JP2014095337A

JP2014095337A - 還元剤供給装置

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Publication number: JP2014095337A
Application number: JP2012247330A
Authority: JP
Inventors: Akira Kunishima; 旭國島
Original assignee: Bosch Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 2012-11-09
Filing date: 2012-11-09
Publication date: 2014-05-22
Anticipated expiration: 2032-11-09
Also published as: JP5995665B2

Abstract

【課題】液体還元剤の回収制御の終了時に、貯蔵タンク内に回収された液体還元剤が再びポンプ内に逆流することを防ぐことができる還元剤供給装置を提供する。
【解決手段】ポンプにより圧送される液体還元剤の一部を貯蔵タンクに戻すために還元剤通路から分岐して設けられたリターン通路の途中に、前記液体還元剤の回収制御時に前記還元剤通路内に負圧が生じたときに前記リターン通路が遮断状態となる一方、前記負圧が過大な状態になると再び前記リターン通路が連通状態となって前記過大な負圧状態を解消可能としたリリーフ弁を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に液体還元剤を供給するための還元剤供給装置に関する。特に、内燃機関の停止時に、還元剤通路内に残留する液体還元剤を貯蔵タンクに回収する制御が実行されるように構成された還元剤供給装置に関するものである。

従来、車両等に搭載された内燃機関から排出される排気を浄化する排気浄化装置として、排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯ_X）の還元反応を促進する還元触媒と、還元触媒よりも上流側の排気管内に液体還元剤を供給するための還元剤供給装置とを備えた排気浄化装置が知られている。かかる排気浄化装置に用いられる還元剤供給装置の一態様として、貯蔵タンク内の液体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たものがある。

このような還元剤供給装置において、目標噴射量に相当する量の液体還元剤を精度良く噴射できるようにするために、ポンプによって圧送される液体還元剤を、還元剤通路から分岐するリターン通路を介して貯蔵タンクに循環させながら還元剤通路内の圧力を一定に保った状態で、還元剤噴射部による噴射制御を実行することが行われている。

ここで、液体還元剤として例えば尿素水溶液が用いられる場合、内燃機関の停止後にも、ポンプや還元剤噴射弁内に尿素水溶液が残留していると、水分の蒸発等によって尿素水溶液の濃度が上昇し、尿素水溶液が析出して流路が閉塞するおそれがある。また、寒冷地においては、残留する尿素水溶液が凍結し、体積が膨張することによってポンプ等が破損するおそれがある。そのために、内燃機関の停止時に、還元剤供給装置内に残留する尿素水溶液を貯蔵タンク内に回収する制御を実行するようになっている。

尿素水溶液を貯蔵タンク内に回収する方法としては、ポンプを逆回転させる方法や、ポンプを逆回転させる代わりに、尿素水溶液の流れる向きが還元剤噴射弁側から貯蔵タンク側となるように流路の接続を切り換える方法が知られている（例えば、特許文献１及び２を参照。）。いずれの方法を採用する場合においても、還元剤通路内の還元剤を効率よく回収するために、貯蔵タンクから還元剤通路側への尿素水溶液の流れを阻止する逆止め弁がリターン通路に設けられている。

特開２０１０−１８５３３４号公報（段落［００３４］）特開２０１０−０２４８９６号公報（段落［００４６］）

尿素水溶液の回収制御は、還元剤噴射弁を開弁して、排気通路内の空気（排ガス）を還元剤通路内に取り入れながら行われるが、この回収制御中に、還元剤噴射弁の噴孔付近に付着した尿素水溶液の水分が蒸発して結晶化し、噴孔の詰まりを生じる場合がある。噴孔の詰まりを生じると、還元剤通路内に過大な負圧が生じてしまい、ポンプを停止させた後、還元剤通路が大気圧に復帰する際に、貯蔵タンク内の尿素水溶液が再びポンプ内に逆流するおそれがあった。

本発明の発明者はこのような問題にかんがみて、リターン通路内に所定の構造を有する弁部を設け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。したがって、本発明は、液体還元剤の回収制御の終了時に、貯蔵タンク内に回収された液体還元剤が再びポンプ内に逆流することを防ぐことができる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、貯蔵タンク内の液体還元剤を吸い上げて圧送するポンプと、前記ポンプにより圧送される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弁と、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、前記ポンプにより圧送される前記液体還元剤の一部を前記貯蔵タンクに戻すために前記還元剤通路から分岐して設けられたリターン通路と、を備え、前記内燃機関の運転時には前記ポンプにより前記液体還元剤を前記還元剤噴射弁側に圧送し、前記内燃機関の停止時には前記ポンプにより前記液体還元剤を吸い戻して前記貯蔵タンクに回収する制御が実行されるように構成された還元剤供給装置において、前記リターン通路の途中に、前記液体還元剤の回収制御時に前記還元剤通路内に負圧が生じたときに前記リターン通路が遮断状態となる一方、前記負圧が過大な状態になると再び前記リターン通路が連通状態となって前記過大な負圧状態を解消可能としたリリーフ弁を備えることを特徴とする還元剤供給装置が提供され、上述した問題が解決される。

また、本発明の還元剤供給装置を構成するにあたり、前記リリーフ弁は、弁ハウジングと、前記弁ハウジング内に保持された弁ボディと、を備え、前記弁ハウジングは、前記還元剤通路側に連通する第１通路と、前記貯蔵タンク側に連通する第２通路及び第３通路と、を有し、前記ポンプの非駆動状態においては、前記第２通路及び前記第３通路が遮断されて前記リターン通路が遮断状態とされ、前記液体還元剤を前記還元剤噴射弁側に圧送している状態においては、前記第１通路と前記第２通路とが連通して前記リターン通路が連通状態とされ、前記液体還元剤を回収している状態においては、前記第２通路及び前記第３通路が遮断されて前記リターン通路が遮断状態とされる一方、前記負圧が著しく大きくなったときには、前記第１通路と前記第３通路とが連通して前記リターン通路が連通状態とされることが好ましい。

また、本発明の還元剤供給装置を構成するにあたり、前記スプリングは、前記弁ボディを軸方向の一方側に付勢する第１のスプリングと、前記弁ボディを軸方向の他方側に付勢する第２のスプリングと、からなり、前記弁ボディは、前記一方側に設けられ前記第２通路を遮断可能な第１のピストン外周部と、前記他方側に設けられ前記第３通路を遮断可能な第２のピストン外周部と、を有するとともに、前記弁ハウジング内に摺動可能に保持され、前記液体還元剤を前記還元剤噴射弁側に圧送している状態においては、前記還元剤通路内に生じている正圧と前記第１のスプリングの付勢力との総和が前記第２の弁ボディの付勢力を上回って前記弁ボディが前記一方側に移動することによって前記第１通路と前記第２通路とが連通して前記リターン通路が連通状態とされ、前記液体還元剤を回収している状態においては、前記還元剤通路内に生じている負圧と前記第２のスプリングの付勢力との総和が前記第１のスプリングの付勢力を上回って前記弁ボディが前記他方側に移動することによって、前記第２通路及び前記第３通路が遮断されて前記リターン通路が遮断状態とされる一方、前記負圧が著しく大きくなったときには、前記弁ボディがさらに前記他方側に移動し、前記第１通路と前記第３通路とが連通して前記リターン通路が連通状態とされることが好ましい。

また、本発明の還元剤供給装置を構成するにあたり、前記弁ボディは、前記弁ハウジング内で軸方向移動可能に保持され前記第３通路を遮断可能な第１の弁ボディと、前記第２通路を遮断可能な第２の弁ボディからなり、前記液体還元剤を前記還元剤噴射弁側に圧送している状態においては、前記スプリングの付勢力によって前記第３通路が遮断状態とされる一方、前記還元剤通路内に生じている正圧によって前記第２の弁ボディが移動することによって前記第１通路と前記第２通路とが連通して前記リターン通路が連通状態とされ、前記液体還元剤を回収している状態においては、前記スプリングの付勢力によって前記第３通路が遮断状態とされる一方、前記還元剤通路内に生じている負圧によって前記第２の弁ボディが移動することによって前記第２通路が遮断されて前記リターン通路が遮断状態とされる一方、前記負圧が著しく大きくなったときには、前記負圧によって前記第１の弁ボディが移動して前記第３通路と前記第１通路とが連通して前記リターン通路が連通状態とされることが好ましい。

本発明の還元剤供給装置によれば、液体還元剤の回収制御時において、還元剤通路が正常な負圧状態ではリターン通路を遮断する一方、負圧が過大になるとリターン通路を連通状態とするリリーフ弁をリターン通路に備えることとしている。したがって、還元剤噴射弁の噴孔が詰まった場合であっても、還元剤通路内が過大な負圧状態で維持されることを防ぐことができる。その結果、ポンプの停止時に、貯蔵タンクに回収された液体還元剤が再びポンプ内に逆流することを抑えることができる。

本発明の実施の形態にかかる還元剤供給装置の構成を概略的に示す図である。第１の実施の形態にかかる還元剤供給装置に備えられたリリーフ弁の構成を説明するために示す図である。第１の実施の形態にかかる還元剤供給装置に備えられたリリーフ弁の動作を説明するために示す図である。液体還元剤の回収制御時における圧力の推移を示す図である。第２の実施の形態にかかる還元剤供給装置に備えられたリリーフ弁の構成を説明するために示す図である。第２の実施の形態にかかる還元剤供給装置に備えられたリリーフ弁の動作を説明するために示す図である。

以下、本発明にかかる還元剤供給装置に関する実施の形態について、図面に基づいて具体的に説明する。
なお、各図において同じ符号が付されているものは同じ構成要素を表しており、適宜説明が省略されている場合がある。

［第１の実施の形態］
１．還元剤供給装置の全体的構成
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる還元剤供給装置２０の構成を説明するために示す図である。
図１において、還元剤供給装置２０が備えられた排気浄化装置１０は、排気中のＮＯ_Xを浄化するための装置であり、図示しないディーゼルエンジン等の内燃機関の排気通路３に設けられている。排気浄化装置１０は、排気通路３の途中に介装された還元触媒１３と、還元触媒１３よりも上流側の排気通路３内に液体還元剤を供給するための還元剤供給装置２０とを備えている。

還元触媒１３は、排気中のＮＯ_Xの分解を促進する機能を有する触媒であり、液体還元剤から生成される還元成分を吸着するとともに、触媒に流れ込む排気中のＮＯ_Xを還元成分によって選択的に還元する触媒である。本実施の形態の還元剤供給装置２０は、液体還元剤として尿素水溶液が用いられるものであり、尿素水溶液が分解することにより還元成分としてのアンモニアが生成されるようになっている。

還元剤供給装置２０は、液体還元剤が収容される貯蔵タンク２１と、液体還元剤を圧送するポンプユニット３０と、液体還元剤を排気通路３内に噴射する還元剤噴射弁２５とを備えている。ポンプユニット３０は、電動ポンプ２３及び流路切換弁３３を備えている。還元剤噴射弁２５及び電動ポンプ２３、流路切換弁３３は、電子制御装置（ＥＣＵ）４０によって駆動制御が行われるものとなっている。

電動ポンプ２３と貯蔵タンク２１とは第１の還元剤通路２７によって接続され、電動ポンプ２３と還元剤噴射弁２５とは第２の還元剤通路２８によって接続されている。電動ポンプ２３と、第１の還元剤通路２７及び第２の還元剤通路２８とは、流路切換弁３３を介して接続されている。第１の還元剤通路２７の貯蔵タンク２１側の端部は、液体還元剤の吸い上げを可能にするために、貯蔵タンク２１の底面近傍に位置している。

流路切換弁３３は、電動ポンプ２３によって圧送される液体還元剤が流れる方向を、貯蔵タンク２１側から還元剤噴射弁２５側に流れる正方向と、還元剤噴射弁２５側から貯蔵タンク２１側に流れる逆方向とに切換える機能を有している。本実施の形態にかかる還元剤供給装置２０において、流路切換弁３３は、非通電状態で第１の還元剤通路２７を電動ポンプ２３の入り口側２３ａに連通するとともに第２の還元剤通路２８を電動ポンプ２３の出口側２３ｂに連通する一方、通電状態で第１の還元剤通路２７を電動ポンプ２３の出口側２３ｂに連通するとともに第２の還元剤通路２８を電動ポンプ２３の入り口側２３ａに連通するように構成されている。

すなわち、内燃機関の運転状態においては、液体還元剤が還元剤噴射弁２５側に供給されるように、流路切換弁３３への通電は行われない。一方、内燃機関の停止時においては、還元剤供給装置２０内の液体還元剤が貯蔵タンク２１に回収されるように、流路切換弁３３に対して通電される。

なお、内燃機関の停止時に、液体還元剤を貯蔵タンク２１に回収可能とする構成は、流路切換弁３３を用いる例に限られない。例えば、逆回転可能な電動ポンプを用いることによって液体還元剤を回収可能に構成することができる。

また、第２の還元剤通路２８の途中には、他端が貯蔵タンク２１に接続されたリターン通路２９が分岐して設けられている。リターン通路２９の貯蔵タンク２１側の端部は、貯蔵タンク２１内の気相部分に接続されている。
なお、貯蔵タンク２１にはエアブリザード等が設けられることにより、内部の圧力が大気圧で保たれるように構成されている。

リターン通路２９の途中にはリリーフ弁５０が設けられている。このリリーフ弁５０は、液体還元剤の噴射制御時、すなわち、還元剤噴射弁２５側への液体還元剤の圧送時にリターン通路２９を開放し、液体還元剤の貯蔵タンク２１への回収制御時及び電動ポンプの停止時にはリターン通路２９を遮断する構成となっている。また、リリーフ弁５０は、流路面積がリターン通路２９の流路面積よりも小さくされた通路を有しており、第２の還元剤通路２８内の圧力を保持できるようになっている。弁部３５の構成の詳細については後述する。

電動ポンプ２３は、ＥＣＵ４０による通電制御によって、所定の流量の液体還元剤を吐出する。液体還元剤の噴射制御時においては、還元剤噴射弁２５に供給される液体還元剤の圧力Ｐｕがあらかじめ設定された所定の目標圧力Ｐｕ＿ｔｇｔで維持されるように、電動ポンプ２３の出力がフィードバック制御される。具体的に、第２の還元剤通路２８に圧送される液体還元剤を、リターン通路２９を介して貯蔵タンク２１に循環させながら、ＥＣＵ４０は、第２の還元剤通路２８に設けられた圧力センサ３１によって検出される圧力Ｐｕと、あらかじめ設定された所定の目標圧力Ｐｕ＿ｔｇｔとの差分ΔＰｕに基づいて電動ポンプ２３の出力をＰＩＤ制御する。また、液体還元剤を貯蔵タンク２１に回収する場合においては、ＥＣＵ４０は、例えば、あらかじめ定められた出力で電動ポンプ２３を制御する。

なお、本実施の形態にかかる還元剤供給装置２０においてはポンプユニット３０内に圧力センサ３１が設けられているが、第２の還元剤通路２８のどの位置に設けられていても構わない。

還元剤噴射弁２５は、通電制御によって開閉制御が行われ、所定量の液体還元剤を排気通路３内に噴射する。本実施の形態にかかる還元剤供給装置２０において、ＥＣＵ４０は、所定の演算式に基づいて目標噴射量Ｑｄｖ＿ｔｇｔを求めるとともに、液体還元剤の圧力Ｐｕが目標圧力Ｐｕ＿ｔｇｔとなっていることを前提として、あらかじめ定められた噴射サイクルごとに、目標噴射量Ｑｄｖ＿ｔｇｔに応じた駆動デューティ比を決定して、還元剤噴射弁２５の通電制御を行う。還元剤噴射弁２５の駆動デューティ比とは、一噴射サイクル中の開弁時間の割合を意味する。

また、液体還元剤の回収制御時においては、還元剤噴射弁２５及び第２の還元剤通路２８の内部を空気（排ガス）と置換しながら、液体還元剤を効率的に貯蔵タンク２１に回収できるように、還元剤噴射弁２５は開弁状態で保持される。

２．リリーフ弁
（１）構成
図２（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態にかかる還元剤供給装置２０のリターン通路２９に設けられたリリーフ弁５０（５０Ａ）の構成について説明するために示す図である。図２（ａ）は、リリーフ弁５０Ａの軸方向断面図を示し、図２（ｂ）は、図２（ａ）のリリーフ弁５０Ａの上面図を示し、図２（ｃ）は、図２（ａ）のリリーフ弁５０Ａの下面図を示している。

このリリーフ弁５０Ａは、軸方向に貫通する摺動孔５１ａを有する弁ハウジング５１を備えている。摺動孔５１ａの外周面には、それぞれ第１通路、第２通路となる第１通路溝５２ａ及び第２通路溝５２ｂが設けられている。また、弁ハウジング５１には、摺動孔５１ａに臨む第３通路５２ｃが設けられている。第３通路５２ｃの断面積は、第１通路溝５２ａ及び第２通路溝５２ｂの断面積に比べて小さくされている。

また、摺動孔５１ａには弁ボディ５３が軸方向に摺動自在に保持されている。この弁ボディ５３はピストン型の弁ボディであって、軸方向の両側に第１のピストン外周部５３ａ及び第２のピストン外周部５３ｂを有するとともに、中央部の外周部に還元剤通路溝５４が設けられている。

また、摺動孔５１ａの両端部には第１のスプリング押え部５７及び第２のスプリング押え部５８が挿入されて固定されている。第１のスプリング押え部５７と弁ボディ５３との間には第１のスプリング５５ａが配置され、第２のスプリング押え部５８と弁ボディ５３との間には第２のスプリング５５ｂが配置されている。

図２（ａ）に示すリリーフ弁５０Ａは、第２のスプリング押え部５８側（図の上側）が貯蔵タンク２１側であり、第１のスプリング押え部５７側（図の下側）が第２の還元剤通路２８側である。

なお、図２（ａ）〜（ｃ）のリリーフ弁５０Ａにおいては、図２（ｂ）に示すように第２通路溝５２ｂ及び第３通路溝５２ｃが軸芯を挟んで反対側に配置されているが、弁ボディ５３への流体力（側力）のバランスを考慮して、二つ又はそれ以上の第２通路溝５２ｂを軸芯を中心に対称的に設けるとともに、二つ又はそれ以上の第３通路溝５２ｃを軸芯を中心に対照的に設けるようにしても良い。

（２）動作
図２（ａ）〜（ｃ）に示すリリーフ弁５０の動作について説明すると、電動ポンプ２３の停止時、すなわち、リターン通路２９内が大気圧となっている状態においては、図３（ａ）に示すように、第１のスプリング５５ａの付勢力と第２のスプリング５５ｂの付勢力とが釣り合う位置に弁ボディ５３が静止する。この状態では、第１のピストン外周部５３ａによって還元剤通路溝５４と第２通路溝５２ｂとが遮断されるとともに、第２のピストン外周部５３ｂによって摺動孔５１ａに面する第３通路５２ｃの開口部が遮断されている。したがって、リターン通路２９は遮断された状態となっている。

電動ポンプ２３によって液体還元剤が吐出されている状態では、図３（ｂ）に示すように、第１のスプリング５５ａの付勢力と第２の還元剤通路２８側の液体還元剤の圧力（正圧）との総和が第２のスプリング５５ｂを上回り、弁ボディ５０は第２のスプリング押え部５８側に移動する。弁ボディ５３が第２のスプリング押え部５８に当接した状態では、第１通路溝５２ａと第２通路溝５２ｂが還元剤通路溝５４を介して連通し、リターン通路２９は連通状態となる。したがって、第２の還元剤通路２８内の液体還元剤の一部がリターン通路２９を介して貯蔵タンク２１に戻される。

このとき、リターン通路２９には流路面積が小さくされた絞り通路（図示せず。）が設けられていることから、第２の還元剤通路２８内の圧力を保持することができるようになっている。絞り通路を設ける位置は、リリーフ弁５０Ａよりも第２の還元剤通路２８側であってもよいし、貯蔵タンク２１側であってもよい。の第１通路溝５２ａ、第２通路溝５２ｂ、第３通路溝５２ｃ等の流路面積を小さくして、絞りとしての機能を持たせるようにしてもよい。

また、電動ポンプ２３によって液体還元剤が貯蔵タンク２１に吸い戻されている状態では、図３（ｃ）に示すように、第２の還元剤通路２８内に生じた負圧と第２のスプリング５５ｂの付勢力との総和が第１のスプリング５５ａの付勢力を上回り、弁ボディ５３は第１のスプリング押え部５７側に移動する。このときの負圧の大きさでは、弁ボディ５０は第１のスプリング押え部５７に当接する位置まで移動せずに保持された状態となる。この状態では、第１のピストン外周部５３ａによって還元剤通路溝５４と第２通路溝５２ｂとが遮断されるとともに、第２のピストン外周部５３ｂによって摺動孔５１ａに面する第３通路５２ｃの開口部が遮断されている。したがって、リターン通路２９は遮断された状態となり、還元剤噴射弁２５や第２の還元剤通路２８内に残留する液体還元剤を効率良く吸い戻すことができる。

還元剤噴射弁２５の詰まりが生じていない状態では、リリーフ弁５０Ａは基本的に図３（ｃ）の状態で保持され、還元剤噴射弁２５や第２の還元剤通路２８内の液体還元剤が貯蔵タンク２１に回収される。ただし、液体還元剤の回収制御中において、還元剤噴射弁２５の噴孔部分に付着した液体還元剤が結晶化して、還元剤噴射弁２５の詰まりを生じると、第２の還元剤通路２８内の負圧度合いが上昇することになる。そうすると、図３（ｄ）に示すように、弁ボディ５３がさらに第１のスプリング押え部５７側に移動する。弁ボディ５３が第１のスプリング押え部５７に当接した状態では、第１のピストン外周面５３ａによって第２通路溝５２ｂと還元剤通路溝５４とが遮断される一方、摺動孔５１ａに面する第３通路５２ｃの開口部が開放される。したがって、リターン通路２９は連通状態となって、リターン通路２９を介して第２の還元剤通路２８に空気が導入されるため、第２の還元剤通路２８内の負圧度合いが低下する。

ただし、第２通路溝５２ｂは遮断された状態となっており、比較的断面積の小さい第３通路５２ｃのみが開放されるため、第２の還元剤通路２８に必要以上の空気が導入されることはなく、還元剤噴射弁２５や第２の還元剤通路２８内の液体還元剤の回収効率が著しく低下することはない。第２の還元剤通路２８内の負圧度合いが低下すると、弁ボディ５３は再び図３（ｃ）の状態に戻るが、還元剤噴射弁２５の詰まりが解消されるわけではないので、以降は、図３（ｄ）と図３（ｃ）の状態が繰り返されることになる。これにより、液体還元剤の回収制御の終了時に電動ポンプ２３を停止する際に、第２の還元剤通路２８内に過大な負圧が生じていることがなくなる。

（３）圧力の推移
図４は、液体還元剤の回収制御の開始時点から終了時点までの第２の還元剤通路２８内の圧力の推移を説明するためのタイムチャート図を示している。図４には、内燃機関のキースイッチのオンオフ状態、電動ポンプ２３の出力（駆動デューティ比）、流路切換弁３３の通電のオンオフ状態、還元剤噴射弁２５の駆動デューティ比、圧力センサ３１により検出される第２の還元剤通路２８内の圧力が、それぞれ時間の経過に沿って示されている。また、還元剤噴射弁２５の詰まりが生じた場合の圧力の推移を実線で示し、還元剤噴射弁２５の詰まりが生じない場合の圧力の推移を一点鎖線で示している。

ｔ１の時点で内燃機関のキースイッチがオフになると、電動ポンプ２３の出力が一旦ゼロにされる。次いで、ｔ２の時点では、流路切換弁３３が通電状態とされて液体還元剤の流れ方向が逆方向に切り換えられるとともに、電動ポンプ２３の出力があらかじめ定められた規定値に固定される。このｔ２の時点から、液体還元剤の吸い戻しが開始される。次いで、ｔ３の時点で、還元剤噴射弁２５の駆動デューティ比が１００％とされて還元剤噴射弁２５に開弁指示が出される。これにより、還元剤噴射弁２５を介して、排気通路１１内の空気（排ガス）が第２の還元剤通路２８内に吸引可能な状態となり、第２の還元剤通路２８内が空気に置換されながら、液体還元剤が貯蔵タンク２１に回収されることとなる。

ｔ３の時点以降、還元剤噴射弁２５に詰まりが生じない場合には、第２の還元剤通路２８内の圧力は比較的小さい負圧で維持され、リリーフ弁５０Ａは図３（ｃ）に示すように遮断状態で保持されて、液体還元剤は効率的に貯蔵タンク２１内に回収される。その後、ｔ４の時点で電動ポンプ２３の駆動が停止されると、第２の還元剤通路２８が大気開放状態となるため、第２の還元剤通路２８内の圧力は大気圧に復帰する。

これ以降、ｔ４の時点からｔ５の時点まで、流路切換弁３３及び還元剤噴射弁２５は、引き続き通電状態で保持される。このｔ４からｔ５までの期間は、圧力補償期間であって、第２の還元剤通路２８内を大気圧状態に復帰させるための期間となっている。そして、ｔ５の時点では流路切換弁３３への通電が停止され、さらに少し遅れて還元剤噴射弁２５への通電が停止される。

一方、還元剤噴射弁２５に詰まりが生じた場合には、ｔ３の時点以降、第２の還元剤通路２８内の負圧度合いはさらに増大する。そうすると、リリーフ弁５０Ａは図３（ｄ）に示すように連通状態となり、第２の還元剤通路２８内に空気が導入されるために、第２の還元剤通路２８内の負圧度合いが一旦低下する。負圧度合いが低下すると、リリーフ弁５０Ａは再び図３（ｃ）に示すように遮断状態となる。したがって、ｔ３からｔ４の期間において、第２の還元剤通路２８内の負圧度合いは増加、減少を繰り返すこととなる。このとき、リリーフ弁５０Ａが連通状態となる回数が増えるごとに、第２の還元剤通路２８内の空気量が増えることから、圧力の上下動の周期（振動数）は徐々に長くなる。したがって、電動ポンプ２３の駆動を停止するｔ４の時点において、第２の還元剤通路２８内が過大な負圧状態となっているおそれを低減することができる。

還元剤噴射弁２５の詰まりが生じている場合、ｔ４の時点で電動ポンプ２３を停止した場合であっても、第２の還元剤通路２８は大気開放されないため、第２の還元剤通路２８内の圧力は電動ポンプ２３停止時とほぼ同等に維持される。その後、ｔ５の時点で流路切換弁３３への通電が停止され、さらに少し遅れて還元剤噴射弁２５への通電が停止される。これにより、残留する負圧によって、貯蔵タンク２１側から少量の液体還元剤が第１の還元剤通路２７内に吸い戻され、第２の還元剤通路２８内が大気圧に復帰する。このとき、負圧度合いが小さくされているために、吸い戻される液体還元剤が電動ポンプ２３まで到達することがない。

以上説明したように、本発明の第１の実施の形態にかかる還元剤供給装置２０によれば、液体還元剤の回収制御時において、第２の還元剤通路２８が正常な負圧状態ではリターン通路２９を遮断する一方、負圧が過大になるとリターン通路２９を連通状態とするリリーフ弁５０Ａをリターン通路２９に備えることとしている。したがって、還元剤噴射弁２５の噴孔が詰まった場合であっても、第２の還元剤通路２８内が過大な負圧状態で維持されることを防ぐことができる。その結果、電動ポンプ２３の停止時に、貯蔵タンク２１に回収された液体還元剤が再び電動ポンプ２３内に逆流することを抑えることができる。

［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態にかかる還元剤供給装置は、リターン通路２９に設けられるリリーフ弁５０Ｂの構成が第１の実施の形態にかかる還元剤供給装置２０に設けられたリリーフ弁５０Ａとは異なっている。したがって、以下、還元剤供給装置の全体的構成については図１を参照して、本実施の形態にかかるリリーフ弁５０Ｂについて説明する。

１．構成
図５（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態にかかる還元剤供給装置２０のリターン通路２９に設けられたリリーフ弁５０（５０Ｂ）の構成について説明するために示す図である。図５（ａ）は、リリーフ弁５０Ｂの軸方向断面図を示し、図５（ｂ）は、図５（ａ）のリリーフ弁５０Ｂの上面図を示し、図５（ｃ）は、図５（ａ）のリリーフ弁５０Ｂの下面図を示している。

このリリーフ弁５０Ｂは、大径開口部７１ａ及び小径開口部７１ｂを有する弁ハウジング７１を備えている。大径開口部７１ａの内部には第１の弁ボディ７５が収容され、大径開口部７１ａの開口端には蓋プレート７３が溶接等により固定され、開口端が塞がれている。蓋プレート７３には、第１通路７３ａ，７３ｂが中央部及び径方向外側に形成されており、第２の還元剤通路２８側のリターン通路２９と大径開口部７１ａ内とが連通している。

大径開口部７１ａ内に収容された第１の弁ボディ７５は、本体部７５ａの上面にカバー部７５ｂが溶接等により固定されて構成されている。本体部７５ａは、基板部７６ａと、基板部７６ａの中央から軸方向に突出して、内側がスプリング収容部とされる円筒部７６ｂと、を有している。基板部７６ａには、径方向外側の第１軸方向孔部７７ａと、径方向内側の第２軸方向孔部７７ｂが形成されている。円筒部７６ｂには、径方向孔部７７ｃが形成されている。

カバー部７５ｂは、第１の弁ボディ７５ａ側に開口する大径空間部８１ａと、第１の弁ボディ７５ａ側と反対側に開口して大径空間部８１ａと外部とを連通する小径開口部８１ｂとを有している。大径空間部８１ａ内には、第２通路８０ａが中央部に設けられた平板状の第２の弁ボディ８０が収容されており、第２の弁ボディ８０は大径空間部８１ａ内を軸方向に移動可能となっている。このカバー部７５ｂは、弁ハウジング７１の小径開口部７１ｂ内に保持されている。小径開口部７１ｂの外周部には二つの溝部７４が設けられており、第１の弁ボディ７５のカバー部７５ｂが小径開口部７１ｂ内に保持された状態で、第３通路７４が形成される。

このリリーフ弁５０Ｂでは、第１の弁ボディ７５ａがスプリング７９によってカバー部７５ｂ側に押圧され、基板部７６ａが弁ハウジング７１に当接した状態で、第１軸方向孔部７７ａ及び第３通路７４が遮断される。すなわち、第１通路と第３通路７４が遮断される。また、弁ハウジング７１の大径開口部７１ａ内の圧力、すなわち、第２の還元剤通路２８側のリターン通路２９内の圧力が、カバー部７５ｂの小径開口部８１ｂ内の圧力、すなわち、貯蔵タンク２１側のリターン通路２９内の圧力よりも小さい場合には、第２の弁ボディ８０が第１の弁ボディ７５の本体部７５ａの上面に当接して、第２軸方向孔部７７ｂ及び第２通路８０ａが遮断される。すなわち、第１通路と第２通路とが遮断される。

図５（ａ）に示すリリーフ弁５０Ｂは、カバー部７５ｂ側（図の上側）が貯蔵タンク２１側であり、蓋プレート７３側（図の下側）が第２の還元剤通路２８側である。なお、図５（ａ）〜（ｃ）に示すリリーフ弁５０Ｂにおいて、第２軸方向孔部７７ｂは必須である一方、第１軸方向孔部７７ａ及び径方向孔部７７ｃは省略されていても構わない。

２．動作
図６（ａ）〜（ｃ）に示すリリーフ弁５０Ｂの動作について説明すると、電動ポンプ２３の停止時、すなわち、リターン通路２９内が大気圧となっている状態においては、図６（ａ）に示すように、第１の弁ボディ７５がスプリング７９によって押されて基板部７６ａが弁ハウジング７１に当接し、第１軸方向孔部７７ａ及び第３通路７４が遮断される。また、第２の弁ボディ８０がその自重によって第１の弁ボディ７５の本体部７５ａに当接し、第２軸方向孔部７７ｂ及び第２通路８０ａが遮断される。したがって、第１通路と第２通路、及び、第１通路と第３通路がそれぞれ遮断され、リターン通路２９は遮断された状態となっている。

この例は、図５（ａ）に示す上下方向に従って、リリーフ弁５０Ｂを還元剤供給装置２０に配置した例であり、第２の弁ボディ８０が自重で下方に移動するようになっている。第２の弁ボディ８０を本体部７５ａに当接させるために、比較的ばね力の小さいスプリング等によって第２の弁ボディ８０を押すようにしてもよい。

電動ポンプ２３によって液体還元剤が吐出されている状態では、第２の還元剤通路２８側の液体還元剤の圧力が上昇するため、図６（ｂ）に示すように、第１の弁ボディ７５の位置は変わらず第１軸方向孔部７７ａ及び第３通路７４は遮断されたままとなる。一方、第２の還元剤通路２８側の液体還元剤の圧力が上昇すると、第２軸方向孔部７７ｂを介して伝達される圧力によって第２の弁ボディ８０が本体部７５ａから離間する。その結果、第２軸方向孔部７７ｂ及び第２通路８０ａが開放され、第１通路と第２通路が連通し、リターン通路２９は連通状態となる。したがって、第２の還元剤通路２８内の液体還元剤の一部がリターン通路２９を介して貯蔵タンク２１に戻される。このとき、第２通路８０ａの流路面積は小さくなっており、絞りとして機能するために、第２の還元剤通路２８内の圧力を保持することができるようになっている。リターン通路２９内に流路面積を小さくした絞り通路を設けるのであれば、第２通路８０ａが絞り機能を有していなくても構わない。

また、電動ポンプ２３によって液体還元剤が貯蔵タンク２１に吸い戻されている状態では、図６（ｃ）に示すように、第２の還元剤通路２８内に生じた負圧によって第２の弁ボディ８０は本体部７５ａ側に吸い付けられる。このときの負圧の大きさでは、第１の弁ボディ７５はスプリング７９の付勢力に抗して移動するにはいたらず、依然として基板部７６ａが弁ハウジング７１に当接した状態で保持される。この状態では、第１軸方向孔部７７ａ及び第３通路７４が遮断されるとともに、第２軸方向孔部７７ｂ及び第２通路８０ａが遮断されている。したがって、リターン通路２９は遮断された状態となり、還元剤噴射弁２５や第２の還元剤通路２８内に残留する液体還元剤を効率良く吸い戻すことができる。

還元剤噴射弁２５の詰まりが生じていない状態では、リリーフ弁５０Ｂは基本的に図６（ｃ）の状態で保持され、還元剤噴射弁２５や第２の還元剤通路２８内の液体還元剤が貯蔵タンク２１に回収される。ただし、液体還元剤の回収制御中において、還元剤噴射弁２５の噴孔部分に付着した液体還元剤が結晶化して、還元剤噴射弁２５の詰まりを生じると、第２の還元剤通路２８内の負圧度合いが上昇することになる。そうすると、図６（ｄ）に示すように、第２還元剤通路２８内の負圧がスプリング７９の付勢力を上回り、第１の弁ボディ７５が蓋プレート７３側に移動する。第１の弁ボディ７５が蓋プレート７３に当接した状態では、第１軸方向孔部７７ａ及び第３通路７４が開放される。すなわち、第１通路と第２通路は遮断される一方、第１通路と第３通路が連通し、リターン通路２９は連通状態となる。したがって、リターン通路２９を介して第２の還元剤通路２８に空気が導入されるため、第２の還元剤通路２８内の負圧度合いが低下する。

ただし、第１軸方向孔部７７ａの流路面積も比較的小さくされているため、第２の還元剤通路２８に必要以上の空気が導入されることはなく、還元剤噴射弁２５や第２の還元剤通路２８内の液体還元剤の回収効率が著しく低下することはない。第２の還元剤通路２８内の負圧度合いが低下すると、第１の弁ボディ７５は再び図６（ｃ）の状態に戻るが、還元剤噴射弁２５の詰まりが解消されるわけではないので、以降は、図６（ｄ）と図６（ｃ）の状態が繰り返されることになる。これにより、液体還元剤の回収制御の終了時に電動ポンプ２３を停止する際に、第２の還元剤通路２８内に過大な負圧が生じていることがなくなる。

なお、図５（ａ）〜（ｃ）に示すリリーフ弁５０Ｂを用いた本実施の形態にかかる還元剤供給装置２０の液体還元剤の回収制御時における第２の還元剤通路２８内の圧力の推移は、図４に示す第１の実施の形態の場合と同様になる。

以上説明したように、本発明の第２の実施の形態にかかる還元剤供給装置２０によれば、液体還元剤の回収制御時において、第２の還元剤通路２８が正常な負圧状態ではリターン通路２９を遮断する一方、負圧が過大になるとリターン通路２９を連通状態とするリリーフ弁５０Ｂをリターン通路２９に備えることとしている。したがって、還元剤噴射弁２５の噴孔が詰まった場合であっても、第２の還元剤通路２８内が過大な負圧状態で維持されることを防ぐことができる。その結果、電動ポンプ２３の停止時に、貯蔵タンク２１に回収された液体還元剤が再び電動ポンプ２３内に逆流することを抑えることができる。

なお、以上説明した第１及び第２の実施の形態にかかる還元剤供給装置２０は、本発明の一態様を示すものであってこの発明を限定するものではなく、これらの実施の形態は本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。

３：排気通路、１０：排気浄化装置、１３：還元触媒、２０：還元剤供給装置、２１：貯蔵タンク、２３：電動ポンプ、２３ａ：入り口側、２３ｂ：出口側、２５：還元剤噴射弁、２７：第１の還元剤通路、２８：第２の還元剤通路、２９：リターン通路、３０：ポンプユニット、３１：圧力センサ、３３：流路切換弁、４０：電子制御装置（ＥＣＵ）、５０・５０Ａ・５０Ｂ：リリーフ弁、５１：弁ハウジング、５１ａ：摺動孔、５２ａ：第１通路溝、５２ｂ：第２通路溝、５２ｃ：第３通路溝、５３：：弁ボディ、５４：還元剤通路溝、５５ａ：第１のスプリング、５５ｂ：第２のスプリング、５７：第１のスプリング押え部、５８：第２のスプリング押え部、７１：弁ハウジング、７１ａ：大径開口部、７１ｂ：小径開口部、７３：蓋プレート、７３ａ・７３ｂ：第１通路、７４：第３通路、７５：第１の弁ボディ、７５ａ：本体部、７５ｂ：カバー部、７６ａ：基板部、７６ｂ：円筒部、７７ａ：第１軸方向孔部、７７ｂ：第２軸方向孔部、７７ｃ：径方向孔部、７９：スプリング、８０：第２の弁ボディ、８０ａ：第２通路、８１ａ：大径空間部、８１ｂ：小径開口部

Claims

貯蔵タンク内の液体還元剤を吸い上げて圧送するポンプと、前記ポンプにより圧送される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弁と、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、前記ポンプにより圧送される前記液体還元剤の一部を前記貯蔵タンクに戻すために前記還元剤通路から分岐して設けられたリターン通路と、を備え、
前記内燃機関の運転時には前記ポンプにより前記液体還元剤を前記還元剤噴射弁側に圧送し、前記内燃機関の停止時には前記ポンプにより前記液体還元剤を吸い戻して前記貯蔵タンクに回収する制御が実行されるように構成された還元剤供給装置において、
前記リターン通路の途中に、前記液体還元剤の回収制御時に前記還元剤通路内に負圧が生じたときに前記リターン通路が遮断状態となる一方、前記負圧が過大な状態になると再び前記リターン通路が連通状態となって前記過大な負圧状態を解消可能としたリリーフ弁を備えることを特徴とする還元剤供給装置。
前記リリーフ弁は、弁ハウジングと、前記弁ハウジング内に保持された弁ボディと、を備え、
前記弁ハウジングは、前記還元剤通路側に連通する第１通路と、前記貯蔵タンク側に連通する第２通路及び第３通路と、を有し、
前記ポンプの非駆動状態においては、前記第２通路及び前記第３通路が遮断されて前記リターン通路が遮断状態とされ、
前記液体還元剤を前記還元剤噴射弁側に圧送している状態においては、前記第１通路と前記第２通路とが連通して前記リターン通路が連通状態とされ、
前記液体還元剤を回収している状態においては、前記第２通路及び前記第３通路が遮断されて前記リターン通路が遮断状態とされる一方、前記負圧が著しく大きくなったときには、前記第１通路と前記第３通路とが連通して前記リターン通路が連通状態とされることを特徴とする請求項１に記載の還元剤供給装置。
前記スプリングは、前記弁ボディを軸方向の一方側に付勢する第１のスプリングと、前記弁ボディを軸方向の他方側に付勢する第２のスプリングと、からなり、
前記弁ボディは、前記一方側に設けられ前記第２通路を遮断可能な第１のピストン外周部と、前記他方側に設けられ前記第３通路を遮断可能な第２のピストン外周部と、を有するとともに、前記弁ハウジング内に摺動可能に保持され、
前記液体還元剤を前記還元剤噴射弁側に圧送している状態においては、前記還元剤通路内に生じている正圧と前記第１のスプリングの付勢力との総和が前記第２の弁ボディの付勢力を上回って前記弁ボディが前記一方側に移動することによって前記第１通路と前記第２通路とが連通して前記リターン通路が連通状態とされ、
前記液体還元剤を回収している状態においては、前記還元剤通路内に生じている負圧と前記第２のスプリングの付勢力との総和が前記第１のスプリングの付勢力を上回って前記弁ボディが前記他方側に移動することによって、前記第２通路及び前記第３通路が遮断されて前記リターン通路が遮断状態とされる一方、前記負圧が著しく大きくなったときには、前記弁ボディがさらに前記他方側に移動し、前記第１通路と前記第３通路とが連通して前記リターン通路が連通状態とされることを特徴とする請求項２に記載の還元剤供給装置。
前記弁ボディは、前記弁ハウジング内で軸方向移動可能に保持され前記第３通路を遮断可能な第１の弁ボディと、前記第２通路を遮断可能な第２の弁ボディからなり、
前記液体還元剤を前記還元剤噴射弁側に圧送している状態においては、前記スプリングの付勢力によって前記第３通路が遮断状態とされる一方、前記還元剤通路内に生じている正圧によって前記第２の弁ボディが移動することによって前記第１通路と前記第２通路とが連通して前記リターン通路が連通状態とされ、
前記液体還元剤を回収している状態においては、前記スプリングの付勢力によって前記第３通路が遮断状態とされる一方、前記還元剤通路内に生じている負圧によって前記第２の弁ボディが移動することによって前記第２通路が遮断されて前記リターン通路が遮断状態とされる一方、前記負圧が著しく大きくなったときには、前記負圧によって前記第１の弁ボディが移動して前記第３通路と前記第１通路とが連通して前記リターン通路が連通状態とされることを特徴とする請求項２に記載の還元剤供給装置。