JP4137821B2

JP4137821B2 - エンジンの排気浄化装置

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Publication number: JP4137821B2
Application number: JP2004064058A
Authority: JP
Inventors: 公信平田; 信彦正木; 久赤川
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2004-03-08
Filing date: 2004-03-08
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2024-03-08
Also published as: WO2005085607A1; JP2005248924A

Description

本発明は、移動車両搭載のディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等から排出される窒素酸化物（ＮＯｘ）を、還元剤を還元触媒の排気上流側に供給して還元除去する排気浄化装置に関し、特に、還元剤供給装置内にて還元剤供給経路に析出した還元剤を洗浄して還元剤の目詰まりを防止するエンジンの排気浄化装置に係るものである。

エンジンから排出される排気中の有害物質のうち、特にＮＯｘを除去して排気を浄化するシステムとして、いくつかの排気浄化装置が提案されている。この排気浄化装置は、エンジンの排気系に還元触媒を置き、該還元触媒の上流側の排気通路に還元剤を噴射供給することにより、排気中のＮＯｘと還元剤とを触媒還元反応させ、ＮＯｘを無害成分に浄化処理するものである。還元剤は貯蔵タンクに常温で液体状態に貯蔵され、必要量を噴射ノズルから噴射供給する。還元反応は、ＮＯｘとの反応性の良いアンモニアを用いるもので、還元剤としては、加水分解してアンモニアを容易に発生する尿素水溶液、アンモニア水溶液、その他の還元剤水溶液が用いられる（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２７６２７号公報

上記従来の排気浄化装置においては、ＮＯｘ排出量や排気温度等のエンジンの運転状況に応じて、排気通路内にて還元触媒の排気上流側に還元剤、例えば尿素水溶液（以下、「尿素水」という）を噴射供給する量を制御するが、噴射ノズルに対して尿素水を供給する還元剤供給装置内の還元剤供給経路に尿素水（還元剤）が析出して目詰まりを起こし、上記還元触媒の排気上流側に尿素水を噴射することができなくなることがある。このような場合、上記還元触媒上におけるＮＯｘ還元反応が進行せず、排気中のＮＯｘがそのまま排出されてしまう虞がある。

このような還元剤供給装置内の還元剤供給経路での還元剤の目詰まりは、上記以外に、燃料である軽油やガソリン、若しくはアルコール類等を還元剤に用いる場合においても、その還元剤に含まれる不純物等により同様に発生する可能性があり、上記還元触媒の排気上流側に還元剤を噴射することができなくなることがある。この場合も、上記還元触媒上におけるＮＯｘ還元反応が進行せず、排気中のＮＯｘがそのまま排出されてしまう虞がある。

そこで、本発明は、このような問題点に対処し、還元剤供給装置内にて還元剤供給経路に析出した還元剤を洗浄して還元剤の目詰まりを防止するエンジンの排気浄化装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１の発明によるエンジンの排気浄化装置は、エンジンの排気系に配設され、排気中の窒素酸化物を還元剤により還元浄化する還元触媒と、上記排気系の排気通路内にて還元剤を上記還元触媒の排気上流側に噴射する噴射ノズルと、この噴射ノズルに対して還元剤を供給する還元剤供給装置と、この還元剤供給装置に付加され、上記噴射ノズルに還元剤を供給する経路に析出した還元剤を洗浄する洗浄水を供給する洗浄水供給手段と、を備え、上記還元剤供給装置内にて上記噴射ノズルへの還元剤供給経路上での還元剤の目詰まりを検出し、該還元剤供給経路に洗浄水を供給して洗浄するエンジンの排気浄化装置であって、上記還元剤供給装置は、上記還元剤供給経路上にてその上流側から供給される圧力エアを絞る絞り手段の上流側近傍に連通する洗浄水入口を備えると共に、上記絞り手段の下流側にて還元剤と混合する部位の下流側近傍に連通する洗浄水出口を備え、上記洗浄水入口に上記洗浄水供給手段を接続したものである。

このような構成により、還元剤供給装置内の還元剤供給経路上にてその上流側から供給される圧力エアを絞る絞り手段の上流側近傍に連通する洗浄水入口に接続された洗浄水供給手段で洗浄水を供給して洗浄し、上記絞り手段の下流側にて還元剤と混合する部位の下流側近傍に連通する洗浄水出口から排出する。これにより、上記還元剤供給装置に付加された洗浄水供給手段によって、上記還元剤供給装置内にて上記噴射ノズルに還元剤を供給する経路上での還元剤の目詰まりを検出し、その還元剤供給経路に析出した還元剤を洗浄する洗浄水を供給して、目詰まりした還元剤を洗浄する。

また、第２の発明によるエンジンの排気浄化装置は、エンジンの排気系に配設され、排気中の窒素酸化物を還元剤により還元浄化する還元触媒と、上記排気系の排気通路内にて還元剤を上記還元触媒の排気上流側に噴射する噴射ノズルと、この噴射ノズルに対して還元剤を供給する還元剤供給装置と、この還元剤供給装置に付加され、上記噴射ノズルに還元剤を供給する経路に析出した還元剤を洗浄する洗浄水を供給する洗浄水供給手段と、を備え、上記還元剤供給装置内にて上記噴射ノズルへの還元剤供給経路上での還元剤の目詰まりを検出し、該還元剤供給経路に洗浄水を供給して洗浄するエンジンの排気浄化装置であって、上記還元剤供給装置は、上記還元剤供給経路上にてその上流側から供給される圧力エアを絞る絞り手段の上流側近傍に連通する洗浄水入口を備えると共に、上記還元剤供給経路の下流側にて上記噴射ノズルへの接続口を洗浄水出口とし、上記洗浄水入口に上記洗浄水供給手段を接続したものである。
このような構成により、上記還元剤供給装置内の還元剤供給経路上にてその上流側から供給される圧力エアを絞る絞り手段の上流側近傍に連通する洗浄水入口に接続された洗浄水供給手段で洗浄水を供給して洗浄し、上記還元剤供給経路の下流側にて上記噴射ノズルへの接続口を洗浄水出口として排出する。これにより、上記還元剤供給装置に付加された洗浄水供給手段によって、上記還元剤供給装置内にて上記噴射ノズルに還元剤を供給する経路上での還元剤の目詰まりを検出し、その還元剤供給経路に析出した還元剤を洗浄する洗浄水を供給して、目詰まりした還元剤を洗浄する。

さらに、第３の発明によるエンジンの排気浄化装置は、エンジンの排気系に配設され、排気中の窒素酸化物を還元剤により還元浄化する還元触媒と、上記排気系の排気通路内にて還元剤を上記還元触媒の排気上流側に噴射する噴射ノズルと、この噴射ノズルに対して還元剤を供給する還元剤供給装置と、この還元剤供給装置に付加され、上記噴射ノズルに還元剤を供給する経路に析出した還元剤を洗浄する洗浄水を供給する洗浄水供給手段と、を備え、上記還元剤供給装置内にて上記噴射ノズルへの還元剤供給経路上での還元剤の目詰まりを検出し、該還元剤供給経路に洗浄水を供給して洗浄するエンジンの排気浄化装置であって、上記還元剤供給装置は、上記還元剤供給経路上にてその上流側から供給される圧力エアを絞る絞り手段の上流側近傍に連通する洗浄水入口を備えると共に、上記絞り手段の下流側にて還元剤と混合する部位の下流側近傍に連通する一の洗浄水出口を備え、かつ上記還元剤供給経路の下流側にて上記噴射ノズルへの接続口を他の洗浄水出口とし、上記洗浄水入口に上記洗浄水供給手段を接続したものである。
このような構成により、上記還元剤供給装置内の還元剤供給経路上にてその上流側から供給される圧力エアを絞る絞り手段の上流側近傍に連通する洗浄水入口に接続された洗浄水供給手段で洗浄水を供給して洗浄し、上記絞り手段の下流側にて還元剤と混合する部位の下流側近傍に連通する一の洗浄水出口から排出し、及び上記還元剤供給経路の下流側にて上記噴射ノズルへの接続口を他の洗浄水出口として排出する。これにより、上記還元剤供給装置に付加された洗浄水供給手段によって、上記還元剤供給装置内にて上記噴射ノズルに還元剤を供給する経路上での還元剤の目詰まりを検出し、その還元剤供給経路に析出した還元剤を洗浄する洗浄水を供給して、目詰まりした還元剤を洗浄する。

さらにまた、第４の発明によるエンジンの排気浄化装置は、エンジンの排気系に配設され、排気中の窒素酸化物を還元剤により還元浄化する還元触媒と、上記排気系の排気通路内にて還元剤を上記還元触媒の排気上流側に噴射する噴射ノズルと、この噴射ノズルに対して還元剤を供給する還元剤供給装置と、この還元剤供給装置に付加され、上記噴射ノズルに還元剤を供給する経路に析出した還元剤を洗浄する洗浄水を供給する洗浄水供給手段と、を備え、上記還元剤供給装置内にて上記噴射ノズルへの還元剤供給経路上での還元剤の目詰まりを検出し、該還元剤供給経路に洗浄水を供給して洗浄するエンジンの排気浄化装置であって、上記還元剤供給装置は、上記還元剤供給経路上にてその上流側から供給される圧力エアを絞る絞り手段の下流側で上記噴射ノズルへの接続口の上流側近傍に連通する洗浄水入口を備えると共に、上記還元剤供給経路の下流側にて上記噴射ノズルへの接続口を洗浄水出口とし、上記洗浄水入口に上記洗浄水供給手段を接続したものである。
このような構成により、上記還元剤供給装置内の還元剤供給経路上にてその上流側から供給される圧力エアを絞る絞り手段の下流側で上記噴射ノズルへの接続口の上流側近傍に連通する洗浄水入口に接続された洗浄水供給手段で洗浄水を供給して洗浄し、上記還元剤供給経路の下流側にて上記噴射ノズルへの接続口を洗浄水出口として排出する。これにより、上記還元剤供給装置に付加された洗浄水供給手段によって、上記還元剤供給装置内にて上記噴射ノズルに還元剤を供給する経路上での還元剤の目詰まりを検出し、その還元剤供給経路に析出した還元剤を洗浄する洗浄水を供給して、目詰まりした還元剤を洗浄する。

また、第５の発明によるエンジンの排気浄化装置は、エンジンの排気系に配設され、排気中の窒素酸化物を還元剤により還元浄化する還元触媒と、上記排気系の排気通路内にて還元剤を上記還元触媒の排気上流側に噴射する噴射ノズルと、この噴射ノズルに対して還元剤を供給する還元剤供給装置と、この還元剤供給装置に付加され、上記噴射ノズルに還元剤を供給する経路に析出した還元剤を洗浄する洗浄水を供給する洗浄水供給手段と、を備え、上記還元剤供給装置内にて上記噴射ノズルへの還元剤供給経路上での還元剤の目詰まりを検出し、該還元剤供給経路に洗浄水を供給して洗浄するエンジンの排気浄化装置であって、上記還元剤供給装置は、上記還元剤供給経路上にてその上流側から供給される圧力エアを絞る絞り手段の上流側近傍に連通する一の洗浄水入口を備えると共に、上記絞り手段の下流側で上記噴射ノズルへの接続口の上流側近傍に連通する他の洗浄水入口を備え、かつ上記還元剤供給経路の下流側にて上記噴射ノズルへの接続口を洗浄水出口とし、上記一の洗浄水入口及び他の洗浄水入口に上記洗浄水供給手段を接続したものである。
このような構成により、上記還元剤供給装置内の還元剤供給経路上にてその上流側から供給される圧力エアを絞る絞り手段の上流側近傍に連通する一の洗浄水入口及び上記絞り手段の下流側で上記噴射ノズルへの接続口の上流側近傍に連通する他の洗浄水入口に接続された洗浄水供給手段で洗浄水を供給して洗浄し、上記還元剤供給経路の下流側にて上記噴射ノズルへの接続口を洗浄水出口として排出する。これにより、上記還元剤供給装置に付加された洗浄水供給手段によって、上記還元剤供給装置内にて上記噴射ノズルに還元剤を供給する経路上での還元剤の目詰まりを検出し、その還元剤供給経路に析出した還元剤を洗浄する洗浄水を供給して、目詰まりした還元剤を洗浄する。

そして、上記還元剤供給装置は、上記還元剤供給経路上にて上記絞り手段の下流側と上記噴射ノズルへの接続口の上流側との間に、還元剤の目詰まりの有無を検出する圧力検知手段を備え、上記還元剤供給経路上にて上記絞り手段側の目詰まり又は噴射ノズル側の目詰まりかを検出するようにしたものである。
これにより、上記還元剤供給経路上にて上記絞り手段の下流側と上記噴射ノズルへの接続口の上流側との間に設けられた圧力検知手段で還元剤の目詰まりの有無を検出し、該還元剤供給経路上にて上記絞り手段側の目詰まり又は噴射ノズル側の目詰まりかを検出する。

また、上記洗浄水供給手段は、洗浄水を貯留しておく洗浄水タンクと、この洗浄水タンクから送られる洗浄水を加圧して上記還元剤供給装置の洗浄水入口へ供給する洗浄水ポンプと、上記洗浄水タンクから送られる洗浄水を加熱するヒータとを有するものである。
これにより、洗浄水タンクで洗浄水を貯留しておき、この洗浄水タンクから送られる洗浄水を洗浄水ポンプで加圧して上記還元剤供給装置の洗浄水入口へ供給し、上記洗浄水タンクから送られる洗浄水をヒータで加熱する。

請求項１に係る発明によれば、還元剤供給装置内の還元剤供給経路上にてその上流側から供給される圧力エアを絞る絞り手段の上流側近傍に連通する洗浄水入口に接続された洗浄水供給手段で洗浄水を供給して洗浄し、上記絞り手段の下流側にて還元剤と混合する部位の下流側近傍に連通する洗浄水出口から排出することができる。これにより、上記還元剤供給装置に付加された洗浄水供給手段によって、上記還元剤供給装置内にて上記噴射ノズルに還元剤を供給する経路上での還元剤の目詰まりを検出し、その還元剤供給経路に析出した還元剤を洗浄する洗浄水を供給して、目詰まりした還元剤を洗浄することができる。したがって、上記還元剤供給装置から噴射ノズルに対して還元剤をスムーズに供給し、排気系に配設された還元触媒の排気上流側に還元剤を適切に噴射することができる。これにより、上記還元触媒上における還元反応が進行して、排気中の窒素酸化物の浄化率を向上することができる。

また、請求項２に係る発明によれば、還元剤供給装置内の還元剤供給経路上にてその上流側から供給される圧力エアを絞る絞り手段の上流側近傍に連通する洗浄水入口に接続された洗浄水供給手段で洗浄水を供給して洗浄し、上記還元剤供給経路の下流側にて噴射ノズルへの接続口を洗浄水出口として排出することができる。これにより、上記還元剤供給装置に付加された洗浄水供給手段によって、上記還元剤供給装置内にて上記噴射ノズルに還元剤を供給する経路上での還元剤の目詰まりを検出し、その還元剤供給経路に析出した還元剤を洗浄する洗浄水を供給して、目詰まりした還元剤を洗浄することができる。したがって、上記還元剤供給装置から噴射ノズルに対して還元剤をスムーズに供給し、排気系に配設された還元触媒の排気上流側に還元剤を適切に噴射することができる。これにより、上記還元触媒上における還元反応が進行して、排気中の窒素酸化物の浄化率を向上することができる。

さらに、請求項３に係る発明によれば、還元剤供給装置内の還元剤供給経路上にてその上流側から供給される圧力エアを絞る絞り手段の上流側近傍に連通する洗浄水入口に接続された洗浄水供給手段で洗浄水を供給して洗浄し、上記絞り手段の下流側にて還元剤と混合する部位の下流側近傍に連通する一の洗浄水出口から排出し、かつ上記還元剤供給経路の下流側にて噴射ノズルへの接続口を他の洗浄水出口として排出することができる。これにより、上記還元剤供給装置に付加された洗浄水供給手段によって、上記還元剤供給装置内にて上記噴射ノズルに還元剤を供給する経路上での還元剤の目詰まりを検出し、その還元剤供給経路に析出した還元剤を洗浄する洗浄水を供給して、目詰まりした還元剤を洗浄することができる。したがって、上記還元剤供給装置から噴射ノズルに対して還元剤をスムーズに供給し、排気系に配設された還元触媒の排気上流側に還元剤を適切に噴射することができる。これにより、上記還元触媒上における還元反応が進行して、排気中の窒素酸化物の浄化率を向上することができる。

さらにまた、請求項４に係る発明によれば、還元剤供給装置内の還元剤供給経路上にてその上流側から供給される圧力エアを絞る絞り手段の下流側で噴射ノズルへの接続口の上流側近傍に連通する洗浄水入口に接続された洗浄水供給手段で洗浄水を供給して洗浄し、上記還元剤供給経路の下流側にて上記噴射ノズルへの接続口を洗浄水出口として排出することができる。これにより、上記還元剤供給装置に付加された洗浄水供給手段によって、上記還元剤供給装置内にて上記噴射ノズルに還元剤を供給する経路上での還元剤の目詰まりを検出し、その還元剤供給経路に析出した還元剤を洗浄する洗浄水を供給して、目詰まりした還元剤を洗浄することができる。したがって、上記還元剤供給装置から噴射ノズルに対して還元剤をスムーズに供給し、排気系に配設された還元触媒の排気上流側に還元剤を適切に噴射することができる。これにより、上記還元触媒上における還元反応が進行して、排気中の窒素酸化物の浄化率を向上することができる。

また、請求項５に係る発明によれば、還元剤供給装置内の還元剤供給経路上にてその上流側から供給される圧力エアを絞る絞り手段の上流側近傍に連通する一の洗浄水入口及び上記絞り手段の下流側で上記噴射ノズルへの接続口の上流側近傍に連通する他の洗浄水入口に接続された洗浄水供給手段で洗浄水を供給して洗浄し、上記還元剤供給経路の下流側にて上記噴射ノズルへの接続口を洗浄水出口として排出することができる。これにより、上記還元剤供給装置に付加された洗浄水供給手段によって、上記還元剤供給装置内にて上記噴射ノズルに還元剤を供給する経路上での還元剤の目詰まりを検出し、その還元剤供給経路に析出した還元剤を洗浄する洗浄水を供給して、目詰まりした還元剤を洗浄することができる。したがって、上記還元剤供給装置から噴射ノズルに対して還元剤をスムーズに供給し、排気系に配設された還元触媒の排気上流側に還元剤を適切に噴射することができる。これにより、上記還元触媒上における還元反応が進行して、排気中の窒素酸化物の浄化率を向上することができる。

さらに、請求項６に係る発明によれば、圧力検知手段で還元剤の目詰まりの有無を検出すると共に、上記還元剤供給経路上にて上流の絞り手段側の目詰まり又は下流の噴射ノズル側の目詰まりかを検出して、各々対応した洗浄水入口から洗浄水を供給し、洗浄水出口から排出して、上記還元剤供給経路上に析出した還元剤を洗浄して還元剤の目詰まりを防止することができる。

また、請求項７に係る発明によれば、洗浄水タンクから送られる洗浄水を洗浄水ポンプで加圧して上記還元剤供給装置の洗浄水入口へ供給し、上記洗浄水タンクから送られる洗浄水をヒータで加熱することにより、還元剤供給経路上に析出した還元剤を確実に洗浄して還元剤の目詰まりを防止することができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明によるエンジンの排気浄化装置の実施形態を示す概念図である。この排気浄化装置は、移動車両搭載のディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等から排出されるＮＯｘを、還元剤を用いて還元除去するものである。ガソリンあるいは軽油を燃料とするエンジン１の排気は、排気マニフォ−ルド２から排気通路としての排気管３を経由して大気中に排出される。詳細には、上記排気管３には排気上流側から順に、一酸化窒素（ＮＯ）の酸化触媒４、ＮＯｘの還元触媒５、アンモニアスリップ用酸化触媒６が配設され、その前後に温度センサ、ＮＯｘセンサ等が配設されて排気系が構成されるが、細部の構成は図示していない。

上記酸化触媒４は、排気管３内を通る排気中のＮＯ等を酸化反応により低減するもので、例えばステンレス鋼等の耐熱性、耐食性に優れた材料から成りハニカム形状の横断面を有するモノリスタイプの触媒担体に、アルミナ等の多孔性部材の表面に白金等の貴金属を担持したハニカム型触媒が付設されている。そして、上記排気管３内を通る排気が上記触媒と接触しながら流れることにより、排気中のＮＯが酸化してＮＯ₂となり、下流側の還元触媒５におけるＮＯｘの除去率を向上するようになっている。なお、上記ＮＯの酸化反応と同時に、排気中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）等も酸化反応により低減されることとなる。

上記ＮＯｘの還元触媒５は、排気管３内を通る排気中のＮＯｘを還元剤により還元浄化するもので、例えばセラミックのコーディライトやＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ系の耐熱鋼から成るハニカム形状の横断面を有するモノリスタイプの触媒担体に、ゼオライト系の活性成分が担持されている。そして、上記触媒担体に担持された活性成分は、還元剤の供給を受けて活性化し、排気中のＮＯｘを効果的に無害物質に浄化させる。なお、上記ＮＯｘの還元触媒５の後段には、アンモニアスリップ用酸化触媒６が配設されている。

上記排気管３の内部にてＮＯｘの還元触媒５の上流側には、噴射ノズル７が配設されている。この噴射ノズル７は、上記排気管３の内部にて還元剤をＮＯｘの還元触媒５の排気上流側に噴射するもので、後述の還元剤供給装置８から還元剤が圧力エアと共に供給されて排気管３内に噴射供給するようになっている。ここで、上記噴射ノズル７は、その先端部が排気の流れ方向Ａと略平行に下流側に向けて延びているものとしたが、排気管３内にて排気の流れ方向Ａと略直角に突き出るものとしてもよい。

上記噴射ノズル７には、還元剤供給装置８が接続されている。この還元剤供給装置８は、上記噴射ノズル７に対して還元剤を供給するもので、貯蔵タンク９内に貯留された還元剤が供給配管１０を通じて供給され、内部で圧力エアと混合した状態で噴射ノズル７に還元剤を供給するようになっている。

この実施形態では、上記噴射ノズル７で噴射供給する還元剤として尿素水溶液（尿素水）を用いる。他にアンモニア水溶液等を用いてもよい。そして、噴射ノズル７で噴射供給された尿素水は、排気管３内の排気熱により加水分解してアンモニアを容易に発生する。得られたアンモニアは、ＮＯｘの還元触媒５において排気中のＮＯｘと反応し、水及び無害なガスに浄化される。尿素水は、固体もしくは粉体の尿素の水溶液で、貯蔵タンク９に貯留されており、供給配管１０を通じて還元剤供給装置８に供給されるようになっている。

なお、上記還元剤供給装置８には、例えばＣＰＵから成る制御回路としてのＥＣＵ（Engine Control Unit）１１が信号線１２で接続されており、該ＥＣＵ１１から送出される制御信号により上記還元剤供給装置８の動作が制御されて、噴射ノズル７からの還元剤の供給が制御されるようになっている。

このように構成された排気浄化装置において、還元剤（尿素水）を上記還元触媒５の排気上流側に供給する動作について説明する。まず、エンジン１の運転による排気は、排気マニフォ−ルド２から排気管３を経由して、該排気管３内の途中に配設された酸化触媒４、及びＮＯｘの還元触媒５、更にアンモニアスリップ用酸化触媒６を通り、排気管３の端部排出口から大気中に排出される。このとき、上記排気管３の内部にてＮＯｘの還元触媒５の排気上流側に配設された噴射ノズル７から尿素水が噴射される。すなわち、尿素水の貯蔵タンク９から供給配管１０を介して尿素水が還元剤供給装置８に供給され、この還元剤供給装置８の動作により圧力エアと共に尿素水が上記噴射ノズル７に供給されて、排気中に噴射供給される。

その後、エンジン１の運転停止により、噴射ノズル７からの尿素水の噴射を終了するには、還元剤供給装置８の動作により、まず貯蔵タンク９からの尿素水の供給を遮断し、その後しばらくは噴射ノズル７に圧力エアだけを供給する。これにより、噴射ノズル７のノズル本体及び噴射孔から尿素水を追い出して、尿素水の噴射を終了する。

ここで、本発明においては、上記還元剤供給装置８に洗浄水供給手段が付加されている。この洗浄水供給手段は、上記還元剤供給装置８内にて上記噴射ノズル７に還元剤（尿素水）を供給する経路上での尿素水の目詰まりの有無を検出し、その還元剤供給経路に析出した尿素水を洗浄する洗浄水を供給するもので、洗浄水タンク１３と、洗浄水ポンプ１４とを有している。

上記洗浄水タンク１３は、上記還元剤供給経路に析出した尿素水を洗浄する洗浄水を貯留しておくもので、例えば図２に示すように、一つの独立した容器から成る。そして、この洗浄水タンク１３から上記還元剤供給装置８に洗浄水を送る給水配管１５上には、洗浄水ポンプ１４が設けられている。この洗浄水ポンプ１４は、上記洗浄水タンク１３から送られる洗浄水を加圧して上記還元剤供給装置８の洗浄水入口へ供給するもので、適宜の加圧ポンプから成り、洗浄水を所定の圧力に加圧するようになっている。なお、上記給水配管１５上にて洗浄水ポンプ１４の前段には、フィルタ１６が設けられており、上記洗浄水タンク１３から送られる洗浄水に含まれるゴミや異物等を除去するようになっている。

また、上記給水配管１５上にて洗浄水ポンプ１４の後段には、ヒータ１７がさらに設けられている。このヒータ１７は、上記洗浄水タンク１３から送られる洗浄水を加熱するもので、適宜の加熱手段から成り、洗浄水を所定の温度に加熱するようになっている。この場合は、上記還元剤供給装置８内の還元剤供給経路に析出した尿素水の洗浄性を向上することができる。

さらに、図２において、上記還元剤供給装置８には、エアタンク１８が接続されている。このエアタンク１８は、図１に示す貯蔵タンク９から供給配管１０を通じて還元剤供給装置８内に供給された尿素水と混合する圧力エアを供給するものである。そして、上記還元剤供給装置８の内部で尿素水と圧力エアとを混合した状態で、噴射ノズル７に還元剤を供給するようになっている。

なお、図２では、上記洗浄水タンク１３は一つの独立した容器から成るものとしたが、本発明はこれに限られず、例えばエンジン冷却水の系統に給水配管１５を接続して、エンジン冷却水を洗浄水として用いてもよい。この場合、上記還元剤供給装置８内の洗浄の機会は頻繁ではないと考えられるので、エンジン冷却水の予備タンク分で洗浄可能である。

図３は、上記還元剤供給装置８の内部構造を示す断面説明図である。まず、この還元剤供給装置８の内部にて、その中心部には上記貯蔵タンク９から噴射ノズル７に還元剤を供給する経路となる還元剤供給経路２０が形成されている。そして、この還元剤供給経路２０の上流側には、一の分岐管２１ａを介して還元剤入口２２が設けられ、他の分岐管２１ｂを介して圧力エア入口２３が設けられている。また、他の分岐管２１ｂの途中には、図２に示すエアタンク１８から供給される圧力エアを絞る絞り手段としてのオリフィス２４が形成されている。

そして、上記オリフィス２４の上流側近傍から分岐する連通管２５を介して第１の洗浄水入口２６が設けられている。この第１の洗浄水入口２６が、上記還元剤供給経路２０上にてその上流側から供給される圧力エアを絞るオリフィス２４の上流側近傍に連通する一の洗浄水入口となる。また、上記オリフィス２４の下流側近傍から分岐する連通管２７を介して第１の洗浄水出口２８が設けられている。この第１の洗浄水出口２８が、上記オリフィス２４の下流側にて還元剤と混合する部位の下流側近傍に連通する一の洗浄水出口となる。

一方、上記還元剤供給経路２０の下流側には、上記オリフィス２４の下流側にて前記噴射ノズル７への接続口の上流側近傍から分岐する連通管２９を介して第２の洗浄水入口３０が設けられている。この第２の洗浄水入口３０が、上記還元剤供給経路２０上にてその上流側から供給される圧力エアを絞るオリフィス２４の下流側で上記噴射ノズル７への接続口の上流側近傍に連通する他の洗浄水入口となる。また、上記噴射ノズル７への接続口を第２の洗浄水出口３１としている。この第２の洗浄水出口３１が、上記還元剤供給経路２０の下流側にて上記噴射ノズル７への接続口である他の洗浄水出口となる。

そして、上記還元剤供給経路２０上にて上記オリフィス２４の下流側と上記噴射ノズル７への接続口（３１）の上流側との間に、圧力センサ３２が設けられている。この圧力センサ３２は、上記還元剤供給経路２０上での尿素水の目詰まりの有無を検出する圧力検知手段となるもので、該還元剤供給経路２０上にて上記オリフィス２４側又は噴射ノズル７側の目詰まりかを検出するようになっている。この場合、上記圧力センサ３２は、上記還元剤供給経路２０内に供給されて流れる尿素水と圧力エアの混合流体の圧力を検出する。

なお、図３において、符号３３は上記貯蔵タンク９からの尿素水を還元剤供給経路２０へ圧送するポンプを示している。また、符号３４は上記ポンプ３３から送られる尿素水（還元剤）の圧力を検出する還元剤圧センサを示している。そして、符号Ｖ₁，Ｖ₂，Ｖ₃，Ｖ₄，Ｖ₅，Ｖ₆は還元剤供給経路２０上又は各配管上に設けられた遮断バルブを示している。また、図２において、符号３５は図３に示す第１の洗浄水出口２８に接続された排水管を示している。

図３のような内部構造の還元剤供給装置８において、還元剤入口２２には図２に示す還元剤の貯蔵タンク９からの供給配管１０が接続され、圧力エア入口２３には図２に示すエアタンク１８からのエア配管が接続され、第１の洗浄水入口２６及び第２の洗浄水入口３０には図２に示す洗浄水タンク１３からの給水配管１５が接続され、第２の洗浄水出口３１には図２に示す噴射ノズル７が接続される。

そして、図３に示す還元剤供給装置８においてその内部の還元剤供給経路２０に析出した尿素水（還元剤）を洗浄するために、(1)第１の洗浄水入口２６と第１の洗浄水出口２８とを備えて洗浄するタイプ、(2)第１の洗浄水入口２６と第２の洗浄水出口３１とを備えて洗浄するタイプ、(3)第１の洗浄水入口２６と第１の洗浄水出口２８及び第２の洗浄水出口３１とを備えて洗浄するタイプ、(4)第２の洗浄水入口３０と第２の洗浄水出口３１とを備えて洗浄するタイプ、(5)第１の洗浄水入口２６及び第２の洗浄水入口３０と第２の洗浄水出口３１とを備えて洗浄するタイプ、の５種類の型式が構成可能である。さらに、第１の洗浄水入口２６及び第２の洗浄水入口３０と第１の洗浄水出口２８及び第２の洗浄水出口３１とを総て備えて洗浄するタイプも考えられる。

次に、このように構成された還元剤供給装置８内における尿素水（還元剤）の洗浄動作について、図４及び図５に示すフローチャートを参照して説明する。まず、図１に示すエンジンの排気浄化装置において、エンジン１の運転による排気は、排気マニフォ−ルド２から排気管３を経由して、該排気管３内の途中に配設された酸化触媒４、及びＮＯｘの還元触媒５、更にアンモニアスリップ用酸化触媒６を通り、排気管３の端部排出口から大気中に排出される。このとき、上記排気管３の内部にてＮＯｘの還元触媒５の排気上流側に配設された噴射ノズル７から尿素水が噴射される。すなわち、図２に示す尿素水の貯蔵タンク９から供給配管１０を介して尿素水が還元剤供給装置８に供給されると共に、エアタンク１８から圧力エアが供給され、上記還元剤供給装置８の動作により圧力エアと共に尿素水が上記噴射ノズル７に供給されて、排気中に噴射供給される。

このとき、図３に示す還元剤供給装置８内にて還元剤供給経路２０の中間部に設けられた圧力センサ３２により、該還元剤供給経路２０内の圧力を検出し確認する（図４のステップＳ１）。このとき、上記還元剤供給経路２０の経路内圧力Ｐaの正常値は、或る所定圧力Ｐ₂以上であり他の所定圧力Ｐ₁以下（Ｐ₂＜Ｐ₁）であるとする（Ｐ₂≦Ｐaの正常値≦Ｐ₁）。そして、ステップＳ２で、経路内圧力Ｐaが所定圧力Ｐ₁より大きいか否か判断する。

いま、経路内圧力Ｐaが所定圧力Ｐ₁より大きいとすると、“YES”側に進んでステップＳ３に入り、上記還元剤供給経路２０の下流側にて噴射ノズル７側の目詰まりであると判断する。このとき、上記圧力センサ３２から図１に示すＥＣＵ１１に検出信号が送られ、噴射ノズル７側の目詰まりであると判断して制御信号が還元剤供給装置８に送り返され、還元剤の供給制御を中断する（ステップＳ４）。

次に、上記還元剤供給装置８の内部では、いくつかの遮断バルブを閉じると共に他の遮断バルブは開いて、上記還元剤供給経路２０の下流側に洗浄水を供給して洗浄を開始する（ステップＳ５）。図３において、例えば、第１の遮断バルブＶ₁と、第２の遮断バルブＶ₂と、第４の遮断バルブＶ₄と、第５の遮断バルブＶ₅とを閉じ、第３の遮断バルブＶ₃及び第６の遮断バルブＶ₆のみを開いて、第２の洗浄水入口３０から洗浄水を供給し第２の洗浄水出口３１から排出する。

このとき、上記洗浄開始と同時にタイマーのカウントを開始して、洗浄動作の経過時間を検出し確認する（ステップＳ６）。そして、その経過時間Ｔaが所定時間Ｔ₁より大きくなったか否か判断する（ステップＳ７）。上記の経過時間Ｔaが所定時間Ｔ₁より大きくなると、“YES”側に進んで洗浄を終了する（ステップＳ８）。これにより、上記還元剤供給経路２０の下流側にて噴射ノズル７への接続口までの間に析出した尿素水を洗浄することができる。

この状態で、上記還元剤供給装置８の内部を通常の還元剤供給の状態に復旧する。図３において、例えば、第１の遮断バルブＶ₁と、第３の遮断バルブＶ₃と、第４の遮断バルブＶ₄とを閉じ、第２の遮断バルブＶ₂及び第５の遮断バルブＶ₅並びに第６の遮断バルブＶ₆のみを開いて、還元剤供給経路２０の上流側から下流側まで尿素水及び圧力エアが流れるように経路を開く。これにより、上記還元剤供給装置８による還元剤の供給制御を再開する（ステップＳ９）。

一方、図４のステップＳ２で、経路内圧力Ｐaが所定圧力Ｐ₁以下であるとすると、“NO”側に進んで図５のステップＳ１２に入る。ここでは、経路内圧力Ｐaが所定圧力Ｐ₂より小さいか否か判断する。

いま、経路内圧力Ｐaが所定圧力Ｐ₂より小さいとすると、“YES”側に進んでステップＳ１３に入り、上記還元剤供給経路２０の上流側にてオリフィス２４側の目詰まりであると判断する。このとき、上記圧力センサ３２から図１に示すＥＣＵ１１に検出信号が送られ、オリフィス２４側の目詰まりであると判断して制御信号が還元剤供給装置８に送り返され、還元剤の供給制御を中断する（ステップＳ１４）。

次に、上記還元剤供給装置８の内部では、いくつかの遮断バルブを閉じると共に他の遮断バルブは開いて、上記還元剤供給経路２０の上流側に洗浄水を供給して洗浄を開始する（ステップＳ１５）。図３において、例えば、第３の遮断バルブＶ₃と、第５の遮断バルブＶ₅と、第６の遮断バルブＶ₆とを閉じ、第１の遮断バルブＶ₁及び第２の遮断バルブＶ₂並びに第４の遮断バルブＶ₄のみを開いて、第１の洗浄水入口２６から洗浄水を供給し第１の洗浄水出口２８から排出する。

以下、図４に示すステップＳ６〜Ｓ９と全く同様にして、図５に示すステップＳ１６〜Ｓ１９が行われ、上記還元剤供給経路２０のオリフィス２４の下流側にて分岐管２１ａからの尿素水と圧力エアとが混合する部位に析出した尿素水を洗浄することができる。

なお、上記還元剤供給経路２０内に析出した還元剤を洗浄する経路は、図４及び図５を参照して説明したものに限られず、上記還元剤が析出した部位に応じて、前述の遮断バルブＶ₁，Ｖ₂，Ｖ₃，Ｖ₄，Ｖ₅，Ｖ₆の開閉を適宜選択することにより、所望の経路を洗浄することができる。

本発明によるエンジンの排気浄化装置の実施形態を示す概念図である。上記エンジンの排気浄化装置の要部を示す系統図である。上記エンジンの排気浄化装置における還元剤供給装置の内部構造を示す断面説明図である。上記還元剤供給装置内における還元剤の洗浄動作を説明するフローチャートである。同じく、上記還元剤供給装置内における還元剤の洗浄動作を説明するフローチャートである。

符号の説明

１…エンジン
３…排気管
４…酸化触媒
５…還元触媒
６…アンモニアスリップ用酸化触媒
７…噴射ノズル
８…還元剤供給装置
９…貯蔵タンク
１０…供給配管
１１…ＥＣＵ
１３…洗浄水タンク
１４…洗浄水ポンプ
１７…ヒータ
１８…エアタンク
２０…還元剤供給経路
２４…オリフィス
２６…第１の洗浄水入口
２８…第１の洗浄水出口
３０…第２の洗浄水入口
３１…第２の洗浄水出口
３２…圧力センサ

Claims

エンジンの排気系に配設され、排気中の窒素酸化物を還元剤により還元浄化する還元触媒と、
上記排気系の排気通路内にて還元剤を上記還元触媒の排気上流側に噴射する噴射ノズルと、
この噴射ノズルに対して還元剤を供給する還元剤供給装置と、
この還元剤供給装置に付加され、上記噴射ノズルに還元剤を供給する経路に析出した還元剤を洗浄する洗浄水を供給する洗浄水供給手段と、を備え、
上記還元剤供給装置内にて上記噴射ノズルへの還元剤供給経路上での還元剤の目詰まりを検出し、該還元剤供給経路に洗浄水を供給して洗浄するエンジンの排気浄化装置であって、
上記還元剤供給装置は、上記還元剤供給経路上にてその上流側から供給される圧力エアを絞る絞り手段の上流側近傍に連通する洗浄水入口を備えると共に、上記絞り手段の下流側にて還元剤と混合する部位の下流側近傍に連通する洗浄水出口を備え、上記洗浄水入口に上記洗浄水供給手段を接続したことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
エンジンの排気系に配設され、排気中の窒素酸化物を還元剤により還元浄化する還元触媒と、
上記排気系の排気通路内にて還元剤を上記還元触媒の排気上流側に噴射する噴射ノズルと、
この噴射ノズルに対して還元剤を供給する還元剤供給装置と、
この還元剤供給装置に付加され、上記噴射ノズルに還元剤を供給する経路に析出した還元剤を洗浄する洗浄水を供給する洗浄水供給手段と、を備え、
上記還元剤供給装置内にて上記噴射ノズルへの還元剤供給経路上での還元剤の目詰まりを検出し、該還元剤供給経路に洗浄水を供給して洗浄するエンジンの排気浄化装置であって、
上記還元剤供給装置は、上記還元剤供給経路上にてその上流側から供給される圧力エアを絞る絞り手段の上流側近傍に連通する洗浄水入口を備えると共に、上記還元剤供給経路の下流側にて上記噴射ノズルへの接続口を洗浄水出口とし、上記洗浄水入口に上記洗浄水供給手段を接続したことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
エンジンの排気系に配設され、排気中の窒素酸化物を還元剤により還元浄化する還元触媒と、
上記排気系の排気通路内にて還元剤を上記還元触媒の排気上流側に噴射する噴射ノズルと、
この噴射ノズルに対して還元剤を供給する還元剤供給装置と、
この還元剤供給装置に付加され、上記噴射ノズルに還元剤を供給する経路に析出した還元剤を洗浄する洗浄水を供給する洗浄水供給手段と、を備え、
上記還元剤供給装置内にて上記噴射ノズルへの還元剤供給経路上での還元剤の目詰まりを検出し、該還元剤供給経路に洗浄水を供給して洗浄するエンジンの排気浄化装置であって、
上記還元剤供給装置は、上記還元剤供給経路上にてその上流側から供給される圧力エアを絞る絞り手段の上流側近傍に連通する洗浄水入口を備えると共に、上記絞り手段の下流側にて還元剤と混合する部位の下流側近傍に連通する一の洗浄水出口を備え、かつ上記還元剤供給経路の下流側にて上記噴射ノズルへの接続口を他の洗浄水出口とし、上記洗浄水入口に上記洗浄水供給手段を接続したことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
エンジンの排気系に配設され、排気中の窒素酸化物を還元剤により還元浄化する還元触媒と、
上記排気系の排気通路内にて還元剤を上記還元触媒の排気上流側に噴射する噴射ノズルと、
この噴射ノズルに対して還元剤を供給する還元剤供給装置と、
この還元剤供給装置に付加され、上記噴射ノズルに還元剤を供給する経路に析出した還元剤を洗浄する洗浄水を供給する洗浄水供給手段と、を備え、
上記還元剤供給装置内にて上記噴射ノズルへの還元剤供給経路上での還元剤の目詰まりを検出し、該還元剤供給経路に洗浄水を供給して洗浄するエンジンの排気浄化装置であって、
上記還元剤供給装置は、上記還元剤供給経路上にてその上流側から供給される圧力エアを絞る絞り手段の下流側で上記噴射ノズルへの接続口の上流側近傍に連通する洗浄水入口を備えると共に、上記還元剤供給経路の下流側にて上記噴射ノズルへの接続口を洗浄水出口とし、上記洗浄水入口に上記洗浄水供給手段を接続したことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
エンジンの排気系に配設され、排気中の窒素酸化物を還元剤により還元浄化する還元触媒と、
上記排気系の排気通路内にて還元剤を上記還元触媒の排気上流側に噴射する噴射ノズルと、
この噴射ノズルに対して還元剤を供給する還元剤供給装置と、
この還元剤供給装置に付加され、上記噴射ノズルに還元剤を供給する経路に析出した還元剤を洗浄する洗浄水を供給する洗浄水供給手段と、を備え、
上記還元剤供給装置内にて上記噴射ノズルへの還元剤供給経路上での還元剤の目詰まりを検出し、該還元剤供給経路に洗浄水を供給して洗浄するエンジンの排気浄化装置であって、
上記還元剤供給装置は、上記還元剤供給経路上にてその上流側から供給される圧力エアを絞る絞り手段の上流側近傍に連通する一の洗浄水入口を備えると共に、上記絞り手段の下流側で上記噴射ノズルへの接続口の上流側近傍に連通する他の洗浄水入口を備え、かつ上記還元剤供給経路の下流側にて上記噴射ノズルへの接続口を洗浄水出口とし、上記一の洗浄水入口及び他の洗浄水入口に上記洗浄水供給手段を接続したことを特徴とするエンジンの排気浄化装置。
上記還元剤供給装置は、上記還元剤供給経路上にて上記絞り手段の下流側と上記噴射ノズルへの接続口の上流側との間に、還元剤の目詰まりの有無を検出する圧力検知手段を備え、上記還元剤供給経路上にて上記絞り手段側の目詰まり又は噴射ノズル側の目詰まりかを検出するようにしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のエンジンの排気浄化装置。
上記洗浄水供給手段は、洗浄水を貯留しておく洗浄水タンクと、この洗浄水タンクから送られる洗浄水を加圧して上記還元剤供給装置の洗浄水入口へ供給する洗浄水ポンプと、上記洗浄水タンクから送られる洗浄水を加熱するヒータとを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のエンジンの排気浄化装置。