JP6183297B2 - 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添加した尿素水等の液体により、排気中の有害物質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装置の一つに尿素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尿素水供給系（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、その膨張により尿素水供給系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、ポンプを逆回転駆動させることで、尿素水供給系内に残留した尿素水を尿素水タンクに吸い戻すことが行われている（例えば特許文献１参照）。また、特許文献１には、尿素水の吸い戻しの際に尿素水供給系内に空気を導入するために添加弁を開弁することが記載されている。

特開２００８−１０１５６４号公報

しかしながら、添加弁を開弁した状態で液体（尿素水）の吸い戻しを行うと、排気通路に存在する異物が添加弁内に吸い込まれる可能性があり、その異物によって添加弁の機能が低下するという問題点がある。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、添加弁内に異物が混入するのを抑制しつつ、添加弁内に残留した液体量を低減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。

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、内燃機関の排気中の有害物質を浄化するための液体が蓄えられたタンクと、
前記液体を前記内燃機関の排気通路に添加する添加弁と、
前記タンクと前記添加弁の間における前記液体の流路を形成する配管と、
前記内燃機関の作動時に前記タンクに蓄えられた前記液体を前記配管を通じて前記添加弁に供給するポンプと、
前記内燃機関の停止後に、前記添加弁に対する前記液体の供給及び吸い戻しが無い状態で前記添加弁を開弁して前記添加弁内に残留した前記液体を添加する添加制御手段と、
前記ポンプから前記添加弁までの前記配管のいずれかの位置における流路を閉鎖する流路閉鎖手段とを備え、
前記添加制御手段は、前記内燃機関の停止後に、前記流路閉鎖手段により前記配管の流路が閉鎖した状態且つ前記ポンプが停止した状態で前記添加弁を開弁することを特徴とする。

本発明によれば、内燃機関の停止後に、添加弁に対する液体の供給及び吸い戻しが無い状態で添加弁を開弁するので、添加弁内に残留した尿素水による残圧によってその尿素水を排気通路に排出（添加）することができる。よって、添加弁内に異物が混入するのを抑制しつつ、添加弁内に残留した液体量を低減できる。

第１、第２実施形態における排気浄化システムの構成図である。 添加弁の全体構成を示した断面図である。 図２のＡ部拡大図である。 第１実施形態の排除処理のフローチャートである。 第２実施形態の排除処理のフローチャートである。 第３〜第６実施形態における排気浄化システムの構成図である。 図６のＢ部拡大図である。 第３実施形態の排除処理のフローチャートである。 第４実施形態の排除処理のフローチャートである。 第５実施形態の排除処理のフローチャートである。 第６実施形態の排除処理のフローチャートである。

（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１の構成図である。排気浄化システム１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２（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１では、エンジン２に排気通路３が接続されており、エンジン２からの排気はその排気通路３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３には、排気中のＮＯｘを選択的に還元するＳＣＲ触媒４（ＮＯｘ選択還元触媒）が設けられている。そのＳＣＲ触媒４は、後述する添加弁５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４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、式３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）
ＮＯ＋ＮＯ２＋２ＮＨ３→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ ・・・（式３）

なお、ＳＣＲ触媒４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４に貯蔵できるアンモニアの最大貯蔵量は、ＳＣＲ触媒４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４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３のＳＣＲ触媒４より下流には、アンモニアスリップによってＳＣＲ触媒４から放出されたアンモニアを浄化するための酸化触媒（図示外）が設けられることがある。その酸化触媒は、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１には、ＳＣＲ触媒４に尿素水を供給するために、排気通路３のＳＣＲ触媒４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３のＳＣＲ触媒４より上流には尿素水を排気通路３に添加（供給）する添加弁５（インジェクタ）が設けられている。その添加弁５は、エンジン２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。ここで、図２、図３は添加弁５の構造図を示し、具体的には、図２は、添加弁５の全体構成を示した断面図であり、図３は、図２のＡ部拡大図である。

図２、図３を参照して添加弁５の構造の詳細を説明すると、添加弁５は、駆動部５１と弁体部５２とを備えた電磁式開閉弁である。駆動部５１は、電磁ソレノイド５３を有し、ターミナル５４から入力される通電信号により通電される。弁体部５２は、主要な構成として、ケーシング５５内に収容されたニードル５６と、ケーシング５５に組み付けられてニードル５６の先端部を摺動可能に保持するノズルボディ５７と。ニードル５６を閉弁方向に付勢するコイルバネ５８とを有する。

ニードル５６及びノズルボディ５７内には、尿素水吸入口６３から取り込んだ尿素水を流通させるための尿素水通路５９、６０（図３参照）が設けられている。ニードル５６の先端付近の側面には複数の尿素水流通孔６１が形成されている。その尿素水流通孔６１により、尿素水通路５９、６０が連通されている。尿素水は、尿素水通路５９を通った後、尿素水流通孔６１から尿素水通路６０に進行する。また、ノズルボディ５７の先端部には先端噴出口６２（図３参照）が形成されている。

添加弁５は、ＤＣＵ１９（図１参照）からの通電信号に電磁ソレノイド５３が通電されると、該通電に伴いニードル５６が開弁方向に移動し、そのニードル５６の移動によって先端噴出口６２が開放されて尿素水が添加（噴射）される。

図１の説明に戻り、添加弁５に対しては、尿素水タンク６から尿素水が逐次供給される。その尿素水タンク６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６と添加弁５の間には、尿素水の流路を形成する例えばゴム製の配管８が設けられている。その配管８の一方の先端８３は添加弁５の尿素水吸入口６３（図２参照）に接続しており、他方の先端８４はポンプ７に接続している。そのポンプ７は、本体部７１と、尿素水を本体部７１内に吸い込むための吸込口７２とを有する。本実施形態では、本体部７１は、尿素水タンク６の外部の尿素水タンク６に隣接した位置に配置されている。吸込口７２は尿素水タンク６内において尿素水に浸漬した状態で配置されている。

ポンプ７（本体部７１）は、ＤＣＵ１９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６から尿素水か汲み上げられ、その尿素水が本体部７１内を通った後、配管８を通じて添加弁５側に吐出（圧送）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、尿素水供給系（配管８、ポンプ７など）に充填された尿素水を尿素水タンク６に吸い戻すことができるようになっている。なお、図１では、本体部７１は尿素水タンク６外に設けられているが、尿素水タンク６内において尿素水に浸漬した状態で設けられたとしても良い。

なお、本体部７１は、電動ポンプを構成するモータ（ステータ、ロータ等）、そのモータを駆動する駆動回路、モータの回転軸に嵌着されたインペラ、ポンプ７の駆動に必要なセンサ（本体部７１内における尿素水の圧力を検知するセンサや、尿素水の温度を検知するセンサなど）などから構成されている。

配管８の途中には、配管８から分岐した分岐管１０が接続されている。本実施形態では、分岐管１０は、尿素水タンク６及びポンプ７の近傍に接続されているが、添加弁５からポンプ７までの配管８のどの位置に接続されても良い。

また、分岐管１０の流路には、一方向の流体の流れは許容し、その方向と反対方向への流体の流れ（逆流）は禁止する構造を有した逆止弁１３が配置されている。その逆止弁１３の配置方向は、分岐管１０から配管８に流体が流れることは許容し、配管８から分岐管１０に流体が流れることは禁止する配置方向となっている。逆止弁１３は、内蔵バネの付勢力と尿素水圧力とのバランスにより開閉する機械式のチェック弁により構成されている。ポンプ７が逆転駆動された時に配管８内の負圧により逆止弁１３が開放されるようになっている。なお、本実施形態では、逆止弁１３の上流側は開放（無接続）となっているが、尿素水タンク６内の空間部など、隔壁により外部から隔てられた空間部に逆止弁１３の上流側を接続しても良い。これによって、被水などの異物の混入が少ない空気を配管８内に導入することができる。

分岐管１０と配管８との接続部より添加弁５側の配管８１（添加弁側配管）には、添加弁側配管８１内の圧力を検知する圧力センサ１４が設けられている。また、配管８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（図示外）が設けられている。

さらに、排気通路３の添加弁５より上流には、排気中のＮＯｘ濃度（ＳＣＲ触媒４を通過する前のＮＯｘ濃度）を検知するＮＯｘセンサ１５や排気温を検知する排気温センサ１６が設けられている。また、排気通路３の添加弁５とＳＣＲ触媒４の間には、排気温を検知する排気温センサ１７が設けられている。また、排気通路３のＳＣＲ触媒４より下流には、排気中のＮＯｘ濃度（ＳＣＲ触媒４を通過した後のＮＯｘ濃度）を検知するＮＯｘセンサ１８が設けられている。これらセンサ１５〜１８は、例えば、添加弁５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１はＤＣＵ（Ｄｏｓｉｎｇ Ｃｏｎｔｏｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１９を備えている。そのＤＣＵ１９は、周知のマイクロコンピュータを備え、エンジン２が作動（オン）している間、各種センサの検出値に基づいて添加弁５による排気通路３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、ＤＣＵ１９はポンプ７の駆動制御を行い、具体的には、エンジン２の作動時に添加弁５により尿素水添加を行う際にはポンプ７を正転駆動させて、尿素水タンク６から添加弁５に尿素水を供給する。

ここで、尿素水は−１１℃で凍結し、凍結すると約７％体積が増加する。そのため、エンジン２の停止時に、尿素水供給系内（添加弁５、配管８、ポンプ７等）に尿素水が充填されていると、その尿素水の凍結による体積の膨張により、尿素水供給系が破損するおそれがある。また、添加弁５に異物が混入するのを避ける必要がある。添加弁５に異物が混入すると、図３に示すように、先端噴出口６２に異物の詰まりや、ニードル５６による異物の噛み込みなどが発生して、添加弁５の機能が低下してしまうからである。

ＤＣＵ１９は、以上の問題を踏まえて、エンジン２の停止後に尿素水供給系に残留した尿素水を排除する処理（排除処理）を実行する。以下、この排除処理の詳細を説明する。図４は、排除処理のフローチャートである。図４の処理は、ＤＣＵ１９が作動している間、所定時間おきに繰り返し実行される。

図４の処理を開始すると、ＤＣＵ１９は、先ず、残留尿素水の排除制御の実行条件が成立したか否かの判断として、エンジン２の停止と、ポンプ７の停止とが両方成立しているか否かを判断する（Ｓ１）。エンジン２の停止は、例えばエンジン２のオンオフを行うイグニッションスイッチ（図示外）がオフされたか否かに基づいて判断すれば良い。エンジン２の停止と、ポンプ７の停止とが両方成立しない場合、つまり、エンジン２とポンプ７の少なくとも一方が作動している場合には（Ｓ１：Ｎｏ）、図４の処理を終了する。この場合には、尿素水の排除制御（残圧噴射制御、吸い戻し制御）は実行されない。

一方、エンジン２の停止と、ポンプ７の停止とが両方成立した場合には（Ｓ１：Ｙｅｓ）、添加弁５に通電信号を出力して添加弁５の開弁制御（残圧噴射制御）を行う（Ｓ２）。これによって、添加弁５内及び添加弁５付近の配管８内に残留していた尿素水による残圧によってその尿素水を添加弁５の先端噴出口６２から排気通路３に噴射（添加）することができる。この際、添加弁５を開弁しているが、ポンプ７は停止しているので、排気通路３から添加弁５内への空気の吸込力は働かない。よって、排気通路３に存在している異物が添加弁５内に混入するのを抑制でき、添加弁５の機能低下を回避できる。

Ｓ２の残圧噴射制御として、ＤＣＵ１９は、例えば、所定時間、連続的な通電信号を添加弁５に出力することで、１回の残圧噴射制御（添加制御）で添加弁５を１回開弁させる連続添加制御を実行する。この連続添加制御においては、添加弁５の開弁時間（噴射時間）が、添加弁５の制御パラメータとなる。本実施形態では、連続添加制御における添加弁５の開弁時間を、連続添加制御後の添加弁５内の残圧が所定圧力未満となるように、言い換えると、連続添加制御後に添加弁５内に尿素水が残留しないように、又は残留したとしても尿素水が凍結により膨張した時にその膨張体積を吸収できる空間が添加弁５内に存在するように、実験や計算により予め設定した時間としている。連続添加制御により尿素水を添加することで、後述の断続添加制御に比べて短期間で添加弁５内の残圧（残留尿素水）を低くすることができる。

また、ＤＣＵ１９は、連続添加制御に代えて、断続的な通電信号（オン、オフを交互に繰り返す通電信号）を添加弁５に出力することで、１回の残圧噴射制御（添加制御）で添加弁の開弁と閉弁とを交互に繰り返す断続添加制御を実行しても良い。この断続添加制御においては、添加弁５の開弁時間（通電信号のパルス幅）（噴射時間）と開弁回数（噴射回数）とが添加弁５の制御パラメータとなる。本実施形態では、断続添加制御を実行する場合には、断続添加制御における開弁時間及び開弁回数を、断続添加制御後の添加弁５内の残圧が所定圧力未満となるように、言い換えると、断続添加制御後に添加弁５内に尿素水が残留しないように、又は残留したとしても尿素水が凍結により膨張した時にその膨張体積を吸収できる空間が添加弁５内に存在するように、実験や計算により予め設定した値としている。断続添加制御によれば、添加弁５のニードル５６（図２参照）が上下に頻繁に動くことになるので、その動きにより残留尿素水を添加弁５の外に効果的に押し出すことができる。つまり、より確実に、添加弁５内の残圧を低くすることができる。

残圧噴射制御を実行した後、ＤＣＵ１９は、ポンプ７を逆転駆動させて、尿素水供給系に残留した尿素水を尿素水タンク６に吸い戻す（Ｓ３）。ポンプ７を逆転駆動させると、配管８内の負圧により逆止弁１３が開放されて、分岐管１０から配管８内に空気が導入される。導入された空気は、分岐管１０と配管８との接続部より尿素水タンク６側（ポンプ７側）の配管８２（タンク側配管）内及びポンプ７（本体部７１）内に流通して、それらタンク側配管８２、ポンプ７内の残留尿素水を追い出すことができる。空気により追い出された残留尿素水は、吸込口７２（この場合は排出口として機能する）を介して尿素水タンク６に排出される。

また、Ｓ３の吸い戻し制御では、添加弁５を閉弁状態にしておく。これによって、排気通路３から添加弁５内に異物が混入するのを抑制できる。なお、吸い戻し制御では、添加弁側配管８１及び添加弁５内の残留尿素水の吸い戻しは行われないが、Ｓ２でその残留尿素水は排気通路３に添加されているので、Ｓ２、Ｓ３により尿素水供給系全体の残留尿素水を低減できる。

吸い戻し制御は予め定められた時間だけ実行する。この予め定められた時間は、吸い戻し制御の実行後にタンク側配管８２及びポンプ７内（特にポンプ７内）に尿素水が残留しないように、又は残留したとしても尿素水が凍結により膨張した時にその膨張体積を吸収できる空間がポンプ７内に存在するように、設定される。吸い戻し制御を実行した後、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、ポンプ７を停止した状態で添加弁５を開弁するので、添加弁５内の残留尿素水を残圧により添加できるとともに、添加弁５内に異物が混入するのを抑制できる。また、吸い戻し制御により、ポンプ７内の残留尿素水を尿素水タンク６に吸い戻すことができる。

また、本実施形態では、機械式の逆止弁１３（チェック弁）を用いているので、逆止弁１３の作動を制御しなくても、逆止弁１３から配管８に空気を導入でき、配管８から逆止弁１３側に尿素水や空気の逆流を防止できる。

なお、図４の排除制御では、残圧噴射制御を実行した後に吸い戻し制御を実行したが、残圧噴射制御を実行する前に吸い戻し制御を実行しても良い。つまり、Ｓ２の処理とＳ３の処理を入れ替えても良い。

（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。本実施形態の排気浄化システムの構成は図１の構成である。ＤＣＵ１９が実行する排除処理が第１実施形態と異なり、それ以外は第１実施形態と同じである。ＤＣＵ１９は図５に示す排除処理を実行する。以下、図５の排除処理の詳細を説明する。図５の処理は、ＤＣＵ１９が作動している間、所定時間おきに繰り返し実行される。

図５の処理を開始すると、ＤＣＵ１９は、先ず、尿素水の排除制御の実行条件が成立したか否かの判断として、エンジン２の停止と、ポンプ７の停止とが両方成立しているか否かを判断する（Ｓ４）。エンジン２の停止とポンプ７の停止とが両方成立しない場合には（Ｓ４：Ｎｏ）、図５の処理を終了する。

一方、エンジン２の停止とポンプ７の停止とが両方成立した場合には（Ｓ４：Ｙｅｓ）、圧力センサ１４（図１参照）が検知した尿素水圧力Ｐ（添加弁側配管８１内の圧力）を読み込む（Ｓ５）。この尿素水圧力Ｐは、添加弁５内の残圧に相当する。次に、その尿素水圧力Ｐが所定圧力より高いか否かを判断する（Ｓ６）。この所定圧力は、残留尿素水が凍結により膨張したとしても、添加弁５が破損しない程度に低い圧力の上限である。尿素水圧力Ｐが所定圧力より低い場合には（Ｓ６：Ｎｏ）、図４のＳ３と同様の吸い戻し制御を実行する（Ｓ１０）。これによって、尿素水供給系（特にタンク側配管８２、ポンプ７）内の残留尿素水を尿素水タンク６に吸い戻すことができる。また、添加弁５内の残圧はもともと低いので、添加弁５に対して尿素水の排除を行わないとしても、問題にならない。吸い戻し制御を実行した後、図５のフローチャートの処理を終了する。

一方、Ｓ６において、尿素水圧力Ｐが所定圧力より高い場合には（Ｓ６：Ｙｅｓ）、図４のＳ２と同様の残圧噴射制御を実行する（Ｓ７）。この際、直前に読み込んだ尿素水圧力Ｐの値によって、残圧噴射制御における添加弁５の制御パラメータを設定する。具体的には、残圧噴射制御として連続添加制御を実行する場合には、尿素水圧力Ｐが高いほど添加弁５の開弁時間を長くする。また、残圧噴射制御として断続添加制御を実行する場合には、尿素水圧力Ｐが高いほど、添加弁５の開弁時間（通電信号のパルス幅）と開弁回数の少なくとも一方を大きくする。例えば、尿素水圧力Ｐと、開弁時間又は開弁回数との関係（マップ）をＤＣＵ１９内のメモリに予め記憶しておき、この関係に基づいて今回の尿素水圧力Ｐに対応する開弁時間又は開弁回数の値を決定すれば良い。

このように、尿素水圧力Ｐの値によって添加弁５の制御パラメータを設定することで、添加弁５内の残圧（残留尿素水）を効率的に低減させることができる。

その後、再び圧力センサ１４から尿素水圧力Ｐを読み込み（Ｓ８）、その尿素水圧力Ｐが所定圧力より低くなったか否かを判断する（Ｓ９）。この所定圧力も、Ｓ６における所定圧力と同様に、残留尿素水が凍結により膨張したとしても、添加弁５が破損しない程度に低い圧力の上限である。尿素水圧力Ｐが所定圧力より未だ高い場合には（Ｓ９：Ｎｏ）、Ｓ７に戻り、直前に読み込んだ尿素水圧力Ｐに基づいて添加弁５の制御パラメータを設定しなおして、その制御パラメータにより残圧噴射制御を再度実行する（Ｓ７）。

Ｓ９において尿素水圧力Ｐが所定圧力より低くなった場合には（Ｓ９：Ｙｅｓ）、吸い戻し制御を実行し（Ｓ１０）、図５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、上記実施形態と同様の効果が得られる。加えて、本実施形態では、尿素水圧力Ｐが所定圧力未満になるまで残圧噴射制御を実行しているので、確実に、添加弁５内の残留尿素水を低減できる。また、尿素水圧力Ｐがもともと所定圧力未満の場合には、残圧噴射制御の実行を中止しているので、処理を簡素化できる。

なお、図５の排除制御では、残圧噴射制御を実行した後に吸い戻し制御を実行したが、残圧噴射制御を実行する前に吸い戻し制御を実行しても良い。具体的には、Ｓ５の処理の前に、Ｓ１０の吸い戻し制御を実行しても良い。

（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。図６は本実施形態の排気浄化システムの構成図である。図６の排気浄化システム１ａにおいて、図１の排気浄化システム１と同じ構成には同一の符号を付している。排気浄化システム１ａの構成は、分岐管１０と配管８の接続部に三方弁９が配置されている点で図１の排気浄化システム１と異なり、それ以外は排気浄化システム１の構成と同じである。

ここで、図７は、図６のＢ部拡大図である。図７に示すように、三方弁９は、分岐管１０と配管８の分岐点１００（接続部）に接続された開閉部９１を有する。その開閉部９１が分岐点１００を基点として図７に示す位置Ｃと、位置Ｄのいずれかに切り替えられることで、分岐管１０の流路の開閉が行われる。具体的には、開閉部９１が位置Ｃにあるときには、分岐管１０の流路が閉鎖するとともに、添加弁側配管８１の流路とタンク側配管８２の流路とが開通する。これに対し、開閉部９１が位置Ｄにあるときには、分岐管１０の流路とタンク側配管８２の流路とが開通するとともに、タンク側配管８２から見て添加弁側配管８１の流路が閉鎖する（タンク側配管８２の流路と添加弁側配管８１の流路とが遮断される）。以下では、開閉部９１が位置Ｃにある状態を第１流路状態と言い、開閉部９１が位置Ｄにある状態を第２流路状態と言う。

ＤＣＵ１９は、三方弁９の切り替え制御を行い、具体的には、エンジン２の作動時に添加弁５により尿素水添加を行う際には、三方弁９を第１流路状態（図７の位置Ｃの状態）にしたうえで、ポンプ７を正転駆動させる。これによって、分岐管１０が閉鎖されることになるので、配管８内を流れる尿素水が分岐管１０に流れ込むのを確実に回避でき、また、分岐管１０から配管８内に空気や異物が導入されるのを抑制できる。よって、尿素水を添加弁５に効率的に送ることができるとともに、添加弁５に異物が混入するのを抑制できる。

また、ＤＣＵ１９が実行する排除処理が上記実施形態と異なる。具体的には、ＤＣＵ１９は図８に示す排除処理を実行する。以下、図８の排除処理の詳細を説明する。図８の処理は、ＤＣＵ１９が作動している間、所定時間おきに繰り返し実行される。

図８の処理を開始すると、ＤＣＵ１９は、先ず、尿素水の排除制御の実行条件が成立したか否かの判断として、エンジン２の停止と、ポンプ７の停止とが両方成立しているか否かを判断する（Ｓ１１）。エンジン２の停止とポンプ７の停止とが両方成立しない場合には（Ｓ１１：Ｎｏ）、図８の処理を終了する。

一方、エンジン２の停止と、ポンプ７の停止とが両方成立した場合には（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、三方弁９を第２流路状態（図７の位置Ｄの状態）に切り替える（Ｓ１２）。その後、残圧噴射制御及び吸い戻し制御を実行する（Ｓ１３、Ｓ１４）。Ｓ１３の残圧噴射制御は、図４のＳ２の残圧噴射制御と同じである。また、Ｓ１４の吸い戻し制御は、図４のＳ３の吸い戻し制御と同じである。その後、ＤＣＵ１９は、吸い戻し制御を終了したタイミングで、又はエンジン２が始動するタイミングで、三方弁９を第２流路状態から第１流路状態に切り替える。

このように、本実施形態によれば、上記実施形態と同様の効果に加えて、三方弁９を第２流路状態に切り替えて、添加弁側配管８１の流路を閉鎖した状態で尿素水の残圧噴射及び吸い戻しを実行しているので、ポンプ７、分岐管１０側から、添加弁側配管８１及び添加弁５側に異物が混入するのを抑制できる。また、添加弁側配管８１を閉鎖することで、残圧噴射制御の際に添加弁側配管８１及び添加弁５内の残圧がポンプ７側に流れる（逃げる）のを回避でき、その結果、効果的に残圧噴射を行うことができる。また、添加弁側配管８１を閉鎖することで、吸い戻し制御の際にタンク側配管８２及びポンプ７に効率的に空気を流通させることができ、その結果、タンク側配管８２及びポンプ７に残留していた尿素水を効率的に吸い戻すことができる。よって、ポンプ７の破損を効果的に抑制できる。

なお、図８の排除制御では、残圧噴射制御を実行した後に吸い戻し制御を実行したが、残圧噴射制御を実行する前に吸い戻し制御を実行しても良い。つまり、Ｓ１３の処理の前に、Ｓ１４の吸い戻し制御を実行しても良い。また、図８の排除制御では、Ｓ１３の処理の前に、三方弁９を第２流路状態に切り替えていたが、Ｓ１３の処理の後、Ｓ１４の処理の前に、三方弁９を第２流路状態に切り替えても良い。これによっても、吸い戻し制御の際にポンプ７、分岐管１０側から添加弁５側に異物が混入するのを抑制できる。

（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。本実施形態の排気浄化システムの構成は図６の構成である。ＤＣＵ１９が実行する排除処理が第３実施形態と異なり、それ以外は第３実施形態と同じである。ＤＣＵ１９は図９に示す排除処理を実行する。以下、図９の排除処理の詳細を説明する。図９の処理は、ＤＣＵ１９が作動している間、所定時間おきに繰り返し実行される。

図９の処理を開始すると、ＤＣＵ１９は、先ず、尿素水の排除制御の実行条件が成立したか否かの判断として、エンジン２の停止と、ポンプ７の停止とが両方成立しているか否かを判断する（Ｓ１５）。エンジン２の停止とポンプ７の停止とが両方成立しない場合には（Ｓ１５：Ｎｏ）、図９の処理を終了する。

一方、エンジン２の停止とポンプ７の停止とが両方成立した場合には（Ｓ１５：Ｙｅｓ）、三方弁９を第２流路状態（図７の位置Ｄの状態）に切り替える（Ｓ１６）。次に、ポンプ７を逆転駆動させて、尿素水の吸い戻しを開始する（Ｓ１７）。その吸い戻しの最中に、図４のＳ２と同様の残圧噴射制御を実行する（Ｓ１８）。その後、ポンプ７を停止させて、吸い戻し制御を終了し（Ｓ１９）、図９のフローチャートの処理を終了する。

このように、本実施形態によれば、上記実施形態と同様の効果に加えて、三方弁９を第２流路状態に切り替えて、添加弁側配管８１の流路を閉鎖しているので、吸い戻し制御の最中に（ポンプ７が作動中に）、残圧噴射制御を実行できる。つまり、吸い戻し制御と残圧噴射制御とを同時に実行できる。よって、短期間に尿素供給系内の残留尿素水を排除することができる。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５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。本実施形態の排気浄化システムの構成は図６の構成である。ＤＣＵ１９が実行する排除処理が第３、第４実施形態と異なり、それ以外は第３、第４実施形態と同じである。ＤＣＵ１９は図１０に示す排除処理を実行する。以下、図１０の排除処理の詳細を説明する。図１０の処理は、ＤＣＵ１９が作動している間、所定時間おきに繰り返し実行される。

図１０の処理を開始すると、ＤＣＵ１９は、先ず、尿素水の排除制御の実行条件が成立したか否かの判断として、エンジン２の停止と、ポンプ７の停止とが両方成立しているか否かを判断する（Ｓ２０）。エンジン２の停止とポンプ７の停止とが両方成立しない場合には（Ｓ２０：Ｎｏ）、図１０の処理を終了する。

一方、エンジン２の停止とポンプ７の停止とが両方成立した場合には（Ｓ２０：Ｙｅｓ）、三方弁９を第２流路状態（図７の位置Ｄの状態）に切り替える（Ｓ２１）。その後、第２実施形態（図５のＳ５〜Ｓ９）と同様に、圧力センサ１４が検知した尿素水圧力Ｐが所定圧力未満になるまで残圧噴射制御を実行する（Ｓ２２〜Ｓ２６）。その後、三方弁９を第２流路状態に維持したまま、上記実施形態と同様の吸い戻し制御を実行する（Ｓ２７）。

このように、本実施形態によれば、三方弁９を第２流路状態に切り替えて、尿素水の残圧噴射及び吸い戻しを実行しているので、上記第３、第４実施形態と同様の効果を得ることができる。また、尿素水圧力Ｐに基づいて残圧噴射制御を実行しているので、上記第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、図１０の排除制御では、残圧噴射制御を実行した後に吸い戻し制御を実行したが、残圧噴射制御を実行する前に吸い戻し制御を実行しても良い。具体的には、Ｓ２２の処理の前に、Ｓ２７の吸い戻し制御を実行しても良い。また、図１０の排除制御では、Ｓ２２の処理の前に、三方弁９を第２流路状態に切り替えていたが、Ｓ２６の処理の後、Ｓ２７の処理の前に、三方弁９を第２流路状態に切り替えても良い。これによっても、吸い戻し制御の際にポンプ７、分岐管１０側から添加弁５側に異物が混入するのを抑制できる。

（第６実施形態）
次に、本発明の第６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。本実施形態の排気浄化システムの構成は図６の構成である。ＤＣＵ１９が実行する排除処理が第３〜第５実施形態と異なり、それ以外は第３〜第５実施形態と同じである。ＤＣＵ１９は図１１に示す排除処理を実行する。以下、図１１の排除処理の詳細を説明する。図１１の処理は、ＤＣＵ１９が作動している間、所定時間おきに繰り返し実行される。

図１１の処理を開始すると、ＤＣＵ１９は、先ず、尿素水の排除制御の実行条件が成立したか否かの判断として、エンジン２の停止と、ポンプ７の停止とが両方成立しているか否かを判断する（Ｓ２８）。エンジン２の停止とポンプ７の停止とが両方成立しない場合には（Ｓ２８：Ｎｏ）、図１１の処理を終了する。

一方、エンジン２の停止とポンプ７の停止とが両方成立した場合には（Ｓ２８：Ｙｅｓ）、三方弁９を第２流路状態（図７の位置Ｄの状態）に切り替える（Ｓ２９）。次に、ポンプ７を逆転駆動させて、尿素水の吸い戻しを開始する（Ｓ３０）。その吸い戻しの最中に、第２実施形態（図５のＳ５〜Ｓ９）と同様に、尿素水圧力Ｐが所定圧力未満になるまで残圧噴射制御を実行する（Ｓ３１〜Ｓ３５）。その後、ポンプ７を停止させて、吸い戻し制御を終了し（Ｓ３６）、図１１のフローチャートの処理を終了する。

このように、本実施形態によれば、第４実施形態と同様に、吸い戻し制御と残圧噴射制御とを同時に実行するので、短期間に尿素供給系内の残留尿素水を排除することができる。また、尿素水圧力Ｐに基づいて残圧噴射制御を実行しているので、上記第２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、上記第３〜第６実施形態では、分岐管と配管との接続部に三方弁を配置しているが、この三方弁を省略して、接続部よりも添加弁側の配管（添加弁側配管）のいずれかの位置に、流路を開閉する開閉弁（例えばシャッター弁）を設けても良い。この場合、エンジンの作動時に添加弁で尿素水の添加を行う際には、開閉弁を開弁して添加弁側配管を開通させる。これに対し、尿素水の吸い戻しや残圧噴射を行う際には（具体的には、図８〜図１１の「三方弁切替」の処理に代えて）、開閉弁を閉弁して添加弁側配管を閉鎖する。これによっても、接続部から配管内に導入された空気や異物が添加弁に回り込むのを回避できるとともに、添加弁内の残圧噴射や、ポンプ側の尿素水の吸い戻しを効率的に行うことができる。

また、図１では機械式の逆止弁を用いているが、その逆止弁に代えて、分岐管の流路を電気的に開閉する吸気弁（例えば、シャッター弁など）を採用しても良い。この場合、添加弁で尿素水の添加を行う際には、吸気弁を閉弁して分岐管の流路を閉鎖する。これによって、尿素水が分岐管を逆流するのを回避できる。また、尿素水の吸い戻しを行う際には、吸気弁を開弁して分岐管を開通させる。これによって、分岐管から配管内に空気を導入でき、尿素水の吸い戻しを行うことができる。

また、図１の構成から分岐管及び逆止弁を省略、又は図６の構成から分岐管、逆止弁及び三方弁を省略するとともに、尿素水の吸い戻しを行わないで、残圧噴射制御のみ実行しても良い。これによっても、添加弁内の残留尿素水を低減できるので、尿素水の凍結による添加弁の破損を抑制できる。

また、上記実施形態では、正逆いずれの方向にも回転が可能なポンプを採用していたが、正方向のみの回転が可能なポンプと、そのポンプの吸込口及び排出口に接続する流路を、ポンプより添加弁側の流路と、尿素水タンク側の流路との間で切り替える流路切替弁とを採用しても良い。この場合、エンジン作動時に添加弁で尿素水の添加を行う際には、ポンプの吸込口に尿素水タンク側の流路を接続し、ポンプの排出口に添加弁側の流路を接続するように、流路切替弁を制御する。これに対し、尿素水の吸い戻しを行う際には、ポンプの吸込口に添加弁側の流路を接続し、ポンプの排出口に尿素水タンク側の流路を接続するように、流路切替弁を制御する。

また、上記実施形態では、圧力センサが検知した添加弁側配管内の圧力を、添加弁内の残圧としていたが、添加弁に圧力センサを接続して、添加弁内の圧力（残圧）を直接検知するようにしても良い。

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。

なお、上記実施形態において、図４のＳ２、図５のＳ５〜Ｓ９、図８のＳ１３、図９のＳ１８、図１０のＳ２２〜Ｓ２６、図１１のＳ３１〜Ｓ３５の処理を実行するＤＣＵ１９が本発明における「添加制御手段」に相当する。また、三方弁９及び図８のＳ１２、図９のＳ１６、図１０のＳ２１、図１１のＳ２９の処理を実行するＤＣＵ１９が本発明における「流路閉鎖手段」に相当する。また、図８のＳ１４、図９のＳ１７、Ｓ１９、図１０のＳ２７、図１１のＳ３０、Ｓ３６の処理を実行するＤＣＵ１９が本発明における「ポンプ制御手段」に相当する。また、図１の分岐管１０及び逆止弁１３が本発明における「導入手段」に相当する。また、図６の三方弁９、分岐管１０及び逆止弁１３が本発明における「導入手段」に相当する。また、圧力センサ１４が本発明における「圧力検知手段」に相当する。

１、１ａ 排気浄化システム（内燃機関の排気浄化装置）
２ ディーゼルエンジン（内燃機関）
３ 排気通路
５ 添加弁
６ 尿素水タンク（タンク）
７ ポンプ
８ 配管
１９ ＤＣＵ

Claims (9)

1. 内燃機関（２）の排気中の有害物質を浄化するための液体が蓄えられたタンク（６）と、
   前記液体を前記内燃機関の排気通路に添加する添加弁（５）と、
   前記タンクと前記添加弁の間における前記液体の流路を形成する配管（８）と、
   前記内燃機関の作動時に前記タンクに蓄えられた前記液体を前記配管を通じて前記添加弁に供給するポンプ（７）と、
   前記内燃機関の停止後に、前記添加弁に対する前記液体の供給及び吸い戻しが無い状態で前記添加弁を開弁して前記添加弁内に残留した前記液体を添加する添加制御手段（Ｓ２、Ｓ５〜Ｓ９、Ｓ１３、Ｓ１８、Ｓ２２〜Ｓ２６、Ｓ３１〜Ｓ３５）と、
   前記ポンプから前記添加弁までの前記配管のいずれかの位置における流路を閉鎖する流路閉鎖手段（９、Ｓ１２、Ｓ１６、Ｓ２１、Ｓ２９）とを備え、
   前記添加制御手段（Ｓ１３、Ｓ１８、Ｓ２２〜Ｓ２６、Ｓ３１〜Ｓ３５）は、前記内燃機関の停止後に、前記流路閉鎖手段により前記配管の流路が閉鎖した状態且つ前記ポンプが停止した状態で前記添加弁を開弁することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置（１ａ）。
2. 前記内燃機関の停止後に、前記流路閉鎖手段により前記配管の流路が閉鎖した状態で、該流路の閉鎖位置より前記ポンプ側に残留した前記液体を前記タンクに吸い戻すように前記ポンプを制御するポンプ制御手段（Ｓ１４、Ｓ１７、Ｓ１９、Ｓ２７、Ｓ３０、Ｓ３６）と、
   前記ポンプ制御手段による前記液体の吸い戻しを行う際に、前記閉鎖位置より前記ポンプ側の前記配管（８２）内に空気を導入する導入手段（９、１０、１３）とを備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記添加制御手段は、１回の添加制御で前記添加弁を１回開弁する連続添加制御により、前記添加弁内に残留した前記液体の添加を行う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. 前記添加制御手段は、１回の添加制御で前記添加弁の開弁と閉弁とを交互に繰り返す断続添加制御により、前記添加弁内に残留した前記液体の添加を行う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。
5. 前記添加弁内又は前記配管内の圧力を検知する圧力検知手段（１４）を備え、
   前記添加制御手段（Ｓ５〜Ｓ９、Ｓ２２〜Ｓ２６、Ｓ３０〜Ｓ３５）は、前記圧力検知手段が検知した圧力が所定値未満になるまで、前記添加弁内に残留した前記液体の添加を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記添加制御手段は、前記圧力に基づいて前記添加弁の開弁条件を設定することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記添加制御手段は、前記圧力が高いほど前記添加弁の開弁時間を長くすることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 前記添加制御手段は、前記圧力が高いほど前記添加弁の開弁回数を大きくすることを特徴とする請求項６又は７に記載の内燃機関の排気浄化装置。
9. 前記液体は、前記排気通路に設けられたＮＯｘ選択還元触媒（４）において排気中のＮＯｘを還元させるための尿素水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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