還元剤供給装置
【課題】内燃機関の始動時における還元剤の充填時及び内燃機関の停止時におけるパージ制御時において還元剤噴射弁を開弁する必要をなくして、信頼性を向上することが可能な還元剤供給装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の停止に伴い、還元剤通路及び還元剤噴射弁内の還元剤を還元剤タンクに回収するパージ制御を実行可能に構成された還元剤供給装置において、一端が噴射モジュールに接続されるとともに他端が前記還元剤タンクに接続され、前記一端が前記還元剤通路に連通するパージ用通路を備え、制御装置は、前記内燃機関の始動時には、前記還元剤噴射弁を閉じた状態でポンプを駆動して、前記パージ用通路を介してエア抜きを行いながら前記還元剤を充填し、前記内燃機関の停止時には、前記還元剤を閉じた状態で前記ポンプを駆動して、前記パージ用通路を介してエアを導入しながら前記還元剤を回収する。
【解決手段】内燃機関の停止に伴い、還元剤通路及び還元剤噴射弁内の還元剤を還元剤タンクに回収するパージ制御を実行可能に構成された還元剤供給装置において、一端が噴射モジュールに接続されるとともに他端が前記還元剤タンクに接続され、前記一端が前記還元剤通路に連通するパージ用通路を備え、制御装置は、前記内燃機関の始動時には、前記還元剤噴射弁を閉じた状態でポンプを駆動して、前記パージ用通路を介してエア抜きを行いながら前記還元剤を充填し、前記内燃機関の停止時には、前記還元剤を閉じた状態で前記ポンプを駆動して、前記パージ用通路を介してエアを導入しながら前記還元剤を回収する。
【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を浄化するための還元剤を排気管内に噴射する還元剤供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両等に搭載された内燃機関から排出される排気中の窒素酸化物（以下「ＮＯX」と称する。）を除去するための排気浄化装置の一態様として、排気通路に備えられＮＯXと還元剤との還元反応を促進させるＮＯX浄化触媒と、尿素水溶液等の液体の還元剤をＮＯX浄化触媒の上流側で噴射する還元剤供給装置とを備えた装置が実用化されている。
【０００３】
このような排気浄化装置に用いられる還元剤供給装置は、液体の還元剤を収容する還元剤タンクと、還元剤タンク内の還元剤を吸い上げて圧送するポンプと、ポンプにより圧送される還元剤を排気管内に噴射する還元剤噴射弁とを備えて構成されている。
【０００４】
ここで、還元剤として尿素水溶液が用いられる場合、尿素水溶液の濃度は凝固点が最も低くなる濃度（例えば３２．５％濃度、凝固点≒−１１℃）に調整されて用いられる。しかしながら、寒冷地等において、内燃機関の停止中に還元剤の温度が凝固点を下回ると、還元剤供給経路内で還元剤が凝固するおそれがある。特に、排気熱等によって水分が蒸発して還元剤の濃度が上昇し、還元剤の凝固点が上昇する場合があるため、還元剤の凝固の発生は十分に考えられる。
【０００５】
還元剤の凝固を生じると、還元剤の体積が膨張して、配管や還元剤噴射弁が破損するおそれがある。そのため、内燃機関の停止時においては、還元剤供給経路内に残留する還元剤を還元剤タンクに回収するパージ制御が実施されるようになっている（例えば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１０１５６４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、パージ制御を実行する場合においては、回収効率を高めるために、還元剤噴射弁を開弁して、還元剤を還元剤タンク側に吸い戻すようにしている。そのため、排気が排気管から還元剤噴射装置内に侵入し、排気中の煤等の異物が還元剤噴射弁の弁体の着座面に固着して閉弁不良を生じたり、異物によって還元剤供給経路内の汚染や、着座面の摩耗、弁体の摺動不良を生じたりするおそれがある。あるいは、吸い込まれる排気の熱や、還元剤噴射弁を開弁するための通電による還元剤噴射弁の発熱によって、還元剤噴射弁内に残留する還元剤中の水分が蒸発して、還元剤の結晶化を生じるおそれもある。
【０００８】
また、内燃機関の停止時にパージ制御を実行することに伴い、内燃機関の始動時において還元剤を充填する際に、還元剤供給経路内のエア抜きをする必要がある。このエア抜きは、還元剤噴射弁を開弁することによって行われている。このとき、還元剤を圧送するポンプの特性や還元剤供給経路の長さの違いやばらつきによって還元剤噴射弁を開弁する時期や時間が異なるために、意図しない還元剤の噴射が行われたり、還元剤が確実に充填されていない状態での還元剤噴射弁の開閉動作によって還元剤噴射弁を構成する弁体やニードルの焼付きを生じたりするおそれがある。
【０００９】
このように、内燃機関の停止時におけるパージ制御時や、内燃機関の始動時における還元剤の充填時において、還元剤噴射弁を開弁することによって還元剤供給装置の信頼性が低下するおそれがある。
【００１０】
本発明の発明者は、このような課題に鑑みて、還元剤噴射弁を含む噴射モジュールと還元剤タンクとを接続するパージ用通路を設け、内燃機関の始動時にはパージ用通路を介してエア抜きを行い、内燃機関の停止時にはパージ用通路を介してエアを導入するようにす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。
すなわち、本発明は、内燃機関の始動時における還元剤の充填時及び内燃機関の停止時におけるパージ制御時において還元剤噴射弁を開弁する必要をなくして、信頼性を向上することが可能な還元剤供給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】
【００１１】
本発明によれば、液体の還元剤を収容する還元剤タンクと、前記還元剤を圧送するポンプと、前記ポンプによって圧送された前記還元剤を内燃機関の排気管内に噴射する還元剤噴射弁を含む噴射モジュールと、前記ポンプと前記還元剤噴射弁とを接続する還元剤通路と、前記ポンプ及び前記還元剤噴射弁の駆動制御を行う制御装置と、を備え、前記内燃機関の停止に伴い、前記還元剤通路及び前記還元剤噴射弁内の前記還元剤を前記還元剤タンクに回収するパージ制御を実行可能に構成された還元剤供給装置において、一端が前記噴射モジュールに接続されるとともに他端が前記還元剤タンクに接続され、前記一端が前記還元剤通路に連通するパージ用通路を備え、前記制御装置は、前記内燃機関の始動時には、前記還元剤噴射弁を閉じた状態で前記ポンプを駆動して、前記パージ用通路を介してエア抜きを行いながら前記還元剤を充填し、前記内燃機関の停止時には、前記還元剤を閉じた状態で前記ポンプを駆動して、前記パージ用通路を介してエアを導入しながら前記還元剤を回収することを特徴とする還元剤供給装置が提供され、上述した問題を解決することができる。
【００１２】
すなわち、本発明の還元剤供給装置は、噴射モジュールと還元剤タンクとを接続するパージ用通路を備えるとともに、制御装置によって、内燃機関の始動時及び停止時に、還元剤噴射弁を閉じたままで還元剤の充填及びパージ制御を実行することとしている。そのため、内燃機関の始動時における還元剤の充填時において、意図しない還元剤の噴射や還元剤噴射弁の損傷を防ぐことができるとともに、内燃機関の停止時におけるパージ制御時において、還元剤供給経路内の汚染や還元剤噴射弁の損傷、還元剤の結晶化を防ぐことができる。したがって、本発明の還元剤供給装置によれば、還元剤供給装置の信頼性を向上させることが可能になる。
【００１３】
また、本発明の還元剤供給装置においては、前記パージ用通路とは別に、前記還元剤通路と前記還元剤タンクとを連通するリターン通路を備えるとともに、前記パージ用通路に、前記パージ用通路の開閉を切り換える制御弁を備え、前記制御装置は、前記内燃機関の始動時及び停止時には前記制御弁によって前記パージ用通路を開放する一方、前記還元剤の噴射制御中には前記制御弁によって前記パージ用通路を閉じることが好ましい。
【００１４】
還元剤供給装置をこのように構成することにより、内燃機関の運転時における還元剤の噴射制御中にパージ用通路を介して還元剤が循環することを防ぎつつ、還元剤の充填時及びパージ制御時にのみパージ用通路を開放することが可能になる。
【００１５】
また、本発明の還元剤供給装置においては、前記制御弁は、前記パージ用通路が開放された状態において前記リターン通路が閉じられる一方、前記パージ用通路が閉じられた状態において前記リターン通路が開放される流路切換弁であることが好ましい。
【００１６】
還元剤供給装置をこのように構成することにより、還元剤の充填時においては、リターン通路を介して還元剤が循環することがなくなり充填効率を高めることが可能になるとともに、パージ制御時においては、リターン通路の状態にかかわらずパージ用通路のみからエアを導入することができるため回収効率を高めることが可能になる。
【００１７】
また、本発明の還元剤供給装置においては、前記パージ用通路及び前記リターン通路を、前記還元剤通路に連通する端部とは反対側において連結して前記還元剤タンクに接続することが好ましい。
【００１８】
還元剤供給装置をこのように構成することにより、配管の全体の長さを短くすることができるとともに、還元剤タンクと配管の接続部分を少なくすることができるため、構成を簡略化したり、生産コストを抑えたりすることが可能になる。
【００１９】
また、本発明の還元剤供給装置においては、前記還元剤タンクに、内部の圧力を大気圧に維持するエア導入部を備えることが好ましい。
【００２０】
還元剤供給装置をこのように構成することにより、還元剤の充填時においてはエアが抜けやすくなり、パージ制御時においてはエアが導入されやすくなるため、還元剤の充填効率及び回収効率を高めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１の実施の形態に係る還元剤供給装置を備えた排気浄化装置の全体的構成の一例を概略的に示す図である。
【図２】第１の実施の形態に係る還元剤供給装置の構成について説明するために示す図である。
【図３】第１の実施の形態に係る還元剤供給装置の動作について説明するために示す図である。
【図４】第１の実施の形態に係る還元剤供給装置の制御方法について説明するために示すフローチャート図である。
【図５】第２の実施の形態に係る還元剤供給装置を備えた排気浄化装置の全体的構成の一例を概略的に示す図である。
【図６】第２の実施の形態に係る還元剤供給装置の構成について説明するために示す図である。
【図７】第２の実施の形態に係る還元剤供給装置の動作について説明するために示す図である。
【図８】第２の実施の形態に係る還元剤供給装置の制御方法について説明するために示すフローチャート図である。
【図９】第３の実施の形態に係る還元剤供給装置を備えた排気浄化装置の全体的構成の一例を概略的に示す図である。
【図１０】第３の実施の形態に係る還元剤供給装置の構成について説明するために示す図である。
【図１１】第３の実施の形態に係る還元剤供給装置の動作について説明するために示す図である。
【図１２】第３の実施の形態に係る還元剤供給装置の制御方法について説明するために示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る還元剤供給装置に関する実施の形態を、図面に基づいて具体的に説明する。なお、それぞれの図において、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。
【００２３】
［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａを備えた排気浄化装置１０Ａの全体的構成の一例を概略的に示す図である。図２は、第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａの構成について説明するために示す図である。図３は、還元剤供給装置２０Ａの動作について説明するために示す図であって、図３（ａ）は還元剤の充填時の動作を示し、図３（ｂ）は還元剤の噴射制御時の動作を示し、図３（ｃ）はパージ制御時の動作を示している。図４は、第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａの制御方法について説明するために示すフローチャート図である。
【００２４】
（１）排気浄化装置の全体的構成
図１に示すように、排気浄化装置１０Ａは、車両等に搭載された内燃機関１から排出される排気中のＮＯXを、ＮＯX浄化触媒１１上で還元剤を用いて浄化するように構成された装置である。排気浄化装置１０Ａは、内燃機関１の排気系に接続された排気管３の途中に配置されたＮＯX浄化触媒１１と、ＮＯX浄化触媒１１よりも上流側において排気管３内に還元剤を噴射供給するための還元剤供給装置２０Ａと、還元剤供給装置２０Ａの動作制御を行う制御装置４０とを主たる構成要素として備えている。
【００２５】
ＮＯX浄化触媒１１は、排気管３内に噴射された還元剤又は当該還元剤から生成される還元成分と、排気中のＮＯXとの反応を促進する機能を有している。ＮＯX浄化触媒１１としては、ＮＯX選択還元触媒やＮＯX吸蔵触媒が用いられる。
【００２６】
ＮＯX選択還元触媒は、還元剤を吸着するとともに、この還元剤を用いて、触媒中に流入する排気中のＮＯXを選択的に浄化する機能を有する触媒である。ＮＯX選択還元触媒を用いる場合においては、尿素水溶液や未燃燃料が還元剤として用いられる。還元剤として尿素水溶液を用いる場合には、尿素水溶液中の尿素が分解することによって生成されるアンモニア（ＮＨ3）がＮＯXと反応することにより、ＮＯXが窒素（Ｎ2）及び水（Ｈ2Ｏ）に分解される。また、還元剤として未燃燃料を用いる場合には、未燃燃料中の炭化水素（ＨＣ）がＮＯXと反応することにより、ＮＯXが窒素（Ｎ2）、二酸化炭素（ＣＯ2）及び水（Ｈ2Ｏ）に分解される。
【００２７】
また、ＮＯX吸蔵触媒は、触媒中に流入する排気の空燃比がリーンの状態（燃料希薄状態）においてＮＯXを吸蔵する一方、空燃比がリッチの状態に切り換えられたときにＮＯXを放出し、排気中の炭化水素（ＨＣ）を用いてＮＯXを浄化する機能を有する触媒である。炭化水素（ＨＣ）と反応したＮＯXは窒素（Ｎ2）、二酸化炭素（ＣＯ2）及び水（Ｈ2Ｏ）に分解される。ＮＯX吸蔵触媒を用いる場合においては、排気の空燃比をリッチの状態とするために、還元剤としての未燃燃料が排気管３内に噴射供給される。
【００２８】
（２）還元剤供給装置
図１及び図２に示すように、還元剤供給装置２０Ａは、液体の還元剤を収容する還元剤タンク２１と、還元剤を圧送するポンプ２３と、ポンプ２３により圧送された還元剤を排気管３内に噴射する還元剤噴射弁２５を含む噴射モジュール２６と、ポンプ２３により圧送される還元剤の流れ方向を切り換えるリバーティングバルブ２４と、還元剤中の異物を捕集するためのフィルタ部５０とを備えている。
【００２９】
還元剤タンク２１とポンプ２３とは、リバーティングバルブ２４を介して第１の還元剤通路３１で接続され、ポンプ２３とフィルタ部５０とは、リバーティングバルブ２４を介して第２の還元剤通路３２で接続され、さらに、フィルタ部５０と噴射モジュール２６の還元剤噴射弁２５とは、第３の還元剤通路３３で接続されている。
【００３０】
噴射モジュール２６には一端が還元剤通路３３に連通し、他端が還元剤タンク２１に接続されたパージ用通路４３が接続されている。パージ用通路４３の還元剤タンク２１側の端部は、還元剤タンク２１の上部に接続されており、還元剤タンク２１内の空気層に臨むようになっている。還元剤タンク２１の上部には、還元剤タンク２１内の圧力を大気圧に維持するためのエア導入部４７が備えられている。エア導入部４７は、例えば、エアブリザード孔によって構成されている。
【００３１】
また、フィルタ部５０には、他端がパージ用通路４３に接続されたリターン通路３５が接続されており、リターン通路３５にはリリーフ弁３７が備えられている。
【００３２】
第３の還元剤通路３３には、第３の還元剤通路３３内の圧力を検出するための圧力センサ２７が備えられている。但し、圧力センサ２７は、還元剤噴射弁２５に供給される還元剤の圧力を検出できるようになっていればよく、第３の還元剤通路３３に直接設けられていなくても構わない。
【００３３】
噴射モジュール２６に備えられた還元剤噴射弁２５は、制御装置４０によって駆動制御が行われるものであり、使用できる還元剤噴射弁２５は特に限定されるものではない。例えば、通電／非通電の切り換えにより開弁／閉弁の切り換えが行われる電磁弁を用いることができる。
【００３４】
ポンプ２３は、制御装置４０によって駆動制御が行われるものであり、使用できるポンプ２３は特に限定されるものではない。例えば、単位時間当たりの通電のオン／オフのデューティ比を調整することによって吐出量が調節される電動ポンプを用いることができる。
【００３５】
リバーティングバルブ２４は、制御装置４０によって駆動制御が行われるものであり、還元剤の流れ方向を、還元剤タンク２１側から還元剤噴射弁２５側へと流れる正方向と、還元剤噴射弁２５側から還元剤タンク２１側へと流れる逆方向とに切り換え可能に構成されている。使用できるリバーティングバルブ２４は特に限定されるものではなく、例えば、通電のオン／オフによって還元剤の流れ方向を正方向又は逆方向に切り換え可能な電磁切換弁を用いることができる。
【００３６】
第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａにおいては、排気管３内への還元剤の噴射制御を行う場合には、リバーティングバルブ２４への通電が停止されて、還元剤が正方向に流れるようになっている。一方、還元剤を還元剤タンク２１に回収するパージ制御を行う場合には、リバーティングバルブ２４への通電が行われ、還元剤が逆方向に流れるように流路が切り換えられるようになっている。
【００３７】
フィルタ部５０は、図２に示すように、ケーシング５４と、ケーシング５４内に収容されたフィルタ５１とを備えている。第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａにおいては、円筒状のフィルタ５１が用いられている。
【００３８】
フィルタ部５０とパージ用通路４３とを接続するリターン通路３５は、円筒状のフィルタ５１の内側の領域に接続されるとともに、パージ用通路４３側からフィルタ部５０側への還元剤の流れを遮断するリリーフ弁３７を備えている。リリーフ弁３７は、弁体とスプリングとを用いた機械式の弁として構成されている。
【００３９】
また、噴射モジュール２６には、パージ用通路４５の開閉を行う開閉制御弁４５が備えられている。この開閉制御弁４５は制御装置４０によって駆動制御が行われるものであり、使用できる開閉制御弁４５は特に限定されるものではない。第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａにおいては、通電されている間にパージ用通路４５を開放し、通電が停止している間にパージ用通路４３を閉じるように構成された開閉制御弁４５が用いられている。ただし、このような制御弁に限定されるものではない。
【００４０】
開閉制御弁４５は、内燃機関１の始動時における還元剤の充填時、及び、内燃機関１の停止時におけるパージ制御時に、パージ用通路４３を開放する。一方、開閉制御弁４５は、内燃機関１の運転時における還元剤の噴射制御中に、パージ用通路４３を閉じる。
【００４１】
具体的には、図３（ａ）に示すように、内燃機関１の始動時における還元剤の充填時において、制御装置４０は、還元剤噴射弁２５を閉じる一方、パージ用通路４３を開放した状態で、ポンプ２３を駆動する。これにより、還元剤が正方向に圧送され、第２の還元剤通路３２、フィルタ部５０及び第３の還元剤通路３３内に存在していたエアが、パージ用通路４３を介して還元剤によって押し出され、第２の還元剤通路３２、フィルタ部５０、第３の還元剤通路３３及び還元剤噴射弁２５内に還元剤が充填される。このとき、フィルタ部５０内の圧力がリリーフ弁３７の開弁圧を超えるまでは、リリーフ弁３７は閉弁状態となる。また、還元剤タンク２１内に押し出されたエアは、エア導入部４７を介して大気中に逃されるため、還元剤タンク２１内の圧力は大気圧で維持される。
【００４２】
また、図３（ｂ）に示すように、還元剤の充填後の噴射制御中において、制御装置４０は、パージ用通路４３を閉じた状態でポンプ２３の駆動を継続するとともに、指示噴射量に応じて還元剤噴射弁２５の駆動制御を行う。ポンプ２３の出力は、例えば、圧力センサ２７によって検出される還元剤の圧力が所定の圧力で維持されるようにフィードバック制御される。このとき、還元剤の噴射量に対する還元剤の供給量が過剰になって、還元剤の圧力がリリーフ弁３７の開弁圧を超えるとリリーフ弁３７が開弁し、余剰の還元剤がリターン通路３５及びパージ用通路４３を介して還元剤タンク２１に戻される。
【００４３】
また、図３（ｃ）に示すように、内燃機関１の停止時におけるパージ制御中において、制御装置４０は、還元剤噴射弁２５を閉じる一方、パージ用通路４３を開放し、さらに、リバーティングバルブ２４によって還元剤の流れ方向を逆方向に切り換えた状態で、ポンプ２３を駆動する。これにより、還元剤が逆方向に圧送され、第２の還元剤通路３２、フィルタ部５０、第３の還元剤通路３３及び還元剤噴射弁２５内の還元剤がポンプ２３側に吸い戻される。このとき、還元剤タンク２１内のエアがパージ用通路４３を介して第３の還元剤通路３３に導入されるため、第２の還元剤通路３２、フィルタ部５０、第３の還元剤通路３３及び還元剤噴射弁２５内はエアに置換される。また、還元剤タンク２１内にはエア導入部４７を介して大気が導入されるため、還元剤タンク２１内の圧力は大気圧で維持される。
【００４４】
すなわち、第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａは、還元剤の噴射制御中においては、パージ用通路４３を閉じつつ還元剤噴射弁２５の開閉制御を実行する一方、還元剤の充填時及びパージ制御時においては、還元剤噴射弁２５を閉じた状態でパージ用通路４３を開放するようになっている。
【００４５】
次に、第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａにおいて、制御装置４０によって実行される制御方法を図４に示すフローチャート図に基づいて説明する。
【００４６】
まず、制御装置４０は、ステップＳ１１において、車両等のイグニッションスイッチがオンにされたことを検出すると、ステップＳ１２において、開閉制御弁４５をオンにする一方、リバーティングバルブ２４及び還元剤噴射弁２５をオフにする。これにより、還元剤噴射弁２５が閉じられる一方、パージ用通路４３が開放される。また、ポンプ２３によって圧送される還元剤の流れ方向が正方向となる。
【００４７】
次いで、制御装置４０は、ステップＳ１３においてポンプ２３の駆動を開始して。還元剤の充填を開始した後、ステップＳ１４において、圧力センサ２７によって検出される還元剤の圧力Ｐが所定の圧力Ｐｓｔａｒｔに到達したか否かを判別する。圧力Ｐｓｔａｒｔは、大気圧よりも大きく、還元剤噴射制御時のシステム圧Ｐｓｅｔよりも小さい値であって、エア抜きの完了を検出するために用いられる閾値としてあらかじめ設定されている。還元剤の圧力Ｐが所定の圧力Ｐｓｔａｒｔに到達すると、制御装置４０は、ステップＳ１５において、開閉制御弁４５をオフにする。これにより、パージ用通路４３が閉じられ、還元剤の充填が完了する。
【００４８】
ステップＳ１４は、時間制御とすることもできる。具体的には、ポンプ２３の駆動を開始してからの経過時間Ｔが所定の閾値Ｔ０に到達したか否かを判別するようにしてもよい。
【００４９】
次いで、制御装置４０は、ステップＳ１６において、還元剤の圧力Ｐがシステム圧Ｐｓｅｔで維持されるようにポンプ２３の出力制御を実行しながら、還元剤噴射弁２５の駆動制御を行い、還元剤の噴射制御を実行する。ポンプ２３の出力制御及び還元剤の噴射制御は、内燃機関１の運転中において継続的に実行される。
【００５０】
その後、制御装置４０は、ステップＳ１７において、イグニッションスイッチがオフにされたことを検出すると、ステップＳ１８においてポンプ２３の駆動を一旦停止した後、ステップＳ１９において、開閉制御弁４５及びリバーティングバルブ２４をオンにする一方、還元剤噴射弁２５をオフにする。これにより、還元剤噴射弁２５が閉じられる一方、パージ用通路４３が開放される。また、ポンプ２３によって圧送される還元剤の流れ方向が逆方向に切り換えられる。
【００５１】
次いで、制御装置４０は、ステップＳ２０においてポンプ２３の駆動を再開して、パージ制御を開始した後、ステップＳ２１において、ポンプ２３の駆動を再開してからの経過時間Ｔが所定の閾値Ｔ１に到達したか否かを判別する。経過時間Ｔが閾値Ｔ１に到達すると、制御装置４０は、ステップＳ２２において、開閉制御弁４５、リバーティングバルブ２４及びポンプ２３をすべてオフにする。これにより、パージ制御が完了し、次回の内燃機関１の始動時まで、還元剤供給装置２０Ａの電源がオフとなる。
【００５２】
以上説明したように、第１の実施の形態に係る還元剤噴射装置２０Ａは、内燃機関１の始動時における還元剤の充填時に、還元剤噴射弁２５を開弁する代わりにパージ用通路４３を開放するように構成されている。そのため、還元剤の充填時において、意図しない還元剤の噴射が実行されることを防ぐことができる。また、還元剤の充填後に還元剤噴射弁２５の開閉制御が開始されるため、摺動部分や着座部分が、還元剤が存在しない状態で還元剤噴射弁２５の開閉動作が繰り返されることによって摩耗したり損傷したりすることを防ぐことができる。
【００５３】
また、第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａによれば、還元剤噴射弁２５の開閉動作が開始されるときには、少なくとも還元剤噴射弁２５の近傍まで還元剤が充填された状態となっているため、仮に還元剤噴射弁２５内で還元剤の結晶化を生じていても、結晶化した還元剤を液体の還元剤によって速やかに融解することができる。
【００５４】
また、第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａによれば、内燃機関１の停止時におけるパージ制御時に、還元剤噴射弁２５を開弁する代わりにパージ用通路４３を開放するように構成されている。そのため、パージ制御時において、排気中の異物が還元剤供給装置２０Ａ内に侵入することを防ぐことができ、還元剤噴射弁２５及び第３の還元剤通路３３内の汚染や、還元剤噴射弁２５の閉弁不良又は損傷を防ぐことができる。また、排気が還元剤供給装置２０Ａ内に侵入することがないため、排気熱が還元剤噴射弁２５内に伝達されにくくなり、還元剤供給装置２０Ａ内での還元剤の結晶化を低減することができる。
【００５５】
したがって、第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａによれば、還元剤供給装置２０Ａの信頼性を向上させることが可能になる。
【００５６】
また、第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａによれば、パージ用通路４３とは別のリターン通路３５を備えるとともに、パージ用通路４３の開閉を切り換える開閉制御弁４５を備え、制御装置４０が、内燃機関１の始動時及び停止時には開閉制御弁４５によってパージ用通路４３を開放する一方、還元剤の噴射制御中には開閉制御弁４５によってパージ用通路４３を閉じることとしているため、内燃機関１の運転時における還元剤の噴射制御中にパージ用通路４３を介して還元剤が循環することを防ぎつつ、還元剤の充填時及びパージ制御時にのみパージ用通路４３を開放することが可能になる。
【００５７】
また、第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａによれば、パージ用通路４３及びリターン通路３５を連結して還元剤タンク２１に接続することとしているため、配管の全体の長さを短くすることができるとともに、還元剤タンク２１と配管の接続部分を一箇所とすることができる。したがって、構成を簡略化したり、生産コストを抑えたりすることが可能になる。
【００５８】
また、第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａによれば、還元剤タンク２１に、内部の圧力を大気圧に維持するエア導入部４７を備えることとしているため、還元剤の充填時においてはエアが抜けやすくなり、パージ制御時においてはエアが導入されやすくなる。したがって、還元剤の充填効率及び回収効率を高めることが可能になる。
【００５９】
［第２の実施の形態］
図５は、第２の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｂを備えた排気浄化装置１０Ｂの全体的構成の一例を概略的に示す図である。図６は、第２の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｂの構成について説明するために示す図である。図７は、還元剤供給装置２０Ｂの動作について説明するために示す図であって、図７（ａ）は還元剤の充填時の動作を示し、図７（ｂ）は還元剤の噴射制御時の動作を示し、図７（ｃ）はパージ制御時の動作を示している。図８は、第２の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｂの制御方法について説明するために示すフローチャート図である。
【００６０】
図５及び図６に示すように、排気浄化装置１０Ｂの全体的構成は、基本的に第１の実施の形態の場合と同様であるが、還元剤供給装置２０Ｂの構成が第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａの場合と異なる。以下、還元剤供給装置２０Ｂの構成を中心に説明する。
【００６１】
第２の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｂは、第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａの場合と同様に、還元剤タンク２１と、ポンプ２３と、還元剤噴射弁２５を含む噴射モジュール２６と、リバーティングバルブ２４と、フィルタ部５０とを備えている。これらの構成要素は、第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａの場合と同様に構成することができる。
【００６２】
還元剤タンク２１とポンプ２３とは、リバーティングバルブ２４を介して第１の還元剤通路３１で接続され、ポンプ２３とフィルタ部５０とは、リバーティングバルブ２４を介して第２の還元剤通路３２で接続され、さらに、フィルタ部５０と還元剤噴射弁２５とは、第３の還元剤通路３３で接続されている。
【００６３】
フィルタ部５０には、他端が還元剤タンク２１に接続されたリターン通路６１が接続されており、リターン通路６１にはリリーフ弁３７が備えられている。噴射モジュール２６には、一端が還元剤通路３３に連通し、他端が還元剤タンク２１に接続されたパージ用通路６３が接続されている。リターン通路６１の還元剤タンク２１側の端部、及び、パージ用通路６３の還元剤タンク２１側の端部は、流路切換制御弁６５を介して還元剤タンク２１の上部に接続されており、還元剤タンク２１内の空気層に臨むようになっている。還元剤タンク２１の上部には、第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａの場合と同様にエア導入部４７が備えられている。
【００６４】
流路切換制御弁６５は、パージ用通路６３と還元剤タンク２１とを連通する状態、又は、リターン通路６１と還元剤タンク２１とを連通する状態に、流路を切り換え可能に構成されている。第２の実施の形態に還元剤供給装置２０Ｂにおいては、流路切換制御弁６５に通電している間にパージ用通路６３と還元剤タンク２１とを連通する一方、流路切換制御弁６５への通電を停止している間にリターン通路６１と還元剤タンク２１とを連通するように構成された流路切換制御弁６５を使用している。ただし、このような制御弁に限定されるものではない。
【００６５】
流路切換制御弁６５は、内燃機関１の始動時における還元剤の充填時、及び、内燃機関１の停止時におけるパージ制御時に、パージ用通路６３と還元剤タンク２１とを連通する。一方、流路切換制御弁６５は、内燃機関１の運転時における還元剤の噴射制御中に、リターン通路６１と還元剤タンク２１とを連通する。
【００６６】
具体的には、図７（ａ）に示すように、内燃機関１の始動時における還元剤の充填時において、制御装置４０は、還元剤噴射弁２５を閉じる一方、パージ用通路６３と還元剤タンク２１とを連通した状態で、ポンプ２３を駆動する。これにより、還元剤が正方向に圧送され、第２の還元剤通路３２、フィルタ部５０及び第３の還元剤通路３３内に存在していたエアが、パージ用通路６３を介して還元剤によって押し出され、第２の還元剤通路３２、フィルタ部５０、第３の還元剤通路３３及び還元剤噴射弁２５内に還元剤が充填される。このとき、リターン通路６１の端部は閉じられているため、リリーフ弁３７は閉弁状態となる。また、還元剤タンク２１内に押し出されたエアは、エア導入部４７を介して大気中に逃されるため、還元剤タンク２１内の圧力は大気圧で維持される。
【００６７】
また、図７（ｂ）に示すように、還元剤の充填後の噴射制御中において、制御装置４０は、リターン通路６１と還元剤タンク２１とを連通した状態でポンプ２３の駆動を継続するとともに、指示噴射量に応じて還元剤噴射弁２５の駆動制御を行う。ポンプ２３の出力は、例えば、圧力センサ２７によって検出される還元剤の圧力が所定の圧力で維持されるようにフィードバック制御される。このとき、還元剤の噴射量に対する還元剤の供給量が過剰になって、還元剤の圧力がリリーフ弁３７の開弁圧を超えるとリリーフ弁３７が開弁し、余剰の還元剤がリターン通路６１を介して還元剤タンク２１に戻される。
【００６８】
また、図７（ｃ）に示すように、内燃機関１の停止時におけるパージ制御中において、制御装置４０は、還元剤噴射弁２５を閉じる一方、パージ用通路６３と還元剤タンク２１とを連通し、さらに、リバーティングバルブ２４によって還元剤の流れ方向を逆方向に切り換えた状態で、ポンプ２３を駆動する。これにより、還元剤が逆方向に圧送され、第２の還元剤通路３２、フィルタ部５０、第３の還元剤通路３３及び還元剤噴射弁２５内の還元剤がポンプ２３側に吸い戻される。このとき、還元剤タンク２１内のエアがパージ用通路６３を介して第３の還元剤通路３３に導入されるため、第２の還元剤通路３２、フィルタ部５０、第３の還元剤通路３３及び還元剤噴射弁２５内はエアに置換される。また、還元剤タンク２１内にはエア導入部４７を介して大気が導入されるため、還元剤タンク２１内の圧力は大気圧で維持される。
【００６９】
すなわち、第２の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｂは、還元剤の噴射制御中においては、パージ用通路６３を閉じる一方、リターン通路６１と還元剤タンク２１とを連通して還元剤噴射弁２５の開閉制御を実行する。また、還元剤の充填時及びパージ制御時においては、還元剤噴射弁２５を閉じた状態でパージ用通路６３と還元剤タンク２１とを連通するようになっている。
【００７０】
次に、第２の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｂにおいて、制御装置４０によって実行される制御方法を図８に示すフローチャート図に基づいて説明する。
【００７１】
まず、制御装置４０は、ステップＳ３１において、車両等のイグニッションスイッチがオンにされたことを検出すると、ステップＳ３２において、流路切換制御弁６５をオンにする一方、リバーティングバルブ２４及び還元剤噴射弁２５をオフにする。これにより、還元剤噴射弁２５が閉じられる一方、パージ用通路６３と還元剤タンク２１とが連通する。また、ポンプ２３によって圧送される還元剤の流れ方向が正方向となる。
【００７２】
次いで、制御装置４０は、ステップＳ３３においてポンプ２３の駆動を開始して。還元剤の充填を開始した後、ステップＳ３４において、圧力センサ２７によって検出される還元剤の圧力Ｐが所定の圧力Ｐｓｔａｒｔに到達したか否かを判別する。圧力Ｐｓｔａｒｔは、大気圧よりも大きく、還元剤噴射制御時のシステム圧Ｐｓｅｔよりも小さい値であって、エア抜きの完了を検出するために用いられる閾値としてあらかじめ設定されている。還元剤の圧力Ｐが所定の圧力Ｐｓｔａｒｔに到達すると、制御装置４０は、ステップＳ３５において、流路切換制御弁６５をオフにする。これにより、リターン通路３５と還元剤タンク２１とが連通する一方、パージ用通路６３が閉じられ、還元剤の充填が完了する。
【００７３】
ステップＳ３４は、時間制御とすることもできる。具体的には、ポンプ２３の駆動を開始してからの経過時間Ｔが所定の閾値Ｔ０に到達したか否かを判別するようにしてもよい。
【００７４】
次いで、制御装置４０は、ステップＳ３６において、還元剤の圧力Ｐがシステム圧Ｐｓｅｔで維持されるようにポンプ２３の出力制御を実行しながら、還元剤噴射弁２５の駆動制御を行い、還元剤の噴射制御を実行する。ポンプ２３の出力制御及び還元剤の噴射制御は、内燃機関１の運転中において継続的に実行される。
【００７５】
その後、制御装置４０は、ステップＳ３７において、イグニッションスイッチがオフにされたことを検出すると、ステップＳ３８においてポンプ２３の駆動を一旦停止した後、ステップＳ３９において、流路切換制御弁６５及びリバーティングバルブ２４をオンにする一方、還元剤噴射弁２５をオフにする。これにより、還元剤噴射弁２５が閉じられる一方、パージ用通路６３と還元剤タンク２１とが連通する。また、ポンプ２３によって圧送される還元剤の流れ方向が逆方向に切り換えられる。
【００７６】
次いで、制御装置４０は、ステップＳ４０においてポンプ２３の駆動を再開して、パージ制御を開始した後、ステップＳ４１において、ポンプ２３の駆動を再開してからの経過時間Ｔが所定の閾値Ｔ１に到達したか否かを判別する。経過時間Ｔが閾値Ｔ１に到達すると、制御装置４０は、ステップＳ４２において、流路切換制御弁６５、リバーティングバルブ２４及びポンプ２３をすべてオフにする。これにより、パージ制御が完了し、次回の内燃機関１の始動時まで、還元剤供給装置２０Ｂの電源がオフとなる。
【００７７】
以上説明したように、第２の実施の形態に係る還元剤噴射装置２０Ｂは、内燃機関１の始動時における還元剤の充填時に、還元剤噴射弁２５を開弁する代わりにパージ用通路６３と還元剤タンク２１とを連通するように構成されている。そのため、還元剤の充填時において、意図しない還元剤の噴射が実行されることを防ぐことができる。また、還元剤の充填後に還元剤噴射弁２５の開閉制御が開始されるため、摺動部分や着座部分が、還元剤が存在しない状態で還元剤噴射弁２５の開閉動作が繰り返されることによって摩耗したり損傷したりすることを防ぐことができる。
【００７８】
また、第２の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｂによれば、還元剤噴射弁２５の開閉動作が開始されるときには、少なくとも還元剤噴射弁２５の近傍まで還元剤が充填された状態となっているため、仮に還元剤噴射弁２５内で還元剤の結晶化を生じていても、結晶化した還元剤を液体の還元剤によって速やかに融解することができる。
【００７９】
また、第２の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｂによれば、内燃機関１の停止時におけるパージ制御時に、還元剤噴射弁２５を開弁する代わりにパージ用通路６３と還元剤タンク２１とを連通するように構成されている。そのため、パージ制御時において、排気中の異物が還元剤供給装置２０Ｂ内に侵入することを防ぐことができ、還元剤噴射弁２５及び第３の還元剤通路３３内の汚染や、還元剤噴射弁２５の閉弁不良又は損傷を防ぐことができる。また、排気が還元剤供給装置２０Ｂ内に侵入することがないため、排気熱が還元剤噴射弁２５内に伝達されにくくなり、還元剤供給装置２０Ｂ内での還元剤の結晶化を低減することができる。
【００８０】
したがって、第２の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｂによれば、還元剤供給装置２０Ｂの信頼性を向上させることが可能になる。
【００８１】
また、第２の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｂによれば、パージ用通路６３とは別のリターン通路６１を備えるとともに、還元剤タンク２１との連通をパージ用通路６３又はリターン通路６１に切り換える流路切換制御弁６５を備え、制御装置４０が、内燃機関１の始動時及び停止時には流路切換制御弁６５によってパージ用通路６３と還元剤タンク２１とを連通する一方、還元剤の噴射制御中には流路切換制御弁６５によってパージ用通路６３を閉じつつリターン通路６１と還元剤タンク２１とを連通することとしているため、内燃機関１の運転時における還元剤の噴射制御中にパージ用通路６３を介して還元剤が循環することを防ぎつつ、還元剤の充填時及びパージ制御時にのみパージ用通路６３と還元剤タンク２１とを連通することが可能になる。
【００８２】
また、第２の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｂによれば、パージ用通路６５と還元剤タンク２１とが連通した状態においてリターン通路６１が閉じられる一方、リターン通路６１と還元剤タンク２１とが連通した状態においてパージ用通路６３が閉じられる流路切換制御弁６５を用いることとしているため、還元剤の充填時においては、リターン通路６１を介して還元剤が循環することがなくなり充填効率を高めることが可能になるとともに、パージ制御時においては、リターン通路６１の状態にかかわらずパージ用通路６３のみからエアを導入することができるため回収効率を高めることが可能になる
【００８３】
また、第２の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｂによれば、還元剤タンク２１に、内部の圧力を大気圧に維持するエア導入部４７を備えることとしているため、還元剤の充填時においてはエアが抜けやすくなり、パージ制御時においてはエアが導入されやすくなる。したがって、還元剤の充填効率及び回収効率を高めることが可能になる。
【００８４】
［第３の実施の形態］
図９は、第３の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｃを備えた排気浄化装置１０Ｃの全体的構成の一例を概略的に示す図である。図１０は、第３の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｃの構成について説明するために示す図である。図１１は、還元剤供給装置２０Ｃの動作について説明するために示す図であって、図１１（ａ）は還元剤の充填時の動作を示し、図１１（ｂ）は還元剤の噴射制御時の動作を示し、図１１（ｃ）はパージ制御時の動作を示している。図１２は、第３の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｃの制御方法について説明するために示すフローチャート図である。
【００８５】
図９及び図１０に示すように、排気浄化装置１０Ｃの全体的構成は、基本的に第１の実施の形態の場合と同様であるが、還元剤供給装置２０Ｃの構成が第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａの場合と異なる。以下、還元剤供給装置２０Ｃの構成を中心に説明する。
【００８６】
第３の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｃは、第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａの場合と同様に、還元剤タンク２１と、ポンプ２３と、還元剤噴射弁２５を含む噴射モジュール２６と、リバーティングバルブ２４と、フィルタ部５０とを備えている。これらの構成要素は、第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａの場合と同様に構成することができる。
【００８７】
還元剤タンク２１とポンプ２３とは、リバーティングバルブ２４を介して第１の還元剤通路３１で接続され、ポンプ２３とフィルタ部５０とは、リバーティングバルブ２４を介して第２の還元剤通路３２で接続され、さらに、フィルタ部５０と還元剤噴射弁２５とは、第３の還元剤通路３３で接続されている。
【００８８】
噴射モジュール２６には、一端が還元剤通路３３に連通し、他端が還元剤タンク２１に接続されたパージ用通路７３が接続されている。パージ用通路７３の還元剤タンク２１側の端部は還元剤タンク２１の上部に接続されており、還元剤タンク２１内の空気層に臨むようになっている。また、パージ用通路７３にはオリフィス７５が設けられ、還元剤及びエアの流通を可能にする一方で、第３の還元剤通路３３内の圧力を高めることができるようになっている。還元剤タンク２１の上部には、第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａの場合と同様にエア導入部４７が備えられている。
【００８９】
第３の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｃにおいては、図１１（ａ）に示すように、内燃機関１の始動時における還元剤の充填時に、制御装置４０は、還元剤噴射弁２５を閉じた状態でポンプ２３を駆動する。これにより、還元剤が正方向に圧送され、第２の還元剤通路３２、フィルタ部５０及び第３の還元剤通路３３内に存在していたエアが、パージ用通路７３及びオリフィス７５を介して還元剤によって押し出され、第２の還元剤通路３２、フィルタ部５０、第３の還元剤通路３３及び還元剤噴射弁２５内に還元剤が充填される。また、還元剤タンク２１内に押し出されたエアは、エア導入部４７を介して大気中に逃されるため、還元剤タンク２１内の圧力は大気圧で維持される。
【００９０】
また、図１１（ｂ）に示すように、還元剤の充填後の噴射制御中において、制御装置４０は、ポンプ２３の駆動を継続するとともに、指示噴射量に応じて還元剤噴射弁２５の駆動制御を行う。ポンプ２３の出力は、例えば、圧力センサ２７によって検出される還元剤の圧力が所定の圧力で維持されるようにフィードバック制御される。このとき、還元剤噴射弁２５に供給される余剰の還元剤は、パージ用通路７３及びオリフィス７５を介して還元剤タンク２１に戻される。
【００９１】
また、図１１（ｃ）に示すように、内燃機関１の停止時におけるパージ制御中において、制御装置４０は、還元剤噴射弁２５を閉じるとともに、リバーティングバルブ２４によって還元剤の流れ方向を逆方向に切り換えた状態で、ポンプ２３を駆動する。これにより、還元剤が逆方向に圧送され、第２の還元剤通路３２、フィルタ部５０、第３の還元剤通路３３及び還元剤噴射弁２５内の還元剤がポンプ２３側に吸い戻される。このとき、還元剤タンク２１内のエアがパージ用通路７３及びオリフィス７５を介して第３の還元剤通路３３に導入されるため、第２の還元剤通路３２、フィルタ部５０、第３の還元剤通路３３及び還元剤噴射弁２５内はエアに置換される。また、還元剤タンク２１内にはエア導入部４７を介して大気が導入されるため、還元剤タンク２１内の圧力は大気圧で維持される。
【００９２】
すなわち、第３の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｃは、パージ用通路７３と還元剤タンク２１とが常に連通しており、還元剤の充填時及びパージ制御時において、還元剤噴射弁２５を閉じた状態で保持できるようになっている。
【００９３】
次に、第３の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｃにおいて、制御装置４０によって実行される制御方法を図１２に示すフローチャート図に基づいて説明する。
【００９４】
まず、制御装置４０は、ステップＳ５１において、車両等のイグニッションスイッチがオンにされたことを検出すると、ステップＳ５２においてリバーティングバルブ２４及び還元剤噴射弁２５をオフにする。これにより、還元剤噴射弁２５が閉じられる一方、パージ用通路７３と還元剤タンク２１とが連通状態となっている。また、ポンプ２３によって圧送される還元剤の流れ方向が正方向となる。
【００９５】
次いで、制御装置４０は、ステップＳ５３においてポンプ２３の駆動を開始して。還元剤の充填を開始した後、ステップＳ５４において、圧力センサ２７によって検出される還元剤の圧力Ｐが所定の圧力Ｐｓｔａｒｔに到達したか否かを判別する。圧力Ｐｓｔａｒｔは、大気圧よりも大きく、還元剤噴射制御時のシステム圧Ｐｓｅｔよりも小さい値であって、エア抜きの完了を検出するために用いられる閾値としてあらかじめ設定されている。還元剤の圧力Ｐが所定の圧力Ｐｓｔａｒｔに到達することにより、還元剤の充填が完了する。
【００９６】
ステップＳ５４は、時間制御とすることもできる。具体的には、ポンプ２３の駆動を開始してからの経過時間Ｔが所定の閾値Ｔ０に到達したか否かを判別するようにしてもよい。
【００９７】
次いで、制御装置４０は、ステップＳ５５において、還元剤の圧力Ｐがシステム圧Ｐｓｅｔで維持されるようにポンプ２３の出力制御を実行しながら、還元剤噴射弁２５の駆動制御を行い、還元剤の噴射制御を実行する。ポンプ２３の出力制御及び還元剤の噴射制御は、内燃機関１の運転中において継続的に実行される。
【００９８】
その後、制御装置４０は、ステップＳ５６において、イグニッションスイッチがオフにされたことを検出すると、ステップＳ５７においてポンプ２３の駆動を一旦停止した後、ステップＳ５８においてリバーティングバルブ２４をオンにする一方、還元剤噴射弁２５をオフにする。これにより、還元剤噴射弁２５が閉じられる一方、パージ用通路７３と還元剤タンク２１とが連通状態となっている。また、ポンプ２３によって圧送される還元剤の流れ方向が逆方向に切り換えられる。
【００９９】
次いで、制御装置４０は、ステップＳ５９においてポンプ２３の駆動を再開して、パージ制御を開始した後、ステップＳ６０において、ポンプ２３の駆動を再開してからの経過時間Ｔが所定の閾値Ｔ１に到達したか否かを判別する。経過時間Ｔが閾値Ｔ１に到達すると、制御装置４０は、ステップＳ６１において、リバーティングバルブ２４及びポンプ２３をすべてオフにする。これにより、パージ制御が完了し、次回の内燃機関１の始動時まで、還元剤供給装置２０Ｃの電源がオフとなる。
【０１００】
以上説明したように、第３の実施の形態に係る還元剤噴射装置２０Ｃは、内燃機関１の始動時における還元剤の充填時に、還元剤噴射弁２５を開弁してもパージ用通路７３と還元剤タンク２１とが連通状態となるように構成されている。そのため、還元剤の充填時において、意図しない還元剤の噴射が実行されることを防ぐことができる。また、還元剤の充填後に還元剤噴射弁２５の開閉制御が開始されるため、摺動部分や着座部分が、還元剤が存在しない状態で還元剤噴射弁２５の開閉動作が繰り返されることによって摩耗したり損傷したりすることを防ぐことができる。
【０１０１】
また、第３の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｃによれば、還元剤噴射弁２５の開閉動作が開始されるときには、少なくとも還元剤噴射弁２５の近傍まで還元剤が充填された状態となっているため、仮に還元剤噴射弁２５内で還元剤の結晶化を生じていても、結晶化した還元剤を液体の還元剤によって速やかに融解することができる。
【０１０２】
また、第３の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｃによれば、内燃機関１の停止時におけるパージ制御時に、還元剤噴射弁２５を開弁してもパージ用通路７３と還元剤タンク２１とが連通状態となるように構成されている。そのため、パージ制御時において、排気中の異物が還元剤供給装置２０Ｃ内に侵入することを防ぐことができ、還元剤噴射弁２５及び第３の還元剤通路３３内の汚染や、還元剤噴射弁２５の閉弁不良又は損傷を防ぐことができる。また、排気が還元剤供給装置２０Ｃ内に侵入することがないため、排気熱が還元剤噴射弁２５内に伝達されにくくなり、還元剤供給装置２０Ｃ内での還元剤の結晶化を低減することができる。
【０１０３】
したがって、第３の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｃによれば、還元剤供給装置２０Ｃの信頼性を向上させることが可能になる。
【０１０４】
また、第３の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｃによれば、還元剤の噴射制御中においてもパージ用通路７３に還元剤が流通するため、パージ制御時においてパージ用通路７３が開放されないおそれがなくなり、確実にエアの導入口を確保することが可能となる。
【０１０５】
また、第３の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｃによれば、還元剤タンク２１に、内部の圧力を大気圧に維持するエア導入部４７を備えることとしているため、還元剤の充填時においてはエアが抜けやすくなり、パージ制御時においてはエアが導入されやすくなる。したがって、還元剤の充填効率及び回収効率を高めることが可能になる。
【０１０６】
［他の実施の形態］
以上説明した第１〜第３の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、本発明の一態様を示すものであって本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。例えば、第１〜第３の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、以下のように変更することができる。
【０１０７】
（１）上述した第１〜第３の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃにおいて説明した各構成要素の構成や形態はあくまでも一例であって、任意に変更することが可能である。
【０１０８】
（２）上述した第１〜第３の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃにおいては、リバーティングバルブ２４によって還元剤の流れ方向を切り換えることによってパージ制御を実施するようにしているが、リバーティングバルブを用いないで、ポンプ２３を逆回転させることでパージ制御を実施するように構成することもできる。
【０１０９】
（３）上述した第１〜第３の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃに備えられたリバーティングバルブ２４、還元剤噴射弁２５、開閉制御弁４５及び流路切換制御弁６５は、通電のオン／オフに対する動作が逆となるように構成されたものであってもよい。
【０１１０】
（４）上述した第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａにおいては、噴射モジュール２６に開閉制御弁４５を備えることとしているが、開閉制御弁４５は、噴射モジュール２６から独立して設けることもできる。
【０１１１】
（５）上述した第２及び第３の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｂ，２０Ｃにおいては、還元剤タンク２１に流路切換制御弁６５又はオリフィス７５を備えることとしているが、流路切換制御弁６５又はオリフィス７５は、還元剤タンク２１から独立して設けることもできる。
【０１１２】
（６）上述した第１〜第３の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの制御方法の例においては、内燃機関１の始動時における還元剤の充填時に、第３の還元剤通路３３内の還元剤の圧力Ｐが所定の圧力Ｐｓｔａｒｔとなること、又は、ポンプ２３の駆動開始からの経過時間Ｔが所定の閾値Ｔ０に到達すること、のいずれかの条件が成立したときに還元剤の充填が完了したものと判別していたが、いずれか一方の条件でのみ判別するように構成されていてもよい。
【符号の説明】
【０１１３】
１：内燃機関、３：排気管、１０Ａ・１０Ｂ・１０Ｃ：排気浄化装置、１１：ＮＯX浄化触媒、１３：ＮＯXセンサ、２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃ：還元剤供給装置、２１：還元剤タンク、２３：ポンプ、２４：リバーティングバルブ、２５：還元剤噴射弁、２６：噴射モジュール、２７：圧力センサ、３１：第１の還元剤通路、３２：第２の還元剤通路、３３：第３の還元剤通路、３５：リターン通路、３７：リリーフ弁、４０：制御装置、４３：パージ用通路、４５：開閉制御弁、４７：エア導入部、５０：フィルタ部、５１：フィルタ、５４：ケーシング、６１：リターン通路、６３：パージ用通路、６５：流路切換制御弁、７３：パージ用通路、７５：オリフィス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関から排出される排気を浄化するための還元剤を排気管内に噴射する還元剤供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両等に搭載された内燃機関から排出される排気中の窒素酸化物（以下「ＮＯX」と称する。）を除去するための排気浄化装置の一態様として、排気通路に備えられＮＯXと還元剤との還元反応を促進させるＮＯX浄化触媒と、尿素水溶液等の液体の還元剤をＮＯX浄化触媒の上流側で噴射する還元剤供給装置とを備えた装置が実用化されている。
【０００３】
このような排気浄化装置に用いられる還元剤供給装置は、液体の還元剤を収容する還元剤タンクと、還元剤タンク内の還元剤を吸い上げて圧送するポンプと、ポンプにより圧送される還元剤を排気管内に噴射する還元剤噴射弁とを備えて構成されている。
【０００４】
ここで、還元剤として尿素水溶液が用いられる場合、尿素水溶液の濃度は凝固点が最も低くなる濃度（例えば３２．５％濃度、凝固点≒−１１℃）に調整されて用いられる。しかしながら、寒冷地等において、内燃機関の停止中に還元剤の温度が凝固点を下回ると、還元剤供給経路内で還元剤が凝固するおそれがある。特に、排気熱等によって水分が蒸発して還元剤の濃度が上昇し、還元剤の凝固点が上昇する場合があるため、還元剤の凝固の発生は十分に考えられる。
【０００５】
還元剤の凝固を生じると、還元剤の体積が膨張して、配管や還元剤噴射弁が破損するおそれがある。そのため、内燃機関の停止時においては、還元剤供給経路内に残留する還元剤を還元剤タンクに回収するパージ制御が実施されるようになっている（例えば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１０１５６４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、パージ制御を実行する場合においては、回収効率を高めるために、還元剤噴射弁を開弁して、還元剤を還元剤タンク側に吸い戻すようにしている。そのため、排気が排気管から還元剤噴射装置内に侵入し、排気中の煤等の異物が還元剤噴射弁の弁体の着座面に固着して閉弁不良を生じたり、異物によって還元剤供給経路内の汚染や、着座面の摩耗、弁体の摺動不良を生じたりするおそれがある。あるいは、吸い込まれる排気の熱や、還元剤噴射弁を開弁するための通電による還元剤噴射弁の発熱によって、還元剤噴射弁内に残留する還元剤中の水分が蒸発して、還元剤の結晶化を生じるおそれもある。
【０００８】
また、内燃機関の停止時にパージ制御を実行することに伴い、内燃機関の始動時において還元剤を充填する際に、還元剤供給経路内のエア抜きをする必要がある。このエア抜きは、還元剤噴射弁を開弁することによって行われている。このとき、還元剤を圧送するポンプの特性や還元剤供給経路の長さの違いやばらつきによって還元剤噴射弁を開弁する時期や時間が異なるために、意図しない還元剤の噴射が行われたり、還元剤が確実に充填されていない状態での還元剤噴射弁の開閉動作によって還元剤噴射弁を構成する弁体やニードルの焼付きを生じたりするおそれがある。
【０００９】
このように、内燃機関の停止時におけるパージ制御時や、内燃機関の始動時における還元剤の充填時において、還元剤噴射弁を開弁することによって還元剤供給装置の信頼性が低下するおそれがある。
【００１０】
本発明の発明者は、このような課題に鑑みて、還元剤噴射弁を含む噴射モジュールと還元剤タンクとを接続するパージ用通路を設け、内燃機関の始動時にはパージ用通路を介してエア抜きを行い、内燃機関の停止時にはパージ用通路を介してエアを導入するようにす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。
すなわち、本発明は、内燃機関の始動時における還元剤の充填時及び内燃機関の停止時におけるパージ制御時において還元剤噴射弁を開弁する必要をなくして、信頼性を向上することが可能な還元剤供給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】
【００１１】
本発明によれば、液体の還元剤を収容する還元剤タンクと、前記還元剤を圧送するポンプと、前記ポンプによって圧送された前記還元剤を内燃機関の排気管内に噴射する還元剤噴射弁を含む噴射モジュールと、前記ポンプと前記還元剤噴射弁とを接続する還元剤通路と、前記ポンプ及び前記還元剤噴射弁の駆動制御を行う制御装置と、を備え、前記内燃機関の停止に伴い、前記還元剤通路及び前記還元剤噴射弁内の前記還元剤を前記還元剤タンクに回収するパージ制御を実行可能に構成された還元剤供給装置において、一端が前記噴射モジュールに接続されるとともに他端が前記還元剤タンクに接続され、前記一端が前記還元剤通路に連通するパージ用通路を備え、前記制御装置は、前記内燃機関の始動時には、前記還元剤噴射弁を閉じた状態で前記ポンプを駆動して、前記パージ用通路を介してエア抜きを行いながら前記還元剤を充填し、前記内燃機関の停止時には、前記還元剤を閉じた状態で前記ポンプを駆動して、前記パージ用通路を介してエアを導入しながら前記還元剤を回収することを特徴とする還元剤供給装置が提供され、上述した問題を解決することができる。
【００１２】
すなわち、本発明の還元剤供給装置は、噴射モジュールと還元剤タンクとを接続するパージ用通路を備えるとともに、制御装置によって、内燃機関の始動時及び停止時に、還元剤噴射弁を閉じたままで還元剤の充填及びパージ制御を実行することとしている。そのため、内燃機関の始動時における還元剤の充填時において、意図しない還元剤の噴射や還元剤噴射弁の損傷を防ぐことができるとともに、内燃機関の停止時におけるパージ制御時において、還元剤供給経路内の汚染や還元剤噴射弁の損傷、還元剤の結晶化を防ぐことができる。したがって、本発明の還元剤供給装置によれば、還元剤供給装置の信頼性を向上させることが可能になる。
【００１３】
また、本発明の還元剤供給装置においては、前記パージ用通路とは別に、前記還元剤通路と前記還元剤タンクとを連通するリターン通路を備えるとともに、前記パージ用通路に、前記パージ用通路の開閉を切り換える制御弁を備え、前記制御装置は、前記内燃機関の始動時及び停止時には前記制御弁によって前記パージ用通路を開放する一方、前記還元剤の噴射制御中には前記制御弁によって前記パージ用通路を閉じることが好ましい。
【００１４】
還元剤供給装置をこのように構成することにより、内燃機関の運転時における還元剤の噴射制御中にパージ用通路を介して還元剤が循環することを防ぎつつ、還元剤の充填時及びパージ制御時にのみパージ用通路を開放することが可能になる。
【００１５】
また、本発明の還元剤供給装置においては、前記制御弁は、前記パージ用通路が開放された状態において前記リターン通路が閉じられる一方、前記パージ用通路が閉じられた状態において前記リターン通路が開放される流路切換弁であることが好ましい。
【００１６】
還元剤供給装置をこのように構成することにより、還元剤の充填時においては、リターン通路を介して還元剤が循環することがなくなり充填効率を高めることが可能になるとともに、パージ制御時においては、リターン通路の状態にかかわらずパージ用通路のみからエアを導入することができるため回収効率を高めることが可能になる。
【００１７】
また、本発明の還元剤供給装置においては、前記パージ用通路及び前記リターン通路を、前記還元剤通路に連通する端部とは反対側において連結して前記還元剤タンクに接続することが好ましい。
【００１８】
還元剤供給装置をこのように構成することにより、配管の全体の長さを短くすることができるとともに、還元剤タンクと配管の接続部分を少なくすることができるため、構成を簡略化したり、生産コストを抑えたりすることが可能になる。
【００１９】
また、本発明の還元剤供給装置においては、前記還元剤タンクに、内部の圧力を大気圧に維持するエア導入部を備えることが好ましい。
【００２０】
還元剤供給装置をこのように構成することにより、還元剤の充填時においてはエアが抜けやすくなり、パージ制御時においてはエアが導入されやすくなるため、還元剤の充填効率及び回収効率を高めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１の実施の形態に係る還元剤供給装置を備えた排気浄化装置の全体的構成の一例を概略的に示す図である。
【図２】第１の実施の形態に係る還元剤供給装置の構成について説明するために示す図である。
【図３】第１の実施の形態に係る還元剤供給装置の動作について説明するために示す図である。
【図４】第１の実施の形態に係る還元剤供給装置の制御方法について説明するために示すフローチャート図である。
【図５】第２の実施の形態に係る還元剤供給装置を備えた排気浄化装置の全体的構成の一例を概略的に示す図である。
【図６】第２の実施の形態に係る還元剤供給装置の構成について説明するために示す図である。
【図７】第２の実施の形態に係る還元剤供給装置の動作について説明するために示す図である。
【図８】第２の実施の形態に係る還元剤供給装置の制御方法について説明するために示すフローチャート図である。
【図９】第３の実施の形態に係る還元剤供給装置を備えた排気浄化装置の全体的構成の一例を概略的に示す図である。
【図１０】第３の実施の形態に係る還元剤供給装置の構成について説明するために示す図である。
【図１１】第３の実施の形態に係る還元剤供給装置の動作について説明するために示す図である。
【図１２】第３の実施の形態に係る還元剤供給装置の制御方法について説明するために示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る還元剤供給装置に関する実施の形態を、図面に基づいて具体的に説明する。なお、それぞれの図において、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。
【００２３】
［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａを備えた排気浄化装置１０Ａの全体的構成の一例を概略的に示す図である。図２は、第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａの構成について説明するために示す図である。図３は、還元剤供給装置２０Ａの動作について説明するために示す図であって、図３（ａ）は還元剤の充填時の動作を示し、図３（ｂ）は還元剤の噴射制御時の動作を示し、図３（ｃ）はパージ制御時の動作を示している。図４は、第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａの制御方法について説明するために示すフローチャート図である。
【００２４】
（１）排気浄化装置の全体的構成
図１に示すように、排気浄化装置１０Ａは、車両等に搭載された内燃機関１から排出される排気中のＮＯXを、ＮＯX浄化触媒１１上で還元剤を用いて浄化するように構成された装置である。排気浄化装置１０Ａは、内燃機関１の排気系に接続された排気管３の途中に配置されたＮＯX浄化触媒１１と、ＮＯX浄化触媒１１よりも上流側において排気管３内に還元剤を噴射供給するための還元剤供給装置２０Ａと、還元剤供給装置２０Ａの動作制御を行う制御装置４０とを主たる構成要素として備えている。
【００２５】
ＮＯX浄化触媒１１は、排気管３内に噴射された還元剤又は当該還元剤から生成される還元成分と、排気中のＮＯXとの反応を促進する機能を有している。ＮＯX浄化触媒１１としては、ＮＯX選択還元触媒やＮＯX吸蔵触媒が用いられる。
【００２６】
ＮＯX選択還元触媒は、還元剤を吸着するとともに、この還元剤を用いて、触媒中に流入する排気中のＮＯXを選択的に浄化する機能を有する触媒である。ＮＯX選択還元触媒を用いる場合においては、尿素水溶液や未燃燃料が還元剤として用いられる。還元剤として尿素水溶液を用いる場合には、尿素水溶液中の尿素が分解することによって生成されるアンモニア（ＮＨ3）がＮＯXと反応することにより、ＮＯXが窒素（Ｎ2）及び水（Ｈ2Ｏ）に分解される。また、還元剤として未燃燃料を用いる場合には、未燃燃料中の炭化水素（ＨＣ）がＮＯXと反応することにより、ＮＯXが窒素（Ｎ2）、二酸化炭素（ＣＯ2）及び水（Ｈ2Ｏ）に分解される。
【００２７】
また、ＮＯX吸蔵触媒は、触媒中に流入する排気の空燃比がリーンの状態（燃料希薄状態）においてＮＯXを吸蔵する一方、空燃比がリッチの状態に切り換えられたときにＮＯXを放出し、排気中の炭化水素（ＨＣ）を用いてＮＯXを浄化する機能を有する触媒である。炭化水素（ＨＣ）と反応したＮＯXは窒素（Ｎ2）、二酸化炭素（ＣＯ2）及び水（Ｈ2Ｏ）に分解される。ＮＯX吸蔵触媒を用いる場合においては、排気の空燃比をリッチの状態とするために、還元剤としての未燃燃料が排気管３内に噴射供給される。
【００２８】
（２）還元剤供給装置
図１及び図２に示すように、還元剤供給装置２０Ａは、液体の還元剤を収容する還元剤タンク２１と、還元剤を圧送するポンプ２３と、ポンプ２３により圧送された還元剤を排気管３内に噴射する還元剤噴射弁２５を含む噴射モジュール２６と、ポンプ２３により圧送される還元剤の流れ方向を切り換えるリバーティングバルブ２４と、還元剤中の異物を捕集するためのフィルタ部５０とを備えている。
【００２９】
還元剤タンク２１とポンプ２３とは、リバーティングバルブ２４を介して第１の還元剤通路３１で接続され、ポンプ２３とフィルタ部５０とは、リバーティングバルブ２４を介して第２の還元剤通路３２で接続され、さらに、フィルタ部５０と噴射モジュール２６の還元剤噴射弁２５とは、第３の還元剤通路３３で接続されている。
【００３０】
噴射モジュール２６には一端が還元剤通路３３に連通し、他端が還元剤タンク２１に接続されたパージ用通路４３が接続されている。パージ用通路４３の還元剤タンク２１側の端部は、還元剤タンク２１の上部に接続されており、還元剤タンク２１内の空気層に臨むようになっている。還元剤タンク２１の上部には、還元剤タンク２１内の圧力を大気圧に維持するためのエア導入部４７が備えられている。エア導入部４７は、例えば、エアブリザード孔によって構成されている。
【００３１】
また、フィルタ部５０には、他端がパージ用通路４３に接続されたリターン通路３５が接続されており、リターン通路３５にはリリーフ弁３７が備えられている。
【００３２】
第３の還元剤通路３３には、第３の還元剤通路３３内の圧力を検出するための圧力センサ２７が備えられている。但し、圧力センサ２７は、還元剤噴射弁２５に供給される還元剤の圧力を検出できるようになっていればよく、第３の還元剤通路３３に直接設けられていなくても構わない。
【００３３】
噴射モジュール２６に備えられた還元剤噴射弁２５は、制御装置４０によって駆動制御が行われるものであり、使用できる還元剤噴射弁２５は特に限定されるものではない。例えば、通電／非通電の切り換えにより開弁／閉弁の切り換えが行われる電磁弁を用いることができる。
【００３４】
ポンプ２３は、制御装置４０によって駆動制御が行われるものであり、使用できるポンプ２３は特に限定されるものではない。例えば、単位時間当たりの通電のオン／オフのデューティ比を調整することによって吐出量が調節される電動ポンプを用いることができる。
【００３５】
リバーティングバルブ２４は、制御装置４０によって駆動制御が行われるものであり、還元剤の流れ方向を、還元剤タンク２１側から還元剤噴射弁２５側へと流れる正方向と、還元剤噴射弁２５側から還元剤タンク２１側へと流れる逆方向とに切り換え可能に構成されている。使用できるリバーティングバルブ２４は特に限定されるものではなく、例えば、通電のオン／オフによって還元剤の流れ方向を正方向又は逆方向に切り換え可能な電磁切換弁を用いることができる。
【００３６】
第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａにおいては、排気管３内への還元剤の噴射制御を行う場合には、リバーティングバルブ２４への通電が停止されて、還元剤が正方向に流れるようになっている。一方、還元剤を還元剤タンク２１に回収するパージ制御を行う場合には、リバーティングバルブ２４への通電が行われ、還元剤が逆方向に流れるように流路が切り換えられるようになっている。
【００３７】
フィルタ部５０は、図２に示すように、ケーシング５４と、ケーシング５４内に収容されたフィルタ５１とを備えている。第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａにおいては、円筒状のフィルタ５１が用いられている。
【００３８】
フィルタ部５０とパージ用通路４３とを接続するリターン通路３５は、円筒状のフィルタ５１の内側の領域に接続されるとともに、パージ用通路４３側からフィルタ部５０側への還元剤の流れを遮断するリリーフ弁３７を備えている。リリーフ弁３７は、弁体とスプリングとを用いた機械式の弁として構成されている。
【００３９】
また、噴射モジュール２６には、パージ用通路４５の開閉を行う開閉制御弁４５が備えられている。この開閉制御弁４５は制御装置４０によって駆動制御が行われるものであり、使用できる開閉制御弁４５は特に限定されるものではない。第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａにおいては、通電されている間にパージ用通路４５を開放し、通電が停止している間にパージ用通路４３を閉じるように構成された開閉制御弁４５が用いられている。ただし、このような制御弁に限定されるものではない。
【００４０】
開閉制御弁４５は、内燃機関１の始動時における還元剤の充填時、及び、内燃機関１の停止時におけるパージ制御時に、パージ用通路４３を開放する。一方、開閉制御弁４５は、内燃機関１の運転時における還元剤の噴射制御中に、パージ用通路４３を閉じる。
【００４１】
具体的には、図３（ａ）に示すように、内燃機関１の始動時における還元剤の充填時において、制御装置４０は、還元剤噴射弁２５を閉じる一方、パージ用通路４３を開放した状態で、ポンプ２３を駆動する。これにより、還元剤が正方向に圧送され、第２の還元剤通路３２、フィルタ部５０及び第３の還元剤通路３３内に存在していたエアが、パージ用通路４３を介して還元剤によって押し出され、第２の還元剤通路３２、フィルタ部５０、第３の還元剤通路３３及び還元剤噴射弁２５内に還元剤が充填される。このとき、フィルタ部５０内の圧力がリリーフ弁３７の開弁圧を超えるまでは、リリーフ弁３７は閉弁状態となる。また、還元剤タンク２１内に押し出されたエアは、エア導入部４７を介して大気中に逃されるため、還元剤タンク２１内の圧力は大気圧で維持される。
【００４２】
また、図３（ｂ）に示すように、還元剤の充填後の噴射制御中において、制御装置４０は、パージ用通路４３を閉じた状態でポンプ２３の駆動を継続するとともに、指示噴射量に応じて還元剤噴射弁２５の駆動制御を行う。ポンプ２３の出力は、例えば、圧力センサ２７によって検出される還元剤の圧力が所定の圧力で維持されるようにフィードバック制御される。このとき、還元剤の噴射量に対する還元剤の供給量が過剰になって、還元剤の圧力がリリーフ弁３７の開弁圧を超えるとリリーフ弁３７が開弁し、余剰の還元剤がリターン通路３５及びパージ用通路４３を介して還元剤タンク２１に戻される。
【００４３】
また、図３（ｃ）に示すように、内燃機関１の停止時におけるパージ制御中において、制御装置４０は、還元剤噴射弁２５を閉じる一方、パージ用通路４３を開放し、さらに、リバーティングバルブ２４によって還元剤の流れ方向を逆方向に切り換えた状態で、ポンプ２３を駆動する。これにより、還元剤が逆方向に圧送され、第２の還元剤通路３２、フィルタ部５０、第３の還元剤通路３３及び還元剤噴射弁２５内の還元剤がポンプ２３側に吸い戻される。このとき、還元剤タンク２１内のエアがパージ用通路４３を介して第３の還元剤通路３３に導入されるため、第２の還元剤通路３２、フィルタ部５０、第３の還元剤通路３３及び還元剤噴射弁２５内はエアに置換される。また、還元剤タンク２１内にはエア導入部４７を介して大気が導入されるため、還元剤タンク２１内の圧力は大気圧で維持される。
【００４４】
すなわち、第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａは、還元剤の噴射制御中においては、パージ用通路４３を閉じつつ還元剤噴射弁２５の開閉制御を実行する一方、還元剤の充填時及びパージ制御時においては、還元剤噴射弁２５を閉じた状態でパージ用通路４３を開放するようになっている。
【００４５】
次に、第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａにおいて、制御装置４０によって実行される制御方法を図４に示すフローチャート図に基づいて説明する。
【００４６】
まず、制御装置４０は、ステップＳ１１において、車両等のイグニッションスイッチがオンにされたことを検出すると、ステップＳ１２において、開閉制御弁４５をオンにする一方、リバーティングバルブ２４及び還元剤噴射弁２５をオフにする。これにより、還元剤噴射弁２５が閉じられる一方、パージ用通路４３が開放される。また、ポンプ２３によって圧送される還元剤の流れ方向が正方向となる。
【００４７】
次いで、制御装置４０は、ステップＳ１３においてポンプ２３の駆動を開始して。還元剤の充填を開始した後、ステップＳ１４において、圧力センサ２７によって検出される還元剤の圧力Ｐが所定の圧力Ｐｓｔａｒｔに到達したか否かを判別する。圧力Ｐｓｔａｒｔは、大気圧よりも大きく、還元剤噴射制御時のシステム圧Ｐｓｅｔよりも小さい値であって、エア抜きの完了を検出するために用いられる閾値としてあらかじめ設定されている。還元剤の圧力Ｐが所定の圧力Ｐｓｔａｒｔに到達すると、制御装置４０は、ステップＳ１５において、開閉制御弁４５をオフにする。これにより、パージ用通路４３が閉じられ、還元剤の充填が完了する。
【００４８】
ステップＳ１４は、時間制御とすることもできる。具体的には、ポンプ２３の駆動を開始してからの経過時間Ｔが所定の閾値Ｔ０に到達したか否かを判別するようにしてもよい。
【００４９】
次いで、制御装置４０は、ステップＳ１６において、還元剤の圧力Ｐがシステム圧Ｐｓｅｔで維持されるようにポンプ２３の出力制御を実行しながら、還元剤噴射弁２５の駆動制御を行い、還元剤の噴射制御を実行する。ポンプ２３の出力制御及び還元剤の噴射制御は、内燃機関１の運転中において継続的に実行される。
【００５０】
その後、制御装置４０は、ステップＳ１７において、イグニッションスイッチがオフにされたことを検出すると、ステップＳ１８においてポンプ２３の駆動を一旦停止した後、ステップＳ１９において、開閉制御弁４５及びリバーティングバルブ２４をオンにする一方、還元剤噴射弁２５をオフにする。これにより、還元剤噴射弁２５が閉じられる一方、パージ用通路４３が開放される。また、ポンプ２３によって圧送される還元剤の流れ方向が逆方向に切り換えられる。
【００５１】
次いで、制御装置４０は、ステップＳ２０においてポンプ２３の駆動を再開して、パージ制御を開始した後、ステップＳ２１において、ポンプ２３の駆動を再開してからの経過時間Ｔが所定の閾値Ｔ１に到達したか否かを判別する。経過時間Ｔが閾値Ｔ１に到達すると、制御装置４０は、ステップＳ２２において、開閉制御弁４５、リバーティングバルブ２４及びポンプ２３をすべてオフにする。これにより、パージ制御が完了し、次回の内燃機関１の始動時まで、還元剤供給装置２０Ａの電源がオフとなる。
【００５２】
以上説明したように、第１の実施の形態に係る還元剤噴射装置２０Ａは、内燃機関１の始動時における還元剤の充填時に、還元剤噴射弁２５を開弁する代わりにパージ用通路４３を開放するように構成されている。そのため、還元剤の充填時において、意図しない還元剤の噴射が実行されることを防ぐことができる。また、還元剤の充填後に還元剤噴射弁２５の開閉制御が開始されるため、摺動部分や着座部分が、還元剤が存在しない状態で還元剤噴射弁２５の開閉動作が繰り返されることによって摩耗したり損傷したりすることを防ぐことができる。
【００５３】
また、第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａによれば、還元剤噴射弁２５の開閉動作が開始されるときには、少なくとも還元剤噴射弁２５の近傍まで還元剤が充填された状態となっているため、仮に還元剤噴射弁２５内で還元剤の結晶化を生じていても、結晶化した還元剤を液体の還元剤によって速やかに融解することができる。
【００５４】
また、第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａによれば、内燃機関１の停止時におけるパージ制御時に、還元剤噴射弁２５を開弁する代わりにパージ用通路４３を開放するように構成されている。そのため、パージ制御時において、排気中の異物が還元剤供給装置２０Ａ内に侵入することを防ぐことができ、還元剤噴射弁２５及び第３の還元剤通路３３内の汚染や、還元剤噴射弁２５の閉弁不良又は損傷を防ぐことができる。また、排気が還元剤供給装置２０Ａ内に侵入することがないため、排気熱が還元剤噴射弁２５内に伝達されにくくなり、還元剤供給装置２０Ａ内での還元剤の結晶化を低減することができる。
【００５５】
したがって、第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａによれば、還元剤供給装置２０Ａの信頼性を向上させることが可能になる。
【００５６】
また、第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａによれば、パージ用通路４３とは別のリターン通路３５を備えるとともに、パージ用通路４３の開閉を切り換える開閉制御弁４５を備え、制御装置４０が、内燃機関１の始動時及び停止時には開閉制御弁４５によってパージ用通路４３を開放する一方、還元剤の噴射制御中には開閉制御弁４５によってパージ用通路４３を閉じることとしているため、内燃機関１の運転時における還元剤の噴射制御中にパージ用通路４３を介して還元剤が循環することを防ぎつつ、還元剤の充填時及びパージ制御時にのみパージ用通路４３を開放することが可能になる。
【００５７】
また、第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａによれば、パージ用通路４３及びリターン通路３５を連結して還元剤タンク２１に接続することとしているため、配管の全体の長さを短くすることができるとともに、還元剤タンク２１と配管の接続部分を一箇所とすることができる。したがって、構成を簡略化したり、生産コストを抑えたりすることが可能になる。
【００５８】
また、第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａによれば、還元剤タンク２１に、内部の圧力を大気圧に維持するエア導入部４７を備えることとしているため、還元剤の充填時においてはエアが抜けやすくなり、パージ制御時においてはエアが導入されやすくなる。したがって、還元剤の充填効率及び回収効率を高めることが可能になる。
【００５９】
［第２の実施の形態］
図５は、第２の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｂを備えた排気浄化装置１０Ｂの全体的構成の一例を概略的に示す図である。図６は、第２の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｂの構成について説明するために示す図である。図７は、還元剤供給装置２０Ｂの動作について説明するために示す図であって、図７（ａ）は還元剤の充填時の動作を示し、図７（ｂ）は還元剤の噴射制御時の動作を示し、図７（ｃ）はパージ制御時の動作を示している。図８は、第２の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｂの制御方法について説明するために示すフローチャート図である。
【００６０】
図５及び図６に示すように、排気浄化装置１０Ｂの全体的構成は、基本的に第１の実施の形態の場合と同様であるが、還元剤供給装置２０Ｂの構成が第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａの場合と異なる。以下、還元剤供給装置２０Ｂの構成を中心に説明する。
【００６１】
第２の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｂは、第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａの場合と同様に、還元剤タンク２１と、ポンプ２３と、還元剤噴射弁２５を含む噴射モジュール２６と、リバーティングバルブ２４と、フィルタ部５０とを備えている。これらの構成要素は、第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａの場合と同様に構成することができる。
【００６２】
還元剤タンク２１とポンプ２３とは、リバーティングバルブ２４を介して第１の還元剤通路３１で接続され、ポンプ２３とフィルタ部５０とは、リバーティングバルブ２４を介して第２の還元剤通路３２で接続され、さらに、フィルタ部５０と還元剤噴射弁２５とは、第３の還元剤通路３３で接続されている。
【００６３】
フィルタ部５０には、他端が還元剤タンク２１に接続されたリターン通路６１が接続されており、リターン通路６１にはリリーフ弁３７が備えられている。噴射モジュール２６には、一端が還元剤通路３３に連通し、他端が還元剤タンク２１に接続されたパージ用通路６３が接続されている。リターン通路６１の還元剤タンク２１側の端部、及び、パージ用通路６３の還元剤タンク２１側の端部は、流路切換制御弁６５を介して還元剤タンク２１の上部に接続されており、還元剤タンク２１内の空気層に臨むようになっている。還元剤タンク２１の上部には、第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａの場合と同様にエア導入部４７が備えられている。
【００６４】
流路切換制御弁６５は、パージ用通路６３と還元剤タンク２１とを連通する状態、又は、リターン通路６１と還元剤タンク２１とを連通する状態に、流路を切り換え可能に構成されている。第２の実施の形態に還元剤供給装置２０Ｂにおいては、流路切換制御弁６５に通電している間にパージ用通路６３と還元剤タンク２１とを連通する一方、流路切換制御弁６５への通電を停止している間にリターン通路６１と還元剤タンク２１とを連通するように構成された流路切換制御弁６５を使用している。ただし、このような制御弁に限定されるものではない。
【００６５】
流路切換制御弁６５は、内燃機関１の始動時における還元剤の充填時、及び、内燃機関１の停止時におけるパージ制御時に、パージ用通路６３と還元剤タンク２１とを連通する。一方、流路切換制御弁６５は、内燃機関１の運転時における還元剤の噴射制御中に、リターン通路６１と還元剤タンク２１とを連通する。
【００６６】
具体的には、図７（ａ）に示すように、内燃機関１の始動時における還元剤の充填時において、制御装置４０は、還元剤噴射弁２５を閉じる一方、パージ用通路６３と還元剤タンク２１とを連通した状態で、ポンプ２３を駆動する。これにより、還元剤が正方向に圧送され、第２の還元剤通路３２、フィルタ部５０及び第３の還元剤通路３３内に存在していたエアが、パージ用通路６３を介して還元剤によって押し出され、第２の還元剤通路３２、フィルタ部５０、第３の還元剤通路３３及び還元剤噴射弁２５内に還元剤が充填される。このとき、リターン通路６１の端部は閉じられているため、リリーフ弁３７は閉弁状態となる。また、還元剤タンク２１内に押し出されたエアは、エア導入部４７を介して大気中に逃されるため、還元剤タンク２１内の圧力は大気圧で維持される。
【００６７】
また、図７（ｂ）に示すように、還元剤の充填後の噴射制御中において、制御装置４０は、リターン通路６１と還元剤タンク２１とを連通した状態でポンプ２３の駆動を継続するとともに、指示噴射量に応じて還元剤噴射弁２５の駆動制御を行う。ポンプ２３の出力は、例えば、圧力センサ２７によって検出される還元剤の圧力が所定の圧力で維持されるようにフィードバック制御される。このとき、還元剤の噴射量に対する還元剤の供給量が過剰になって、還元剤の圧力がリリーフ弁３７の開弁圧を超えるとリリーフ弁３７が開弁し、余剰の還元剤がリターン通路６１を介して還元剤タンク２１に戻される。
【００６８】
また、図７（ｃ）に示すように、内燃機関１の停止時におけるパージ制御中において、制御装置４０は、還元剤噴射弁２５を閉じる一方、パージ用通路６３と還元剤タンク２１とを連通し、さらに、リバーティングバルブ２４によって還元剤の流れ方向を逆方向に切り換えた状態で、ポンプ２３を駆動する。これにより、還元剤が逆方向に圧送され、第２の還元剤通路３２、フィルタ部５０、第３の還元剤通路３３及び還元剤噴射弁２５内の還元剤がポンプ２３側に吸い戻される。このとき、還元剤タンク２１内のエアがパージ用通路６３を介して第３の還元剤通路３３に導入されるため、第２の還元剤通路３２、フィルタ部５０、第３の還元剤通路３３及び還元剤噴射弁２５内はエアに置換される。また、還元剤タンク２１内にはエア導入部４７を介して大気が導入されるため、還元剤タンク２１内の圧力は大気圧で維持される。
【００６９】
すなわち、第２の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｂは、還元剤の噴射制御中においては、パージ用通路６３を閉じる一方、リターン通路６１と還元剤タンク２１とを連通して還元剤噴射弁２５の開閉制御を実行する。また、還元剤の充填時及びパージ制御時においては、還元剤噴射弁２５を閉じた状態でパージ用通路６３と還元剤タンク２１とを連通するようになっている。
【００７０】
次に、第２の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｂにおいて、制御装置４０によって実行される制御方法を図８に示すフローチャート図に基づいて説明する。
【００７１】
まず、制御装置４０は、ステップＳ３１において、車両等のイグニッションスイッチがオンにされたことを検出すると、ステップＳ３２において、流路切換制御弁６５をオンにする一方、リバーティングバルブ２４及び還元剤噴射弁２５をオフにする。これにより、還元剤噴射弁２５が閉じられる一方、パージ用通路６３と還元剤タンク２１とが連通する。また、ポンプ２３によって圧送される還元剤の流れ方向が正方向となる。
【００７２】
次いで、制御装置４０は、ステップＳ３３においてポンプ２３の駆動を開始して。還元剤の充填を開始した後、ステップＳ３４において、圧力センサ２７によって検出される還元剤の圧力Ｐが所定の圧力Ｐｓｔａｒｔに到達したか否かを判別する。圧力Ｐｓｔａｒｔは、大気圧よりも大きく、還元剤噴射制御時のシステム圧Ｐｓｅｔよりも小さい値であって、エア抜きの完了を検出するために用いられる閾値としてあらかじめ設定されている。還元剤の圧力Ｐが所定の圧力Ｐｓｔａｒｔに到達すると、制御装置４０は、ステップＳ３５において、流路切換制御弁６５をオフにする。これにより、リターン通路３５と還元剤タンク２１とが連通する一方、パージ用通路６３が閉じられ、還元剤の充填が完了する。
【００７３】
ステップＳ３４は、時間制御とすることもできる。具体的には、ポンプ２３の駆動を開始してからの経過時間Ｔが所定の閾値Ｔ０に到達したか否かを判別するようにしてもよい。
【００７４】
次いで、制御装置４０は、ステップＳ３６において、還元剤の圧力Ｐがシステム圧Ｐｓｅｔで維持されるようにポンプ２３の出力制御を実行しながら、還元剤噴射弁２５の駆動制御を行い、還元剤の噴射制御を実行する。ポンプ２３の出力制御及び還元剤の噴射制御は、内燃機関１の運転中において継続的に実行される。
【００７５】
その後、制御装置４０は、ステップＳ３７において、イグニッションスイッチがオフにされたことを検出すると、ステップＳ３８においてポンプ２３の駆動を一旦停止した後、ステップＳ３９において、流路切換制御弁６５及びリバーティングバルブ２４をオンにする一方、還元剤噴射弁２５をオフにする。これにより、還元剤噴射弁２５が閉じられる一方、パージ用通路６３と還元剤タンク２１とが連通する。また、ポンプ２３によって圧送される還元剤の流れ方向が逆方向に切り換えられる。
【００７６】
次いで、制御装置４０は、ステップＳ４０においてポンプ２３の駆動を再開して、パージ制御を開始した後、ステップＳ４１において、ポンプ２３の駆動を再開してからの経過時間Ｔが所定の閾値Ｔ１に到達したか否かを判別する。経過時間Ｔが閾値Ｔ１に到達すると、制御装置４０は、ステップＳ４２において、流路切換制御弁６５、リバーティングバルブ２４及びポンプ２３をすべてオフにする。これにより、パージ制御が完了し、次回の内燃機関１の始動時まで、還元剤供給装置２０Ｂの電源がオフとなる。
【００７７】
以上説明したように、第２の実施の形態に係る還元剤噴射装置２０Ｂは、内燃機関１の始動時における還元剤の充填時に、還元剤噴射弁２５を開弁する代わりにパージ用通路６３と還元剤タンク２１とを連通するように構成されている。そのため、還元剤の充填時において、意図しない還元剤の噴射が実行されることを防ぐことができる。また、還元剤の充填後に還元剤噴射弁２５の開閉制御が開始されるため、摺動部分や着座部分が、還元剤が存在しない状態で還元剤噴射弁２５の開閉動作が繰り返されることによって摩耗したり損傷したりすることを防ぐことができる。
【００７８】
また、第２の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｂによれば、還元剤噴射弁２５の開閉動作が開始されるときには、少なくとも還元剤噴射弁２５の近傍まで還元剤が充填された状態となっているため、仮に還元剤噴射弁２５内で還元剤の結晶化を生じていても、結晶化した還元剤を液体の還元剤によって速やかに融解することができる。
【００７９】
また、第２の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｂによれば、内燃機関１の停止時におけるパージ制御時に、還元剤噴射弁２５を開弁する代わりにパージ用通路６３と還元剤タンク２１とを連通するように構成されている。そのため、パージ制御時において、排気中の異物が還元剤供給装置２０Ｂ内に侵入することを防ぐことができ、還元剤噴射弁２５及び第３の還元剤通路３３内の汚染や、還元剤噴射弁２５の閉弁不良又は損傷を防ぐことができる。また、排気が還元剤供給装置２０Ｂ内に侵入することがないため、排気熱が還元剤噴射弁２５内に伝達されにくくなり、還元剤供給装置２０Ｂ内での還元剤の結晶化を低減することができる。
【００８０】
したがって、第２の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｂによれば、還元剤供給装置２０Ｂの信頼性を向上させることが可能になる。
【００８１】
また、第２の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｂによれば、パージ用通路６３とは別のリターン通路６１を備えるとともに、還元剤タンク２１との連通をパージ用通路６３又はリターン通路６１に切り換える流路切換制御弁６５を備え、制御装置４０が、内燃機関１の始動時及び停止時には流路切換制御弁６５によってパージ用通路６３と還元剤タンク２１とを連通する一方、還元剤の噴射制御中には流路切換制御弁６５によってパージ用通路６３を閉じつつリターン通路６１と還元剤タンク２１とを連通することとしているため、内燃機関１の運転時における還元剤の噴射制御中にパージ用通路６３を介して還元剤が循環することを防ぎつつ、還元剤の充填時及びパージ制御時にのみパージ用通路６３と還元剤タンク２１とを連通することが可能になる。
【００８２】
また、第２の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｂによれば、パージ用通路６５と還元剤タンク２１とが連通した状態においてリターン通路６１が閉じられる一方、リターン通路６１と還元剤タンク２１とが連通した状態においてパージ用通路６３が閉じられる流路切換制御弁６５を用いることとしているため、還元剤の充填時においては、リターン通路６１を介して還元剤が循環することがなくなり充填効率を高めることが可能になるとともに、パージ制御時においては、リターン通路６１の状態にかかわらずパージ用通路６３のみからエアを導入することができるため回収効率を高めることが可能になる
【００８３】
また、第２の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｂによれば、還元剤タンク２１に、内部の圧力を大気圧に維持するエア導入部４７を備えることとしているため、還元剤の充填時においてはエアが抜けやすくなり、パージ制御時においてはエアが導入されやすくなる。したがって、還元剤の充填効率及び回収効率を高めることが可能になる。
【００８４】
［第３の実施の形態］
図９は、第３の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｃを備えた排気浄化装置１０Ｃの全体的構成の一例を概略的に示す図である。図１０は、第３の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｃの構成について説明するために示す図である。図１１は、還元剤供給装置２０Ｃの動作について説明するために示す図であって、図１１（ａ）は還元剤の充填時の動作を示し、図１１（ｂ）は還元剤の噴射制御時の動作を示し、図１１（ｃ）はパージ制御時の動作を示している。図１２は、第３の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｃの制御方法について説明するために示すフローチャート図である。
【００８５】
図９及び図１０に示すように、排気浄化装置１０Ｃの全体的構成は、基本的に第１の実施の形態の場合と同様であるが、還元剤供給装置２０Ｃの構成が第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａの場合と異なる。以下、還元剤供給装置２０Ｃの構成を中心に説明する。
【００８６】
第３の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｃは、第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａの場合と同様に、還元剤タンク２１と、ポンプ２３と、還元剤噴射弁２５を含む噴射モジュール２６と、リバーティングバルブ２４と、フィルタ部５０とを備えている。これらの構成要素は、第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａの場合と同様に構成することができる。
【００８７】
還元剤タンク２１とポンプ２３とは、リバーティングバルブ２４を介して第１の還元剤通路３１で接続され、ポンプ２３とフィルタ部５０とは、リバーティングバルブ２４を介して第２の還元剤通路３２で接続され、さらに、フィルタ部５０と還元剤噴射弁２５とは、第３の還元剤通路３３で接続されている。
【００８８】
噴射モジュール２６には、一端が還元剤通路３３に連通し、他端が還元剤タンク２１に接続されたパージ用通路７３が接続されている。パージ用通路７３の還元剤タンク２１側の端部は還元剤タンク２１の上部に接続されており、還元剤タンク２１内の空気層に臨むようになっている。また、パージ用通路７３にはオリフィス７５が設けられ、還元剤及びエアの流通を可能にする一方で、第３の還元剤通路３３内の圧力を高めることができるようになっている。還元剤タンク２１の上部には、第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａの場合と同様にエア導入部４７が備えられている。
【００８９】
第３の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｃにおいては、図１１（ａ）に示すように、内燃機関１の始動時における還元剤の充填時に、制御装置４０は、還元剤噴射弁２５を閉じた状態でポンプ２３を駆動する。これにより、還元剤が正方向に圧送され、第２の還元剤通路３２、フィルタ部５０及び第３の還元剤通路３３内に存在していたエアが、パージ用通路７３及びオリフィス７５を介して還元剤によって押し出され、第２の還元剤通路３２、フィルタ部５０、第３の還元剤通路３３及び還元剤噴射弁２５内に還元剤が充填される。また、還元剤タンク２１内に押し出されたエアは、エア導入部４７を介して大気中に逃されるため、還元剤タンク２１内の圧力は大気圧で維持される。
【００９０】
また、図１１（ｂ）に示すように、還元剤の充填後の噴射制御中において、制御装置４０は、ポンプ２３の駆動を継続するとともに、指示噴射量に応じて還元剤噴射弁２５の駆動制御を行う。ポンプ２３の出力は、例えば、圧力センサ２７によって検出される還元剤の圧力が所定の圧力で維持されるようにフィードバック制御される。このとき、還元剤噴射弁２５に供給される余剰の還元剤は、パージ用通路７３及びオリフィス７５を介して還元剤タンク２１に戻される。
【００９１】
また、図１１（ｃ）に示すように、内燃機関１の停止時におけるパージ制御中において、制御装置４０は、還元剤噴射弁２５を閉じるとともに、リバーティングバルブ２４によって還元剤の流れ方向を逆方向に切り換えた状態で、ポンプ２３を駆動する。これにより、還元剤が逆方向に圧送され、第２の還元剤通路３２、フィルタ部５０、第３の還元剤通路３３及び還元剤噴射弁２５内の還元剤がポンプ２３側に吸い戻される。このとき、還元剤タンク２１内のエアがパージ用通路７３及びオリフィス７５を介して第３の還元剤通路３３に導入されるため、第２の還元剤通路３２、フィルタ部５０、第３の還元剤通路３３及び還元剤噴射弁２５内はエアに置換される。また、還元剤タンク２１内にはエア導入部４７を介して大気が導入されるため、還元剤タンク２１内の圧力は大気圧で維持される。
【００９２】
すなわち、第３の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｃは、パージ用通路７３と還元剤タンク２１とが常に連通しており、還元剤の充填時及びパージ制御時において、還元剤噴射弁２５を閉じた状態で保持できるようになっている。
【００９３】
次に、第３の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｃにおいて、制御装置４０によって実行される制御方法を図１２に示すフローチャート図に基づいて説明する。
【００９４】
まず、制御装置４０は、ステップＳ５１において、車両等のイグニッションスイッチがオンにされたことを検出すると、ステップＳ５２においてリバーティングバルブ２４及び還元剤噴射弁２５をオフにする。これにより、還元剤噴射弁２５が閉じられる一方、パージ用通路７３と還元剤タンク２１とが連通状態となっている。また、ポンプ２３によって圧送される還元剤の流れ方向が正方向となる。
【００９５】
次いで、制御装置４０は、ステップＳ５３においてポンプ２３の駆動を開始して。還元剤の充填を開始した後、ステップＳ５４において、圧力センサ２７によって検出される還元剤の圧力Ｐが所定の圧力Ｐｓｔａｒｔに到達したか否かを判別する。圧力Ｐｓｔａｒｔは、大気圧よりも大きく、還元剤噴射制御時のシステム圧Ｐｓｅｔよりも小さい値であって、エア抜きの完了を検出するために用いられる閾値としてあらかじめ設定されている。還元剤の圧力Ｐが所定の圧力Ｐｓｔａｒｔに到達することにより、還元剤の充填が完了する。
【００９６】
ステップＳ５４は、時間制御とすることもできる。具体的には、ポンプ２３の駆動を開始してからの経過時間Ｔが所定の閾値Ｔ０に到達したか否かを判別するようにしてもよい。
【００９７】
次いで、制御装置４０は、ステップＳ５５において、還元剤の圧力Ｐがシステム圧Ｐｓｅｔで維持されるようにポンプ２３の出力制御を実行しながら、還元剤噴射弁２５の駆動制御を行い、還元剤の噴射制御を実行する。ポンプ２３の出力制御及び還元剤の噴射制御は、内燃機関１の運転中において継続的に実行される。
【００９８】
その後、制御装置４０は、ステップＳ５６において、イグニッションスイッチがオフにされたことを検出すると、ステップＳ５７においてポンプ２３の駆動を一旦停止した後、ステップＳ５８においてリバーティングバルブ２４をオンにする一方、還元剤噴射弁２５をオフにする。これにより、還元剤噴射弁２５が閉じられる一方、パージ用通路７３と還元剤タンク２１とが連通状態となっている。また、ポンプ２３によって圧送される還元剤の流れ方向が逆方向に切り換えられる。
【００９９】
次いで、制御装置４０は、ステップＳ５９においてポンプ２３の駆動を再開して、パージ制御を開始した後、ステップＳ６０において、ポンプ２３の駆動を再開してからの経過時間Ｔが所定の閾値Ｔ１に到達したか否かを判別する。経過時間Ｔが閾値Ｔ１に到達すると、制御装置４０は、ステップＳ６１において、リバーティングバルブ２４及びポンプ２３をすべてオフにする。これにより、パージ制御が完了し、次回の内燃機関１の始動時まで、還元剤供給装置２０Ｃの電源がオフとなる。
【０１００】
以上説明したように、第３の実施の形態に係る還元剤噴射装置２０Ｃは、内燃機関１の始動時における還元剤の充填時に、還元剤噴射弁２５を開弁してもパージ用通路７３と還元剤タンク２１とが連通状態となるように構成されている。そのため、還元剤の充填時において、意図しない還元剤の噴射が実行されることを防ぐことができる。また、還元剤の充填後に還元剤噴射弁２５の開閉制御が開始されるため、摺動部分や着座部分が、還元剤が存在しない状態で還元剤噴射弁２５の開閉動作が繰り返されることによって摩耗したり損傷したりすることを防ぐことができる。
【０１０１】
また、第３の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｃによれば、還元剤噴射弁２５の開閉動作が開始されるときには、少なくとも還元剤噴射弁２５の近傍まで還元剤が充填された状態となっているため、仮に還元剤噴射弁２５内で還元剤の結晶化を生じていても、結晶化した還元剤を液体の還元剤によって速やかに融解することができる。
【０１０２】
また、第３の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｃによれば、内燃機関１の停止時におけるパージ制御時に、還元剤噴射弁２５を開弁してもパージ用通路７３と還元剤タンク２１とが連通状態となるように構成されている。そのため、パージ制御時において、排気中の異物が還元剤供給装置２０Ｃ内に侵入することを防ぐことができ、還元剤噴射弁２５及び第３の還元剤通路３３内の汚染や、還元剤噴射弁２５の閉弁不良又は損傷を防ぐことができる。また、排気が還元剤供給装置２０Ｃ内に侵入することがないため、排気熱が還元剤噴射弁２５内に伝達されにくくなり、還元剤供給装置２０Ｃ内での還元剤の結晶化を低減することができる。
【０１０３】
したがって、第３の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｃによれば、還元剤供給装置２０Ｃの信頼性を向上させることが可能になる。
【０１０４】
また、第３の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｃによれば、還元剤の噴射制御中においてもパージ用通路７３に還元剤が流通するため、パージ制御時においてパージ用通路７３が開放されないおそれがなくなり、確実にエアの導入口を確保することが可能となる。
【０１０５】
また、第３の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｃによれば、還元剤タンク２１に、内部の圧力を大気圧に維持するエア導入部４７を備えることとしているため、還元剤の充填時においてはエアが抜けやすくなり、パージ制御時においてはエアが導入されやすくなる。したがって、還元剤の充填効率及び回収効率を高めることが可能になる。
【０１０６】
［他の実施の形態］
以上説明した第１〜第３の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、本発明の一態様を示すものであって本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。例えば、第１〜第３の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、以下のように変更することができる。
【０１０７】
（１）上述した第１〜第３の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃにおいて説明した各構成要素の構成や形態はあくまでも一例であって、任意に変更することが可能である。
【０１０８】
（２）上述した第１〜第３の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃにおいては、リバーティングバルブ２４によって還元剤の流れ方向を切り換えることによってパージ制御を実施するようにしているが、リバーティングバルブを用いないで、ポンプ２３を逆回転させることでパージ制御を実施するように構成することもできる。
【０１０９】
（３）上述した第１〜第３の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃに備えられたリバーティングバルブ２４、還元剤噴射弁２５、開閉制御弁４５及び流路切換制御弁６５は、通電のオン／オフに対する動作が逆となるように構成されたものであってもよい。
【０１１０】
（４）上述した第１の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａにおいては、噴射モジュール２６に開閉制御弁４５を備えることとしているが、開閉制御弁４５は、噴射モジュール２６から独立して設けることもできる。
【０１１１】
（５）上述した第２及び第３の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ｂ，２０Ｃにおいては、還元剤タンク２１に流路切換制御弁６５又はオリフィス７５を備えることとしているが、流路切換制御弁６５又はオリフィス７５は、還元剤タンク２１から独立して設けることもできる。
【０１１２】
（６）上述した第１〜第３の実施の形態に係る還元剤供給装置２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの制御方法の例においては、内燃機関１の始動時における還元剤の充填時に、第３の還元剤通路３３内の還元剤の圧力Ｐが所定の圧力Ｐｓｔａｒｔとなること、又は、ポンプ２３の駆動開始からの経過時間Ｔが所定の閾値Ｔ０に到達すること、のいずれかの条件が成立したときに還元剤の充填が完了したものと判別していたが、いずれか一方の条件でのみ判別するように構成されていてもよい。
【符号の説明】
【０１１３】
１：内燃機関、３：排気管、１０Ａ・１０Ｂ・１０Ｃ：排気浄化装置、１１：ＮＯX浄化触媒、１３：ＮＯXセンサ、２０Ａ・２０Ｂ・２０Ｃ：還元剤供給装置、２１：還元剤タンク、２３：ポンプ、２４：リバーティングバルブ、２５：還元剤噴射弁、２６：噴射モジュール、２７：圧力センサ、３１：第１の還元剤通路、３２：第２の還元剤通路、３３：第３の還元剤通路、３５：リターン通路、３７：リリーフ弁、４０：制御装置、４３：パージ用通路、４５：開閉制御弁、４７：エア導入部、５０：フィルタ部、５１：フィルタ、５４：ケーシング、６１：リターン通路、６３：パージ用通路、６５：流路切換制御弁、７３：パージ用通路、７５：オリフィス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体の還元剤を収容する還元剤タンクと、前記還元剤を圧送するポンプと、前記ポンプによって圧送された前記還元剤を内燃機関の排気管内に噴射する還元剤噴射弁を含む噴射モジュールと、前記ポンプと前記還元剤噴射弁とを接続する還元剤通路と、前記ポンプ及び前記還元剤噴射弁の駆動制御を行う制御装置と、を備え、前記内燃機関の停止に伴い、前記還元剤通路及び前記還元剤噴射弁内の前記還元剤を前記還元剤タンクに回収するパージ制御を実行可能に構成された還元剤供給装置において、
一端が前記噴射モジュールに接続されるとともに他端が前記還元剤タンクに接続され、前記一端が前記還元剤通路に連通するパージ用通路を備え、
前記制御装置は、前記内燃機関の始動時には、前記還元剤噴射弁を閉じた状態で前記ポンプを駆動して、前記パージ用通路を介してエア抜きを行いながら前記還元剤を充填し、
前記内燃機関の停止時には、前記還元剤を閉じた状態で前記ポンプを駆動して、前記パージ用通路を介してエアを導入しながら前記還元剤を回収することを特徴とする還元剤供給装置。
【請求項２】
前記パージ用通路とは別に、前記還元剤通路と前記還元剤タンクとを連通するリターン通路を備えるとともに、
前記パージ用通路に、前記パージ用通路の開閉を切り換える制御弁を備え、
前記制御装置は、前記内燃機関の始動時及び停止時には前記制御弁によって前記パージ用通路を開放する一方、前記還元剤の噴射制御中には前記制御弁によって前記パージ用通路を閉じることを特徴とする請求項１に記載の還元剤供給装置。
【請求項３】
前記制御弁は、前記パージ用通路が開放された状態において前記リターン通路が閉じられる一方、前記パージ用通路が閉じられた状態において前記リターン通路が開放される流路切換弁であることを特徴とする請求項２に記載の還元剤供給装置。
【請求項４】
前記パージ用通路及び前記リターン通路を、前記還元剤通路に連通する端部とは反対側において連結して前記還元剤タンクに接続することを特徴とする請求項２に記載の還元剤供給装置。
【請求項５】
前記還元剤タンクに、内部の圧力を大気圧に維持するエア導入部を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の還元剤供給装置。
【請求項１】
液体の還元剤を収容する還元剤タンクと、前記還元剤を圧送するポンプと、前記ポンプによって圧送された前記還元剤を内燃機関の排気管内に噴射する還元剤噴射弁を含む噴射モジュールと、前記ポンプと前記還元剤噴射弁とを接続する還元剤通路と、前記ポンプ及び前記還元剤噴射弁の駆動制御を行う制御装置と、を備え、前記内燃機関の停止に伴い、前記還元剤通路及び前記還元剤噴射弁内の前記還元剤を前記還元剤タンクに回収するパージ制御を実行可能に構成された還元剤供給装置において、
一端が前記噴射モジュールに接続されるとともに他端が前記還元剤タンクに接続され、前記一端が前記還元剤通路に連通するパージ用通路を備え、
前記制御装置は、前記内燃機関の始動時には、前記還元剤噴射弁を閉じた状態で前記ポンプを駆動して、前記パージ用通路を介してエア抜きを行いながら前記還元剤を充填し、
前記内燃機関の停止時には、前記還元剤を閉じた状態で前記ポンプを駆動して、前記パージ用通路を介してエアを導入しながら前記還元剤を回収することを特徴とする還元剤供給装置。
【請求項２】
前記パージ用通路とは別に、前記還元剤通路と前記還元剤タンクとを連通するリターン通路を備えるとともに、
前記パージ用通路に、前記パージ用通路の開閉を切り換える制御弁を備え、
前記制御装置は、前記内燃機関の始動時及び停止時には前記制御弁によって前記パージ用通路を開放する一方、前記還元剤の噴射制御中には前記制御弁によって前記パージ用通路を閉じることを特徴とする請求項１に記載の還元剤供給装置。
【請求項３】
前記制御弁は、前記パージ用通路が開放された状態において前記リターン通路が閉じられる一方、前記パージ用通路が閉じられた状態において前記リターン通路が開放される流路切換弁であることを特徴とする請求項２に記載の還元剤供給装置。
【請求項４】
前記パージ用通路及び前記リターン通路を、前記還元剤通路に連通する端部とは反対側において連結して前記還元剤タンクに接続することを特徴とする請求項２に記載の還元剤供給装置。
【請求項５】
前記還元剤タンクに、内部の圧力を大気圧に維持するエア導入部を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の還元剤供給装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１６３０２９（Ｐ２０１２−１６３０２９Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３３９７（Ｐ２０１１−２３３９７）
【出願日】平成２３年２月４日（２０１１．２．４）
【出願人】（０００００３３３３）ボッシュ株式会社 (510)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月４日（２０１１．２．４）
【出願人】（０００００３３３３）ボッシュ株式会社 (510)
【Ｆターム（参考）】
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