JP2011080437A

JP2011080437A - 排気浄化装置

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Publication number: JP2011080437A
Application number: JP2009234572A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Inoue; 剛井上; Keiichi Tsujimoto; 圭一辻本
Original assignee: Yanmar Co Ltd; Japan Ship Machinery and Equipment Association JSMEA
Current assignee: Yanmar Co Ltd; Japan Ship Machinery and Equipment Association JSMEA
Priority date: 2009-10-08
Filing date: 2009-10-08
Publication date: 2011-04-21
Anticipated expiration: 2029-10-08
Also published as: JP5010662B2

Abstract

【課題】水分が排気熱で蒸発することで尿素が析出し、尿素水供給ノズルが閉塞されてしまうことを防止する。
【解決手段】尿素水が供給される液体流路１１ｃ・１２ｃおよび加圧空気が供給される気体流路１１ｄ・１２ｄ・１３ｄを有し、液体流路に供給された尿素水を、気体流路に供給された加圧空気と噴射口１３ｅ近傍で混合して、噴射口から内燃機関であるエンジンに接続される排気管の内部に噴射可能な尿素水供給ノズルにおいて、尿素水を液体流路１１ｃ・１２ｃに第一供給流路を介して供給可能な尿素水供給部と、加圧空気を気体流路１１ｄ・１２ｄ・１３ｄに第二供給流路を介して供給可能な加圧空気供給部と、第一供給流路に設けられ、第一供給流路を遮断するとともに液体流路を大気開放させる第一ポジション、または第一供給流路を連通させる第二ポジションに保持可能な切替弁と、を具備する。
【選択図】図３

Description

本発明は、排気浄化装置に関する。

従来、内燃機関から排出される排気に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を低減させるために、排気管の内部に選択還元型のＮＯｘ触媒（ＳＣＲ触媒）を配設し、アンモニアを還元剤として、ＮＯｘを窒素と水とに還元する排気浄化装置が知られている。この排気浄化装置は、排気管の内部に配置される尿素水供給ノズルから尿素水を排気中に供給し、排気の熱によって尿素水からアンモニアを生成することでＮＯｘを窒素と水に還元するものである。しかし、尿素水の供給を停止した場合、尿素水供給ノズルの内部に残留している尿素水の水分が排気の熱によって蒸発することで尿素が析出し、尿素水供給ノズルが閉塞されてしまう問題があった。

このような排気浄化装置において、例えば特許文献１のように、尿素水の投入が停止されると、尿素水供給路である還元剤供給ラインに加圧空気が供給され、還元剤供給ラインの内部、および尿素水供給ノズルである還元剤投入ノズルの内部に残留している尿素水を排気管の内部に排出することで尿素の析出による還元剤投入ノズルの閉塞を防止するものがある。

しかし、排気に含まれるＮＯｘの減少に伴って尿素水の供給を停止した場合、還元剤供給ラインの内部、および還元剤投入ノズルの内部に残留していた尿素水が排気管の内部に排出されると、排気に含まれるＮＯｘの還元に必要な分量以上のアンモニアが生成され、還元反応に使用されなかったアンモニアが大気に放出される（アンモニアスリップ）問題があった。アンモニアは、酸化触媒によって酸化させることができるが、燃料に重油を使用する舶用エンジンなどでは、重油に含まれる硫黄分によって酸化触媒が被毒されるため使用できない。また、内燃機関の停止によって排気の温度が低下している場合、還元剤供給ラインの内部、および還元剤投入ノズルの内部に残留していた尿素水が排気管の内部に排出されると、アンモニアに分解されずに水分が蒸発して尿素が析出する。この析出した尿素によってＮＯｘ触媒が目詰まりしたり、ＮＯｘ触媒の表面に尿素が付着して触媒性能を低下させたりする問題があった。加えて、昇り勾配で配設される還元剤供給ラインの上流側から加圧空気を還元剤供給ラインに供給しても、加圧空気は還元剤供給ラインの内部に残留している尿素水中を気泡となって通過してしまい、全ての尿素水を排出することができず、還元剤投入ノズルの閉塞を効果的に防止できない点で不利であった。

特開２００４−３６０５７８号公報

本発明は係る課題を鑑みてなされたものであり、尿素水供給ノズルの内部に残留している尿素水を、排気管の内部に排出することなく、排気管の外部に排出することができる排気浄化装置の提供を目的とする。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１の発明は、尿素水が供給される液体流路および加圧空気が供給される気体流路を有し、前記液体流路に供給された尿素水を、前記気体流路に供給された加圧空気と噴射口近傍で混合して、前記噴射口から内燃機関に接続される排気管の内部に噴射可能な尿素水供給ノズルと、尿素水を前記液体流路に第一供給流路を介して供給可能な尿素水供給部と、加圧空気を前記気体流路に第二供給流路を介して供給可能な加圧空気供給部と、前記第一供給流路に設けられ、前記第一供給流路を遮断するとともに前記液体流路を大気開放させる第一ポジション、または前記第一供給流路を連通させる第二ポジションに保持可能な切替弁と、を具備するものである。

即ち、請求項２の発明は、前記第二供給流路に設けられ、前記第二供給流路を連通または遮断させる加圧空気弁を具備し、前記切替弁および前記加圧空気弁を自動弁から構成し、前記切替弁および前記加圧空気弁を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記切替弁を前記第二ポジションから前記第一ポジションに切り替えてから所定時間経過後に前記加圧空気弁によって前記第二供給流路を遮断させるものである。

即ち、請求項３の発明は、前記切替弁を自動弁から構成し、前記切替弁を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記内燃機関の回転数検出部と接続され、尿素水が前記尿素水供給ノズルから前記排気管の内部に供給されている際に前記内燃機関が停止すると、前記切替弁を前記第二ポジションから前記第一ポジションに切り替えるものである。

即ち、請求項４の発明は、前記切替弁を自動弁から構成し、前記切替弁を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記内燃機関の排気温度検出部と接続され、尿素水が前記尿素水供給ノズルから前記排気管の内部に供給されている際に前記内燃機関の排気温度が基準温度未満になると、前記切替弁を前記第二ポジションから前記第一ポジションに切り替えるものである。

即ち、請求項５の発明は、前記切替弁を自動弁から構成し、前記切替弁とを制御する制御部を備え、前記制御部は、前記内燃機関の出力算出部、または出力検出部と接続され、尿素水が前記尿素水供給ノズルから前記排気管の内部に供給されている際に前記内燃機関の出力が基準出力未満になると、前記切替弁のポジションを前記第二ポジションから前記第一ポジションに切り替えるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、切替弁のポジションを第一ポジションに切り替えると、尿素水供給ノズルの液体流路への尿素水の供給が停止されるとともに、尿素水供給ノズルの液体流路が大気解放される。その結果、尿素水供給ノズルの気体流路に供給される加圧空気が尿素水供給ノズルの液体流路の最も下流側である尿素水供給ノズルの噴射口近傍から尿素水供給ノズルの液体流路の内部に流入し、尿素水供給ノズルの液体流路の内部の尿素水が、切替弁を経て排気管の外部へと排出される。すなわち、尿素水供給ノズルの内部に残留している尿素水を排気管の内部に排出することなく、尿素水供給ノズルの内部から排出することができる。これにより、不要なアンモニアが生成されて、排気管から大気中に放出されることがない。また、排気管の内部で尿素が析出してＮＯｘ触媒を詰まらせたり、ＮＯｘ触媒の表面に尿素が付着して触媒性能を低下させたりすることがない。加えて、尿素水供給ノズルの液体流路の最も下流側から加圧空気が流入することになるため、尿素水供給ノズルの設置状態によって液体流路が排気管に対して昇り勾配に配置される場合でも、加圧空気のみが排出されることなく尿素水を排出することができる。

請求項２においては、請求項１に記載の発明の効果に加えて、尿素水の供給が停止されても、所定時間の間は、加圧空気が尿素水供給ノズルに供給される。その結果、加圧空気が、尿素水供給ノズルの液体流路に流入するので、尿素水供給ノズルの内部に残留している尿素水を排気管の内部に排出することなく、尿素水供給ノズルの内部から排出することができる。

請求項３においては、請求項１に記載の発明の効果に加えて、内燃機関が停止した場合に、切替弁を第一ポジションにすることができる。その結果、内燃機関が停止しても、尿素水供給ノズルの内部に残留している尿素水を排気管の内部に排出することなく、尿素水供給ノズルの内部から排出することができる。

請求項４においては、請求項１に記載の発明の効果に加えて、内燃機関の排気温度が基準温度未満である場合に、切替弁を第一ポジションにすることができる。その結果、内燃機関の排気温度が基準温度未満に低下しても、尿素水供給ノズルの内部に残留している尿素水を排気管の内部に排出することなく、尿素水供給ノズルの内部から排出することができる。

請求項５においては、請求項１に記載の発明の効果に加えて、内燃機関の出力が基準出力未満である場合に、切替弁を第一ポジションにすることができる。その結果、内燃機関の出力が基準出力未満に低下しても、尿素水供給ノズルの内部に残留している尿素水を排気管の内部に排出することなく、尿素水供給ノズルの内部から排出することができる。

本発明の一実施形態に係る排気浄化装置の構成を示す図。本発明の一実施形態に係る排気浄化装置の尿素水供給ノズルを示す一部断面図。（ａ）本発明の一実施形態に係る排気浄化装置の尿素水供給ノズルから尿素水を排気管の内部に供給している状態を示す図。（ｂ）本発明の一実施形態に係る排気浄化装置の尿素水供給ノズルから尿素水を排気管の外部に排出している状態を示す図。本発明の一実施形態に係る排気浄化装置の制御手順を示すフローチャート図。

以下に、図１および図２を用いて本発明の一実施形態に係る排気浄化装置１と、この排気浄化装置１を適用した内燃機関であるエンジン２とについて説明する。なお、本実施形態における「上流側」とは流体の流れ方向における上流側を示し、「下流側」とは流体の流れ方向における下流側を示す。

図１に示すように、エンジン２は、単気筒エンジンまたは多気筒エンジンであり、本実施形態においては、四つの気筒５・５・５・５を有する直列四気筒エンジンである。エンジン２は、吸気管３を介して供給される外気と燃料噴射弁４・４・４・４から供給される燃料とを気筒５・５・５・５の内部において混合燃焼させ、これにより発生する排気を排気管６を介して外部へ排出する。エンジン２は、エンジン回転数検出部７、排気温度検出部８を具備し、エンジン２の出力を算出する出力算出部９ａを有するＥＣＵ９により制御される。

エンジン回転数検出部７は、エンジン回転数Ｒを検出するものである。エンジン回転数検出部７は、ロータリーエンコーダ等から構成され、エンジン２の出力軸に設けられる。なお、エンジン回転数検出部７は、本実施形態において、ロータリーエンコーダとしているが、これに特に限定するものではなく、エンジン回転数Ｒを検出することができるものであればよい。

排気温度検出部８は、エンジン２の排気温度Ｔを検出するものである。排気温度検出部８は、温度センサ等から構成され、排気管６の途中部であってＮＯｘ触媒９０よりも上流側に配置される。なお、温度センサを配置する位置や温度センサの数は、本実施形態において、特に限定するものではなく、排気温度Ｔを適宜検出することができる構成であればよい。

ＥＣＵ９は、エンジン２を制御するものである。ＥＣＵ９には、エンジン２の制御を行うための種々のプログラムやデータが格納される。また、ＥＣＵ９には、エンジン２の出力を算出する出力算出部９ａが具備される。ＥＣＵ９は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成であってもよく、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であってもよい。

図１に示すように、ＥＣＵ９は、燃料噴射装置４ａと接続され、燃料噴射装置４ａの操作量を取得し、燃料噴射弁４・４・４・４が噴射する燃料噴射量を算出することが可能である。

ＥＣＵ９は、エンジン回転数検出部７に接続され、エンジン回転数検出部７が検出するエンジン回転数Ｒを取得することが可能である。

ＥＣＵ９は、排気温度検出部８に接続され、排気温度検出部８が検出する排気温度Ｔを取得することが可能である。

ＥＣＵ９は、出力算出部９ａによって燃料噴射量とエンジン回転数Ｒからエンジン出力Ｗを算出することが可能である。出力算出部９ａは、燃料噴射量とエンジン回転数Ｒからエンジン出力マップ等を用いてエンジン出力Ｗを算出する。なお、エンジン出力Ｗは、本実施形態において、エンジン出力マップ等から算出するものとしたが、特に限定するものではなく、エンジン２に接続される図示しない発電機等の出力を検出する出力検出部９ｂからエンジン出力Ｗを取得してもよい。

排気浄化装置１は、エンジン２から排出される排気を浄化するものである。排気浄化装置１は、エンジン２に設けられ、尿素水供給ノズル１０、加圧空気供給部２０、尿素水供給部３０、切替弁４０、ＮＯｘ検出部５０、制御部６０、第一供給流路７０、第二供給流路８０、ＮＯｘ触媒９０等を具備する。

尿素水供給ノズル１０は、尿素水を排気管６の内部に供給するものである。尿素水供給ノズル１０は、管状部材から構成され、その一側（下流側）を排気管６の外部から内部へ挿通して設けられる。この尿素水供給ノズル１０は、二重管１１、液キャップ１２、エアキャップ１３等を具備する。

図２に示すように、二重管１１は、尿素水供給ノズル１０の主たる構成部材であり、尿素水の流路と加圧空気の流路とを構成するものである。二重管１１は、一側（下流側）の端部を本体部に対して屈曲して略Ｌ字状に形成され、一側が排気管６の内部に位置し、他側（上流側）が排気管６の外部に位置するように配置される。この際、二重管１１の本体部は、その軸方向が排気管６の排気の流れ方向と略直交するように配置され、二重管１１の下流側端部は、排気管６の内部に配置されるＮＯｘ触媒９０の上流側に当該ＮＯｘ触媒９０と対向するように配置される。なお、二重管１１の下流側端部は、本実施形態において、ＮＯｘ触媒９０と対向するように配置されるが、これに特に限定するものではなく、排気管６の内部に配置されていればよい。

二重管１１は、外管１１ｂと、外管１１ｂの内部に配置される内管１１ａとから構成される。内管１１ａには、尿素水の流路である液体流路１１ｃが構成される。外管１１ｂと内管１１ａとの隙間には、加圧空気の流路である気体流路１１ｄが構成される。外管１１ｂの外側の途中部には、排気管６と水密的に接続可能な図示しない接続部が構成される。内管１１ａの下流側端部には、雌ネジ部１１ｅが形成される。二重管１１の上流側端部には、液体流路１１ｃと連通される液体供給ポート１１ｆと、気体流路１１ｄと連通される気体供給ポート１１ｇとが構成される。二重管１１は、尿素水に混入した空気が液体流路１１ｃの内部に滞留しないように、排気管６に対して昇り勾配で配設される。

液キャップ１２は、尿素水を噴射させるものである。液キャップ１２は、略円筒状の部材から形成され、二重管１１の下流側に配置される。液キャップ１２の一側（下流側）端部は軸心部を中心として略円錐状に形成される。この端部の中心部には、略円柱状の凸部１２ａが軸方向に突出して形成される。液キャップ１２の他側（上流側）端部には、雄ネジ部１２ｂが軸方向に突出するように形成される。さらに、液キャップ１２の軸心部には、尿素水の流路である液体流路１２ｃが雄ネジ部１２ｂから凸部１２ａまで液キャップ１２全体を軸方向に貫通するように形成される。この液体流路１２ｃは、途中部で下流側に向けて縮径され、液体流路１２ｃの下流側端部の内径が液体流路１２ｃの上流側端部の内径より小さくなるように形成される。また、液体流路１２ｃの径方向外側には、上流側端から下流側端に向けて加圧空気の流路である気体流路１２ｄが液キャップ１２全体を軸方向に貫通するように複数形成される。

液キャップ１２の雄ネジ部１２ｂが二重管１１の雌ネジ部１１ｅに螺合される。これにより、二重管１１と液キャップ１２とが接続されて、液体流路１２ｃと二重管１１の液体流路１１ｃとが連通されるとともに、気体流路１２ｄと二重管１１の気体流路１１ｄとが連通される。液キャップ１２部の外周部分の途中部には、雄ネジ部１２ｅが形成される。こうして、液体流路１２ｃに、二重管１１の液体流路１１ｃから尿素水が供給可能に構成され、気体流路１２ｄに、二重管の気体流路１１ｄから加圧空気が供給可能に構成される。液キャップ１２は、尿素水に混入した空気が液体流路１２ｃの内部に滞留しないように昇り勾配で配設される。

エアキャップ１３は、尿素水を霧化して噴射させるものである。エアキャップ１３は略円柱状の部材から形成され、液キャップ１２の下流側に配置される。エアキャップ１３の軸心部には、途中部で一側（下流側）に向かって縮径する略円錐状の縮径部を有する孔が、他側（上流側）端から下流側端に向けて、貫通するように形成される。孔の上流側端部は、液キャップ１２の下流側端部が挿入可能な内径に形成される。縮径部の縮径側端の軸心部には、液キャップ１２の凸部１２ａの外径より大きい内径を有する凹部１３ａが形成される。孔の上流側と比較して小径に形成される孔の下流側は、尿素水の混合流路１３ｃとして構成される。エアキャップ１３の上流側端部の外周部分には、つば部１３ｂが形成される。

エアキャップ１３のつば部１３ｂに掛止されるナット１３ｆが液キャップ１２の雄ネジ部１２ｅと螺合する。これにより、エアキャップ１３と液キャップ１２とが接続されて、孔の上流側端部に液キャップ１２の下流側端部が挿入されるとともに、凹部１３ａに液キャップ１２の凸部１２ａが挿入される。この際、エアキャップ１３には、縮径部と液キャップ１２の下流側端部との間に形成される隙間と、凹部１３ａと液キャップ１２の凸部１２ａとの間に形成される隙間とによって、加圧空気の流路である気体流路１３ｄが混合流路１３ｃに連通するように構成される。こうして、混合流路１３ｃに、液キャップ１２の凸部１２ａに形成される液体流路１２ｃから尿素水が供給可能に構成され、気体流路１３ｄから加圧空気が供給可能に構成される。つまり、エアキャップ１３は、液キャップ１２に螺合されることで、混合流路１３ｃの下流側端を噴射口１３ｅとして、尿素水が噴射可能に構成される。

以上より、尿素水供給ノズル１０は、一側（下流側）端部に尿素水を噴射する液キャップ１２、およびエアキャップ１３を具備し、ＮＯｘ触媒９０に向けて尿素水を噴射するように構成される。なお、尿素供給ノズルの構成は、本実施形態において、液キャップ１２とエアキャップ１３とから流体流路１２ｃ、気体流路１３ｄ、および混合流路１３ｃを構成しているが、特に限定するものではなく、流体流路１２ｃ、気体流路１３ｄ、および混合流路１３ｃがそれぞれ構成されていればよい。

図１に示すように、加圧空気供給部２０は、加圧空気を供給するものである。加圧空気供給部２０は、加圧空気供給ポンプ（コンプレッサ）２１、エアタンク２２等を具備する。

加圧空気供給ポンプ２１は、空気を加圧（圧縮）して供給するものである。加圧空気供給ポンプ２１は電動モータ２１ｂによって駆動され、エアタンク２２の圧力が所定の圧力を下回った場合に吐出ポート２１ａから空気を圧送する。なお、加圧空気供給ポンプ２１は、本実施形態において、特に限定するものではなく、エアタンク２２の圧力を維持できるものであればよい。また、加圧空気供給ポンプ２１は、エアタンク２２の圧力が所定の圧力に達すると停止し、その圧力よりも低い所定の圧力に達すると駆動するように構成している。

エアタンク２２は、空気を所定の圧力で所定量保持するものである。エアタンク２２は、内部に高圧の空気を保持できるよう強固に構成される。エアタンク２２は、所定の圧力の加圧空気を吐出ポート２２ａから供給する。
エアタンク２２は、第二供給流路８０を構成する流路８１を介して加圧空気供給ポンプ２１の吐出ポート２１ａに接続され、加圧空気供給ポンプ２１から空気を供給される。

自動弁である加圧空気弁２３は、加圧空気の流路を連通または遮断するものである。加圧空気弁２３は、ポート２３ａ・２３ｂを具備する２ポート２ポジションの電磁弁である。加圧空気弁２３は、ポート２３ａとポート２３ｂとを閉塞する第一ポジションＡ、またはポート２３ａとポート２３ｂとを連通する第二ポジションＢに保持可能とされる。通常、加圧空気弁２３は、スプリング２３ｃの付勢力により第一ポジションＡに保持される。加圧空気弁２３が具備するソレノイド２３ｄが通電された場合にのみ、加圧空気弁２３の内部に設けられたスプールが摺動し、加圧空気弁２３は第一ポジションＡから第二ポジションＢに切り替えられる。なお、加圧空気弁２３は、スプリング２３ｃとソレノイド２３ｄとによって第一ポジションＡ、または第二ポジションＢに保持可能に構成されているが、特に限定するものではなく、駆動モータ等によって第一ポジションＡ、または第二ポジションＢに保持する構成でもよい。
ポート２３ａは、第二供給流路８０を構成する流路８２を介してエアタンク２２の吐出ポート２２ａに接続される。ポート２３ｂは、第二供給流路８０を構成する流路８３を介して二重管１１の気体供給ポート１１ｇに接続される。すなわちエアタンク２２内の加圧空気は、加圧空気弁２３を経て二重管１１の気体流路１１ｄに供給される。

図１に示すように、尿素水供給部３０は、尿素水を供給するものである。尿素水供給部３０は、尿素水供給ポンプ３１、尿素水タンク３２等を具備する。

尿素水供給ポンプ３１は、尿素水を供給するものである。尿素水供給ポンプ３１は電動モータ３１ｂによって駆動される。尿素水供給ポンプ３１は、第一供給流路７０の一部を構成する流路７１を介して尿素水タンク３２と接続され、尿素水タンク３２内の尿素水を所定の流量で吐出ポート３１ａから圧送する。なお、尿素水供給ポンプ３１は、本実施形態において、特に限定するものではなく、尿素水を所定の流量で供給できるものであればよい。

自動弁である切替弁４０は、尿素水の流路を切り替えるものである。切替弁４０は、ポート４０ａ・４０ｂ・４０ｃを具備する３ポート２ポジションの電磁弁である。切替弁４０は、ポート４０ｂとポート４０ｃとを連通するとともに、ポート４０ａを閉塞する第一ポジションＸ、またはポート４０ａとポート４０ｂとを連通するとともに、ポート４０ｃを閉塞する第二ポジションＹに保持可能とされる。通常、切替弁４０は、スプリング４０ｄの付勢力により第一ポジションＸに保持される。切替弁４０が具備するソレノイド４０ｅが通電された場合にのみ、切替弁４０の内部に設けられたスプールが摺動し、切替弁４０は第一ポジションＸから第二ポジションＹに切り替えられる。なお、切替弁４０は、スプリング４０ｄとソレノイド４０ｅとによって第一ポジションＸ、または第二ポジションＹに保持可能に構成されているが、特に限定するものではなく、駆動モータ等によって第一ポジションＸ、または第二ポジションＹに保持する構成でもよい。
ポート４０ａは、第一供給流路７０の一部を構成する流路７２を介して尿素水供給ポンプ３１の吐出ポート３１ａと接続される。第一供給流路７０の一部を構成する流路７２の途中部には逆止弁４１が設けられる場合もある。ポート４０ｂは、配設される第一供給流路７０の一部を構成する流路７３を介して二重管１１の液体供給ポート１１ｆに接続される。第一供給流路７０の一部を構成する流路７３は、尿素水に混入した空気が第一供給流路７０の一部を構成する流路７３の内部に滞留しないように昇り勾配で配設される。ポート４０ｃは、流路７７を介してドレンポット４２と接続される。流路７７は、尿素水が流路７７の内部に滞留しないように下り勾配で配設される。

ＮＯｘ検出部５０は、エンジン２の排気に含まれるＮＯｘ濃度Ｄを検出するものである。ＮＯｘ検出部５０は、ＮＯｘセンサ等から構成され、排気管６の途中部であってＮＯｘ触媒９０よりも上流側に配置される。なお、ＮＯｘセンサを配置する位置やＮＯｘセンサの数は、本実施形態において、特に限定するものではなく、ＮＯｘ濃度Ｄを適宜検出できる構成であればよい。なお、ＮＯｘ濃度Ｄは、本実施形態において、エンジン２の排気に含まれるＮＯｘ濃度Ｄを検出するものとしたが、特に限定するものではなく、エンジン出力Ｗやエンジン回転数Ｒから制御部６０が算出してもよい。

制御部６０は、尿素水供給ポンプ３１と、切替弁４０と、加圧空気弁２３と、を制御するものである。制御部６０は、具体的には、ＮＯｘ検出部５０が検出する排気中のＮＯｘ濃度Ｄ、排気温度検出部８が検出する排気温度Ｔ、エンジン回転数検出部７が検出するエンジン回転数Ｒ、および出力算出部９ａが算出するエンジン出力Ｗに基づいて、尿素水供給ポンプ３１と、切替弁４０と、加圧空気弁２３とを制御する。制御部６０には、尿素水供給ポンプ３１と、切替弁４０と、加圧空気弁２３と、を制御するための種々のプログラムやデータが格納される。また、制御部６０は、ＮＯｘが排出されているか否かを判定するエンジン出力Ｗの基準出力Ｗ０、尿素水がアンモニアに分解されるか否かを判定する排気温度Ｔの基準温度Ｔ０、尿素水を供給するか否かを判定するＮＯｘ濃度Ｄの基準濃度Ｄ０、および尿素水を供給していない場合にＦ＝０とされ、尿素水を供給している場合にＦ＝１とされるフラグＦを格納している。制御部６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成であってもよく、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であってもよい。また、制御部６０は、ＥＣＵ９と一体的に構成することも可能である。

図１に示すように、制御部６０は、エンジン回転数検出部７、排気温度検出部８、ＥＣＵ９の出力算出部９ａ、加圧空気弁２３のソレノイド２３ｄ、尿素水供給ポンプ３１、および切替弁４０のソレノイド４０ｅの電動モータ３１ｂにそれぞれ接続される。

制御部６０は、エンジン回転数検出部７が検出するエンジン回転数Ｒ、排気温度検出部８が検出する排気温度Ｔ、および出力算出部９ａが算出するエンジン出力Ｗ、をそれぞれ取得することが可能である。

制御部６０は、電動モータ３１ｂ、加圧空気弁２３のソレノイド２３ｄ、および切替弁４０のソレノイド４０ｅ、をそれぞれ制御することが可能である。

制御部６０は、ＮＯｘ検出部５０と接続され、ＮＯｘ検出部５０が検出するＮＯｘ濃度Ｄを取得することが可能である。

ＮＯｘ触媒９０は、ＮＯｘの還元反応を促進させるものである。ＮＯｘ触媒９０は排気管６の内部であって、尿素水供給ノズル１０よりも下流側に配置される。ＮＯｘ触媒９０はハニカム状に構成され、尿素水が熱・加水分解されて生成されるアンモニアが排気に含まれるＮＯｘを窒素と水とに還元する反応を促進させる。

以下では、図１を用いて、切替弁４０と加圧空気弁２３との動作態様について説明する。

図１に示すように、エアタンク２２は、第二供給流路８０を構成する流路８２、加圧空気弁２３、第二供給流路８０を構成する流路８３を介して尿素水供給ノズル１０の気体供給ポート１１ｇに接続される。

上述の通り、通常、加圧空気弁２３は、第一ポジションＡに保持される。この場合、加圧空気弁２３のポート２３ａとポート２３ｂとが閉塞されているので、加圧空気は尿素水供給ノズル１０の気体供給ポート１１ｇに供給されない。

制御部６０が加圧空気弁２３のソレノイド２３ｄに通電した場合、加圧空気弁２３は、第一ポジションＡから第二ポジションＢに切り替えられる。この場合、加圧空気弁２３のポート２３ａとポート２３ｂとが連通されるので、加圧空気は尿素水供給ノズル１０の気体供給ポート１１ｇに供給される。

制御部６０が加圧空気弁２３のソレノイド２３ｄへの通電を停止した場合、加圧空気弁２３は、スプリング２３ｃの付勢力により第一ポジションＡに切り替えられる。この場合、加圧空気弁２３のポート２３ａとポート２３ｂとが閉塞されるので、加圧空気は尿素水供給ノズル１０の気体供給ポート１１ｇに供給されない。

図１に示すように、尿素水タンク３２は、第一供給流路７０の一部を構成する流路７１、尿素水供給ポンプ３１、第一供給流路７０の一部を構成する流路７２、逆止弁４１、切替弁４０、第一供給流路７０の一部を構成する流路７３を介して尿素水供給ノズル１０の液体供給ポート１１ｆに接続される。

上述の通り、通常、切替弁４０は、第一ポジションＸに保持される。この場合、切替弁４０のポート４０ａとポート４０ｂとが閉塞されているので、尿素水は尿素水供給ノズル１０の液体供給ポート１１ｆに供給されない。また、切替弁４０のポート４０ｂとポート４０ｃとが連通されているので、尿素水供給ノズル１０の液体供給ポート１１ｆが流路７７を介してドレンポット４２内で大気開放されている。

制御部６０が切替弁４０のソレノイド４０ｅに通電した場合、切替弁４０は第二ポジションＹに切り替えられる。この場合、切替弁４０のポート４０ａとポート４０ｂとが連通されるので、尿素水は尿素水供給ノズル１０の液体供給ポート１１ｆに供給される。また、切替弁４０のポート４０ｃは閉塞されるので、尿素水供給ノズル１０の液体供給ポート１１ｆは大気開放されない。

制御部６０が切替弁４０のソレノイド４０ｅへの通電を停止した場合、切替弁４０のスプリング４０ｄの付勢力により第一ポジションＸに切り替えられる。この場合、切替弁４０のポート４０ａとポート４０ｂとが閉塞されるので、尿素水は尿素水供給ノズル１０の液体供給ポート１１ｆに供給されない。また、切替弁４０のポート４０ｂとポート４０ｃとが連通されるので、尿素水供給ノズル１０の液体供給ポート１１ｆが流路７７を介してドレンポット４２内で大気開放される。

以下では、図１、図２、および図３を用いて、尿素水供給ノズル１０の動作態様について説明する。

図１に示すように、排気管６の内部に尿素水の供給（噴射）が開始される場合、制御部６０が切替弁４０を第二ポジションＹとすることによって、尿素水が尿素水供給ノズル１０（二重管１１）の液体供給ポート１１ｆに供給される。図２、および図３（ａ）に示すように、尿素水は、図３（ａ）における黒塗り矢印の如く、所定の圧力で二重管１１の液体流路１１ｃ、および液キャップ１２の液体流路１２ｃを介して、液キャップ１２の凸部１２ａからエアキャップ１３の混合流路１３ｃに噴射される。

この状態で、図１に示すように、制御部６０が加圧空気弁２３を第二ポジションＢとすることによって、加圧空気が尿素水供給ノズル１０（二重管１１）の気体供給ポート１１ｇに供給される。図２、および図３（ａ）に示すように、加圧空気は、図３（ａ）における白抜き矢印の如く、所定の圧力で二重管１１の気体流路１１ｄ、液キャップ１２の気体流路１２ｄ、およびエアキャップ１３の気体流路１３ｄを介して、エアキャップ１３の凹部１３ａからエアキャップ１３の混合流路１３ｃに噴射される。この結果、尿素水は、エアキャップ１３の混合流路１３ｃの内部で加圧空気と衝突して霧化され、エアキャップ１３の噴射口１３ｅから噴射される。

図１に示すように、排気管６の内部への尿素水の供給（噴射）が停止される場合、制御部６０が切替弁４０のポジションを第一ポジションＸとすることによって、尿素水供給ノズル１０（二重管１１）の液体供給ポート１１ｆへの尿素水の供給が停止される。これに伴い、二重管１１の液体供給ポート１１ｆは、第一供給流路７０の一部を構成する流路７３、切替弁４０、流路７７を介して大気開放される。図２、および図３（ｂ）に示すように、尿素水は、液キャップ１２の液体流路１２ｃの内部、二重管１１の液体流路１１ｃの内部、および二重管１１と切替弁４０とを接続する第一供給流路７０の一部を構成する流路７３の内部、に残留する。

この状態で、図１に示すように、制御部６０が加圧空気弁２３のポジションを第二ポジションＢに維持することで、加圧空気は尿素水供給ノズル１０（二重管１１）の気体供給ポート１１ｇに継続して供給される。二重管１１の液体供給ポート１１ｆは大気開放されているので、図２、および図３（ｂ）に示すように、液キャップ１２の液体流路１２ｃの内部、二重管１１の液体流路１１ｃの内部、および第一供給流路７０の一部を構成する流路７３の内部の圧力は、加圧空気が供給されているエアキャップ１３の混合流路１３ｃの内部の圧力より低い。よって、エアキャップ１３の混合流路１３ｃの内部の加圧空気は、図３（ｂ）における白抜き矢印の如く、液キャップ１２の液体流路１２ｃの内部に流入し、液キャップ１２の液体流路１２ｃの内部、二重管１１の液体流路１１ｃの内部、および第一供給流路７０の一部を構成する流路７３の内部に残留している尿素水を、切替弁４０とドレンポット４２を接続する流路７７を経てドレンポット４２側へ押す。すなわち、尿素水供給ノズル１０の内部に残留している尿素水は、排気管６の内部に排出されずに、排気管６の外部にあるドレンポット４２に排出される。また、上述の通り、液キャップ１２の液体流路１２ｃ、二重管１１の液体流路１１ｃ、および第一供給流路７０の一部を構成する流路７３は、昇り勾配で配設されているので、下流側から加圧空気を供給することで加圧空気のみがドレンポット４２に排出されることがない。なお、液体を霧化する方式は、本実施形態において、エアキャップ１３の混合流路１３ｃの内部において霧化する内部混合式としたが、特に限定するものではなく、エアキャップ１３の外部で液体を霧化する外部混合式でもよい。

以下では、制御部６０による尿素水供給ポンプ３１と切替弁４０と加圧空気弁２３との制御態様について説明する。

制御部６０は、エンジン２の稼動中に、出力算出部９ａが算出したエンジン出力Ｗ、排気温度検出部８が検出した排気温度Ｔ、およびＮＯｘ検出部５０が検出するＮＯｘ濃度Ｄを取得し、取得した各値が各基準値以上か否か判定する。制御部６０は、取得した各値が各基準値以上である場合、ＮＯｘ濃度Ｄに応じた尿素水を排気管６の内部に供給する制御を行う。制御部６０は、取得した各値が各基準値未満、もしくはエンジン２が停止された場合、尿素水の供給を停止し、尿素水供給ノズル１０の内部に残留している尿素水を排気管６の外部へ排出する制御を行う。

以下では、制御部６０による尿素水供給ポンプ３１、切替弁４０、および加圧空気弁２３の制御態様の例について図４を用いて具体的に説明する。

ステップＳ１１０において、制御部６０は、エンジン回転数検出部７が検出するエンジン回転数Ｒを取得した後、制御段階をステップＳ１２０へ移行する。

ステップＳ１２０において、制御部６０は、エンジン回転数検出部７の検出値に基づいて、エンジン２が稼動しているか否か判定する。
その結果、エンジン２が稼動していると判定した場合、制御部６０は制御段階をステップＳ１３０に移行する。
また、エンジン２が稼動していないと判定した場合、制御部６０は制御段階をステップＳ３１０に移行する。

ステップＳ１３０において、制御部６０は、出力算出部９ａが算出するエンジン出力Ｗ、排気温度検出部８が検出する排気温度Ｔ、およびＮＯｘ検出部５０が検出するＮＯｘ濃度Ｄを取得した後、制御段階をステップＳ１４０へ移行する。

ステップＳ１４０において、制御部６０は、排気温度Ｔが基準温度Ｔ０以上か否か判定する。
その結果、排気温度Ｔが基準温度Ｔ０以上と判定した場合、制御部６０は制御段階をステップＳ１５０に移行する。
また、排気温度Ｔが基準温度Ｔ０未満と判定した場合、制御部６０は制御段階をステップＳ３１０に移行する。

ステップＳ１５０において、制御部６０は、エンジン出力Ｗが基準出力Ｗ０以上か否か判定する。
その結果、エンジン出力Ｗが基準出力Ｗ０以上と判定した場合、制御部６０は制御段階をステップＳ１６０に移行する。
また、エンジン出力Ｗが基準出力Ｗ０未満と判定した場合、制御部６０は制御段階をステップＳ３１０に移行する。

ステップＳ１６０において、制御部６０は、ＮＯｘ濃度Ｄが基準濃度Ｄ０以上か否か判定する。
その結果、ＮＯｘ濃度Ｄが基準濃度Ｄ０以上と判定した場合、制御部６０は制御段階をステップＳ１７０に移行する。
また、ＮＯｘ濃度Ｄが基準濃度Ｄ０未満と判定した場合、制御部６０は制御段階をステップＳ３１０に移行する。

ステップＳ１７０において、制御部６０は、フラグＦがＦ＝０か否か判定する。
その結果、フラグＦがＦ＝０と判定した場合、制御部６０は制御段階をステップＳ１８０に移行する。
また、フラグＦがＦ＝０でないと判定した場合、制御部６０は制御段階をステップＳ１１０へ繰り返し移行する。

ステップＳ１８０において、制御部６０は、加圧空気弁２３のポジションを第二ポジションＢに切り替えた後、制御段階をステップＳ１９０へ移行する。

ステップＳ１９０において、制御部６０は、切替弁４０のポジションを第二ポジションＹに切り替えた後、制御段階をステップＳ２００へ移行する。

ステップＳ２００において、制御部６０は、ＮＯｘ濃度Ｄに応じた尿素水を供給するようにして尿素水供給ポンプ３１を始動させた後、制御段階をステップＳ２１０へ移行する。

ステップＳ２１０において、制御部６０は、フラグＦをＦ＝１とした後、制御段階をステップＳ１１０へ繰り返し移行する。

ステップＳ３１０において、制御部６０は、フラグＦがＦ＝１か否か判定する。
その結果、フラグＦがＦ＝１と判定した場合、制御部６０は制御段階をステップＳ３２０に移行する。
また、フラグＦがＦ＝１でないと判定した場合、制御部６０は制御段階をステップＳ１１０へ繰り返し移行する。

ステップＳ３２０において、制御部６０は、切替弁４０のポジションを第一ポジションにＣに切り替えた後、制御段階をステップＳ３２０へ移行する。

ステップＳ３２０において、制御部６０は、尿素水供給ポンプ３１を停止させた後、制御段階をステップＳ３４０へ移行する。

ステップＳ３４０において、制御部６０は、切替弁４０のポジションを第一ポジションＸに切り替えてから所定時間経過後に加圧空気弁２３のポジション第一ポジションＡに切り替えた後、制御段階をステップＳ３５０へ移行する。

ステップＳ３５０において、制御部６０は、フラグＦをＦ＝０とした後、制御段階をステップＳ１１０へ繰り返し移行する。

上記の如く、制御部６０が切替弁４０のポジションを第一ポジションＸに切り替えてから所定時間経過後に加圧空気弁２３を第一ポジションＡに切り替えることで、尿素水供給ノズル１０の内部に残留している尿素水を加圧空気の圧力によって排気管６の外部（ドレンポット４２）に排出することができる（図１、図３参照）。

以上のごとく、本実施形態に係る排気浄化装置１は、尿素水が供給される液体流路１１ｃ・１２ｃおよび加圧空気が供給される気体流路１１ｄ・１２ｄ・１３ｄを有し、液体流路１１ｃ・１２ｃに供給された尿素水を、気体流路１１ｄ・１２ｄ・１３ｄに供給された加圧空気と噴射口１３ｅ近傍で混合して、噴射口１３ｅから内燃機関であるエンジン２に接続される排気管６の内部に噴射可能な尿素水供給ノズル１０と、尿素水を液体流路１１ｃ・１２ｃに第一供給流路７０を介して供給可能な尿素水供給部３０と、加圧空気を気体流路１１ｄ・１２ｄ・１３ｄに第二供給流路８０を介して供給可能な加圧空気供給部２０と、第一供給流路７０に設けられ、第一供給流路７０を遮断するとともに液体流路１１ｃ・１２ｃを大気開放させる第一ポジションＸ、または第一供給流路７０を連通させる第二ポジションＹに保持可能な切替弁４０と、を具備するものである。

このように構成することにより、切替弁４０のポジションを第一ポジションＸに切り替えると、尿素水供給ノズル１０の液体流路１１ｃ・１２ｃへの尿素水の供給が停止されるとともに、尿素水供給ノズル１０の液体流路１１ｃ・１２ｃが大気解放される。その結果、尿素水供給ノズル１０の気体流路１１ｄ・１２ｄ・１３ｄに供給される加圧空気が尿素水供給ノズル１０の液体流路１１ｃ・１２ｃの最も下流側である尿素水供給ノズル１０の噴射口１３ｅ近傍から尿素水供給ノズル１０の液体流路１１ｃ・１２ｃの内部に流入し、尿素水供給ノズル１０の液体流路１１ｃ・１２ｃの内部の尿素水、および尿素水供給ノズル１０と切替弁４０とを接続する第一供給流路７０の一部を構成する流路７３の内部の尿素水が、切替弁４０を経て排気管６の外部へと排出される。すなわち、尿素水供給ノズル１０の内部に残留している尿素水を排気管６の内部に排出することなく、尿素水供給ノズル１０の内部から排出することができる。これにより、不要なアンモニアが生成されて、排気管６から大気中に放出されることがない。また、排気管６の内部で尿素が析出してＮＯｘ触媒９０を詰まらせたり、ＮＯｘ触媒９０の表面に尿素が付着して触媒性能を低下させたりすることがない。加えて、尿素水供給ノズル１０の液体流路１１ｃ・１２ｃの最も下流側である噴射口１３ｅ近傍から加圧空気が流入するため、昇り勾配に配設されている液体流路１１ｃ・１２ｃでも加圧空気のみが排出されることなく尿素水を排出することができる。

また、第二供給流路８０に設けられ、第二供給流路８０を連通または遮断させる加圧空気弁２３を具備し、切替弁４０および加圧空気弁２３を自動弁である電磁弁から構成し、切替弁４０および加圧空気弁２３を制御する制御部６０を備え、制御部６０は、切替弁４０を第二ポジションＹから第一ポジションＸに切り替えてから所定時間経過後に加圧空気弁２３によって第二供給流路８０を遮断させるものである。

このように構成することにより、前述の効果に加えて、尿素水の供給が停止されても、所定時間の間は、加圧空気が尿素水供給ノズル１０に供給される。その結果、加圧空気が、尿素水供給ノズル１０の液体流路１１ｃ・１２ｃに流入するので、尿素水供給ノズル１０の内部に残留している尿素水を排気管６の内部に排出することなく、尿素水供給ノズル１０の内部から排出することができる。

また、切替弁４０を自動弁である電磁弁から構成し、切替弁４０を制御する制御部６０を備え、制御部６０は、内燃機関であるエンジン２の回転数検出部７と接続され、尿素水が尿素水供給ノズル１０から排気管６の内部に供給されている際にエンジン２が停止すると、切替弁４０を第二ポジションＹから第一ポジションＸに切り替えることを特徴とするものである。

このように構成することにより、前述の効果に加えて、エンジン２が停止した場合に、切替弁４０を第一ポジションＸにすることができる。その結果、エンジン２が停止しても、尿素水供給ノズル１０の内部に残留している尿素水を排気管６の内部に排出することなく、尿素水供給ノズル１０の内部から排出することができる。

また、切替弁４０を自動弁である電磁弁から構成し、切替弁４０を制御する制御部６０を備え、制御部６０は、内燃機関であるエンジン２の排気温度検出部８と接続され、尿素水が尿素水供給ノズル１０から排気管６の内部に供給されている際にエンジン２の排気温度Ｔが基準温度Ｔ０未満になると、切替弁４０を第二ポジションＹから第一ポジションＸに切り替えることを特徴とするものである。

このように構成することにより、前述の効果に加えて、エンジン２の排気温度Ｔが基準温度Ｔ０未満である場合に、切替弁４０を第一ポジションＸにすることができる。その結果、エンジン２の排気温度Ｔが基準温度Ｔ０未満に低下しても、尿素水供給ノズル１０の内部に残留している尿素水を排気管６の内部に排出することなく、尿素水供給ノズル１０の内部から排出することができる。

また、切替弁４０を自動弁である電磁弁から構成し、切替弁４０を制御する制御部を備え、制御部６０は、内燃機関であるエンジン２の出力算出部９ａ、または出力検出部９ｂと接続され、尿素水が尿素水供給ノズル１０から排気管６の内部に供給されている際にエンジン出力Ｗが基準出力Ｗ０未満になると、切替弁４０を第二ポジションＹから第一ポジションＸに切り替えることを特徴とするものである。

このように構成することにより、前述の効果に加えて、エンジン出力Ｗが基準出力Ｗ０未満である場合に、切替弁４０を第一ポジションＸにすることができる。その結果、エンジン出力Ｗが基準出力Ｗ０未満に低下しても、尿素水供給ノズル１０の内部に残留している尿素水を排気管６の内部に排出することなく、尿素水供給ノズル１０の内部から排出することができる。

１排気浄化装置
２エンジン
６排気管
１０尿素水供給ノズル
１１ｃ液体流路
１１ｄ気体流路
１２ｃ液体流路
１２ｄ気体流路
１３ｄ気体流路
１３ｅ噴射口
２０加圧空気供給部
３０尿素水供給ポンプ
４０切替弁
７０第一供給流路
８０第二供給流路
Ｘ第一ポジション
Ｙ第二ポジション

Claims

尿素水が供給される液体流路および加圧空気が供給される気体流路を有し、前記液体流路に供給された尿素水を、前記気体流路に供給された加圧空気と噴射口近傍で混合して、前記噴射口から内燃機関に接続される排気管の内部に噴射可能な尿素水供給ノズルと、
尿素水を前記液体流路に第一供給流路を介して供給可能な尿素水供給部と、
加圧空気を前記気体流路に第二供給流路を介して供給可能な加圧空気供給部と、
前記第一供給流路に設けられ、前記第一供給流路を遮断するとともに前記液体流路を大気開放させる第一ポジション、または前記第一供給流路を連通させる第二ポジションに保持可能な切替弁と、
を具備する排気浄化装置。
前記第二供給流路に設けられ、前記第二供給流路を連通または遮断させる加圧空気弁を具備し、
前記切替弁および前記加圧空気弁を自動弁から構成し、
前記切替弁および前記加圧空気弁を制御する制御部を備え、
前記制御部は、
前記切替弁を前記第二ポジションから前記第一ポジションに切り替えてから所定時間経過後に前記加圧空気弁によって前記第二供給流路を遮断させる請求項１に記載の排気浄化装置。
前記切替弁を自動弁から構成し、
前記切替弁を制御する制御部を備え、
前記制御部は、
前記内燃機関の回転数検出部と接続され、
尿素水が前記尿素水供給ノズルから前記排気管の内部に供給されている際に前記内燃機関が停止すると、前記切替弁を前記第二ポジションから前記第一ポジションに切り替える請求項１または請求項２に記載の排気浄化装置。
前記切替弁を自動弁から構成し、
前記切替弁を制御する制御部を備え、
前記制御部は、
前記内燃機関の排気温度検出部と接続され、
尿素水が前記尿素水供給ノズルから前記排気管の内部に供給されている際に前記内燃機関の排気温度が基準温度未満になると、前記切替弁を前記第二ポジションから前記第一ポジションに切り替える請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の排気浄化装置。
前記切替弁を自動弁から構成し、
前記切替弁を制御する制御部を備え、
前記制御部は、
前記内燃機関の出力算出部、または出力検出部と接続され、
尿素水が前記尿素水供給ノズルから前記排気管の内部に供給されている際に前記内燃機関の出力が基準出力未満になると、前記切替弁を前記第二ポジションから前記第一ポジションに切り替える請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の排気浄化装置。