JP2006342736A - 排気浄化装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 アンモニアを還元剤として排気中のNOxを選択還元するNOx触媒に、目詰まりを生じることなく尿素水を供給することができる排気浄化装置を提供する。
【解決手段】 アンモニアを還元剤としてNOxを選択還元するNOx触媒(30)と、空気供給通路(46)を介して供給される加圧空気に尿素水を混入し、尿素水噴射通路(40)を介して尿素水添加ノズル(38)に供給する尿素水噴射装置(42)と、尿素水噴射装置(42)に洗浄水を供給する洗浄水供給手段(54,60)とを備え、空気供給通路(46)内の圧力及び尿素水噴射通路(40)内の圧力のいずれか一方又は両方に基づき洗浄水供給手段(54,60)を制御する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、エンジンの排気を浄化するための排気浄化装置に関し、特にアンモニアを還元剤として排気中のNOxを還元浄化するNOx触媒を備えた排気浄化装置に関する。
エンジンから排出される排気中に含まれる汚染物質の1つであるNOx(窒素酸化物)を浄化するための排気浄化装置として、エンジンの排気通路に選択還元型のNOx触媒(SCR触媒)を配設し、還元剤としてアンモニアをNOx触媒に供給することにより、排気中のNOxを浄化するようにした排気浄化装置が用いられている。
この排気浄化装置では、NOx触媒の上流側に尿素水を供給し、この尿素水が排気の熱により加水分解して生じたアンモニアがNOx触媒に供給される。NOx触媒に供給されたアンモニアは一旦NOx触媒に吸着され、このアンモニアと排気中のNOxとの間の脱硝反応がNOx触媒によって促進されることによりNOxの浄化が行われる。
このとき尿素水を加水分解しやすいように霧化して排気中に供給するため、尿素水は予め尿素水噴射装置で加圧空気中に混入され、加圧空気と共に尿素水添加ノズルから排気中に噴霧されるようになっている。
尿素水の添加量はNOx触媒で浄化するNOxの量などによって変動するが、尿素水の添加量が比較的少ない場合、加圧空気により尿素水の水分が持ち去られて尿素結晶が析出し、尿素水噴射装置や尿素水添加ノズル、或いはその間の通路などといった尿素水の供給経路の内部に目詰まりが生じる可能性がある。
また、尿素水添加ノズルから尿素水を供給した後にエンジンを停止させると、尿素水の供給経路内には尿素水が残留する。そして、この尿素水の水分が蒸発して尿素結晶が析出することにより、尿素水の供給経路内に目詰まりが生じる可能性がある。
このような尿素結晶の析出に起因する目詰まりではないが、排気中の煤が尿素水添加ノズルに付着して発生する目詰まりを防止するようにした排気浄化装置が特許文献1に開示されている。
特許文献1に示された排気浄化装置では、尿素水添加ノズル内に加圧空気の供給通路と尿素水の供給通路とが別個に形成され、尿素水添加ノズルの先端部分において、加圧空気と共に尿素水を噴出するようになっている。そして、尿素水添加ノズルから尿素水の供給を行っているときに、所定時間ごとに尿素水添加ノズルの尿素水供給通路側に加圧空気を供給することにより、尿素水添加ノズルの先端部分に付着した煤を吹き飛ばし、目詰まりの発生を防止するようにしている。
特開平2−223625号公報
上記特許文献1に示された排気浄化装置は尿素結晶の析出に起因する目詰まりの防止を目的とするものではなく、加圧空気により煤を吹き飛ばすだけのものであるため、尿素水添加ノズルに尿素結晶が析出した場合には、これを十分に除去することは困難である。
また、上記特許文献1に示された排気浄化装置では、上記目的から尿素水添加ノズルのみの目詰まりが対象であり、その上流側にある尿素水噴射装置や尿素水噴射装置から尿素水添加ノズルに尿素水を供給する通路での、目詰まりの発生を防止することはできない。
更に、上記特許文献1に示された排気浄化装置では、目詰まりが実際に発生する可能性が高いか否かにかかわらず、所定時間ごとに必ず加圧空気を尿素水供給通路側に供給するようにしているので、必要以上に尿素水の供給が中断され、NOx触媒によるNOx浄化効率が低下する可能性もある。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、アンモニアを還元剤として排気中のNOxを選択還元するNOx触媒に、目詰まりを生じることなく尿素水を供給することができる排気浄化装置を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の排気浄化装置は、エンジンの排気通路に配設され、アンモニアを還元剤として排気中のNOxを選択還元するNOx触媒と、前記エンジンの排気中に尿素水を添加することにより、前記NOx触媒にアンモニアを供給する尿素水添加ノズルと、加圧空気に尿素水を混入する尿素水噴射装置と、前記尿素水噴射装置に加圧空気を供給する空気供給通路と、前記尿素水噴射装置に尿素水を供給する尿素水供給通路と、前記尿素水噴射装置によって加圧空気に混入された尿素水を前記尿素水添加ノズルに供給する尿素水噴射通路と、前記尿素水噴射装置に洗浄水を供給する洗浄水供給手段と、前記空気供給通路内の圧力を検出する空気圧検出手段と、前記空気圧検出手段によって検出された前記空気供給通路内の圧力に基づき、前記洗浄水供給手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする(請求項1)。
このように構成された排気浄化装置によれば、尿素水噴射装置において空気供給通路を介して供給された加圧空気に、尿素水供給通路を介して供給された尿素水が混入され、尿素水噴射通路を介して尿素水添加ノズルに送られる。そして、尿素水添加ノズルから加圧空気と共に排気中に噴射された尿素水が排気の熱により加水分解してアンモニアが生成され、還元剤としてNOx触媒に供給される。一方、制御手段が、空気圧検出手段によって検出された空気供給通路内の圧力に基づき洗浄水供給手段を制御することにより、空気供給通路内の圧力に応じて洗浄水供給手段から尿素水噴射装置に洗浄水が供給される。
また、上記目的を達成するため、本発明の排気浄化装置は、エンジンの排気通路に配設され、アンモニアを還元剤として排気中のNOxを選択還元するNOx触媒と、前記エンジンの排気中に尿素水を添加することにより、前記NOx触媒にアンモニアを供給する尿素水添加ノズルと、加圧空気に尿素水を混入する尿素水噴射装置と、前記尿素水噴射装置に加圧空気を供給する空気供給通路と、前記尿素水噴射装置に尿素水を供給する尿素水供給通路と、前記尿素水噴射装置によって加圧空気に混入された尿素水を前記尿素水添加ノズルに供給する尿素水噴射通路と、前記尿素水噴射装置に洗浄水を供給する洗浄水供給手段と、前記尿素水噴射通路内の圧力を検出する噴射圧検出手段と、前記噴射圧検出手段によって検出された前記尿素水噴射通路内の圧力に基づき、前記洗浄水供給手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする(請求項2)。
このように構成された排気浄化装置によれば、前記排気浄化装置と同様にして、尿素水添加ノズルから加圧空気と共に排気中に噴射された尿素水が排気の熱により加水分解してアンモニアが生成され、還元剤としてNOx触媒に供給される。一方、制御手段が、噴射圧検出手段によって検出された尿素水噴射通路内の圧力に基づき洗浄水供給手段を制御することにより、尿素水噴射通路内の圧力に応じて洗浄水供給手段から尿素水噴射装置に洗浄水が供給される。
また、上記目的を達成するため、本発明の排気浄化装置は、エンジンの排気通路に配設され、アンモニアを還元剤として排気中のNOxを選択還元するNOx触媒と、前記エンジンの排気中に尿素水を添加することにより、前記NOx触媒にアンモニアを供給する尿素水添加ノズルと、加圧空気に尿素水を混入する尿素水噴射装置と、前記尿素水噴射装置に加圧空気を供給する空気供給通路と、前記尿素水噴射装置に尿素水を供給する尿素水供給通路と、前記尿素水噴射装置によって加圧空気に混入された尿素水を前記尿素水添加ノズルに供給する尿素水噴射通路と、前記尿素水噴射装置に洗浄水を供給する洗浄水供給手段と、前記空気供給通路内の圧力を検出する空気圧検出手段と、前記尿素水噴射通路内の圧力を検出する噴射圧検出手段と、前記空気圧検出手段によって検出された前記空気供給通路内の圧力と前記噴射圧検出手段によって検出された前記尿素水噴射通路内の圧力とに基づき前記洗浄水供給手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする(請求項3)。
このように構成された排気浄化装置によれば、前記排気浄化装置と同様にして、尿素水添加ノズルから加圧空気と共に排気中に噴射された尿素水が排気の熱により加水分解してアンモニアが生成され、還元剤としてNOx触媒に供給される。一方、制御手段が、空気圧検出手段によって検出された空気供給通路内の圧力と噴射圧検出手段によって検出された尿素水噴射通路内の圧力に基づき洗浄水供給手段を制御することにより、空気供給通路内の圧力と尿素水噴射通路内の圧力とに応じて洗浄水供給手段から尿素水噴射装置に洗浄水が供給される。
より具体的には、これらの排気浄化装置において、前記制御手段はさらに、前記エンジンが停止してから所定時間の間、前記尿素水噴射装置に前記洗浄水を供給するよう前記洗浄水供給手段を制御することを特徴とする(請求項4)。
このように構成された排気浄化装置によれば、エンジンが停止すると、所定時間の間洗浄水供給手段から尿素水噴射装置に洗浄水が供給される。
また、空気供給通路内の圧力と尿素水噴射通路内の圧力とに応じて洗浄水供給手段から尿素水噴射装置に洗浄水を供給するようにした排気浄化装置において、より具体的には、前記洗浄水供給手段は、前記尿素水供給通路に洗浄水を供給することにより前記尿素水噴射装置に洗浄水を供給する第1のモードと、前記空気供給通路に洗浄水を供給することにより前記尿素水噴射装置に洗浄水を供給する第2のモードとに動作を切り換え可能であって、前記制御手段は、前記空気圧検出手段によって検出された前記空気供給通路内の圧力が所定の上限空気圧以上であり、かつ前記噴射圧検出手段によって検出された前記尿素水噴射通路内の圧力が所定の上限噴射圧以上である場合には、前記第1のモードで洗浄水を供給するよう前記洗浄水供給手段を制御する一方、前記空気圧検出手段によって検出された前記空気供給通路内の圧力が所定の上限空気圧以上であり、かつ前記噴射圧検出手段によって検出された前記尿素水噴射通路内の圧力が所定の下限噴射圧以下である場合には、前記第2のモードで洗浄水を供給するよう前記洗浄水供給手段を制御することを特徴とする(請求項5)。
このように構成された排気浄化装置によれば、空気圧検出手段によって検出された空気供給通路内の圧力が所定の上限空気圧以上であり、かつ噴射圧検出手段によって検出された尿素水噴射通路内の圧力が所定の上限噴射圧以上である場合には、尿素水供給通路から尿素水噴射装置に洗浄水が供給されるように制御手段が洗浄水供給手段を制御する。
また、空気圧検出手段によって検出された空気供給通路内の圧力が所定の上限空気圧以上であり、かつ噴射圧検出手段によって検出された尿素水噴射通路内の圧力が所定の下限噴射圧以下である場合には、空気供給通路から尿素水噴射装置に洗浄水が供給されるように制御手段が洗浄水供給手段を制御する。
また、これらの排気浄化装置において、前記尿素水噴射装置に供給される前記洗浄水を加熱する加熱手段を更に備えたことを特徴とする(請求項6)。
このように構成された排気浄化装置によれば、尿素水噴射装置には加熱手段によって加熱された洗浄水が洗浄水供給手段から供給される。
本発明の排気浄化装置によれば、空気供給通路内の圧力と尿素水噴射通路内の圧力とのいずれか一方或いは両方に応じて洗浄水供給手段から尿素水噴射装置に洗浄水が供給されることにより、尿素水噴射装置や尿素水添加ノズルなどの尿素水供給経路が洗浄水によって洗浄される。
従って、空気供給通路内の圧力と尿素水噴射通路内の圧力とのいずれか一方或いは両方に基づき尿素水噴射装置や尿素水添加ノズルなどの尿素水供給経路における目詰まりの可能性を検知し、目詰まりの可能性があるときに洗浄水により洗浄を行って、目詰まりの発生を防止することが可能となる。
特に、目詰まりが尿素結晶の析出に起因する場合には、洗浄水に対して尿素結晶が良好に溶解するため、尿素水供給経路に析出した尿素結晶を洗浄水によって迅速かつ確実に除去し、目詰まりの発生を効率よく防止することができる。
更に、空気供給通路内の圧力と尿素水噴射通路内の圧力とのいずれか一方或いは両方に基づき、目詰まりの可能性があるときにのみ洗浄水による洗浄を行うようにすることで、必要以上に目詰まり防止のための洗浄水の供給は行われず、洗浄水を無駄に消費することがない。
また、請求項4の排気浄化装置によれば、エンジンが停止すると、所定時間の間洗浄水供給手段から尿素水噴射装置に洗浄水が供給されるので、エンジン停止時に尿素水噴射装置や尿素水添加ノズル、或いはその間の通路などの尿素水の供給経路に残留した尿素水が洗浄水によって除去され、残留尿素から析出した尿素結晶の堆積による目詰まりの発生を防止することができる。
更に、請求項5の排気浄化装置によれば、空気供給通路内の圧力が所定の上限空気圧以上であり、かつ尿素水噴射通路内の圧力が所定の上限噴射圧以上である場合には、尿素水供給通路から尿素水噴射装置に洗浄水が供給される。
空気供給通路内の圧力が所定の上限空気圧以上であり、かつ尿素水噴射通路内の圧力が所定の上限噴射圧以上である場合には、尿素水添加ノズル側に目詰まりが発生しつつある可能性が高く、このような場合には尿素水噴射装置を洗浄するよりも、尿素水添加ノズルをより一層積極的に洗浄する必要がある。尿素水噴射装置は、元来尿素水が加圧空気中に積極的に混入されるよう構成されており、尿素水供給通路から洗浄水を供給することにより、十分な量の洗浄水が効率よく加圧空気と共に尿素水添加ノズルに供給される。この結果、尿素水添加ノズルに堆積した尿素結晶が洗浄水によって溶解し、目詰まりの発生が防止される。
また、空気圧検出手段によって検出された空気供給通路内の圧力が所定の上限空気圧以上であり、かつ噴射圧検出手段によって検出された尿素水噴射通路内の圧力が所定の下限噴射圧以下である場合には、空気供給通路から尿素水噴射装置に洗浄水が供給される。
空気供給通路内の圧力が所定の上限空気圧以上であり、かつ噴射圧検出手段によって検出された尿素水噴射通路内の圧力が所定の下限噴射圧以下である場合には、尿素水添加ノズルには目詰まりの可能性は低く、尿素水噴射装置側に目詰まりが発生しつつある可能性が高い。
そして、尿素水噴射装置における目詰まりは、加圧空気と尿素水との混合部分に析出した尿素結晶によって発生する場合が多いが、それよりも上流側に位置する空気供給通路から洗浄水を供給することにより、このような場所に析出した尿素結晶を確実に除去することが可能となる。
また、請求項6の排気浄化装置によれば、加熱手段によって加熱された洗浄水が尿素水噴射装置に供給されるので、より一層尿素結晶が洗浄水に溶解しやすくなり、堆積した尿素結晶を迅速に除去して確実に目詰まりの発生を防止することができる。
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の1実施形態に係る排気浄化装置が適用される4気筒のディーゼルエンジン(以下、エンジンという)のシステム構成図を示しており、図1に基づき本発明に係る排気浄化装置の構成を説明する。
エンジン1は各気筒共通の高圧蓄圧室(以下コモンレールという)2を備えており、コモンレール2に蓄えられた高圧の燃料である軽油を、各気筒に設けられたインジェクタ4に供給し、各インジェクタ4からそれぞれの気筒内に軽油が噴射される。
吸気通路6にはターボチャージャ8が装備されており、図示しないエアクリーナから吸入された吸気は、吸気通路6からターボチャージャ8のコンプレッサ8aへと流入し、コンプレッサ8aで過給された吸気はインタークーラ10及び吸気制御弁12を介して吸気マニホールド14に導入される。また、吸気通路6のコンプレッサ8aより上流側には、エンジン1への吸入空気流量を検出するための吸気流量センサ16が設けられている。
一方、エンジン1の各気筒から排気が排出される排気ポート(図示せず)は、排気マニホールド18を介して排気管(排気通路)20に接続されている。なお、排気マニホールド18と吸気マニホールド14との間には、EGR弁22を介して排気マニホールド18と吸気マニホールド14とを連通するEGR通路24が設けられている。
排気管20はターボチャージャ8のタービン8bを経た後、排気絞り弁26を介して排気後処理装置28に接続されている。また、タービン8bの回転軸はコンプレッサ8aの回転軸と連結されており、タービン8bが排気管20内を流動する排気を受けてコンプレッサ8aを駆動する。
排気後処理装置28には、アンモニアを吸着し、吸着したアンモニアを還元剤として排気中のNOxを選択還元するNOx触媒30が収容されると共に、このNOx触媒30の下流側にはNOx触媒30から流出したアンモニアを酸化してNとするための酸化触媒32が収容されている。
また、NOx触媒30の入口側にはNOx触媒30の入口側排気温度を検出する入口温度センサ34が設けられ、NOx触媒30の出口側にはNOx触媒30の出口側排気温度を検出する出口温度センサ36が設けられている。
排気管20の排気後処理装置28より上流側には、排気管20内の排気中に尿素水を噴射供給する尿素水添加ノズル38が設けられており、この尿素水添加ノズル38は尿素水噴射管(尿素水噴射通路)40を介して尿素水噴射装置42に接続されている。
エアタンク44は、エアポンプ(図示せず)によって圧縮された加圧空気を貯留するものであり、エアタンク44の加圧空気は空気供給管(空気供給通路)46を介して尿素水噴射装置42に供給される。この空気供給管46には、尿素水噴射装置42への加圧空気の供給を制御するための電磁弁であるエア制御弁48が設けられている。
尿素水タンク50は尿素水を貯留するものであって、尿素水タンク50の尿素水は尿素水供給管(尿素水供給通路)52を介して尿素水噴射装置42に供給される。この尿素水供給管52には、電磁三方弁である尿素水制御弁54が設けられている。
尿素水制御弁54には、尿素水噴射装置42側の尿素水供給管52と尿素水タンク50側の尿素水供給管52のほか、洗浄水を貯留する洗浄水タンク56に連通する通路が接続されており、尿素水タンク50から尿素水噴射装置42への尿素水の供給を許容すると共に洗浄水タンク56から尿素水噴射装置42への洗浄水の供給を遮断する位置(以下尿素水供給位置という)と、尿素水タンク50から尿素水噴射装置42への尿素水の供給を遮断すると共に洗浄水タンク56から尿素水噴射装置42への洗浄水の供給を許容する位置(以下洗浄水供給位置という)と、尿素水タンク50から尿素水噴射装置42への尿素水の供給及び洗浄水タンク56から尿素水噴射装置42への洗浄水の供給を共に遮断する位置(以下遮断位置という)との3つの状態に切り換え可能となっている。
洗浄水タンク56は、洗浄水供給管58を介して空気供給管46に接続されており、洗浄水供給管58の途中から分岐した通路が前述のように尿素水制御弁54に接続されている。また、この分岐部分より空気供給管46側の洗浄水供給管58には、洗浄水タンク56から空気供給管46への洗浄水の供給を許容又は遮断するための電磁弁である洗浄水制御弁60が設けられている。
この洗浄水制御弁60を開弁することにより、洗浄水タンク56の洗浄水が空気供給管46を介して尿素水噴射装置42に供給される。
従って、尿素水制御弁54及び洗浄水制御弁60を制御することにより、尿素水噴射装置42への洗浄水の供給が行われることから、これら尿素水制御弁54及び洗浄水制御弁60が本発明の洗浄水供給手段に相当する。
尿素水噴射装置42は、上述のようにしてエアタンク44から供給された加圧空気に、尿素水タンク50から供給された尿素水を混入し、加圧空気と共に尿素水添加ノズル38に供給するものであり、その概略の構造を図2に簡略化して示す。
図2に示すように、尿素水噴射装置42には内部を貫通する主通路42aが形成されており、主通路42aの一端は空気供給管46に接続され、他端は尿素水噴射管40に接続されている。
主通路42aの中間部分には、主通路42aより断面積が減少した絞り42bが形成されており、絞り42bの下流側の主通路42aには、一端が尿素水供給管52に接続された尿素水通路42cの他端が開口している。
このように構成された尿素水噴射装置42では、空気供給管46を介して加圧エアが主通路42a内に供給され、絞り42bによって流速の増大した加圧空気が尿素水通路42cの開口部分を通過する。このとき尿素水供給管52を介して尿素水通路42c内に供給された尿素水が加圧空気中に吸い出され、霧状になって加圧空気と共に尿素水噴射管40へと流出し、尿素水噴射管40から尿素水添加ノズル38に供給される。
尿素水添加ノズル38に供給された霧状の尿素水は、加圧空気と共に排気管20内の排気中に噴射され、排気の熱により加水分解してアンモニアとなる。このようにして生成されたアンモニアは、NOx触媒30に供給され、一旦NOx触媒30に吸着する。そしてNOx触媒30に吸着したアンモニアと排気中のNOxとの脱硝反応がNOx触媒30によって促進され、NOxが無害なNに転化することにより排気が浄化される。
このときNOxと反応せずにNOx触媒30から流出したアンモニアは、下流の酸化触媒32によって酸化され、NまたはNOxとなる。ここで生成されるNOxは酸化触媒32に流入するアンモニアと反応してNになるので、酸化触媒32に流入するアンモニアは無害なNとなって大気中に放出されるようになっている。
なお、空気供給管46には、空気供給管46内の圧力を検出するための空気圧センサ(空気圧検出手段)62が設けられ、尿素水噴射管40には尿素水噴射管40内の圧力を検出する噴射圧センサ(噴射圧検出手段)64が設けられている。
ECU(制御手段)66は、エンジン1の運転制御をはじめとして総合的な制御を行うための制御装置であり、CPU、メモリ、タイマカウンタなどから構成され、様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行っている。
ECU66の入力側には、各種制御に必要な情報を収集するため、上述した吸気流量センサ16、入口温度センサ34、出口温度センサ36、空気圧センサ62及び噴射圧センサ64のほか、エンジン回転数を検出する回転数センサ68、及びアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ70などの各種センサ類のほかエンジン1の始動及び停止を行う始動・停止スイッチ72が接続されており、出力側には演算した制御量に基づき制御が行われる各気筒のインジェクタ4、吸気制御弁12、EGR弁22、排気絞り弁26、エア制御弁48、尿素水制御弁50、及び洗浄水制御弁60などの各種デバイス類が接続されている。
エンジン1の各気筒への燃料供給量の演算、及び演算した燃料供給量に基づくインジェクタ4からの燃料供給制御もECU66によって行われる。エンジン1の運転に必要な燃料供給量(主噴射量)は、回転数センサ68によって検出されたエンジン回転数とアクセル開度センサ70によって検出されたアクセル開度とに基づき、予め記憶しているマップから読み出して決定する。各気筒に供給される燃料の量は、インジェクタ4の開弁時間によって調整され、決定された燃料量に対応した駆動時間で各インジェクタ4が開弁駆動され、各気筒に主噴射が行われることにより、エンジン1の運転に必要な燃料量が供給される。
またECU66は、回転数センサ68によって検出されたエンジン回転数や燃料の主噴射量等のエンジン運転状態に基づき、エンジン1から排出されるNOxをNOx触媒30で選択還元するために必要な尿素水供給量を、予め記憶しているマップデータから求め、尿素水制御弁54を制御する。
このとき尿素水制御弁54は、マップデータから読み出した尿素水供給量に基づき、ECU66によって尿素水供給位置と遮断位置とを交互に切り換えられることにより、尿素水噴射装置42への尿素水供給量が調整される。
一方、エア制御弁48はエンジン1の運転開始と共に開弁され、空気供給管46を介して尿素水噴射装置42にエアタンク44内の加圧空気を供給する。
尿素水制御弁54によって供給量が調整された尿素水は、エア制御弁64の開弁によって供給された加圧空気と尿素水噴射装置42で混合されて霧化し、加圧空気と共に尿素水転化ノズル38から排気管20内の排気中に噴射される。こうして噴射された尿素水は、排気の熱により加水分解してアンモニアとなり、このアンモニアを還元剤として、前述のようにNOx触媒30による排気中のNOxの選択還元が行われる。
このように構成された排気浄化装置では、供給される尿素水の量が比較的少ない場合などにおいて、尿素水の水分が持ち去られることにより尿素結晶が析出し、尿素噴射装置42や尿素添加ノズル38などの尿素水供給経路に目詰まりが生じる可能性がある。
そこで、本実施形態ではそのような目詰まりの可能性を検知しながら、上述した尿素水の供給のための尿素水供給制御を行っており、その詳細について以下に説明する。
尿素水供給制御は、エンジン1が始動されると図3及び図4のフローチャートに従って所定の制御周期で行われる。
まず、ステップS2で始動・停止スイッチ72の位置や回転数センサ68によって検出されたエンジン回転数などに基づき、エンジン1が運転中であるか否かを判定する。このフローチャートはエンジン1が始動されると開始されるものであり、開始直後はエンジン1が運転中であると判定されてステップS4に進む。
ステップS4では、運転中フラグF1の値を1とする。この運転中フラグF1は、その値が1であることによってエンジン1が運転中、或いはエンジン1が停止してから間もないことを示すものであり、上記状態に該当しない場合には値が0になっている。
次にステップS6に進むと、エア制御弁48を開弁し、エアタンク44に貯留されている加圧空気の尿素水噴射装置42への供給を開始してステップS8に進む。
ステップS8では、空気圧センサ62によって検出された空気供給管46内の圧力Paが、予め設定された上限圧力(上限空気圧)P1以上であるか否かを判定する。
尿素水噴射装置42や尿素水添加ノズル38などの尿素水供給経路内に目詰まりの原因となる尿素結晶などの物質が堆積していくと、尿素水添加ノズル38から加圧空気が排出されにくくなるため、尿素結晶などの物質の堆積に伴い、空気供給管46内の圧力は徐々に上昇していくことになる。そこで、尿素結晶などの物質の堆積が進み、目詰まりが生じる可能性があるときの空気供給管46内の圧力を予め実験等で求め、この圧力を上限圧力P1として設定している。
従って、ステップS8で、空気供給管46内の圧力Paが上限圧力P1以上であると判定した場合には、尿素水噴射装置42や尿素水添加ノズル38などの尿素水供給経路内に目詰まりが発生する可能性があり、圧力Paが上限圧力P1未満であると判定した場合には、まだ目詰まりが発生する可能性はないものと判断したことになる。
このようにして、空気供給管46内の圧力Paが上限圧力P1未満であって、まだ目詰まりが発生する可能性はないものと判断した場合には、ステップS10に進み、尿素水の供給が可能な状態であるか否かを判定する。
即ち、例えばエンジン1の始動直後などでNOx触媒30が活性化温度に達していない場合や、排気温度が尿素水の加水分解を可能とする温度に達していない場合などでは、尿素水を排気中に供給しても、NOx触媒30によってNOxを浄化することができない。そこで、ステップS10では入口温度センサ34によって検出されたNOx触媒30入口側の排気温度などのエンジン運転状態に基づき、尿素水の供給を行ってもよい状態であるか否かを判定する。
ステップS10で尿素水の供給が不可であると判定した場合は、今回の制御周期を終了し、次回の制御周期で再びステップS2から処理を行うが、以下においては尿素水を供給可能な状態にあるものとして説明を行う。
ステップS10でエンジン運転状態に基づき尿素水の供給が可能であると判定した場合は、ステップS12に進み、前述の通り現時点では目詰まりの可能性がないため洗浄水制御弁60を閉弁状態とする。なお、洗浄水制御弁60は初期状態が閉弁位置であり、ステップS12で閉弁を指示することにより、洗浄水制御弁60の閉弁状態が維持される。
次にステップS14に進むと、NOx触媒30で排気中のNOxを浄化するために必要な尿素水の供給量を求め、求められた供給量に対応する時間だけ尿素水制御弁54を遮断位置から尿素水供給位置に切り換える。このようにすることにより、NOx触媒30で排気中のNOxを浄化するために必要な量の尿素水が尿素水添加ノズル38から排気中に噴射され、排気の熱によって尿素水が加水分解して生成されたアンモニアが還元剤としてNOx触媒30に供給される。
なお、NOx触媒30で排気中のNOxを浄化するために必要な尿素水の供給量は次のようにして決定される。
まず回転数センサ68によって検出されたエンジン回転数やECU66によって算出された燃料主噴射量などのエンジン運転状態に基づき、エンジン1からのNOx排出量を推定する。また、入口温度センサ34によって検出されたNOx触媒30入口側の排気温度に基づき、予め記憶しているマップデータからNOx触媒30のNOx浄化率を求める。次に、これらNOx推定排出量及びNOx浄化率からNOx触媒30によるNOx浄化量を求め、そのNOx浄化量に対応するアンモニア量を求める。このようにして求められたアンモニア量から必要な尿素水供給量が求められる。
こうしてステップS14で尿素水の供給を行った後、今回の制御周期を終え、次の制御周期で再びステップS2から処理を開始する。
従って、目詰まりの可能性がないと判断する限りは、尿素水添加ノズル38から適正な量の尿素水が排気中に噴射され、尿素水添加ノズル38から噴射された尿素水は排気の熱によって加水分解し、アンモニアが生成される。このアンモニアを還元剤として、NOx触媒30により排気中のNOxが選択還元されて無害なNとなり大気中に排出される。
一方、尿素結晶などの物質の堆積が進んで空気供給管46内の圧力Paが上昇し、空気圧センサ62によって検出された空気供給管46内の圧力Paが上限圧力P1以上であるとステップS8で判定した場合には、目詰まりが生じる可能性があるものとしてステップS16に進む。
ステップS16では、噴射圧センサ64によって検出された尿素水噴射管40内の圧力Puが、予め設定された上限圧力(上限噴射圧)P2以上であるか否かを判定する。
尿素水噴射管40内の圧力変化は、目詰まりの原因となる尿素結晶などの物質が堆積する位置によって異なる。即ち、尿素水添加ノズル38で尿素結晶などの物質が堆積している場合には、堆積の進行と共に加圧空気が尿素水添加ノズル38から排出されにくくなるために、尿素水噴射管40内の圧力は徐々に上昇する。一方、尿素水噴射装置42に尿素結晶などの物質が堆積している場合には、堆積の進行と共に尿素水噴射装置42から尿素水噴射管40に加圧空気が供給されにくくなるために、尿素水噴射管40内の圧力は徐々に低下する。
そこで、尿素水添加ノズル38において尿素結晶などの物質の堆積が進み、目詰まりが生じる可能性が高まったときの尿素水噴射管40内の圧力を予め実験等で求め、ステップS16では、この圧力を上限圧力P2として設定している。なお、ステップS8で空気供給管46内の圧力Paが上限圧力P1以上となったときに比較して、尿素水噴射管40内の圧力Puが上限圧力P2以上となったときの方が目詰まり発生の可能性が高くなるように上限圧力P2の値が設定されている。
従って、ステップS16で、尿素水噴射管40内の圧力Puがこの上限圧力P2以上であると判定した場合には、尿素水添加ノズル38に目詰まりが発生する可能性が高いと判断したことになる。
このような場合には、まずステップS18に進んで洗浄水制御弁60を閉弁状態とするが、洗浄水制御弁60はステップS18に進む前から閉弁位置となっているため、ここでは洗浄水制御弁60が閉弁位置を維持することになる。そして、次のステップS20に進んで尿素水制御弁54を洗浄水供給位置とし、今回の制御周期を終了する。
このように洗浄水制御弁58を閉弁位置とすると共に尿素水制御弁54を洗浄水供給位置とすることにより、尿素水噴射装置42には、それまで尿素水タンク50から供給されていた尿素水に代えて、洗浄水タンク56から洗浄水が尿素水供給管52を介して供給されることになる(第1のモード)。
尿素水供給管52を介して供給された洗浄水は、図2に示す尿素水通路42cに導入される。一方、空気供給管46を介して供給される加圧空気が主通路42a内を流動し、絞り42bで流速を増大させることにより、尿素水通路42c内の洗浄水が主通路42a内に吸い出されて霧状となり、加圧空気と共に尿素水噴射管40から尿素水添加ノズル38に供給される。なお、このとき洗浄水制御弁60は閉弁状態となっているので、図2に破線の矢印で示している洗浄水が洗浄水供給管58から供給されることはない。
絞り42bとその下流側に位置する尿素水通路42cは、元来尿素水が積極的に加圧空気内に吸い出されるようにするために、このように構成されたものであるが、この尿素水通路42cから洗浄水を供給することにより、十分な量の洗浄水を効率よく尿素水添加ノズル38に供給することができる。
こうして尿素水添加ノズル38に供給された洗浄水が尿素水添加ノズル38内を流動して排気管20内の排気中に噴射されることにより、尿素水添加ノズル38内に析出した尿素結晶などの物質が洗浄水中に溶解するなどして洗浄水と共に除去され、目詰まりの発生が防止される。
ステップS16乃至S20による尿素水添加ノズル38への洗浄水の供給が各制御周期で繰り返され、尿素水添加ノズル38内に析出した尿素結晶などの目詰まりの原因となる物質が除去されると、尿素水噴射管40内の圧力が低下すると共に、空気供給管40内の圧力も低下する。そして、ステップS8で、空気圧センサ62によって検出された空気供給管46内の圧力Paが上限圧力P1を下回ったと判定すると、目詰まりが発生する可能性はなくなったものとしてステップS10乃至S14に進む。
ステップS10乃至S14では、前述したように尿素水制御弁54が尿素水供給位置に切り換えられて、尿素水噴射装置42には再び尿素水が供給されるようになる。そして、尿素水噴射装置42により加圧空気中に混入された霧状の尿素水が尿素水添加ノズル38から排気管20内の排気中に噴射される。
このように、空気供給管46内の圧力Paが所定の上限圧力P1以上であり、かつ尿素水噴射管40内の圧力Puが所定の上限圧力P2以上である場合には、尿素水供給管52から尿素水噴射装置42に洗浄水を供給することにより、目詰まりが発生する可能性のある尿素水添加ノズル38に十分な量の洗浄水を効率よく供給し、尿素水添加ノズル38を洗浄して目詰まりが確実に防止される。
一方、ステップS8で空気供給管46内の圧力Paが上限圧力P1以上であると判定した後、ステップS16で尿素水噴射管40内の圧力Puがこの上限圧力P2未満であると判定した場合には、空気供給管46内の圧力は上昇して目詰まり発生の可能性があることを示すものの、尿素水噴射管40内の圧力は目詰まり発生の可能性があるほどには上昇していないことになる。即ち、尿素水添加ノズル38に目詰まりが発生する可能性は低いものの、尿素水噴射装置42側に目詰まりが発生する可能性があると判断したことになる。
そこで、このような場合にはステップS22に進み、噴射圧センサ64によって検出された尿素水噴射管40内の圧力Puが、予め設定された下限圧力(下限噴射圧)P3以下であるか否かを判定する。
尿素水噴射装置42に目詰まりの原因となる尿素結晶などの物質が堆積していくと、尿素水噴射管40には加圧空気が供給されにくくなるため、尿素結晶などの物質の堆積が進むにつれて尿素水噴射管40内の圧力は徐々に低下していくことになる。
そこで、尿素水噴射装置42において尿素結晶などの物質の堆積が進み、目詰まりが生じる可能性が高まったときの尿素水噴射管40内の圧力を予め実験等で求め、ステップS22では、この圧力を下限圧力P3として設定している。なお、ステップS8で空気供給管46内の圧力Paが上限圧力P1以上となったときに比較して、尿素水噴射管40内の圧力Puが下限圧力P3以下となったときの方が目詰まり発生の可能性が高くなるように下限圧力P3の値が設定されている。
従って、ステップS22で尿素水噴射管40内の圧力Puが下限圧力P3以下であると判定した場合には、尿素水噴射装置42に目詰まりが発生する可能性が高いと判断したことになる。そして、このような場合にはステップS24に進み、尿素水制御弁54を遮断位置とした後、次のステップS26で洗浄水制御弁60を開弁して今回の制御周期を終える。
このように尿素水制御弁54を遮断位置とすると共に、洗浄水制御弁60を開弁することにより、尿素水供給管52からは尿素水と洗浄水のいずれも供給されなくなると共に、洗浄水タンク56の洗浄水が加圧空気中と共に空気供給管46を介して尿素水噴射装置42に供給される(第2のモード)。
即ち、洗浄水制御弁60が開弁されると、図2中に破線の矢印で示すように、洗浄水は洗浄水供給管58から空気供給管46に流入し、空気供給管46内を流動する加圧空気中に混入される。加圧空気に混入された洗浄水は、加圧空気と共に尿素水噴射装置42内の主通路42aを流動し、絞り42bを通って尿素噴射管40へと至る。このとき、図2中に実線の矢印で示す尿素水又は洗浄水は、尿素水制御弁54が遮断位置にあるため、尿素通路42cに供給されない。
ステップS10乃至S14の処理により尿素噴射装置42に尿素水が供給されているときには、尿素水通路42cから主通路42a中に吸引された尿素水の一部が絞り42bの出口付近に付着し、その水分が持ち去られることにより尿素結晶が析出しやすい。
そこで、尿素水噴射装置42に目詰まりが発生する可能性が高いと判断した場合には、このようにして空気供給管46から洗浄水を供給することにより、絞り42bなどに堆積した尿素結晶が洗浄水に溶解し除去されるので、尿素水噴射装置42における目詰まりの発生を確実に防止することができる。
なお、尿素水噴射装置42から排出された洗浄水は、尿素水噴射管40を介して尿素水添加ノズル38に供給されるので、尿素水添加ノズル38内に堆積している尿素結晶などの物質もこの洗浄水によって除去される。
こうしてステップS22乃至S26による尿素水噴射装置42への洗浄水の供給が各制御周期で繰り返され、尿素水噴射装置42内に析出した尿素結晶などの目詰まりの原因となる物質が除去されると、空気供給管40内の圧力が低下すると共に、尿素水噴射管40内の圧力が上昇する。そして、ステップS8で、空気圧センサ62によって検出された空気供給管46内の圧力Paが上限圧力P1を下回ったと判定すると、目詰まりが発生する可能性はなくなったものとしてステップS10乃至S14に進む。
ステップS10乃至S14では、前述したように尿素水制御弁54が尿素水供給位置に切り換えられて、尿素水噴射装置42には再び尿素水が供給されるようになる。そして、尿素水噴射装置42により加圧空気中に混入された霧状の尿素水が尿素水添加ノズル38から排気管20内の排気中に噴射される。
このように、空気供給管46内の圧力Paが所定の上限圧力P1以上であり、かつ尿素水噴射管40内の圧力Puが所定の下限圧力P3以下である場合には、空気供給管46から尿素水噴射装置42に洗浄水を供給することにより、目詰まりが発生する可能性のある尿素水噴射装置42に洗浄水を供給し、目詰まりの発生しやすい絞り42bより上流側から尿素水噴射装置42を洗浄して目詰まりが確実に防止される。
なお、ステップS8からステップS16を経てステップS22に至り、ステップS22で尿素水噴射管40内の圧力Puが下限圧力P3より大であると判定した場合には、空気供給管46内の圧力は目詰まりが発生する可能性があることを示すものの、尿素水噴射管40内の圧力は目詰まりの可能性があるほどは上昇も低下もしておらず、加圧空気及び尿素水が適正な範囲内で依然として供給されているものと判断する。従って、このような場合には、ステップS10に進み、ステップS10乃至S14により引き続き尿素水添加ノズル38から排気管20内の排気中に尿素水の供給を行う。
次に、ステップS10乃至S14により尿素水添加ノズル38から排気管20内の排気中に尿素水の供給を行っているときに、エンジン1が停止された場合の制御について説明する。なお、ECU66はエンジン1が停止された後も、少なくとも図3及び図4のフローチャートによる尿素水供給制御に必要な時間の間は動作を継続する。
エンジン1が運転状態にあるときに始動・停止スイッチが停止位置とされ、エンジン1が停止されると、図3のステップS2でエンジン1が停止したと判定することにより、図4のステップS28に処理が進む。
ステップS28では運転中フラグF1の値が1であるか否かを判定する。運転中フラグF1の値は、前回の制御周期までステップS4で1とされていたので、処理はステップS30に進む。
ステップS30ではタイマT1フラグF2の値が1であるか否かを判定する。タイマT1フラグF2は、エンジン1が停止してから経過した時間をカウントするタイマT1が、現在カウント中であるか否かを示すものであり、その値が1であればタイマT1がカウント中であり、0であればリセットされて停止していることを示す。
タイマT1の値は、初期状態及びエンジン1の運転中には0とされているので、ステップS30からステップS32に進み、タイマT1のカウントが開始される。
次のステップS34では、タイマT1がカウント中となったので、タイマT1フラグF2の値を1とし、ステップS36に進む。
ステップS36では、タイマT1によってカウントされた時間、即ちエンジン1が停止してから経過した時間t1が、予め設定された基準時間ta以上となったか否かを判定する。エンジン1が停止してから経過した時間t1が基準時間taに達していない場合にはステップS38に進む。
ステップS38では、尿素水制御弁54を遮断位置とし、次のステップS40で洗浄水制御弁60を開弁して今回の制御周期を終了する。このように尿素水制御弁54と洗浄水制御弁60とを制御することにより、それまで行われていた尿素水噴射装置への尿素水の供給が停止すると共に、洗浄水タンク56の洗浄水が洗浄水供給管58から空気供給管46を介して尿素水噴射装置42に供給されるようになる。また、このときエア制御弁48は、前回の制御周期までの制御により開弁したままであるため、引き続き空気供給管46を介して尿素水噴射装置42に供給される。
即ち、洗浄水制御弁60の開弁により、洗浄水タンク56から洗浄水供給管58に供給された洗浄水は、図2中に破線の矢印で示すように、洗浄水供給管58から空気供給管46内に流入し、空気供給管46内を流動する加圧空気と共に尿素水噴射装置42内に導入される。一方、尿素水供給管52を介して尿素水通路42cに供給されていた尿素水(図2中に実線の矢印で示す)は、尿素水制御弁54が遮断位置とされることにより供給されなくなる。尿素水噴射装置42に供給された洗浄水は、尿素水噴射装置42内を流動した後、尿素水噴射管40を介して尿素水添加ノズル38に供給され、尿素水添加ノズル38から排気管20内に排出される。
このようにしてエンジン1の停止に伴い尿素水噴射装置42への尿素水の供給が停止すると共に洗浄水が供給されることにより、尿素水噴射装置42内やその下流の尿素水噴射管40及び尿素水添加ノズル38内に残留していた尿素水が洗浄水によって洗い流され除去される。従って、残留した尿素水からの尿素結晶の析出に起因する目詰まりの発生が確実に防止される。
次の制御周期以降においても、エンジン1が停止状態にあり運転中フラグF1の値が1であるので、処理はステップS2からステップS28を経てステップS30に進む。
タイマT1フラグF2の値は前回の制御周期のステップS34で既に1とされており、タイマT1のカウントは既に開始されているため、今回の処理はステップ30から直接ステップS36に進む。
ステップS36では、タイマT1によってカウントされた時間、即ちエンジン1が停止してから経過した時間t1が、基準時間ta以上となったか否かを再び判定する。
従って、エンジン1が停止してから経過した時間t1が基準時間taに達していない限りは、ステップS38及びステップS40によって、前述したように尿素水噴射装置42への洗浄水の供給が行われ、尿素水噴射装置42内やその下流の尿素水噴射管40及び尿素水添加ノズル38内に残留していた尿素水が洗浄水によって洗い流され除去される。
こうして制御が繰り返され、タイマT1によってカウントされた時間、即ちエンジン1が停止してから経過した時間t1が、予め設定された基準時間ta以上になると、ステップS36からステップS42に処理が進むようになる。
ステップS42では、タイマT2フラグF3の値が1であるか否かを判定する。タイマT2フラグF3は、タイマT2が現在カウント中であるか否かを示すものであり、その値が1であればタイマT2がカウント中であり、0であればリセットされて停止していることを示す。また、タイマT2は、タイマT1によるカウント時間t1が基準時間taに達してからの経過時間をカウントする。
タイマT2の値は、初期状態及びエンジン1の運転中には0とされているので、ステップS42からステップS44に進み、タイマT2のカウントが開始される。
次のステップS46では、タイマT2がカウント中となったので、タイマT2フラグF3の値を1とし、ステップS48に進む。
ステップS48では、タイマT2によってカウントされた時間t2が、予め設定された基準時間tb以上となったか否かを判定する。タイマT2によるカウント時間t2が基準時間tbに達していない場合にはステップS50に進む。
ステップS50では、尿素水制御弁54を引き続き遮断位置とし、次のステップS52で洗浄水制御弁60を閉弁して今回の制御周期を終了する。このように尿素水制御弁54と洗浄水制御弁60とを制御することにより、ステップS40による洗浄水制御弁60の開弁によって行われていた尿素水噴射装置への洗浄水の供給が停止する。一方、エア制御弁48は開弁したままであるため、尿素水噴射装置42には空気供給管46を介して加圧空気のみが供給される。
従って、エンジン1が停止されると、尿素水噴射装置42への尿素水の供給が停止されると共に、所定時間taの間、尿素水噴射装置42に洗浄水が供給され、尿素水噴射装置42内やその下流の尿素水噴射管40及び尿素水添加ノズル38内に残留していた尿素水が洗浄水によって洗い流され除去される。
そしてその後は、尿素水噴射装置42への洗浄水の供給も停止され、加圧空気の供給のみが継続されることになる。
次の制御周期でもタイマT1はカウントを継続しておりタイマT1のカウント時間t1は既に基準時間taを超過しているため、ステップS28及びステップS30を経てステップS36からステップS42に進む。
タイマT2は前回の制御周期で既にカウントを開始しており、タイマT2フラグF3の1となっているので、ステップS42ではタイマT2フラグF3の値が1であると判定してステップS48に直接進む。
ステップS48ではタイマT2のカウントした時間t2が基準時間tb以上になったか否かを判定する。従って、タイマT1のカウント時間が基準時間taに達してから経過した時間、即ちエンジン停止後に尿素水噴射装置42への洗浄水の供給を時間taだけ行った後に経過した時間が基準時間tbに達するまでの間は、ステップS50及びステップS52の処理が制御周期ごとに繰り返される。この間は、上述のようにして尿素水制御弁54が遮断位置に維持されると共に洗浄水制御弁60も閉弁位置に維持されるので、尿素水噴射装置42には加圧空気のみが供給されることになる。
このようにして尿素水噴射装置42に加圧空気が供給されることにより、尿素水噴射装置42や尿素水噴射管40或いは尿素水添加ノズル38などの内部に残留した洗浄水が、加圧空気と共に尿素水添加ノズル38から排気管20内に排出される。
そして、ステップS48で、タイマT2のカウントした時間t2が基準時間tb以上になったと判定すると、ステップS48からステップS54に処理が進むようになり、ステップS54ではエア制御弁48を閉弁する。
これにより、尿素水噴射装置42への加圧空気の供給も停止され、次にエンジン1が始動されるまで、尿素水を供給するための各デバイスは待機状態となる。従って、尿素水供給制御も次にエンジン1が始動されるまでの間は、処理を行う必要がなくなるため、ステップS56で各フラグF1乃至F3を全てリセットして値を初期状態の0とし、更にステップS58でタイマT1及びT2をリセットして待機状態とし、制御周期を終了する。
この時点でECU66は他に処理すべき演算等がない場合には、次にエンジン1が始動されるまでの間、休止状態となる。
こうしてエンジン1が停止した後に所定時間taの間は尿素水噴射装置42に洗浄水が供給されることにより、残留した尿素水の洗浄排出が行われ、更にその後は所定時間tbの間、加圧空気のみが尿素水噴射装置42に供給されることにより、残留した洗浄水の排出が行われる。このため、尿素水噴射装置42や、尿素水噴射管40,或いは尿素水添加ノズル38などの尿素水供給経路がエンジン停止後にクリーンな状態に維持され、残留物が原因となる目詰まりの発生を確実に防止することができる。
以上で本発明の一実施形態に係る排気浄化装置についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、洗浄水は洗浄水タンク56に貯留しておき、これをそのまま尿素水噴射装置42に供給するようにしたが、洗浄水タンク56の周囲や洗浄水供給管58の周囲などに、電気ヒータなどの加熱装置を設け、尿素水噴射装置42に供給される洗浄水を予め加熱するようにしてもよい。このように加熱して温度の上昇した洗浄水には尿素結晶が溶解しやすくなるので、より迅速に尿素結晶の除去を行うことが可能となる。加熱装置については電気ヒータ以外にも、例えばエンジン1の冷却水を利用し、その一部を洗浄水タンク56や洗浄水供給管58の周囲に循環させるようにしてもよい。
また、洗浄水は一般的な水道水を用いてもよいが、不純物が含まれない純水を用いることにより、尿素水供給経路をよりクリーンに維持することができる。
上記実施形態において、尿素水噴射装置42への洗浄水の供給は、洗浄水制御弁60と尿素水制御弁54とを制御することにより、空気供給管46を介して行う場合と、尿素水供給管52を介して行う場合とを切り換えられるようにしたが、これに限られるものではない。
例えば、尿素水制御弁54を三方弁とせずに単なる開閉弁として尿素水の供給を制御するのみとし、洗浄水の供給は洗浄水制御弁60の開閉により、洗浄水供給管58から空気供給管46を介してのみ行うようにしてもよい。また逆に、尿素水噴射装置42の目詰まり防止効果は若干低下するものの、洗浄水制御弁60及び洗浄水供給管58を廃止し、尿素水制御弁54の切り換えのみで洗浄水の供給を行うようにしてもよい。更に、尿素水制御弁54を洗浄水供給位置とすると共に洗浄水制御弁60も開弁状態として、空気供給管46と尿素水供給管52の両方から尿素水噴射装置42に洗浄水を供給するようにしてもよい。
また、目詰まり発生の可能性を判断するために、空気供給管46に設けた空気圧センサ62と、尿素水噴射管64に設けた噴射圧センサ64の検出値を組み合わせて用いるようにしたが、いずれか一方のみで目詰まり発生の可能性を判定するようにしてもよい。
即ち、空気供給管46に空気圧センサ62を設ける場合には、空気圧センサ62によって検出された空気供給管46内の圧力が所定の上限圧力(上限空気圧)以上となったら、目詰まり発生の可能性ありとして尿素水噴射装置42に洗浄水を供給するようにすればよい。
また、尿素水噴射管40に噴射圧センサ64を設ける場合には、噴射圧センサ64によって検出された尿素水噴射管40内の圧力が所定の上限圧力(上限噴射圧)以上となったとき、或いは尿素水噴射管40内の圧力が所定の下限圧力(下限噴射圧)以下となったとき、目詰まり発生の可能性ありとして尿素水噴射装置42に洗浄水を供給するようにすればよい。
このいずれの場合においても、洗浄水の供給方法については上記実施形態のような方法のほか、前述した様々な供給方法を適宜適用可能である。
更に、加圧空気については、エンジン1の始動から停止まで間、常に尿素水噴射装置42に供給し続けるようにしたが、尿素水や洗浄水の供給状態、或いはエンジン1の運転状態などに応じて、適宜エア制御弁48を開閉制御し、供給状態を制御するようにしてもよい。
また、エンジン1が停止されてから、所定時間taの間だけ洗浄水の供給を行った後、更に所定時間tbの間は加圧空気のみを連続して尿素水噴射装置42に供給するようにしたが、このときにエア制御弁48を開閉制御して断続的に加圧空気を尿素水噴射装置42に供給するようにしてもよい。
エンジン停止後の洗浄水の供給については、上記実施形態では尿素水制御弁54を遮断位置とすると共に洗浄水制御弁60を開弁して、空気供給管46から尿素水噴射装置42に洗浄水を供給するようにしたが、尿素水制御弁54を洗浄水供給位置とすると共に洗浄水制御弁60を閉弁状態として、尿素水供給管52の方から尿素水噴射装置42に洗浄水を供給するようにしてもよい。
また、尿素水制御弁54を洗浄水供給位置とすると共に洗浄水制御弁60も開弁状態として、空気供給管46と尿素水供給管52の両方から尿素水噴射装置42に洗浄水を供給するようにしてもよい。
最後に、上記実施形態はディーゼルエンジンの排気浄化装置に本発明を適用したものであったが、エンジン形式はこれに限定されるものではなく、尿素水の供給により生成されるアンモニアを還元剤としてNOxの浄化を行うNOx触媒を備えたエンジンであればどのようなものでも適用可能である。
本発明の一実施形態に係る排気浄化装置の全体構成図である。 図1の排気浄化装置で用いられる尿素水噴射装置を示す概略図である。 図1の排気浄化装置で行われる尿素水供給制御のフローチャートの一部を示す図である。 図1の排気浄化装置で行われる尿素水供給制御のフローチャートの残部を示す図である。
符号の説明
1 エンジン
20 排気管(排気通路)
30 NOx触媒
38 尿素水添加ノズル
40 尿素水噴射管(尿素水噴射通路)
42 尿素水噴射装置
54 尿素水制御弁(洗浄水供給手段)
60 洗浄水制御弁(洗浄水供給手段)
62 空気圧センサ(空気圧検出手段)
64 噴射圧センサ(噴射圧検出手段)
66 ECU(制御手段)

Claims (6)

  1. エンジンの排気通路に配設され、アンモニアを還元剤として排気中のNOxを選択還元するNOx触媒と、
    前記エンジンの排気中に尿素水を添加することにより、前記NOx触媒にアンモニアを供給する尿素水添加ノズルと、
    加圧空気に尿素水を混入する尿素水噴射装置と、
    前記尿素水噴射装置に加圧空気を供給する空気供給通路と、
    前記尿素水噴射装置に尿素水を供給する尿素水供給通路と、
    前記尿素水噴射装置によって加圧空気に混入された尿素水を前記尿素水添加ノズルに供給する尿素水噴射通路と、
    前記尿素水噴射装置に洗浄水を供給する洗浄水供給手段と、
    前記空気供給通路内の圧力を検出する空気圧検出手段と、
    前記空気圧検出手段によって検出された前記空気供給通路内の圧力に基づき、前記洗浄水供給手段を制御する制御手段と
    を備えたことを特徴とする排気浄化装置。
  2. エンジンの排気通路に配設され、アンモニアを還元剤として排気中のNOxを選択還元するNOx触媒と、
    前記エンジンの排気中に尿素水を添加することにより、前記NOx触媒にアンモニアを供給する尿素水添加ノズルと、
    加圧空気に尿素水を混入する尿素水噴射装置と、
    前記尿素水噴射装置に加圧空気を供給する空気供給通路と、
    前記尿素水噴射装置に尿素水を供給する尿素水供給通路と、
    前記尿素水噴射装置によって加圧空気に混入された尿素水を前記尿素水添加ノズルに供給する尿素水噴射通路と、
    前記尿素水噴射装置に洗浄水を供給する洗浄水供給手段と、
    前記尿素水噴射通路内の圧力を検出する噴射圧検出手段と、
    前記噴射圧検出手段によって検出された前記尿素水噴射通路内の圧力に基づき、前記洗浄水供給手段を制御する制御手段と
    を備えたことを特徴とする排気浄化装置。
  3. エンジンの排気通路に配設され、アンモニアを還元剤として排気中のNOxを選択還元するNOx触媒と、
    前記エンジンの排気中に尿素水を添加することにより、前記NOx触媒にアンモニアを供給する尿素水添加ノズルと、
    加圧空気に尿素水を混入する尿素水噴射装置と、
    前記尿素水噴射装置に加圧空気を供給する空気供給通路と、
    前記尿素水噴射装置に尿素水を供給する尿素水供給通路と、
    前記尿素水噴射装置によって加圧空気に混入された尿素水を前記尿素水添加ノズルに供給する尿素水噴射通路と、
    前記尿素水噴射装置に洗浄水を供給する洗浄水供給手段と、
    前記空気供給通路内の圧力を検出する空気圧検出手段と、
    前記尿素水噴射通路内の圧力を検出する噴射圧検出手段と、
    前記空気圧検出手段によって検出された前記空気供給通路内の圧力と、前記噴射圧検出手段によって検出された前記尿素水噴射通路内の圧力とに基づき前記洗浄水供給手段を制御する制御手段と
    を備えたことを特徴とする排気浄化装置。
  4. 前記制御手段はさらに、前記エンジンが停止してから所定時間の間、前記尿素水噴射装置に前記洗浄水を供給するよう前記洗浄水供給手段を制御することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の排気浄化装置。
  5. 前記洗浄水供給手段は、前記尿素水供給通路に洗浄水を供給することにより前記尿素水噴射装置に洗浄水を供給する第1のモードと、前記空気供給通路に洗浄水を供給することにより前記尿素水噴射装置に洗浄水を供給する第2のモードとに動作を切り換え可能であって、
    前記制御手段は、前記空気圧検出手段によって検出された前記空気供給通路内の圧力が所定の上限空気圧以上であり、かつ前記噴射圧検出手段によって検出された前記尿素水噴射通路内の圧力が所定の上限噴射圧以上である場合には、前記第1のモードで洗浄水を供給するよう前記洗浄水供給手段を制御する一方、前記空気圧検出手段によって検出された前記空気供給通路内の圧力が所定の上限空気圧以上であり、かつ前記噴射圧検出手段によって検出された前記尿素水噴射通路内の圧力が所定の下限噴射圧以下である場合には、前記第2のモードで洗浄水を供給するよう前記洗浄水供給手段を制御することを特徴とする請求項3に記載の排気浄化装置。
  6. 前記尿素水噴射装置に供給される前記洗浄水を加熱する加熱手段を更に備えたことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の排気浄化装置。
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