JP2015232298A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】尿素ＳＣＲシステムにおいて、尿素水をタンクに吸い戻す際に、添加弁内に異物が混入することを抑制し、かつ、ポンプ内に残留した液体を効率的にタンクに吸い戻す。【解決手段】添加弁５と尿素水タンク６の間の流路を形成する配管８に分岐管１０が接続される。その分岐管１０の一端１１は、添加弁５よりもポンプ７に寄った部位に接続され、他端１２は尿素水タンク６内における空間部６０２に接続される。分岐管１０の流路には空間部６０２が上流側となるように逆止弁１３が配置される。分岐管１０と配管８との接続部には三方弁９が配置される。ＤＣＵ１９は、添加弁５で尿素水の添加を行う際には、添加弁側配管８１とタンク側配管８２とを開通させ、分岐管１０を閉鎖するように三方弁９を切り替える。尿素水の吸い戻しを行う際には、分岐管１０とタンク側配管８２とを開通させ、添加弁側配管８１を閉鎖するように、三方弁９を切り替える。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、詳細には排気通路に添加した尿素水等の液体により、排気中の有害物質を浄化する内燃機関の排気浄化装置に関する。

従来、内燃機関の排気浄化装置の一つに尿素ＳＣＲシステムが知られている。その尿素ＳＣＲシステムでは排気通路に排気中のＮＯｘを選択的に還元浄化する触媒（ＳＣＲ触媒、ＮＯｘ選択還元触媒）が設けられる。その触媒より上流側には、排気中に還元剤としての尿素水を添加する添加弁が設けられる。触媒は、添加弁から添加された尿素水をアンモニアに変換して貯蔵し、貯蔵したアンモニアで排気中のＮＯｘを窒素と水とに分解、つまり還元する。

排気中に添加される尿素水は、−１１℃で凍結する性質を持っている。尿素水が凍結すると、尿素水の体積が増加、つまり尿素水が膨張する。尿素水を排気通路に供給する尿素水供給系（添加弁、ポンプ、配管等）内に残留した尿素水が凍結により膨張すると、その膨張により尿素水供給系が破損するおそれがある。そこで、従来では、内燃機関の停止後に、ポンプを逆回転駆動させることで、尿素水供給系内に残留した尿素水を尿素水タンクに吸い戻すことが行われている（例えば特許文献１参照）。

また、特許文献１には、尿素水添加弁の近傍に分岐管を設け、その分岐管に吸気弁（チェック弁）を設けて、尿素水を尿素水タンクに吸い戻す際には、添加弁を閉弁状態にしたうえでその吸気弁から配管内にエア（空気）を導入することが開示されている。これによれば、排気通路から添加弁内への異物の吸い込みを防ぎつつ、尿素水の吸い戻しを実現できるとしている。

特開２００８−１０１５６４号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、分岐管及び吸気弁から添加弁内に異物が混入する可能性があり、添加弁内に異物が混入すると添加弁の機能が低下するという問題がある。また、ポンプ内に尿素水等の液体が残留してそれが膨張すると、ポンプの構成部品（ポンプ内のセンサなど）が破損するおそれがある。そのため、ポンプ内に液体が残留することを抑制する必要がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、液体をタンクに吸い戻す際に、添加弁内に異物が混入することを抑制でき、かつ、ポンプ内に残留した液体を効率的にタンクに吸い戻すことができる内燃機関の排気浄化装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気中の有害物質を浄化するための液体が蓄えられたタンクと、
前記液体を前記内燃機関の排気通路に添加する添加弁と、
前記タンクと前記添加弁の間における前記液体の流路を形成する配管と、
前記配管に接続して、前記添加弁により前記液体を前記排気通路に添加する際には前記タンクから前記液体の吸い上げを行い、前記内燃機関の停止後に前記タンクへの前記液体の吸い戻しを行うポンプと、
前記ポンプから前記添加弁までの前記配管のいずれかの部位に接続して、前記液体を前記タンクに吸い戻す際に前記配管内に空気を導入する導入手段と、
前記導入手段が接続された前記配管の部位である接続部から、前記添加弁に通ずる前記配管の流路を、前記液体を前記タンクに吸い戻す際に閉鎖する流路閉鎖手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、液体の吸い戻しを行う際には、導入手段が接続された配管の部位（接続部）から配管内に空気が導入されるので、液体をタンクに効果的に吸い戻すことができる。この吸い戻しの際に、接続部から添加弁に通ずる配管の流路を閉鎖しているので、導入手段やポンプ側から添加弁側に異物が混入するのを抑制できる。また、添加弁に通ずる配管の流路を閉鎖することで、ポンプ側に残留した液体の吸い戻しを効率的に行うことができる。

本発明に係る内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気中の有害物質を浄化するための液体が蓄えられたタンクと、
前記液体を前記内燃機関の排気通路に添加する添加弁と、
前記タンクと前記添加弁の間における前記液体の流路を形成する配管と、
前記配管に接続して、前記添加弁により前記液体を前記排気通路に添加する際には前記タンクから前記液体の吸い上げを行い、前記内燃機関の停止後に前記タンクへの前記液体の吸い戻しを行うポンプと、
前記ポンプから前記添加弁までの前記配管のうち前記添加弁よりも前記ポンプに寄った部位に一端が接続し、前記タンク内における空間部に他端が接続して、前記液体を前記タンクに吸い戻す際に前記タンク内の空気を前記配管内に導入する導入手段と、
を備えることを特徴とする。

本発明によれば、液体の吸い戻しを行う際には、導入手段が接続された配管の部位（接続部）から配管内に空気が導入されるので、液体をタンクに効果的に吸い戻すことができる。この導入手段の一端は、添加弁よりもポンプに寄った配管の部位に接続しているので、仮に導入手段から配管内に異物が混入したとしても、その異物が添加弁内に混入するのを抑制できるとともに、ポンプ側に残留した液体の吸い戻しを効率的に行うことができる。また、導入手段の他端は、タンク内における空間部に接続しており、その空間部はタンクの壁面により外部から隔てられており、被水等の異物が空間部に混入しにくくなっているので、添加弁やポンプ等に異物が混入するのを抑制できる。

排気浄化システムの構成図である。 添加弁の全体構成を示した断面図である。 図２のＡ部拡大図である。 図１のＢ部拡大図である。 第１実施形態の吸い戻し処理のフローチャートである。 三方弁切替処理のフローチャートの第１例である。 三方弁切替処理のフローチャートの第２例である。 第２実施形態の吸い戻し処理のフローチャートである。 第３実施形態の吸い戻し処理のフローチャートである。 変形例に係る排気浄化システムの構成図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は、車両に搭載された排気浄化システム１の構成図である。排気浄化システム１は、本発明の「内燃機関の排気浄化装置」に相当し、内燃機関としてのディーゼルエンジン２（以下、単にエンジンという）から排出される排気中のＮＯｘを浄化する尿素ＳＣＲシステムとして構築されている。排気浄化システム１では、エンジン２に排気通路３が接続されており、エンジン２からの排気はその排気通路３を通って車両外に排出されるようになっている。

排気通路３には、排気中のＮＯｘを選択的に還元するＳＣＲ触媒４（ＮＯｘ選択還元触媒）が設けられている。そのＳＣＲ触媒４は、後述する添加弁５から添加された尿素水（還元剤）を加水分解によりアンモニア（ＮＨ３）に変換してそのアンモニアを貯蔵する。そして、ＳＣＲ触媒４は、貯蔵したアンモニア（ＮＨ３）と排気中のＮＯｘとを例えば下記式１、式２、式３の反応を行わせることで、ＮＯｘを水や窒素に分解（浄化）する。
４ＮＯ＋４ＮＨ３＋Ｏ２→４Ｎ２＋６Ｈ２Ｏ ・・・（式１）
６ＮＯ２＋８ＮＨ３→７Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ ・・・（式２）
ＮＯ＋ＮＯ２＋２ＮＨ３→２Ｎ２＋３Ｈ２Ｏ ・・・（式３）

なお、ＳＣＲ触媒４は無尽蔵にアンモニアを貯蔵できるわけではなく、ＳＣＲ触媒４に貯蔵できるアンモニアの最大貯蔵量は、ＳＣＲ触媒４の温度（触媒温度）によって変化する。触媒温度が急激に下がった場合などには、ＳＣＲ触媒４からアンモニアが放出されるアンモニアスリップという現象が発生する。そのため、排気通路３のＳＣＲ触媒４より下流には、アンモニアスリップによってＳＣＲ触媒４から放出されたアンモニアを浄化するための酸化触媒（図示外）が設けられることがある。その酸化触媒は、酸化機能を有し、アンモニアを水や窒素に分解する。

排気浄化システム１には、ＳＣＲ触媒４に尿素水を供給するために、排気通路３のＳＣＲ触媒４より上流に尿素水を供給する尿素水供給系が設けられている。具体的には、排気通路３のＳＣＲ触媒４より上流には尿素水を排気通路３に添加（供給）する添加弁５（インジェクタ）が設けられている。その添加弁５は、エンジン２の筒内に燃料を噴射する燃料噴射弁と同様の構造を有している。ここで、図２、図３は添加弁５の構造図を示し、具体的には、図２は、添加弁５の全体構成を示した断面図であり、図３は、図２のＡ部拡大図である。

図２、図３を参照して添加弁５の構造の詳細を説明すると、添加弁５は、駆動部５１と弁体部５２とを備えた電磁式開閉弁である。駆動部５１は、電磁ソレノイド５３を有し、ターミナル５４から入力される通電信号により通電される。弁体部５２は、主要な構成として、ケーシング５５内に収容されたニードル５６と、ケーシング５５に組み付けられてニードル５６の先端部を摺動可能に保持するノズルボディ５７と。ニードル５６を閉弁方向に付勢するコイルバネ５８とを有する。

ニードル５６及びノズルボディ５７内には、尿素水吸入口６３から取り込んだ尿素水を流通させるための尿素水通路５９、６０（図３参照）が設けられている。ニードル５６の先端付近の側面には複数の尿素水流通孔６１が形成されている。その尿素水流通孔６１により、尿素水通路５９、６０が連通されている。尿素水は、尿素水通路５９を通った後、尿素水流通孔６１から尿素水通路６０に進行する。また、ノズルボディ５７の先端部には先端噴出口６２（図３参照）が形成されている。

添加弁５は、ＤＣＵ１９（図１参照）からの通電信号に電磁ソレノイド５３が通電されると、該通電に伴いニードル５６が開弁方向に移動し、そのニードル５６の移動によって先端噴出口６２が開放されて尿素水が添加（噴射）される。

図１の説明に戻り、添加弁５に対しては、尿素水タンク６から尿素水が逐次供給される。その尿素水タンク６は、給液キャップ付きの密閉容器にて構成されており、その内部に所定の規定濃度の尿素水が貯蔵されている。尿素水タンク６内の上部６０２は、尿素水で満たされていない空間部とされている。その空間部６０２は、尿素水タンク６の壁面６０１（本発明の「隔壁」に相当）により外部から隔てられている。

尿素水タンク６と添加弁５の間には、尿素水の流路を形成する例えばゴム製の配管８が設けられている。その配管８の一方の先端８３は添加弁５の尿素水吸入口６３（図２参照）に接続しており、他方の先端８４はポンプ７に接続している。そのポンプ７は、本体部７１と、尿素水を本体部７１内に吸い込むための吸込口７２とを有する。本実施形態では、本体部７１は、尿素水タンク６の外部の尿素水タンク６に隣接した位置に配置されている。吸込口７２は尿素水タンク６内において尿素水に浸漬した状態で配置されている。

ポンプ７（本体部７１）は、ＤＣＵ１９からの駆動信号により回転駆動されるインライン式の電動ポンプ（例えば３相式交流モータ）であり、正逆いずれの方向にも回転が可能となっている。ポンプ７が正回転方向に回転駆動（以下、正転駆動という）されることにより、尿素水タンク６から尿素水か汲み上げられ、その尿素水が本体部７１内を通った後、配管８を通じて添加弁５側に吐出（圧送）される。反対に、ポンプ７が逆回転方向に回転駆動（以下、逆転駆動という）されることにより、尿素水供給系（配管８、ポンプ７など）に充填された尿素水を尿素水タンク６に吸い戻すことができるようになっている。なお、図１では、本体部７１は尿素水タンク６外に設けられているが、尿素水タンク６内において尿素水に浸漬した状態で設けられたとしても良い。

なお、本体部７１は、電動ポンプを構成するモータ（ステータ、ロータ等）、そのモータを駆動する駆動回路、モータの回転軸に嵌着されたインペラ、ポンプ７の駆動に必要なセンサ（本体部７１内における尿素水の圧力を検知するセンサや、尿素水の温度を検知するセンサなど）などから構成されている。

配管８の途中には、配管８から分岐した分岐管１０が接続されている。その分岐管１０は、尿素水タンク６及びポンプ７の近傍に設けられている。具体的には、分岐管１０の一方の端部１１は、ポンプ７から添加弁５までの配管８のうち添加弁５よりもポンプ７に寄った部位に接続している。より具体的には、分岐管１０の端部１１は、ポンプ７の直上に位置する配管８の部位に接続している。また、尿素水タンク６の上部の壁面６０１には貫通孔が形成されており、その貫通孔に合わさる形で分岐管１０の他方の端部１２が壁面６０１に接続している。つまり、分岐管１０の端部１２は、尿素水タンク６内における空間部６０２に繋がっている。

また、分岐管１０の流路には、一方向の流体の流れは許容し、その方向と反対方向への流体の流れ（逆流）は禁止する構造を有した逆止弁１３が配置されている。その逆止弁１３の配置方向は、端部１２から端部１１の方に流体が流れることは許容し、端部１１から端部１２の方に流体が流れることは禁止する配置方向となっている。逆止弁１３は、内蔵バネの付勢力と尿素水圧力とのバランスにより開閉する機械式のチェック弁により構成されている。ポンプ７が逆転駆動された時に配管８内の負圧により逆止弁１３が開放されるようになっている。

さらに、分岐管１０が接続された配管８の部位である接続部には三方弁９が設けられている。ここで、図４は、図１のＢ部拡大図である。図４に示すように、三方弁９は、分岐管１０と配管８の分岐点１００（接続部）に接続された開閉部９１を有する。その開閉部９１が分岐点１００を基点として図４に示す位置Ｃと、位置Ｄのいずれかに切り替えられることで、分岐管１０の流路の開閉が行われる。具体的には、開閉部９１が位置Ｃにあるときには、分岐管１０の流路が閉鎖するとともに、接続部より添加弁５側の配管８１（添加弁側配管）の流路と、接続部より尿素水タンク６側（ポンプ７側）の配管８２（タンク側配管）の流路とが開通する。これに対し、開閉部９１が位置Ｄにあるときには、分岐管１０の流路とタンク側配管８２の流路とが開通するとともに、タンク側配管８２から見て添加弁側配管８１の流路が閉鎖する（タンク側配管８２の流路と添加弁側配管８１の流路とが遮断される）。以下では、開閉部９１が位置Ｃにある状態を第１流路状態と言い、開閉部９１が位置Ｄにある状態を第２流路状態と言う。

添加弁側配管８１には、添加弁側配管８１内の圧力を検知する圧力センサ１４が設けられている。また、配管８の途中には、尿素水を濾過する多孔質状の尿素水フィルタ（図示外）が設けられている。

さらに、排気通路３の添加弁５より上流には、排気中のＮＯｘ濃度（ＳＣＲ触媒４を通過する前のＮＯｘ濃度）を検知するＮＯｘセンサ１５や排気温を検知する排気温センサ１６が設けられている。また、排気通路３の添加弁５とＳＣＲ触媒４の間には、排気温を検知する排気温センサ１７が設けられている。また、排気通路３のＳＣＲ触媒４より下流には、排気中のＮＯｘ濃度（ＳＣＲ触媒４を通過した後のＮＯｘ濃度）を検知するＮＯｘセンサ１８が設けられている。これらセンサ１５〜１８は、例えば、添加弁５により添加する尿素水の量や添加時期を制御するために用いられる。

排気浄化システム１はＤＣＵ（Ｄｏｓｉｎｇ Ｃｏｎｔｏｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１９を備えている。そのＤＣＵ１９は、周知のマイクロコンピュータを備え、エンジン２が作動（オン）している間、各種センサの検出値に基づいて添加弁５による排気通路３内への尿素水添加（尿素水の添加時期、添加量）を制御する。また、ＤＣＵ１９は、三方弁９やポンプ７の駆動制御を行い、具体的には、添加弁５により尿素水添加を行う際には、三方弁９を第１流路状態（図４の位置Ｃの状態）にしたうえで、ポンプ７を正転駆動させる。これによって、分岐管１０が閉鎖されることになるので、配管８内を流れる尿素水が分岐管１０に流れ込むのを抑制でき、また、分岐管１０から配管８内に空気や異物が導入されるのを抑制できる。よって、尿素水を添加弁５に効率的に送ることができるとともに、添加弁５に異物が混入するのを抑制できる。

ここで、尿素水は−１１℃で凍結し、凍結すると約７％体積が増加する。そのため、エンジン２の停止時に、尿素水供給系内（添加弁５、配管８、ポンプ７等）に尿素水が充填されていると、その尿素水の凍結による体積の膨張により、尿素水供給系が破損するおそれがある。一方で、本発明者は、添加弁５内に尿素水が残留することよりも、ポンプ７内に尿素水が残留することのほうが問題であると考える。ポンプ７の本体部７１には、モータやポンプ７（モータ）の駆動に必要なセンサなどが配置されており、尿素水が凍結して膨張すると、それらが破損して、ポンプ７の機能が低下してしまうからである。

また、尿素水供給系内に残留した尿素水を尿素水タンク６に吸い戻す際に、添加弁５に異物が混入するのを避ける必要がある。添加弁５に異物が混入すると、図３に示すように、先端噴出口６２に異物の詰まりや、ニードル５６による異物の噛み込みなどが発生して、添加弁５の機能が低下してしまうからである。

ＤＣＵ１９は、以上の問題を踏まえて、エンジン２の停止後に尿素水供給系に残留した尿素水を尿素水タンク６に吸い戻す（回収する）吸い戻し処理を実行する。以下、この吸い戻し処理の詳細を説明する。図５は、吸い戻し処理のフローチャートである。図５の処理は、ＤＣＵ１９が作動している間、所定時間おきに繰り返し実行される。

図５の処理を開始すると、ＤＣＵ１９は、先ず、尿素水の吸い戻し制御の実行条件が成立したか否かの判断として、エンジン２の停止と、ポンプ７の停止とが両方成立しているか否かを判断する（Ｓ１１）。エンジン２の停止は、例えばエンジン２のオンオフを行うイグニッションスイッチ（図示外）がオフされたか否かに基づいて判断すれば良い。エンジン２の停止と、ポンプ７の停止とが両方成立しない場合、つまり、エンジン２とポンプ７の少なくとも一方が作動している場合には（Ｓ１１：Ｎｏ）、図５の処理を終了する。この場合には、尿素水の吸い戻し制御は実行されない。

一方、エンジン２の停止と、ポンプ７の停止とが両方成立した場合には（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、Ｓ１２に移行して、三方弁９を第２流路状態（図４の位置Ｄの状態）に切り替える。その後、ポンプ７を逆転駆動させて、尿素水供給系に残留した尿素水を尿素水タンク６に吸い戻す（Ｓ１３）。これによって、空間部６０２の空気が分岐管１０及び逆止弁１３を通じて配管８内に導入される。そして、配管８内に導入された空気がタンク側配管８２及びポンプ７（本体部７１）内を流通する。よって、タンク側配管８２及びポンプ７内に残留していた尿素水を、吸込口７２（この場合は排出口として機能する）を介して尿素水タンク６に吸い戻すことができる。

また、尿素水の吸い戻しの際には、添加弁５を閉弁状態にしておくのが好ましい。これによって、排気通路３から添加弁５内に異物が混入するのを抑制できる。

吸い戻し制御は予め定められた時間だけ実行する。この予め定められた時間は、吸い戻し制御の実行後に尿素水供給系内に尿素水が残留しないように、又は残留したとしても尿素水が凍結により膨張した時にその膨張体積を吸収できる空間が添加弁５内に存在するように、設定される。吸い戻し制御を実行した後、図５のフローチャートの処理を終了する。ＤＣＵ１９は、図５の吸い戻し処理を終了したことを示す終了フラグをオンにする。

図５の吸い戻し処理は、尿素水の吸い戻しの終了までの処理であるが、吸い戻しの際に第２流路状態に切り替えた三方弁９を元の第１流路状態に戻す必要がある。そこで、ＤＣＵ１９は、例えば、図６又は図７に示す三方弁切替処理を実行する。図６、図７の三方弁切替処理は、図５の吸い戻し処理と並列的に実行され、ＤＣＵ１９が作動している間、所定時間おきに繰り返し実行される。

先ず、図６の処理から説明する。図６の処理を開始すると、ＤＣＵ１９は、上記終了フラグがオンになっているか否か、つまり、尿素水の吸い戻しが終了したか否かを判断する（Ｓ３１）。終了フラグがオフの場合には（Ｓ３１：Ｎｏ）、尿素水の吸い戻しが未だ終わっていないとして、図６の処理を終了する。一方、終了フラグがオンになっている場合には（Ｓ３１：Ｙｅｓ）、尿素水の吸い戻しが終了したとして、三方弁９を第２流路状態（図４の位置Ｄの状態）から第１流路状態（図４の位置Ｃの状態）に切り替える（Ｓ３２）。その後、図６の処理を終了する。

この図６の処理によれば、尿素水の吸い戻しが終了したことに基づいて、三方弁９を元の位置に切り替えているので、その後にエンジン２が始動して尿素水を添加弁５で添加する際に、尿素水を尿素水タンク６から添加弁５に供給することができる。

次に、図７の処理を説明する。図７の処理を開始すると、ＤＣＵ１９は、イグニッションスイッチがオンしたか否かなどに基づいて、エンジン２が始動したか否かを判断する（Ｓ４１）。エンジン２が停止している場合には（Ｓ４１：Ｎｏ）、図７の処理を終了する。エンジン２が始動した場合には（Ｓ４１：Ｙｅｓ）、三方弁９を第２流路状態（図４の位置Ｄの状態）から第１流路状態（図４の位置Ｃの状態）に切り替える（Ｓ４２）。その後、図７の処理を終了する。

この図７の処理によれば、エンジン２が始動したことに基づいて、三方弁９を元の位置に切り替えているので、エンジン２の始動後に尿素水を添加弁５で添加する際に、尿素水を尿素水タンク６から添加弁５に供給することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、尿素水の吸い戻しの前に予め三方弁９を第２流路状態に切り替えて、添加弁側配管８１を閉鎖しているので、添加弁側配管８１及び添加弁５側から、ポンプ７側に異物が混入するのを抑制できる。反対に、ポンプ７、分岐管１０側から、添加弁側配管８１及び添加弁５側に異物が混入するのを抑制できる。また、添加弁側配管８１を閉鎖することで、タンク側配管８２及びポンプ７に効率的に空気を流通させることができ、その結果、タンク側配管８２及びポンプ７に残留していた尿素水を効率的に吸い戻すことができる。よって、ポンプ７の破損を効果的に抑制できる。

また、分岐管１０の一方の端部１１をポンプ７の直上に配置し、他方の端部１２を尿素水タンク６に接続しているので、分岐管１０が長くなるのを抑えることができる。つまり、尿素水の吸い戻しに関する構成を簡素にできる。また、逆止弁１３の上流側（分岐管１０の端部１２）を外部から隔てられた空間部６０２に接続しているので、逆止弁１３から配管８内に、被水などの異物が混入してしまうのを抑制できる。よって、尿素水供給系の機能低下を抑制できる。尿素水タンク６の空間部６０２を利用することで、別に空間部を用意する必要がないので、構成を簡素にできる。

さらに、配管８への空気導入手段（三方弁９、分岐管１０、逆止弁１３）が、添加弁５よりもポンプ７側に配置されているので、仮に空気導入手段から配管８内に異物が混入したとしても、その異物が添加弁５内に混入するのを抑制できるとともに、タンク側配管８２及びポンプ７に効率的に空気を流通させることができる。

また、本実施形態では、機械式の逆止弁１３（チェック弁）を用いているので、逆止弁１３の作動を制御しなくても、逆止弁１３から配管８に空気を導入でき、配管８から逆止弁１３側に空気の逆流を防止できる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を上記実施形態と異なる部分を中心に説明する。本実施形態の排気浄化システムの構成は図１の構成である。ＤＣＵ１９が実行する吸い戻し処理が第１実施形態と異なり、それ以外は第１実施形態と同じである。ＤＣＵ１９は図８に示す吸い戻し処理を実行する。以下、図８の吸い戻し処理の詳細を説明する。図８の処理は、ＤＣＵ１９が作動している間、所定時間おきに繰り返し実行される。

図８の処理を開始すると、ＤＣＵ１９は、先ず、尿素水の吸い戻し制御の実行条件が成立したか否かの判断として、エンジン２の停止と、ポンプ７の停止とが両方成立しているか否かを判断する（Ｓ２１）。エンジン２の停止とポンプ７の停止とが両方成立しない場合には（Ｓ２１：Ｎｏ）、図８の処理を終了する。

一方、エンジン２の停止とポンプ７の停止とが両方成立した場合には（Ｓ２１：Ｙｅｓ）、ポンプ７を逆転駆動させて、尿素水の吸い戻しを開始するとともに（Ｓ２２）、その開始からの経過時間の計測を開始する（Ｓ２３）。その時間計測は例えばＤＣＵ１９内に備えられたタイマー（図示外）を用いれば良い。吸い戻しの開始時点では、三方弁９は第１流路状態（図４の位置Ｃの状態）のままである。そのため、開始からしばらくの間は尿素水供給系全体に対して尿素水の吸い戻しが行われて、この吸い戻しの進行に伴って添加弁側配管８１及び添加弁５内の圧力が下がっていく。なお、尿素水供給系全体に対して尿素水の吸い戻しを行っている間は、添加弁５を開弁状態にしても良いし、閉弁状態にしても良い。添加弁５を開弁状態にすることで、効率的に添加弁５内の圧力を下げることができる。また、添加弁５を閉弁状態にすることで、添加弁５内に排気通路３からの異物が混入するのを抑制できる。

次に、吸い戻し開始からの経過時間が所定時間に達したか否かを判断する（Ｓ２４）。この所定時間は、添加弁側配管８１及び添加弁５内の圧力が所定圧力未満となるように、実験や計算により設定された時間である。経過時間が所定時間に未だ達していない場合には（Ｓ２４：Ｎｏ）、所定時間に達するまで待機する。経過時間が所定時間に達した場合には（Ｓ２４：Ｙｅｓ）、三方弁９を第２流路状態（図４の位置Ｄの状態）に切り替える（Ｓ２５）。これによって、添加弁５側の吸い戻しが停止して、ポンプ７側の吸い戻しが継続する。その後、吸い戻し制御を予め定められた時間だけ実行した後、ポンプ７を停止させて、吸い戻し制御を終了する（Ｓ２６）。その後、図８のフローチャートの処理を終了する。また、ＤＣＵ１９は、第１実施形態と同様に、図６又は図７の処理を実行して、吸い戻しの終了やエンジン２の始動に基づいて三方弁９を第２流路状態から第１流路状態に戻す。

以上説明したように、本実施形態によれば、上記実施形態と同様の効果が得られる。加えて、本実施形態では、尿素水の吸い戻しの開始から所定時間経過後に三方弁９を切り替えているので、添加弁側配管８１及び添加弁５内の圧力を下げることができる。これにより、添加弁側配管８１及び添加弁５内に残留していた尿素水が仮に凍結により膨張したとしても、膨張時の体積増加を抑えることができ、添加弁側配管８１及び添加弁５の破損を抑制できる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を上記実施形態と異なる部分を中心に説明する。本実施形態の排気浄化システムの構成は図１の構成である。ＤＣＵ１９が実行する吸い戻し処理が第１、第２実施形態と異なり、それ以外は第１、第２実施形態と同じである。ＤＣＵ１９は図９に示す吸い戻し処理を実行する。以下、図９の吸い戻し処理の詳細を説明する。図９の処理は、ＤＣＵ１９が作動している間、所定時間おきに繰り返し実行される。

図９の処理を開始すると、ＤＣＵ１９は、先ず、尿素水の吸い戻し制御の実行条件が成立したか否かの判断として、エンジン２の停止と、ポンプ７の停止とが両方成立しているか否かを判断する（Ｓ５１）。エンジン２の停止とポンプ７の停止とが両方成立しない場合には（Ｓ５１：Ｎｏ）、図９の処理を終了する。

一方、エンジン２の停止とポンプ７の停止とが両方成立した場合には（Ｓ５１：Ｙｅｓ）、ポンプ７を逆転駆動させて、尿素水の吸い戻しを開始する（Ｓ５２）。第２実施形態と同様に、最初は、添加弁側配管８１及び添加弁５を含む尿素水供給系全体に対して尿素水の吸い戻しを行う。また、添加弁５は開弁状態にしても良いし、閉弁状態にしても良い。

次に、圧力センサ１４（図１参照）が検知した尿素水圧力Ｐ（添加弁側配管８１内の圧力）を読み込む（Ｓ５３）。次に、その尿素水圧力Ｐが所定圧力より高いか否かを判断する（Ｓ５４）。尿素水圧力Ｐが所定圧力より低い場合には（Ｓ５４：Ｎｏ）、三方弁９を第２流路状態（図４の位置Ｄの状態）に切り替える（Ｓ５８）。これによって、添加弁５側の吸い戻しが停止して、ポンプ７側の吸い戻しが継続する。その後、吸い戻し制御を予め定められた時間だけ実行した後、ポンプ７を停止させて、吸い戻し制御を終了し（Ｓ５９）、図９のフローチャートの処理を終了する。

一方、Ｓ５４において、尿素水圧力Ｐが所定圧力より高い場合には（Ｓ５４：Ｙｅｓ）、次に尿素水圧力Ｐの読み込みを行うまでインターバル（待機時間）を設ける（Ｓ５５）。このインターバルの長さは、前回に読み込んだ尿素水圧力Ｐの値によって変化させる。具体的には、尿素水圧力Ｐが高いほどインターバルを長くする。例えば、尿素水圧力Ｐと、インターバルの長さとの関係（マップ）をＤＣＵ１９内のメモリに予め記憶しておき、この関係に基づいて今回の尿素水圧力Ｐに対応するインターバルの長さを決定すれば良い。

Ｓ５５で設定したインターバルの経過後、再び圧力センサ１４から尿素水圧力Ｐを読み込み（Ｓ５６）、その尿素水圧力Ｐが所定圧力より低くなったか否かを判断する（Ｓ５７）。未だ低くなっていない場合には（Ｓ５７：Ｎｏ）、Ｓ５５に戻り、直前に読み込んだ尿素水圧力Ｐに基づいて再度インターバルを設け（Ｓ５５）、そのインターバルの経過後に再度尿素水圧力Ｐを読み込む（Ｓ５６）。

Ｓ５７において尿素水圧力Ｐが所定圧力より低くなった場合には（Ｓ５７：Ｙｅｓ）、三方弁９を第２流路状態に切り替え（Ｓ５８）、吸い戻し制御を終了する（Ｓ５９）。また、ＤＣＵ１９は、第１、第２実施形態と同様に、図６又は図７の処理を実行して、吸い戻しの終了やエンジン２の始動に基づいて三方弁９を第２流路状態から第１流路状態に戻す。

以上説明したように、本実施形態によれば、上記実施形態と同様の効果が得られる。加えて、本実施形態では、尿素水の吸い戻しの開始後に、尿素水圧力Ｐが所定圧力より低くなった後に三方弁９を切り替えているので、添加弁側配管８１及び添加弁５内の圧力を確実に下げることができる。これにより、添加弁側配管８１及び添加弁５内に残留していた尿素水が仮に凍結により膨張したとしても、膨張時の体積増加を抑えることができ、添加弁側配管８１及び添加弁５の破損を抑制できる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載を逸脱しない限度で種々の変更が可能である。例えば上記実施形態では逆止弁（分岐管）の上流側を尿素水タンク（空間部）に接続していたが、図１０に示すように、逆止弁１３の上流側を開放（無接続）（隔壁を有しない空間部に接続）しても良い。なお、図１０の排気浄化システム１ａは、逆止弁１３（分岐管１０ａ）の上流側が開放されている点以外は、図１の構成と同じである。これによって、分岐管１０ａを短くできるので、構成を簡素にできる。また、逆止弁の上流側を尿素水タンク以外の隔壁を有した空間部に接続しても良い。

また、上記実施形態では、分岐管と配管との接続部に三方弁を配置していたが、この三方弁を省略しても良い。これによっても、尿素水の吸い戻しが可能である。また、三方弁を省略したとしても空気導入手段（分岐管、逆止弁）がポンプ側に配置されているので、空気導入手段から配管内に導入された空気、異物等が添加弁に回り込みにくくなるとともに、ポンプ側に効率的に空気を流通させることができ、ポンプ側に残留していた尿素水を効率的に吸い戻すことができる。

また、上記実施形態では、分岐管に逆止弁を配置した例を説明したが、接続部に三方弁を配置した構成を採用する場合には逆止弁を省略しても良い。これによっても、添加弁で尿素水を添加する時には三方弁により分岐管が閉鎖することになるので、尿素水が分岐管を逆流するのを回避できる。

また、三方弁及び機械式の逆止弁の構成に代えて、分岐管の流路を電気的に開閉する吸気弁（例えば、シャッター弁など）を採用しても良い。この場合、添加弁で尿素水の添加を行う際には、吸気弁を閉弁して分岐管の流路を閉鎖する。これによって、尿素水が分岐管を逆流するのを回避できる。また、尿素水の吸い戻しを行う際には、吸気弁を開弁して分岐管を開通させる。これによって、吸気弁から配管内に空気を導入でき、尿素水の吸い戻しを行うことができる。

また、上記実施形態では、分岐管と配管との接続部に三方弁を配置しているが、この三方弁を省略して、接続部よりも添加弁側の配管（添加弁側配管）のいずれかの位置に、流路を開閉する開閉弁（例えばシャッター弁）を設けても良い。この場合、添加弁で尿素水の添加を行う際には、開閉弁を開弁して添加弁側配管を開通させる。これに対し、尿素水の吸い戻しを行う際には、開閉弁を閉弁して添加弁側配管を閉鎖する。これによっても、接続部から配管内に導入された空気や異物が添加弁に回り込むのを回避できるとともに、ポンプ側の尿素水の吸い戻しを効率的に行うことができる。

また、上記実施形態では、空気導入手段（分岐管、逆止弁、三方弁）をポンプ側に配置した例を説明したが、空気導入手段を添加弁側（ポンプよりも添加弁に寄った位置）に配置しても良い。これによっても、三方弁の存在により、空気導入手段から配管内に導入された空気や異物が添加弁に回り込むのを回避できるとともに、ポンプ側の尿素水の吸い戻しを効率的に行うことができる。

また、尿素水の吸い戻しを開始する前に、圧力センサ１４（図１参照）から尿素水圧力Ｐを読み込んで、その尿素水圧力Ｐが所定圧力より低い場合には、吸い戻し開始前に三方弁９を第２流路状態に切り替え、尿素水圧力Ｐが所定圧力より高い場合には、図８のＳ２２以降の処理又は図９のＳ５２以降の処理を実行しても良い。

また、上記実施形態では、正逆いずれの方向にも回転が可能なポンプを採用していたが、正方向のみの回転が可能なポンプと、そのポンプの吸込口及び排出口に接続する流路を、ポンプより添加弁側の流路と、尿素水タンク側の流路との間で切り替える流路切替弁とを採用しても良い。この場合、添加弁で尿素水の添加を行う際には、ポンプの吸込口に尿素水タンク側の流路を接続し、ポンプの排出口に添加弁側の流路を接続するように、流路切替弁を制御する。これに対し、尿素水の吸い戻しを行う際には、ポンプの吸込口に添加弁側の流路を接続し、ポンプの排出口に尿素水タンク側の流路を接続するように、流路切替弁を制御する。

また、例えば、ガソリンエンジン、特にリーンバーンエンジン用の尿素ＳＣＲシステムに本発明を適用しても良い。また、尿素水以外の還元剤（例えば、アンモニア含有の水溶液）を用いる排気浄化システムに本発明を適用しても良い。

なお、上記実施形態において、三方弁９、分岐管１０、逆止弁１３及び三方弁９を制御するＤＣＵ１９が本発明における「導入手段」に相当する。三方弁９及び三方弁９を制御するＤＣＵ１９が本発明における「流路閉鎖手段」に相当する。また、ＤＣＵ１９が本発明における「添加弁制御手段」に相当する。三方弁９が本発明における「切替弁」に相当する。図５のＳ１２、図８のＳ２５、図９のＳ５３〜Ｓ５８、図６及び図７の処理を実行するＤＣＵ１９が本発明における「切替制御手段」に相当する。また、圧力センサ１４が本発明における「圧力検知手段」に相当する。

１、１ａ 排気浄化システム（内燃機関の排気浄化装置）
２ ディーゼルエンジン（内燃機関）
３ 排気通路
５ 添加弁
６ 尿素水タンク（タンク）
７ ポンプ
８ 配管
９ 三方弁
１０ 分岐管
１３ 逆止弁
１９ ＤＣＵ

Claims (15)

1. 内燃機関（２）の排気中の有害物質を浄化するための液体が蓄えられたタンク（６）と、
   前記液体を前記内燃機関の排気通路（３）に添加する添加弁（５）と、
   前記タンクと前記添加弁の間における前記液体の流路を形成する配管（８）と、
   前記配管に接続して、前記添加弁により前記液体を前記排気通路に添加する際には前記タンクから前記液体の吸い上げを行い、前記内燃機関の停止後に前記タンクへの前記液体の吸い戻しを行うポンプ（７）と、
   前記ポンプから前記添加弁までの前記配管のいずれかの部位に接続して、前記液体を前記タンクに吸い戻す際に前記配管内に空気を導入する導入手段（９、１０、１３、１９）と、
   前記導入手段が接続された前記配管の部位である接続部から、前記添加弁に通ずる前記配管の流路を、前記液体を前記タンクに吸い戻す際に閉鎖する流路閉鎖手段（９、１９）と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置（１、１ａ）。
2. 前記液体を前記タンクに吸い戻す際に前記添加弁を閉弁状態にする添加弁制御手段（１９）を備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記導入手段は、前記添加弁により前記液体を前記排気通路に添加する際には前記配管内への空気の導入を禁止することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記導入手段は、下流側（１１）が前記接続部に接続し、上流側（１２）が空気を有した空間部（６０２）に位置して、前記空間部から前記接続部の方に流体が流れることは許容し、前記接続部から前記空間部の方に流体が流れることは禁止する逆止弁（１３）を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記導入手段及び前記流路閉鎖手段は、
   前記接続部に設けられて、前記接続部より前記タンク側の前記配管であるタンク側配管（８２）の流路と前記接続部より前記添加弁側の前記配管である添加弁側配管（８１）の流路とを開通させ、前記導入手段の流路（１０）を閉鎖する第１流路状態と、前記タンク側配管の流路と前記導入手段の流路とを開通させ、前記添加弁側配管の流路を閉鎖する第２流路状態との間で切り替えを行う切替弁（９）と、
   前記液体を前記排気通路に添加する際には前記切替弁を前記第１流路状態にし、前記液体を前記タンクに吸い戻す際には前記切替弁を前記第２流路状態にする切替制御手段（１９）とを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 前記切替制御手段（Ｓ１２）は、前記液体の前記タンクへの吸い戻し開始前に前記切替弁を前記第２流路状態に切り替えることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
7. 前記切替制御手段（Ｓ２５、Ｓ５３〜Ｓ５８）は、前記液体の前記タンクへの吸い戻し開始後に前記切替弁を前記第２流路状態に切り替えることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置。
8. 前記配管内の圧力を検知する圧力検知手段（１４）を備え、
   前記切替制御手段（Ｓ５３〜Ｓ５８）は、前記圧力検知手段が検知した圧力が所定値未満になるまでは前記切替弁を前記第１流路状態にし、前記圧力が前記所定値未満になった後に前記切替弁を前記第２流路状態に切り替えることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
9. 前記切替制御手段（Ｓ３１、Ｓ３２）は、前記液体の前記タンクへの吸い戻しが終了したことに基づいて前記切替弁を前記第２流路状態から前記第１流路状態に切り替えることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
10. 前記切替制御手段（Ｓ４１、Ｓ４２）は、前記内燃機関が始動したことに基づいて前記第２流路状態から前記第１流路状態に切り替えることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
11. 前記空間部は、前記空間部の外部と内部とを隔てる隔壁（６０１）を有することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気浄化装置。
12. 前記空間部は、前記タンク内における空間部であることを特徴とする請求項１１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
13. 前記逆止弁の前記下流側は、前記ポンプから前記添加弁までの前記配管のうち前記添加弁よりも前記ポンプに寄った部位に接続したことを特徴とする請求項１２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
14. 内燃機関（２）の排気中の有害物質を浄化するための液体が蓄えられたタンク（６）と、
    前記液体を前記内燃機関の排気通路（３）に添加する添加弁（５）と、
    前記タンクと前記添加弁の間における前記液体の流路を形成する配管（８）と、
    前記配管に接続して、前記添加弁により前記液体を前記排気通路に添加する際には前記タンクから前記液体の吸い上げを行い、前記内燃機関の停止後に前記タンクへの前記液体の吸い戻しを行うポンプ（７）と、
    前記ポンプから前記添加弁までの前記配管のうち前記添加弁よりも前記ポンプに寄った部位に一端（１１）が接続し、前記タンク内における空間部（６０２）に他端（１２）が接続して、前記液体を前記タンクに吸い戻す際に前記タンク内の空気を前記配管内に導入する導入手段（９、１０、１３、１９）と、
    を備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置（１、１ａ）。
15. 前記液体は、前記排気通路に設けられたＮＯｘ選択還元触媒において排気中のＮＯｘを還元させるための尿素水であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置。

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