモニアスリップ触媒１８は、ＳＣＲ触媒１７を通過した排気に含まれる余剰のアンモニアの酸化を促進する。

尿素水添加装置１２は、尿素水タンク２１、インジェクタ２２、尿素水管部２３および尿素水ポンプ２４を備えている。尿素水タンク２１は、インジェクタ２２によって排気に添加される尿素水すなわち尿素の水溶液を貯えている。インジェクタ２２は、排気管部１３に設けられ、尿素水タンク２１から供給された尿素水を排気通路１４を流れる排気に噴射する。インジェクタ２２は、排気通路１４を形成する排気管部１３を貫いており、尿素水を噴射する噴孔２５が排気通路１４に露出している。インジェクタ２２は、排気の流れ方向においてＳＣＲ触媒１７の上流側に設けられている。すなわち、インジェクタ２２は、ＳＣＲ触媒１７へ流入する排気に尿素水を噴射する。インジェクタ２２は、図示しない電磁弁を有しており、電気的な指令によって噴孔２５を開閉することにより、尿素水の噴射を断続する。

尿素水管部２３は、尿素水タンク２１とインジェクタ２２とを接続している。尿素水管部２３は、尿素水タンク２１とインジェクタ２２との間で尿素水が流れる尿素水通路２６を形成している。尿素水タンク２１に貯えられた尿素水は、尿素水管部２３が形成する尿素水通路２６を経由してインジェクタ２２へ供給される。尿素水管部２３は、例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素含有樹脂で形成されている。これにより、図２に示すように尿素水通路２６を形成する尿素水管部２３の内周壁２７は、撥水性を有している。この場合、尿素水管部２３の内周壁２７は、水との接触角度が８０°以上、好ましくは９０°以上となる撥水性を有していることが望ましい。フッ素含有樹脂の場合、水との接触角度は約１０５°程度である。また、尿素水管部２３は、図３に示すように例えば金属や樹脂の配管部材２８の内側に撥水層２９を形成する構成としてもよい。この場合、金属や樹脂の配管部材２８の内側には、例えばＰＴＦＥやパーフルオロアルキルシラン（ＦＡＳ）などの撥水層２９を形成する。さらに、尿素水管部２３は、図４に示すように例えば金属製の外管部材３１の内側に撥水性の樹脂からなる内管部材３２を挿入した二重環構造としてもよい。この場合、外管部材３１を金属で形成することにより、外管部材３１の耐熱性が向上する。そのため、外管部材３１の外周側にヒータなどの加熱部３３を設けることにより、外管部材３１は加熱可能となる。例えば内管部材３２の内周側に残留する尿素水が凍結した場合、加熱部３３で外管部材３１を加熱することにより、内管部材３２および尿素水通路２６の温度も上昇する。その結果、凍結した尿素水は、容易に解凍される。このとき、加熱部３３は金属製の外管部材３１を加熱するため、内管部材３２の耐熱性が比較的低い場合でも、内管部材３２に加熱による影響を与えることなく尿素水の解凍が促進される。

尿素水ポンプ２４は、図１に示すように尿素水管部２３に設けられ、尿素水タンク２１に貯えられた尿素水を加圧してインジェクタ２２へ供給する。これとともに、尿素水ポンプ２４は、インジェクタ２２による尿素水の噴射後に、尿素水管部２３に残留する尿素水を尿素水タンク２１側へ吸い戻す。本実施形態の場合、尿素水ポンプ２４は、尿素水タンク２１の内部に設けられた、いわゆるインタンク式のポンプである。したがって、尿素水通路２６は、尿素水ポンプ２４の図示しない吸入口からインジェクタ２２まで延びている。以下の説明では、尿素水ポンプ２４で尿素水タンク２１からインジェクタ２２へ尿素水を供給する回転方向を尿素水ポンプ２４の正回転方向とし、尿素水ポンプ２４でインジェクタ２２および尿素水通路２６側から尿素水タンク２１へ尿素水を吸い戻す回転方向を尿素水ポンプ２４の逆回転方向とする。

排気浄化システム１０は、保温装置４０を備えている。保温装置４０は、エンジン１１の排熱を利用して尿素水タンク２１および尿素水管部２３を保温する。保温装置４０は、温水通路部４１を有している。温水通路部４１は、エンジン１１のラジエータ４２を経由して温水が循環する。エンジン１１の冷却水は、一部がラジエータ４２から温水通路部４１へ導かれる。これにより、ラジエータ４２で放熱されるエンジン１１の冷却水の一部は、温水通路部４１を循環する。温水通路部４１は、途中で尿素水タンク２１側のタンク温水通路部４３と尿素水管部２３側の管部温水通路部４４とに分岐している。タンク温水通路部４３は、尿素水タンク２１に設けられている熱交換部４５に接続している。これにより、尿素水タンク２１に貯えられている尿素水は、熱交換部４５に供給された温水によって保温される。熱交換部４５を通過した温水は、リターン通路部４６を経由してラジエータ４２へ戻される。

管部温水通路部４４は、尿素水タンク２１からインジェクタ２２へ至る尿素水管部２３の少なくとも一部に設けられている。管部温水通路部４４は、例えば尿素水通路２６を形成する尿素水管部２３を覆う二重環構造である。これにより、尿素水管部２３は、外側を覆う管部温水通路部４４を流れる温水によって保温される。管部温水通路部４４へ流入した温水は、リターン通路部４６に合流してラジエータ４２へ戻される。

保温装置４０は、ラジエータ４２から冷却水の一部を尿素水添加装置１２の尿素水タンク２１および尿素水管部２３に導くことにより、尿素水タンク２１に貯えられた尿素水および尿素水通路２６を流れる尿素水を保温する。これにより、尿素水タンク２１および尿素水通路２６における尿素水の凍結は低減される。また、エンジン１１の始動によって冷却水の温度が上昇すると、尿素水タンク２１および尿素水通路２６の温度も上昇する。そのため、仮に尿素水タンク２１および尿素水通路２６において尿素水が凍結した場合でも、凍結した尿素水の解凍が促進される。

尿素水添加装置１２は、リリーフ弁５１および開閉弁５２を有している。リリーフ弁５１は、尿素水管部２３の途中に設けられ、尿素水管部２３が形成する尿素水通路２６と大気との間を開閉する。すなわち、リリーフ弁５１が開放されると、尿素水通路２６は大気に接続され、尿素水通路２６は大気圧となる。一方、リリーフ弁５１が閉鎖されると、尿素水通路２６と大気との間は遮断される。

開閉弁５２は、尿素水管部２３のリリーフ弁５１よりもインジェクタ２２側に設けられている。開閉弁５２は、リリーフ弁５１と連動して、リリーフ弁５１とインジェクタ２２との間の尿素水通路２６を開閉する。具体的には、リリーフ弁５１が尿素水通路２６を大気に開放しているとき、開閉弁５２はリリーフ弁５１とインジェクタ２２との間の尿素水通路２６を遮断する。一方、リリーフ弁５１が尿素水通路２６と大気との間を遮断しているとき、開閉弁５２はリリーフ弁５１とインジェクタ２２との間の尿素水通路２６を開放する。

排気浄化システム１０は、例えばＥＣＵ（Electronic Control Unit）などの制御装置５３を備えている。制御装置５３は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭから構成されるマイクロコンピュータを有している。制御装置５３は、例えば図示しないアクセル開度センサやエンジンの回転数センサなどに接続され、これらのアクセル開度センサや回転数センサなどから出力された信号に基づいてエンジン１１の運転状態を検出する。また、排気浄化システム１０は、ＮＯｘセンサ５４およびＮＨ_３センサ５５を有している。ＮＯｘセンサ５４は、排気管部１３においてＳＣＲ触媒１７の排気出口側に設けられ、排気通路１４を流れる排気に含まれるＮＯｘの量を検出する。ＮＯｘセンサ５４は、検出した排気中のＮＯｘの量を電気信号として制御装置５３へ出力する。ＮＨ_３センサ５５は、排気管部１３においてアンモニアスリップ触媒１８の排気出口側に設けられ、排気通路１４を流れる排気に含まれるＮＨ_３の量を検出する。ＮＨ_３センサ５５は、検出した排気中のＮＨ_３の量を電気信号として制御装置５３へ出力する。制御装置５３は、検出したエンジン１１の運転状態、排気中のＮＯｘの量およびＮＨ_３の量などに基づいて排気通路１４を流れる排気に添加する尿素水の量を算出するとともに、尿素水ポンプ２４およびインジェクタ２２を制御して、インジェクタ２２から排気に添加される尿素水の量を制御する。
また、制御装置５３は、リリーフ弁５１および開閉弁５２に接続している。リリーフ弁５１および開閉弁５２は、いずれも制御装置５３によって開閉される電磁弁で構成されている。そのため、制御装置５３は、リリーフ弁５１および開閉弁５２へ電気信号を出力することにより、リリーフ弁５１および開閉弁５２の開閉を制御する。

本実施形態の場合、インジェクタ２２は、制御装置５３から通電することにより噴孔２５を開放して尿素水を噴射し、制御装置５３から通電されていないとき尿素水の噴射を停止する。また、リリーフ弁５１は、制御装置５３から通電することにより尿素水通路２６を大気へ開放し、制御装置５３から通電されないとき尿素水通路２６と大気との間を遮断する。すなわち、インジェクタ２２およびリリーフ弁５１は、制御装置５３からの通電によって開放されるノーマリークローズ弁である。一方、開閉弁５２は、制御装置５３から通電することにより尿素水通路２６を閉鎖し、制御装置５３から通電されないとき尿素水通路２６を開放する。すなわち、開閉弁５２は、制御装置５３からの通電によって閉鎖されるノーマリーオープン弁である。

次に、上記の構成による排気浄化システム１０による尿素水の吸い戻しの作動について図５および図６を用いて説明する。図５は処理の流れを示す概略図であり、図６は処理のタイムチャートを示す概略図である。
制御装置５３は、図示しないイグニションスイッチがオフになったか否かを判断する（Ｓ１０１）。例えばエンジン１１が車両に搭載されている場合、制御装置５３は車両のイグニションスイッチがオフになったか否かを判断する。制御装置５３は、イグニションスイッチがオフになるまで待機する。図６においてイグニションスイッチがオフになったときを、ｔ０とする。制御装置５３は、イグニションスイッチがオンの間、すなわちエンジン１１が運転状態にあるとき、エンジン１１の負荷、排気中のＮＯｘの量およびＮＨ_３の量などに基づいて、所定量の尿素水を排気に添加する。この場合、制御装置５３は、尿素水ポンプ２４に通電して尿素水タンク２１に貯えられている尿素水をインジェクタ２２へ供給するとともに、インジェクタ２２の図示しない電磁弁に通電して尿素水の噴射を断続する。制御装置５３は、エンジン１１が運転している間、すなわちイグニションスイッチがオンの間、インジェクタ２２への尿素水の供給およびインジェクタ２２からの尿素水の噴射を制御する。

Ｓ１０１においてイグニションスイッチがオフになると、制御装置５３は尿素水の吸い戻し作動に移行する（Ｓ１０２）。制御装置５３は、尿素水の吸い戻し作動に移行すると、吸引時間Ｔ１を設定する（Ｓ１０３）。ここで、吸引時間Ｔ１は、尿素水ポンプ２４により尿素水通路２６の尿素水を尿素水タンク２１側へ吸い戻す時間である。
制御装置５３は、Ｓ１０３において吸引時間Ｔ１を設定すると、インジェクタ２２への通電を停止する（Ｓ１０４）。そして、制御装置５３は、リリーフ弁５１に通電するとともに（Ｓ１０５）、開閉弁５２にも通電する（Ｓ１０６）。制御装置５３からインジェクタ２２への通電が停止されているとき、インジェクタ２２は全閉となり、尿素水の噴射を停止している。一方、制御装置５３からリリーフ弁５１へ通電すると、リリーフ弁５１は開弁して尿素水通路２６を大気に開放する。また、制御装置５３から開閉弁５２へ通電すると、開閉弁５２は尿素水通路２６を閉鎖する。

制御装置５３は、インジェクタ２２への通電の停止、リリーフ弁５１および開閉弁５２へ通電するとともに、尿素水ポンプ２４を逆回転方向へ駆動する（Ｓ１０７）。制御装置５３は、Ｓ１０７において尿素水ポンプ２４を駆動してからのカウントが吸引時間Ｔ１に到達したか否かを判断する（Ｓ１０８）。制御装置５３は、吸引時間Ｔ１が経過するまで尿素水ポンプ２４の逆回転方向への駆動を継続する。ところで、制御装置５３は、イグニッションスイッチがオフになると、インジェクタ２２への通電を停止する。そのため、インジェクタ２２からの尿素水の噴射は停止される。インジェクタ２２からの尿素水の噴射を停止することにより、尿素水通路２６には尿素水ポンプ２４から吐出されたもののインジェクタ２２から噴射されていない尿素水が残留する。そのため、制御装置５３は、尿素水ポンプ２４を逆回転方向へ駆動し、尿素水通路２６に残留する尿素水を尿素水タンク２１へ吸い戻すための吸い戻し作動を実施する。このとき、吸引時間Ｔ１が経過するまでリリーフ弁５１は開弁するとともに、インジェクタ２２および開閉弁５２は閉弁している。その結果、リリーフ弁５１から尿素水タンク２１までの尿素水通路２６に残留する尿素水は、尿素水ポンプ２４によって吸い戻され、残量が図６に示すように減少する。

制御装置５３は、Ｓ１０８において吸引時間Ｔ１が経過したと判断すると、すなわち図６の時期ｔ１に到達すると、減圧時間Ｔ２を設定する（Ｓ１０９）。制御装置５３は、Ｓ１０９において減圧時間Ｔ２を設定すると、インジェクタ２２への通電を停止したまま（Ｓ１１０）、リリーフ弁５１への通電を停止するとともに（Ｓ１１１）、開閉弁５２への通電も停止する（Ｓ１１２）。これにより、リリーフ弁５１は閉弁して尿素水通路２６と大気との間を遮断するとともに、開閉弁５２は尿素水通路２６を開放する。このとき、尿素水ポンプ２４は、逆回転方向への駆動を継続する。その結果、尿素水ポンプ２４からインジェクタ２２に至る尿素水通路２６は、尿素水ポンプ２４の逆回転によって減圧される。尿素水通路２６を減圧することにより、尿素水通路２６に残留する尿素水だけでなく微少な通路を形成しているインジェクタ２２に残留する尿素水も、尿素水タンク２１へ吸い戻される。

制御装置５３は、Ｓ１１０からＳ１１２においてインジェクタ２２への通電を停止したままリリーフ弁５１および開閉弁５２への通電を停止してからのカウントが、減圧時間Ｔ２に到達したか否かを判断する（Ｓ１１３）。制御装置５３は、減圧時間Ｔ２に到達するまで、リリーフ弁５１および開閉弁５２への通電を停止した状態を維持する。一方、制御装置５３は、減圧時間Ｔ２に到達したと判断、すなわち図６のｔ２に到達すると、吸引時間Ｔ３を設定する（Ｓ１１４）。

制御装置５３は、Ｓ１１４において吸引時間Ｔ３を設定すると、インジェクタ２２への通電を停止したまま（Ｓ１１５）、リリーフ弁５１への通電を再開するとともに（Ｓ１１６）、開閉弁５２への通電も再開する（Ｓ１１７）。これにより、リリーフ弁５１は再び開弁して尿素水通路２６を大気に開放するとともに、開閉弁５２は再び閉弁して尿素水通路２６を閉鎖する。この間、尿素水ポンプ２４は逆回転方向への駆動を継続しているため、尿素水通路２６に残留する尿素水は尿素水通路２６が大気に開放された状態で尿素水タンク２１へ吸い戻される。

制御装置５３は、リリーフ弁５１および開閉弁５２へ再び通電してからのカウントが、吸引時間Ｔ３に到達したか否かを判断する（Ｓ１１８）。制御装置５３は、吸引時間Ｔ３に到達するまでリリーフ弁５１および開閉弁５２への通電を継続する。一方、制御装置５３は、吸引時間Ｔ３に到達したと判断、すなわち図６のｔ３に到達すると、吸い戻し作動サイクルが予め設定された設定回数Ｎまで繰り返されたか否かを判断する（Ｓ１１９）。上述のように、制御装置５３は、減圧時間Ｔ２のリリーフ弁５１および開閉弁５２への通電の停止と、吸引時間Ｔ３のリリーフ弁５１および開閉弁５２への通電とからなる吸い戻し作動サイクルを実施する。このリリーフ弁５１および開閉弁５２への通電の停止と、リリーフ弁５１および開閉弁５２への通電とからなる吸い戻しサイクルは、予め設定されたＮ回繰り返される。そのため、制御装置５３は、この吸い戻しサイクルが設定回数Ｎに達したか否かを判断する。

制御装置５３は、Ｓ１１９において吸い戻しサイクルが設定回数Ｎまで繰り返されたと判断、すなわち図６のｔｎに到達すると、尿素水ポンプ２４への通電を停止する（Ｓ１２０）。すなわち、尿素水ポンプ２４は、正回転または逆回転のいずれも行わない停止状態へ移行する。これとともに、制御装置５３は、インジェクタ２２の通電を停止した状態のまま、リリーフ弁５１および開閉弁５２への通電も停止する。これにより、リリーフ弁５１は尿素水通路２６と大気との間を遮断するとともに、開閉弁５２はリリーフ弁５１とインジェクタ２２との間の尿素水通路２６を閉鎖する。そして、制御装置５３は、尿素水の吸い戻し作動を終了し（Ｓ１２１）、全体の電源をオフにする（Ｓ１２２）。

上記にように吸い戻しサイクルを繰り返すことにより、図６に示すように尿素水通路２６に残留する尿素水は徐々に減少する。特にリリーフ弁５１を閉じたまま尿素水ポンプ２４で尿素水通路２６を減圧することにより、インジェクタ２２に残留する尿素水の吸い戻しがより促進される。すなわち、リリーフ弁５１が尿素水通路２６と大気との間を遮断しているとき、開閉弁５２はリリーフ弁５１とインジェクタ２２との間の尿素水通路２６を開放している。そのため、尿素水ポンプ２４が尿素水通路２６を減圧することにより、インジェクタ２２の微細な隙間に残留する尿素水も尿素水ポンプ２４によって尿素水タンク２１へ吸い戻される。

上記の吸引時間Ｔ１、Ｔ３および減圧時間Ｔ２は、尿素水通路２６の全長や容積、あるいは尿素水通路２６に残留する尿素水の量などによって予め任意に設定される。
以上説明したように第１実施形態では、尿素水通路２６を形成する尿素水管部２３は撥水性を有している。そのため、エンジン１１の停止後に尿素水ポンプ２４によって尿素水通路２６に存在する尿素水を尿素水タンク２１側へ吸い戻すとき、尿素水通路２６を形成する尿素水管部２３には尿素水が付着しにくく、尿素水の残留が低減される。すなわち、尿素水管部２３に撥水性を付与することにより、尿素水ポンプ２４による尿素水通路２６に存在する尿素水の吸い戻しが容易になる。したがって、尿素水通路２６への尿素水の残留を低減することができる。そして、尿素水の残留が低減されることにより、残留する尿素水を原因とする凍結や固体成分の析出が抑えられ、インジェクタ２２の目詰まりや閉弁不良などを低減することができる。

また、第１実施形態では、尿素水管部２３に設けられているリリーフ弁５１は、尿素水通路２６と大気との間を開閉する。インジェクタ２２が閉弁し、尿素水ポンプ２４で尿素水通路２６に存在する尿素水を吸い戻すとき、尿素水ポンプ２４による吸引によって尿素水通路２６は減圧される。そのため、継続的に尿素水ポンプ２４で尿素水通路２６の尿素水を吸い戻すと、時間の経過とともに吸い戻しの効率が低下する。そこで、断続的にリリーフ弁５１を開閉することにより、尿素水通路２６に大気が導入され、尿素水通路２６の圧力は回復する。その結果、尿素水通路２６に存在する尿素水の吸い戻しが容易になる。したがって、より迅速かつ確実に尿素水を吸い戻すことができる。

また、第１実施形態では、リリーフ弁５１とインジェクタ２２との間に開閉弁５２を備えている。開閉弁５２は、リリーフ弁５１と連動して尿素水通路２６を開閉する。そのため、リリーフ弁５１の開放によって導入された空気のインジェクタ２２側への進入が低減される。これにより、例えばインジェクタ２２に残留する尿素水が噴孔２５から排気通路１４へ吹き出したり、微細な隙間が多く形成されるインジェクタ２２において尿素水の吸い戻しを阻害する要因となる気泡の発生などが低減される。また、第１実施形態の場合、リリーフ弁５１の開放時に開閉弁５２を閉鎖することにより、尿素水ポンプ２４による吸い戻しの対象となる容積は低減される。したがって、リリーフ弁５１よりも尿素水ポンプ２４側の尿素水をより迅速かつ確実に吸い戻すことができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による排気浄化システムの作動のタイムチャートを図７に示す。
第２実施形態では、制御装置５３は、尿素水の吸い戻しの途中で吸い戻し動作を終了する。インジェクタ２２は、図示しないハウジングの内部をニードルが往復移動する構成である。そのため、インジェクタ２２の内部では、ハウジングとニードルとの間には微少な隙間が形成され、尿素水が残留しやすい。そこで、第２実施形態では、積極的に吸い戻し動作を途中で終了し、リリーフ弁５１とインジェクタ２２との間の尿素水通路２６およびインジェクタ２２への尿素水の残留を許容している。

インジェクタ２２は、排気通路１４を形成する排気管部１３に設けられている。そのため、エンジン１１が始動すると、インジェクタ２２は排気通路１４を流れる排気によって速やかに加熱される。また、リリーフ弁５１とインジェクタ２２との間の尿素水通路２６の全長を短縮することにより、リリーフ弁５１とインジェクタ２２との間の尿素水通路２６も排気通路１４を流れる排気によって速やかに加熱される。これらの結果、仮にインジェクタ２２の近傍で残留した尿素水が凍結しても、エンジン１１の始動とともに速やかな解凍を図ることができる。また、リリーフ弁５１よりも尿素水タンク２１側の尿素水通路２６は、リリーフ弁５１よりもインジェクタ２２側の尿素水通路２６と比較して形状が簡単であり、尿素水が残留しにくい。そのため、インジェクタ２２の近傍における尿素水の残留を許容することにより、リリーフ弁５１よりも尿素水タンク２１側の尿素水通路２６における尿素水の吸い戻しは容易になる。

一方、インジェクタ２２の近傍における尿素水の残留を許容する場合、外気温によってはインジェクタ２２の近傍の尿素水も凍結し、解凍が困難になるおそれがある。そこで、外気温が低下し、インジェクタ２２の近傍に残留する尿素水にも凍結が予想される場合、制御装置５３は吸い戻し動作を再開し、インジェクタ２２の近傍に残留する尿素水を尿素水タンク２１へ吸い戻す。制御装置５３は、図示しない外気温センサなどによって外気温を検出する。例えばエンジン１１を車両に搭載する場合、外気温センサは車両に設けられている空調機器の温度センサなどで代用してもよい。また、外気温センサは、エンジン１１の冷却水の温度を検出する冷却水温センサを利用してもよい。

第２実施形態では、尿素水が凍結しにくい、あるいは尿素水が凍結しても解凍しやすいインジェクタ２２の近傍に残留する尿素水は残留を許容している。これにより、より尿素水の凍結を招きやすいリリーフ弁５１よりも尿素水タンク２１側の尿素水通路２６に残留する尿素水が優先的に吸い戻される。したがって、凍結しやすい部分での尿素水を迅速かつ確実に吸い戻すことができ、より確実に尿素水の凍結を低減することができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態による排気浄化システムを図８に示す。
第３実施形態では、図８に示すように尿素水タンク２１とインジェクタ２２との間は単純に尿素水管部２３によって接続されている。尿素水管部２３は、第１実施形態と同様に撥水性のある材料で形成、または撥水層もしくは撥水性の内管部材を有している。また、尿素水管部２３は、リリーフ弁や開閉弁などが設けられていない。このように、尿素水タンク２１とインジェクタ２２とを接続し尿素水通路２６を形成する尿素水管部２３に撥水性を付与するだけで、エンジン１１の停止後に尿素水ポンプ２４を逆方向へ回転させると、尿素水通路２６への尿素水の残留は低減される。したがって、尿素水通路２６に残留する尿素水の凍結を低減することができる。

（その他の実施形態）
以上説明した第１実施形態および第２実施形態では、図６および図７に示すように尿素水の吸い戻し作動を実施するとき、インジェクタ２２は通電が停止、すなわち噴孔２５が閉じられている例について説明した。しかし、制御装置５３は、リリーフ弁５１および開閉弁５２に連動してインジェクタ２２を開閉する構成としてもよい。具体的には、リリーフ弁５１が尿素水通路２６を大気に開放し、開閉弁５２が尿素水通路２６を遮断しているとき、インジェクタ２２は通電が停止すなわち噴孔２５が閉じられる。そして、リリーフ弁５１が尿素水通路２６と大気との間を閉鎖し、開閉弁５２が尿素水通路２６を開放しているとき、インジェクタ２２は通電すなわち噴孔２５が開放される。このように、リリーフ弁５１が閉じ、開閉弁５２が開いているとき、尿素水ポンプ２４によって尿素水通路２６は減圧される。噴孔２５の開口面積は微少であるため、インジェクタ２２の噴孔２５を開放すると、インジェクタ２２に残留する尿素水は噴孔２５から噴射されることなく、尿素水通路２６側へ流れる。そして、インジェクタ２２の噴孔２５からは、排気通路１４の空気が導入される。これにより、インジェクタ２２に残留する尿素水は、噴孔２５から導入された空気とともに尿素水通路２６側へ吸い戻される。その結果、インジェクタ２２に残留する尿素水をより低減することができる。

一方、排気通路１４の排気には微少な粒子などの異物が含まれているおそれがある。そのため、インジェクタ２２の噴孔２５を開放し排気を導入することにより、インジェクタ２２の内部に異物が侵入し、インジェクタ２２の閉弁不良や噴孔２５の目詰まりを招くおそれがある。そこで、インジェクタ２２は、リリーフ弁５１および開閉弁５２に連動して常に開閉するのではなく、所定の間隔あるいは所定の時期にのみ噴孔２５を開閉する構成としてもよい。

また、第１実施形態では、尿素水管部２３にリリーフ弁５１および開閉弁５２の双方を設ける例について説明した。しかし、尿素水管部２３にリリーフ弁５１のみを設けてもよい。この場合、インジェクタ２２は、開閉弁５２の代わりにリリーフ弁５１に連動して噴孔２５を開閉する構成としてもよい。すなわち、開閉弁５２の機能をインジェクタ２２に付与してもよい。さらに、第３実施形態において、尿素水ポンプ２４が作動しているとき、インジェクタ２２を断続的に開閉させてもよい。尿素水ポンプ２４が作動することにより、尿素水通路２６は減圧される。そこで、インジェクタ２２を断続的に開閉することにより、噴孔２５から排気通路１４の排気が導入され、尿素水通路２６の圧力が回復する。但し、この場合も、上述のように噴孔２５から排気中の異物が侵入するおそれがあるので、インジェクタ２２は間欠的に開閉することが望ましい。

以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

本発明の第１実施形態による排気浄化システムを示す模式図本発明の第１実施形態による尿素水添加装置において尿素水管部を示す断面図本発明の第１実施形態による尿素水添加装置において尿素水管部の他の実施例を示す断面図本発明の第１実施形態による尿素水添加装置において尿素水管部の他の実施例を示す断面図本発明の第１実施形態による排気浄化システムの作動の流れを示す概略図本発明の第１実施形態による排気浄化システムの作動のタイミングを示す概略図本発明の第２実施形態による排気浄化システムの作動のタイミングを示す概略図本発明の第３実施形態による排気浄化システムを示す模式図

符号の説明

図面中、１０は排気浄化システム、１１はエンジン（内燃機関）、１２は尿素水添加装置、１３は排気管部、１４は排気通路、２１は尿素水タンク、２２はインジェクタ、２３は尿素水管部、２４は尿素水ポンプ、２６は尿素水通路、２７は内周壁、２９は撥水層、３１は外管部材、３２は内管部材、５１はリリーフ弁、５２は開閉弁を示す。

Claims

内燃機関の排気通路を流れる排気に尿素水を添加する尿素水添加装置であって、
尿素水を貯える尿素水タンクと、
前記排気通路を形成する排気管部に設けられ、前記排気通路を流れる排気に尿素水を噴射するインジェクタと、
前記尿素水タンクと前記インジェクタとを接続し、前記尿素水タンクと前記インジェクタとの間で尿素水が流れる尿素水通路を形成し、少なくとも内周壁が撥水性を有する尿素水管部と、
前記尿素水管部に設けられ、前記尿素水通路を経由して前記尿素水タンクから前記インジェクタ側へ尿素水を供給、または前記尿素水タンクよりも前記インジェクタ側の前記尿素水通路に存在する尿素水を前記尿素水タンク側へ吸い戻す尿素水ポンプと、
を備えることを特徴とする尿素水添加装置。
前記尿素水管部は、撥水性の材料で形成されていることを特徴とする請求項１記載の尿素水添加装置。
前記尿素水管部は、前記尿素水通路を形成する内周壁に撥水性の撥水層を有することを特徴とする請求項１記載の尿素水添加装置。
前記尿素水管部は、撥水性の樹脂からなり前記尿素水通路を形成する内管部材と、金属からなり前記内管部材の外周側を覆う外管部材とを有することを特徴とする請求項１記載の尿素水添加装置。
前記尿素水ポンプと前記インジェクタとの間の前記尿素水管部に設けられ、前記尿素水通路と大気との間を開閉するリリーフ弁をさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の尿素水添加装置。
前記リリーフ弁と前記インジェクタとの間の前記尿素水管部に設けられ、前記リリーフ弁の開または閉に連動して前記リリーフ弁と前記インジェクタとの間の前記尿素水通路を閉または開する開閉弁をさらに備えることを特徴とする請求項５記載の尿素水添加装置。
前記尿素水ポンプは、前記尿素水タンクよりも前記インジェクタ側の前記尿素水通路に存在する尿素水を前記尿素水タンク側へ吸い戻すとき、前記リリーフ弁よりも前記尿素水ポンプ側に存在する尿素水を前記尿素水タンクへ吸い戻すとともに、前記リリーフ弁よりも前記インジェクタ側に存在する尿素水を前記リリーフ弁と前記インジェクタとの間の尿素水通路に残留させることを特徴とする請求項５または６記載の尿素水添加装置。
前記尿素水ポンプは、前記リリーフ弁と前記インジェクタとの間の尿素水通路に残留する尿素水に凍結のおそれがあるとき、その尿素水を前記尿素水ポンプへ吸い戻すことを特徴とする請求項７記載の尿素水添加装置。