JP2008261247A

JP2008261247A - 還元剤供給装置

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Publication number: JP2008261247A
Application number: JP2007103111A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Nagatomo; 宏明永友; Yoshiaki Nishijima; 義明西島
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-04-10
Filing date: 2007-04-10
Publication date: 2008-10-30
Anticipated expiration: 2027-04-10
Also published as: JP4706660B2; DE102008001092B4; DE102008001092A1

Abstract

【課題】エンジンの排ガスに還元剤を供給する還元剤供給装置１において、タンク２内の還元剤の温度上昇を抑えることにある。
【解決手段】還元剤供給装置１は、ジャケット１４からタンク２に戻される還元剤を除熱するヒートシンク１９をリターン流路１７に備える。これにより、タンク２内の還元剤を除熱することができるので、還元剤供給装置１においてタンク２内の還元剤の温度上昇を抑えることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの排ガスに還元剤を供給する還元剤供給装置に関する。

従来から、エンジンの排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）を還元して浄化するために、排ガスに還元剤を供給する還元剤供給装置が公知である。この還元剤は、例えば、尿素水であり、尿素の分解により発生するアンモニア（ＮＨ_３）が、触媒によりＮＯ_ｘと反応して無害な窒素（Ｎ_２）や水（Ｈ_２Ｏ）を生成することで、ＮＯ_ｘが浄化される。

ところで、この還元剤供給装置には、還元剤を噴射する添加弁が、排気管に直接装着されるものがあり、このような還元剤供給装置では、噴射孔を含む添加弁の先端部が排気管の内部に突出する。そして、還元剤は、直接、排ガスが通る排気管に噴射され、排気ガスと混合した後に触媒に導かれる。

このため、添加弁は、先端部が高温の排ガスに曝されて加熱され、さらに、排ガスからの受熱により高温になる管壁からも熱伝達され高温化している。そこで、添加弁に冷媒が流動するジャケットを設け、このジャケットに冷媒を循環させることで、添加弁を冷却している（例えば、特許文献１参照）。

ところで、ジャケットに循環させる冷媒として、還元剤を利用する技術が考えられている。この技術によれば、還元剤と別種の液体を取り回す必要がなくなり、噴射すべき還元剤の一部を分流させてジャケットに向かわせタンクに戻すことで、簡便に添加弁の冷却系統を構成することができる。

しかし、上記のように添加弁は高温なので、添加弁の冷却に用いられた還元剤の温度は高く、高温のままタンクに戻される。このため、タンク内の還元剤の温度が上昇し、ＮＨ_３ガスが発生する虞がある。
特表２００２−５０３７８３号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、エンジンの排ガスに還元剤を供給する還元剤供給装置において、タンク内の還元剤の温度上昇を抑えることにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の還元剤供給装置は、エンジンの排ガスに還元剤を供給するものであり、所定のタンクから還元剤を吐出する供給ポンプと、排ガスが通る排気管に装着され、供給ポンプから吐出された還元剤を排気管の内部に噴射する添加弁と、タンクに貯留される還元剤を除熱する除熱手段とを備える。
これにより、タンク内の還元剤を除熱することができるので、エンジンの排ガスに還元剤を供給する還元剤供給装置において、タンク内の還元剤の温度上昇を抑えることができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の還元剤供給装置によれば、添加弁は、供給ポンプから吐出された還元剤の一部により冷却を受け、除熱手段は、添加弁の冷却に用いられた還元剤をタンクに戻すためのリターン流路に設けられている。
これにより、添加弁の冷却に用いられた還元剤を、タンクに戻す前に除熱手段により除熱することができる。このため、添加弁のジャケットからタンクに戻される還元剤の温度を下げることで、タンク内の還元剤を除熱することができる。

〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の還元剤供給装置によれば、リターン流路は、除熱手段が配されて還元剤が除熱される除熱流路、および除熱流路に並列に設けられ除熱手段を迂回するバイパス流路を含んで構成される。そして、還元剤供給装置は、添加弁の冷却に用いられた還元剤の温度に応じて、除熱流路またはバイパス流路のいずれか一方を選択して還元剤を通過させる流路切替手段を備える。
これにより、添加弁の冷却に用いられた還元剤を必要に応じて除熱することができるので、タンク内の還元剤が過冷却されるのを防止できる。

〔請求項４の手段〕
請求項４に記載の還元剤供給装置は、添加弁の冷却に用いられた還元剤の温度を検出する温度検出手段と、除熱流路またはバイパス流路のいずれか一方を選択して還元剤を通過させる三方切替弁とを備え、温度検出手段と三方切替弁とを含めて流路切替手段を構成する。
この手段は、流路切替手段の一形態を示すものである。

〔請求項５の手段〕
請求項５に記載の還元剤供給装置によれば、流路切替手段は、添加弁の冷却に用いられた還元剤の温度に応じて、還元剤が除熱流路を通過するのを許容または禁止するサーモスタットである。
この手段は、流路切替手段の一形態を示すものである。

〔請求項６の手段〕
請求項６に記載の還元剤供給装置は、供給ポンプから添加弁に還元剤を導く流路から分岐し、除熱手段が配されて還元剤が除熱される除熱流路と、タンクに貯留される還元剤の温度に応じて、除熱流路に還元剤を通過させる除熱流路開閉手段とを備える。
これにより、供給ポンプから吐出された還元剤の一部を必要に応じて分流させて除熱することができるので、タンク内の還元剤が過冷却されるのを防止できる。

〔請求項７の手段〕
請求項７に記載の還元剤供給装置は、タンクに貯留される還元剤の温度を検出する温度検出手段と、除熱流路に配され、温度検出手段の検出値に応じて開閉される二方弁とを備え、温度検出手段と二方弁とを含めて除熱流路開閉手段を構成する。
この手段は、除熱流路開閉手段の一形態を示すものである。

最良の形態１の還元剤供給装置は、エンジンの排ガスに還元剤を供給するものであり、所定のタンクから還元剤を吐出する供給ポンプと、排ガスが通る排気管に装着され、供給ポンプから吐出された還元剤を排気管の内部に噴射する添加弁と、タンクに貯留される還元剤を除熱する除熱手段とを備える。
また、この還元剤供給装置によれば、添加弁は、供給ポンプから吐出された還元剤の一部により冷却を受け、除熱手段は、添加弁の冷却に用いられた還元剤をタンクに戻すためのリターン流路に設けられている。

最良の形態２の還元剤供給装置によれば、リターン流路は、除熱手段が配されて還元剤が除熱される除熱流路、および除熱流路に並列に設けられ除熱手段を迂回するバイパス流路を含んで構成される。そして、還元剤供給装置は、添加弁の冷却に用いられた還元剤の温度に応じて、除熱流路またはバイパス流路のいずれか一方を選択して還元剤を通過させる流路切替手段を備える。また、この還元剤供給装置は、添加弁の冷却に用いられた還元剤の温度を検出する温度検出手段と、除熱流路またはバイパス流路のいずれか一方を選択して還元剤を通過させる三方切替弁とを備え、温度検出手段と三方切替弁とを含めて流路切替手段を構成する。

最良の形態３の還元剤供給装置によれば、流路切替手段は、添加弁の冷却に用いられた還元剤の温度に応じて、還元剤が除熱流路を通過するのを許容または禁止するサーモスタットである。

最良の形態４の還元剤供給装置は、供給ポンプから添加弁に還元剤を導く流路から分岐し、除熱手段が配されて還元剤が除熱される除熱流路と、タンクに貯留される還元剤の温度に応じて、除熱流路に還元剤を通過させる除熱流路開閉手段とを備える。また、この還元剤供給装置は、タンクに貯留される還元剤の温度を検出する温度検出手段と、除熱流路に配され、温度検出手段の検出値に応じて開閉される二方弁とを備え、温度検出手段と二方弁とを含めて除熱流路開閉手段を構成する。

〔実施例１の構成〕
実施例１の還元剤供給装置１の構成を、図１を用いて説明する。
還元剤供給装置１は、エンジンの排ガスに還元剤を供給するものであり、排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）を還元して浄化する。還元剤は、例えば、尿素水であり、尿素の分解により発生するアンモニア（ＮＨ_３）が、触媒によりＮＯ_ｘと反応して無害な窒素（Ｎ_２）や水（Ｈ_２Ｏ）を生成することで、ＮＯ_ｘが浄化される。

還元剤供給装置１は、所定のタンク２に貯留される還元剤を吐出する供給ポンプ３、供給ポンプ３から吐出された還元剤を排気管４の内部に噴射する添加弁５、供給ポンプ３および添加弁５の作動を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）６等を備える。

供給ポンプ３は、例えば、永久磁石が装着されたロータとコイルが巻線されたステータとを有し、永久磁石による磁界とコイルに通電される電流との相互作用によりトルクを発生するブラシレスモータ（図示せず）をアクチュエータとする。そして、ＥＣＵ６は、コイルへの通電を制御することで、ブラシレスモータの回転数を可変して還元剤の吐出量を操作する。なお、供給ポンプ３による還元剤の供給圧は、レギュレータ９により規制されている。

添加弁５は、排ガスが通る排気管４に装着され、噴射孔を含む先端部１１は、排気管４の内部に突出する。そして、還元剤は、フィルタ１２を経由する流路１３により供給ポンプ３から添加弁５まで導かれ、直接、排気管４に噴射される。そして、噴射された還元剤は、排ガスと混合した後に触媒に導かれ、上記のようにＮＯ_ｘを浄化する。また、先端部１１には、冷媒としての還元剤が流動するジャケット１４が設けられ、ジャケット１４に還元剤が循環することで添加弁５が冷却される。

すなわち、先端部１１は、エンジン運転中、高温の排ガスに曝されて加熱され、さらに、排ガスからの受熱により高温になる管壁からも熱伝達される。そこで、先端部１１にジャケット１４を設けて、ジャケット１４に冷媒として還元剤を循環させることで、排ガスから直接的に伝わる熱、および管壁を経由して伝わる熱を除去している。

冷媒としての還元剤は、フィルタ１２から添加弁５に向かう流路１３から分岐する流路１６によりジャケット１４に導かれる。そして、ジャケット１４で高温になった還元剤は、ジャケット１４からタンク２へ還元剤を戻すためのリターン流路１７を通ってタンク２に戻される。なお、リターン流路１７のタンク２への出口流路端に、上記のレギュレータ９が配されている。

ＥＣＵ６は、制御機能および演算機能を発揮するＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等の記憶装置、入力装置ならびに出力装置等により構成される周知のマイクロコンピュータであり、エンジンの運転状態に応じて供給ポンプ３および添加弁５等の各種機器のアクチュエータに指令して機器の駆動制御を行うものである。

また、還元剤供給装置１は、タンク２内の還元剤を除熱する除熱手段として、フィン付のヒートシンク１９を備える。ヒートシンク１９は、リターン流路１７に設けられ、添加弁５の冷媒として用いられた還元剤をタンク２に戻す前に除熱する。すなわち、ヒートシンク１９は、ジャケット１４からタンク２に戻される還元剤の温度を下げることで、タンク２内の還元剤を除熱する。

〔実施例１の効果〕
実施例１の還元剤供給装置１は、ジャケット１４からタンク２に戻される還元剤を除熱するヒートシンク１９をリターン流路１７に備える。
これにより、ジャケット１４からタンク２に戻される還元剤の温度を下げることで、タンク２内の還元剤を除熱することができる。このため、還元剤供給装置１においてタンク２内の還元剤の温度上昇を抑えることができる。

実施例２の還元剤供給装置１によれば、図２に示すように、リターン流路１７は、ヒートシンク１９が配されて還元剤が除熱される除熱流路２１、および除熱流路２１に並列に設けられヒートシンク１９を迂回するバイパス流路２２を含んで構成される。すなわち、リターン流路１７は、ジャケット１４からタンク２に向かう途中で除熱流路２１およびバイパス流路２２の２つに分岐し、再度、除熱流路２１とバイパス流路２２とが合流して１つのリターン流路１７となりタンク２に向かう。

また、還元剤供給装置１は、ジャケット１４から流出した還元剤の温度を検出する温度検出手段としての温度センサ２４を分岐前のリターン流路１７に備える。これにより、温度センサ２４は、ジャケット１４からの流出直後の還元剤の温度（すなわち、ジャケット１４の還元剤の温度）を検出し、この温度に応じた検出信号をＥＣＵ６に出力する。

また、還元剤供給装置１は、分岐前のリターン流路１７と除熱流路２１とが連通する開状態と、分岐前のリターン流路１７とバイパス流路２２とが連通する閉状態とを切り替えることができる三方切替弁２５を備える。三方切替弁２５は、例えば、ＥＣＵ６からの指令に応じて作動する電磁式のアクチュエータを具備し、アクチュエータが作動することにより閉状態から開状態に切り替えられるものである。

そして、ＥＣＵ６、温度センサ２４および三方切替弁２５は、ジャケット１４の還元剤の温度に応じて、除熱流路２１またはバイパス流路２２のいずれか一方を選択して還元剤を通過させる流路切替手段を構成する。

すなわち、ＥＣＵ６は、温度センサ２４から得られる検出値（つまり、ジャケット１４の還元剤の温度の検出値）が所定の閾値よりも高いと判断すれば、三方切替弁２５のアクチュエータに指令を与えて三方切替弁２５を開状態にし、ジャケット１４で高温化した還元剤に除熱流路２１を通過させる。この結果、ジャケット１４からタンク２に戻る還元剤が除熱され、低温になった還元剤がタンク２に戻る。

また、ＥＣＵ６は、温度センサ２４から得られる検出値が閾値よりも低いと判断すれば、三方切替弁２５のアクチュエータへの指令の出力を停止して三方切替弁２５を閉状態にし、ジャケット１４から流出した還元剤にバイパス流路２２を通過させる。
以上の構成により、実施例２の還元剤供給装置１は、ジャケット１４から流出した還元剤の温度に応じて、還元剤の除熱を行うか否かを決めることができるので、タンク２内の還元剤が過冷却されるのを防止できる。

実施例３の還元剤供給装置１によれば、図３に示すように、流路切替手段は、除熱流路２１に配されたサーモスタット２７である。サーモスタット２７は、温度に反応して自動的に開閉するものであり、所定の閾値よりも高い温度で開弁し、閾値よりも低い温度で閉弁する。すなわち、サーモスタット２７は、還元剤の温度が所定の閾値よりも高くなると、自動的に開弁して還元剤が除熱流路２１を通過するのを許容し、還元剤の温度が閾値よりも低くなると、自動的に閉弁して還元剤が除熱流路２１を通過するのを禁止する。

実施例４の還元剤供給装置１によれば、図４に示すように、ヒートシンク１９が配される除熱流路２１が、フィルタ１２よりも上流側の流路１３から分岐してタンク２に接続している。

また、還元剤供給装置１は、タンク２に貯留される還元剤の温度を検出する温度検出手段としての温度センサ２９をタンク２に備え、タンク２内の還元剤の温度に応じた検出信号をＥＣＵ６に出力する。

さらに、還元剤供給装置１は、ヒートシンク１９よりも下流側の除熱流路２１に二方弁３０を備える。二方弁３０は、例えば、ＥＣＵ６からの指令に応じて作動する電磁式のアクチュエータを具備し、アクチュエータが作動することにより開弁して除熱流路２１に還元剤を流動させるものである。
そして、ＥＣＵ６、温度センサ２９および二方弁３０は、タンク２に貯留される還元剤の温度に応じて、除熱流路２１に還元剤を通過させる除熱流路開閉手段を構成する。

すなわち、ＥＣＵ６は、温度センサ２９から得られる検出値（つまり、タンク２内の還元剤の温度の検出値）が所定の閾値よりも高いと判断すれば、二方弁３０のアクチュエータに指令を与えて二方弁３０を開弁させ、供給ポンプ３から吐出された還元剤の一部を除熱流路２１に分流させる。この結果、供給ポンプ３から吐出された還元剤の一部が除熱され、低温のままタンク２に戻る。

また、ＥＣＵ６は、温度センサ２９から得られる検出値が閾値よりも低いと判断すれば、二方弁３０のアクチュエータへの指令の出力を停止して二方弁３０を閉弁させ、除熱流路２１への分流を停止する。
以上の構成により、実施例４の還元剤供給装置１は、タンク２内の還元剤の温度に応じて、還元剤の除熱を行うか否かを決めることができるので、タンク２内の還元剤が過冷却されるのを防止できる。

実施例５の還元剤供給装置１によれば、図５に示すように、添加弁５に流入する還元剤は、添加弁５の内部で先端部１１の噴射孔に向かう流れと、ジャケット１４に向かう流れとに分岐する（このため、実施例５の還元剤供給装置１では、ジャケット１４に還元剤を導くための流路１６が不要になる）。そして、噴射孔に向かう流れと分岐した還元剤が、ジャケット１４に流入し冷媒として熱伝達を受けた後、ヒートシンク１９で除熱されてタンク２に戻る。

〔変形例〕
実施例１〜５の還元剤供給装置１によれば、除熱手段はフィン付のヒートシンク１９であり、還元剤と外気とを熱交換させて還元剤の冷却を行うものであったが、還元剤と他の冷媒（例えば、エンジン冷却水や空調用冷媒）とを熱交換させるようにしてもよい。
また、実施例１〜５の還元剤供給装置１によれば、添加弁５のジャケット１４に還元剤が供給され、添加弁５は還元剤を冷媒として冷却されていたが、図６に示すように、エンジン冷却水等の還元剤とは別種の冷媒をジャケット１４に供給して添加弁５を冷却してもよい。

また、実施例４の還元剤供給装置１によれば、除熱流路開閉手段は、ＥＣＵ６、温度センサ２９および二方弁３０により構成されていたが、実施例３と同様のサーモスタット２７をヒートシンク１９よりも上流側の除熱流路２１に配し、このサーモスタット２７により除熱流路開閉手段を構成してもよい。

また、実施例５の還元剤供給装置１によれば、添加弁５に流入する還元剤は、添加弁５の内部で先端部１１の噴射孔に向かう流れと、ジャケット１４に向かう流れとに分岐したが、流路１３をジャケット１４に接続して還元剤の全量を先にジャケット１４に流入させ、ジャケット１４において噴射孔に向かう流れを分岐させてもよい。

還元剤供給装置の構成図である（実施例１）。還元剤供給装置の構成図である（実施例２）。還元剤供給装置の構成図である（実施例３）。還元剤供給装置の構成図である（実施例４）。還元剤供給装置の構成図である（実施例５）。還元剤供給装置の構成図である（変形例）。

符号の説明

１還元剤供給装置
２タンク
３供給ポンプ
４排気管
５添加弁
６ＥＣＵ（流路切替手段、除熱流路開閉手段）
１３流路（供給ポンプから添加弁に還元剤を導く流路）
１７リターン流路
１９ヒートシンク（除熱手段）
２１除熱流路
２２バイパス流路
２４温度センサ（温度検出手段、流路切替手段）
２５三方切替弁（流路切替手段）
２７サーモスタット（流路切替手段）
２９温度センサ（温度検出手段、除熱流路開閉手段）
３０二方弁（除熱流路開閉手段）

Claims

エンジンの排ガスに還元剤を供給する還元剤供給装置において、
所定のタンクから還元剤を吐出する供給ポンプと、
排ガスが通る排気管に装着され、前記供給ポンプから吐出された還元剤を前記排気管の内部に噴射する添加弁と、
前記タンクに貯留される還元剤を除熱する除熱手段とを備える還元剤供給装置。
請求項１に記載の還元剤供給装置において、
前記添加弁は、前記供給ポンプから吐出された還元剤の一部により冷却を受け、
前記除熱手段は、前記添加弁の冷却に用いられた還元剤を前記タンクに戻すためのリターン流路に設けられていることを特徴とする還元剤供給装置。
請求項２に記載の還元剤供給装置において、
前記リターン流路は、前記除熱手段が配されて還元剤が除熱される除熱流路、およびこの除熱流路に並列に設けられ前記除熱手段を迂回するバイパス流路を含んで構成され、
前記添加弁の冷却に用いられた還元剤の温度に応じて、前記除熱流路または前記バイパス流路のいずれか一方を選択して還元剤を通過させる流路切替手段を備えることを特徴とする還元剤供給装置。
請求項３に記載の還元剤供給装置において、
前記添加弁の冷却に用いられた還元剤の温度を検出する温度検出手段と、
前記除熱流路または前記バイパス流路のいずれか一方を選択して還元剤を通過させる三方切替弁とを備え、
前記温度検出手段と前記三方切替弁とを含めて前記流路切替手段を構成することを特徴とする還元剤供給装置。
請求項３に記載の還元剤供給装置において、
前記流路切替手段は、前記添加弁の冷却に用いられた還元剤の温度に応じて、還元剤が前記除熱流路を通過するのを許容または禁止するサーモスタットであることを特徴とする還元剤供給装置。
請求項１に記載の還元剤供給装置において、
前記供給ポンプから前記添加弁に還元剤を導く流路から分岐し、前記除熱手段が配されて還元剤が除熱される除熱流路と、
前記タンクに貯留される還元剤の温度に応じて、前記除熱流路に還元剤を通過させる除熱流路開閉手段とを備えることを特徴とする還元剤供給装置。
請求項６に記載の還元剤供給装置において、
前記タンクに貯留される還元剤の温度を検出する温度検出手段と、
前記除熱流路に配され、前記温度検出手段の検出値に応じて開閉される二方弁とを備え、
前記温度検出手段と前記二方弁とを含めて前記除熱流路開閉手段を構成することを特徴とする還元剤供給装置。