JP6016127B2 - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、詳細には排気通路に設けられた触媒及びその触媒に供給された還元剤により排気中の有害成分を浄化する内燃機関の排気浄化装置に関する。

従来、内燃機関の排気浄化システムの一つに尿素ＳＣＲシステムが知られている。その尿素ＳＣＲシステムでは排気通路に排気中のＮＯｘを選択的に還元浄化する触媒（ＳＣＲ触媒、ＮＯｘ選択還元触媒）が設けられる。その触媒より上流側には、排気中に還元剤としての尿素水を添加する添加弁が設けられる。触媒は、添加弁から添加された尿素水をアンモニアに変換して貯蔵し、貯蔵したアンモニアで排気中のＮＯｘを窒素と水とに分解、つまり還元する。

排気中に添加される尿素水は、−１１℃で凍結する性質を持っている。尿素水が凍結すると、尿素水の体積が増加、つまり尿素水が膨張する。尿素水を排気通路に供給する供給手段（添加弁、ポンプ、配管等）内に残留した尿素水が凍結により膨張すると、その膨張により供給手段が破損するおそれがある。そこで、従来では、内燃機関の停止後に、供給手段のポンプを逆回転させることで、供給手段内に残留した尿素水を貯蔵部としての尿素水タンクに回収することが行われている（例えば特許文献１参照）。

特許第４７３０２７８号公報

しかしながら、供給手段内から還元剤を完全になくすということは物理的に不可能なため、貯蔵部への還元剤の回収を実行したとしても供給手段内に還元剤の水滴が残ってしまう。この残った還元剤は時間が経つと乾燥し（水分が蒸発し）、この乾燥により還元剤が固体化（析出）する。そして、この固体化した還元剤により配管が詰まったり、添加弁の摺動部が固着したりするという不具合が発生する。

また、供給手段内の還元剤を貯蔵部に回収すると、次回の内燃機関の作動時に再び供給手段内に還元剤を充填する時間が必要になり、排気浄化システムの始動が遅れるという不具合も発生する。一方で、還元剤の回収を行わないとすると、上記のように還元剤の凍結により供給手段が破損するおそれがある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、還元剤の凍結により供給手段が破損するのを抑制でき、かつ、供給手段内で還元剤が固体化してしまうのを抑制でき、かつ、排気浄化システムの始動の遅れを抑制できる内燃機関の排気浄化装置を提供することを課題とする。

（第１の発明）
上記課題を解決するために、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤の供給により排気中の有害成分を浄化する触媒と、
貯蔵部に貯蔵された液状の前記還元剤を、前記排気通路の前記触媒より上流に供給する供給手段と、
前記内燃機関の停止後に前記供給手段内に残留した前記還元剤を前記貯蔵部に回収する回収手段とを備え、
前記回収手段は、前記供給手段内に残留した前記還元剤を前記貯蔵部に吸い戻すポンプと、前記供給手段内に残留した前記還元剤を完全に前記貯蔵部に吸い戻す場合における前記ポンプの作動時間よりも短い作動時間、前記ポンプを作動させることで前記貯蔵部への回収後に所定量の前記還元剤を前記供給手段内に残留させる作動時間制御手段とを備えることを特徴とする。
（第２の発明）
本発明の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に設けられ、還元剤の供給により排気中の有害成分を浄化する触媒と、
貯蔵部に貯蔵された液状の前記還元剤を、前記排気通路の前記触媒より上流に供給する供給手段と、
前記内燃機関の停止後に前記供給手段内に残留した全ての前記還元剤を一旦前記貯蔵部に回収した後、所定量の前記還元剤を前記供給手段内に再充填する回収手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明では、供給手段内に残留した還元剤を完全に貯蔵部に回収するのではなく、所定量の還元剤が供給手段内に残留するようにその回収を行う。よって、回収後の供給手段内には、還元剤を完全に回収した場合に比べて、水分を多く含んだ形で還元剤が残留するので、その還元剤が供給手段内で固体化するのを抑制できる。また、次回の内燃機関の作動時には、既に所定量の還元剤が供給手段内に充填された状態となっているので、供給手段内に還元剤を完全に充填するまでの時間を早くできる。よって、排気浄化システムの始動の遅れを抑制できる。また、還元剤の回収を行うので、全く行わない場合に比べて、還元剤の凍結により供給手段が破損するのを抑制できる。

第１実施形態〜第３実施形態の排気浄化システムの構成図である。 第１実施形態の尿素水回収処理のフローチャートである。 尿素水回収処理に関連する各部の作動状態を時間軸であらわしたタイミングチャートであり、完全吸い戻し、一部吸い戻し、再充填の各タイミングチャートを対比した図である。 第２実施形態の尿素水回収処理のフローチャートである。 第３実施形態の尿素水回収処理に関連する各部の作動状態を時間軸であらわしたタイミングチャートである。 第３実施形態の尿素水回収処理のフローチャートである。 第４実施形態の排気浄化システムの構成図である。 第４実施形態のタイミングチャートであり、完全吸い戻し、一部吸い戻し、再充填の各タイミングチャートを対比した図である。 第４実施形態のタイミングチャートであり、インジェクタを再充填開始から遅らせて開弁する場合のタイミングチャートである。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は、車両に搭載された排気浄化システム１００の構成図である。排気浄化システム１００は、本発明の「内燃機関の排気浄化装置」に相当し、内燃機関としてのディーゼルエンジン５０（以下、単にエンジンという）から排出される排気中のＮＯｘを浄化する尿素ＳＣＲシステムとして構築されている。排気浄化システム１００では、エンジン５０に排気通路１２が接続されており、エンジン５０からの排気はその排気通路１２を通って車両外に排出されるようになっている。

排気通路１２には、排気中のＮＯｘを選択的に還元するＳＣＲ触媒１（ＮＯｘ選択還元触媒）が設けられている。そのＳＣＲ触媒１は、後述する尿素水添加弁２から添加された尿素水（還元剤）を加水分解によりアンモニア（ＮＨ３）に変換してそのアンモニアを貯蔵する。そして、ＳＣＲ触媒１は、貯蔵したアンモニア（ＮＨ３）と排気中のＮＯｘとを例えば下記式１、式２の反応を行わせることで、ＮＯｘを水や窒素に分解（浄化）する。
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ ・・・（式１）
６ＮＯ２＋８ＮＨ３→７Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ ・・・（式２）

なお、ＳＣＲ触媒１は無尽蔵にアンモニアを貯蔵できるわけではなく、ＳＣＲ触媒１に貯蔵できるアンモニアの最大貯蔵量は、ＳＣＲ触媒１の温度（触媒温度）によって変化する。触媒温度が急激に下がった場合などには、ＳＣＲ触媒１からアンモニアが放出されるアンモニアスリップという現象が発生する。そのため、排気通路１２のＳＣＲ触媒１より下流には、アンモニアスリップによってＳＣＲ触媒１から放出されたアンモニアを浄化するための酸化触媒３が設けられている。その酸化触媒３は、酸化機能を有し、アンモニアを水や窒素に分解する。

排気浄化システム１００には、ＳＣＲ触媒１に尿素水を供給するために、排気通路１２のＳＣＲ触媒１より上流に尿素水を供給する尿素水供給系が設けられている。具体的には、排気通路１２のＳＣＲ触媒１より上流には尿素水を排気通路１２に添加（供給）する尿素水添加弁２が設けられている。その尿素水添加弁２は、エンジン５０の筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と同様の構造を有している。具体的には、尿素水添加弁２は、電磁ソレノイド等からなる駆動部と、尿素水を流通させる尿素水通路や先端噴出口を開閉するためのニードル（摺動部）を有する弁本部とを備えた電磁式開閉弁として構成されており、ＥＣＵ１１からの駆動信号に基づき開弁又は閉弁する。すなわち、駆動信号に基づき電磁ソレノイドが通電されると、その通電に伴いニードルが開弁方向に移動し、そのニードルの移動に伴い先端噴出口から尿素水が添加（噴射）される。以下では、尿素水添加弁２をインジェクタという。

インジェクタ２に対しては、尿素水タンク８から尿素水が逐次供給される。その尿素水タンク８は、給液キャップ付きの密閉容器にて構成されており、その内部に所定の規定濃度の尿素水が貯蔵されている。尿素水タンク８とインジェクタ２とは配管１３により接続されており、配管１３内に尿素水通路が形成されている。配管１３のうち尿素水タンク８側の先端部には、尿素水を吸い込むための吸込口が形成されており、その吸込口が尿素水タンク８内に尿素水が貯留された状態において尿素水に浸漬した状態になっている。

配管１３の途中には、ポンプ７が設けられている。ポンプ７は、ＥＣＵ１１からの駆動信号により回転駆動されるインライン式の電動ポンプ（例えば３相式交流モータ）であり、正逆いずれの方向にも回転が可能となっている。ポンプ７が正回転方向に回転駆動（以下、正転駆動という）されることにより、尿素水タンク８から尿素水か汲み上げられ配管１３を通じてインジェクタ２側に吐出される。反対に、ポンプ７が逆回転方向に回転駆動（以下、逆転駆動という）されることにより、インジェクタ２や配管１３に充填された尿素水を尿素水タンク８に吸い戻すこと（回収）ができるようになっている。なお、図１では、ポンプ７は尿素水タンク８内の尿素水に浸漬した状態で設けられているが、尿素水タンク８外に設けられたとしても良い。

配管１３の途中には、尿素水を濾過する多孔質状の尿素水フィルタ４が設けられている。この尿素水フィルタ４によって尿素水内の異物が除去され、インジェクタ２や尿素水タンク８内に異物が入り込むのが抑制される。

また、ポンプ７よりも下流側（インジェクタ２側）には、尿素水添加圧が所定の圧力となるように調整する尿素水圧レギュレータ６が設けられている。尿素水圧レギュレータ６にて圧力調整の結果、余剰となった尿素水は尿素水タンク８に戻される。また、配管１３の途中には、配管１３内の尿素水の圧力を検出する尿素水圧センサ５が設けられている。尿素水添加圧を尿素水圧レギュレータ６で機械的に制御する方法に代えて、尿素水圧センサ５の検出値に基づきＥＣＵ１１がポンプ７の駆動を制御することで、尿素水添加圧を調整する方法を採用しても良い。

以上に説明したインジェクタ２、配管１３、ポンプ７、尿素水圧レギュレータ６、尿素水フィルタ４及び尿素水圧センサ５が、排気通路１２（ＳＣＲ触媒１）に尿素水を供給する尿素水供給系（本発明の「供給手段」に相当する）を構成する。

排気通路１２のＳＣＲ触媒１と酸化触媒３の間には、ＳＣＲ触媒１を通過した排気中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ９が設けられている。また、排気通路１２のＳＣＲ触媒１より上流には排気温度を検出する排気温センサ１０が設けられている。これらＮＯｘセンサ９、排気温センサ１０は、例えば、インジェクタ２により添加する尿素水の量や添加時期を制御するために用いられる。

排気浄化システム１００はＥＣＵ１１を備えている。そのＥＣＵ１１は、周知のマイクロコンピュータを備え、エンジン５０が作動（オン）している間、各種センサの検出値に基づいてインジェクタ２による排気通路１２内への尿素水添加（尿素水の添加時期、添加量）を制御する。また、ＥＣＵ１１は、時間を計測するタイマー１１１を備えている。また、ＥＣＵ１１には、エンジン５０のオンオフを行うイグニッションスイッチ（ＩＧスイッチ）１４が接続されている。

さらに、ＥＣＵ１１は、インジェクタ２、配管１３等から構成される尿素水供給系に残留した尿素水の凍結により、その尿素水供給系が破損するのを防止するために、エンジン５０の停止後に尿素水供給系に残留した尿素水を尿素水タンク８に回収する尿素水回収処理を実行する。以下、この尿素水回収処理の詳細を説明する。

図２は、ＥＣＵ１１が実行する尿素水回収処理のフローチャートである。図３は、尿素水回収処理に関連する各部の作動状態を時間軸であらわしたタイミングチャートである。なお、図３において、上から、エンジン５０のオンオフ（ＩＧスイッチ１４のオンオフ）のタイミングチャート、従来の手法（「完全吸い戻し」）によるタイミングチャート、本実施形態の手法（「一部吸い戻し」）によるタイミングチャート、後述の実施形態の手法（「再充填」）によるタイミングチャートを示している。また、図３の各手法（「完全吸い戻し」、「一部吸い戻し」、「再充填」）のタイミングチャートでは、上から、ポンプ７の作動状態（オンしているかオフしているか、オンの場合には回転方向）、インジェクタ２の作動状態（開弁か閉弁か）を示している。

図２の処理は例えばエンジン５０の始動（ＩＧスイッチ１４のオン）と同時に開始する。図２の処理を開始すると、ＥＣＵ１１は、先ず、ＩＧスイッチ１４（以下、単にＩＧという）がオフしたか否か、つまりエンジン５０が停止したか否かを判断する（Ｓ１１）。ＩＧがオンの場合、つまりエンジン５０が作動している場合には（Ｓ１１：Ｎｏ）、以降の処理に進まないで待機する。なお、ＩＧがオンの場合には、ＥＣＵ１１は、必要に応じて排気通路１２に尿素水を供給する処理を行い、尿素水を供給する場合には図３に示すように、ポンプ７を正転駆動させるとともに、インジェクタ２を開弁する。

ＩＧがオフの場合、つまりエンジン５０が停止した場合には（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、ポンプ７を一旦オフしたうえで（Ｓ１２）、Ｓ１３以降の処理で尿素水供給系（インジェクタ２、配管１３等）に充填された尿素水を尿素水タンク８に回収する。すなわち、インジェクタ２を開弁するとともに（Ｓ１３）、ポンプ７を逆転駆動させる（Ｓ１４）。これによって、尿素水供給系内に残留した尿素水が尿素水タンク８側に流れて、尿素水タンク８への吸い戻し（回収）が開始する。また、ＥＣＵ１１は、ポンプ７の逆転駆動（Ｓ１４）と同時にタイマー１１１（図１参照）により時間の計測を開始する。

次に、ポンプ７を逆転駆動させてから所定時間Ｔ２が経過したか否かを判断する（Ｓ１５）。この所定時間Ｔ２は、図３に示すように、尿素水供給系内に残留した尿素水を完全に尿素水タンク８に吸い戻す（完全吸い戻し）場合におけるポンプ７を逆転駆動させる時間Ｔ１よりも短い時間に設定されている。つまり、ＥＣＵ１１は、尿素水を完全に尿素水タンク８に吸い戻すわけではなく、意図的に一部（所定量）の尿素水を尿素水供給系内に残留させる。

この尿素水の残留量は、吸い戻し後に尿素水供給系内に残留した尿素水（残留尿素水）が凍結により膨張したとしても尿素水供給系が破損しない量に設定されている。具体的には、例えば、残留尿素水が凍結により膨張したときにこの膨張分以上の未充填空間が吸い戻し後の尿素水供給系内に存在するように、残留尿素水の量を設定する。換言すると、例えば、尿素水は膨張すると約７％体積が増加するので（特許文献１参照）、残留尿素水が約７％膨張したとしても膨張後の残留尿素水の体積が、尿素水供給系内の総容積（尿素水供給系に尿素水を完全に充填したときの尿素水で占められる容積）未満となるように、残留尿素水の量を設定する。なお、尿素水供給系内の総容積を正確に把握できない場合には配管１３の容積を、尿素水供給系内の総容積の代わりとしても良い。

また、残留尿素水の量は、乾燥により残留尿素水が固体化しない量に設定されている。具体的には、尿素水供給系内の飽和水蒸気量を考慮して、残留尿素水中の水分量が蒸発し切らないように、残留尿素水の量を設定する。より具体的には、尿素水供給系内の飽和水蒸気量と湿度とから、どの程度の水分量が蒸発し得るかがわかる。残留尿素水中の水分量が、この蒸発し得る水分量より多くなるように、残留尿素水の量を設定する。これによって、残留尿素水中の水分が蒸発してなくなってしまうのを抑制でき、その結果、残留尿素水が固体化するのを抑制できる。

なお、尿素水供給系内の飽和水蒸気量や湿度は、実際は温度等の条件に応じて変化するが、構成や処理が複雑になるのを防止するために、ここでは予め定めた固定値とする。ただし、正確な飽和水蒸気量を得るために、尿素水供給系内の温度を計測する温度センサを設け、この温度センサが計測した温度で、予め定めた飽和水蒸気量を補正し、補正後の飽和水蒸気量に基づいて、残留尿素水の量を設定しても良い。つまり、尿素水供給系の温度に応じて残留尿素水の量を変えるようにしても良い。

このように、残留尿素水の量は、残留尿素水中の水分量が蒸発し得る水分量より多くなるように、かつ、膨張後の残留尿素水の体積が尿素水供給系内の総容積未満となるように、設定される。このとき、次回のエンジン５０の作動時に尿素水を尿素水供給系内にできるだけ早く再充填するためには、残留尿素水の凍結により尿素水供給系が破損せず、かつ残留尿素水が乾燥により固体化しないという条件を満たす残留尿素水の量であれば、残留尿素水の量はできるだけ多いほうが好ましい。

Ｓ１５の所定時間Ｔ２は、残留尿素水の量が凍結による膨張と飽和水蒸気量とを考慮して定めた所定量となるように、ポンプ７の能力等を考慮して設定した時間である。この所定時間Ｔ２がまだ経過しない場合には（Ｓ１５：Ｎｏ）、尿素水の吸い戻しを継続する。所定時間Ｔ２が経過した場合には（Ｓ１５：Ｙｅｓ）、ポンプ７をオフするとともに（Ｓ１６）、インジェクタ２を閉弁して（Ｓ１７）（図３も参照）、図３のフローチャートの処理を終了する。なお、ＥＣＵ１１は、次回のエンジン５０の作動時には、ポンプ７を正転駆動させて尿素水を尿素水供給系内に再充填したうえで、排気通路１２への尿素水の供給を行う。

以上説明したように、本実施形態では、エンジン停止後の尿素水の回収において、意図的に一部の尿素水を残留させているので、次回のエンジン作動時に早く尿素水を尿素水供給系に再充填できる。よって、排気浄化システムの遅れを抑制できる。また、凍結による尿素水の膨張分と飽和水蒸気量とを考慮して、残留尿素水の量を設定しているので、尿素水供給系（インジェクタ２等）が破損するのを抑制できるとともに、尿素水の固体化による配管１３の詰まりやインジェクタ２の摺動部が固着したりするなどの不具合を抑制できる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を上記実施形態と異なる部分を中心に説明する。本実施形態では、図１のＥＣＵ１１が実行する尿素水回収処理が第１実施形態と異なっており、それ以外は第１実施形態と同じである。以下、本実施形態の尿素水回収処理の詳細を説明する。

図４は、本実施形態の尿素水回収処理のフローチャートである。ＥＣＵ１１は、図２の処理に代えて、図４の処理を実行する。また、図３の下段（「再充填」）のタイミングチャートは、図４の処理によるタイミングチャートを示している。図４において、Ｓ２１〜Ｓ２４の処理は図２のＳ１１〜Ｓ１４の処理と同じである。すなわち、ＩＧがオフして（Ｓ２１：Ｙｅｓ）、ポンプ７を一旦オフした後（Ｓ２２）、インジェクタ２を開弁し（Ｓ２３）、ポンプ７を逆転駆動させて（Ｓ２４）、尿素水の吸い戻しを開始する。

次に、尿素水の吸い戻しを開始してから所定時間Ｔ１が経過したか否かを判断する（Ｓ２５）。この所定時間Ｔ１は、図３の上段の「完全吸い戻し」における吸い戻し時間Ｔ１と同じである。つまり、本実施形態では、尿素水供給系内に残留した尿素水を一旦完全に尿素水タンク８に吸い戻す。所定時間Ｔ１がまだ経過していない場合には（Ｓ２５：Ｎｏ）、尿素水の吸い戻しを継続する。所定時間Ｔ１が経過した場合、つまり、尿素水を一旦完全に吸い戻した場合には（Ｓ２５：Ｙｅｓ）、ポンプ７を正転駆動させて、尿素水タンク８の尿素水を尿素水供給系に再充填する（Ｓ２６）。この際、図３に示すように、再充填開始時からインジェクタ２を開弁する。また、タイマー１１１で再充填を開始してからの時間を計測する。

次に、再充填を開始してから所定時間Ｔ４が経過したか否かを判断する（Ｓ２７）。この所定時間Ｔ４は、尿素水供給系内に尿素水を完全に充填する（完全充填）場合におけるポンプ７を正転駆動させる時間Ｔ３よりも短い時間に設定されている。具体的には、所定時間Ｔ４は、再充填により充填された尿素水の量が第１実施形態における残留尿素水の量と同じになるように、ポンプ７の能力等を考慮して設定された時間である。

所定時間Ｔ４がまだ経過しない場合には（Ｓ２７：Ｎｏ）、尿素水の再充填を継続する。所定時間Ｔ４が経過した場合には（Ｓ２７：Ｙｅｓ）、ポンプ７をオフするとともに（Ｓ２８）、インジェクタ２を閉弁して（Ｓ２９）、再充填を終了する。その後、図４のフローチャートの処理を終了する。

以上説明したように、本実施形態によれば、上記実施形態の効果に加えて、Ｓ２６の再充填時に配管１３内の空気がインジェクタ２側に押し出されるので、この空気の押し出しによりインジェクタ２の摺動部に付着した尿素水を外に排出することができる。これにより、インジェクタ２の摺動部での尿素水の固体化（尿素析出）をより一層抑制できる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を上記実施形態と異なる部分を中心に説明する。本実施形態では、図１のＥＣＵ１１が実行する尿素水回収処理が第１、第２実施形態と異なっており、それ以外は第１、第２実施形態と同じである。本実施形態は、第２実施形態を変形した実施形態であり、具体的には、尿素水を一旦完全に吸い戻した後の再充填時に、図５のタイミングチャートに示すようにインジェクタの開弁時期を再充填開始時期（ポンプの正転駆動開始時期）から遅らせている。なお、図５における時間Ｔ１、Ｔ４は、図３における時間Ｔ１、Ｔ４と同じ時間である。以下、本実施形態の尿素水回収処理の詳細を説明する。

図６は、本実施形態のＥＣＵ１１（図１参照）が実行する尿素水回収処理のフローチャートである。ＥＣＵ１１は、図２、図４の処理に代えて、図６の処理を実行する。なお、図６において、図４の処理と同じ処理には同じ符号を付している。図６の処理では、Ｓ２６とＳ２７の処理の間に、Ｓ２６１〜Ｓ２６３の処理が追加されている点で図４の処理と異なっており、それ以外は図４の処理と同じである。

すなわち、尿素水の再充填開始時（Ｓ２６の処理時）にはインジェクタ２を閉じておく（Ｓ２６１）。なお、インジェクタ２の閉弁時期は、尿素水の再充填開始と同時（Ｓ２６の処理と同時）でも良いし、尿素水の再充填開始前（Ｓ２６の処理前）でも良い。

次に、再充填を開始してから所定時間Ｔ５が経過したか否かを判断する（Ｓ２６２）。この所定時間Ｔ５は、図５に示すように所定時間Ｔ４（再充填終了時間）より短い時間であっても良いし、所定時間Ｔ４と同じ時間であっても良い。ただし、その後のインジェクタ２の開弁時にインジェクタ２内の尿素水をより強く吹き飛ばすという点では所定時間Ｔ５は所定時間Ｔ４に近い方が好ましい。所定時間Ｔ５と所定時間Ｔ４とが同じ時間の場合には、Ｓ２７の処理を省略すれば良い。

所定時間Ｔ５がまだ経過していない場合には（Ｓ２６２：Ｎｏ）、インジェクタ２の閉弁を継続する。所定時間Ｔ５が経過した場合には（Ｓ２６２：Ｙｅｓ）、インジェクタ２を開弁する（Ｓ２６３）。その後、所定時間Ｔ４が経過した場合には（Ｓ２７：Ｙｅｓ）、ポンプ７をオフするとともに（Ｓ２８）、インジェクタ２を閉弁して（Ｓ２９）、再充填を終了する。その後、図６のフローチャートの処理を終了する。

このように、本実施形態では、再充填開始からしばらくの間はインジェクタ２を閉じておくので、尿素水供給系（配管１３、インジェクタ２等）内の圧力が上がり、その後のインジェクタ２の開弁時にこの圧力によってインジェクタ２内の尿素水を外に吹き飛ばすことができる。よって、本実施形態は、上記実施形態の効果に加え、インジェクタ２の摺動部での尿素水の固体化（尿素析出）をより一層抑制できる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態を上記実施形態と異なる部分を中心に説明する。図７は、本実施形態の排気浄化システム１０１の構成図である。なお、図７において、図１の排気浄化システム１００と同じ構成には同じ符号を付している。図７の排気浄化システム１０１は、図１の回転式のポンプ７に代えてポンプ７１及び流路切替弁７２を備えている点で図１の構成と異なっており、それ以外は図１の構成と同じである。

ポンプ７１は、圧送式ポンプのように一方向Ｐ１（図７参照）のみに流体を圧送する機能を有するポンプである。すなわち、ポンプ７１は、流体をポンプ７１内に流入する流入口７１１と、ポンプ７１内から流体を流出する流出口７１２とを備える。そして、ポンプ７１は、流入口７１１から入った流体を方向Ｐ１に圧送し、流出口７１２から流出させる。このように、ポンプ７１単独では、尿素水タンク８への尿素水の吸い戻しはできない。そのポンプ７１は配管１３の途中に設けられている。

流路切替弁７２は配管１３の途中に設けられている。具体的には、流路切替弁７２は、ポンプ７の流入口７１１、流出口７１２、尿素水タンク８側の配管１３の端部１３３（以下、タンク側配管という）及びインジェクタ２側の配管１３の端部１３４（以下、インジェクタ側配管という）のそれぞれに接続される形で設けられている。

その流路切替弁７２は、ＥＣＵ１１からの切替信号に基づき配管１３内の尿素水が流れる流路を切り替える弁である。具体的には、流路切替弁７２は、タンク側配管１３３と流入口７１１とを接続し、かつ、インジェクタ側配管１３４と流出口７１２とを接続した第１流路状態と、インジェクタ側配管１３４と流入口７１１とを接続し、かつ、タンク側配管１３３と流出口７１２とを接続した第２流路状態との間で、流路を切り替える弁である。図７では、流路切替弁７２内において、第１流路状態を実線で、第２流路状態を点線で示している。

流路切替弁７２が第１流路状態にあるときには、ポンプ７１の作動によって尿素水は配管１３内を尿素水タンク８からインジェクタ２の方向に流れる。他方、流路切替弁７２が第２流路状態にあるときには、ポンプ７１の作動によって尿素水は配管１３内をインジェクタ２から尿素水タンク８の方向に流れる。

ＥＣＵ１１は、流路切替弁７２による流路切替を制御することで、エンジン５０の作動時にはインジェクタ２から排気通路１２に尿素水を供給し、エンジン５０の停止時には尿素水タンク８への尿素水の回収（吸い戻し）を行う。ここで、図８は、本実施形態における尿素水回収に関連する各部の作動状態を時間軸であらわしたタイミングチャートを示している。この図８のタイミングチャートは、図３のタイミングチャートに対応しており、上から、エンジン５０（ＩＧ）のオンオフ、従来の手法（「完全吸い戻し」）によるタイミングチャート、第１実施形態と同様の手法（「一部吸い戻し」）によるタイミングチャート、第２実施形態と同様の手法（「再充填」）によるタイミングチャートを示している。また、図８の各手法のタイミングチャートでは、上から、ポンプ７１の作動状態（オンしているかオフしているか）、流路切替弁７２の状態、インジェクタ２の作動状態（開弁か閉弁か）を示している。なお、図８の流路切替弁７２のタイミングチャートでは、上記第１流路状態を「流路：正」、第２流路状態を「流路：逆」としている。また、図８において、時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ４は、それぞれ、図３の時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ４と同じである。

ＥＣＵ１１は、図８に示すように、ＩＧがオンしている時には、ポンプ７１をオンし、流路切替弁７２の状態を第１流路状態（流路：正）にし、インジェクタ２を開弁することで、排気通路１２への尿素水の供給を行う。

一方、ＥＣＵ１１は、ＩＧがオフすると、上記実施形態と同様に、尿素水供給系（インジェクタ２、配管１３等）に残留した尿素水を尿素水タンク８に回収し、この際、意図的に所定量の尿素水を尿素水供給系内に残留させる。具体的には、ＥＣＵ１１は、図８の「一部吸い戻し」の回収を行う場合には、ポンプ７１を、完全吸い戻しによる時間Ｔ１よりも短い所定時間Ｔ２だけ駆動させ、かつ、その所定時間Ｔ２の間、流路切替弁７２を第２流路状態（流路：逆）にする。なお、この場合、図２において、Ｓ１４の処理に代えて、「流路切替弁を第２流路状態に切り替える」という処理を追加すれば良い。これによって、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、ＥＣＵ１１は、図８の「再充填」の回収を行う場合には、先ず、ポンプ７１を所定時間Ｔ１駆動し、かつ、その所定時間Ｔ１の間、流路切替弁７２の状態を第２流路状態にすることで、一旦尿素水を尿素水タンク８に完全に吸い戻す。その後、ＥＣＵ１１は、ポンプ７１を所定時間Ｔ４駆動し、かつ、その所定時間Ｔ４の間、流路切替弁７２の状態を第１流路状態にすることで、尿素水を所定量だけ尿素水供給系に再充填する。また、再充填の開始時からインジェクタ２を開弁しておく。なお、この場合、図４において、Ｓ２４の処理に代えて、「流路切替弁を第２流路状態に切り替える」という処理を追加し、Ｓ２６の処理に代えて、「流路切替弁を第１流路状態に切り替える」という処理を追加すれば良い。これによって、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

さらに、図９は、第３実施形態と同様の手法（「再充填」）によるタイミングチャートを示している。ＥＣＵ１１は、この図９の「再充填」の回収を行う場合には、ポンプ７１及び流路切替弁７２に対しては図８の「再充填」のときと同様に制御するとともに、インジェクタ２に対しては、再充填の開始からしばらくの間（所定時間Ｔ５が経過するまで）は閉弁しておき、所定時間Ｔ５経過後に開弁する。なお、この場合、図６において、Ｓ２４の処理に代えて、「流路切替弁を第２流路状態に切り替える」という処理を追加し、Ｓ２６の処理に代えて、「流路切替弁を第１流路状態に切り替える」という処理を追加すれば良い。これによって、第３実施形態と同様の効果を得ることができる。

以上説明したように、一方向のみに流体を圧送する機能を有するポンプを用いた場合であっても、流路切替弁を用いることにより、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載を逸脱しない限度で種々の変更が可能である。例えば、第３実施形態、第４実施形態では、再充填時に所定時間Ｔ５経過後にインジェクタ２を開弁していたが、尿素水圧センサ５が検出する圧力が所定圧力を超えたときにインジェクタ２を開弁するようにしても良い。これによっても、インジェクタ２の開弁時に高圧力によってインジェクタ２内の尿素水を外に吹き飛ばすことができる。また、例えば、ガソリンエンジン、特にリーンバーンエンジン用の尿素ＳＣＲシステムに本発明を適用しても良い。また、尿素水以外の還元剤（例えば、アンモニア含有の水溶液）を用いる排気浄化システムに本発明を適用しても良い。

１ ＳＣＲ触媒
２ 尿素水添加弁（インジェクタ）
８ 尿素水タンク
７、７１ ポンプ
７２ 流路切替弁
１１ ＥＣＵ
１２ 排気通路
１３ 配管
５０ ディーゼルエンジン（内燃機関）
１００、１０１ 排気浄化システム

Claims (9)

1. 内燃機関（５０）の排気通路（１２）に設けられ、還元剤の供給により排気中の有害成分を浄化する触媒（１）と、
   貯蔵部（８）に貯蔵された液状の前記還元剤を、前記排気通路の前記触媒より上流に供給する供給手段（２、１３、７、４、５、６）と、
   前記内燃機関の停止後に前記供給手段内に残留した前記還元剤を前記貯蔵部に回収する回収手段（１１、７、７１、７２）とを備え、
   前記回収手段は、前記供給手段内に残留した前記還元剤を前記貯蔵部に吸い戻すポンプ（７、７１）と、前記供給手段内に残留した前記還元剤を完全に前記貯蔵部に吸い戻す場合における前記ポンプの作動時間よりも短い作動時間、前記ポンプを作動させることで前記貯蔵部への回収後に所定量の前記還元剤を前記供給手段内に残留させる作動時間制御手段（Ｓ１４〜Ｓ１６、１１）とを備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置（１００、１０１）。
2. 内燃機関（５０）の排気通路（１２）に設けられ、還元剤の供給により排気中の有害成分を浄化する触媒（１）と、
   貯蔵部（８）に貯蔵された液状の前記還元剤を、前記排気通路の前記触媒より上流に供給する供給手段（２、１３、７、４、５、６）と、
   前記内燃機関の停止後に前記供給手段内に残留した全ての前記還元剤を一旦前記貯蔵部に回収した後、所定量の前記還元剤を前記供給手段内に再充填する回収手段（１１、７、７１、７２）と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置（１００、１０１）。
3. 前記所定量は、前記回収後、前記供給手段内に残留した前記還元剤である残留還元剤が凍結により膨張したとしても前記供給手段が破損しない量、かつ、前記残留還元剤の水分が蒸発し切らない量であることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記回収後の前記供給手段内に、前記残留還元剤の凍結による膨張分以上の未充填空間が存在するように、前記所定量が定められたことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記残留還元剤の水分量が、前記供給手段内の飽和水蒸気量に基づいて定まる蒸発し得る水分量より多くなるように、前記所定量が定められたことを特徴とする請求項３又は４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記供給手段は、前記還元剤を前記排気通路に供給する添加弁（２）を備え、
   前記回収手段は、前記再充填の際に前記添加弁を開弁するように制御する弁制御手段（１１）を備え、その弁制御手段（Ｓ２６１、Ｓ２６２、Ｓ２６３）は、前記添加弁の開弁時期を前記再充填の開始時期から遅らせることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記供給手段は、前記還元剤を前記排気通路に供給する添加弁（２）と、前記貯蔵部と前記添加弁との間を繋ぐ配管（１３）と、前記貯蔵部に貯蔵された前記還元剤を前記配管を通じて前記添加弁まで送り込むポンプ（７）とを備え、
   前記ポンプは、前記貯蔵部から前記添加弁の方向に前記還元剤を送り込む作動方向と、前記添加弁から前記貯蔵部の方向に前記還元剤を送り込む作動方向との間で切り替え可能に構成されており、
   前記回収手段は、前記ポンプと、前記ポンプの作動方向を制御することで前記回収を行うポンプ制御手段（１１）とを備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 前記供給手段は、前記還元剤を前記排気通路に供給する添加弁（２）と、前記貯蔵部と前記添加弁との間を繋ぐ配管（１３）と、前記貯蔵部に貯蔵された前記還元剤を前記配管を通じて前記添加弁まで送り込むポンプ（７１）とを備え、
   前記ポンプの作動方向は一方向のみであり、
   前記回収手段は、前記ポンプと、前記供給手段内における前記還元剤の流路を、前記貯蔵部から前記添加弁の方向に前記還元剤が流れる流路と前記添加弁から前記貯蔵部の方向に前記還元剤が流れる流路との間で切り替える切替手段（７２）と、前記切替手段による流路の切り替えを制御することで前記回収を行う切替制御手段（１１）とを備えることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
9. 前記還元剤は尿素水であり、
   前記触媒は、前記供給手段から供給された尿素水から生成されたアンモニアで排気中のＮＯｘを還元するＮＯｘ選択還元触媒であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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