JP5091933B2

JP5091933B2 - 排気浄化装置

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Publication number: JP5091933B2
Application number: JP2009229732A
Authority: JP
Inventors: 河宝; 中山　　晃; 純司山本
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2009-10-01
Filing date: 2009-10-01
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2029-10-01
Also published as: JP2011074889A

Description

本発明は、産業車両等のガソリンエンジンやデイ−ゼルエンジン等のエンジンに用いられ、還元剤により排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元除去する排気浄化装置に関する。

この種の排気浄化装置として、エンジンの排気系に還元触媒を配置し、この還元触媒よりも上流側の排気通路内に設けた噴射ノズルから、還元剤を供給するものがある。排気中のＮＯｘは、還元剤に接触し、還元触媒において還元反応が促進されることによって、無害成分に浄化される。
還元反応は、ＮＯｘとアンモニアとの還元反応であり、アンモニアを効率的に発生する還元剤として、例えば、尿素水溶液、アンモニア水溶液、その他の還元剤水溶液が使用される。

還元剤は、貯蔵タンクに常温で貯蔵され、エンジンの運転状態、すなわち排気温度、ＮＯｘ排出量等に基づいて、必要量が、貯蔵タンクから通路を経て、噴射ノズルに供給されるが、エンジンの運転状態によって、通路や噴射孔において目詰まりが生じることがある。

そこで特許文献１記載の排気浄化装置では、噴射ノズルの内部圧力によって目詰まりを検出し、そのとき尿素水供給を停止して、噴射ノズルの冷却を抑え、排気温度が上昇したときに、目詰まりが解消したと判断する。

特開２００５−１１３６８７号公報

特許文献１の排気浄化装置においては、エンジンが、長時間アイドリング状態や低負荷状態にあったとき、噴射ノズル近傍の排気温度の上昇には長時間を要し、その間、未浄化のＮＯｘが排出されることになる。このとき排気浄化装置の所期浄化性能は得られない。

（１）請求項１の発明による排気浄化装置は、エンジンの排気通路に配置された還元触媒と、前記還元触媒を還元する還元剤を前記排気通路に噴射する噴射ノズルと、前記噴射ノズルを加熱するヒータと、前記噴射ノズルを前記排気通路に対して進出位置と後退位置の間で進退させるノズル駆動装置と、少なくとも前記噴射ノズルが前記後退位置にあることを条件として前記ヒータを駆動制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
（２）請求項２の発明は、請求項１記載の排気浄化装置において、前記噴射ノズルに目詰まりが生じたか否かを判定する目詰まり判定手段をさらに備え、前記制御手段は、前記噴射ノズルに目詰まりが生じていることが判定されたとき、前記ノズル駆動装置によって前記噴射ノズルを前記後退位置まで後退させ、前記ヒータを作動させることを特徴とする。
（３）請求項３の発明は、請求項１記載の排気浄化装置において、前記噴射ノズルに目詰まりが生じたか否かを判定する目詰まり判定手段と、前記エンジンが停止しているか否かを判定する停止判定手段とをさらに備え、前記制御手段は、前記噴射ノズルに目詰まりが生じていることが判定され、かつ、エンジンが停止していることが判定されていない場合、前記ノズル駆動装置によって前記噴射ノズルを前記後退位置まで後退させ、前記ヒータを作動させることを特徴とする。
（４）請求項４の発明は、請求項２または３記載の排気浄化装置において、前記噴射ノズルに目詰まりが生じていることが判定されたときは、前記噴射ノズルからの還元剤の噴射を中止する噴射中止手段をさらに備えることを特徴とする。
（５）請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の排気浄化装置において、前記噴射ノズルの温度を検出する温度検出手段と、前記エンジンが停止しているか否かを判定する停止判定手段とをさらに備え、前記制御手段は、前記エンジンが停止していることが判定され、かつ、前記検出された噴射ノズルの温度が前記還元剤の結晶化温度と前記気化温度の間の温度であるときに、前記ノズル駆動装置によって前記噴射ノズルを前記後退位置まで後退させ、前記ヒータを作動させることを特徴とする。

本発明によれば、還元剤を排気通路に噴射する噴射ノズルの目詰まりを確実に解消することができる。

本発明による排気浄化装置の第１の実施の形態を示す構成図。図１の還元剤供給装置を示す構成図。図２の還元剤供給装置におけるノズル駆動装置を示す構成図。図１の電気ヒータの制御を示すフローチャート。図１の噴射ノズルの詳細を示す縦断面。噴射ノズルの変形例を示す縦断面。噴射ノズルの他の変形例を示す縦断面。噴射ノズルのさらに他の変形例を示す縦断面。噴射ノズルのさらに他の変形例を示す縦断面。電気ヒータの制御の変形例を示すフローチャート。図２の還元剤供給装置におけるノズル駆動装置の変形例を示す構成図。

以下、本発明による排気浄化装置の実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。
−第１の実施の形態−
図1〜図４は第1の実施形態による排気浄化装置を説明する図である。図１に示すように、産業車両等のエンジン１００の排気ガスＥＧは、マニホールド１０２から排気通路１０４を経由して大気中に排出される。

このようなエンジンに用いられる排気浄化装置は、エンジン１００の排気通路１０４に上流から下流に向かって順次配置された、酸化触媒（図示省略）、パティキュレート・フィルタ（図示省略）、ＮＯｘ用の還元触媒１１０、酸化触媒（図示省略）と、還元触媒１１０近傍の上流側に配置されたＮＯｘセンサ（図示省略）と、還元触媒１１０よりも上流側に還元剤ＲＡを噴射する噴射ノズル１２０とを有し、エンジン１００から排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する。

還元触媒１１０は、排気ガスＥＧ中のＮＯｘを還元剤ＲＡにより還元浄化するもので、例えば、セラミック製コ−ディライトよりなる横断面ハニカム状のモノリスタイプ触媒担体に、ゼオライト系活性成分が担持されている。活性成分は、還元剤ＲＡが供給されたときに活性化して、ＮＯｘを効果的に無害物質に浄化する。

噴射ノズル１２０には還元剤供給装置１３０が接続され、還元剤供給装置１３０は、供給配管１３２を介して貯蔵タンク１４０から還元剤ＲＡを吸い上げて、噴射ノズル１２０に送給する。

還元剤ＲＡとしては尿素水溶液、アンモニア水溶液等が使用される。尿素水溶液を使用した場合には、排気通路１０４内で、排気ガスＥＧによって加熱されて加水分解し、アンモニアを発生する。発生したアンモニアは還元触媒１１０において、排気ガスＥＧ中のＮＯｘと反応し、水および無害なガスに浄化される。

排気通路１０４には、噴射ノズル１２０よりも上流において、排気ガスＥＧの温度Ｔｇを検出する排気温度センサＴＳ１が設けられる。還元剤供給装置１３０には、噴射ノズル１２０に送給する還元剤ＲＡの流量を検出する流量センサＴＳ２が設けられている。流量センサＴＳ２からの検出信号に基づいて、噴射ノズル１２０の詰まりを検出することができる。

一方、エンジン１００には、回転速度Ｎｅを検出する回転速度センサＴＳ３、および負荷Ｆを検出する負荷センサＴＳ４が設けられている。負荷センサＴＳ４は、エンジン１００の燃料噴射量、アクセルペダル開度、油圧ポンプ圧力等を検出する。回転センサＴＳ３の検出信号に基づいて、エンジン１００の稼働状態、停止状態を検出でき、負荷センサＴＳ４の検出信号に基づいて、エンジン１００のアイドリング状態や停止状態などの負荷状態を検出し得る。

噴射ノズル１２０は、排気通路１０４の外側面近傍に配置されたノズル駆動装置１６０によって、排気通路１０４に対して進退駆動される。図1には、排気通路１０４内に進出した噴射ノズル１２０を示し、この進出位置において、還元剤ＲＡを噴射することができる。排気通路１０４に噴射された還元剤ＲＡは、気化してアンモニアガスとなり、排気ガスＥＧと混和しつつ下流方向に流れて、還元触媒１１０に接触する。

排気通路１０４の側面には、排気通路１０４から後退した状態の噴射ノズル１２０を包囲するように、電気ヒータ２００が配置されている。電気ヒータ２００により噴射ノズル１２０を加熱することによって、還元剤ＲＡの結晶を融解し、あるいは気化することによって噴射ノズル１２０の目詰まりを解消し、あるいは予防することができる。電気ヒータ２００の周囲は断熱材２０２によって被覆されており、電気ヒータ２００からの放熱が抑えられ、電気ヒータ２００の加熱効率が高められている。

噴射ノズル１２０を進退可能としたことによって、電気ヒータ２００を排気通路１０４の外に配置することができ、電気ヒータ２００が排気ガスＥＧの流れを阻害することがない。このため、電気ヒータ２００はサイズ等の制限をほとんど受けないので、所要加熱性能を有する任意のヒータを採用することができる。

噴射ノズル１２０の近傍には、断熱材２０２、電気ヒータ２００を貫通した温度センサＴＳ５が配置され、噴射ノズル１２０内部の温度を代表する温度Ｔａを検出することができる。温度Ｔａを検出することによって、電気ヒータ２００による噴射ノズル１２０の加熱効果を確認できる。

排気温度センサＴＳ１、流量センサＴＳ２、回転速度センサＴＳ３、負荷センサＴＳ４、温度センサＴＳ５はコントロールユニット１５０に接続され、コントロールユニット１５０は、還元剤供給装置１３０、電気ヒータ２００、ノズル駆動装置１６０、エンジン１００、その他を制御する。

コントロールユニット１５０は、例えば、コンピュータを内蔵し、コンピュータのＣＰＵやシステムメモリ等は、種々の制御を司る。例えば、電気ヒータ２００は、コンピュータによって実現される加熱制御部１５２によって制御される。ノズル駆動装置１６０は、コンピュータによって実現される駆動制御部１５６によって制御される。また、コンピュータに内蔵されるタイマ１５４は、後述する時間計測に使用される。

図２に示すように、還元剤供給装置１３０は、還元剤ＲＡを昇圧するために供給配管１３２に設けられた昇圧ポンプ１３６と、昇圧ポンプ１３６の下流側で還元剤ＲＡの流量Ｑを制御する供給バルブ１３８とを有する。流量センサＴＳ２は、供給バルブ１３８の下流側に配置されている。

還元剤供給装置１３０は、昇圧ポンプ１３６、供給バルブ１３８、流量センサＴＳ２を制御する還元剤供給制御回路１３４を有する。還元剤供給制御回路１３４は、コントロールユニット１５０によって制御されつつ、昇圧ポンプ１３６、供給バルブ１３８を制御して、適正な流量の還元剤ＲＡを噴射ノズル１２０に送給する。還元剤供給制御回路１３４は、流量センサＴＳ２で検出された流量Ｑに基づいて、昇圧ポンプ１３６、供給バルブ１３８を制御し、流量Ｑを調節する。供給バルブ１３８を全閉することにより、昇圧ポート１３６から供給される還元剤ＲＡが遮断される。

コントロールユニット１５０は、流量センサＴＳ２で検出された流量Ｑが所定値よりも少ないとき、噴射ノズル１２０に目詰まりが生じたと判断し、供給バルブ１３８を閉じて還元剤供給装置１３０による還元剤ＲＡの送給を停止する。その後、コントロールユニット１５０は、エンジン稼働中であったときは、噴射ノズル１２０を排気通路１０４から後退させ、電気ヒータ２００で噴射ノズル１２０を所定時間加熱する。

噴射ノズル１２０に目詰まりが生じたと判断し、かつ、エンジン１００が稼働中でないと判定されたときは、以下のような条件で噴射ノズル１２０が目詰まりを起こす可能性があるので、排気温度センサＴＳ５で検出した温度Ｔｇに基づいて噴射ノズル１２０の加熱制御を行う。
すなわち、噴射ノズル１２０の温度Ｔｇが還元剤ＲＡの凝固点（結晶化温度）Ｔ２（尿素では摂氏１００度）よりも高い状態でエンジンが停止されたときに噴射ノズル１２０内部に還元剤ＲＡが滞留していた場合、その後の温度低下によって噴射ノズル１２０内部で還元剤ＲＡが結晶化する可能性がある。一方、温度Ｔｇが還元剤ＲＡの沸点（気化温度）Ｔ３（尿素では摂氏３６０度）以上のときは、還元剤ＲＡは気化して排気通路１０４から排出されるため、詰まりが発生する可能性は低い。

そこで、コントロールユニット１５０は、エンジン停止時に噴射ノズル１２０の温度Ｔｇを測定し、凝固点Ｔ２＜排気ガス温度Ｔｇ＜沸点Ｔ３のときに、駆動制御部１５６によって噴射ノズル１２０を排気通路１０４から後退させ、加熱制御部１５２によって電気ヒータ２００を所定時間（タイマ１５４で測定）作動させて噴射ノズル１２０を加熱する。これによって、噴射ノズル１２０内部に滞留した還元剤ＲＡは気化され、排出される。

ノズル駆動装置１６０は、例えば、図３のように構成される。
図３において、ノズル駆動装置１６０は、噴射ノズル１２０を駆動するノズル駆動シリンダ１６２と、噴射ノズル１２０の排気通路１０４に対する進退を切り替える切替弁１６８とを有する。ノズル駆動シリンダ１６２は、還元剤ＲＡを作動流体として伸縮するピストン１６４を有し、ピストン１６４にはノズル１２０が装着されている。したがって、ピストン１６４の往復動にともなってノズル１２０が往復動する。ピストン１６４は、ばね１７２で常時縮退方向に付勢されている。

切替弁１６８は電磁切替弁であり、ＥＣＵ１５０の駆動制御部１５６からの切り換え信号により位置ＡとＢとの間で切り替えられ、切替弁１６８の切替によりノズル駆動シリンダ１６２が伸縮駆動する。切替弁１６８は常時は位置Ａに位置し、供給ポンプ１３６からの還元剤ＲＡの流体圧がノズル駆動シリンダ１６２のボトム室に導入され、ピストン１６２を伸長駆動する。駆動制御部１５６からノズル縮退信号が出力されると、切替弁１６８が位置Ｂに切替わり、出力ボトム室が還元剤タンク１７０に連通し、ピストン１６２はばね１７２のばね力により縮退し、これにより噴射ノズル１２０が排気通路１０４から後退する。

図４に示すように、コントロールユニット１５０は内蔵したＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）に格納された制御プログラムによって、加熱制御部１５２および駆動制御部１５６として機能し、電気ヒータ２００の加熱制御と噴射ノズル１２０の進退制御のために、以下の各ステップを実行する。

ステップＳ４０１：流量センサＴＳ２の出力信号によって、噴射ノズル１２０に目詰まりが生じたか否か判断する。流量センサＴＳ２の出力信号により尿素水の流量が所定値以下であるときは目詰まりが生じたと判定し、ステップＳ４０２に進む。ステップＳ４０１において、目詰まりが生じていないと判定したときはステップＳ４０８に進む。

ステップＳ４０２：噴射ノズル１２０に目詰まりが生じた場合、還元剤供給装置１３０によって還元剤ＲＡの供給を停止し、ステップＳ４０３に進む。
ステップＳ４０３：回転センサＴＳ３の出力信号によってエンジン１００が停止状態か否かを判断する。停止状態ではない、すなわち稼働状態のときはステップＳ４０４に進み、エンジン１００が停止状態のときは、ステップＳ４１１に進む。

ステップＳ４０４：エンジンが稼働中であると判定された場合、駆動制御部１５６からノズル駆動装置１６０にノズル縮退信号を出力する。これにより切替弁１６８が位置Ｂに切り替わり、ボトム室がタンク１７０に連通してばね１７２によってピストン１６４、すなわち、噴射ノズル１２０が収縮して排気通路１０４から後退する。ステップＳ４０４の処理を実行するとステップＳ４０５に進む。

ステップＳ４０５：ステップＳ４０４の処理によりノズル１２０が排気通路１０４から後退した後、加熱制御部１５２からヒータ駆動信号を出力して電気ヒータ２００を作動させ、ステップＳ４０６に進む。

ステップＳ４０６：タイマ１５４によって加熱時間を計測し、噴射ノズル１２０が充分に加熱されるまで、加熱を持続する。これによって、噴射ノズル１２０を確実に融点Ｔ１まで昇温することができる。その後、ステップＳ４０７に進む。
ステップＳ４０７：噴射ノズル１２０が所定時間加熱されると電気ヒータ２００を停止し、ステップＳ４０１に戻る。

ステップＳ４０８：ステップＳ４０１で噴射ノズル１２０が目詰まりを起こしていないと判断されると、ステップＳ４０８において、噴射ノズル１２０が排気通路１０４内に進出しているか否かを判断する。この判断は、駆動制御部１５６から噴射ノズル後退信号が出力されているか否かにより行う。噴射ノズル１２０が排気通路１０４から後退しているときはステップＳ４０９に進む。

ステップＳ４０９：切替弁１６８にノズル伸長信号を出力して切替弁１６８を位置Ａに切り替える。ステップＳ４０８において、噴射ノズル伸長信号が出力されている場合は、噴射ノズル１２０は既に排気通路１０４内に進出しているので、ステップＳ４１０にジャンプする。

ステップＳ４１０：噴射ノズル１２０の目詰まりが解消していれば、ステップＳ４１０において、ＥＣＵ１５０は還元剤供給制御１３０へ尿素水供給再開信号を出力し、還元剤供給制御回路１３４は供給バルブ１３８を全開ないしは所定開度開くように制御する。これにより、噴射ノズル１２０に還元剤ＲＡが送給され、噴射ノズル１２０から排気通路１０４内に還元剤ＲＡが噴射される。その後、サブルーチンを終了する。

ステップＳ４１１：噴射ノズル１２０の目詰まりが判定され、かつ、エンジンが稼働中ではないことがステップＳ４０３で判定されると、ステップＳ４１１において、排気温度センサＴＳ１の出力信号に基づいて、排気ガスＥＧの温度Ｔｇが、結晶化温度Ｔ２よりも高く、かつ沸点Ｔ３より低いか否かを判断する。Ｔ２＜Ｔｇ＜Ｔ３のときは、ステップＳ４１２に進み、Ｔｇ≦Ｔ２またはＴｇ≧Ｔ３のときは、そのまま処理を終了する。

ステップＳ４１２：排気ガスＥＧの温度Ｔｇが、結晶化温度Ｔ２よりも高く、かつ沸点Ｔ３より低い場合は、ステップＳ４１２において、駆動制御部１５６からノズル後退信号を出力する。これにより、切替弁１６８が位置Ｂに切り替わり、噴射ノズル１２０は排気通路１０４から後退する。
ステップＳ４１３：噴射ノズル１２０を排気通路１０４から後退させた後、加熱制御部１５２からヒータ駆動信号が出力されて電気ヒータ２００が作動する。その後、処理はステップＳ４１４に進む。

ステップＳ４１４：タイマ１５４によって加熱時間を計測し、噴射ノズル１２０が充分に加熱されるまで、加熱を持続する。これによって、噴射ノズル１２０を確実に融点Ｔ１まで昇温することができる。その後、ステップＳ４１５に進む。
ステップＳ４１５：噴射ノズル１２０が所定時間加熱されると電気ヒータ２００を停止して一連の処理を終了する。

以上説明した第1の実施の形態の排気浄化装置によれば次のような作用効果を奏することができる。
（１）噴射ノズル１２０の目詰まりが検出されると、目詰まりが解消されるように噴射ノズル１２０を加熱するようにした。したがって、目詰まりを確実に解消することができる。そして、目詰まりが生じていないときは、ヒータを作動させないので、ヒータのためのエネルギ消費を節減することができる。

（２）電気ヒータ２００を排気通路１０４の外側に配設し、目詰まり検出に応じて排気通路１０４から後退位置に後退した噴射ノズル１２０を電気ヒータ２００で加熱するようにした。したがって、電気ヒータ２００が排気通路１０４に突出しないから、排気通路１０４内での排気ガスの圧損の増大化を防止することなく、噴射ノズル１２０で固化した還元剤を溶解することができる。その結果、電気ヒータ２００はサイズ等の制限をほとんど受けないので、所要加熱性能を有する任意のヒータを採用することができる。

（３）噴射ノズル１２０の目詰まりが検出されたとき、エンジン稼働中でなければ、所定条件が成立したときのみ、すなわち、エンジン停止後に噴射ノズル１２０内で尿素水が固化する可能性が高い場合にのみ、電気ヒータ２００を作動させるようにした。したがって、無駄なエネルギ損失が防止される。

（４）エンジン１００を停止したときに、排気ガス温度Ｔｇが、還元剤の凝固点Ｔ２以上で、かつ、固化した還元剤を気化し得る気化温度Ｔ３未満であれば、噴射ノズル１２０の温度が固化した還元剤を気化し得る温度以上となるように電気ヒータ２００を作動させるようにした。したがって、エンジン停止後に排気ガス温度Ｔｇが低下して還元剤が噴射ノズル１２０で固化することを防止できる。すなわち、噴射ノズル１２０の目詰まりを予防することができる。

−第２の実施の形態−
第２の実施の形態の排気浄化装置は、噴射ノズル１２０に目詰まりが生じていないと判断した場合、エンジン稼働中か否かによって、還元剤ＲＡの噴射制御などの処理を変更するようにしたものである。

エンジン稼働中であったときは、コントロールユニット１５０は、噴射ノズル１２０を排気通路１０４内に進出させ、還元剤ＲＡを噴射するように噴射ノズル１２０を駆動制御する。なお、噴射ノズル１２０が排気通路１０４内に既に進出しているときは、コントロールユニット１５０は、噴射ノズル１２０の進出動作を行わずに還元剤ＲＡを噴射するように噴射ノズル１２０を駆動制御する。

エンジン１００が稼働中でないときは、コントロールユニット１５０は、噴射ノズル１２０に目詰まりが生じていないと判断したときでも、排気温度センサＴＳ５で検出した温度Ｔｇに基づいて還元剤噴射制御を行う。

すなわち、エンジン１００を停止したとき、温度Ｔｇが還元剤ＲＡの凝固点（結晶化温度）Ｔ２（尿素では摂氏１００度）よりも高いときに、噴射ノズル１２０内部に還元剤ＲＡが滞留していた場合、その後温度低下によって噴射ノズル１２０内部で還元剤ＲＡが結晶化する可能性がある。一方、温度Ｔｇが還元剤ＲＡの沸点（気化温度）Ｔ３（尿素では摂氏３６０度）以上のときは、還元剤ＲＡは気化して排気通路１０４から排出されるため、詰まりが発生する可能性は低い。

そこで、コントロールユニット１５０は、凝固点Ｔ２＜排気ガス温度Ｔｇ＜沸点Ｔ３のときに、駆動制御部１５６によって噴射ノズル１２０を排気通路１０４から後退させ、加熱制御部１５２によって電気ヒータ２００を所定時間（タイマ１５４で測定）作動させて噴射ノズル１２０を加熱する。これによって、噴射ノズル１２０内部に滞留した還元剤ＲＡは気化され、排出される。

第２の実施の形態の加熱制御部１５２は、図１０のフローチャートに示す処理によって、電気ヒータ２００を制御する。

ステップＳ１１０１：まず、流量センサＴＳ２によって、噴射ノズル１２０に目詰まりが生じたか否か判断する。目詰まりが生じたときはステップＳ１１０２に進み、目詰まりが生じていなかったときはステップＳ１１０７に進む。
ステップＳ１１０２：目詰まりが生じたときは、還元剤供給装置１３０によって還元剤ＲＡの供給を停止し、ステップＳ１１０３に進む。

ステップＳ１１０３：還元剤ＲＡの供給を停止した後、駆動制御部１５６によってノズル駆動装置１６０を制御して、噴射ノズル１２０を排気通路１０４から後退させ、ステップＳ１１０４に進む。
ステップＳ１１０４：加熱制御部１５２によって電気ヒータ２００を作動させ、ステップＳ１１０５に進む。
ステップＳ１１０５：タイマ１５４によって、加熱時間を計測し、噴射ノズル１２０が充分に加熱されるまで、加熱を持続する。これによって、噴射ノズル１２０を確実に融点Ｔ１まで昇温し得る。その後、ステップＳ１１０６に進む。
ステップＳ１１０６：電気ヒータ２００を停止する。

ステップＳ１１０７：目詰まりが生じていないとき、回転センサＴＳ３によってエンジン１００が稼働状態か否かを判断する。エンジン１００が稼働状態のときは、ステップＳ１１０８に進み、停止状態のときはステップＳ１１１１に進む。

ステップＳ１１０８：噴射ノズル１２０が排気通路１０４内に進出しているか否かを判断する。噴射ノズル１２０が排気通路１０４から後退しているときはステップＳ１１０９に進み、排気通路１０４内に進出しているときはステップＳ１１１０にジャンプする。

ステップＳ１１０９：駆動制御部１５６によってノズル駆動装置１６０を制御して、噴射ノズル１２０を排気通路１０４内に進出させ、ステップＳ１１１０に進む。
ステップＳ１１１０：還元剤供給装置１３０から噴射ノズル１２０に還元剤ＲＡを送給し、噴射ノズル１２０から排気通路１０４内に還元剤ＲＡを噴射する。

ステップＳ１１１１：排気温度センサＴＳ１によって、排気ガスＥＧの温度Ｔｇが、結晶化温度Ｔ２よりも高く、かつ沸点Ｔ３より低いか否かを判断する。Ｔ２＜Ｔｇ＜Ｔ３のときは、ステップＳ１１１２に進み、Ｔｇ≦Ｔ２またはＴｇ≧Ｔ３のときは、そのまま処理を終了する。

ステップＳ１１１２：駆動制御部１５６によってノズル駆動装置１６０を制御して、噴射ノズル１２０を排気通路１０４から後退させ、ステップＳ１１１３に進む。

ステップＳ１１１３：加熱制御部１５２によって電気ヒータ２００を作動させ、ステップＳ１１１４に進む。

ステップＳ１１１４：タイマ１５４によって、加熱時間を計測し、噴射ノズル１２０が充分に加熱されるまで、加熱を持続する。これによって、噴射ノズル１２０を確実に融点Ｔ１まで昇温し得る。その後、ステップＳ１１１５に進む。
ステップＳ１１１５：電気ヒータ２００を停止する。

以上説明した第２の実施の形態の排気浄化装置によれば、第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができるとともに、次のような作用効果も奏することができる。
（１）目詰まりが生じたとき、排気ガス温度Ｔｇに無関係に無条件で電気ヒータ２００を作動させることにより、装置構成、制御処理を簡略化することができる。

（２）噴射ノズル１２０の目詰まりが検出されていない状態でエンジンが停止した場合、所定条件が成立したときのみ、すなわち、エンジン停止後に噴射ノズル１２０内で尿素水が固化する可能性が高い場合にのみ、電気ヒータ２００を作動させるようにした。したがって、無駄なエネルギ損失が防止される。

（３）噴射ノズル１２０の目詰まりが検出されていない状態でエンジンが停止した場合、排気ガス温度Ｔｇが、還元剤の凝固点Ｔ２以上で、かつ、固化した還元剤を気化し得る気化温度Ｔ３未満であれば、噴射ノズル１２０の温度が固化した還元剤を気化し得る温度以上となるように電気ヒータ２００を作動させるようにした。したがって、噴射ノズル１２０が目詰まりを起こすことなくエンジンを停止した場合でも、エンジン停止後に排気ガス温度Ｔｇが低下して還元剤が噴射ノズル１２０で固化すること防止できる。すなわち、噴射ノズル１２０の目詰まりを予防することができる。

以下では、噴射ノズル１２０の形状について図５〜図７にしたがって説明する。
図５に示すように、噴射ノズル１２０は、例えば、先端が塞がれたパイプの先端側壁に複数の孔１２０Ｈを開口して形成される。このように、パイプを加工して噴射ノズル１２０を形成することにより、噴射ノズル１２０の製造原価を節減し得る。

電気ヒータ２００は噴射ノズル１２０から若干離間しつつ、噴射ノズル１２０を包囲するように配置される。断熱材２０２は電気ヒータ２００に密着しつつ、電気ヒータ２００の周囲を被覆するように配置される。
電気ヒータ２００を噴射ノズル１２０から離間することによって、噴射ノズル１２０、電気ヒータ２００のメンテナンスが容易になる。

温度センサＴＳ５は、断熱材２０２、電気ヒータ２００に形成された貫通孔２０４を貫通しつつ、その先端が噴射ノズル１２０に近接するように配置される。温度センサＴＳ５は貫通孔２０４に対して挿入、抜き取り自在であり、温度センサＴＳ５のメンテナンスは容易である。

図６は、噴射ノズル１２０の変形例を示す。図６の変形例では、電気ヒータ２００を噴射ノズル１２０に密着させている。他の構成は図５と同様であるので、説明を省略する。
電気ヒータ２００を噴射ノズル１２０に密着させることによって、図５の構成よりも効率的に噴射ノズル１２０を加熱し得る。

図７は、噴射ノズル１２０の他の変形例を示す。図７の変形例では、噴射ノズル１２０を先端球形のパイプにより形成している。これによって、還元剤ＲＡの噴射方向を排気ガスＥＧの流れに沿った斜め方向等、多様な方向に設定でき、効果的な還元剤ＲＡ供給が可能である。
図７においても、電気ヒータ２００は噴射ノズル１２０に密着させている。

図８は、噴射ノズル１２０の他の変形例を示す。図８の変形例では、噴射ノズル１２０を球体１２２により形成し、球体１２２にパイプ１２４を接続している。これによって、図７に比較して、還元剤ＲＡの噴射方向を、より多様に設定でき、効果的な還元剤ＲＡ供給が可能である。このように、噴射ノズル１２０はノズル形状には限定されず、多様な形状を採用し得る。
電気ヒータ２００は球体１２２およびパイプ１２４に密着させている。

図９は、噴射ノズル１２０の他の変形例を示す。図９の変形例では、噴射ノズル１２０を厚肉のパイプ１２６により形成し、温度センサＴＳ５はパイプ１２６の壁面内に埋設されている。これによって、温度センサＴＳ５は、より精密に噴射ノズル１２０内の温度を検出し得る。
電気ヒータ２００は球体１２２およびパイプ１２４に密着させている。

なお、以下のような制御も可能である。
（ａ）タイマ１５４による加熱時間制御に代えて、温度センサＴＳ５で測定した温度Ｔａに基づいて加熱制御してもよい。

（ｂ）温度Ｔａが還元剤ＲＡの融点Ｔ１（尿素では摂氏１３２度）以下のとき、加熱制御部１５２によって電気ヒータ２００を作動させ、Ｔａ≧Ｔ１となるように加熱する。これによって、噴射ノズル１２０は加熱され、内部で固化した還元剤ＲＡは融解し、目詰まりが解消される。

（ｃ）エンジン１００に負荷がかかっている状態では、排気ガスＥＧによって噴射ノズル１２０が加熱される可能性が高いため、電気ヒータ２００を作動させないこととしてもよい。すなわち、アイドリング状態のときにのみ、目詰まり検出に呼応して、電気ヒータ２００を作動させてもよい。

（ｄ）噴射ノズル１２０の目詰まりを検出する処理を省略し、エンジンが停止した場合、排気ガス温度Ｔｇが、還元剤の凝固点Ｔ２以上で、かつ、固化した還元剤を気化し得る気化温度Ｔ３未満であれば、噴射ノズル１２０の温度が固化した還元剤を気化し得る温度以上となるように電気ヒータ２００を作動させるようにしてもよい。

還元剤の圧力で駆動するシリンダを使用して噴射ノズル１２０を使用位置である進出位置と、非使用位置である後退位置との間で駆動するようにしたが、噴射ノズル１２０の駆動装置は空圧式、油圧式、電気アクチュエータ式など、種々の形態を採用することができる。例えば、図１１に示すように構成することもできる。

図１１はとくに第１の実施の形態に使用することができる駆動装置１６０の変形例を示す。第１の実施の形態は、目詰まりが発生したときにのみ噴射ノズル１２０を後退位置に縮退させて電気ヒータ２００で加熱するものである。したがって、目詰まりが生じたときにばね１７２のばね力でピストン１６４を縮退するように構成すれば、切替弁１６８を省略することができる。この場合、コントロールユニット１５０の駆動装置１５６も省略することができる。したがって、図４のフローチャートのステップＳ４０４，Ｓ４１２、Ｓ４０９が省略される。

以上の実施の形態は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンについて説明したが、本発明は、排気ガスを還元剤で浄化する任意の排気浄化装置に適用し得る。

ＥＧ排気ガス
ＴＳ１排気温度センサ
ＴＳ２流量センサ
ＴＳ３回転センサ
ＴＳ４負荷センサ
ＴＳ５温度センサ
ＲＡ還元剤
１００エンジン
１０４排気通路
１１０還元触媒
１２０噴射ノズル
１３０還元剤供給装置
１５０コントロールユニット
１５２加熱制御部
１５４タイマ
１５６駆動制御部
１６０ノズル駆動装置
１６２バネ
１６８方向切換弁
１７２バネ
２００電気ヒータ

Claims

エンジンの排気通路に配置された還元触媒と、
前記還元触媒を還元する還元剤を前記排気通路に噴射する噴射ノズルと、
前記噴射ノズルを加熱するヒータと、
前記噴射ノズルを前記排気通路に対して進出位置と後退位置の間で進退させるノズル駆動装置と、
少なくとも前記噴射ノズルが前記後退位置にあることを条件として前記ヒータを駆動制御する制御手段とを備えることを特徴とする排気浄化装置。
請求項１記載の排気浄化装置において、
前記噴射ノズルに目詰まりが生じたか否かを判定する目詰まり判定手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記噴射ノズルに目詰まりが生じていることが判定されたとき、前記ノズル駆動装置によって前記噴射ノズルを前記後退位置まで後退させ、前記ヒータを作動させることを特徴とする排気浄化装置。
請求項１記載の排気浄化装置において、
前記噴射ノズルに目詰まりが生じたか否かを判定する目詰まり判定手段と、
前記エンジンが停止しているか否かを判定する停止判定手段とをさらに備え、
前記制御手段は、前記噴射ノズルに目詰まりが生じていることが判定され、かつ、エンジンが停止していることが判定されていない場合、前記ノズル駆動装置によって前記噴射ノズルを前記後退位置まで後退させ、前記ヒータを作動させることを特徴とする排気浄化装置。
請求項２または３記載の排気浄化装置において、
前記噴射ノズルに目詰まりが生じていることが判定されたときは、前記噴射ノズルからの還元剤の噴射を中止する噴射中止手段をさらに備えることを特徴とする排気浄化装置。
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の排気浄化装置において、
前記噴射ノズルの温度を検出する温度検出手段と、
前記エンジンが停止しているか否かを判定する停止判定手段とをさらに備え、
前記制御手段は、前記エンジンが停止していることが判定され、かつ、前記検出された噴射ノズルの温度が前記還元剤の結晶化温度と前記気化温度の間の温度であるときに、前記ノズル駆動装置によって前記噴射ノズルを前記後退位置まで後退させ、前記ヒータを作動させることを特徴とする排気浄化装置。