JP2017214907A

JP2017214907A - 内燃機関の尿素水添加システム

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Publication number: JP2017214907A
Application number: JP2016110727A
Authority: JP
Inventors: 浩司夏目; Koji Natsume; 高橋　康一; Koichi Takahashi; 康一高橋; 松原　淳; Atsushi Matsubara; 淳松原; 伸年原口; Nobutoshi Haraguchi
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2016-06-02
Filing date: 2016-06-02
Publication date: 2017-12-07
Anticipated expiration: 2036-06-02
Also published as: JP6743493B2

Abstract

【課題】センサに付着した気泡によるセンサの検知性能の低下を抑制する。【解決手段】内燃機関の尿素水添加システムは、尿素水を貯留するためのタンクと、タンク内に配置され、尿素水の濃度を検知するためのセンサ１００であって、互いに対向して配置された一対のセンサ面１０４，１０５を有するセンサと、少なくとも一方のセンサ面の下方に配置され、センサ面に向けて気泡を吹き出す気泡吹出口８１とを備える。【選択図】図４

Description

本発明は内燃機関の尿素水添加システムに係り、特に、ディーゼルエンジンにおいて選択還元型ＮＯｘ触媒に尿素水を添加するための尿素水添加システムに関する。

ディーゼルエンジンの排気ガス中のＮＯｘを浄化するためのシステムとして、選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ: Selective Catalytic Reduction）を用いたＳＣＲシステムが開発されている。

このＳＣＲシステムは、尿素水をＳＣＲの排気流れ方向上流側に添加し、排気ガスの熱でアンモニアを生成し、このアンモニアによってＳＣＲでＮＯｘを還元して浄化するものである。尿素水は、ＳＣＲの上流側に設けられた尿素水添加弁から添加される。

特開平６−１１８１７７号公報

こうした尿素水添加を行うための尿素水添加システム（尿素水添加弁を含む）において、尿素水を貯留するためのタンクと、タンク内に配置され、尿素水の濃度を検知するためのセンサとが設けられることがある。

この場合、センサに気泡が付着し、この気泡により正確な濃度検知が阻害されることがある。

そこで本発明は、上記課題に鑑みて創案され、その目的は、センサに付着した気泡によるセンサの検知性能の低下を抑制することができる内燃機関の尿素水添加システムを提供することにある。

本発明の一の態様によれば、
尿素水を貯留するためのタンクと、
前記タンク内に配置され、尿素水の濃度を検知するためのセンサであって、互いに対向して配置された一対のセンサ面を有するセンサと、
少なくとも一方の前記センサ面の下方に配置され、前記センサ面に向けて気泡を吹き出す気泡吹出口と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の尿素水添加システムが提供される。

好ましくは、前記尿素水添加システムは、
前記気泡吹出口よりも下方の位置に配置され、前記気泡吹出口から吹き出される気泡を供給する気泡供給口と、
前記気泡吹出口と前記気泡供給口の間の高さ位置に配置され、前記気泡供給口から供給された気泡を前記気泡吹出口に案内する案内部材と、をさらに備える。

好ましくは、前記案内部材が、前記気泡供給口を上方から覆う案内カバーからなり、
前記気泡吹出口が、前記案内カバーに設けられた穴からなる。

好ましくは、前記気泡吹出口がノズル状に形成されている。

好ましくは、前記尿素水添加システムは、
前記内燃機関の排気管に配置された尿素水添加弁と、
前記タンク内の尿素水を吸引するための尿素水吸引口と、
前記尿素水吸引口から吸引された尿素水を前記尿素水添加弁に向けて供給する尿素水供給装置と、
前記尿素水添加弁および前記尿素水供給装置を制御する制御ユニットと、をさらに備え、
前記制御ユニットは、
前記内燃機関の停止時に前記尿素水添加弁内の尿素水を前記タンクに回収するよう前記尿素水供給装置を逆転作動させ、回収終了後も前記尿素水供給装置を逆転作動させ、且つ、前記尿素水添加弁を開弁し、前記尿素水添加弁から吸引されたガスを前記尿素水吸引口から吹き出させるように構成され、
前記尿素水吸引口が前記気泡供給口をなす。

好ましくは、前記尿素水添加システムは、
前記内燃機関の排気通路に配置された尿素水添加弁と、
前記タンク内の尿素水を吸引するための尿素水吸引口と、
前記尿素水吸引口から吸引された尿素水を前記尿素水添加弁に向けて供給する尿素水供給装置と、
前記尿素水添加弁および前記尿素水供給装置を制御する制御ユニットと、をさらに備え、
前記制御ユニットは、
前記内燃機関の停止時に前記尿素水添加弁内の尿素水を前記タンクに回収するよう前記尿素水供給装置を逆転作動させ、回収終了後も前記尿素水供給装置を逆転作動させ、且つ、前記尿素水添加弁を開弁し、前記尿素水添加弁から吸引されたガスを前記尿素水吸引口から吹き出させるように構成され、
前記尿素水吸引口が前記気泡吹出口をなす。

本発明によれば、センサに付着した気泡によるセンサの検知性能の低下を抑制することができる。

本実施形態の全体構成を示す概略図である。尿素水供給装置の正転作動時の様子を示す概略図である。尿素水供給装置の逆転作動時の様子を示す概略図である。濃度センサ周辺の構成を示す概略平面図である。濃度センサ周辺の構成を示す概略正面図である。案内カバーの断面を示す図４のＶＩ−ＶＩ断面図である。本実施形態の作用を示す概略正面図である。第１変形例の構成を示す概略側面図である。第１変形例の作用を示す概略側面図である。第２変形例の構成および作用を示す概略側面図である。

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

先ず、図１を参照して本実施形態の全体構成を説明する。

本実施形態は、車両に搭載された内燃機関（エンジン）、特にディーゼルエンジン１０に適用される。ディーゼルエンジン１０の吸気マニホールド１１には、吸気管１２が接続され、排気マニホールド１３には排気管１４が接続される。吸気管１２には、吸気流量を測定するエアフローセンサ１５と、吸気スロットルバルブ１６とが設けられている。

排気マニホールド１３と吸気マニホールド１１とは、排気ガスの一部を吸気側に環流するためのＥＧＲ管１７によって連結され、そのＥＧＲ管１７にはＥＧＲクーラ１８とＥＧＲバルブ１９とが設けられる。

排気管１４には、排気ブレーキバルブ２０と排気スロットルバルブ２１が設けられ、その下流に、フィルタ装置２２とＳＣＲ装置３２が設けられる。

フィルタ装置２２は、未燃成分（ＨＣ，ＣＯ）を酸化する前段の酸化触媒（ＤＯＣ）２４と、排ガス中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集する後段のパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）２５とを備える。

ＳＣＲ装置３２は、排気ガス中のＮＯｘを還元処理する前段の選択還元型ＮＯｘ触媒（ＳＣＲ）２３と、ＳＣＲ２３の下流側に漏れ出したアンモニアを処理する後段の酸化触媒（ＤＯＣ）３３とを備える。

電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０には、エンジンの回転数を検出する回転センサ３１や、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ３４の検出値等が入力される。

ＥＣＵ３０は、車両走行中、回転数とアクセル開度に応じて筒内インジェクタ３５から噴射される燃料噴射量を制御し、また適宜吸気スロットルバルブ１６、排気ブレーキバルブ２０、排気スロットルバルブ２１を制御すると共にＥＧＲバルブ１９を開閉してＥＧＲ量を制御するようになっている。

次に、排気管１４内に尿素水を添加するための尿素水添加システム４０について説明する。

尿素水添加システム４０は、ＳＣＲ２３の排気流れ方向上流側で尿素水を排気管１４内に添加（または噴射もしくは供給）する尿素水添加弁４１を含む添加モジュール６０と、尿素水を貯留するための尿素水タンク４２と、尿素水タンク４２内の尿素水を尿素水添加弁４１に供給するための尿素水供給装置４３と、尿素水添加弁４１および尿素水供給装置４３を制御する添加制御ユニット（ＤＣＵ）４４とを備える。添加モジュール６０は、尿素水添加弁４１をハウジングに一体化してなるユニットである。

尿素水供給装置４３は、尿素水タンク４２から尿素水を吸引して尿素水添加弁４１に向かって吐出する尿素水ポンプとこうした尿素水の向きを正逆転方向に切り替える尿素水バルブとを備える。

ＤＣＵ４４およびＥＣＵ３０は、通信可能に接続され、後述の制御および演算処理を行うように構成されプログラムされた制御ユニットもしくはコントローラをなす。ＥＣＵ３０は、尿素水添加制御に必要な情報をＤＣＵ４４に出力する。詳しくはＥＣＵ３０は、エンジン運転状態、特に回転センサ３１およびアクセル開度センサ３４によりそれぞれ検出されたエンジン回転数およびアクセル開度に基づいて、尿素水添加弁４１から添加される尿素水の量すなわち尿素水添加量を決定し、この情報をＤＣＵ４４に出力する。ＤＣＵ４４は、決定された尿素水添加量が実際に添加されるよう、尿素水添加弁４１を開弁制御する。なおＤＣＵ４４およびＥＣＵ３０を一体化して制御ユニットもしくはコントローラを形成してもよい。

尿素水タンク４２内には後述の濃度センサ１００が配置され、尿素水タンク４２内に貯留された尿素水の濃度に関する情報が濃度センサからＤＣＵ４４ひいてはＥＣＵ３０に出力される。ＥＣＵ３０またはＤＣＵ４４は、この情報に基づき適切な尿素水が添加されているか判断する。またＥＣＵ３０またはＤＣＵ４４は、尿素水添加量を補正しても良い。

尿素水添加システム４０において、尿素水タンク４２、尿素水供給装置４３および添加モジュール６０は、それぞれ、破線で示す尿素水ライン６１と、実線で示す温水ライン６２とにより互いに接続されている。ここで温水とは、具体的にはエンジン１０の冷却に使用され高温となったエンジン冷却水を意味し、尿素水の凍結を防止するために尿素水を加熱する熱流体をなすものである。本実施形態では熱流体として温水を用いる。しかしながら、エンジン排気ガスやエンジンオイル等、種々の熱流体を用いることが可能である。

尿素水ライン６１は、尿素水タンク４２および尿素水供給装置４３を連結して前者から後者に尿素水を送るための第１尿素水管６４Ｕと、尿素水供給装置４３および尿素水添加弁４１を連結して前者から後者に尿素水を送るための第２尿素水管６５Ｕと、尿素水供給装置４３および尿素水タンク４２を連結して前者から後者に尿素水を戻すための第３尿素水管６６Ｕとを有する。これら各管は比較的柔軟なホースからなる。

温水ライン６２は、エンジン１０および尿素水タンク４２を連結して前者から後者に温水を送るための第１温水管６８Ｗと、尿素水タンク４２および尿素水供給装置４３を連結して前者から後者に温水を送るための第２温水管６４Ｗと、尿素水タンク４２内で第１温水管６８Ｗおよび第２温水管６４Ｗを連結するヒータパイプ７８と、尿素水供給装置４３およびエンジン１０を連結して前者から後者に温水を戻すための第３温水管６９Ｗとを有する。これら各管も比較的柔軟なホースからなる。第１温水管６８Ｗには温水の送出と停止を切り替えるタンクヒータバルブ５０が設けられる。タンクヒータバルブ５０はＤＣＵ４４により制御される。また温水ライン６２は、エンジン１０および添加モジュール６０を連結して前者から後者に温水を送るための第４温水管６５Ｗと、添加モジュール６０およびエンジン１０を連結して前者から後者に温水を戻すための第５温水管６７Ｗとを有する。これら各管も比較的柔軟なホースからなる。

エンジンの運転中には、尿素水供給装置４３の尿素水ポンプが作動されると共に尿素水バルブが正転側に切り替えられ、尿素水供給装置４３が正転作動される。このとき尿素水は、破線上の矢印で示す如く尿素水タンク４２から第１尿素水管６４Ｕ、尿素水供給装置４３、第２尿素水管６５Ｕを順に通じて添加モジュール６０の尿素水添加弁４１に供給される。添加に供されない余剰の尿素水は、尿素水供給装置４３から第３尿素水管６６Ｕを通じて尿素水タンク４２に戻される。かかる尿素水の流れ方向を順流方向という。

また尿素水供給装置４３の温水ポンプも作動され、温水が矢示の如くエンジン１０から第１温水管６８Ｗ、ヒータパイプ７８、第２温水管６４Ｗ、尿素水供給装置４３、第３温水管６９Ｗを順に通じてエンジン１０に戻される。同時に温水は、エンジン１０から第４温水管６５Ｗ、添加モジュール６０、第５温水管６７Ｗを順に通じてエンジン１０に戻される。この温水の流れ方向を順流方向という。こうして尿素水が流れる経路全体に温水が流されるようになり、外気温低下等に伴う尿素水の凍結が確実に抑制される。

他方、エンジンが停止されると、その直後、尿素水供給装置４３の尿素水ポンプが引き続き短時間だけ作動される。そして尿素水供給装置４３の尿素水バルブが逆転側に切り替えられ、尿素水供給装置４３が逆転作動される。これにより各機器および管内に残っている尿素水は全て尿素水タンク４２に回収される。このときの尿素水の流れ方向を逆流方向といい、図中に括弧付き矢印で示す。第１尿素水管６４Ｕ、第２尿素水管６５Ｕおよび第３尿素水管６６Ｕの尿素水の流れ方向は正転作動時と逆とされる。なお第３尿素水管６６Ｕを逆流した尿素水は尿素水供給装置４３内で第１尿素水管６４Ｕに送られた後、第１尿素水管６４Ｕを通じて尿素水タンク４２に回収される。

図２に、尿素水供給装置４３の正転作動時の様子を概略的に示す。尿素水供給装置４３は尿素水ポンプ５１と尿素水バルブ５２を含み、これらはＤＣＵ４４により制御される。エンジンが運転中であることを示すエンジン運転信号がＥＣＵ３０からＤＣＵ４４に送られてきたとき、ＤＣＵ４４は基本的に、尿素水ポンプ５１を作動させると共に、尿素水バルブ５２を図示するような正転側ないし正転位置に切り替える。すると、第１尿素水管６４Ｕが尿素水ポンプ５１の吸引ポート５３に接続されると共に、第２尿素水管６５Ｕおよび第３尿素水管６６Ｕが尿素水ポンプ５１の吐出ポート５４に接続され、上述の順流方向の流れが実現される。

他方、エンジンが停止されたことを示すエンジン停止信号がＥＣＵ３０からＤＣＵ４４に送られてきたとき、ＤＣＵ４４は、尿素水供給装置４３をエンジン停止時から短時間だけ逆転作動させる。このとき図３に示すように、ＤＣＵ４４は、尿素水ポンプ５１を引き続き短時間だけ作動させると共に、尿素水バルブ５２を図示するような逆転側ないし逆転位置に切り替える。すると、第２尿素水管６５Ｕおよび第３尿素水管６６Ｕが尿素水ポンプ５１の吸引ポート５３に接続されると共に、第１尿素水管６４Ｕが尿素水ポンプ５１の吐出ポート５４に接続され、上述の逆流方向の流れが実現される。こうして尿素水経路中の尿素水は全て尿素水タンク４２に回収されるが、本実施形態では後に詳しく述べるように、回収終了後も上記状態を維持し、尿素水タンク４２内にガスを吹き出させ、このガスにより作られた気泡を利用して濃度センサに付着した気泡を除去する。

図１に戻って、尿素水タンク４２は、本実施形態では樹脂製であるが、その材質は任意であり、例えば金属製とされてもよい。尿素水タンク４２は、その上面部に形成された開口部を塞ぐ蓋体７１を含み、この蓋体７１により前述のヒータパイプ７８が吊り下げ支持され、尿素水タンク４２内に配置されている。このヒータパイプ７８以外にも、様々な部品が蓋体７１により直接的または間接的に支持された状態で尿素水タンク４２内に配置されている。ヒータパイプ７８は、金属製Ｕ字管からなり、上下方向に延びると共に、尿素水タンク４２内の底部（タンク内底部という）で９０°曲げられた下端部を有する。

尿素水タンク４２内には、上下方向に延びる金属製の吸引パイプ７２およびリターンパイプ７３が配置される。吸引パイプ７２は、尿素水タンク４２内から尿素水を吸引するためのパイプであり、その下端に、尿素水の入口をなす尿素水吸引口７４を有する。尿素水吸引口７４はタンク内底部に配置される。吸引パイプ７２の上端部は、蓋体７１に支持されると共に、図示しない蓋体７１内通路および管継手を介して第１尿素水管６４Ｕに接続される。吸引パイプ７２は、蓋体７１に吊り下げ支持されたタンク内支持部材（図示せず）によっても、タンク内の適宜の箇所で支持される。なお、ヒータパイプ７８がタンク内支持部材を兼用してもよい。

リターンパイプ７３は、尿素水タンク４２内に尿素水を戻すためのパイプであり、その下端に尿素水排出口を有する。尿素水排出口は尿素水タンク４２内の上端部に配置される。リターンパイプ７３の上端部は、蓋体７１に支持されると共に、図示しない蓋体７１内通路および管継手を介して第３尿素水管６６Ｕに接続される。リターンパイプ７３はタンク内支持部材によってさらに支持されてもよい。第３尿素水管６６Ｕを順流方向に流れてきた尿素水がリターンパイプ７３を通じて尿素水タンク４２内に戻される。

また、タンク内底部には、尿素水の濃度を検知するためのセンサすなわち濃度センサ１００が配置されている。濃度センサ１００はタンク内支持部材によって支持されている。

その他、尿素水タンク４２にはレベルセンサ（残量センサ）、温度センサ、ブリーザ、水位ゲージ、フィラーキャップ、ドレンキャップ等も設けられるが、これらは本実施形態の特徴部分でないため説明を省略する。

次に、図４〜図６を参照して濃度センサ１００の周辺の構成を説明する。図４は上方から見たときの平面図、図５は前方から見たときの正面図、図６は案内カバーの断面を示す図４のＶＩ−ＶＩ断面図である。

濃度センサ１００は光学式センサからなり、センサ本体１０１と、センサ本体１０１から水平方向に突出した発光部１０２および受光部１０３とを備える。発光部１０２および受光部１０３は、それぞれ互いに対向して且つ水平方向に離間して配置された発光面１０４および受光面１０５を有する。発光面１０４および受光面１０５が一対のセンサ面をなす。センサ本体１０１の内部には発光素子が設けられ、この発光素子から発射された光が、発光部１０２に内蔵されたプリズムで直角に曲げられた後、発光面１０４から受光面１０５に向かって発射される。発射された光（図中Ｌで示す）は、発光面１０４および受光面１０５の間に位置された尿素水中を通過した後、受光面１０５にて受け入れられる。この受け入れられた光は、受光部１０３に内蔵されたプリズムで直角に曲げられた後、センサ本体１０１の内部に設けられた受光素子により感知される。

なお光学式濃度センサ１００による尿素水濃度検出方法は既知であるので説明を省略する。センサ本体１０１は図示しないワイヤハーネスを介してＤＣＵ４４に電気的に接続される。ＤＣＵ４４はセンサ本体１０１から尿素濃度もしくは尿素成分濃度に対応した検知信号を受信し、それをＥＣＵ３０に送信する。

ところで、発光面１０４および受光面１０５の少なくとも一方に、微細な気泡が表面張力により多数付着することがある。この気泡付着が生じると、気泡により光が拡散され、光を正確に検知できなくなる虞がある。そして尿素水の尿素成分濃度を正確に検知できなくなる虞がある。

そこで本実施形態においては、発光面１０４および受光面１０５の両方に気泡を吹きかけ、この気泡により、発光面１０４および受光面１０５に付着した気泡を除去するようにしている。以下、気泡除去のための構成を説明する。

本実施形態の尿素水添加システム４０は、発光面１０４および受光面１０５の下方にそれぞれ配置され、発光面１０４および受光面１０５に向けて気泡を吹き出す気泡吹出口８１を備える。また尿素水添加システム４０は、気泡吹出口８１よりも下方の位置に配置され、気泡吹出口８１から吹き出される気泡を供給する気泡供給口８２と、気泡吹出口８１と気泡供給口８２の間の高さ位置に配置され、気泡供給口８２から供給された気泡を気泡吹出口８１に案内する案内部材８３とをさらに備える。なお便宜上、図４において案内部材８３は透過して示される。また図５、図６において案内部材８３は断面で示される。

詳細には、発光面１０４および受光面１０５より下方の位置に、案内部材８３をなす案内カバー８４が配置される。そして案内カバー８４より下方の位置に、前述の吸引パイプ７２の尿素水吸引口７４が配置される。案内カバー８４における発光面１０４および受光面１０５の真下の位置に、穴すなわちカバー穴８５が設けられ、これらカバー穴８５が気泡吹出口８１をなす。尿素水吸引口７４が気泡供給口８２をなす。

吸引パイプ７２の下端部は水平方向に向かって直角に曲げられ、その先端に尿素水吸引口７４を有する。エンジン運転時には尿素水吸引口７４から吸引パイプ７２内に尿素水が吸引されるが、気泡除去時には後述するように尿素水吸引口７４から気泡が吹き出される。尿素水吸引口７４には、多数の微細孔を有するフィルタすなわちフィルタ管７５が装着され、異物の吸引が防止される。なお尿素水吸引口７４以外の場所にフィルタを設けてもよい。

尿素水吸引口７４は、平面視（図４）で見たときに、発光面１０４および受光面１０５から水平方向に離間されている。よって尿素水吸引口７４から吹き出された気泡を、発光面１０４および受光面１０５の真下の位置に案内すべく、案内部材８３としての案内カバー８４が設けられている。

案内カバー８４は、尿素水吸引口７４ひいてはフィルタ管７５全体を上方から覆うと共に、センサ本体１０１の下方の位置まで水平方向に延びている。本実施形態の案内カバー８４は平面視で略台形状であるが、その形状は任意である。尿素水吸引口７４から吹き出された気泡を案内カバー８４の下面部にて確実に捕獲し、カバー穴８５にスムーズに案内する必要がある。このため、案内カバー８４の外周縁部は下向きに折曲され、これにより下向きの鍔部８９が形成される。また案内カバー８４にはカバー穴８５に向かうほど高くなる傾斜が付けられている。

カバー穴８５は、発光面１０４および受光面１０５の全体に効率よく気泡を吹きかけられるよう、平面視において長径Ｚが発光面１０４および受光面１０５の幅Ｗよりも長い楕円形状とされている。但しカバー穴８５の形状はこれに限られない。

本実施形態において案内カバー８４には、上方に向かうほど縮径するノズル部８６が一体に形成され、このノズル部８６の上端にカバー穴８５が形成される。すなわち、本実施形態の気泡吹出口８１はノズル状に形成されている。これにより、カバー穴８５から発光面１０４および受光面１０５に効率よく気泡を吹き出すことが可能になる。また気泡除去の際に車両が傾斜していたとしても、ノズル部８６により気泡をカバー穴８５に集約し、カバー穴８５から吹き出させることができる。

次に、本実施形態の作用を説明する。

本実施形態において、発光面１０４および受光面１０５からの気泡除去はエンジン停止時に行われる。すなわち前述したように、エンジン停止直後、図３に示したように尿素水供給装置４３が逆転作動され、尿素水供給装置４３の尿素水ポンプ５１が引き続き作動され、尿素水バルブ５２は逆転側に切り替えられる。また尿素水添加弁４１は開弁（オン）される。すると尿素水添加弁４１内の尿素水が図示する経路を通って逆流し、尿素水タンク４２に回収される。また第３尿素水管６６Ｕおよびリターンパイプ７３内の尿素水も図示する経路を通って逆流し尿素水タンク４２に回収される。この回収時、尿素水は、吸引パイプ７２内を逆流し、尿素水吸引口７４から尿素水タンク４２内に吹き出される。こうした尿素水回収を行うことにより、エンジン停止中に尿素水経路内で尿素水が凍結したり結晶化したりするのを抑制ないし防止できる。

次いで、この尿素水回収終了後も引き続き尿素水供給装置４３は逆転作動され、尿素水添加弁４１は開弁される。すると、排気管１４内のガス（排気ガス、空気またはその混合ガス）が尿素水添加弁４１から吸引され、この吸引されたガスは前述の逆流経路を通って吸引パイプ７２の尿素水吸引口７４から尿素水タンク４２内の尿素水中に吹き出される。また、尿素水タンク４２内において尿素水の液面より上方に位置するガス（空気）も、リターンパイプ７３内に吸い込まれ、前述の逆流経路を通って吸引パイプ７２の尿素水吸引口７４から尿素水タンク４２内の尿素水中に吹き出される。

すると図７に示すように、尿素水吸引口７４から吹き出されたガスは、フィルタ管７５を通過する過程で微小気泡Ｂ１を生成する。この微小気泡Ｂ１は、尿素水中を浮上する過程で徐々に合体して大きくなる。こうしてできた気泡塊Ｂ２は、案内カバー８４の下面部により捕獲されると共に、案内カバー８４の下面部に沿って且つカバー穴８５に向かって浮上進行する。この進行過程でも気泡塊Ｂ２は徐々に合体して大きくなる。また気泡塊Ｂ２は、ノズル部８６により効率的にカバー穴８５に導かれる。

そして最終的に気泡塊Ｂ２は、カバー穴８５を通じてその上方へと浮上し、吹き出される。このとき気泡塊Ｂ２は、その大きな浮力を利用して比較的勢いよく吹き出されると共に、発光面１０４および受光面１０５に表面張力により付着している多数の微小気泡Ｂを引き剥がし、微小気泡Ｂを取り込んだ状態で浮上する。気泡塊Ｂ２が微小気泡Ｂより遙かに大きいので、発光面１０４および受光面１０５に付着した微小気泡Ｂを確実に引き剥がして除去することができる。従って、発光面１０４および受光面１０５からは微小気泡Ｂが除去され、微小気泡Ｂによる濃度センサ１００の検知性能の低下を抑制することができる。

エンジン停止時から、微小気泡Ｂの除去に十分な所定時間が経過したならば、尿素水ポンプ５１が停止され、尿素水バルブ５２が図２に示したような正転側に切り替えられ、尿素水添加弁４１が閉弁（オフ）される。そして車両およびエンジンは停止状態に置かれる。

次いで、エンジンの再始動時、濃度センサ１００による濃度検知が行われる。例えば、エンジン再始動のためイグニッションスイッチがオンされたタイミングで、濃度センサ１００による濃度検知が行われる。このとき、発光面１０４および受光面１０５からは微小気泡Ｂが既に除去されているので、尿素水濃度の検知を高精度で行うことができる。

なお、濃度検知のタイミングはイグニッションスイッチオンのタイミングに限られない。例えば始動用スタータオンまたはオフのタイミングであってもよいし、エンジンが再始動された直後のタイミングであってもよい。また濃度検知のタイミングは、必ずしもエンジンの再始動時でなくてもよい。

このように本実施形態によれば、発光面１０４および受光面１０５に向けて気泡塊Ｂ２を吹き出す気泡吹出口８１を設けたので、発光面１０４および受光面１０５に付着した微小気泡Ｂを気泡塊Ｂ２により引き剥がして除去することができる。よって微小気泡Ｂによる濃度センサ１００の検知性能の低下を抑制することができる。

また本実施形態によれば、気泡供給口８２から供給された気泡を気泡吹出口８１に案内する案内部材８３を設けたので、たとえ気泡供給口８２が気泡吹出口８１から離れた場所にあっても、供給された気泡を気泡吹出口８１に確実に導くことができる。よって気泡供給口８２の設置自由度を高め、レイアウト性を向上できる。

特に本実施形態のように、案内部材８３を案内カバー８４で形成し、気泡吹出口８１をカバー穴８５で形成した場合には、簡易な構成で的確に気泡を気泡吹出口８１に導くことができる。また気泡吹出口８１をノズル状に形成した場合には、たとえ車両が傾いた場合であっても、気泡を途中で逸脱させることなく確実に気泡吹出口８１に導くことができる。

さらに本実施形態によれば、エンジン停止時における尿素水供給装置４３の逆転作動を利用して排気管１４内のガスを吸引し、尿素水タンク４２内に吹き出すようにしたため、気泡生成のためのガス源を別途設けずに済み、シンプルかつ低コストな構成で気泡除去を実現することができる。

次に、変形例について説明する。

図８に示す第１変形例において、吸引パイプ７２の下端部は水平方向に向かって直角に曲げられた後、発光面１０４および受光面１０５に向かって二股に分岐され、それら分岐管の先端にそれぞれ尿素水吸引口７４を有する。尿素水吸引口７４は、発光面１０４および受光面１０５の下方、特にほぼ真下でかつ近傍の位置にそれぞれ配置され、図９に示すように、発光面１０４および受光面１０５に向けて気泡Ｂ３を直接的に吹き出すようになっている。これによっても、発光面１０４および受光面１０５に付着した微小気泡Ｂを、より大きな気泡Ｂ３により引き剥がして除去し、微小気泡Ｂによる濃度センサ１００の検知性能の低下を抑制することができる。

この第１変形例では、尿素水吸引口７４が気泡吹出口８１をなす。前述の案内カバー８４は省略されている。またフィルタ管７５も省略され、代わりのフィルタは図外の位置に設置されている。他の点は前記基本実施形態とほぼ同様である。エンジン停止時に尿素水供給装置４３の逆転作動を利用して気泡Ｂ３を生成する点も同様である。

図１０に示す第２変形例は、第１変形例の構成にノズル管８７を追加したものである。ノズル管８７は、上方に向かうほど縮径するテーパ状の短い管とされ、発光面１０４および受光面１０５と、尿素水吸引口７４との間の高さ位置に配置される。ノズル管８７は図示しないタンク内支持部材により支持される。

ノズル管８７を設けることにより、尿素水吸引口７４から吹き出された気泡Ｂ３を発光面１０４および受光面１０５に向けてより正確に導くことができる。特に車両が傾いた場合であっても、吹き出された気泡Ｂ３を、途中で逸脱させることなく、発光面１０４および受光面１０５に向けてより正確に導くことができる。

なおこの第２変形例について、見方を変えれば、尿素水吸引口７４が気泡供給口８２をなし、ノズル管８７が案内部材８３をなし、ノズル管８７の上端開口部が気泡吹出口８１をなし、気泡吹出口８１がノズル状に形成されていると解釈することも可能である。

以上の基本実施形態および各変形例の構成は、特に矛盾が無い限り、部分的にまたは全体的に組み合わせることが可能である。本実施形態の尿素水タンク４２および濃度センサ１００が、それぞれ特許請求の範囲にいうタンクおよびセンサに相当する。

以上、本発明の実施形態を詳細に述べたが、本発明は例えば以下に述べるような他の実施形態も可能である。

（１）上記実施形態では、発光面１０４および受光面１０５の両方に対して気泡吹出口８１を設けたが、いずれか一方のみに対して気泡吹出口８１を設けてもよい。

（２）濃度センサ１００の種類は任意であり、例えば超音波センサであってもよい。周知のように超音波センサは、一対のセンサ面をなす発信・受信面と反射面とを有し、発信・受信面から発信した超音波を反射面で反射させ、発信・受信面で受信し、その往復に要する時間に基づいて尿素水の尿素濃度を検出するようになっている。発信・受信面と反射面の少なくとも一方に微小気泡Ｂが付着すると、超音波の伝播が阻害されてセンサの検知性能が低下する。従って、発信・受信面と反射面の少なくとも一方に対して気泡吹出口８１を設ければ、センサの検知性能低下を抑制することができる。なお超音波センサは、複数の反射板からの反射波を受信し、受信の時間差によって尿素濃度を検出するものであってもよい。

（３）上記実施形態では、エンジン停止時における尿素水供給装置４３の逆転作動時に、発光面１０４および受光面１０５に向けて気泡を吹き出すようにしたが、他のタイミングで気泡を吹き出してもよい。例えば、エンジン運転中で且つＳＣＲ２３への尿素水添加を行わないタイミング（例えばＳＣＲ２３が非活性温度となっているタイミング）において、敢えて尿素水供給装置４３を逆転作動させて気泡を吹き出してもよい。この場合は尿素水添加弁４１を開かなくても良い。あるいは、エンジン再始動時でかつ尿素濃度検知前（特に直前）のタイミングにおいて尿素水供給装置４３を逆転作動させ、気泡を吹き出してもよい。

（４）気泡生成方法についても、前述の尿素水供給装置４３および尿素水添加弁４１を利用する方法の他、例えばエアポンプ等のガス供給源を別途設け、このガス供給源から供給されたガスにより気泡を生成してもよい。

（５）案内部材８３も変形可能であり、例えば、気泡供給口８２から気泡吹出口８１に気泡またはガスを導くパイプで形成しても構わない。

（６）尿素水供給装置４３は尿素水タンク４２に一体化された形態でも良く、濃度センサ１００は尿素水供給装置４３に組み込まれた形態でも良い。

（７）尿素水の吸戻し（逆流）は尿素水バルブ５２の切替以外に尿素水ポンプ５１を逆回転させて行っても良い。

本発明の実施形態は前述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

１０ディーゼルエンジン
１４排気管
３０電子制御ユニット（ＥＣＵ）
４０尿素水添加システム
４１尿素水添加弁
４３尿素水供給装置
４４添加制御ユニット（ＤＣＵ）
７４尿素水吸引口
８１気泡吹出口
８２気泡供給口
８３案内部材
８４案内カバー
８５カバー穴
８６ノズル部
８７ノズル管
１００濃度センサ
１０４発光面
１０５受光面

Claims

尿素水を貯留するためのタンクと、
前記タンク内に配置され、尿素水の濃度を検知するためのセンサであって、互いに対向して配置された一対のセンサ面を有するセンサと、
少なくとも一方の前記センサ面の下方に配置され、前記センサ面に向けて気泡を吹き出す気泡吹出口と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の尿素水添加システム。
前記気泡吹出口よりも下方の位置に配置され、前記気泡吹出口から吹き出される気泡を供給する気泡供給口と、
前記気泡吹出口と前記気泡供給口の間の高さ位置に配置され、前記気泡供給口から供給された気泡を前記気泡吹出口に案内する案内部材と、をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の尿素水添加システム。
前記案内部材が、前記気泡供給口を上方から覆う案内カバーからなり、
前記気泡吹出口が、前記案内カバーに設けられた穴からなる
ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の尿素水添加システム。
前記気泡吹出口がノズル状に形成されている
ことを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関の尿素水添加システム。
前記内燃機関の排気管に配置された尿素水添加弁と、
前記タンク内の尿素水を吸引するための尿素水吸引口と、
前記尿素水吸引口から吸引された尿素水を前記尿素水添加弁に向けて供給する尿素水供給装置と、
前記尿素水添加弁および前記尿素水供給装置を制御する制御ユニットと、をさらに備え、
前記制御ユニットは、
前記内燃機関の停止時に前記尿素水添加弁内の尿素水を前記タンクに回収するよう前記尿素水供給装置を逆転作動させ、回収終了後も前記尿素水供給装置を逆転作動させ、且つ、前記尿素水添加弁を開弁し、前記尿素水添加弁から吸引されたガスを前記尿素水吸引口から吹き出させるように構成され、
前記尿素水吸引口が前記気泡供給口をなす
ことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の尿素水添加システム。
前記内燃機関の排気通路に配置された尿素水添加弁と、
前記タンク内の尿素水を吸引するための尿素水吸引口と、
前記尿素水吸引口から吸引された尿素水を前記尿素水添加弁に向けて供給する尿素水供給装置と、
前記尿素水添加弁および前記尿素水供給装置を制御する制御ユニットと、をさらに備え、
前記制御ユニットは、
前記内燃機関の停止時に前記尿素水添加弁内の尿素水を前記タンクに回収するよう前記尿素水供給装置を逆転作動させ、回収終了後も前記尿素水供給装置を逆転作動させ、且つ、前記尿素水添加弁を開弁し、前記尿素水添加弁から吸引されたガスを前記尿素水吸引口から吹き出させるように構成され、
前記尿素水吸引口が前記気泡吹出口をなす
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の尿素水添加システム。