(57)【要約】    【課題】  還元剤供給系に目詰まりが起こり難くする。    【解決手段】  エンジンが稼動しているときには、閉塞空間内を任意に調圧可能な圧力調整器３８により、密閉構造を有する還元剤容器２４の上部空間を所定圧力ｐ1まで加圧する一方、エンジンが停止しているときには、圧力調整器３８により、還元剤容器２４の上部空間を少なくとも大気圧以下の所定圧力ｐ2まで減圧する。そして、エンジン稼動中には、還元剤容器２４の上部空間に存在する空気により液体還元剤を押圧し、還元剤供給系へと圧送する。また、エンジン停止中には、還元剤供給系に存在する液体還元剤を確実に還元剤容器２４へと回収する。このため、還元剤供給系に軽微な目詰まりが発生しても、これが圧送された液体還元剤により強制排出されると共に、エンジン停止中に液体還元剤から溶媒のみが蒸発してその溶質が析出されることが抑制される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体還元剤を貯蔵する密閉構造の還元剤容器と、
エンジン排気通路に配設され、前記還元剤容器から供給される液体還元剤を用いて排気中の窒素酸化物を還元浄化する還元触媒と、
エンジンの稼動状態を判定する稼動判定手段と、
該稼動判定手段によりエンジンが稼動していると判定されたときに、前記還元剤容器の上部空間を所定圧力に加圧する加圧手段と、
を含んで構成されたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
前記加圧手段は、閉塞空間内を任意圧力に調圧可能な圧力調整器からなることを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記加圧手段は、エアを貯留するエアリザーバと、該エアリザーバに貯留されるエアを所定圧力に減圧する減圧弁と、該減圧弁により減圧されたエアの還元剤容器内への供給を制御するエア供給制御弁と、を含んで構成されたことを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記稼動判定手段によりエンジンが停止していると判定されたときに、前記還元剤容器の上部空間を少なくとも大気圧まで減圧させる減圧手段を備えたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の排気浄化装置。
【請求項５】
前記減圧手段は、閉塞空間内を任意圧力に調圧可能な圧力調整器からなることを特徴とする請求項４記載の排気浄化装置。
【請求項６】
前記減圧手段は、前記還元剤容器の上部空間を任意に大気開放する大気開放制御弁からなることを特徴とする請求項４記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体還元剤を用いて排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元浄化する排気浄化装置において、還元剤供給系に目詰まりが起こり難くする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン排気に含まれるＮＯｘを除去する触媒浄化システムとして、特開２０００−２７６２７号公報（特許文献１）に開示された排気浄化装置が提案されている。かかる排気浄化装置は、エンジン排気系に配設された還元触媒の排気上流に、エンジン運転状態に応じた液体還元剤を噴射供給することで、排気中のＮＯｘと液体還元剤とを触媒還元反応させて、ＮＯｘを無害成分に浄化処理するものである。ここで、液体還元剤としては、排気熱及び排気中の水蒸気を利用した加水分解によりアンモニアを発生する尿素水溶液が用いられる。
【特許文献１】特開２０００−２７６２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の排気浄化装置では、排気熱により還元剤供給系が加熱された結果、液体還元剤の温度が溶媒の沸点以上になると、溶媒のみが蒸発して溶質が析出し、還元剤供給系に目詰まりが発生するおそれがある。還元剤供給系に目詰まりが発生すると、還元触媒に液体還元剤が供給されないことから、還元触媒におけるＮＯｘの還元反応が進行せず、所要の排気浄化性能を発揮できなくなってしまう。
【０００４】
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、液体還元剤を貯蔵する密閉構造の還元剤容器の上部空間を所定圧力に加圧することで、液体還元剤の供給を補助し、還元剤供給系に目詰まりが発生し難くした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】
【０００５】
このため、請求項１記載の発明では、液体還元剤を貯蔵する密閉構造の還元剤容器と、エンジン排気通路に配設され、前記還元剤容器から供給される液体還元剤を用いて排気中の窒素酸化物を還元浄化する還元触媒と、エンジンの稼動状態を判定する稼動判定手段と、該稼動判定手段によりエンジンが稼動していると判定されたときに、前記還元剤容器の上部空間を所定圧力に加圧する加圧手段と、を含んで構成されたことを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の発明では、前記加圧手段は、閉塞空間内を任意圧力に調圧可能な圧力調整器からなることを特徴とする。
請求項３記載の発明では、前記加圧手段は、エアを貯留するエアリザーバと、該エアリザーバに貯留されるエアを所定圧力に減圧する減圧弁と、該減圧弁により減圧されたエアの還元剤容器内への供給を制御するエア供給制御弁と、を含んで構成されたことを特徴とする。
【０００７】
請求項４記載の発明では、前記稼動判定手段によりエンジンが停止していると判定されたときに、前記還元剤容器の上部空間を少なくとも大気圧まで減圧させる減圧手段を備えたことを特徴とする。
請求項５記載の発明では、前記減圧手段は、閉塞空間内を任意圧力に調圧可能な圧力調整器からなることを特徴とする。
【０００８】
請求項６記載の発明では、前記減圧手段は、前記還元剤容器の上部空間を任意に大気開放する大気開放制御弁からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、エンジンが稼動しているときには、還元剤容器の上部空間が所定圧力に加圧されるので、還元剤容器に貯蔵される液体還元剤は、上部空間に存在する空気により押圧され、還元剤供給系へと圧送される。このため、還元剤供給系に軽微な目詰まりが発生しても、これが圧送される液体還元剤により強制排出されるので、還元剤供給系に目詰まりが起こり難くすることができる。また、液体還元剤が還元剤供給系に圧送されるため、機器レイアウトの自由度を向上させることができる。
【００１０】
請求項２記載の発明によれば、閉塞空間内を任意圧力に調圧可能な圧力調整器を用いることで、還元剤容器の上部空間を容易に所定圧力に加圧することができる。
請求項３記載の発明によれば、還元剤容器の上部空間には、エアリザーバから所定圧力に減圧されたエアが供給されるので、還元剤容器に貯蔵される液体還元剤は、上部空間に存在する空気により押圧され、還元剤供給系へと圧送することができる。このとき、還元剤容器の上部空間内の圧力が、減圧弁により減圧されたエアの圧力と等しくなると、還元剤容器へのエア供給が停止するので、エアリザーバに貯留されたエアを無駄に消費することがない。
【００１１】
請求項４記載の発明によれば、エンジンが停止しているときには、還元剤容器の上部空間が少なくとも大気圧まで減圧されるので、還元剤供給系に存在する液体還元剤を還元剤容器へと支障なく回収することができる。特に、還元剤容器の上部空間を大気圧以下の負圧まで減圧するようにすれば、還元剤供給系に存在する液体還元剤は、負圧により還元剤容器へと吸引されるので、短時間かつ確実に還元剤容器へと回収することができる。従って、エンジンが停止しているときに、還元剤供給系に存在する液体還元剤から溶質が析出され難くなり、還元剤供給系に目詰まりが起こり難くすることができる。
【００１２】
請求項５記載の発明によれば、閉塞空間内を任意圧力に調圧可能な圧力調整器を用いることで、還元剤容器の上部空間を少なくとも大気圧以下に減圧することができる。
請求項６記載の発明によれば、還元剤容器の上部空間が大気開放されるので、その上部空間を大気圧まで減圧することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図１は、尿素水溶液を液体還元剤として使用し、エンジン排気中に含まれるＮＯｘを触媒還元反応により浄化する排気浄化装置の全体構成を示す。
エンジン１０の排気マニフォールド１２に接続される排気管１４には、排気流通方向に沿って、一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ2）へと酸化させる窒素酸化触媒１６と、尿素水溶液を噴射供給する噴射ノズル１８と、尿素水溶液を加水分解して得られるアンモニアによりＮＯｘを還元浄化するＮＯｘ還元触媒２０と、ＮＯｘ還元触媒２０を通過したアンモニアを酸化させるアンモニア酸化触媒２２と、が夫々配設される。また、密閉構造を有する還元剤容器２４に貯蔵される尿素水溶液は、その底部で吸込口が開口する供給配管２６を通って還元剤添加装置２８に供給される一方、還元剤添加装置２８で噴射に寄与しない余剰の尿素水溶液は、戻り配管３０を通って還元剤容器２４の上部空間内へと戻される。
【００１４】
そして、還元剤添加装置２８は、コンピュータを内蔵した還元剤添加コントロールユニット（以下「還元剤添加ＥＣＵ」という）３２により制御され、エンジン運転状態に応じた尿素水溶液を、空気と混合しつつ噴射ノズル１８に供給する。ここで、エンジン運転状態は、ＣＡＮ（Controller Area Network）を介して接続されるエンジンコントロールユニット（以下「エンジンＥＣＵ」という）３４から読み込まれる。
【００１５】
なお、図中の符号３６は、排気浄化装置としての機能を確保すべく、還元剤容器２４に貯蔵される尿素水溶液の濃度を検出する濃度センサである。
かかる排気浄化装置において、噴射ノズル１８から噴射供給された尿素水溶液は、排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解され、アンモニアへと転化される。転化されたアンモニアは、ＮＯｘ還元触媒２０において排気中のＮＯｘと反応し、水及び無害なガスに浄化されることは知られたことである。このとき、ＮＯｘ還元触媒２０によるＮＯｘ浄化効率を向上させるべく、窒素酸化触媒１６によりＮＯがＮＯ2へと酸化され、排気中のＮＯとＮＯ2との割合が触媒還元反応に適したものに改善される。また、ＮＯｘ還元触媒２０を通過したアンモニアは、その排気下流に配設されたアンモニア酸化触媒２２により酸化されるので、異臭を放つアンモニアがそのまま大気中に放出されることを防止できる。
【００１６】
一方、還元剤容器２４には、図２に示すように、その上部空間内を任意圧力に調圧可能な圧力調整器３８と、上部空間内の圧力ｐを検出する圧力センサ４０と、が夫々取り付けられる。そして、還元剤添加ＥＣＵ３２は、そのＲＯＭ（Read Only Memory）に記憶された制御プログラムを実行することで、エンジンＥＣＵ３４及び圧力センサ４０からの信号に応じて圧力調整器３８を制御する。なお、還元剤添加ＥＣＵ３２により稼動判定手段が実現されると共に、還元剤添加ＥＣＵ３２，圧力調整器３８及び圧力センサ４０の協働により加圧手段及び減圧手段が夫々実現される。
【００１７】
図３は、還元剤添加ＥＣＵ３２において、所定時間ごとに繰り返し実行される制御プログラムの具体的内容を示す。
ステップ１（図では「Ｓ１」と略記する。以下同様）では、圧力センサ４０から、還元剤容器２４の上部空間内の圧力ｐを読み込む。
ステップ２では、ＣＡＮを介してエンジンＥＣＵ３４から読み込んだエンジン運転情報に基づいて、エンジン１０が稼動しているか否かを判定する。そして、エンジン１０が稼動していればステップ３へと進む一方（Ｙｅｓ）、エンジン１０が停止していればステップ５へと進む（Ｎｏ）。
【００１８】
ステップ３では、還元剤容器２４の上部空間内の圧力ｐが所定値ｐ1未満であるか否かを判定する。ここで、所定値ｐ1は、還元剤容器２４の上部空間を加圧すべきか否かを判定するための閾値であって、尿素水溶液を供給配管２６へと圧送可能な値に設定される。そして、圧力ｐが所定値ｐ1未満であればステップ４へと進み（Ｙｅｓ）、圧力調整器３８を加圧制御する。一方、圧力ｐが所定値ｐ1以上であれば加圧が不要であるので、処理を終了する（Ｎｏ）。
【００１９】
ステップ５では、還元剤容器２４の上部空間内の圧力ｐが所定値ｐ2より大であるか否かを判定する。ここで、所定値ｐ2は、還元剤容器２４の上部空間を減圧すべきか否かを判定するための閾値であって、還元剤添加装置２８を含んで構成される還元剤供給系から尿素水溶液を吸引可能な値に設定される。そして、圧力ｐが所定値ｐ2より大であればステップ６へと進み（Ｙｅｓ）、圧力調整器３８を減圧制御する。一方、圧力ｐが所定値ｐ2以下であれば減圧が不要であるので、処理を終了する（Ｎｏ）。
【００２０】
かかる排気浄化装置によれば、エンジン１０が稼動しているときには、還元剤容器２４の上部空間は、圧力調整器３８により所定値ｐ1以上の圧力に加圧される。このため、還元剤容器２４に貯蔵される尿素水溶液は、上部空間に存在する空気により押圧され、供給配管２６へと圧送される。従って、還元剤供給系に軽微な目詰まりが発生しても、これが圧送される尿素水溶液により噴射ノズル１８から強制排出されるので、還元剤供給系に目詰まりが起こり難くすることができる。また、尿素水溶液が還元剤供給系に圧送されるため、還元剤容器２４の上方に還元剤添加装置２８を位置させることが可能となり、機器レイアウトの自由度を向上させることができる。
【００２１】
一方、エンジン１０が停止しているときには、還元剤容器２４の上部空間は、圧力調整器３８により所定値ｐ2以下の負圧に減圧される。このため、還元剤供給系に存在する尿素水溶液は、還元剤容器２４へと吸引され、短時間かつ確実に還元剤容器２４へと回収することができる。従って、エンジン１０が停止しているときに、還元剤供給系に存在する尿素水溶液から溶質（尿素）が析出され難くなり、還元剤供給系に目詰まりが起こり難くすることができる。
【００２２】
また、還元剤容器２４の上部空間を加圧及び減圧するために、次のような構成を採用してもよい。即ち、図４に示すように、還元剤容器２４には、その上部空間を任意に大気開放する電磁開閉弁からなる大気開放制御弁４２と、所定圧力に調圧されたエアの供給を制御する電磁開閉弁からなるエア供給制御弁４４と、が夫々取り付けられる。エア供給制御弁４４には、エアリザーバ４６に貯留されるエアが減圧弁４８により所定圧力に減圧された後供給される。そして、還元剤添加ＥＣＵ３２は、そのＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することで、エンジンＥＣＵ３４からの信号に応じて大気開放制御弁４２及びエア供給制御弁４４を夫々制御する。なお、還元剤添加ＥＣＵ３２，エア供給制御弁４４，エアリザーバ４６及び減圧弁４８の協働により加圧手段が実現されると共に、還元剤添加ＥＣＵ３２及び大気開放制御弁４２の協働により減圧手段が実現される。
【００２３】
図５は、還元剤添加ＥＣＵ３２において、所定時間ごとに繰り返し実行される制御プログラムの具体的内容を示す。
ステップ１１では、ＣＡＮを介してエンジンＥＣＵ３４から読み込んだエンジン運転情報に基づいて、エンジン１０が稼動しているか否かを判定する。そして、エンジン１０が稼動していればステップ１２へと進む一方（Ｙｅｓ）、エンジン１０が停止していればステップ１３へと進む（Ｎｏ）。
【００２４】
ステップ１２では、大気開放制御弁４２を閉弁させる一方、エア供給制御弁４４を開弁させる。
ステップ１３では、大気開放制御弁４２を開弁させる一方、エア供給制御弁４４を閉弁させる。
かかる排気浄化装置によれば、エンジン１０が稼動しているときには、還元剤容器２４の上部空間は、大気開放制御弁４２が閉弁することでその気密性が確保されると共に、エア供給制御弁４４が開弁することでエアリザーバ４６から所定圧力に減圧されたエアが供給される。このため、還元剤容器２４に貯蔵される尿素水溶液は、上部空間に供給されたエアにより押圧され、供給配管２６へと圧送される。このとき、還元剤容器２４の上部空間内の圧力が、減圧弁４８により減圧されたエアの圧力と等しくなると、還元剤容器２４へのエア供給が停止するので、エア供給制御弁４４を開弁させたままでも、エアリザーバ４６に貯留されたエアを無駄に消費することがない。
【００２５】
一方、エンジン１０が停止しているときには、還元剤容器２４の上部空間は、大気開放制御弁４２が開弁することで大気圧まで減圧されると共に、エア供給制御弁４４が閉弁することでエアリザーバ４６からのエア供給が遮断される。このため、エアリザーバ４６に貯留されるエアの不必要な消費を抑制しつつ、還元剤供給系に存在する尿素水溶液を支障なく還元剤容器２４へと回収することができる。
【００２６】
他の作用及び効果については、図２及び図３に示す排気浄化装置と同様であるので、そちらを参照されたい。
なお、本発明は、尿素水溶液を還元剤として用いる排気浄化装置に限らず、アンモニア水溶液，炭化水素を主成分とする軽油，ガソリン，灯油などを還元剤として用いるものにも適用可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の適用対象である排気浄化装置の全体構成図
【図２】第１実施形態に係る排気浄化装置の要部拡大図
【図３】同上の制御内容を示すフローチャート
【図４】第２実施形態に係る排気浄化装置の要部拡大図
【図５】同上の制御内容を示すフローチャート
【符号の説明】
【００２８】
１０  エンジン
１４  排気管
２０  ＮＯｘ還元触媒
２４  還元剤容器
３２  還元剤添加ＥＣＵ
３４  エンジンＥＣＵ
３８  圧力調整器
４０  圧力センサ
４２  大気開放制御弁
４４  エア供給制御弁
４６  エアリザーバ
４８  減圧弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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