(57)【要約】【課題】液体状態の浄化液の吸い戻しを効果的に行う添加装置を提供する。【解決手段】浄化液を排ガスに添加する添加弁と、添加弁の開弁と閉弁を制御する開閉制御部と、添加弁内に負圧を発生させる負圧発生部と、を有し、開閉制御部は、負圧発生部によって添加弁に負圧が発生されている際に、添加弁の開弁と閉弁を繰り返して、添加弁内の浄化液の吸い出しを行っており、開閉制御部は、添加弁内に残留している液体状態の浄化液の吸い出しが促進されるように、液体状態の浄化液の流動性に基づいて、添加弁の開弁時間と閉弁時間の合計時間に対する閉弁時間と開弁時間の一方の比率、および、添加弁の開閉周波数の少なくとも一方を設定する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（３００）の排ガスに含まれる有害物質を浄化するための浄化液を、前記排ガスに添加する添加弁（１０）と、
前記添加弁の開弁と閉弁を制御する開閉制御部（８０）と、
前記添加弁内に負圧を発生させる負圧発生部（７０）と、を有し、
前記開閉制御部は、前記負圧発生部によって前記添加弁内に負圧が発生されている際に、前記添加弁の開弁と閉弁を繰り返して、前記添加弁内の前記浄化液の吸い出しを行っており、
前記開閉制御部は、前記添加弁内に残留している液体状態の前記浄化液の吸い出しが促進されるように、液体状態の前記浄化液の流動性に基づいて、前記添加弁の開弁時間と閉弁時間の合計時間に対する前記閉弁時間と前記開弁時間の一方の比率、および、前記添加弁の開閉周波数の少なくとも一方を設定する添加装置。
【請求項２】
前記開閉制御部は、液体状態の前記浄化液の流動性が低い場合に、前記添加弁の前記合計時間に対する前記閉弁時間の比率を高く設定する請求項１に記載の添加装置。
【請求項３】
前記開閉制御部は、液体状態の前記浄化液の流動性が低い場合に、前記添加弁の前記開閉周波数を低く設定する請求項１または請求項２に記載の添加装置。
【請求項４】
前記添加弁の前記合計時間に対する前記閉弁時間と前記開弁時間の一方の比率は２５％〜７５％である請求項１〜３いずれか１項に記載の添加装置。
【請求項５】
前記添加弁の前記開閉周波数は０．２５Ｈｚ〜１５．０Ｈｚである請求項１〜４いずれか１項に記載の添加装置。
【請求項６】
前記開閉制御部は、前記添加弁の前記合計時間に対する前記閉弁時間と前記開弁時間の一方の比率、および、前記添加弁の前記開閉周波数の少なくとも一方を、前記浄化液の温度に応じて調整する請求項１〜５いずれか１項に記載の添加装置。
【請求項７】
前記開閉制御部は、前記浄化液の温度が低くなると、前記添加弁の前記合計時間に対する前記閉弁時間と前記開弁時間の一方の比率を高める請求項６に記載の添加装置。
【請求項８】
前記開閉制御部は、前記浄化液の温度が低くなると、前記添加弁の前記開閉周波数を低める請求項６または請求項７に記載の添加装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、添加装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に示されるように、従来、尿素噴射ノズルの詰まり防止方法が知られている。特許文献１では、尿素噴射ノズルが詰まったと判定された場合、尿素水溶液を尿素タンクに回収する際に、尿素噴射ノズルの開閉を繰り返す。こうすることで、析出した固体の尿素の尿素噴射ノズルの詰まりを防止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５８４１８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示される尿素噴射ノズルの詰まり防止方法では、尿素噴射ノズルの開時間と閉時間との割合を９５：５として、尿素噴射ノズルの開閉を繰り返している。こうすることで尿素噴射ノズルの入口の詰まりを抑制している。この尿素噴射ノズルの開閉は、尿素水溶液を尿素タンクに回収する際に行われるが、本発明者が検討したところ、特許文献１に示されるように尿素噴射ノズルの開閉を行うだけでは、液体状態の尿素水（浄化液）の吸い戻しを効果的に行うことができないことが見出された。
【０００５】
そこで本発明は上記問題点に鑑み、液体状態の浄化液の吸い戻しを効果的に行う添加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】
【０００６】
上記した目的を達成するための開示された発明の１つは、内燃機関（３００）の排ガスに含まれる有害物質を浄化するための浄化液を、排ガスに添加する添加弁（１０）と、
添加弁の開弁と閉弁を制御する開閉制御部（８０）と、
添加弁内に負圧を発生させる負圧発生部（７０）と、を有し、
開閉制御部は、負圧発生部によって添加弁内に負圧が発生されている際に、添加弁の開弁と閉弁を繰り返して、添加弁内の浄化液の吸い出しを行っており、
開閉制御部は、添加弁内に残留している液体状態の浄化液の吸い出しが促進されるように、液体状態の浄化液の流動性に基づいて、添加弁の開弁時間と閉弁時間の合計時間に対する閉弁時間と開弁時間の一方の比率、および、添加弁の開閉周波数の少なくとも一方を設定する。
【０００７】
このように本発明では、液体状態の浄化液の流動性（粘性や表面張力）に基づいて添加弁（１０）の開閉を制御する。これにより液体状態の浄化液の吸い戻しが効果的に行われる。この作用効果については、発明を実施するための形態で詳説する。
【０００８】
なお、特許請求の範囲に記載の請求項、および、課題を解決するための手段それぞれに記載の要素に括弧付きで符号をつけている。この括弧付きの符号は実施形態に記載の各構成要素との対応関係を簡易的に示すためのものであり、実施形態に記載の要素そのものを必ずしも示しているわけではない。括弧付きの符号の記載は、いたずらに特許請求の範囲を狭めるものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】浄化システムを説明するためのブロック図である。
【図２】添加弁の排気管への装着状態を示す断面図である。
【図３】装着装置を説明するための斜視図である。
【図４】添加弁の概略構成を示す断面図である。
【図５】図４において破線で囲まれたＡ領域の拡大断面図である。
【図６】図４において破線で囲まれたＢ領域の拡大断面図である。
【図７】開弁状態を維持した場合の添加弁内の尿素水残存率の時間依存性を示すグラフである。
【図８】開弁状態を維持した場合の添加弁内の尿素水残存率の圧力依存性を示すグラフである。
【図９】添加弁内の尿素水残存率と制御信号の開閉周波数との関係を示すグラフである。
【図１０】Ａ領域における開弁時と閉弁時の尿素水の流動を説明するための図表である。
【図１１】Ｂ領域における開弁時と閉弁時の尿素水の流動を説明するための図表である。
【図１２】吸い戻し処理を説明するためのタイミングチャートである。
【図１３】吸い戻し処理を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
図１〜図１３に基づいて本実施形態に係る添加装置、および、添加装置を含む浄化システムを説明する。以下においては互いに直交の関係にある３方向を、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向と示す。ｘ方向とｙ方向とによって規定される平面をｘ−ｙ平面と示す。
【００１２】
浄化システム２００は、エンジン３００の燃焼駆動によって発生した排ガスを浄化するものである。図１に示すように浄化システム２００は、エンジン３００の排気管３１０に設けられている。エンジン３００が内燃機関に相当する。
【００１３】
浄化システム２００は、添加装置１００、ＳＣＲ触媒４００、および、センサ５００を有する。添加装置１００は尿素水を排気管３１０に添加する。尿素水は排気管３１０内で加水分解され、アンモニアが生成される。このアンモニアがＳＣＲ触媒４００に添加される。ＳＣＲ触媒４００はこの添加されたアンモニアを貯蔵する。そしてＳＣＲ触媒４００は、貯蔵したアンモニアと排ガス中のＮＯｘとを反応させる。こうすることでＮＯｘが水や窒素に分解される。尿素水が液体状態の浄化液に相当する。ＮＯｘが有害物質に相当する。
【００１４】
センサ５００は、第１ＮＯｘセンサ５０１、第２ＮＯｘセンサ５０２、第１排気温センサ５０３、および、第２排気温センサ５０４を備えている。エンジン３００からその下流に向かって、第１ＮＯｘセンサ５０１、第１排気温センサ５０３、添加装置１００、第２排気温センサ５０４、ＳＣＲ触媒４００、および、第２ＮＯｘセンサ５０２が順に並んで排気管３１０に設けられている。
【００１５】
以上に示した並び順のため、第１ＮＯｘセンサ５０１はエンジン３００から排出された排ガスに含まれるＮＯｘを検出する。第１排気温センサ５０３はエンジン３００から排出された排ガスの温度を検出する。第２排気温センサ５０４はＳＣＲ触媒４００に流入する排ガスの温度を検出する。第２ＮＯｘセンサ５０２はＳＣＲ触媒４００によって浄化された排ガスに含まれるＮＯｘを検出する。また添加装置１００が排気管３１０に尿素水を噴射することで、排ガスに尿素水が添加されるとともに、下流に位置するＳＣＲ触媒４００にアンモニアが添加される。
【００１６】
添加装置１００は添加弁１０を有する。図２および図３に示すように、この添加弁１０は装着装置６００によって排気管３１０に装着されている。排気管３１０は内面３１０ａと外面３１０ｂを有する。排気管３１０には内面３１０ａと外面３１０ｂとを貫通する貫通孔３１０ｃが形成されている。この貫通孔３１０ｃの外面３１０ｂ側に、装着装置６００によって添加弁１０が固定されている。添加弁１０の先端は排気管３１０内の空間を通る排ガスに晒されている。
【００１７】
エンジン３００から排出される排ガスの温度は、最高で７００℃程度になる。そして排気管３１０の温度は５００℃程度になる。このように高温になると、添加弁１０に付着した尿素水から水分が蒸発する。これにより尿素が析出して添加弁１０に付着する。この付着した固形の尿素のため、添加弁１０からの尿素水の噴射が妨げられる虞がある。
【００１８】
そこで後で説明するように、装着装置６００によって添加弁１０を冷却する。これにより尿素が析出して添加弁１０に付着することが抑制される。また、装着装置６００の振動板６０４が振動する。これにより添加弁１０に付着した固形の尿素が除去される。以下、装着装置６００について詳説する。
【００１９】
装着装置６００は、本体部６０１、導入管６０２、排出管６０３、振動板６０４、および、弾性支持材６０５を有する。本体部６０１は、排気管３１０の内側の内面６０１ａと、排気管３１０の外側の外面６０１ｂと、を有する。内面６０１ａは貫通孔３１０ｃの開口形状と相似形状を有している。
【００２０】
本体部６０１は内面３１０ａと外面３１０ｂの他に、両者を連結する連結面を有している。この連結面はｚ方向まわりの周方向において環状を成している。この連結面が貫通孔３１０ｃを構成する側壁面と周方向で全面的に接触している。
【００２１】
本体部６０１には、添加弁１０のノズルボディ２２を挿入するための挿入孔６０６が形成されている。挿入孔６０６はｚ方向に沿っている。挿入孔６０６の一端は内面６０１ａに開口している。挿入孔６０６の他端は外面６０１ｂに開口している。挿入孔６０６の一端に添加弁１０の先端が位置している。挿入孔６０６の他端は添加弁１０によって閉塞されている。以上により貫通孔３１０ｃは、本体部６０１と添加弁１０とによって閉塞されている。
【００２２】
本体部６０１内には、冷却水を流動させるための冷却水路６０７が形成されている。冷却水路６０７は、挿入孔６０６を囲むように周方向において環状に形成されている。そのために冷却水路６０７内の冷却水は、挿入孔６０６の周りを流動する。すなわち冷却水路６０７内の冷却水は、添加弁１０のノズルボディ２２の周りを流動する。これによりノズルボディ２２が冷却される。後述するようにノズルボディ２２の内部には尿素水が供給される。そのため尿素水も冷却される。
【００２３】
冷却水路６０７の導入口と排出口それぞれは外面６０１ｂに開口している。この導入口に導入管６０２が設けられる。排出口に排出管６０３が設けられる。導入管６０２と排出管６０３それぞれは冷却水路６０７と連通している。導入管６０２から冷却水路６０７に冷却水が導入される。冷却水は冷却水路６０７内を流動する。これによりノズルボディ２２と冷却水とが熱交換する。このノズルボディ２２と熱交換した冷却水は排出管６０３から外部に排出される。この冷却水としては、エンジン３００用の冷却水を利用することができる。
【００２４】
振動板６０４は、本体部６０１の内面６０１ａに設けられる。図３に示すように振動板６０４はｘ−ｙ平面において円環形状を成している。振動板６０４の中空と挿入孔６０６の中空とが連通している。振動板６０４の内周面６０４ａによって添加弁１０の先端が囲まれている。内周面６０４ａと添加弁１０の先端との間には微小な空隙がある。
【００２５】
弾性支持材６０５は振動板６０４と本体部６０１とを連結する。弾性支持材６０５は曲線形状を成す。弾性支持材６０５の一端が振動板６０４に連結されている。弾性支持材６０５の他端が本体部６０１の内面６０１ａに連結されている。本実施形態では４つの弾性支持材６０５によって振動板６０４と本体部６０１とが連結されている。４つの弾性支持材６０５は周方向で隣接間隔が等しくなっている。すなわち、２つの隣り合う弾性支持材６０５の隣接角度が、周方向において９０°になっている。なお図３では弾性支持材６０５を３つだけ示している。弾性支持材６０５の数としては特に限定されない。
【００２６】
以上の構成により、例えばエンジン３００の燃焼駆動によって排気管３１０が振動すると、その振動が本体部６０１と弾性支持材６０５を介して振動板６０４に伝達される。これにより振動板６０４が振動する。この振動している振動板６０４が、尿素水から析出して添加弁１０の先端などに付着した固形の尿素と衝突する。この衝撃により、固形の尿素が添加弁１０から除去される。
【００２７】
次に、添加装置１００を詳説する。図１に示すように添加装置１００は、添加弁１０、尿素水タンク６０、ポンプ７０、ＤＣＵ８０、および、配管９０を有する。添加弁１０とポンプ７０とは配管９０を介して連結されている。そしてポンプ７０は尿素水タンク６０に連結されている。これにより添加弁１０と尿素水タンク６０との間において、ポンプ７０と配管９０を介して尿素水が流動可能になっている。
【００２８】
ＤＣＵ８０は添加弁１０とポンプ７０それぞれと電気的に接続されている。ＤＣＵ８０は添加弁１０の開閉とポンプ７０の回転を制御する。ＤＣＵ８０はポンプ７０を回転制御することで尿素水タンク６０に貯留された尿素水を添加弁１０に供給する。そしてＤＣＵ８０は添加弁１０を開弁制御することで添加弁１０の先端から尿素水を噴射する。またＤＣＵ８０はポンプ７０を回転制御することで添加弁１０内の尿素水を尿素水タンク６０に戻す。この際、ＤＣＵ８０は添加弁１０を開閉制御することで添加弁１０内の尿素水の尿素水タンク６０への戻しを促進する。以下、添加弁１０を詳説した後、ポンプ７０とＤＣＵ８０を説明する。
【００２９】
添加弁１０は、図４に示すように、ボディ２０、弁体３０、バネ４０、および、電磁部５０を有する。ボディ２０は尿素水の流通する尿素水流路２１を内部に構成している。この尿素水流路２１に弁体３０とバネ４０が設けられている。バネ４０は弁体３０に付勢力を付与する。これにより尿素水流路２１が閉塞される。この結果、添加弁１０は閉弁される。
【００３０】
電磁部５０はボディ２０に設けられる。電磁部５０は磁気回路を形成する。これにより弁体３０がバネ４０の付勢力に抗して動かされ、尿素水流路２１が開放される。この結果、添加弁１０が開弁される。以下、添加弁１０の各構成要素を詳説する。
【００３１】
ボディ２０は、ノズルボディ２２、非磁性部材２３、導入部２４、および、噴孔部２５を有する。ノズルボディ２２、非磁性部材２３、および、導入部２４それぞれは筒形状を成している。ノズルボディ２２、非磁性部材２３、および、導入部２４それぞれの軸方向はｚ方向に沿い、ｘ−ｙ平面で一致している。図１では、ボディ２０の中心軸ＣＡを一点鎖線で示している。
【００３２】
ノズルボディ２２、非磁性部材２３、および、導入部２４によって、２つの開口部を有する筒が構成されている。一方の開口部はノズルボディ２２の先端で構成されている。他方の開口部は導入部２４の先端で構成されている。ノズルボディ２２の先端とは反対側の端部、および、導入部２４の先端とは反対側の端部それぞれが非磁性部材２３の端部と機械的に連結されている。
【００３３】
ノズルボディ２２の先端に噴孔部２５が固定されている。噴孔部２５には微小な噴射孔２５ａが形成されている。導入部２４の先端に配管９０が連結される。配管９０から尿素水流路２１に尿素水が流入される。この尿素水が噴射孔２５ａから排気管３１０に噴射される。逆に、尿素水を戻す場合、噴射孔２５ａから尿素水流路２１に空気が流入される。これにより尿素水流路２１内の尿素水が配管９０を介して尿素水タンク６０に戻される。
【００３４】
ノズルボディ２２は磁性材料からなる。ノズルボディ２２は母材を切削加工などによって形状を整えることで製造される。ノズルボディ２２の中空に弁体３０、後述の可動コア５６の一部、および、バネ４０の一部が設けられている。
【００３５】
上記したようにノズルボディ２２は装着装置６００の挿入孔６０６に挿入される。そのためノズルボディ２２の外面は本体部６０１の挿入孔６０６を構成する壁面とｘ−ｙ平面において対向している。
【００３６】
非磁性部材２３は、その名の示す通り、非磁性材料から成る。非磁性部材２３は、電磁部５０によって形成される磁気回路の、可動コア５６への通過が妨げられることを抑制する機能を果たす。非磁性材料としては、例えばセラミックを採用することができる。
【００３７】
上記したように非磁性部材２３はノズルボディ２２と導入部２４とを機械的に連結する機能も果たす。非磁性部材２３の中空には、可動コア５６、バネ４０、および、後述の固定コア５５それぞれの一部が設けられている。
【００３８】
導入部２４は、磁性材料から成る。導入部２４は母材を切削加工などによって形状を整えることで製造される。
【００３９】
導入部２４の中空に固定コア５５の一部が設けられている。固定コア５５は筒形状を成している。固定コア５５の外側面は導入部２４の内周面と接触している。固定コア５５は導入部２４に固定されている。
【００４０】
また固定コア５５の中空に圧入部材２６の一部が設けられている。圧入部材２６は筒形状を成す。圧入部材２６は導入部２４の配管９０の連結される開口部からその内部へと挿入される。そして圧入部材２６は固定コア５５の中空に圧入される。これにより圧入部材２６の外側面と固定コア５５の内側面との間に圧入部材２６の復元力が発生する。この復元力によって、圧入部材２６は固定コア５５を介して導入部２４に固定されている。
【００４１】
導入部２４の配管９０の連結される開口部側の中空には、フィルタ２４ａが設けられている。フィルタ２４ａは金属から成り、網目構造を有している。配管９０を介して導入部２４の構成する尿素水流路２１に流入した尿素水はフィルタ２４ａを通過する。これにより尿素水に含まれるゴミがフィルタ２４ａによって除去される。このフィルタ２４ａによってゴミの除去された尿素水が、圧入部材２６と固定コア５５の構成する中空へと流れる。
【００４２】
導入部２４の配管９０の連結される開口部を構成する端部の外側面には、Ｏリング２４ｂとストッパ２４ｃが設けられている。またこの外側面には、ストッパ２４ｃを設けるための環状の溝部２４ｄが形成されている。図４に示すように、ｚ方向においてノズルボディ２２から導入部２４に向かう方向に、Ｏリング２４ｂとストッパ２４ｃが順に並んでいる。これにより、ストッパ２４ｃによってＯリング２４ｂが導入部２４から外れることが抑制されている。
【００４３】
噴孔部２５はノズルボディ２２の先端の開口部に設けられる。噴孔部２５は、図５に示すように、ノズルボディ２２に固定される口端部２５ｂと、噴射孔２５ａの形成された先端部２５ｃと、を有する。
【００４４】
口端部２５ｂは筒形状を成す。口端部２５ｂはノズルボディ２２の中空に設けられる。口端部２５ｂの外面がノズルボディ２２の内面に溶接接合されている。口端部２５ｂと中空とノズルボディ２２の中空とが連通している。
【００４５】
口端部２５ｂの内径は不定である。口端部２５ｂの内面には、周方向において環状を成す接触面２５ｄが形成されている。この接触面２５ｄは、ｚ方向において噴射孔２５ａから導入部２４側へと向かうにしたがって、徐々に径が広がるテーパ形状を成している。この接触面２５ｄに弁体３０の先端が着座したり離座したりする。
【００４６】
先端部２５ｃは筒形状を成す。先端部２５ｃの中空に口端部２５ｂの排気管３１０側の端部が設けられる。先端部２５ｃの内面に口端部２５ｂの外面が溶接接合されている。これにより口端部２５ｂの排気管３１０側の開口部が先端部２５ｃの中央部によって覆われている。
【００４７】
先端部２５ｃの中央部は、口端部２５ｂの接触面２５ｄよりもボディ２０の中心軸ＣＡ側に位置する。そして先端部２５ｃの中央部は、ｚ方向において口端部２５ｂの開口部と対向している。この先端部２５ｃの中央部に、尿素水を噴射するための噴射孔２５ａが複数形成されている。
【００４８】
弁体３０は母材を切削加工などによって形状を整えることで製造される。弁体３０はｚ方向に延びる筒形状を成す。弁体３０とボディ２０の軸方向はｘ−ｙ平面で一致している。
【００４９】
弁体３０は自身の中空と連通する１つの開口端と、自身の中空と非連通の１つの閉口端と、を有する。弁体３０の閉口端は噴射孔２５ａ側に位置する。この閉口端は弁体３０の先端に相当する。弁体３０の開口端は導入部２４側に位置する。この開口端は弁体３０の端部に相当する。
【００５０】
弁体３０の閉口端の外面には、口端部２５ｂの接触面２５ｄと同一の傾斜角度のテーパ形状の縁部が形成されている。この閉口端のテーパ状の縁部が接触面２５ｄと全面的に環状に接触する。これにより噴射孔２５ａと尿素水流路２１との連通が遮断される。
【００５１】
弁体３０の開口端に、可動コア５６が設けられている。可動コア５６は中空を有し、弁体３０の中空と連通している。また可動コア５６の中空と固定コア５５の中空も連通している。したがって、上記したフィルタ２４ａによってゴミの除去された尿素水は、圧入部材２６と固定コア５５の構成する中空へと流れるとともに、可動コア５６と弁体３０の中空へも流れる。
【００５２】
図４および図６に示すように可動コア５６と固定コア５５はｚ方向で対向している。より詳しく言えば、可動コア５６のｘ−ｙ平面において環状を成す上端面５６ａと、固定コア５５のｘ−ｙ平面において環状を成す下端面５５ａとがｚ方向で対向している。
【００５３】
後述するように可動コア５６は弁体３０とともにボディ２０の軸方向（ｚ方向）に移動する。弁体３０の軸方向への移動により、可動コア５６と固定コア５５とはｚ方向で近づいたり離れたりする。
【００５４】
より詳しく言えば、弁体３０が噴射孔２５ａ側に変位すると、可動コア５６と固定コア５５とがｚ方向で離れる。弁体３０の閉口端が接触面２５ｄに着座している場合、可動コア５６の上端面５６ａと固定コア５５の下端面５５ａとはｚ方向において最も離れる。このように可動コア５６と固定コア５５とがｚ方向で離れている場合、上端面５６ａと下端面５５ａとの間に尿素水が流動する空隙通路が構成される。
【００５５】
これとは逆に、弁体３０が導入部２４側に変位すると、可動コア５６と固定コア５５とがｚ方向で近づく。弁体３０の閉口端と接触面２５ｄとが離座し、ｚ方向において最も離れている場合、可動コア５６の上端面５６ａと固定コア５５の下端面５５ａとが接触する。この際、上記の空隙通路が無くなる。図６では、可動コア５６の上端面５６ａと固定コア５５の下端面５５ａとが接触して、空隙通路が無くなっている状態を示している。また図６では、特にノズルボディ２２、非磁性部材２３、および、導入部２４それぞれを区別せずに、ボディ２０として図示している。
【００５６】
弁体３０は内面３０ａと外面３０ｂを有する。内面３０ａは弁体３０の中空を構成している。上記したように弁体３０の中空は可動コア５６の中空と連通され、可動コア５６の中空とともに尿素水の流動する流通路を構成している。
【００５７】
弁体３０の外面３０ｂは口端部２５ｂとノズルボディ２２それぞれの内面とｘ−ｙ平面で離れて対向している。また可動コア５６の外側面はノズルボディ２２と非磁性部材２３それぞれの内面とｘ−ｙ平面で離れて対向している。そのため、弁体３０と口端部２５ｂ、および、弁体３０とノズルボディ２２それぞれとの間に空間が構成されている。また可動コア５６とノズルボディ２２、および、可動コア５６と非磁性部材２３それぞれとの間に空間が構成されている。これらの空間は上記した弁体３０の中空や空隙通路と連通される。そのため、これらの空間も尿素水の流動する流通路を構成している。
【００５８】
以下においては、弁体３０の中空と可動コア５６の中空とによって構成される流通路を第１流通路３１と示す。また、上記した弁体３０、口端部２５ｂ、ノズルボディ２２、可動コア５６、および、非磁性部材２３によって構成される流通路を第２流通路３２と示す。
【００５９】
上記したように弁体３０の閉口端が接触面２５ｄに着座している場合、可動コア５６と固定コア５５との間に空隙通路が構成される。この場合、第１流通路３１と第２流通路３２とは、空隙通路を介して連通される。換言すれば、添加弁１０が閉弁状態の場合、第１流通路３１と第２流通路３２とは、空隙通路を介して連通される。これとは逆に、可動コア５６と固定コア５５とが接触している場合、上記の空隙通路は無くなる。そのため、第１流通路３１と第２流通路３２とは、空隙通路を介して連通されなくなる。換言すれば、添加弁１０が開弁状態の場合、第１流通路３１と第２流通路３２との空隙通路を介した連通が遮断される。
【００６０】
弁体３０には、弁体３０の中空とノズルボディ２２の中空とを連通するための第１連通孔３３が形成されている。また弁体３０には、弁体３０の中空と口端部２５ｂの中空とを連通するための第２連通孔３４が形成されている。すなわち弁体３０には、第１流通路３１と第２流通路３２とを連通するための第１連通孔３３と第２連通孔３４それぞれが形成されている。これら第１連通孔３３と第２連通孔３４とにより、第１流通路３１と第２流通路３２は、添加弁１０の開弁状態と閉弁状態とによらずに連通している。
【００６１】
第１連通孔３３は、弁体３０におけるノズルボディ２２との対向面に設けられている。第２連通孔３４は、弁体３０における口端部２５ｂとの対向面に設けられている。そのため第２連通孔３４は第１連通孔３３よりも噴射孔２５ａ側に位置している。本実施形態では２つの第１連通孔３３が弁体３０に形成されている。４つの第２連通孔３４が弁体３０に形成されている。
【００６２】
バネ４０は可動コア５６と弁体３０に付勢力を付与するものである。バネ４０は線形状の弾性材料がｚ方向にらせん状に巻き回されて成るコイルバネである。バネ４０はｚ方向において可動コア５６と圧入部材２６との間に設けられている。そして上記の圧入部材２６の圧入により、バネ４０は可動コア５６と圧入部材２６との間でｚ方向に圧縮されている。これによりバネ４０は、ｚ方向においてバネ４０から離れる方向に付勢力を発生させている。このため、弁体３０と可動コア５６それぞれにｚ方向において噴射孔２５ａ側へ向かうバネ４０の付勢力が付与されている。この付勢力によって弁体３０と可動コア５６との接触状態が保たれている。また電磁部５０によって磁気回路が形成されない場合、バネ４０の付勢力により、弁体３０の閉口端が接触面２５ｄに着座している。これにより添加弁１０の閉弁状態が保たれている。
【００６３】
電磁部５０は、ソレノイドコイル５１、コネクタ５２、樹脂部５３、ハウジング５４、固定コア５５、および、可動コア５６を有する。ソレノイドコイル５１はコネクタ５２とともに樹脂部５３によって一体的に連結されている。ソレノイドコイル５１は固定コア５５と可動コア５６の周囲を囲むように、樹脂部５３によってボディ２０に固定されている。
【００６４】
ハウジング５４は筒形状を成している。ハウジング５４はソレノイドコイル５１と樹脂部５３それぞれの周囲を囲むようにボディ２０に固定されている。またハウジング５４は装着装置６００の本体部６０１の挿入孔６０６の他端とｘ−ｙ平面において円環状に接触している。これにより挿入孔６０６はハウジング５４とボディ２０とによって閉塞されている。
【００６５】
固定コア５５は筒形状を成している。固定コア５５は導入部２４と非磁性部材２３の中空に設けられている。図６に示すように、固定コア５５の弁体３０側の外径は、非磁性部材２３との接触面積を低減するため、非磁性部材２３の内径よりも狭くなっている。そのため、固定コア５５と非磁性部材２３とによって、上記した第２流通路３２と連通する隘路５５ｂが構成されている。隘路５５ｂはｘ−ｙ平面において環状を成している。この隘路５５ｂも尿素水で満たされる。この隘路５５ｂは空隙通路を介して第１流通路３１と連通している。
【００６６】
可動コア５６は筒形状を成している。可動コア５６は非磁性部材２３とノズルボディ２２の中空に設けられている。可動コア５６の中空には、ｘ−ｙ平面において環状を成す取り付け部５７が構成されている。この取り付け部５７によって、可動コア５６の中空は噴射孔２５ａ側の中空と導入部２４側の中空とに区画されている。この可動コア５６の噴射孔２５ａ側の中空に弁体３０の開口端が挿入されている。そして弁体３０の開口端の端面が、取り付け部５７の環状の下面５７ａと接触している。またこの可動コア５６の導入部２４側の中空にバネ４０が挿入されている。そしてバネ４０が、取り付け部５７の環状の上面５７ｂと接触している。上記したようにバネ４０のｚ方向において噴射孔２５ａ側へ向かう付勢力により、弁体３０と可動コア５６との接触状態が保たれている。そのため、可動コア５６と弁体３０とはｚ方向にともに移動する。
【００６７】
図６に示すように、可動コア５６の外径は、非磁性部材２３およびノズルボディ２２それぞれの内径よりも狭くなっている。そのため、可動コア５６と非磁性部材２３、および、可動コア５６とノズルボディ２２によって、上記した第２流通路３２の一部が構成されている。
【００６８】
ハウジング５４、固定コア５５、および、可動コア５６それぞれは磁性材料によって形成されている。上記したようにノズルボディ２２と導入部２４も磁性材料によって形成されている。そして非磁性部材２３は非磁性材料によって形成されている。固定コア５５と可動コア５６それぞれはｘ−ｙ平面において非磁性部材２３と隣り合っている。
【００６９】
以上により、コネクタ５２を介してソレノイドコイル５１に電流を流すと、それによって発生する磁束は、導入部２４、固定コア５５、可動コア５６、ノズルボディ２２、および、ハウジング５４を通る磁気回路を形成する。この磁気回路が形成されると、可動コア５６はバネ４０の付勢力に抗してｚ方向に沿って導入部２４側へと移動しようとする。上記したように可動コア５６と弁体３０とはｚ方向にともに移動する。したがって磁気回路の形成による可動コア５６の導入部２４側への移動により、弁体３０も導入部２４側へと移動する。これにより弁体３０の先端（閉口端）が口端部２５ｂの接触面２５ｄから離座する。この結果、噴射孔２５ａから排気管３１０への尿素水の噴射がなされる。なおこの際、可動コア５６の上端面５６ａと固定コア５５の下端面５５ａとが接触する。これにより空隙通路を介した第１流通路３１と第２流通路３２との連通が遮断される。また、空隙通路を介した隘路５５ｂと第１流通路３１との連通が遮断される。
【００７０】
次に、ポンプ７０とＤＣＵ８０を説明する。
【００７１】
ポンプ７０は、正逆方向に回転可能になっている。ポンプ７０が正回転すると、尿素水タンク６０から添加弁１０へと向かう正圧が配管９０に発生する。これにより尿素水タンク６０内の尿素水が、配管９０を介して添加弁１０に圧送される。しかしながらポンプ７０が逆回転すると、添加弁１０から尿素水タンク６０へと向かう負圧が配管９０に発生する。これにより添加弁１０内の尿素水が、配管９０を介して尿素水タンク６０に吸い戻される。ポンプ７０は負圧発生部に相当する。
【００７２】
ＤＣＵ８０はdosing control unitの略である。ＤＣＵ８０は、エンジン３００が燃焼駆動している際に、ポンプ７０を正回転に駆動して添加弁１０に尿素水を供給するとともに、添加弁１０を開閉制御する。これによりＤＣＵ８０は添加弁１０から排気管３１０に噴射される尿素水量を制御する。この際にＤＣＵ８０は０．５Ｈｚ〜３．０Ｈｚで添加弁１０を開閉制御する。またエンジン３００が燃焼駆動を停止すると、ＤＣＵ８０はポンプ７０を逆回転に駆動するとともに、添加弁１０を開閉制御する。これによりＤＣＵ８０は添加弁１０から尿素水を吸い戻す。この際のＤＣＵ８０の添加弁１０の開閉周波数は後述する。ＤＣＵ８０が開閉制御部に相当する。
【００７３】
なお添加装置１００は、図１に示すように尿素水圧を検出する圧力センサ９１と、尿素水の温度を検出する温度センサ９２を有する。これら圧力センサ９１と温度センサ９２の検出信号はＤＣＵ８０に入力される。
【００７４】
上記したようにエンジン３００が燃焼駆動を停止した後、添加弁１０内の尿素水を吸い戻す。この際、添加弁１０内に尿素水が残留する。以下、添加弁１０内に尿素水が残留する理由を図５〜図８に基づいて説明する。
【００７５】
添加弁１０に残留している尿素水を吸い戻す際に、上記したようにＤＣＵ８０は添加弁１０を開閉制御する。尿素水が吸い戻されるのは、図５に示すように添加弁１０が開弁状態の時である。添加弁１０が開弁状態になると、尿素水流路２１が噴射孔２５ａを介して排気管３１０と連通される。これにより、図５に実線矢印で示す方向に尿素水が流れる。
【００７６】
しかしながら尿素水は自重と粘性を有する。そのため、図５と図６においてドットハッチングで尿素水を示すように、単に添加弁１０を開弁状態にして添加弁１０内に負圧を発生するだけでは、添加弁１０内に尿素水が残留することになる。この尿素水が残留しやすい場所は、尿素水の流動抵抗の高い場所である。それは、例えば添加弁１０内における流通面積の狭い場所である。また、流通路を構成しない袋小路である。
【００７７】
図６に示すように、添加弁１０が開弁状態になると可動コア５６の上端面５６ａと固定コア５５の下端面５５ａとが接触し、空隙通路を介した第１流通路３１と第２流通路３２との連通が遮断される。これにより空隙通路を介した第２流通路３２から第１流通路３１への尿素水の流動が妨げられる。特に、可動コア５６とボディ２０との間に構成される第２流通路３２内の尿素水の吸い戻しが妨げられる。また、固定コア５５とボディ２０との間の隘路５５ｂ内の尿素水の吸い戻しが困難になる。
【００７８】
以上に示したように、添加弁１０内では尿素水の流動抵抗の高い場所や流通路を構成しない袋小路がある。そのため、添加弁１０を開弁状態に維持して負圧を発生しただけでは、添加弁１０内の尿素水を効果的に吸い戻すことができない。
【００７９】
図７と図８に、本発明者が添加弁１０を開弁状態に維持して負圧を発生させた場合の尿素水残存率の実験結果を示す。ひし形は実験の実測値を示している。実線は最小二乗法などを用いて得られた実測値に対する近似線を示している。
【００８０】
図７と図８の縦軸は、添加弁１０内が尿素水で満たされた状態での添加弁１０内の尿素水残存量に対する尿素水残存率を示している。したがって添加弁１０内が尿素水で満たされている場合、尿素水残存率は１．０になる。
【００８１】
図７の横軸は時間を示している。図８の横軸は圧力を示している。したがって図７は添加弁１０内の尿素水残存率の時間依存性を示している。図８は添加弁１０内の尿素水残存率の圧力依存性を示している。
【００８２】
この実験では、ボディ２０の中心軸ＣＡを鉛直方向に沿わせている。そのため、ｘ−ｙ平面が水平面に沿い、ｚ方向が鉛直方向に沿っている。添加弁１０の排気管３１０への尿素水の添加方向が重力の作用方向と同一方向である。添加弁１０内の尿素水の吸い戻し方向は重力の作用方向とは逆向きである。
【００８３】
図７に示すように吸い戻しの始めにおいては、尿素水残存率は急激に減少する。しかしながら１０秒も経過すると尿素水残存率の変化がゆるくなる。その後は、５０秒経過しても尿素水残存率はほとんど変化しなくなる。なおこの実験では負圧を０．５ｂａｒにしている。
【００８４】
図８に、吸い戻し始めてから１０秒経過した後の尿素水残存率の圧力依存性を示す。ここに示されるように、負圧が０．５ｂａｒ〜０．７ｂａｒの場合、尿素水残存率はほとんど変わらない。
【００８５】
このように、本発明者の実験でも確かめられるように、添加弁１０を開弁状態に維持して負圧を発生しただけでは、添加弁１０内の尿素水を効果的に吸い戻すことができない。
【００８６】
これに対して添加装置１００は、尿素水の流動性を加味して、添加弁１０を開閉制御する。
【００８７】
図９に、本発明者が添加弁１０を開弁状態と閉弁状態に切り換えて負圧を発生させた場合の添加弁１０内の尿素水残存率の実験結果を示す。ひし形は実験の実測値、実線は実測値に対する近似線を示している。
【００８８】
ＤＣＵ８０は添加弁１０を開閉制御するために、デジタルの制御信号によってコネクタ５２に流す電流を制御している。この制御信号のＨｉレベルとＬｏレベルの一方によってコネクタ５２に電流が流れる。そのため、制御信号のＨｉレベルとＬｏレベルの一方によって、添加弁１０は開弁状態および閉弁状態の一方になる。また制御信号のＨｉレベルとＬｏレベルの他方によって添加弁１０は開弁状態および閉弁状態の他方になる。本実施形態では、制御信号がＨｉレベルの場合に添加弁１０は開弁状態になる。制御信号がＬｏレベルの場合に添加弁１０は閉弁状態になる。
【００８９】
この実験では、制御信号のデューティ比を５０％に設定している。したがって開弁時間と閉弁時間とは等しくなっている。またこの実験では、ＤＣＵ８０は制御信号を１０秒だけ出力している。同様にして、ＤＣＵ８０はポンプ７０に逆回転する指令信号を１０秒だけ出力している。そのため添加弁１０内の尿素水の吸い戻し時間は１０秒になっている。負圧は、図７の実験と同様にして０．５ｂａｒ（０．０５ＭＰａ）に設定している。
【００９０】
制御信号のデューティ比は、開弁時間と閉弁時間の合計時間に対する開弁時間の比率を示している。したがって例えばデューティ比２５％の場合、合計時間に対する開弁時間の比率は２５％になる。換言すれば、合計時間に対する閉弁時間の比率は７５％になる。また、例えばデューティ比７５％の場合、合計時間に対する開弁時間の比率は７５％になる。換言すれば、合計時間に対する閉弁時間の比率は２５％になる。
【００９１】
図９の縦軸は、吸い戻しの間、添加弁１０を開弁状態に維持した場合における、添加弁１０内の尿素水残存量に対する尿素水残存率を示している。したがって図９は、添加弁１０を開弁状態に維持する場合と比べて、尿素水残存量がどの程度改善されるのかを示している。
【００９２】
図９の横軸は、制御信号の開閉周波数を示している。換言すれば、図９の横軸は、添加弁１０の開弁状態と閉弁状態の切り換え頻度を示している。さらに言いかえれば、図９の横軸は、制御信号の１パルス周期当たりの開弁時間と閉弁時間それぞれの変化量を示している。開閉周波数が高くなれば、１パルス周期当たりの開弁時間と閉弁時間それぞれは短くなる。逆に開閉周波数が低くなれば、１パルス周期当たりの開弁時間と閉弁時間それぞれは長くなる。
【００９３】
なおこの実験においても、ボディ２０の中心軸ＣＡを鉛直方向に沿わせている。添加弁１０における尿素水の吸い戻し方向は重力の作用方向とは逆向きである。そのため尿素水の自重による流動は、尿素水の吸い戻し方向とは逆向きである。
【００９４】
図９に示すように、開閉周波数を０から高めると尿素水残存率は急激に減少する。開閉周波数がおよそ１．０Ｈｚの時に尿素水残存率は最小になる。１．０Ｈｚよりも開閉周波数が高まると、徐々に尿素水残存率の減少度合いが低まる。開閉周波数がおよそ２０．０Ｈｚを超えると尿素水残存率はほぼ一定になる。このように開閉周波数が２０．０Ｈｚを超えると、吸い戻し時間が１０秒では、添加弁１０を開弁状態に維持した場合と尿素水残存率が同程度になる。
【００９５】
図９に示すように、開閉周波数がおよそ０．５Ｈｚ〜１０．０Ｈｚの間においては、尿素水残存率は０．８以下になることが期待される。このように制御信号の開閉周波数を調整することで、尿素水の残存率を低くすることができる。換言すれば、開閉周波数の１パルス周期当たりの開弁時間と閉弁時間それぞれを調整することで、尿素水の残存率を低くすることができる。
【００９６】
次に、添加弁１０を開閉制御することで、添加弁１０の尿素水残存率が低くなる理由を図１０と図１１に基づいて説明する。
【００９７】
図１０と図１１それぞれの（ａ）欄では、添加弁１０は閉弁状態であり、添加弁１０内は尿素水で満たされている。この状態から、図１０と図１１それぞれの（ｂ）欄に示すように添加弁１０が開弁される。そして添加弁１０内に負圧が発生される。これにより添加弁１０内の尿素水は配管９０側へと吸い戻される。
【００９８】
尿素水は第１連通孔３３と第２連通孔３４の少なくとも一方を介して弁体３０の中空へ流動する。すなわち尿素水は第１連通孔３３と第２連通孔３４を介して第１流通路３１へ流動する。この第１流通路３１内の尿素水は、圧入部材２６と固定コア５５の構成する中空へ流れるとともに、導入部２４の中空へも流れる。そして導入部２４の尿素水はフィルタ２４ａを介して配管９０に流入し、ポンプ７０を介して尿素水タンク６０に戻される。
【００９９】
しかしながら図１０の（ｂ）欄に明示するように、口端部２５ｂと弁体３０の第２連通孔３４の縁部との間などの狭い隙間では、尿素水の粘性（表面張力）や自重と負圧とが釣り合い、第２連通孔３４側へと尿素水が流れなくなる。
【０１００】
また図１１の（ｂ）欄に明示するように、可動コア５６の上端面５６ａと固定コア５５の下端面５５ａとが接触し、空隙通路を介した第１流通路３１と第２流通路３２との連通が遮断される。そのため、可動コア５６とボディ２０との間に構成される第２流通路３２内の尿素水が、第１流通路３１側へと流動し難くなる。また隘路５５ｂの尿素水が流動しなくなる。さらに言えば、可動コア５６の取り付け部５７の下面５７ａの尿素水は、表面張力や自重と負圧との釣り合いにより、取り付け部５７の開口部側へと流動しなくなる。以上に示したように、単に添加弁１０を開弁するだけでは、添加弁１０内の尿素水の残存量が減少しなくなる。
【０１０１】
次に、図１０と図１１それぞれの（ｃ）欄に示すように、添加弁１０を閉弁する。この添加弁１０の閉弁により、図１０の（ｃ）欄に示すように、口端部２５ｂと弁体３０の第２連通孔３４の縁部との間などの狭い隙間においても、毛細管現象や自重のため、破線矢印で示すように尿素水は第２連通孔３４側へと流れる。この尿素水の毛細管現象や自重による流動は、尿素水の流動性に依存する。すなわち、尿素水の粘性や表面張力に依存する。さらに言いかえれば、尿素水の濃度と温度に依存する。
【０１０２】
尿素水の流動性が高い場合、閉弁時間が短くとも、上記した隙間を介して、尿素水が第２連通孔３４側へと流動する。しかしながら尿素水の流動性が低い場合、閉弁時間が短いと、上記した隙間を介して、尿素水は第２連通孔３４側へと流動し難くなる。
【０１０３】
また添加弁１０の閉弁により、図１１の（ｃ）欄に示すように、可動コア５６の上端面５６ａと固定コア５５の下端面５５ａとが離れ、空隙通路を介して第１流通路３１と第２流通路３２とが連通される。このため、毛細管現象などのために、破線矢印で示すように可動コア５６とボディ２０との間に構成される第２流通路３２内の尿素水が空隙通路を介して可動コア５６の中空側へと流れる。また取り付け部５７の下面５７ａの尿素水も、毛細管現象などのために、取り付け部５７の開口部側へと流動する。
【０１０４】
尿素水の流動性が高い場合、閉弁時間が短くとも、空隙通路を介して、尿素水が可動コア５６の中空側へと流動する。また取り付け部５７の開口部側へと尿素水が流動する。しかしながら尿素水の流動性が低い場合、閉弁時間が短いと、空隙通路を介して、尿素水は可動コア５６の中空側へと流動し難くなる。取り付け部５７の開口部側へと尿素水は流動し難くなる。
【０１０５】
以上に示したように、吸い戻すのに適した場所（流動抵抗の低い場所）に尿素水を流動させるためには、閉弁時間を尿素水の流動性に応じて決定することが重要となる。このように尿素水の流動性を加味した閉弁時間は、上記の図９に示されている。すなわち、デューティ比５０％の場合、制御信号の開閉周波数をおよそ０．５Ｈｚ〜１０．０Ｈｚの間に設定することが図９に示されている。
【０１０６】
図１０と図１１それぞれの（ｄ）欄に示すように、添加弁１０を開弁する。すると、図１０の（ｄ）欄に示すように、添加弁１０の閉弁時において第２連通孔３４側に流動してきた尿素水が、第１流通路３１を介して吸い戻される。また図１１の（ｄ）欄に示すように、添加弁１０の閉弁時において可動コア５６の中空側、取り付け部５７の開口部側に流動してきた尿素水が、固定コア５５の中空を介して吸い戻される。
【０１０７】
図１０と図１１それぞれの（ｅ）欄に示すように、再び添加弁１０を閉弁する。これにより図１０の（ｅ）欄において破線矢印で示すように残留尿素水は第２連通孔３４側へと流動する。また図１１の（ｅ）欄において破線矢印で示すように残留尿素水は可動コア５６の中空側と取り付け部５７の開口部側へと流動する。
【０１０８】
以上に示したように添加弁１０の開弁と閉弁とを、尿素水の吸い戻しと尿素水自身の流動とが促進されるように繰り返す。これにより、図１０と図１１それぞれの（ｆ）欄に示すように、添加弁１０内における尿素水の残存量が低減される。
【０１０９】
図９では、デューティ比５０％の場合に、制御信号の開閉周波数をおよそ０．５Ｈｚ〜１０．０Ｈｚの間に設定することで、吸い戻し時間１０秒において、尿素水残存率を０．８以下にできることを示した。しかしながら、上記したように、尿素水の残存量を減少するには、閉弁時間を尿素水の流動性に応じて決定すればよい。そのため、図９の実験結果に基づいて、デューティ比と開閉周波数とを設定することで、尿素水残存率を０．８以下にできる。
【０１１０】
例えばデューティ比２５％で、開弁時間と閉弁時間の比が１：３の場合、デューティ比５０％と比べて、閉弁時間が１．５倍になる。この場合、開閉周波数を１．５倍にしても、デューティ比５０％の場合と同等の閉弁時間を確保することができる。そのため、開閉周波数として、およそ０．７５Ｈｚ〜１５．０Ｈｚを採用することができる、とみなせる。
【０１１１】
さらに例示すれば、例えばデューティ比７５％で、開弁時間と閉弁時間の比が３：１の場合、デューティ比５０％と比べて、閉弁時間が０．５倍になる。この場合、開閉周波数を０．５倍にすることで、デューティ比５０％の場合と同等の閉弁時間を確保することができる。すなわち、開閉周波数として、およそ０．２５Ｈｚ〜５．０Ｈｚを採用することができる、とみなせる。
【０１１２】
以上に示した尿素水の流動性に対応するデューティ比、そのデューティ比に対応する開閉周波数をＤＣＵ８０は記憶している。
【０１１３】
なお、上記した尿素残存率０．８という値は、本発明者が実験で扱った添加弁１０の内部構造に依存する値である。添加弁１０の内部構造が異なれば、当然として尿素水残存率は０．８とは異なる値を示すことが予想される。さらに言えば、添加弁１０の重力の作用方向に対する添加弁１０の配置角度によっても、尿素水残存率は０．８から異なる値になることが予想される。しかしながら尿素水の流動性を加味して添加弁１０を開閉することで、尿素水残存率を１．０よりも低くすることができる、と期待できる。すなわち、上記したようにデューティ比５０％の場合に、制御信号の開閉周波数をおよそ０．５Ｈｚ〜１０．０Ｈｚの間に設定することで、尿素水残存率を１．０よりも低くすることができる、と期待できる。
【０１１４】
次に、ＤＣＵ８０による尿素水の吸い戻し処理を、図１２と図１３に基づいて説明する。
【０１１５】
図１２の時間ｔ０において、エンジン３００は燃焼駆動状態である。そのため、添加装置１００は排気管３１０への尿素水噴射を実施している。逆に添加装置１００は尿素水の吸い戻しを停止している。添加弁１０内の尿素水圧は、正圧の噴射圧になっている。この噴射圧は、ＤＣＵ８０がポンプ７０を正回転させることで成される。
【０１１６】
なお、この時間ｔ０は、エンジン３００の停止直前である。ＤＣＵ８０が生成する添加弁１０の制御信号はＬｏレベルになっている。このＬｏレベルの際、電磁部５０は磁気回路を形成しない。そのために添加弁１０は閉弁状態になっている。逆に制御信号がＨｉレベルの場合、電磁部５０は磁気回路を形成する。そのために添加弁１０は開弁状態になる。
【０１１７】
図１２では弁体３０のｚ方向の移動をニードルリフトによって示している。制御信号がＬｏレベルの場合、ニードルリフトは最小になり、添加弁１０は閉弁状態になる。制御信号がＨｉレベルの場合、ニードルリフトは最大になり、添加弁１０は開弁状態になる。
【０１１８】
時間ｔ１に至ると、エンジン３００は燃焼駆動状態を停止する。そのために排気管３１０に排ガスが流動しなくなる。添加装置１００は排気管３１０への尿素水噴射を停止する。この際、添加装置１００は尿素水の吸い戻しをまだ実施しない。ＤＣＵ８０はポンプ７０の回転制御を停止する。これにより添加弁１０内の尿素水圧は噴射圧から減圧する。添加弁１０の制御信号はＬｏレベル、ニードルリフトは閉弁状態になっている。
【０１１９】
時間ｔ２に至ると、尿素水圧が大気圧まで減少する。この際にＤＣＵ８０はポンプ７０を逆回転させる。これにより尿素水圧は徐々に低下する。なお、ＤＣＵ８０はエンジン３００の燃焼駆動が停止するとすぐに、ポンプ７０を逆回転し始めてもよい。
【０１２０】
時間ｔ３に至ると、尿素水圧は吸い戻し圧になる。するとＤＣＵ８０は添加弁１０に制御信号を出力する。この際、ＤＣＵ８０は温度センサ９２より尿素水の温度を取得する。そして予め記憶している尿素水の濃度とその取得した温度により、尿素水の流動性を判定する。次いでＤＣＵ８０は、その尿素水の流動性に応じた制御信号のデューティ比と開閉周波数とを読み出す。ＤＣＵ８０はその読み出したデューティ比と開閉周波数とに応じた制御信号によって、添加弁１０を開閉制御する。これによりニードルリフトを閉弁状態と開弁状態とに切り換える。
【０１２１】
なお、ＤＣＵ８０はポンプ７０を逆回転し始めてから第１所定時間経過後に、制御信号を出力してもよい。この第１所定時間は、ポンプ７０の逆回転によって尿素水圧が例えば０．５ｂａｒの吸い戻し圧になることの期待される時間である。図１３では、第１所定時間経過後に制御信号を出力する処理を例示している。
【０１２２】
図１２に示すように、添加弁１０が開状態になると、尿素水圧は低下する。しかしながら添加弁１０が閉状態になると、尿素水圧が吸い戻し圧に回復する。このように添加弁１０の開閉制御によって尿素水圧が吸い戻し圧に回復するように、制御信号のデューティ比は設定される。例えばデューティ比を９５％などに設定して開弁時間を閉弁時間よりも長くすると、尿素水圧が吸い戻し圧に回復しなくなる。そのため、尿素水の吸い戻しを効率的に行うことができなくなる虞がある。したがって制御信号のデューティ比としては、尿素水圧が吸い戻し圧に回復する、例えば２５％〜７５％などを採用するのが好適となる。
【０１２３】
時間ｔ３から第２所定時間経過して、時間ｔ４に至ると、ＤＣＵ８０は制御信号の出力を停止する。この第２所定時間は、添加弁１０内の尿素水の残存率が十分に低くなることの期待される時間である。図９に示す縦軸で言えば、尿素水残存率が０．８以下になることの期待される時間である。
【０１２４】
時間ｔ３から第３所定時間経過して、時間ｔ５に至ると、添加弁１０はポンプ７０の逆回転制御を停止する。この第３所定時間は第２所定時間よりも長い時間である。なお、時間ｔ４において、ＤＣＵ８０はポンプ７０の逆回転制御を停止してもよい。
【０１２５】
次に、図１３に基づいてＤＣＵ８０の尿素水の吸い戻し処理を説明する。先ずステップＳ１０においてＤＣＵ８０はエンジン３００が燃焼駆動を停止した否かを判定する。またＤＣＵ８０はポンプ７０の正回転が停止したか否かを判定する。エンジン３００が燃焼駆動を停止し、ポンプ７０の正回転が停止したと判定すると、ＤＣＵ８０はステップＳ２０へと進む。エンジン３００の燃焼駆動の停止、ポンプ７０の正回転の停止のいずれも成立しない場合、ＤＣＵ８０はステップＳ１０を繰り返して待機状態になる。
【０１２６】
ステップＳ２０へ進むとＤＣＵ８０は、ポンプ７０を逆回転制御し始める。この後にＤＣＵ８０はステップＳ３０へと進む。
【０１２７】
ステップＳ３０へと進むと、ＤＣＵ８０は第１所定時間経過したか否かを判定する。換言すれば、ＤＣＵ８０は尿素水圧が吸い戻し圧になったか否かを判定する。第１所定時間が経過したと判定した場合、ＤＣＵ８０はステップＳ４０へと進む。第１所定時間が経過していないと判定した場合、ＤＣＵ８０はステップＳ３０を繰り返し、待機状態になる。
【０１２８】
ステップＳ４０へ進むとＤＣＵ８０は、添加弁１０に制御信号を出力する。この際、ＤＣＵ８０は尿素水の流動性を判定し、その尿素水の流動性に応じた制御信号のデューティ比と開閉周波数とを読み出す。ＤＣＵ８０は読み出したデューティ比と開閉周波数とに応じた制御信号を添加弁１０に出力する。この後にＤＣＵ８０はステップＳ５０へと進む。
【０１２９】
ステップＳ５０へと進むと、ＤＣＵ８０は第２所定時間経過したか否かを判定する。換言すれば、添加弁１０内の尿素水の残存率が十分に低くなったか否かを判定する。第２所定時間が経過したと判定した場合、ＤＣＵ８０はステップＳ６０へと進む。第２所定時間が経過していないと判定した場合、ＤＣＵ８０はステップＳ５０を繰り返し、待機状態になる。
【０１３０】
ステップＳ６０へ進むとＤＣＵ８０は、制御信号の出力を停止する。そしてＤＣＵ８０はステップＳ７０へと進む。
【０１３１】
ステップＳ７０へと進むと、ＤＣＵ８０は第３所定時間経過したか否かを判定する。第３所定時間が経過したと判定した場合、ＤＣＵ８０はステップＳ８０へと進む。第３所定時間が経過していないと判定した場合、ＤＣＵ８０はステップＳ７０を繰り返し、待機状態になる。なお、このステップＳ７０は省略してもよい。
【０１３２】
ステップＳ８０へ進むとＤＣＵ８０は、ポンプ７０の逆回転制御を停止する。そしてＤＣＵ８０は吸い戻し処理を終了する。
【０１３３】
次に、本実施形態に係る添加装置１００の作用効果を説明する。上記したようにＤＣＵ８０は、尿素水の流動性（粘性や表面張力）に基づいて添加弁１０を開閉制御する。すなわちＤＣＵ８０は、尿素水の濃度と尿素水の温度により尿素水の流動性を判定する。そしてＤＣＵ８０は、その尿素水の流動性に応じた制御信号のデューティ比と開閉周波数とを、例えば図９に示すデューティ比５０％に対する開閉周波数０．５Ｈｚ〜１０．０Ｈｚに決定する。これにより尿素水の吸い戻しが効果的に行われる。すなわち、尿素水の添加弁１０の残存量を減らしつつ、尿素水を早く吸い戻すことができる。
【０１３４】
本発明者は、特許第５８４１８２６号公報と同様にして、デューティ比９５％で、開弁時間と閉弁時間の比を１９：１として、特に尿素水の流動性を加味して決定することなく添加弁１０を開閉制御する実験を行った。この場合、図９と同様にして効果的に尿素水を吸い戻すのに６７秒〜２００秒かかることが判明した。このように尿素水の流動性を加味せずに閉弁時間を短く設定すると、尿素水を吸い戻すのに時間がかかり、効果的に尿素水を吸い戻すことができなくなる。以上に示したように、本実施形態に係る添加装置１００は、デューティ比９５％で開閉周波数を特に尿素水の流動性を加味して決定することなく添加弁１０を開閉制御する構成と比べて、尿素水を効率的に吸い戻すことができる。
【０１３５】
なお、上記したように、尿素水の流動性が低い場合、尿素水の流動時間を確保するべく、添加弁１０の閉弁時間を長くするとよい。したがってＤＣＵ８０は、尿素水の流動性が低まると、制御信号のデューティ比を下げることで、閉弁時間を長くする。またＤＣＵ８０は制御信号の開閉周波数を低くすることで、閉弁時間を長くする。これとは逆に、尿素水の流動性が高まると、ＤＣＵ８０は制御信号のデューティ比を上げることで、開弁時間を長くする。またＤＣＵ８０は制御信号の開閉周波数を高くすることで、開弁時間を長くする。これにより吸い戻し時間を確保する。以上に示した対応を行うことができるように、ＤＣＵ８０には予め尿素水の流動性に応じた制御信号のデューティ比と開閉周波数とが記憶されている。
【０１３６】
なお、ＤＣＵ８０は、制御信号を出力している際に、温度センサ９２から尿素水の温度を取得して、その取得した温度に基づいて尿素水の流動性を継続して判定してもよい。そしてＤＣＵ８０はその判定した流動性に基づいて、制御信号のデューティ比および開閉周波数の少なくとも一方を調整してもよい。すなわちＤＣＵ８０は温度に基づいて制御信号のデューティ比および開閉周波数の少なくとも一方をフィードバック制御してもよい。具体的に言えば、尿素水の温度が低くなると、ＤＣＵ８０はディーティ比を下げる。またＤＣＵ８０は開閉周波数を低める。これとは逆に、尿素水の温度が高くなると、ＤＣＵ８０はディーティ比を上げる。またＤＣＵ８０は開閉周波数を高める。
【０１３７】
これによれば、尿素水の温度変化によって、尿素水の流動性が変化したとしても、それに追随して、閉弁時間を調整することができる。このため、尿素水を効率的に吸い戻すことができる。
【０１３８】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【０１３９】
本実施形態では、予め記憶されている尿素水の濃度を用いて、制御信号のデューティ比と開閉周波数を決定する例を示した。すなわち、尿素水の濃度は一定であると見なして、制御信号のデューティ比と開閉周波数を決定する例を示した。しかしながら尿素水の濃度が変化する場合、それによっても尿素水の流動性が変化するので、尿素水の濃度の変化に応じて、制御信号のデューティ比と開閉周波数の少なくとも一方を決定してもよい。具体的に言えば、ＤＣＵ８０は尿素水の濃度が高くなると、ディーティ比を下げる。またＤＣＵ８０は開閉周波数を低める。これとは逆に、ＤＣＵ８０は尿素水の濃度が低くなると、ディーティ比を上げる。またＤＣＵ８０は開閉周波数を高める。
【０１４０】
本実施形態では、ＤＣＵ８０は尿素水の流動性に基づいて、制御信号のデューティ比と開閉周波数それぞれを決定する例を示した。しかしながらＤＣＵ８０は尿素水の流動性に基づいて、制御信号のデューティ比と開閉周波数の一方を決定するだけでもよい。すなわちＤＣＵ８０は尿素水の流動性に基づいて、制御信号のデューティ比と開閉周波数の一方を決定し、制御信号のデューティ比と開閉周波数の他方を固定値としてもよい。
【０１４１】
また本実施形態では、ＤＣＵ８０は温度センサ９２より尿素水の温度を取得し、予め記憶している尿素水の濃度とその取得した温度により、尿素水の流動性を判定する例を示した。しかしながらＤＣＵ８０は単に予め記憶している尿素水の濃度によって尿素水の流動性を判定してもよい。この場合、ＤＣＵ８０は尿素水に対応する制御信号のデューティ比と開閉周波数を予め定めておく。すなわちＤＣＵ８０は尿素水の濃度に基づく流動性を加味して制御信号のデューティ比と開閉周波数を予め定めるものの、尿素水の流動性の変動に応じて制御信号のデューティ比と開閉周波数を定めない。これによっても、尿素水の濃度によって決定される尿素水の流動性を加味せずに制御信号のデューティ比と開閉周波数が定められた構成と比べて、尿素水を効率的に吸い戻すことができる。
【０１４２】
上記したように、尿素水を噴射する際の添加弁１０の開閉制御の周波数は０．５Ｈｚ〜３．０Ｈｚである。また、例示した尿素水を効果的に吸い戻す開閉制御の周波数は０．２５Ｈｚ〜１５．０Ｈｚの間である。このように噴射時の開閉周波数は、吸い戻し時の開閉周波数に含まれる。したがって、制御信号の開閉周波数を尿素水の噴射時と吸い戻し時とで同一にしつつ、噴射時と吸い戻し時とでデューティ比を変更してもよい。なお、噴射時の制御信号のデューティ比としては、特に限定されないが、例えば５０％を採用することができる。この場合、例えば制御信号のデューティ比を５０％、開閉周波数を３．０Ｈｚとして、尿素水の噴射時と吸い戻し時とで制御信号を同一にしてもよい。
【符号の説明】
【０１４３】
１０…添加弁、７０…ポンプ、８０…ＤＣＵ、１００…添加装置、２００…浄化システム、３００…内燃機関
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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