JP2010255521A - 還元剤供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液体還元剤の回収後に、フィルタ収容部内に液体還元剤が残留した場合であっても、下流側の還元剤通路に液体還元剤が流出しにくい還元剤供給装置を提供する。
【解決手段】液体還元剤を収容する貯蔵タンクと、貯蔵タンク内の液体還元剤を圧送する還元剤圧送手段と、液体還元剤を内燃機関の排気通路に噴射する還元剤噴射手段と、を備え、液体還元剤の噴射停止時に供給経路内の液体還元剤を貯蔵タンク内に回収可能な還元剤供給装置において、還元剤圧送手段と還元剤噴射手段との間の還元剤通路の途中にフィルタ収容部が設けられ、フィルタ収容部内に、一端側が蓋部によって閉塞されるフィルタ本体を有する異物捕集フィルタが備えられ、異物捕集フィルタの一端側を還元剤噴射手段側に配置する。
【選択図】図２

Description

本発明は、液体還元剤を内燃機関の排気通路に噴射供給する還元剤供給装置に関する。特に、還元剤通路に異物捕集フィルタを備えるとともに、液体還元剤の噴射停止時に液体還元剤を貯蔵タンク内に回収可能な還元剤供給装置に関する。

従来、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガスには、環境汚染を及ぼすおそれのあるＮＯ_X（ＮＯやＮＯ₂等の窒素酸化物）が含まれている。このＮＯ_Xを還元して排気ガスを浄化するために用いられる排気浄化装置として、尿素水溶液等の液体還元剤を用いた排気浄化装置が知られている。この排気浄化装置は、液体還元剤を還元触媒の上流側で排気通路内に噴射供給し、還元触媒に流入してくるＮＯ_Xを還元剤によって分解して放出するものである。

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、液体還元剤を収容する貯蔵タンクと、貯蔵タンク内の液体還元剤を圧送する還元剤圧送ポンプと、圧送される液体還元剤を排気通路内に噴射する還元剤噴射弁とを備えている。この還元剤供給装置において、還元剤圧送ポンプと還元剤噴射弁との間の還元剤通路や還元剤噴射弁内で、液体還元剤の凍結や結晶化による詰まりが生じると、排気ガス中のＮＯ_X量に応じた液体還元剤の噴射ができなくなり、ＮＯ_Xの浄化が不十分となるおそれがある。そのため、還元剤供給装置は、内燃機関の停止時に、還元剤通路や還元剤噴射弁内に残留する液体還元剤を貯蔵タンク内に回収できるように構成されている（特許文献１参照）。

特開２００８−２９１６７８号公報 （図１）

ところで、還元剤圧送ポンプと還元剤噴射弁との間の還元剤通路に、液体還元剤に混じった異物を捕集するためのフィルタとして、一端側が蓋部で閉塞されたフィルタ本体を有する異物捕集フィルタが備えられる場合がある。このようなフィルタ本体を有する異物捕集フィルタを用いる場合、例えば、燃料タンクや還元剤圧送ポンプ側から異物が還元剤噴射弁側に流出することを考慮して、通常、異物捕集フィルタにおける蓋部によって閉塞された一端側が、液体還元剤の流れの上流側、すなわち、還元剤圧送ポンプ側に配置される。そして、還元剤圧送ポンプによって還元剤噴射弁に向けて圧送される液体還元剤が、フィルタ本体を外側から内側に通過することで、液体還元剤中の異物が捕集される。

図７は、従来の異物捕集フィルタ１５０の配置構造を表す概略断面図を示している。この図７では、還元剤通路１４５の途中にフィルタ収容部１４１が設けられ、このフィルタ収容部１４１内に異物捕集フィルタ１５０が備えられている。異物捕集フィルタ１５０は、蓋部１５３によって閉塞された一端側が還元剤圧送ポンプ側となるようにフィルタ収容部１４１内に配置されている。液体還元剤が還元剤噴射弁に向けて流れる際の、異物捕集フィルタ１５０からの出口となる異物捕集フィルタ１５０の他端側の中央部に対応して、フィルタ収容部１４１には開口部１６３が設けられ、フィルタ収容部１４１と下流側の還元剤通路１４５とはコネクタ１６１によって連結されている。

しかしながら、図７に示す異物捕集フィルタの配置構造では、内燃機関の停止時に液体還元剤を貯蔵タンクに回収したときに、フィルタ収容部１４１内に残留してしまった液体還元剤が、異物捕集フィルタ１５０のフィルタ本体１５１の中央開口１５１ａからフィルタ収容部１４１の開口部１６３を介して下流側の還元剤通路１４５に流出しやすい。そのため、内燃機関の停止中に、下流側の還元剤通路１４５や還元剤噴射弁内で液体還元剤の凍結や結晶化が起きて、次回内燃機関を始動したときに液体還元剤の噴射供給を開始できなくなるおそれがある。特に、乗用車に搭載される還元剤供給装置は、小型化の要求に対応するために、還元剤通路の加熱手段が省略される場合が多く、還元剤通路内で液体還元剤の凍結が起きると強制解凍が困難であり、液体還元剤の噴射供給を開始できないという問題がある。

そこで、本発明の発明者は鋭意努力し、還元剤通路の途中のフィルタ収容部に備えられる異物捕集フィルタを、従来と逆方向に配置することでこのような問題が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、本発明の目的は、液体還元剤の回収後に、フィルタ収容部内に液体還元剤が残留した場合であっても、下流側の還元剤通路に液体還元剤が流出しにくい還元剤供給装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、液体還元剤を収容する貯蔵タンクと、貯蔵タンク内の液体還元剤を圧送する還元剤圧送手段と、液体還元剤を内燃機関の排気通路に噴射する還元剤噴射手段と、を備え、液体還元剤の噴射停止時に供給経路内の液体還元剤を貯蔵タンク内に回収可能な還元剤供給装置において、還元剤圧送手段と還元剤噴射手段との間の還元剤通路の途中にフィルタ収容部が設けられ、フィルタ収容部内に、一端側が蓋部によって閉塞されるフィルタ本体を有する異物捕集フィルタが備えられ、異物捕集フィルタの一端側を還元剤噴射手段側に配置した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。

また、本発明の還元剤供給装置を構成するにあたり、フィルタ収容部は、異物捕集フィルタの一端側が対峙する面の中央部に還元剤通路に通じる開口部を備えることが好ましい。

また、本発明の還元剤供給装置を構成するにあたり、還元剤圧送手段が貯蔵タンクに装着されているとともに、フィルタ収容部が貯蔵タンクと一体に設けられていることが好ましい。

また、本発明の別の態様は、液体還元剤を収容する貯蔵タンクと、貯蔵タンク内の液体還元剤を圧送する還元剤圧送手段と、液体還元剤を内燃機関の排気通路に噴射する還元剤噴射手段と、を備え、液体還元剤の噴射停止時に供給経路内の液体還元剤を貯蔵タンク内に回収可能な還元剤供給装置において、還元剤圧送手段と還元剤噴射手段との間の還元剤通路の途中にフィルタ収容部が設けられ、フィルタ収容部内に、一端側が蓋部によって閉塞されるフィルタ本体を有する異物捕集フィルタが備えられ、異物捕集フィルタのフィルタ本体の中央開口空間と異物捕集フィルタよりも還元剤噴射弁側の還元剤通路とを直接連通させないように構成したことを特徴とする還元剤供給装置である。

本発明の還元剤供給装置によれば、フィルタ本体を有する異物捕集フィルタにおける、蓋部によって閉塞された一端側が還元剤噴射手段側に配置されることで、液体還元剤の回収後に異物捕集フィルタが収容されたフィルタ収容部内に液体還元剤が残留した場合であっても、異物捕集フィルタのフィルタ本体の中央開口から還元剤通路への液体還元剤の流出が低減される。したがって、内燃機関が停止している間に還元剤通路内で液体還元剤が凍結したり、溶媒の結晶化を生じたりすることがなく、内燃機関の再始動後に速やかに液体還元剤の噴射制御が再開される。

本発明の実施の形態にかかる還元剤供給装置の構成を説明するための図である。 第１の実施の形態のフィルタ収容部の周辺拡大断面図である。 液体還元剤が還元剤噴射弁側に圧送される状態を示す図である。 液体還元剤が貯蔵タンクに回収される状態を示す図である。 フィルタ収容部を傾けた構成例を説明するための図である。 第２の実施の形態にかかるフィルタ収容部の周辺拡大断面図である。 従来の異物捕集フィルタの配置構造を説明するための図である。

以下、本発明の還元剤供給装置に関する実施の形態について、適宜図面を参照しながら具体的に説明する。ただし、この実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この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。なお、それぞれの図中、同じ符号を付してあるものは同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。

［第１の実施の形態］
１．還元剤供給装置の基本的構成
まず、本発明の第１の実施の形態にかかる還元剤供給装置の構成例について図１に基づいて説明する。
図１に示す還元剤供給装置４０は、液体還元剤として尿素水溶液を用いて、還元触媒１３で排気ガス中のＮＯ_Xを選択的に還元する排気浄化装置に備えられている。液体還元剤は、例えば、尿素水溶液やアンモニア水溶液等が用いられる。

この還元剤供給装置４０は、還元触媒１３よりも排気上流側の排気通路１１に固定された還元剤噴射手段としての還元剤噴射弁４３と、所定濃度の液体還元剤が貯蔵された貯蔵タンク４１と、貯蔵タンク４１内の還元剤を還元剤噴射弁４３に対して圧送する還元剤圧送手段としてのポンプ４２とを備えている。貯蔵タンク４１とポンプ４２との間には第１の還元剤通路４４が接続され、ポンプ４２と還元剤噴射弁４３との間には第２の還元剤通路４５が接続されている。

本実施形態の還元剤供給装置４０を構成するポンプ４２は貯蔵タンク４１の上部に設けられたポンプ収容部４１ａ内に備えられ、還元剤供給装置４０全体として小型化が図られるとともに、運搬等が容易になっている。このポンプ４２は、例えば、電動式のダイヤフラムポンプが用いられる。本実施形態の還元剤供給装置４０では、第２の還元剤通路４５に設けられた圧力センサ４７のセンサ値が所定値に維持されるように、図示しない制御装置によってポンプ４２のフィードバック制御が行われる。

また、ポンプ４２の近傍には、ポンプ４２の駆動による液体還元剤の流れを、液体還元剤が貯蔵タンク４１側から還元剤噴射弁４３側への正方向と、還元剤噴射弁４３側から貯蔵タンク４１側への逆方向とに切換えるための流路切換弁（図示せず）が設けられている。そのため、内燃機関の停止時等、液体還元剤の排気通路１１への供給が行われないようなときに、還元剤噴射弁４３や第２の還元剤通路４５内に残留する液体還元剤が貯蔵タンク４１に回収可能になっている。
ただし、液体還元剤を貯蔵タンク４１内に回収可能にするには、流路切換弁を用いる以外にも、回転方向を逆転可能なポンプを用いてもよい。

還元剤噴射弁４３は、例えば、弁の開閉が通電のＯＮ−ＯＦＦによって制御される電磁式の還元剤噴射弁が用いられる。本実施形態の還元剤供給装置４０は、ポンプ４２のフィードバック制御によって第２の還元剤通路４５内の還元剤の圧力が所定値に維持され、還元剤噴射弁４３が開弁したときに還元剤が排気通路１１内に噴射される。

なお、本実施形態の還元剤供給装置４０は、液体還元剤を還元剤噴射弁４３から噴射して霧化させるものであるが、この種の還元剤供給装置４０以外にも、例えば、高圧エアを用いて液体還元剤を霧状にした上で排気通路１１内に供給する、エアアシスト式の還元剤供給装置とすることもできる。

２．異物捕集フィルタ
（１）基本的構成
ここで、貯蔵タンク４１の上部には、ポンプ収容部４１ａに隣接してフィルタ収容部４１ｂが設けられ、フィルタ収容部４１ｂには異物捕集フィルタ５０が収容されている。このフィルタ収容部４１ｂは、ポンプ４２よりも下流側の第２の還元剤通路４５の途中に位置している。

図２は、貯蔵タンク４１の上部に設けられたフィルタ収容部４１ｂの周辺部の断面図を示している。フィルタ収容部４１ｂは、異物捕集フィルタ５０の外形に対応する内部空間を有しており、ポンプ収容部４１ａ側の反対側には開口６３が形成され、第２の還元剤通路４５の一部を構成する配管４９が接続されるコネクタ６１が設けられている。

このフィルタ収容部４１ｂの内部に収容された異物捕集フィルタ５０は断面が星形のフィルタ本体５１によって構成されている。異物捕集フィルタ５０の一端側には蓋部としての閉塞キャップ５３が設けられて中央開口空間５１ａが閉塞される。一方、異物捕集フィルタ５０の他端側には中央開口空間５１ａのみを開放し、その周囲を覆う開口キャップ５５が設けられている。この異物捕集フィルタ５０そのものの構成は、従来から用いられる異物捕集フィルタと同様の構成であり、還元剤がフィルタを透過することで還元剤に含まれる異物が捕集される。また、還元剤が異物捕集フィルタ５０を通過する際には、フィルタの粗さによって所定の抵抗を受ける。

（２）異物捕集フィルタの配置構成
本実施形態の還元剤供給装置４０では、異物捕集フィルタ５０が、閉塞キャップ５３によって中央開口空間５１ａが閉塞された一端側が、コネクタ６１側に対峙するように、フィルタ収容部４１ｂ内に配置されている。このように異物捕集フィルタ５０をフィルタ収容部４１ｂに配置した場合には、異物捕集フィルタ５０のフィルタ本体５１の中央開口空間５１ａと、配管４９によって構成される異物捕集フィルタ５０よりも下流側の第２の還元剤通路４５とが直接連通されなくなる。

また、フィルタ収容部４１ｂのコネクタ６１側に形成された開口６３の周囲には複数の通過開口６５ａを形成する突出部６５が備えられ、異物捕集フィルタ５０の閉塞キャップ５３が当該突出部６５の先端に当接した状態で固定されている。この突出部６５により形成される複数の通過開口６５ａの合計面積は、異物捕集フィルタ５０のフィルタ本体５１の中央開口空間５１ａの断面積よりも小さくされている。
この突出部６５は、異物捕集フィルタ５０の閉塞キャップ５３に一体に設けられていてもよい。

還元剤供給装置４０が液体還元剤を排気通路１１に供給する際には、図３（ａ）〜（ｂ）に示すように、ポンプ４２によって圧送される液体還元剤が、開口キャップ５５に設けられた導入口５５ａによって異物捕集フィルタ５０のフィルタ本体５１の中央開口空間５１ａに導かれ、フィルタ本体５１の内側から外側へ通過した後、通過開口６５ａ及び開口６３を通って配管４９側に流れる。このとき、液体還元剤中に混入している異物は異物捕集フィルタ５０で捕集される。

逆に、還元剤供給装置４０による排気通路１１への液体還元剤の供給が終了し、第２の還元剤通路４５や還元剤噴射弁４３内に残留する液体還元剤を貯蔵タンク４１に回収する際には、図４（ａ）〜（ｂ）に示すように、ポンプ４２によって吸引される液体還元剤が、配管４９内から開口６３を介してフィルタ収容部４１ｂに導かれ、複数の通過開口６５ａを通過した後、フィルタ本体５１の外側から内側へ通過する。その後、液体還元剤は、フィルタ本体５１の中央開口空間５１ａから開口キャップ５５の導入口５５ａを介してポンプ４２側に流れる。

このとき、フィルタ本体５１の中央開口空間５１ａがポンプ４２側に開放されているために、中央開口空間５１ａ内の液体還元剤が吸引されて貯蔵タンク４１内に回収されやすく、フィルタ収容部４１ｂ内での液体還元剤の残留が低減される。また、中央開口空間５１ａと異物捕集フィルタ５０よりも下流側の第２の還元剤通路４５とが直接連通されておらず、また、残留した還元剤はフィルタ本体５１の有する抵抗によってフィルタ本体５１の外側に流出しにくいために、回収される液体還元剤がフィルタ本体５１の中央開口空間５１ａ内に残留したとしても、下流側の第２の還元剤通路４５に流出しにくくなる。したがって、異物捕集フィルタ５０のフィルタ本体５１の中央開口空間５１ａ内から配管４９側への液体還元剤の流出が抑えられる。

なお、フィルタ本体５１の中央開口空間５１ａの断面積よりも小さい面積で形成される通過開口６５ａが設けられることで、液体還元剤の排気通路への供給時には、還元剤噴射弁４３に向けて圧送される液体還元剤に生じる、ポンプ４２の圧送による圧力脈動が抑えられるという効果も得られる。

３．フィルタ収容部の構成
これまで説明したフィルタ収容部４１ｂは、異物捕集フィルタ５０のフィルタ本体５１の軸方向が貯蔵タンク４１の底面に沿って水平方向に配置されるように構成されていたが、配管４９が接続されるコネクタ６１側の高さ位置がポンプ４２側の高さ位置よりも高くなるようにフィルタ収容部４１ｂを構成することで、液体還元剤の回収制御後における配管４９内への液体還元剤の流出がさらに低減される。

例えば、図５（ａ）に示すように、フィルタ収容部４１ｂのみを傾斜させて貯蔵タンク４１を構成してもよいし、図５（ｂ）に示すように、プレート６７を用いてポンプ収容部４１ａ及びフィルタ収容部４１ｂを傾斜させて貯蔵タンク４１を構成してもよい。

配管４９が接続されるコネクタ６１側の高さ位置がポンプ４２側の高さ位置よりも高くなるようにフィルタ収容部４１ｂが設けられれば、液体還元剤の回収後にフィルタ収容部４１ｂ内に液体還元剤が残留した場合であっても、コネクタ６１側の開口６３が上方に位置しているために、液体還元剤が開口６３を介して配管４９側に流出しにくくなる。

［第２の実施の形態］
図６は、本発明の第２の実施の形態にかかる還元剤供給装置におけるフィルタ収容部１０１の構成を示している。
本実施形態では、異物捕集フィルタ１１０のフィルタ本体１１１として、星形の断面ではなく円形の断面のフィルタが用いられている。また、フィルタ本体１１１の一端側に固定された開口キャップ１１３が、配管４９が接続されるコネクタ６１側に配置され、フィルタ本体１１１の他端側に固定された閉塞キャップ１１５がポンプ収容部１０３側に配置され、異物捕集フィルタ１１０の配置方向が従来と同様にされている。

本実施形態の還元剤供給装置では、断面が円形状のフィルタ本体１１１の内部開口空間１１１ａは、一端側に固定された開口キャップ１１３の開口部１１３ａよりも大径にされている。そのため、フィルタ本体１１１の内部開口空間１１１ａの最底部が、開口キャップ１１３の開口部１１３ａの最下点の高さ位置よりも低い位置となるように構成されている。

このようにフィルタ収容部１０３が構成されていることで、液体還元剤の回収制御後にフィルタ本体１１１の内部開口空間１１１ａ内に液体還元剤が残留したとしても、開口キャップ１１３の開口部１１３ａよりも下方側の内部開口空間１１１ａの底部に液体還元剤が滞留することから、液体還元剤が第２の還元剤通路４５側に流出することが防止される。フィルタ本体１１１の内部開口空間１１１ａ内から第２の還元剤通路４５側への液体還元剤の流出を防止しやすくするためには、フィルタ本体１１１の最底部の高さ位置と開口キャップ１１３の開口部１１３ａの最下点の高さ位置とのギャップを少なくとも５ｍｍ以上確保することが好ましい。

［第３の実施の形態］
本実施形態では、特に図示しないが、異物捕集フィルタの配置方向が従来のままとされつつ、すなわち、異物捕集フィルタのフィルタ本体の中央開口空間が第２の還元剤通路側に開放されているものの、第１の実施の形態で図５に示した構成と同様に、配管が接続されるコネクタ側の高さ位置がポンプ側の高さ位置よりも高くなるようにフィルタ収容部が構成されている。したがって、液体還元剤の回収制御後にフィルタ本体の中央開口空間内に液体還元剤が残留したとしてもポンプ収容部側に貯留することから、第２の還元剤通路側への液体還元剤の流出が容易に防止できる。

５：内燃機関、１１：排気通路、１３：還元触媒、４０：還元剤供給装置、４１：貯蔵タンク、４１ａ：ポンプ収容部、４１ｂ：フィルタ収容部、４２：ポンプ、４３：還元剤噴射弁、４４：第１の還元剤通路、４５：第２の還元剤通路、４７：圧力センサ、４９：配管、５０：異物捕集フィルタ、５１：フィルタ本体、５１ａ：中央開口空間、５３：閉塞キャップ、５５：開口キャップ、５５ａ：導入口、６１：コネクタ、６３：開口、６５：突出部、６５ａ：通過開口、６７：プレート、１０１：フィルタ収容部、１０３：ポンプ収容部、１１１：フィルタ本体、１１１ａ：内部開口空間、１１３：開口キャップ、１１３ａ：開口部、１１５：閉塞キャップ

Claims (4)

1. 液体還元剤を収容する貯蔵タンクと、前記貯蔵タンク内の前記液体還元剤を圧送する還元剤圧送手段と、前記液体還元剤を内燃機関の排気通路に噴射する還元剤噴射手段と、を備え、前記液体還元剤の噴射停止時に供給経路内の前記液体還元剤を前記貯蔵タンク内に回収可能な還元剤供給装置において、
   前記還元剤圧送手段と前記還元剤噴射手段との間の還元剤通路の途中にフィルタ収容部が設けられ、前記フィルタ収容部内に、一端側が蓋部によって閉塞されるフィルタ本体を有する異物捕集フィルタが備えられ、
   前記異物捕集フィルタの前記一端側を前記還元剤噴射手段側に配置したことを特徴とする還元剤供給装置。
2. 前記フィルタ収容部は、前記異物捕集フィルタの前記一端側が対峙する面の中央部に前記還元剤通路に通じる開口部を備えることを特徴とする請求項１に記載の還元剤供給装置。
3. 前記還元剤圧送手段が前記貯蔵タンクに装着されているとともに、前記フィルタ収容部が前記貯蔵タンクと一体に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の還元剤供給装置。
4. 液体還元剤を収容する貯蔵タンクと、前記貯蔵タンク内の前記液体還元剤を圧送する還元剤圧送手段と、前記液体還元剤を内燃機関の排気通路に噴射する還元剤噴射手段と、を備え、前記液体還元剤の噴射停止時に供給経路内の前記液体還元剤を前記貯蔵タンク内に回収可能な還元剤供給装置において、
   前記還元剤圧送手段と前記還元剤噴射手段との間の還元剤通路の途中にフィルタ収容部が設けられ、前記フィルタ収容部内に、一端側が蓋部によって閉塞されるフィルタ本体を有する異物捕集フィルタが備えられ、
   前記異物捕集フィルタの前記フィルタ本体の中央開口空間と前記異物捕集フィルタよりも前記還元剤噴射弁側の還元剤通路とを直接連通させないように構成したことを特徴とする還元剤供給装置。

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