JP2012140920A - 排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】供給回路に残留する尿素水が凍結することを抑えつつ、配設スペースの自由度を高めることができる排気浄化装置の提供。
【解決手段】尿素水タンク１６に貯蔵された尿素水を噴射ノズル１１へ供給する供給回路１７と、供給回路１７に負圧を生じさせるポンプ１４と、噴射ノズル１１から噴射されて余った尿素水を尿素水タンク１６へ導くドレン回路１８と、ポンプ１４を制御するコントローラ７と、尿素水タンク１６の気相部分１６ｂに連通される気相回路１８ａと、エンジン５ａが駆動している場合に、尿素水タンク１６の尿素水を供給回路１７から噴射ノズル１１へ供給した後に、余った尿素水をドレン回路１８から尿素水タンク１６へ戻して循環させ、エンジン５ａが停止している場合に、気体を気相回路１８ａに導入してこの気相回路１８ａから供給回路１７及びドレン回路１８に循環させる切替え弁１５とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、油圧ショベル等の建設機械等に備えられ、排気ガス中に含まれる窒素酸化物を還元して浄化する排気浄化装置に関する。

例えば、油圧ショベル等の建設機械は、エンジンと、このエンジンから導かれる排気ガスを外部へ放出する排気管とを有している。エンジンから導かれる排気ガスには、有害な窒素酸化物が含まれているので、この窒素酸化物を還元することによって水と窒素に分解し、排気ガス中に含まれる窒素酸化物の濃度を低減してから排気ガスを大気へ排出する必要がある。そのため、従来より建設機械は排気ガス中に含まれる窒素酸化物を還元して浄化する排気浄化装置を備えている。

具体的には、建設機械等に備えられる排気浄化装置は、尿素水を貯蔵する尿素水タンクと、排気管に設けられた還元触媒と、排気管のうち還元触媒よりも上流側に配設され、排気管内に尿素水を噴射する噴射装置と、一端が尿素水タンクに接続されると共に、他端が噴射装置に接続され、尿素水タンクに貯蔵された尿素水を噴射装置へ供給する供給回路と、この供給回路に負圧を生じさせる供給装置と、噴射装置から噴射されて余った尿素水を尿素水タンクへ導くドレン回路と、エンジンの駆動に応じて供給装置を制御するコントローラとを有している。そして、噴射装置によって噴射された尿素水が排気ガスの熱で加水分解され、生成したアンモニアが排気ガス中に含まれる窒素酸化物と還元反応することによって窒素酸化物を浄化している。

ここで、還元剤として用いられる尿素水の融点は約−１１度であるので、外気の温度が低下することによって尿素水タンクと噴射装置とを接続する供給回路に残留する尿素水が凍結する虞がある。供給回路に残留する尿素水が凍結した場合には、噴射装置によって排気管内に噴射される尿素水の量が減少するので、排気管内を流通する排気ガス中に含まれる窒素酸化物を十分に還元することができなくなる。特に、寒冷地において排気浄化装置を備えた建設機械等による作業が行われた場合には、供給回路に残留する尿素水が凍結する現象が顕著となる。

そこで、供給回路に残留する尿素水が凍結することを低減する排気浄化装置の従来技術の１つとして、尿素水を貯える尿素水タンクと、内燃機関の排気が流れる排気通路に設けられ、排気に尿素水を噴射する噴射部、すなわち噴射装置と、尿素水タンクと噴射装置とを接続し、尿素水が流れる尿素水通路部、すなわち供給回路と、供給回路に設けられ、尿素水タンクに貯えられている尿素水を噴射装置へ供給する尿素水ポンプ、すなわち供給装置と、供給回路に接続されるサブタンクと、供給回路とサブタンクとの間を開閉する弁部とを備えた排気浄化装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−３７９７９号公報

具体的には、上述した特許文献１に開示された従来技術の排気浄化装置は、尿素水タンクから噴射装置までの間で重力方向において下方に分岐通路部が分岐している。そして、サブタンクは、内燃機関の停止後に供給装置を駆動させずに尿素水が自重によって回収されるようにするために尿素水通路部、すなわち供給回路の下方に配置され、分岐通路部によって供給回路に接続されている。また、サブタンクは、内燃機関の運転中における内燃機関から発生する熱によって回収された尿素水の温度上昇を促進するために内燃機関又は排気管の近傍に設けられている。このように、上述の従来技術の排気浄化装置は、サブタンク及び供給回路の位置関係が定まっているので、供給回路を含む機器のレイアウトが制限されることが問題となっている。特に、小型の建設機械に上述の従来技術の排気浄化装置を備える場合には、配設スペースに余裕がなく、レイアウト上の制約を受け易い。

また、油圧ショベル等の建設機械では、一般的に補給やメンテナンス作業を行うために尿素水タンクが旋回体内の上部に配設される。従って、油圧ショベル等の建設機械に上述の従来技術の排気浄化装置を備える場合には、尿素水タンクの下方にサブタンクを追加して配設する必要があり、サブタンクの配設作業やメンテナンス作業が煩雑になる問題がある。

本発明は、このような従来技術の実情からなされたもので、その目的は、供給回路に残留する尿素水が凍結することを抑えつつ、配設スペースの自由度を高めることができる排気浄化装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の排気浄化装置は、エンジンと、このエンジンから導かれる排気ガスを外部へ放出する排気管と、尿素水を貯蔵する尿素水タンクと、前記排気管に設けられた還元触媒と、前記排気管のうち前記還元触媒よりも上流側に配設され、前記排気管内に尿素水を噴射する噴射装置と、一端が前記尿素水タンクに接続されると共に、他端が前記噴射装置に接続され、前記尿素水タンクに貯蔵された尿素水を前記噴射装置へ供給する供給回路と、この供給回路に負圧を生じさせる供給装置と、前記噴射装置から噴射されて余った尿素水を前記尿素水タンクへ導くドレン回路と、前記エンジンの駆動に応じて前記供給装置を制御するコントローラとを有し、排気ガス中に含まれる窒素酸化物を還元して浄化する排気浄化装置において、前記尿素水タンクに貯蔵された尿素水の水面の上方に形成される気相部分に連通される気相回路と、前記エンジンが駆動している場合に、前記尿素水タンクに貯蔵された尿素水を前記供給回路から前記噴射装置へ供給した後に、前記噴射装置から噴射されて余った尿素水を前記ドレン回路から前記尿素水タンクへ戻して循環させ、前記エンジンが停止している場合に、前記気相部分に存在する気体を前記気相回路に導入してこの気相回路から前記供給回路及び前記ドレン回路に循環させる流体循環手段とを有することを特徴としている。

このように構成した本発明は、エンジンが駆動している場合には、コントローラが供給装置を駆動させて供給回路内に負圧を生じさせるので、この負圧によって尿素水タンクに貯蔵された尿素水が供給回路から噴射装置へ供給され、尿素水が噴射装置から排気管内に噴射される。ここで、エンジンが駆動する際に排気管内へ排出される排気ガスは排気管を通って還元触媒へ導かれるので、噴射装置から噴射された尿素水が排気ガスの熱によって加水分解され、発生したアンモニアが還元触媒に吸着される。そして、排気管を通じて排出される排気ガスが還元触媒を通る際に、排気ガス中に含まれる有害な窒素酸化物が還元触媒においてアンモニアと還元反応し、無害な水と窒素に浄化される。噴射装置から排気管内へ噴射されて余った尿素水は、流体循環手段によってドレン回路から尿素水タンクへ戻される。すなわち、尿素水は、流体循環手段によって尿素水タンク、供給回路、噴射装置、ドレン回路、及び尿素水タンクを循環する。

一方、エンジンが停止すると、供給回路及びドレン回路を循環した尿素水の一部が供給回路に残留する。従って、エンジンが停止している場合には、流体循環手段が尿素水タンク内における気相部分に存在する気体を気相回路に導入してこの気相回路から供給回路及びドレン回路に循環させることにより、供給回路に残留する尿素水が気体によって尿素水タンクへ押し戻される。これにより、供給回路に残留する尿素水の量が減少するので、供給回路に残留する尿素水が凍結することを抑えることができる。このように、本発明は、気相回路によって新たにタンク等を追加して配設する必要もないので、供給回路を含む機器のレイアウトに大きな制限を受けることがない。従って、供給回路に残留する尿素水が凍結することを抑えつつ、配設スペースの自由度を高めることができる。

また、本発明に係る排気浄化装置は、前記発明において、前記ドレン回路は、前記尿素水タンクの前記気相部分に連通し、前記気相回路は、前記ドレン回路の前記気相部分へ接続される箇所に形成されることを特徴としている。このように構成すると、尿素水タンクに接続されるドレン回路の一端部分を、尿素水タンクに貯蔵された尿素水の水面の上方に形成される気相部分に連通することにより、新たに回路を設けなくて済むので、コストを抑えることができる。

また、本発明に係る排気浄化装置は、前記発明において、前記流体循環手段は、前記エンジンが停止している場合に前記気相回路と前記供給回路とを接続して前記尿素水タンクの前記気相部分と前記噴射ノズルとを接続するように切替える切替え弁を含むことを特徴としている。このように構成すると、エンジンが停止している場合には、気相回路と供給回路とが切替え弁によって接続されるので、供給装置の負圧によって気相部分に存在する気体を気相回路に容易に導入することができる。これにより、エンジンの駆動に応じて切替え弁を切替える簡単な動作を行うだけで供給回路及びドレン回路に循環させる流体を尿素水から気体へ切替えたり、あるいは気体から尿素水へ速やかに切替えることができる。

また、本発明に係る排気浄化装置は、前記発明において、前記コントローラは、前記エンジンが停止したときから所定の時間の間、前記供給装置を駆動させ続けるように制御する駆動制御手段を含むことを特徴としている。このように構成すると、エンジンが停止してから所定の時間の間、流体循環手段によって気相部分に存在する気体が気相回路に導入されて気相回路から供給回路及びドレン回路を循環し続けるので、循環する気体によって供給回路に残留する尿素水を十分に尿素水タンクへ押し戻すことができる。これにより、供給回路に残留する尿素水が確実に減少するので、供給回路に残留する尿素水が凍結することをより抑えることができる。

本発明の排気浄化装置は、尿素水を貯蔵する尿素水タンクと、エンジンから導かれる排気ガスを外部へ放出する排気管に設けられた還元触媒と、排気管のうち還元触媒よりも上流側に配設され、排気管内に尿素水を噴射する噴射装置と、一端が尿素水タンクに接続されると共に、他端が噴射装置に接続され、尿素水タンクに貯蔵された尿素水を噴射装置へ供給する供給回路と、この供給回路に負圧を生じさせる供給装置と、噴射装置から噴射されて余った尿素水を尿素水タンクへ導くドレン回路と、エンジンの駆動に応じて供給装置を制御するコントローラとを有している。そして、本発明は、尿素水タンクに貯蔵された尿素水の水面の上方に形成される気相部分に連通される気相回路と、エンジンが駆動している場合に、尿素水タンクに貯蔵された尿素水を供給回路から噴射装置へ供給した後に、噴射装置から噴射されて余った尿素水をドレン回路から尿素水タンクへ戻して循環させ、エンジンが停止している場合に、気相部分に存在する気体を気相回路に導入してこの気相回路から供給回路及びドレン回路に循環させる流体循環手段とを有している。そのため、エンジンが停止している場合には、供給回路に残留する尿素水が気相回路から供給回路及びドレン回路を循環する気体によって尿素水タンクへ押し戻され、供給回路に残留する尿素水の量が減少するので、供給回路に残留する尿素水が凍結することを抑えることができる。このように、本発明は、気相回路によって新たにタンク等を追加して配設する必要もないので、供給回路を含む機器のレイアウトに大きな制限を受けることがない。従って、供給回路に残留する尿素水が凍結することを抑えつつ、配設スペースの自由度を高めることができ、供給回路を含む機器の配設作業を容易かつ迅速に行うことができる。これにより、配設作業及び配設スペースの効率を従来よりも向上させることができる。また、従来技術で用いたサブタンクを配設する必要もないので、供給回路を含む機器のメンテナンス作業を容易に行うことができる。

本発明に係る排気浄化装置の第１実施形態が備えられる建設機械の一例として挙げた油圧ショベルを示す側面図である。 本発明の第１実施形態の構成を示す図であり、エンジン駆動時の状態を示す図である。 本発明の第１実施形態の構成を示す図であり、エンジン停止時の状態を示す図である。 本発明の第１実施形態の動作を説明するフローチャートである。 本発明の第２実施形態の構成を示す図であり、エンジン駆動時の状態を示す図である。 本発明の第２実施形態の構成を示す図であり、エンジン停止時の状態を示す図である。 本発明の第３実施形態の構成を示す図である。

以下、本発明に係る排気浄化装置を実施するための形態を図に基づいて説明する。

［第１実施形態］
本発明に係る排気浄化装置の第１実施形態は、例えば図１に示すように建設機械等の油圧ショベル１に設けられる。この油圧ショベル１は、走行体２と、この走行体２の上側に配置され、旋回フレーム３ａを有する旋回体３と、この旋回体３の前方に取り付けられて上下方向に回動するフロント作業機４とを備えている。また、旋回体３は、前方にキャブ３ｂを備え、後方にカウンタウェイト６を備え、また、これらキャブ３ｂ及びカウンタウェイト６の間にエンジンルーム５と、このエンジンルーム５の上部に設けられた車体カバー１５とを備えている。

本発明の第１実施形態は、図２に示すようにエンジンルーム５内に備えられたエンジン５ａと、このエンジン５ａから導かれる排気ガスを外部へ放出する排気管１０とを有している。また、本発明の第１実施形態は、尿素水を貯蔵する尿素水タンク１６と、排気管１０に設けられた還元触媒、例えば還元剤としてアンモニアを用い、アンモニアによる窒素酸化物の還元反応を促進するＳＣＲ触媒１３と、排気管１０のうちＳＣＲ触媒１３よりも上流側に配設され、排気管１０内に尿素水を噴射する噴射装置、例えば噴射ノズル１１とを有している。

さらに、本発明の第１実施形態は、一端が尿素水タンク１６に接続されると共に、他端が噴射ノズル１１に接続され、尿素水タンク１６に貯蔵された尿素水を噴射ノズル１１へ供給する供給回路１７と、この供給回路１７に負圧を生じさせる供給装置、例えばポンプ１４と、一端が尿素水タンク１６に接続されると共に、他端が噴射ノズル１１に接続され、噴射ノズル１１から噴射されて余った尿素水を尿素水タンク１６へ導くドレン回路１８と、エンジン５ａの駆動に応じてポンプ１４を制御するコントローラ７とを有している。なお、キャブ３ｂには、エンジン５ａを駆動させるキー８が設けられており、コントローラ７に電気的に接続されている。また、エンジン５ａには、コントローラ７に電気的に接続され、キー８のオン操作によってエンジン５ａを始動させるスタータ９が設けられている。

ここで、噴射ノズル１１は、先端が細くなった筒状の形状を有しており、先端が排気管１０の内部に向けられて尿素水が霧状に飛散するようになっている。また、噴射ノズル１１には、コントローラ７に電気的に接続された図示しない電磁弁が内部に設けられており、コントローラ７がこの電磁弁の開閉動作を制御することによって噴射される尿素水の流量が調整され、余分な尿素水はドレン回路１８に導かれるようになっている。さらに、上述した供給回路１７の一端は、尿素水タンク１６に貯蔵された尿素水の液相部分１６ａに浸水しており、ポンプ１４の負圧によって尿素水が供給回路１７内に導かれるようになっている。

そして、本発明の第１実施形態は、尿素水タンク１６に貯蔵された尿素水の水面の上方に形成される気相部分１６ｂに連通される気相回路１８ａと、エンジン５ａが駆動している場合に、尿素水タンク１６に貯蔵された尿素水を供給回路１７から噴射ノズル１１へ供給した後に、噴射ノズル１１から噴射されて余った尿素水をドレン回路１８から尿素水タンク１６へ戻して循環させ、エンジン５ａが停止している場合に、気相部分１６ｂに存在する気体を気相回路１８ａに導入してこの気相回路１８ａから供給回路１７及びドレン回路１８に循環させる流体循環手段とを有している。

また、本発明の第１実施形態では、例えば気相回路１８ａはドレン回路１８の一端部分から成っており、流体循環手段は、例えばエンジン５ａが停止している場合に気相回路１８ａと供給回路１７とを接続して尿素水タンク１６の気相部分１６ｂと噴射ノズル１１とを接続するように切替える切替え弁１５を含んでいる。具体的には、切替え弁１５は、供給回路１７を連通し、尿素水タンク１６の貯留される尿素水を噴射ノズル１１に供給するとともに、ドレン回路１８を連通して噴射ノズル１１から戻る尿素水を尿素水タンク１６に環流させる切換位置（右位置１５ａ）と、気相回路１８ａと供給回路１７とを接続し、尿素水タンク１６の気相部分１６ｂと噴射ノズル１１とを接続するとともに、ドレン回路１８と供給回路１７とを接続して供給回路１７内に残留する尿素水を尿素水タンク１６に環流させる切換位置（左位置１５ｂ）とを有する。そして、この切替え弁１５は、コントローラ７の制御により、エンジン５ａが駆動している場合には、右位置１５ａに切替えられ、エンジン５ａが停止している場合には、左位置１５ｂに切替えられるようになっている。さらに、コントローラ７は、エンジン５ａが停止したときから所定の時間の間、ポンプ１４を駆動させ続けるように制御する図示しない駆動制御手段を含んでいる。

次に、本発明に係る排気浄化装置の第１実施形態の動作を図４のフローチャートに基づいて説明する。

図４は、本発明の第１実施形態の動作を説明するフローチャートである。

本発明の第１実施形態では、図４に示すようにまずキー８をオンにすると（手順Ｓ１）、スタータ９によってエンジン５ａが駆動し、コントローラ７が切替え弁１５を右位置１５ａに切替えるように制御する（手順Ｓ２）。このとき、図２に示すように切替え弁１５によって供給回路１７が連通されると共にドレン回路１８が連通される。

次に、コントローラ７は、ポンプ１４が供給回路１７内に負圧を生じさせるように制御すると共に、噴射ノズル１１の電磁弁を開くように制御する（手順Ｓ３）。手順Ｓ３において供給回路１７内に負圧が生じると、尿素水タンク１６に貯蔵される尿素水の液相部分１６ａに浸水する供給回路１７の一端から尿素水が供給回路１７内に導かれ、噴射ノズル１１へ供給される（手順Ｓ４）。そして、手順Ｓ３において噴射ノズル１１の電磁弁は開いているので、尿素水が噴射ノズル１１から排気管１０内へ霧状に噴射される（手順Ｓ５）。

ここで、噴射ノズル１１は、上述したように排気管１０のうちＳＣＲ触媒１３よりも上流側、すなわちエンジン５ａとＳＣＲ触媒１３との間に配設されているので、エンジン５ａの駆動によって排出された排気ガスは、排気管１０を通ってＳＣＲ触媒１３へ流通する際に噴射ノズル１１から噴射された尿素水と接触する。このとき、尿素水は排気ガスの熱によって加水分解し、アンモニアが発生する。発生したアンモニアはＳＣＲ触媒１３に吸着される。そして、排気ガス中に含まれる有害な窒素酸化物は、排気ガスがＳＣＲ触媒１３を通る際にＳＣＲ触媒１３において吸着されたアンモニアと還元反応を生じ、無害な水と窒素に分解されて浄化する。浄化された排気ガスは排気管１０から外部へ放出される。

本発明の第１実施形態では、余った尿素水、例えば排気管１０において加水分解されずに噴射ノズル１１に戻った尿素水やコントローラ７が噴射ノズル１１から噴射される流量を調整したことによって噴射されなかった尿素水は、噴射ノズル１１からドレン回路１８に戻り、ドレン回路１８を通って尿素水タンク１６へ戻る（手順Ｓ６）。このようにエンジン５ａが駆動している場合には、尿素水タンク１６に貯蔵された尿素水は、尿素水タンク１６、供給回路１７、噴射ノズル１１、ドレン回路１８、尿素水タンク１６の順に循環される（手順Ｓ４〜手順Ｓ７）。このとき、循環する尿素水の全部が尿素水タンク１６に戻るわけではなく、尿素水の一部は供給回路１７及びドレン回路１８に残留する。

そこで、本発明の第１実施形態では、キー８をオフにすると（手順Ｓ７）、エンジン５ａが停止し、コントローラ７が切替え弁１５を左位置１５ｂに切替えるように制御する（手順Ｓ８）。このとき、図３に示すように切替え弁１５によって気相回路１８ａと供給回路１７とが接続して尿素水タンク１６の気相部分１６ｂと噴射ノズル１１とが接続されると共に、ドレン回路１８と供給回路１７とが接続される。

次に、コントローラ７は噴射ノズル１１の電磁弁を閉じるように制御する（手順Ｓ９）。ここで、コントローラ７は、駆動制御手段によってエンジン５ａが停止したときから所定の時間の間、ポンプ１４を駆動させ続けるように制御するので、ポンプ１４によって供給回路１７内に負圧が生じている。そのため、尿素水タンク１６の気相部分１６ｂに連通される気相回路１８ａから気体が導入され、導入された気体は気相回路１８ａ及び供給回路１７を通って噴射ノズル１１へ導かれる（手順Ｓ１０）。手順Ｓ９において噴射ノズル１１の電磁弁は閉じているので、噴射ノズル１１へ導かれた気体はそのままドレン回路１８及び供給回路１７の一端部分を通って尿素水タンク１６へ戻される（手順Ｓ１１）。

このようにエンジン５ａが停止し、所定の時間が経過していない場合には、尿素水タンク１６の気相部分１６ｂに存在する気体は、尿素水タンク１６、気相回路１８ａ、供給回路１７、噴射ノズル１１、ドレン回路１８、供給回路１７の一端部分、尿素水タンク１６の順に循環される（手順Ｓ１０〜手順Ｓ１２）。上述した手順Ｓ４〜手順Ｓ７においてエンジン５ａが駆動した場合に供給回路１７及びドレン回路１８に残留した尿素水は、手順Ｓ１０〜手順Ｓ１２において供給回路１７及びドレン回路１８を循環する気体によって押し出され、循環する気体と共に尿素水タンク１６へ戻される。そして、エンジン５ａが停止してから所定の時間が経過すると（手順Ｓ１２）、コントローラ７はポンプ１４が停止するように制御して本発明の第１実施形態の動作が終了する。

このように構成した本発明の第１実施形態によれば、手順Ｓ７においてエンジン５ａが停止した場合に、手順Ｓ８においてコントローラ７が切替え弁１５を左位置１５ｂに切替えるように制御することにより、上述したように手順Ｓ１０〜手順Ｓ１２において尿素水タンク１６の気相部分１６ｂに存在する気体が、尿素水タンク１６、気相回路１８ａ、供給回路１７、噴射ノズル１１、ドレン回路１８、供給回路１７の一端部分、尿素水タンク１６の順に循環される。そのため、エンジン５ａが駆動していた場合に手順Ｓ４〜手順Ｓ７において尿素水タンク１６に貯蔵された尿素水が、尿素水タンク１６、供給回路１７、噴射ノズル１１、ドレン回路１８、尿素水タンク１６の順に循環した後に供給回路１７及びドレン回路１８に残留しても、手順Ｓ１０〜手順Ｓ１２において循環する気体によって尿素水タンク１６へ押し戻されるので、供給回路１７及びドレン回路１８に残留する尿素水の量が減少し、供給回路１７及びドレン回路１８に残留する尿素水が凍結することを抑えることができる。

このように、本発明の第１実施形態は、気相回路１８ａ及び切換え弁１５を設けたことによって新たにタンク等を追加して配設する必要もないので、供給回路１７を含む機器のレイアウトに大きな制限を受けることがない。従って、供給回路１７に残留する尿素水が凍結することを抑えつつ、配設スペースの自由度を高めることができ、供給回路１７を含む機器の配設作業を容易かつ迅速に行うことができる。これにより、旋回体３内における配設作業及び配設スペースの効率を向上させることができる。また、サブタンクを配設する必要もないので、供給回路１７を含む機器のメンテナンス作業を容易に行うことができる。

また、本発明の第１実施形態は、気相回路１８ａはドレン回路１８の一端部分から成っており、気相回路１８ａが、尿素水タンク１６に貯蔵された尿素水の水面の上方に形成される気相部分１６ｂに連通しているので、手順Ｓ８においてコントローラ７が切換え弁１５を左位置１５ｂに切替えることにより、新たに気相回路１８ａをドレン回路１８と別に設けなくても気相部分１６ｂに存在する気体が供給回路１７及びドレン回路１８を循環することができる。これにより、コストを抑えることができ、経済性に優れている。

また、本発明の第１実施形態は、コントローラ７によって制御され、供給回路１７及びドレン回路１８のうちポンプ１４と尿素水タンク１６との間に切換え弁１５を含んでいることにより、エンジン５ａが駆動している場合には、手順Ｓ２において切換え弁１５によって供給回路１７が連通されると共にドレン回路１８が連通されるので、ポンプ１４の負圧によって尿素水を尿素水タンク１６から供給回路１７及びドレン回路１８に循環させることができる。

そして、エンジン５ａが停止している場合には、手順Ｓ８において気相回路１８ａと、供給回路１７とが切替え弁１５によって接続されるので、ポンプ１４の負圧によって気相部分１６ｂに存在する気体を気相回路１８ａに容易に導入して供給回路１７及びドレン回路１８に循環させることができる。このように、エンジン５ａの駆動に応じて切替え弁１５を切替える簡単な動作を行うだけで供給回路１７及びドレン回路１８に循環させる流体を尿素水から気体へ切替えたり、あるいは気体から尿素水へ速やかに切替えることができるので、高い操作性を確保しつつ消費電力を抑えることができる。これにより、省エネルギーを実現することができる。

また、本発明の第１実施形態は、コントローラ７は、エンジン５ａが停止したときから所定の時間の間、ポンプ１４を駆動させ続けるように制御する駆動制御手段を含んでいることにより、手順Ｓ７においてエンジン５ａが停止してから所定の時間の間、手順Ｓ１０〜手順Ｓ１２において気相部分１６ｂに存在する気体が、尿素水タンク１６、気相回路１８ａ、供給回路１７、噴射ノズル１１、ドレン回路１８、供給回路１７の一端部分、尿素水タンク１６の順に循環し続けるので、循環する気体によって供給回路１７及びドレン回路１８に残留する尿素水を十分に尿素水タンク１６へ押し戻すことができる。これにより、供給回路１７及びドレン回路１８に残留する尿素水が確実に減少するので、供給回路１７及びドレン回路１８に残留する尿素水が凍結することをより抑えることができる。

［第２実施形態］
図５は本発明の第２実施形態の構成を示す図であり、エンジン駆動時の状態を示す図、図６は本発明の第２実施形態の構成を示す図であり、エンジン停止時の状態を示す図である。

図５、図６に示すように、本発明の第２実施形態が前述した第１実施形態と異なるのは、第１実施形態では、気相回路１８ａはドレン回路１８の一端部分から成っているのに対して、第２実施形態では、ドレン回路１８と別に追加して気相回路１９を尿素水タンク１６に設けたことである。そして、流体循環手段は、例えばエンジン５ａが停止している場合に気相回路１９と供給回路１７とを接続して尿素水タンク１６の気相部分１６ｂと噴射ノズル１１とを接続するように切替える切替え弁２５を含んでいる。

具体的には、切換え弁２５は、コントローラ７の制御によって図５に示すように供給回路１７を連通し、尿素水タンク１６の貯留される尿素水を噴射ノズル１１に供給するとともに、ドレン回路１８を連通して噴射ノズル１１から戻る尿素水を尿素水タンク１６に環流させる切換位置（右位置２５ａ）と、気相回路１９と供給回路１７とを接続し、尿素水タンク１６の気相部分１６ｂと噴射ノズル１１とを接続するとともに、ドレン回路１８を連通して供給回路１７内に残留する尿素水を尿素水タンク１６に環流させる切換位置（左位置２５ｂ）とを有する。そして、この切替え弁２５は、コントローラ７の制御により、エンジン５ａが駆動している場合には、右位置２５ａに切替えられ、エンジン５ａが停止している場合には、左位置２５ｂに切替えられるようになっている。その他の構成は第１実施形態と同じである。

従って、本発明の第２実施形態は、エンジン５ａが駆動している場合には、第１実施形態と同様に図４に示す手順Ｓ４〜手順Ｓ７において尿素水タンク１６に貯蔵された尿素水は、尿素水タンク１６、供給回路１７、噴射ノズル１１、ドレン回路１８、尿素水タンク１６の順に循環される。一方、エンジン５ａが停止している場合には、手順Ｓ１０〜手順Ｓ１２において尿素水タンク１６の気相部分１６ｂに存在する気体は、尿素水タンク１６、気相回路１９、供給回路１７、噴射ノズル１１、ドレン回路１８、尿素水タンク１６の順に循環される。

このように構成した本発明の第２実施形態によれば、尿素水タンク１６の液相部分１６ａの水面が高い場合には、気相回路１９の一端をドレン回路１８の一端よりも尿素水タンク１９の高い位置へ設定することにより、仮にドレン回路１８の一端部分が尿素水タンク１６の液相部分１６ａに浸水したとしても、尿素水タンク１６の気相部分１６ｂに存在する気体を気相回路１９から供給回路１７及びドレン回路１８へ確実に循環させることができる。これにより、装置の高い信頼性を確保することができる。

［第３実施形態］
図７は本発明の第３実施形態の構成を示す図である。

図７に示すように、本発明の第３実施形態が前述した第１実施形態と異なるのは、第１実施形態では、流体循環手段は、エンジン５ａが停止している場合に気相回路１８ａと供給回路１７とを接続して尿素水タンク１６の気相部分１６ｂと噴射ノズル１１とを接続するように切替える切替え弁１５を含んでいるのに対して、第３実施形態では、ポンプ１４及び切替え弁１５の代わりに流体循環手段は、正逆回転可能なポンプ２４を含んでいることである。その他の構成は第１実施形態と同じである。

この場合、エンジン５ａが駆動している場合には、コントローラ７がポンプ２４が正回転するように制御することにより、図４に示す手順Ｓ４〜手順Ｓ７において尿素水タンク１６に貯蔵された尿素水は、尿素水タンク１６、供給回路１７、噴射ノズル１１、ドレン回路１８、尿素水タンク１６の順に循環される。一方、エンジン５ａが停止している場合には、コントローラ７がポンプ２４が逆回転するように制御することにより、手順Ｓ１０〜手順Ｓ１２において尿素水タンク１６の気相部分１６ｂに存在する気体は、尿素水タンク１６、ドレン回路１８の一端部分、すなわち気相回路１８ａ、ドレン回路１８、噴射ノズル１１、供給回路１７、尿素水タンク１６の順に循環される。

このように構成した本発明の第３実施形態によれば、流体循環手段が正逆回転可能なポンプ２４を含んでいることにより、切替え弁を供給回路１７及びドレン回路１８に配設してなくても良いので、供給回路１７及びドレン回路１８に配設する部品の数を少なくすることができる。これにより、供給回路１７を含む機器の配設作業及びメンテナンス作業にかかる労力をより軽減することができる。

１ 油圧ショベル
２ 走行体
３ 旋回体
４ フロント作業機
５ａ エンジン
７ コントローラ
８ キー
９ スタータ
１０ 排気管
１１ 噴射ノズル（噴射装置）
１３ ＳＣＲ触媒（還元触媒）
１４，２４ ポンプ（供給装置）
１５，２５ 切替え弁
１６ 尿素水タンク
１６ａ 液相部分
１６ｂ 気相部分
１７ 供給回路
１８ ドレン回路
１８ａ，１９ 気相回路

Claims (4)

1. エンジンと、このエンジンから導かれる排気ガスを外部へ放出する排気管と、尿素水を貯蔵する尿素水タンクと、前記排気管に設けられた還元触媒と、前記排気管のうち前記還元触媒よりも上流側に配設され、前記排気管内に尿素水を噴射する噴射装置と、一端が前記尿素水タンクに接続されると共に、他端が前記噴射装置に接続され、前記尿素水タンクに貯蔵された尿素水を前記噴射装置へ供給する供給回路と、この供給回路に負圧を生じさせる供給装置と、前記噴射装置から噴射されて余った尿素水を前記尿素水タンクへ導くドレン回路と、前記エンジンの駆動に応じて前記供給装置を制御するコントローラとを有し、排気ガス中に含まれる窒素酸化物を還元して浄化する排気浄化装置において、
   前記尿素水タンクに貯蔵された尿素水の水面の上方に形成される気相部分に連通される気相回路と、
   前記エンジンが駆動している場合に、前記尿素水タンクに貯蔵された尿素水を前記供給回路から前記噴射装置へ供給した後に、前記噴射装置から噴射されて余った尿素水を前記ドレン回路から前記尿素水タンクへ戻して循環させ、前記エンジンが停止している場合に、前記気相部分に存在する気体を前記気相回路に導入してこの気相回路から前記供給回路及び前記ドレン回路に循環させる流体循環手段とを有することを特徴とする排気浄化装置。
2. 請求項１に記載の排気浄化装置において、
   前記ドレン回路は、前記尿素水タンクの前記気相部分に連通し、前記気相回路は、前記ドレン回路の前記気相部分へ接続される箇所に形成されることを特徴とする排気浄化装置。
3. 請求項１又は２に記載の排気浄化装置において、
   前記流体循環手段は、前記エンジンが停止している場合に前記気相回路と前記供給回路とを接続して前記尿素水タンクの前記気相部分と前記噴射ノズルとを接続するように切替える切替え弁を含むことを特徴とする排気浄化装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項に記載の排気浄化装置において、
   前記コントローラは、前記エンジンが停止したときから所定の時間の間、前記供給装置を駆動させ続けるように制御する駆動制御手段を含むことを特徴とする排気浄化装置。

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