JP2021067248A - 尿素水供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】選択還元触媒の浄化効率を向上しつつ、尿素配管中の残留尿素水の凍結を回避することができる尿素水供給装置を提供する。【解決手段】ＳＣＲ触媒４３と、尿素水タンク４６と、ＳＣＲ触媒４３に尿素水を供給する尿素インジェクタ４５と、尿素水を圧送可能なポンプ手段４９と、尿素インジェクタ４５とポンプ手段４９を接続する尿素配管８０と、ポンプ手段４９で尿素配管８０中に残留する尿素水を尿素水タンク４６に回収可能なコントローラ１００とを備え、尿素配管８０が、尿素水タンク４６に接続された第１電熱線８３付き第１尿素配管８１と、尿素インジェクタ４５に接続された第２電熱線８４付き第２尿素配管と、第１，第２尿素配管８１，８２を接続する接続機構９０とを有し、コントローラ１００は、エンジン停止時に尿素水が接続機構９０よりも尿素水タンク４６側に引き戻されるまで回収ポンプ４９ｂを駆動させている。【選択図】 図６

Description

本発明は、供給された尿素水から生成されるアンモニアの還元作用により窒素酸化物を浄化する選択還元触媒を備えた尿素水供給装置に関する。

従来より、車両の排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去するための排気ガス浄化装置として尿素水を添加する選択還元触媒（Selective Catalytic Reduction : 以下、ＳＣＲ触媒という）を用いた排気浄化システムは知られている。
上記排気浄化システムにおいて、還元剤として使用される尿素水は、約−１１℃で凍結し、この凍結に伴い尿素水のＳＣＲ触媒に対する供給性能に支障が生じ、場合によっては、尿素配管が破損する虞がある。

そこで、エンジン停止時、尿素配管中に残留する尿素水を尿素水タンクに回収する技術や尿素配管中の尿素水の凍結を回避する技術が提案されている。
特許文献１の内燃機関の排気浄化装置は、窒素酸化物を除去可能なＳＣＲ触媒と、このＳＣＲ触媒の上流側に尿素水を供給する尿素インジェクタと、尿素インジェクタと尿素水タンクを接続する尿素配管と、この尿素配管内に残留する尿素水を回収するポンプとを備え、エンジン停止時、尿素水が凍結により膨張したとしても尿素配管が破損しない量の尿素水を残すようにポンプによる回収制御を行っている。
これにより、尿素配管の破損を防止しながら、尿素水の乾燥による析出物に起因した配管の詰まり等を回避している。

特開２０１５−０７８６４３号公報

ＳＣＲ触媒は、約４００℃付近の領域で浄化性能のピークを有している。それ故、ＳＣＲ触媒の浄化効率を向上させるためには、エンジンの放射熱や排気ガス自身が保有する熱を効果的に受熱可能なエンジン近傍位置にＳＣＲ触媒を配設することが好ましい。
一方、尿素水を貯留する尿素水タンクは大容量であるため、大きい配置スペースが必要である。それ故、スペース的に厳しい車体前部のエンジンルームやフロアパネル下方に配設することは難しく、車体後部、例えば、リアフロア下方等に搭載されている。
つまり、ＳＣＲ触媒の浄化効率向上を図る場合、車体前部の尿素インジェクタと車体後部の尿素水タンクを接続する尿素配管が長尺化し、尿素配管の長尺化に伴って車両の振動性能（ＮＶＨ）の悪化や残留尿素水の凍結に起因する不具合等を招くことが懸念される。

そこで、尿素配管を分割形成すると共に、凸部材と凹部材で形成され且つこれらの軸線回りの回転移動を許容する接続機構を介して上流側尿素配管及び下流側尿素配管を接続することで、尿素配管の捩り変形を減少して車両の振動性能を改善することが可能である。
しかし、上記対策では、尿素配管中に残留する尿素水の凍結問題が依然として存在する。
特許文献１の技術では、回収後の尿素水の残留位置が接続機構よりも尿素インジェクタ側になった場合、尿素水の凍結により接続機構の目詰まりや破損が発生する虞がある。
尿素配管回りに電熱線（ヒータ）を巻回して残留尿素水の凍結回避のために尿素配管を暖めることも考えられるが、接続機構は爪等の係合部やシール部等を備えた凸部材及び凹部材により構成されることから、係合部等を含む接続機構全体に亙って電熱線を一様に巻回することは構造的に困難を伴う。即ち、浄化効率を向上しつつ、残留尿素水の凍結回避を図ることは容易ではない。

本発明の目的は、選択還元触媒の浄化効率を向上しつつ、尿素配管中の残留尿素水の凍結を回避可能な尿素水供給装置等を提供することである。

請求項１の尿素水供給装置は、車体前部に配置され且つエンジンの排気通路を流れる排気ガス中のＮＯｘをアンモニアの還元作用によって浄化する選択還元触媒と、車体後部に配置され且つ尿素水を貯留する尿素水タンクと、前記選択還元触媒に尿素水を供給する尿素インジェクタと、尿素水タンクに貯留された尿素水を前記尿素インジェクタに圧送可能な尿素水ポンプ手段と、前記尿素インジェクタと尿素水ポンプ手段とを接続する尿素配管と、前記尿素水ポンプ手段を駆動して前記尿素配管中に残留する尿素水を前記尿素水タンクに回収可能な制御手段とを備えた尿素水供給装置において、前記尿素配管が、前記尿素水タンクに接続されたヒータ付き第１尿素配管と、前記尿素インジェクタに接続されたヒータ付き第２尿素配管と、前記第１，第２尿素配管を接続する接続機構とを有し、前記制御手段は、エンジン停止時に尿素水が前記接続機構よりも前記尿素水タンク側に引き戻されるまで前記尿素水ポンプ手段を駆動させることを特徴としている。

この尿素水供給装置では、選択還元触媒が車体前部に配置されると共に尿素水タンクが車体後部に配置されているため、エンジンからの熱によって選択還元触媒の浄化効率向上を図りつつ、尿素水タンクの配置スペースを確保することができる。
前記尿素配管が、前記尿素水タンクに接続されたヒータ付き第１尿素配管と、前記尿素インジェクタに接続されたヒータ付き第２尿素配管と、前記第１，第２尿素配管を接続する接続機構とを有するため、尿素配管の変形を減少して車両の振動性能を改善しつつ、尿素配管内に残留した尿素水の凍結を防止することができる。
前記制御手段は、エンジン停止時に尿素水が前記接続機構よりも前記尿素水タンク側に引き戻されるまで前記尿素水ポンプ手段を駆動させるため、尿素水の凍結に起因した接続機構の不具合を防止することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記尿素水ポンプ手段は、尿素水の回収量が予め設定され、前記接続機構は、回収後の尿素水の残留位置よりも前記尿素インジェクタ側に配置されたことを特徴としている。
この構成によれば、尿素配管の構成によって、回収後の尿素水の残留位置を接続機構よりも尿素水タンク側位置に誘導することができる。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記尿素水回収量は、前記尿素水ポンプ手段の単位ストローク当りの最小吐出量と、予め設定されたストローク回数と、前記尿素配管径とに基づき演算されたことを特徴としている。
この構成によれば、尿素水の回収が最も少ないときの回収量を精度良く演算することができる。

請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか１項の発明において、前記接続機構は、前記第１，第２尿素配管のうち一方に設けられた凸部材と、前記第１，第２尿素配管のうち他方に設けられた凹部材とから構成され、前記凸部材が前記凹部材に接続されたとき、前記凸部材は、反接続方向への移動が制限されると共に前記凸部材と凹部材の軸線回りの回転移動が許容されていることを特徴としている。
この構成によれば、凸部材と凹部材の軸線回りの回転移動を許容することで尿素配管の捩り変形を減少し、車両の振動性能を改善することができる。

請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記凸部材と凹部材は、ヒータが夫々省略されていることを特徴としている。
この構成によれば、ヒータが省略された接続機構であっても、尿素水の凍結に起因した不具合を防止することができる。

請求項６の発明は、車体前部に配置され且つエンジンの排気通路を流れる排気ガス中のＮＯｘをアンモニアの還元作用によって浄化する選択還元触媒と、車体後部に配置され且つ尿素水を貯留する尿素水タンクと、前記選択還元触媒に尿素水を供給する尿素インジェクタと、尿素水タンクに貯留された尿素水を前記尿素インジェクタに圧送可能な尿素水ポンプ手段と、前記尿素インジェクタと尿素水ポンプ手段とを接続する尿素配管と、前記尿素水ポンプ手段を駆動して前記尿素配管中に残留する尿素水を前記尿素水タンクに回収可能な制御手段とを備えた尿素水供給装置において、前記尿素配管が、前記尿素水タンクに接続されたヒータ付き第１尿素配管と、前記尿素インジェクタに接続されたヒータ付き第２尿素配管と、前記第１，第２尿素配管を接続する接続機構とを有し、前記接続機構は、前記制御手段による回収後の尿素水の残留位置よりも前記尿素インジェクタ側に配置されたことを特徴としている。
この構成によれば、選択還元触媒が車体前部に配置されると共に尿素水タンクが車体後部に配置されているため、エンジンからの熱によって選択還元触媒の浄化効率向上を図りつつ、尿素水タンクの配置スペースを確保することができる。前記尿素配管が、前記尿素水タンクに接続されたヒータ付き第１尿素配管と、前記尿素インジェクタに接続されたヒータ付き第２尿素配管と、前記第１，第２尿素配管を接続する接続機構とを有するため、尿素配管の変形を減少して車両の振動性能を改善しつつ、尿素配管内に残留した尿素水の凍結を防止することができる。前記接続機構は、前記制御手段による回収後の尿素水の残留位置よりも前記尿素インジェクタ側に配置されているため、回収後の尿素水の残留位置を接続機構よりも尿素水タンク側位置に誘導することができ、尿素水の凍結に起因した接続機構の不具合を接続機構の配置により防止することができる。

本発明の尿素水供給装置によれば、選択還元触媒の浄化効率を向上しつつ、尿素配管中の残留尿素水の凍結を回避することができる。

本発明の尿素水供給装置が適用されるエンジンの好ましい実施形態を示すシステム図である。 エンジンの平面図である。 エンジンの側面図である。 エンジンの斜視図である。 尿素水タンクと尿素インジェクタとを接続する尿素配管の側面図である。 尿素水タンクと尿素インジェクタとを接続する尿素配管の底面図である。 図６のVII-VII線断面図である。 接続機構の分解斜視図である。 ポンプ制御の一例を示すフローチャートである。 ＳＣＲ触媒の温度とアンモニアの上限吸着量及び目標吸着量との関係を示すグラフである。

［エンジンの全体構成］
以下、本発明の好ましい実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
まず、本発明に係る排気浄化装置が適用されるエンジンの全体構成について、図１に基づいて説明する。
図１〜図４に示されるエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載される４サイクルのディーゼル車載エンジンであって、車体前部のエンジンルームに搭載されたエンジン本体１と、エンジン本体１における燃焼に必要な空気を供給する吸気システム３Ｓと、エンジン本体１から排出された排気ガスを浄化して外部に排出する排気システム４Ｓと、排気ガス中のＮＯｘを還元するためにＳＣＲ触媒４３に尿素水を供給するための尿素水供給装置４８と、吸気システム３Ｓによって供給される空気（吸気）を圧縮してエンジン本体１に送り出す過給装置５０と、排気システム４Ｓを流通する排気ガスの一部を吸気システム３Ｓに還流するＥＧＲ装置７０等を備えている。
以下、図において、矢印Ｆ方向を前方とし、矢印Ｌ方向を左方とし、矢印Ｕ方向を上方として説明する。

エンジン本体１は、前後に一列に並ぶ複数の気筒２（図１では１つの気筒２のみを示す）を有する直列多気筒型のものであり、当該複数の気筒２が内部に形成されたシリンダブロック３と、各気筒２の上部開口を閉塞するようにシリンダブロック３の上面に取り付けられたシリンダヘッド４と、各気筒２に夫々往復動可能に挿入された複数のピストン５とを有している。尚、各気筒２の構造は同一であるため、以下、基本的に１つの気筒２のみに注目して説明を進める。

図１に示すように、ピストン５の上方には燃焼室６が区画されている。燃焼室６には、後述する燃料噴射弁１５からの噴射により、軽油を主成分とする燃料が供給される。そして、供給された燃料が圧縮着火により燃焼（拡散燃焼）し、その燃焼による膨張力で押し下げられたピストン５が上下方向に往復運動する。

ピストン５の下方には、エンジン本体１の出力軸であるクランク軸７が設けられている。クランク軸７は、ピストン５とコネクティングロッド８を介して連結され、ピストン５の往復運動（上下運動）に応じて中心軸回りに回転駆動される。
シリンダブロック３には、クランク軸７の角度（クランク角）と、クランク軸７の回転速度（エンジン回転速度）とを検出するクランク角センサＳＮ１が設けられている。シリンダヘッド４には、エンジン本体１（シリンダブロック３及びシリンダヘッド４）の内部を流通する冷却水の温度を検出する水温センサＳＮ２が設けられている。

図１に示すように、シリンダヘッド４には、燃焼室６に開口する吸気ポート９及び排気ポート１０と、吸気ポート９を開閉する吸気弁１１と、排気ポート１０を開閉する排気弁１２と、吸気弁１１及び排気弁１２をクランク軸７の回転に連動して開閉駆動する動弁機構１３，１４とが設けられている。シリンダヘッド４には、更に、燃焼室６に燃料（軽油）を噴射する燃料噴射弁１５が設けられている。燃料噴射弁１５は、例えば、燃焼室６の天井面の中央部から放射状に燃料を噴射する多噴孔型の噴射弁である。尚、図示を省略するが、ピストン５の冠面には、燃料噴射弁１５から噴射された燃料を受け入れるための凹部（キャビティ）が形成されている。

吸気システム３Ｓは、エンジン本体１に導入される吸気が流通する吸気通路３０を含む。吸気通路３０の下流端（インテークマニホールド）は、吸気ポート９と連通するようにシリンダヘッド４の左側面に接続されている。吸気通路３０には、吸気中の異物を除去するエアクリーナ３１と、過給装置５０により圧縮された吸気を冷却するインタークーラ３２と、吸気の流量を調整する開閉可能なスロットル弁３３と、各気筒２に吸気が均等に取り入れられるようにするためのサージタンク３４とが、吸気通路３０の上流側からこの順に設けられている。

図１に示すように、吸気通路３０におけるエアクリーナ３１よりも下流側の部分には、吸気通路３０を通じてエンジン本体１に導入される空気（新気）の流量を検出するエアフローセンサＳＮ３が設けられている。また、サージタンク３４には、その内部の吸気の圧力を検出する吸気圧センサＳＮ４が設けられている。

排気システム４Ｓは、エンジン本体１から排出される排気ガスが流通する排気通路４０を含む。排気通路４０の上流端（エキゾーストマニホールド）は、排気ポート１０と連通するようにシリンダヘッド４の右側面に接続されている。この排気通路４０には、排気ガスに含まれる各種の有害成分を浄化するための複数の触媒４１〜４４が設けられている。本実施形態では、酸化触媒４１と、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）４２と、ＳＣＲ触媒（Selective Catalytic Reduction）４３（選択還元触媒）と、スリップ触媒４４とが、排気通路４０の上流側からこの順に設けられている。また、排気通路４０における酸化触媒４１とＤＰＦ４２との間の部分には、尿素インジェクタ４５とミキシングプレート４７とが設けられている。

図２，図４に示すように、略円筒状ケースに収容された酸化触媒４１は、エンジン本体１の前部において右側上部に配設され、その軸心が略前後方向に延びるように配置されている。この酸化触媒４１は、排気ガス中のＣＯおよびＨＣを酸化して無害化する（ＣＯ２及びＨ２Ｏに変換する）ための触媒であり、例えば、多孔質性の担体と、当該担体に担持された白金やパラジウム等の触媒物質とを有している。

ＤＰＦ４２及びＳＣＲ触媒４３は、共通の略円筒状ケースに収容されている。
図１，図４に示すように、ＤＰＦ４２及びＳＣＲ触媒４３は、エンジン本体１の前部において酸化触媒４１の下側位置に配設され、その軸心が略前後方向に延びるように配置されている。ＤＰＦ４２は、その前端部分が湾曲状に形成された排気通路４０を介して酸化触媒４１の前端部分に接続されている。このＤＰＦ４２は、排気ガス中のスート（煤）を捕集するためのフィルタである。このＤＰＦ４２には、フィルタ再生時の高温条件下でスートを燃焼させるための白金等の触媒物質が含まれている。

ＳＣＲ触媒４３は、ＤＰＦ４２の直下流側に設けられ、排気ガス中のＮＯｘを還元して浄化する（Ｎ₂やＨ₂Ｏに変換する）ための触媒である。ＳＣＲ触媒４３は、例えば、多孔質性の担体と、当該担体に担持されたバナジウム、タングステン、またはゼオライト等の触媒物質とを有している。本実施形態では、銅イオン交換ゼオライトを用いている。
ＳＣＲ触媒４３には、尿素インジェクタ４５が噴射した尿素水から生成されるアンモニアが吸着される。ＳＣＲ触媒４３は、このアンモニアを還元剤として用いた化学反応（アンモニアの還元作用）により、排気ガス中のＮＯｘをＮ₂やＨ₂Ｏに変換させる。

スリップ触媒４４は、ＳＣＲ触媒４３に吸着されずにスリップした（つまりＮＯｘの還元に使われないまま下流側に流出した）アンモニアを酸化するための酸化触媒である。このスリップ触媒４４としては、例えば、酸化触媒４１と同様の構造のものを用いることができる。ミキシングプレート４７は、排気通路４０を前後に仕切る板状の部材であり、排気通路４０における尿素インジェクタ４５とＳＣＲ触媒４３との間の部分に設けられている。ミキシングプレート４７には、排気ガスの流れを攪拌するための複数の開口が形成されている。

図１，図２，図４に示すように、排気通路４０に配設された酸化触媒４１とＤＰＦ４２との間に相当する部分には、排気ガスに含まれるＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘ濃度センサＳＮ５が設けられている。また、このＮＯｘ濃度センサＳＮ５よりも下流側であってＤＰＦ４２の直上流に位置する部分の排気通路４０（ミキシングプレート４７とＤＰＦ４２との間の部分）には、排気ガスの温度を検出する排気温センサＳＮ６が設けられている。更に、排気通路４０におけるＳＣＲ触媒４３とスリップ触媒４４との間に相当する部分には、排気ガスに含まれるＮＯｘの濃度を検出するＮＯｘ濃度センサＳＮ１０が設けられている。

過給装置５０は、２ステージ型の過給装置であり、直列に配置された第１過給機５１及び第２過給機５２を有している。第１過給機５１は、ターボ過給機であり、排気通路４０を流通する排気ガスにより回転駆動されるタービン６１と、タービン６１と連動して回転可能に設けられ、吸気通路３０を流通する吸気を圧縮する第１コンプレッサ６２とを有している。第１コンプレッサ６２は、吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とインタークーラ３２との間に相当する部分に配置され、タービン６１は、排気通路４０における酸化触媒４１よりも上流側の部分に配置されている。排気通路４０には、タービン６１をバイパスするためのバイパス通路６３が設けられ、このバイパス通路６３には開閉可能なウェストゲート弁６４が設けられている。

第２過給機５２は、電動過給機であり、電気式の駆動モータ６６と、駆動モータ６６により回転駆動されることで吸気を圧縮する第２コンプレッサ６７とを有している。第２コンプレッサ６７は、吸気通路３０における第１コンプレッサ６２よりも下流側（第１コンプレッサ６２とインタークーラ３２との間）の部分に配置されている。吸気通路３０には、第２コンプレッサ６７をバイパスするためのバイパス通路６８が設けられている。バイパス通路６８には、開閉可能なバイパス弁６９が設けられている。

図１に示すように、ＥＧＲ装置７０は、排気通路４０と吸気通路３０とを接続するＥＧＲ通路７１と、ＥＧＲ通路７１に設けられたＥＧＲクーラ７２及びＥＧＲ弁７３とを有している。ＥＧＲ通路７１は、排気通路４０におけるタービン６１よりも上流側の部分と、吸気通路３０におけるスロットル弁３３とサージタンク３４との間に相当する部分とを互いに接続している。ＥＧＲ弁７３は、ＥＧＲ通路７１におけるＥＧＲクーラ７２よりも下流側（吸気通路３０に近い側）の部分に設けられ、ＥＧＲ通路７１を流通する排気ガスの流量を調整する。

図１，図５，図６に示すように、尿素水供給装置４８は、尿素水を噴射可能な単一の尿素インジェクタ４５と、尿素水を貯留する尿素水タンク４６と、尿素インジェクタ４５と尿素水タンク４６とを接続する第１，第２尿素配管８１，８２からなる尿素配管８０と、第１，第２尿素配管８１，８２を着脱可能に接続する接続機構９０と、尿素水を尿素水タンク４６から圧送すると共に尿素配管中に残留する残留尿素水を尿素水タンク４６に引き戻すためのポンプ手段４９等を主な構成要素としている。

尿素インジェクタ４５は、所定の噴射条件が成立したとき、高純度の尿素を純水で水溶化してなる尿素水を排気通路４０内に供給する噴射弁である。
図２，図４に示すように、尿素インジェクタ４５は、酸化触媒４１の直下流の排気通路４０に装着されている。尿素インジェクタ４５から排気通路４０内に尿素水が噴射されると、この尿素水に含まれる尿素は、高温下での加水分解によりアンモニア（ＮＨ₃）に変換されて、下流側のＳＣＲ触媒４３に吸着される。

図５，図６に示すように、尿素水タンク４６は、車体後部、具体的には、リヤフロア（図示略）の下方にサイレンサと左右に隣り合うように搭載されている。
尿素水タンク４６は、略直方体状に形成され、車体の骨格部材に締結固定されている。
図７に示すように、この尿素水タンク４６内には、圧送ポンプ４９ａと回収ポンプ４９ｂからなるポンプ手段４９が組み込まれている。

圧送ポンプ４９ａは、加圧式のポンプであり、正回転動作によって加圧力を発生し、尿素タンク４６に貯留された尿素水を尿素インジェクタ４５側へ圧送する。
回収ポンプ４９ｂは、加圧式のポンプであり、エンジン停止時、逆回転動作によって加圧力を発生し、尿素配管８０中に残留した尿素水を尿素タンク４６内に回収する。この回収ポンプ４９ｂは、単位ストローク当りの最小吐出量が０．０３８ｃｃ、最大吐出量が０．１０５ｃｃに設定され、エンジン停止時の作動回数が１５３回に設定されている。この作動回数は、回収ポンプ４９ｂの作動安定性を確保するために規定された最小回転数であり、後述するコントローラ１００に予め格納されている。

図１〜図６に示すように、尿素インジェクタ４５と尿素水タンク４６を接続する尿素配管８０は、第１尿素配管８１と、第２尿素配管８２とによって分割形成されている。
第１尿素配管８１は、排気通路４０の左側において排気通路４０に沿うように前後に延設され、ポンプ手段４９からエンジン本体１近傍位置（左前輪のホイールハウス付近）に亙って設けられている。

図８に示すように、第１尿素配管８１は、例えば、直径２ｍｍ、管長１８５０ｍｍの金属製パイプ材によって構成され、外周部には第１電熱線８３が巻回されている。この第１電熱線８３は、イグニッションがオン操作されてからオフ操作されるまでの間、常時通電されており、第１尿素配管８１を暖めるヒータを構成している。第１尿素配管８１の下流側端部には、接続機構９０の一部を構成する合成樹脂製の凸部材９１が設けられている。凸部材９１の軸線Ｃ方向途中部には、リング状の突出部が形成されている。尚、凸部材９１には、第１電熱線８３が設けられていない。

第２尿素配管８２は、エンジン本体１の左側壁部の後側下端部から左側壁部の前側中段部（前壁部の左側中段部）まで延設されると共に前壁部の左側中段部から右側上部に相当する位置に配設された尿素インジェクタ４５に亙って設けられている。
図８に示すように、第２尿素配管８２は、例えば、直径２ｍｍ、管長１６８２ｍｍの金属製パイプ材によって構成され、外周部には第２電熱線８４が巻回されている。この第２電熱線８４は、イグニッションがオン操作されてからオフ操作されるまでの間、常時通電されており、第２尿素配管８２を暖めるヒータを構成している。第２尿素配管８２の上流側端部には、接続機構９０の一部を構成する合成樹脂製の凹部材９２が設けられている。

略リング状に形成された凹部材９２は、その内周部分に上下１対の爪部９２ａが夫々設けられ、凸部材９１を軸線Ｃ方向に挿入可能に構成されている。尚、凹部材９２には、第２電熱線８４が設けられていない。挿入された凸部材９１は、凹部材９２から反挿入方向への引き抜きが制限される一方、凸部材９１と凹部材９２の軸線Ｃ回りの回転移動は許容されている。凸部材９１と凹部材９２は、両者の挿入接続によって両者間のシール性を確保した接続機構９０を構成している。本実施形態では、凸部材９１と凹部材９２の軸線Ｃが前後に延びるように凸部材９１と凹部材９２が配設されている。これにより、第１，第２尿素配管８１，８２のうち一方の尿素配管の軸線Ｃ（前後線）回りの変形を接続機構９０で吸収することができ、尿素配管８０全体として捩り変形を減少している。

［制御系統］
本実施形態のエンジンが搭載される車両は、エンジンを統括的に制御するコントローラ１００（制御手段）を備える。コントローラ１００は、マイクロプロセッサであり、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されている。本実施形態においてコントローラ１００は、尿素インジェクタ４５及びポンプ手段４９（圧送ポンプ４９ａ、回収ポンプ４９ｂ）の動作を制御する制御部として機能する。尚、コントローラ１００は、単一のプロセッサである必要はなく、電気的に接続された複数のプロセッサを含んでいても良い。

コントローラ１００には、各種センサによる検出情報が入力される。具体的には、コントローラ１００は、上述したクランク角センサＳＮ１、水温センサＳＮ２、エアフローセンサＳＮ３、吸気圧センサＳＮ４、ＮＯｘ濃度センサＳＮ５、排気温センサＳＮ６、及びＮＯｘ濃度センサＳＮ１０と電気的に接続されている。これらのセンサによって検出された各種情報、例えばクランク角、エンジン回転速度、エンジン水温、吸気流量、吸気圧（過給圧）、排気ガス中のＮＯｘ濃度、及び排気ガスの温度等の情報が、夫々コントローラ１００に入力される。

上記に加えて車両には、エンジンの始動を開始するイグニッション（図示略）のオンオフ状態を検出するイグニッションセンサＳＮ７と、車両の走行速度を検出する車速センサＳＮ８と、車両を運転する乗員により操作されるアクセルペダルの開度を検出するアクセルセンサＳＮ９と、外気温を検出する外気温センサＳＮ１１とが設けられている（何れも図示略）。これらイグニッションセンサＳＮ７、車速センサＳＮ８、アクセルセンサＳＮ９、及び外気温センサＳＮ１１による検出情報もコントローラ１００に入力される。

コントローラ１００は、上記各センサＳＮ１〜ＳＮ１１からの入力情報に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつエンジンの各部を制御する。即ち、コントローラ１００は、燃料噴射弁１５、スロットル弁３３、尿素インジェクタ４５、圧送ポンプ４９ａ、回収ポンプ４９ｂ、ウェストゲート弁６４、駆動モータ６６、バイパス弁６９、及びＥＧＲ弁７３等と電気的に接続されており、上記演算の結果等に基づいてこれらの機器に夫々制御用の指令信号を出力する。

［ポンプ制御について］
図９に示すフローチャートを参照しながら、コントローラ１００によるポンプ制御動作の一例について説明する。尚、図中、Ｓｉ（ｉ＝１，２，…）は、各ステップを示す。

制御がスタートすると、コントローラ１００は、まず、各々のセンサ出力値やマップ等の入力情報に関する各種信号を読み込む（Ｓ１）。
次に、イグニッションがオン状態か否か判定する（Ｓ２）。
Ｓ２の判定の結果、イグニッションがオン状態の場合、Ｓ３に移行し、エンジンが運転中か否か判定する（Ｓ３）。Ｓ３の判定の結果、エンジンが運転中の場合、Ｓ４に移行し、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓを推定する（Ｓ４）。ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓは、典型的には、ＳＣＲ触媒４３の担体の温度、つまり床温のことである。

排気温センサＳＮ６により検出されるＳＣＲ触媒４３の直前の排気ガスの温度と、排気ガスの流量とに基づいて、ＳＣＲ触媒４３への入熱量を算出する。排気ガスの流量は、エアフローセンサＳＮ３により検出される吸気流量やＥＧＲ弁７３の開度等から推定する。
車速センサＳＮ８により検出される車速と、外気温センサＳＮ１１により検出される外気温とに基づいて、ＳＣＲ触媒４３からの放熱量を算出する。コントローラ１００は、算出されたＳＣＲ触媒４３の入熱量および放熱量と、予め記憶されているＳＣＲ触媒４３の熱容量とに基づいて、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓを算出する。

次に、コントローラ１００は、ＳＣＲ触媒４３に吸着させるべきアンモニアの目標吸着量Ｑａを決定する（Ｓ５）。
図１０は、ＳＣＲ触媒４３の温度とアンモニアの上限吸着量Ｑｘ及び目標吸着量Ｑａとの関係を示すグラフである。図１０のグラフに示すように、目標吸着量Ｑａは、ＳＣＲ触媒４３において所要のＮＯｘ浄化を行い得る適正なアンモニア吸着量であって、上限吸着量Ｑｘよりも少ない領域において、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓに応じて可変的に設定される。尚、上限吸着量Ｑｘとは、ＳＣＲ触媒４３に吸着させることが可能な上限のアンモニア吸着量であり、飽和吸着量とも呼ばれるものである。

コントローラ１００は、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓと目標吸着量Ｑａとの関係を定めたマップを予め記憶しており、上記Ｓ４で推定されたＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓをこのマップに照合することにより、目標吸着量Ｑａを決定する。尚、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓに依存して目標吸着量Ｑａが変化するのは、ＳＣＲ触媒４３の温度Ｔｓが一定の高温化領域（Ｔｓ＝Ｔ１〜Ｔ２の範囲）に属している範囲だけである。温度Ｔ１以下となる低温側の範囲では、目標吸着量Ｑａが一定値Ｑ１に設定され、温度Ｔ２以上となる高温側の範囲では、目標吸着量Ｑａが一律に零に設定される。

次に、コントローラ１００は、現時点でＳＣＲ触媒４３に吸着されているアンモニアの実吸着量、所謂現アンモニア吸着量Ｑｃを推定する（Ｓ６）。
現アンモニア吸着量Ｑｃは、尿素インジェクタ４５からの尿素水の噴射量を決定する過程で使用されるパラメータである。このため、現アンモニア吸着量Ｑｃは、これまでの尿素水の噴射量の履歴から逆算により求めることができる。即ち、尿素水の噴射量の履歴から求められる各時点のアンモニア供給量から、ＳＣＲ触媒４３での各時点のアンモニア消費量（次述のＳ７で算出）を差し引いた分が、ＳＣＲ触媒４３に都度蓄積されることになるので、この蓄積分を時間毎に積算したものを現アンモニア吸着量Ｑｃとして算出することができる。

次に、コントローラ１００は、ＳＣＲ触媒４３において消費されるアンモニアの量であるアンモニア消費量Ｗを推定する（Ｓ７）。
コントローラ１００は、ＮＯｘ濃度センサＳＮ５により検出される排気ガス中のＮＯｘ濃度と、演算により推定される排気ガスの流量（吸気流量の検出値やＥＧＲ弁７３の開度等から求められる値）とに基づいて、ＳＣＲ触媒４３に流入するＮＯｘの量を算出する。算出されたＮＯｘの流入量に基づいて、ＳＣＲ触媒４３でＮＯｘ還元のために消費されるアンモニアの量、つまりアンモニア消費量Ｗを算出する。

次に、コントローラ１００は、尿素インジェクタ４５から噴射すべき尿素水の噴射量Ｕを決定する（Ｓ８）。そして、この決定した噴射量Ｕに相当する尿素水を尿素インジェクタ４５から噴射させるよう、尿素インジェクタ４５及び圧送ポンプ４９ａの動作を制御した後（Ｓ９）、リターンする。

Ｓ２の判定の結果、イグニッションがオン状態ではない場合、つまり、乗員がイグニッションをオフ操作した場合、回収ポンプ４９ｂの作動回転数Ｎを設定する（Ｓ１０）。
回収ポンプ４９ｂの作動回転数Ｎは、回収ポンプ４９ｂの単位ストローク当りの最小吐出量をＶ、第２尿素配管８２の半径をＲ、第２尿素配管８２の管長Ｌとしたとき、次式（１）を満足する整数値に設定される。
πＲ²×Ｌ＜Ｖ×Ｎ …（１）
本実施形態では、コントローラ１００に格納されている回収ポンプ４９ｂの最小回転数（１５３回）が式（１）を満足することから、作動回転数Ｎに設定される。
尚、回収ポンプ４９ｂの最小回転数が、式（１）を満足しない場合、式（１）を満足すると共に最小回転数よりも大きい回転数を作動回転数Ｎに設定する。

次に、コントローラ１００は、回収ポンプ４９ｂをＳ１０で設定された作動回転数Ｎ作動するように制御した後（Ｓ１１）、終了する。

次に、本発明の実施形態による尿素水供給装置４８の作用効果について説明する。
本実施形態によれば、ＳＣＲ触媒４３が車体前部に配置されると共に尿素水タンク４６が車体後部に配置されているため、エンジン本体１からの熱によってＳＣＲ触媒４３の浄化効率向上を図りつつ、尿素水タンク４６の配置スペースを確保することができる。
尿素配管８０が、尿素水タンク４６に接続された第１電熱線８３付き第１尿素配管８１と、尿素インジェクタ４５に接続された第２電熱線８４付き第２尿素配管と、第１，第２尿素配管８１，８２を接続する接続機構９０とを有するため、尿素配管８０の変形を減少して車両の振動性能を改善しつつ、尿素配管８０内に残留した尿素水の凍結を防止することができる。コントローラ１００は、エンジン停止時に尿素水が接続機構９０よりも尿素水タンク４６側に引き戻されるまでポンプ手段４９（回収ポンプ４９ｂ）を駆動させるため、尿素水の凍結に起因した接続機構９０の不具合を防止することができる。

回収ポンプ４９ｂは、尿素水の回収量が予め設定され、接続機構９０は、回収後の尿素水の残留位置よりも尿素インジェクタ４５側に配置されたため、尿素配管８０の構成によって、回収後の尿素水の残留位置を接続機構９０よりも尿素水タンク４６側位置に誘導することができる。

尿素水回収量は、尿素水ポンプ手段の単位ストローク当りの最小吐出量Ｖと、予め設定されたストローク回数Ｎと、第２尿素配管８２の半径Ｒとに基づき演算されたため、尿素水の回収が最も少ないときの回収量を精度良く演算することができる。

接続機構９０は、第１尿素配管８１に設けられた凸部材９１と、第２尿素配管８２に設けられた凹部材９２とから構成され、凸部材９１が凹部材９２に接続されたとき、凸部材９１は、反接続方向への移動が制限されると共に凸部材９１と凹部材９２の軸線Ｃ回りの回転移動が許容されているため、凸部材９１と凹部材９２の軸線Ｃ回りの回転移動を許容することで尿素配管８０の捩り変形を減少し、車両の振動性能を改善することができる。

凸部材９１と凹部材９２は、ヒータが夫々省略されているため、ヒータが省略された接続機構９０であっても、尿素水の凍結に起因した不具合を防止することができる。

ＳＣＲ触媒４３が車体前部に配置されると共に尿素水タンク４６が車体後部に配置されているため、エンジン本体１からの熱によってＳＣＲ触媒４３の浄化効率向上を図りつつ、尿素水タンク４６の配置スペースを確保することができる。
尿素配管８０が、尿素水タンク４６に接続された第１電熱線８３付き第１尿素配管８１と、尿素インジェクタ４５に接続された第２電熱線８４付き第２尿素配管と、第１，第２尿素配管８１，８２を接続する接続機構９０とを有するため、尿素配管８０の変形を減少して車両の振動性能を改善しつつ、尿素配管８０内に残留した尿素水の凍結を防止することができる。接続機構９０は、コントローラ１００による回収後の尿素水の残留位置よりも尿素インジェクタ４５側に配置されているため、回収後の尿素水の残留位置を接続機構９０よりも尿素水タンク４６側位置に誘導することができ、尿素水の凍結に起因した接続機構９０の不具合を接続機構９０の配置により防止することができる。

次に、前記実施形態を部分的に変更した変形例について説明する。
１〕前記実施形態においては、ポンプ手段４９が、正回転動作する圧送ポンプ４９ａと、逆回転動作する回収ポンプ４９ｂによって構成された例を説明したが、正回転動作と逆回転動作を同時作動することがないため、正逆回転動作可能な単一のポンプを用いても良い。

２〕前記実施形態においては、第１，第２尿素配管８１，８２が金属製パイプ材によって夫々構成された例を説明したが、合成樹脂材製パイプ材やゴム管で構成しても良く、また、金属製パイプ材とゴム管を併用して夫々構成しても良い。

３〕前記実施形態においては、尿素配管８０を２分割形成した例を説明したが、ＮＶＨ性能向上のため、３以上に分割形成しても良い。この場合、回収後の尿素水の残留位置が、最も尿素水タンク４６側に位置する接続機構よりも尿素水タンク４６側になるようにポンプ手段４９を制御する。この場合、ＮＶＨ上、接続機構の凸部材と凹部材の軸線は、夫々異なる方向に設定することが好ましい。

４〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施形態に種々の変更を付加した形態や各実施形態を組み合わせた形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。

４３ ＳＣＲ触媒
４５ 尿素インジェクタ
４６ 尿素水タンク
４９ ポンプ手段
４９ｂ 回収ポンプ
８０ 尿素配管
８１ 第１尿素配管
８２ 第２尿素配管
８３ 第１電熱線
８４ 第２電熱線
９０ 接続機構
９１ 凸部材
９２ 凹部材
１００ コントローラ
Ｃ 軸線

Claims (6)

1. 車体前部に配置され且つエンジンの排気通路を流れる排気ガス中のＮＯｘをアンモニアの還元作用によって浄化する選択還元触媒と、車体後部に配置され且つ尿素水を貯留する尿素水タンクと、前記選択還元触媒に尿素水を供給する尿素インジェクタと、尿素水タンクに貯留された尿素水を前記尿素インジェクタに圧送可能な尿素水ポンプ手段と、前記尿素インジェクタと尿素水ポンプ手段とを接続する尿素配管と、前記尿素水ポンプ手段を駆動して前記尿素配管中に残留する尿素水を前記尿素水タンクに回収可能な制御手段とを備えた尿素水供給装置において、
   前記尿素配管が、前記尿素水タンクに接続されたヒータ付き第１尿素配管と、前記尿素インジェクタに接続されたヒータ付き第２尿素配管と、前記第１，第２尿素配管を接続する接続機構とを有し、
   前記制御手段は、エンジン停止時に尿素水が前記接続機構よりも前記尿素水タンク側に引き戻されるまで前記尿素水ポンプ手段を駆動させることを特徴とする尿素水供給装置。
2. 前記尿素水ポンプ手段は、尿素水の回収量が予め設定され、
   前記接続機構は、回収後の尿素水の残留位置よりも前記尿素インジェクタ側に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の尿素水供給装置。
3. 前記尿素水回収量は、前記尿素水ポンプ手段の単位ストローク当りの最小吐出量と、予め設定されたストローク回数と、前記尿素配管径とに基づき演算されたことを特徴とする請求項２に記載の尿素水供給装置。
4. 前記接続機構は、前記第１，第２尿素配管のうち一方に設けられた凸部材と、前記第１，第２尿素配管のうち他方に設けられた凹部材とから構成され、
   前記凸部材が前記凹部材に接続されたとき、前記凸部材は、反接続方向への移動が制限されると共に前記凸部材と凹部材の軸線回りの回転移動が許容されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の尿素水供給装置。
5. 前記凸部材と凹部材は、ヒータが夫々省略されていることを特徴とする請求項４に記載の尿素水供給装置。
6. 車体前部に配置され且つエンジンの排気通路を流れる排気ガス中のＮＯｘをアンモニアの還元作用によって浄化する選択還元触媒と、車体後部に配置され且つ尿素水を貯留する尿素水タンクと、前記選択還元触媒に尿素水を供給する尿素インジェクタと、尿素水タンクに貯留された尿素水を前記尿素インジェクタに圧送可能な尿素水ポンプ手段と、前記尿素インジェクタと尿素水ポンプ手段とを接続する尿素配管と、前記尿素水ポンプ手段を駆動して前記尿素配管中に残留する尿素水を前記尿素水タンクに回収可能な制御手段とを備えた尿素水供給装置において、
   前記尿素配管が、前記尿素水タンクに接続されたヒータ付き第１尿素配管と、前記尿素インジェクタに接続されたヒータ付き第２尿素配管と、前記第１，第２尿素配管を接続する接続機構とを有し、
   前記接続機構は、前記制御手段による回収後の尿素水の残留位置よりも前記尿素インジェクタ側に配置されたことを特徴とする尿素水供給装置。

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