(57)【要約】      （修正有）【課題】部品点数を大幅に増大させることなく、かつ、簡易な構成で、還元剤噴射弁及び還元触媒を纏めて効率的に冷却することができる内燃機関の排気浄化装置を提供する。【解決手段】内燃機関５の排気通路１１内に配置された還元触媒２０と、還元触媒２０より上流側の排気通路１１内に還元剤を噴射可能な還元剤噴射弁３０を含む還元剤供給装置４０と、を備え、還元剤供給装置４０から供給された還元剤と内燃機関の排気ガスとを還元触媒２０に接触させることで、排気ガス中の窒素酸化物を還元する内燃機関の排気浄化装置１０において、還元剤噴射弁３０から、還元剤とは異なる冷却剤を噴射可能に構成したことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路内に配置された還元触媒と、前記還元触媒より上流側の前記排気通路内に還元剤を噴射可能な還元剤噴射弁を含む還元剤供給装置と、を備え、前記還元剤供給装置から供給された前記還元剤と前記内燃機関の排気ガスとを前記還元触媒に接触させることで、前記排気ガス中の窒素酸化物を還元する内燃機関の排気浄化装置において、
前記還元剤噴射弁から、前記還元剤とは異なる冷却剤を噴射可能に構成したことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
前記還元剤供給装置は、
前記還元剤が流通可能な還元剤通路及び前記冷却剤が流通可能な冷却剤通路が接続されるとともに、前記還元剤通路及び前記冷却剤通路のうちの一方を閉塞し他方を前記還元剤噴射弁に連通させる切換部と、
前記切換部と前記還元剤噴射弁とを接続する共有通路と、
前記還元剤通路に設けられ前記還元剤を圧送する還元剤の圧送手段と、
前記冷却剤通路に設けられ前記冷却剤を圧送する冷却剤の圧送手段と、
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。
【請求項３】
前記還元剤供給装置は、
前記還元剤が流通可能な還元剤通路及び前記冷却剤が流通可能な冷却剤通路が接続されるとともに前記還元剤通路及び前記冷却剤通路のうちのいずれか一方を前記還元剤噴射弁に連通させる切換部と、
前記切換部と前記還元剤噴射弁とを接続する共有通路と、
前記共有通路に設けられ前記還元剤又は前記冷却剤を圧送する圧送手段と、
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。
【請求項４】
前記切換部には圧縮気体が流通可能な気体通路が接続されるとともに、前記切換部は前記還元剤通路、前記冷却剤通路及び前記気体通路のうちのいずれか一つを前記還元剤噴射弁に連通させるものであり、
前記切換部から前記共有通路側へ圧縮気体を導入することにより、前記共有通路内の前記還元剤又は前記冷却剤をパージ可能なエアパージ手段を備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
前記還元剤供給装置は、前記圧送手段により圧送された前記還元剤又は前記冷却剤をそれぞれ還元剤貯蔵部又は冷却剤貯蔵部に還流させる還流手段を備え、
前記還流手段は、前記圧送手段よりも前記還元剤噴射弁側の前記共有通路、又は前記還元剤噴射弁に接続された共有還流路と、前記還元剤貯蔵部に接続された還元剤還流路と、前記冷却剤貯蔵部に接続された冷却剤還流路と、前記還元剤還流路及び前記冷却剤還流路のうちのいずれか一方を前記共有還流路と連通させる還流切換部と、を備えることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項６】
前記排気通路の前記還元剤噴射弁の取付位置よりも上流に、前記排気ガス中の排気微粒子を捕集するとともに所定時期に再生処理されるパティキュレートフィルタを備え、前記パティキュレートフィルタの再生時に、前記還元剤供給装置から前記冷却剤を噴射可能に構成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項７】
前記還元剤噴射弁は、前記排気ガス中の窒素酸化物の濃度を検出可能なＮＯXセンサの取付位置よりも下流側に配置されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関から排出される排気ガス中の窒素酸化物を、還元触媒及び還元剤を用いて浄化可能な内燃機関の排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関から排出される排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯX）を浄化する排気浄化装置として、ＳＣＲ触媒等の還元触媒を排気通路に配置し、還元触媒より上流側の排気通路内に還元剤噴射弁から尿素水溶液等の還元剤を供給し、還元剤と排気ガスとを還元触媒に接触させることで、排気ガス中の窒素酸化物を還元するものが知られている。
【０００３】
このような排気浄化装置に用いられる還元剤噴射弁は、電磁弁が用いられる場合が多い。この電磁弁は、ハウジングの一部が樹脂で構成されていたり、弁を開閉動作させる駆動部に磁石が用いられたりしているため、熱による劣化や破損等（以下「還元剤噴射弁の熱劣化」と称する。）を生じることがある。また、還元触媒についても、触媒反応に適した温度範囲を有している一方で、還元触媒が過剰に高温になると劣化や破損等（以下「還元触媒の熱劣化」と称する。）を生じる場合がある。
【０００４】
例えば、ＮＯXを還元浄化するための還元触媒よりも上流側に、排気ガス中の排気微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタが配置されている場合、パティキュレートフィルタに捕集された排気微粒子を燃焼させる再生処理時には、パティキュレートフィルタの下流側の排気温度が高温になる。一般的に、パティキュレートフィルタの再生処理には大きな熱量が必要とされるため、パティキュレートフィルタは還元触媒等よりも上流側に配置される。そのため、パティキュレートフィルタの再生処理時には、パティキュレートフィルタ下流側の還元剤噴射弁や還元触媒に熱劣化が生じやすい。
【０００５】
このような還元剤噴射弁の熱劣化を防止するために、還元剤噴射弁のハウジングに冷却剤の通路を設け、冷却剤を通液することで還元剤噴射弁を冷却するように構成された還元剤噴射弁が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、還元触媒の熱劣化を防止するために、還元触媒の上流側に還元剤噴射弁とは異なる冷却剤の噴射弁を設け、排気通路中に冷却剤を噴射することで還元触媒を冷却するように構成した排気浄化装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−９６２１２号公報
【特許文献２】特開平１１−７２０１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の排気浄化装置は、還元剤噴射弁や還元触媒ごとに、それぞれを対象とする冷却手段を設けなければならず、部品点数が多くなり易く、また、構成が複雑になり易かった。仮に、従来のような、冷却剤を通液する冷却手段や冷却対象に対して冷却剤を噴射する冷却手段により、還元剤噴射弁及び還元触媒を纏めて冷却するように構成しようとすると、各部位をそれぞれ効率よく冷却することが困難である。
【０００８】
そこで、本発明の発明者は鋭意努力し、還元触媒の上流側で還元剤を噴射する還元剤供給装置から冷却剤を噴射させることにより、このような問題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。即ち、本発明は、部品点数を大幅に増大させることなく、かつ、簡易な構成で、還元剤噴射弁及び還元触媒を纏めて効率的に冷却することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明によれば、内燃機関の排気通路内に配置された還元触媒と、還元触媒より上流側の排気通路内に還元剤を噴射可能な還元剤噴射弁を含む還元剤供給装置と、を備え、還元剤供給装置から供給された還元剤と内燃機関の排気ガスとを還元触媒に接触させることで、排気ガス中の窒素酸化物を還元する内燃機関の排気浄化装置において、還元剤噴射弁から、還元剤とは異なる冷却剤を噴射可能に構成したことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供され、上述した問題を解決することができる。
【００１０】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、還元剤供給装置は、還元剤が流通可能な還元剤通路及び冷却剤が流通可能な冷却剤通路が接続されるとともに、還元剤通路及び冷却剤通路のうちの一方を閉塞し他方を還元剤噴射弁に連通させる切換部と、切換部と還元剤噴射弁とを接続する共有通路と、還元剤通路に設けられ還元剤を圧送する還元剤の圧送手段と、冷却剤通路に設けられ冷却剤を圧送する冷却剤の圧送手段と、を備えることが好ましい。
【００１１】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、還元剤供給装置は、還元剤が流通可能な還元剤通路及び冷却剤が流通可能な冷却剤通路が接続されるとともに還元剤通路及び冷却剤通路のうちのいずれか一方を還元剤噴射弁に連通させる切換部と、切換部と還元剤噴射弁とを接続する共有通路と、共有通路に設けられ還元剤又は冷却剤を圧送する圧送手段と、を備えることが好ましい。
【００１２】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、切換部には圧縮気体が流通可能な気体通路が接続されるとともに、切換部は還元剤通路、冷却剤通路及び気体通路のうちのいずれか一つを還元剤噴射弁に連通させるものであり、切換部から共有通路側へ圧縮気体を導入することにより、共有通路内の還元剤又は冷却剤をパージ可能なエアパージ手段を備えることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、還元剤供給装置は、圧送手段により圧送された還元剤又は冷却剤をそれぞれ還元剤貯蔵部又は冷却剤貯蔵部に還流させる還流手段を備え、還流手段は、圧送手段よりも還元剤噴射弁側の共有通路、又は還元剤噴射弁に接続された共有還流路と、還元剤貯蔵部に接続された還元剤還流路と、冷却剤貯蔵部に接続された冷却剤還流路と、還元剤還流路及び冷却剤還流路のうちのいずれか一方を共有還流路と連通させる還流切換部と、を備えることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、排気通路の還元剤噴射弁の取付位置よりも上流に、排気ガス中の排気微粒子を捕集するとともに所定時期に再生処理されるパティキュレートフィルタを備え、パティキュレートフィルタの再生時に、還元剤供給装置から冷却剤を噴射可能に構成することが好ましい。
【００１５】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、還元剤噴射弁は、排気ガス中の窒素酸化物の濃度を検出可能なＮＯXセンサの取付位置よりも下流側に配置されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、冷却剤を還元剤供給装置から噴射可能に構成されているため、還元剤噴射弁及び還元触媒に個別の冷却手段を設けることなく、比較的簡易な構成で、還元剤噴射弁及び還元触媒を効率的に冷却することができる。即ち、冷却剤を還元剤供給装置から噴射させることで、還元剤噴射弁内を冷却剤が通過することによって還元剤噴射弁が冷却されるとともに、還元触媒上流側での排気ガスの冷却効果によって還元触媒が冷却される。また、還元剤とは異なる冷却剤が還元剤供給装置から噴射されるため、ＮＯXの還元に必要な量以上に還元剤が供給されることがなく、還元剤の浪費や還元触媒の下流側への還元剤の流出が抑えられる。
【００１７】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、還元剤供給装置が、還元剤通路及び冷却剤通路のうちのいずれか一方を共有通路に連通させる切換部を備えることにより、共通の還元剤噴射弁及び共有通路を用いて、還元剤噴射弁から還元剤及び冷却剤を噴射させることができる。したがって、還元剤供給装置の構成部品の増加が抑えられ、還元剤供給装置の構成を簡易にできる。
【００１８】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、還元剤供給装置が、還元剤通路及び冷却剤通路のうちのいずれか一方を共有通路に連通させる切換部を備えるとともに、共有通路に圧送手段を備えることにより、共通の還元剤噴射弁、共有通路及び圧送手段を利用して、還元剤噴射弁から還元剤及び冷却剤を噴射させることができる。したがって、還元剤供給装置の構成部品の増加がさらに抑えられ、還元剤供給装置の構成をより簡易にできる。
【００１９】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、還元剤供給装置が、切換部から共有通路へ圧縮気体を導入することにより共有通路内の還元剤又は冷却剤をパージ可能なエアパージ手段を備えることにより、圧縮気体の圧力で共有通路内の還元剤又は冷却剤を短時間で排出することができる。そのため、共有通路を介して還元剤及び冷却剤を還元剤噴射弁に導く構成であっても、還元剤の通液状態と冷却剤の通液状態との切換を短時間で行うことができる。したがって、排気温度が高温になるときに短時間で還元剤噴射弁及び還元触媒の冷却を開始でき、或いは、冷却後に短時間で還元剤の供給を開始することができる。
【００２０】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、還元剤供給装置が、圧送された還元剤及び冷却剤をそれぞれ還元剤貯留部又は冷却剤貯留部へ還流するための所定の還流手段を備えていることにより、還元剤噴射弁に供給される還元剤や冷却剤の圧力調整が容易になるとともに、余剰の還元剤や冷却剤をそれぞれの貯留部に回収することができる。また、還流手段の一部が、還元剤の還流及び冷却剤の還流に共有して用いられるため、還元剤供給装置の構成部品の増加が抑えられる。
【００２１】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、還元剤噴射弁の取付位置よりも上流側の排気通路にパティキュレートフィルタが備えられ、パティキュレートフィルタの再生処理時に還元剤供給装置から冷却剤を噴射可能に構成することにより、排気ガスが高温になるパティキュレートフィルタの再生処理時に、還元剤噴射弁や還元触媒を冷却する目的で還元剤を使用することが避けられるため、還元剤を浪費することなく、還元剤噴射弁や還元触媒を確実に冷却することができる。
【００２２】
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、還元剤噴射弁がＮＯXセンサの取付位置よりも下流側に配置されることにより、還元剤供給装置から供給される冷却剤がＮＯXセンサに接触することが防止され、ＮＯXセンサの損傷が防止される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置の構成例を示す図である。
【図２】第１の実施の形態に係る還元剤供給装置での還元剤噴射制御について説明するための図である。
【図３】第１の実施の形態に係る還元剤供給装置での冷却制御について説明するための図である。
【図４】第１の実施の形態に係る還元剤供給装置でのパージ制御について説明するための図である。
【図５】還元剤供給装置の変形例について説明するための図である。
【図６】エアパージ手段を備えた還元剤供給装置を説明するための図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る内燃機関の排気浄化装置の構成例を示す図である。
【図８】第２の実施の形態に係る還元剤供給装置での還元剤噴射制御について説明するための図である。
【図９】第２の実施の形態に係る還元剤供給装置での冷却制御について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照しながら、本発明の内燃機関の排気浄化装置にかかる実施の形態について具体的に説明する。ただし、この実施形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。なお、それぞれの図中、同じ符号を付してあるものについては同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。
【００２５】
［第１の実施の形態］
１．内燃機関の排気浄化装置
（１）排気浄化装置の全体構成
図１は排気浄化装置１０の全体構成を表す概略図を示している。この排気浄化装置１０は、車両に搭載されたディーゼルエンジン、リーンバーンエンジンなどの内燃機関５から排出される排気ガス中の排気微粒子を捕集するとともにＮＯXを還元浄化する装置である。
【００２６】
この排気浄化装置１０は、内燃機関５の排気ガスが流れる排気通路１１内に配置された還元触媒２０と、排気通路１１内の還元触媒２０の上流側で還元剤及び冷却剤を噴射可能な還元剤噴射弁３０を含む還元剤供給装置４０と、還元剤供給装置４０を制御する制御装置６０と、還元剤噴射弁３０の取付位置よりも上流に配置されて排気ガス中の排気微粒子を捕集するパティキュレートフィルタ７０とを備える。
【００２７】
還元触媒２０は、還元剤とともに排気ガスを接触させることで、排気ガス中に含まれるＮＯXを還元して無害化するためのＳＣＲ触媒などの触媒である。還元触媒２０の上流側及び下流側には、還元触媒２０の温度の算出に用いられる温度センサ２１、２３や、排気ガス中のＮＯX濃度を検出するためのＮＯXセンサ２７等が配置され、さらに、排気ガスの圧力などを測定するための図示しない圧力センサ等も配置されている。各センサで検出された検出信号は、制御装置６０に伝達される。
【００２８】
なお、後述するように本実施形態の排気浄化装置１０では還元剤供給装置４０から冷却剤が噴射されるため、冷却剤がＮＯXセンサ２７に接触してＮＯXセンサ２７の素子割れ等を生じないように、還元剤噴射弁３０は、ＮＯXセンサ２７の取付位置よりも下流側に固定されている。
このほか、還元触媒２０の上流側や下流側等に酸化触媒が配置されていてもよい。
【００２９】
パティキュレートフィルタ７０は、排気ガス中の排気微粒子を捕集するための公知のフィルタが用いられる。このパティキュレートフィルタ７０は、パティキュレートフィルタ７０の前後の差圧や、排気微粒子の推定堆積量等に応じて、堆積した排気微粒子を燃焼させる再生処理が所定時期に行われる。この再生処理時には、捕集された排気微粒子を効率的に燃焼させるために十分な熱量が必要であることから、パティキュレートフィルタ７０は還元触媒２０の上流側に配置されている。
【００３０】
本実施形態の排気浄化装置１０では、パティキュレートフィルタ７０の上流側に酸化触媒７３が配置され、パティキュレートフィルタ７０における排気微粒子の推定堆積量が所定値を超えた場合に、内燃機関５から排出される排気ガス中に含まれる未燃燃料（ＨＣ）を増加させる制御が行われる。その結果、ＨＣが酸化触媒７３で酸化される際の酸化熱を利用して、パティキュレートフィルタ７０に捕集された排気微粒子を燃焼させて、パティキュレートフィルタ７０の再生処理が行われる。パティキュレートフィルタ７０の再生処理時には、パティキュレートフィルタ７０より下流側の排気温度は著しく高温になる。
【００３１】
（２）還元剤供給装置
還元剤供給装置４０は、排気通路１１に固定され、尿素水溶液等の液体の還元剤を排気通路１１内に噴射する還元剤噴射弁３０と、還元剤が貯蔵される還元剤貯蔵タンク４１と、還元剤貯蔵タンク４１と還元剤噴射弁３０との間に設けられ、還元剤貯蔵タンク４１内の還元剤を還元剤噴射弁３０に導く還元剤送液部４２とを備えている。
【００３２】
還元剤噴射弁３０は、例えば、開弁のＯＮ−ＯＦＦが通電により制御されるＯＮ−ＯＦＦ弁が用いられ、内部に還元剤噴射経路を備えた本体と、還元剤噴射経路に連通する噴射孔を開閉する弁体と、弁体を駆動する駆動部とを備える。この還元剤噴射弁３０は、駆動部に磁石や電磁コイルが用いられるとともに、還元剤噴射弁３０のハウジングの一部には樹脂等が用いられており、比較的耐熱温度が低くなっている。
【００３３】
また、還元剤供給装置４０は、還元剤とは異なる水等の液体の冷却剤が貯蔵される冷却剤貯蔵タンク５１と、冷却剤貯蔵タンク５１と還元剤噴射弁３０との間に設けられ、冷却剤貯蔵タンク５１内の冷却剤を還元剤噴射弁３０に導く冷却剤送液部５２とを備えている。この冷却剤としては、冷却効率が向上し易いことを考慮して、少なくとも高温状態の還元触媒２０で気化可能なものが好適に用いられるが、代表的には水が用いられる。
【００３４】
図１に示す排気浄化装置１０では、還元剤送液部４２及び冷却剤送液部５２は、還元剤貯蔵タンク４１に接続され還元剤が流通可能な還元剤通路４３と、冷却剤貯蔵タンク５１に接続され冷却剤が流通可能な冷却剤通路５３と、還元剤通路４３及び冷却剤通路５３が接続され、還元剤通路４３及び冷却剤通路５３のいずれか一方を還元剤噴射弁３０側に連通する切換弁を備えた切換部４８と、切換部４８に接続されて還元剤又は冷却剤を還元剤噴射弁３０に導く共有通路４５とを備え、還元剤噴射弁３０及び共有通路４５が共有化されて構成されている。このうち、切換部４８が還元剤噴射弁３０に近い位置に設けられていれば、即ち、共有通路４５の長さが短いほど、還元剤と冷却剤とが混在する領域の容量を小さくすることができる。
【００３５】
また、図１に示す排気浄化装置１０では、還元剤通路４３と冷却剤通路５３とにそれぞれ還元剤又は冷却剤を圧送するためのポンプ４４、５４が設けられている他、詳細な図示は省略されているが、還元剤や冷却剤中の異物を捕集する異物フィルタなどが適宜設けられている。還元剤通路４３や冷却剤通路５３に備えられるポンプ４４、５４は、正回転及び逆回転可能なポンプであり、還元剤送液部４２及び冷却剤送液部５２内を流れる還元剤又は冷却剤の流れ方向を反転させることができる。このような流れ方向を反転可能なポンプを使用する代わりに、ポンプの近傍に流路切換弁を設けることによって、還元剤又は冷却剤の流れ方向を反転させるように構成することもできる。
【００３６】
また、還元剤供給装置４０は、還元剤噴射弁３０側へ圧送された還元剤又は冷却剤を還元剤貯蔵タンク４１又は冷却剤貯蔵タンク５１へそれぞれ還流させるための還流手段５５を備えている。この還流手段５５は、還元剤噴射弁３０に接続された共有還流路４６と、還元剤貯蔵タンク４１に接続された還元剤還流路４７と、冷却剤貯蔵タンク５１に接続された冷却剤還流路５７と、還元剤還流路４７及び冷却剤還流路５７のうちのいずれかを共有還流路４６とを連通させる切換弁を備えた還流切換部５８とを備えている。このうち、還流切換部５８が、切換部４８と同様、還元剤噴射弁３０に近い位置に設けられていれば、即ち、共有還流路４６の長さが短いほど、還元剤と冷却剤とが混在する領域の容量を小さくすることができる。
【００３７】
この還流手段５５における共有還流路４６の接続位置は、切換部４８よりも還元剤噴射弁３０側の還元剤や冷却剤が流通する箇所であれば任意に選択される。例えば、共有通路４６の途中から分岐して共有還流路４６が接続されていてもよく、共有通路４５と共有還流路４６とが還元剤噴射弁３０内のギャラリに接続されて、共有通路４５の還元剤が共有還流路４６に還流されるようにしてもよい。
【００３８】
また、還元剤還流路４７及び冷却剤還流路５７には、それぞれ還元剤噴射弁３０に供給される還元剤及び冷却剤の圧力を規定するためのオリフィスやプレッシャレギュレータからなる背圧調整部４９、５９が設けられている。
【００３９】
（３）制御装置
制御装置６０は、還元剤噴射弁３０や、各ポンプ４４、５４、切換部４８、還流切換部５８などの動作制御を行うことで、還元剤や冷却剤の供給圧、供給量、噴射タイミング等を制御する。このような制御装置６０は、内燃機関５を運転制御するコントロールユニットと一体に構成されていてもよいし、別のコントロールユニットとして備えられていてもよい。
【００４０】
２．排気浄化装置の制御
次に、図１の排気浄化装置１０の制御について、図２〜図４を参照しながら説明する。なお、図２〜図４は、図１の排気浄化装置１０に備えられた還元剤供給装置４０を概略的に図示したものである。
【００４１】
（１）還元剤噴射制御
内燃機関５が運転状態にあって通常の排気浄化制御が行われる際には、制御装置６０は還元剤供給装置４０の切換部４８を制御し、図２に示すように、還元剤通路４３を共有通路４５と連通させる。また、制御装置６０は還元剤供給装置４０の還流切換部５８を制御し、還元剤還流路４７を共有還流路４６と連通させる。そして、制御装置６０は、還元剤通路４３に備えられたポンプ４４を駆動させるとともに、図示しない圧力センサで検出される共有通路４５内の圧力が所定の値に維持されるようにポンプ４４のフィードバック制御を行う。その結果、還元剤噴射弁３０に供給される還元剤の圧力が所定の値に維持された状態で、還元剤が還元剤通路４３、共有通路４５、共有還流路４６及び還元剤還流路４７を循環する。
【００４２】
この状態で、制御装置６０は、例えば、排気通路１１内を流れる排気ガス中のＮＯX濃度をＮＯXセンサ２７により検出し、その濃度等に基づいて算出される還元剤供給量に応じて、還元剤噴射弁３０の開閉制御を行うことで、還元剤が還元剤噴射弁３０から排気通路内に噴射される。排気通路内に供給された還元剤は、内燃機関からの排気ガスとともに還元触媒２０に流入し、排気ガス中のＮＯXが還元処理される。
【００４３】
（２）冷却制御
一方、内燃機関５の運転中に、パティキュレートフィルタ７０における排気微粒子の堆積量が所定値を越えると、制御装置６０は内燃機関５での燃料噴射タイミング等を制御して、パティキュレートフィルタ７０の再生処理を開始する。この再生処理時には、パティキュレートフィルタ７０より下流側での排気ガスの温度が著しく上昇し、還元剤噴射弁３０や還元触媒２０等の排気通路１１に接する各部が、通常の状態より高い過剰な高温の排気ガスに曝される。そのため、還元剤噴射弁３０や還元触媒２０等の熱劣化を防止するため、制御装置６０は、還元剤供給装置４０による冷却制御を実行する。
【００４４】
還元剤供給装置４０による冷却制御を行う際には、制御装置６０は還元剤供給装置４０の切換部４８を制御し、図３に示すように、冷却剤通路５３を共有通路４５と連通させる。また、制御装置６０は還元剤供給装置４０の還流切換部５８を制御し、冷却剤還流路５７を共有還流路４６と連通させる。パティキュレートフィルタ７０の再生処理時には、排気の状態が、ＮＯXが排出されにくい状態となるため、還元剤供給装置４０からの還元剤の供給が不可能な状態になっていても、ＮＯXの還元処理に大きな影響を与えることがない。
【００４５】
その後、制御装置６０は、還元剤通路４３に設けられたポンプ４４を停止する一方、冷却剤通路５３に設けられたポンプ５４を駆動させるとともに、図示しない圧力センサで検出される共有通路４５内の圧力が所定の値に維持されるようにポンプ５４のフィードバック制御を行う。このとき、共有通路４５内の圧力は、還元剤供給時の共有通路４５内の圧力と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００４６】
この状態で、制御装置６０が還元剤噴射弁３０の開閉制御を行うことで、冷却剤が還元触媒２０の上流側の排気通路１１内に噴射される。これにより、冷却剤が還元剤噴射弁３０の内部を流動することで、冷却剤が還元剤噴射弁３０の熱を奪って還元剤噴射弁３０を冷却し、さらに、排気通路１１内に噴射された冷却剤が排気ガスの温度を低下させるとともに、冷却剤が還元触媒２０に到達することで、還元触媒２０が冷却される。
【００４７】
その後、パティキュレートフィルタ７０の再生処理が終了し、例えば、還元触媒２０の温度や排気温度が所定の温度に下降したことが確認されると、還元剤供給装置４０による冷却制御を終了して、通常の還元剤噴射制御が行われる状態に復帰する。還元剤噴射制御への復帰は、制御装置６０による切換部４８及び還流切換部５８の制御によって行われる。
【００４８】
なお、パティキュレートフィルタ７０の再生処理時以外であっても、例えば、還元剤噴射弁３０や還元触媒２０の温度を監視しながら、当該還元剤噴射弁３０や還元触媒２０の温度が熱劣化の閾値に近づいたときに冷却制御を行うようにしてもよい。
【００４９】
（３）パージ制御
上述したように、排気浄化装置１０では、還元剤供給装置４０による還元剤噴射制御及び冷却制御が選択的に実行されるが、本実施形態の排気浄化装置１０では、実行される制御が切換えられる際には、共有通路４５や共有還流路４６、還元剤噴射弁３０内で、残留する還元剤或いは冷却剤が互いに混じり合うことがないように、パージ制御が実行される。
【００５０】
例えば、還元剤噴射制御から冷却制御に切換えられる際に行われるパージ制御の場合、図４（ａ）に示すように、還元剤噴射弁３０を閉塞した状態で、還元剤通路４３に設けられているポンプ４４の回転方向を反転させることによって行われる。このとき、還元剤還流路４７の還元剤貯蔵タンク４１側の端部は気相部分に臨むため、ポンプ４４の駆動によって、還元剤還流路４７側から、共有還流路４６、還元剤噴射弁３０、共有通路４５、還元剤通路４３に向けて気相が吸引される。その結果、還元剤還流路４７や共有還流路４６、還元剤噴射弁３０、共有通路４５、還元剤通路４３内の還元剤が還元剤貯蔵タンク４１に回収される。
【００５１】
逆に、冷却制御が終了した後に行われるパージ制御の場合、図４（ｂ）に示すように、還元剤噴射弁３０を閉塞した状態で、冷却剤通路５３に設けられているポンプ５４の回転方向を反転させることによって行われる。このとき、冷却剤還流路５７の冷却剤貯蔵タンク５１側の端部は気相部分に臨むため、ポンプ５４の駆動によって、冷却剤還流路５７側から、共有還流路４６、還元剤噴射弁３０、共有通路４５、冷却剤通路５３に向けて気相が吸引される。その結果、冷却剤還流路５７や共有還流路４６、還元剤噴射弁３０、共有通路４５、冷却剤通路５３内の冷却剤が冷却剤貯蔵タンク５１に回収される。
【００５２】
ただし、還元剤供給装置６０によって冷却制御が行われる頻度は少なく、また、還元剤に冷却剤が混入したとしても還元剤貯蔵タンク４１内に濃度センサ等が配置されていれば、還元剤の性状の変化が検出できることから、還元剤噴射制御から冷却制御或いはその逆に制御が切換えられる都度パージ制御を行わずに、内燃機関５の停止時に還元剤のパージ制御及び冷却剤のパージ制御を実行するようにしてもよい。このとき、還流切換部５８での切換タイミングを切換部４８での切換タイミングから適時ずらすことで、還元剤還流路４７や還元剤貯蔵タンク４１への冷却剤の混入、或いは、冷却剤還流路５７や冷却剤貯蔵タンク５１への還元剤の混入が少なく抑えられる。
【００５３】
３．還元剤供給装置の変形例
（１）ポンプの配置位置の変形例
本発明で用いられる還元剤供給装置は、図１に示す構成以外にも種々変形が可能である。
例えば、還元剤通路４３に設けたポンプや冷却剤通路５３に設けたポンプの代わりに、図５に示すように、切換部４８と還元剤噴射弁３０とを接続する共有通路４５に、還元剤及び冷却剤の流れ方向を反転可能なポンプ６１を備えて還元剤供給装置４０Ａを構成することができる。図５に示す還元剤供給装置４０Ａであれば、ポンプの数が低減されコストが抑えられる。
【００５４】
（２）エアパージ手段を備えた変形例
また、還元剤噴射制御から冷却制御或いはその逆に制御が切換えられるときに、迅速に還元剤又は冷却剤のパージ処理を行いたい場合には、エアパージ手段を備えて還元剤供給装置を構成することができる。具体的には、図６に示す還元剤供給装置４０Ｂでは、還元剤通路４３及び冷却剤通路５３が接続された切換部４８Ａに、圧縮気体発生装置９１、例えば、商用車等に搭載されているエアコンプレッサ等が接続された気体通路９３がさらに接続されている。この切換部４８Ａは、還元剤通路４３、冷却剤通路５３及び気体通路９３のうちのいずれか一つを共有通路４５に連通可能に構成されている。
【００５５】
この還元剤供給装置４０Ｂによる還元剤噴射制御及び冷却制御は、上述した各制御と同様に行われるが、還元剤噴射制御から冷却制御或いはその逆に制御が切換えられる際に、制御装置６０は、還流切換部５８をそれまで共有還流路４６と連通していた還元剤還流路４７又は冷却剤還流路５７をその状態で維持したまま、切換部４８を制御して気体通路９３を共有通路４５と連通させる。この状態で、圧縮気体発生装置９１から圧縮気体を共有通路４５側に送り込むことで、共有通路４５、還元剤噴射弁３０、共有還流路４６及び還元剤還流路４７又は冷却剤還流路５７内の還元剤又は冷却剤を、還元剤貯蔵タンク４１又は冷却剤貯蔵タンク５１内に速やかに回収することができる。
【００５６】
この図６に示すようなエアパージ手段９０を備えた還元剤供給装置４０Ｂであれば、残留する還元剤又は冷却剤の回収が速やかに行われるため、各制御の切換えが迅速に行われ、切換え後の還元剤噴射制御又は冷却制御の開始が遅れることがない。
【００５７】
［第２の実施の形態］
本発明にかかる第２の実施の形態の排気浄化装置は、還元剤供給装置の構成が第１の実施の形態と異なるとともに、還元剤噴射弁あるいは還元触媒を外部から冷却するための外部冷却手段１００が設けられている他は、第１の実施の形態の排気浄化装置と同様の構成を有している。
【００５８】
１．還元剤供給装置の構成
図７は、本実施形態の排気浄化装置に備えられた還元剤供給装置１４０の全体構成を表す概略図を示している。この還元剤供給装置１４０は、共有通路４５にポンプ６１が備えられるとともに、切換部４８Ａに接続された気体通路９３から圧縮気体を供給可能なエアパージ手段９０が備えられた還元剤供給装置であって、図６に示す第１の実施の形態の還元剤供給装置４０Ｂの基本構成を備えた還元剤供給装置１４０である。
【００５９】
本実施形態の還元剤供給装置１４０では、還元剤貯蔵タンク４１と冷却剤貯蔵タンク５１とが仕切壁１１１を介して隣接して設けられており、還元剤貯蔵タンク４１内に加熱用ヒータ１１３が設けられている。そのため、還元剤貯蔵タンク４１内に貯留されている還元剤が加熱用ヒータ１１３で直接加熱されるとともに、冷却剤貯蔵タンク５１内に貯留されている冷却剤が、還元剤貯蔵タンク４１内の還元剤の熱量により加熱される。
【００６０】
即ち、還元剤噴射弁３０に供給される還元剤が尿素水溶液等の場合、還元剤噴射弁３０からの噴射後の効率的な霧化（気化）を実現するために、還元剤貯蔵タンク４１内の温度が常温よりも高い温度範囲となっていることが好ましい。特に、寒冷地においては、液体還元剤の凍結時の解凍用にヒータが用いられる場合があるが、液体還元剤はその濃度によって凍結温度の変動が大きいことや、液体還元剤の噴射後の霧化のためには液体還元剤の温度は高い方が良いこと等を考慮して、還元剤貯蔵タンク４１内の温度を０℃以上に設定することが好ましい。
【００６１】
これに対し、冷却剤は流動性を有していれば使用可能であるため、還元剤のように十分な加熱を行える加熱用ヒータ等を設けることなく、還元剤からの熱伝達で仕切壁１１１を介して加熱されるように還元剤貯蔵タンク４１及び冷却剤貯蔵タンク５１が構成されている。したがって、使用する加熱用ヒータの数が抑えられるとともに、消費電力が抑えられる。
【００６２】
また、この還元剤供給装置１４０は、切換部４８Ａと還元剤噴射弁３０とを接続する共有通路４５の途中から冷却剤バイパス通路１０１が分岐して設けられ、冷却剤噴射弁１０５に接続されている。この冷却剤バイパス通路１０１には電磁弁等によって構成されたＯＮ−ＯＦＦ弁１０３が備えられており、共有通路４５から冷却剤バイパス通路１０１への冷却剤の流通の可否が制御される。また、冷却剤噴射弁１０５には冷却剤バイパス還流路１０４が接続され、その他端側が冷却剤還流路５７に接続されている。
【００６３】
この冷却剤噴射弁１０５は、還元剤噴射弁３０の周囲、あるいは還元触媒が配置された排気通路の周囲に固定して設けられ、還元剤噴射弁３０の外表面や、還元触媒を収容する排気通路の外表面に冷却剤を噴射することで、還元剤噴射弁３０や還元触媒を外表面側からも冷却するように用いられる。
【００６４】
２．排気浄化装置の制御
次に、本実施形態の還元剤供給装置１４０が備えられた排気浄化装置の制御について、図８〜図９を参照しながら説明する。
【００６５】
（１）還元剤噴射制御
本実施形態の還元剤噴射装置１４０において、内燃機関が運転状態にあって通常の排気浄化制御が行われる際には、制御装置は還元剤供給装置１４０の切換部４８Ａを制御し、図８に示すように、還元剤通路４３を共有通路４５と連通させる。また、制御装置は還元剤供給装置１４０の還流切換部５８を制御し、還元剤還流路４７を共有還流路４６と連通させる。そして、制御装置は、共有通路４５に備えられたポンプ６１を駆動させるとともに、図示しない圧力センサで検出される共有通路４５内の圧力が所定の値に維持されるようにポンプ６１のフィードバック制御を行う。その結果、還元剤噴射弁３０に供給される還元剤の圧力が所定の値に維持された状態で、還元剤が還元剤通路４３、共有通路４５、共有還流路４６及び還元剤還流路４７を循環する。
【００６６】
この状態で、制御装置は、例えば、排気通路内を流れる排気ガス中のＮＯX濃度をＮＯXセンサにより検出し、その濃度等に基づいて算出される還元剤供給量に応じて、還元剤噴射弁３０の開閉制御を行うことで、還元剤が還元剤噴射弁３０から排気通路内に噴射される。排気通路内に供給された還元剤は、内燃機関５からの排気ガスとともに還元触媒に流入し、排気ガス中のＮＯXが還元処理される。
【００６７】
（２）冷却制御
一方、内燃機関の運転中に、パティキュレートフィルタにおける排気微粒子の堆積量が所定値を越えたりした場合には、制御装置は内燃機関での燃料噴射タイミング等を制御して、パティキュレートフィルタの再生処理を開始する。この再生処理時には、還元剤噴射弁３０や還元触媒等の排気通路に接する各部が、通常の状態より高い過剰な高温の排気ガスに曝されるため、還元剤噴射弁３０や還元触媒等の熱劣化を防止するため、制御装置は、還元剤供給装置１４０による冷却制御を実行する。
【００６８】
本実施形態の還元剤供給装置１４０で冷却制御を行う際には、制御装置は還元剤供給装置１４０の切換部４８Ａを制御し、図９（ａ）に示すように、冷却剤通路５３を共有通路４５と連通させる。また、制御装置は還元剤供給装置１４０の還流切換部５８を制御し、冷却剤還流路５７を共有還流路４６と連通させる。その後、制御装置は、還元剤噴射制御時と同様に、図示しない圧力センサで検出される共有通路４５内の圧力が所定の値に維持されるようにポンプ６１のフィードバック制御を行う。このとき、共有通路４５内の圧力は、還元剤供給時の共有通路４５内の圧力と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００６９】
この状態で、制御装置が還元剤噴射弁３０の開閉制御を行うことで、冷却剤が還元触媒の上流側の排気通路内に噴射される。これにより、冷却剤が還元剤噴射弁３０の内部を流動することで、冷却剤が還元剤噴射弁３０の熱を奪って還元剤噴射弁３０を冷却し、さらに、排気通路内に噴射された冷却剤が排気ガスの温度を低下させるとともに、冷却剤が還元触媒に到達することで、還元触媒が冷却される。
【００７０】
このとき、還元剤噴射弁３０あるいは還元触媒等の冷却剤噴射弁１０５が周囲に配置された部材が過度に高温になっているようであれば、制御装置は冷却剤バイパス通路１０３に備えられたＯＮ−ＯＦＦ弁１０３を開弁し、冷却剤噴射弁１０５側にも冷却剤を供給する。そうすると、冷却剤バイパス通路１０１及び冷却剤バイパス還流路１０４内の圧力も所定圧力に維持された状態となるため、制御装置は冷却剤噴射弁１０５の開閉制御を行い、冷却剤を噴射供給させる。その結果、過度に高温になった還元剤噴射弁３０あるいは還元触媒が短時間でより効率的に冷却される。
【符号の説明】
【００７１】
５：内燃機関、１０：排気浄化装置、１１：排気通路、２０、還元触媒、２１・２３：温度センサ、２７：ＮＯXセンサ、３０：還元剤噴射弁、４０・４０Ａ・４０Ｂ：還元剤供給装置、４１：還元剤貯蔵タンク、４２：還元剤送液部、４３：還元剤通路、４４：ポンプ、４５：共有通路、４６：共有還流路、４７：還元剤還流路、４８・４８Ａ：切換部、４９：背圧調整部、５１：冷却剤貯蔵タンク、５２：冷却剤送液部、５３：冷却剤通路、５４：ポンプ、５５：還流手段、５７：冷却剤還流路、５８：還流切換部、５９：背圧調整部、６０：制御装置、６１：ポンプ、７０：パティキュレートフィルタ、７３：酸化触媒、９０：エアパージ手段、９１：圧縮気体発生装置、９３：気体通路、１００：外部冷却手段、１０１：冷却剤バイパス通路、１０３：ＯＮ−ＯＦＦ弁、１０４：冷却剤バイパス還流路、１０５：冷却剤噴射弁、１１１：仕切壁、１１３：加熱用ヒータ、１４０：還元剤供給装置
【図１】
2010163985.tif 000003
【図２】
2010163985.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010163985.tif 000008
【図７】
2010163985.tif 000009
【図８】
2010163985.tif 000010
【図９】
2010163985.tif 000011