JP4898595B2

JP4898595B2 - 排気ガス浄化装置

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Publication number: JP4898595B2
Application number: JP2007211021A
Authority: JP
Inventors: 純司山本
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd
Priority date: 2007-08-13
Filing date: 2007-08-13
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2027-08-13
Also published as: JP2009046997A

Description

本発明は、内燃機関の排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置に関する。

内燃機関の排気ガスに含まれる窒素酸化物を除去するために、排気ガスに対して還元剤として尿素水を噴霧する装置が知られている。この装置では、還元剤タンクに貯留された尿素粉末と、水タンクに貯留された水とを適宜計量して混合することで、所定濃度の尿素水を得ている（特許文献１参照）。

特開２００２−３７００１６号公報

しかし、従来の装置では、噴霧されて消費された尿素水を補充できるが、噴霧されて反応に供されたかった余剰の尿素水の再利用はできなかった。

（１）請求項１の発明による排気ガス浄化装置は、内燃機関の排気ガスが内部に導かれるケーシングと、ケーシングの内部に導かれた排気ガスに対して尿素水を噴霧する噴霧射手段と、ケーシングに対して直列に配設された２つの開閉装置を互い違いに開閉することで、噴霧手段で噴霧された尿素水のうち、排気ガスの処理に供されなかった余剰の尿素水を排気ガスの排出を抑制しつつケーシングの外部に排出させて回収する、ケーシングの下部に設けられた余剰尿素水回収手段とを備えることを特徴とする。
（２）請求項２の発明は、請求項１に記載の排気ガス浄化装置において、余剰尿素水回収手段で回収された余剰の尿素水中の尿素の濃度を検出する濃度検出手段と、濃度検出手段で検出された尿素の濃度に基づいて、余剰尿素水回収手段で回収された余剰の尿素水の尿素濃度を調整する濃度調整手段とをさらに備えることを特徴とする。

本発明によれば、尿素水を有効利用できる。

図１〜６を参照して、本発明による排気ガス浄化装置の一実施の形態を説明する。図１は、本発明による排気ガス浄化装置が搭載される車両等の一例としての、建設機械である油圧ショベルの外観を示す図である。無限軌道式の下部走行体１上には、旋回輪１０を介して上部旋回体２が旋回自由に装架されている。上部旋回体２は、構造体をなす旋回フレーム3、旋回フレーム3の前部左側には運転室４が、旋回フレーム3の前部中央には掘削作業等を行うための作業装置５が、旋回フレーム3の後部側には、作業装置５とのバランスをとるためのカウンタウエイト６が設置されている。

旋回フレーム3上の運転室４とカウンタウエイト６との間には、機械室を画成した建屋カバー７が設置されている。機械室にはエンジン８や、エンジン８によって駆動される不図示の油圧ポンプ、後述する排気ガス浄化装置などが設置されている。エンジン８は、軽油を燃料とするディーゼルエンジンであってもよく、ガソリンを燃料とするガソリンエンジンであってもよい。

図２は、エンジン８から排出される排気ガスが外界（大気中）に排出されるまでの通過経路を示す図である。排気ガスの通過経路上には、ＰＭ除去装置２０と、本発明による排気ガス浄化装置であるＮＯｘ処理装置１００と、アンモニア除去装置３０とが配設されている。ＰＭ除去装置２０は、排気ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）を除去するための装置であり、ＰＭを物理的に捕集するフィルタと、フィルタに捕集されたＰＭを燃焼・焼却させる再生装置とを有する。

ＮＯｘ処理装置１００は、排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を処理する装置であり、尿素水の加水分解反応によって発生するアンモニアを利用して、ＮＯｘを還元する。ＮＯｘ処理装置１００の詳細については後述する。アンモニア除去装置３０は、ＮＯｘ処理装置１００から排出される余剰のアンモニアを除去する装置である。アンモニア除去装置３０は、アンモニアの酸化触媒を有し、この酸化触媒を用いてアンモニアを酸化させて無害な窒素と水を生成させる。

エンジン８から排出された排気ガスは、ＰＭ除去装置２０で排気ガス中に含まれるＰＭが除去される。ＰＭが除去された排気ガスは、ＮＯｘ処理装置１００で排気ガス中に含まれるＮＯｘが除去される。ＮＯｘが除去された排気ガスは、アンモニア除去装置３０で余剰のアンモニアが除去されて外界に排出される。

図３は、ＮＯｘ処理装置１００の構成を示すフローシートである。ＮＯｘ処理装置１００は、排気ガスのＮＯｘを処理するＮＯｘ処理部１１０と、その周辺装置からなる。ＮＯｘ処理装置１００は、その周辺装置として、水タンク１０１と、尿素タンク１０２と、尿素水タンク１０３と、噴霧ポンプ１０４と、尿素水回収装置１２０と、回収ポンプ１３１と、濃度調整槽１３３とを備えている。また、ＮＯｘ処理装置１００は、各部を制御するための制御装置１５０を備えている。

ＮＯｘ処理部１１０は、ケーシング１１１と、触媒１１２と、スプレーノズル１１３とを有する。ケーシング１１１は、触媒１１２を保持する筐体としての構造を有する。ケーシング１１１は、その内部に排気ガスが導かれるように排気ガスの入口と出口とが設けられており、排気ガスが２枚の触媒１１２を順次通過するように２枚の触媒をそれぞれ離間させて保持している。排気ガスの通過方向に沿って見たときのケーシング１１１および触媒１１２の断面形状は、円形であってもよいが、機械室の少ない空きスペースに容易に配設できるように、矩形形状とすることが望ましい。ケーシング１１１は、触媒を取り外して交換できるように、かつ、排気ガスの処理時には、排気ガスの出口以外から排気ガスが漏れないように構成されている。

触媒１１２は、排気ガスに含まれるＮＯｘを還元するための触媒であり、ケーシング１１１内に２段設けられている。なお、触媒１１２の段数は１段でもよく、３段以上でもよい。触媒１１２は、後述するように、スプレーノズル１１３から噴霧される尿素水由来のアンモニアによって排気ガスに含まれるＮＯｘを還元する。スプレーノズル１１３は、尿素水タンク１０３に貯蔵された尿素水を排気ガスに噴霧するためのスプレーノズルである。スプレーノズル１１３は、離間して保持された触媒１１２の上流にそれぞれ設けられている。

ケーシング１１１の下部には、後述する尿素水回収装置１２０が接続されている。ケーシング１１１内部では、スプレーノズル１１３から噴霧されて、ケーシング１１１の下部に流下した余剰の尿素水がケーシング１１１の下部で滞留する。触媒１１２を保持する部分の内、ケーシング１１１の下部に位置する部分は、ケーシング１１１の下部に流下した尿素水が尿素水回収装置１２０で回収されるように、触媒１１２の上流側と下流側との間で流通可能に構成されている。なお、触媒１１２を保持する部分は、触媒１１２を通過せずに触媒１１２の下流に抜ける排気ガスが極力少なくなるように構成されている。

水タンク１０１は、水を貯蔵するタンクである。水タンク１０１に貯蔵された水は、後述する尿素水の調製および、回収された尿素水の濃度調整のために使用される。水タンク１０１には、外部から適宜水を補給する必要があり、不図示の水供給口が設けられている。水タンク１０１には、尿素水タンク１０３へ水を供給するための配管１６１と、濃度調整槽１３３へ水を供給するための配管１６２が接続されている。

各配管１６１，１６２には電磁弁１６３、１６４が設けられている。電磁弁１６３，１６４は制御装置１５０によって開閉が制御される。電磁弁１６３が開かれると水タンク１０１の水が自重にて尿素水タンク１０３に流入する。電磁弁１６３が閉じられると、尿素水タンク１０３への水の流入が停止する。同様に、電磁弁１６４が開かれると水タンク１０１の水が自重にて濃度調整槽１３３に流入する。電磁弁１６４が閉じられると、濃度調整槽１３３への水の流入が停止する。

水タンク１０１は、水タンク１０１に貯蔵されている水がポンプを用いることなく尿素水タンク１０３や濃度調整槽１３３へ供給されるように、尿素水タンク１０３や濃度調整槽１３３よりも高い位置に配設されている。水タンク１０１の高さ位置に関係なく水タンク１０１に貯蔵されている水が尿素水タンク１０３や濃度調整槽１３３へ供給されるようにポンプを設けてもよい。なお、水タンク１０１には、貯蔵されている水の量を検出するために、不図示のレベルセンサが設けられている。

尿素タンク１０２は、尿素粉末を貯蔵するタンクである。尿素タンク１０２に貯蔵された尿素粉末は、尿素水の調製および、回収された尿素水の濃度調整のために使用される。尿素タンク１０２には、外部から適宜尿素粉末を補給する必要があり、上部に不図示の尿素粉末投入口が設けられている。尿素タンク１０２には、尿素水タンク１０３へ尿素粉末を供給するための配管１６５と、濃度調整槽１３３へ尿素粉末を供給するための配管１６６が接続されている。

各配管１６５，１６６には、たとえば粉粒体用の仕切弁のように粉流体用に設計された電磁弁１６７、１６８が設けられている。電磁弁１６７，１６８は制御装置１５０によって開閉が制御される。電磁弁１６７が開かれると尿素タンク１０２の尿素粉末が自重にて尿素水タンク１０３に流入する。電磁弁１６７が閉じられると、尿素水タンク１０３への尿素粉末の流入が停止する。同様に、電磁弁１６８が開かれると尿素タンク１０２の尿素粉末が自重にて濃度調整槽１３３に流入する。電磁弁１６８が閉じられると、濃度調整槽１３３への尿素粉末の流入が停止する。

尿素タンク１０２は、粉体移送用の装置を用いることなく、尿素タンク１０２に貯蔵されている尿素粉末が尿素水タンク１０３や濃度調整槽１３３へ供給されるように、尿素水タンク１０３や濃度調整槽１３３よりも高い位置に配設されている。なお、電磁弁１６７，１６８の代わりに、ロータリーバルブを設け、ロータリーバルブを回転駆動させることで尿素粉末を切り出して、尿素水タンク１０３や濃度調整槽１３３に投入するようにしてもよい。また、尿素タンク１０２の高さ位置に関係なく尿素タンク１０２に貯蔵されている尿素粉末が尿素水タンク１０３や濃度調整槽１３３へ供給されるように、たとえばスクリューフィーダなどの粉体移送用の装置を設けてもよい。なお、尿素タンク１０２には、貯蔵されている尿素粉末の量を検出できるように、たとえば粉末用の不図示のレベルセンサが設けられている。

尿素水タンク１０３は、尿素水を調製して貯蔵するタンクである。水タンク１０１から所定量の水が供給され、尿素タンク１０２から所定量の尿素粉末が供給されると、制御装置１５０からの指示によって不図示の攪拌機が起動され、尿素水タンク１０３内で尿素粉末が水に溶解されて、所定濃度の尿素水が調製される。なお、尿素水タンク１０３には、貯蔵されている尿素水の量を検出するために、不図示のレベルセンサが設けられている。

噴霧ポンプ１０４は、尿素水タンク１０３とスプレーノズル１１３とを接続する配管１６９の途中に設けられたポンプであり、尿素水タンク１０３の尿素水を吸引して加圧し、スプレーノズル１１３から噴霧させる。噴霧ポンプ１０４は、制御装置１５０によって駆動が制御される。

尿素水回収装置１２０は、上述したようにＮＯｘ処理部１１０のケーシング１１１の下部に取り付けられた装置であり、ケーシング１１１の下部に流下した余剰の尿素水を回収する。尿素水回収装置１２０は、回収タンク１２１と、電磁弁１２２，１１２３とを有する。回収タンク１２１は、ケーシング１１１から抜き出した尿素水を一時的に貯留するタンクであり、下部近傍に液検出センサ１２６が設けられている。

電磁弁１２２は、ケーシング１１１と回収タンク１２１とを接続する配管１７１に設けられた電磁弁であり、制御装置１５０によって開閉が制御される。配管１７１には、液検出センサ１２５が設けられている。電磁弁１２３は、回収タンク１２１の底部と、回収ポンプ１３１の吸い込み側とを接続する配管１７２の途中に設けられた電磁弁であり、制御装置１５０によって開閉が制御される。

回収ポンプ１３１は、尿素水回収装置１２０で回収された尿素水を濃度調整槽１３３に送液するためのポンプである。回収ポンプ１３１の吐出側と濃度調整槽１３３とは、配管１７３で接続されている。回収ポンプ１３１は、制御装置１５０によって駆動が制御される。フィルタ１３２は、配管１７３の途中に設けられた異物除去用のフィルタであり、尿素水回収装置１２０で回収された尿素水に含まれる異物を除去する。

濃度調整槽１３３は、回収装置１２０で回収された尿素水の濃度を調整する調整槽である。濃度調整槽１３３には、濃度検出装置１３４と、不図示の攪拌機とが設けられている。この攪拌機は、適宜駆動および停止するよう制御装置１５０によって制御される。濃度検出装置１３４は、濃度調整槽１３３中の尿素水の尿素濃度を検出する装置である。濃度検出装置１３４は、たとえば次のようにして、回収された尿素水の濃度を自動的に測定する。

−−−酵素ウレアーゼ法を利用した尿素濃度の測定について−−−
ウレアーゼとは、尿素を加水分解によりＣＯ_２とＮＨ_３に分解する酵素であり、反応式は次のとおりである。
（ＮＨ_２）_２ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ → ＣＯ_２＋２ＮＨ_３
本方法では、尿素は、濃度検出装置１３４中の不図示の酵素（たとえばウレアーゼ）固定化カラムにおいて、次式（１）のように酵素反応するとともに、不図示の電解セルにて次式（２）のようなアノード電解反応が生じる。
Ｈ_２ＮＣＯＮＨ_２＋２Ｈ_２Ｏ → ２ＮＨ_４ ^＋＋ＨＣＯ_３ ⁻＋ＯＨ⁻ ・・・（１）
２Ｈ_２Ｏ → ４Ｈ^＋＋Ｏ_２＋４ｅ⁻ ・・・（２）
（１）式の酵素反応における水素イオンの消費量を（２）式の水のアノード電解により生じる水素イオンで補うことでｐＨを一定に保ち、そのときに要した電流値を指標として尿素濃度を測定する。

なお、上記以外にも、尿素水中の尿素の濃度を検出できるセンサなどを濃度検出装置１３４として用いてもよい。

濃度調整槽１３３の下部には、濃度を調整した後の尿素水を尿素水タンク１０３に戻すための配管１７４が接続されている。配管１７４には、制御装置１５０によって開閉が制御される電磁弁１７５が設けられている。電磁弁１７５が開かれると濃度調整槽１３３の尿素水が自重にて尿素水タンク１０３に流入する。電磁弁１７５が閉じられると、尿素水タンク１０３への尿素水の流入が停止する。濃度調整槽１３３は、ポンプを用いることなく、濃度調整槽１３３に貯蔵されている尿素水が尿素水タンク１０３へ供給されるように、尿素水タンク１０３よりも高い位置に配設されている。なお、濃度調整槽１３３の高さ位置に関係なく濃度調整槽１３３に貯蔵されている尿素水が尿素水タンク１０３へ供給されるようにポンプを設けてもよい。

−−−尿素水の調製−−−
不図示のイグニッションスイッチの操作によって、油圧ショベルのエンジン８が起動されている間は、制御装置１５０は、尿素水タンク１０３の尿素水の量を不図示のレベルセンサによって監視する。制御装置１５０、レベルセンサで検出した尿素水タンク１０３の尿素水の量が所定量よりも少ないと判断すると、水タンク１０１から水を供給し、尿素タンク１０２から尿素粉末を供給するよう、電磁弁１６３，１６７の開閉を制御する。

たとえば、制御装置１５０は、水タンク１０１または尿素水タンク１０３のレベルセンサからの検出信号によって、尿素水タンク１０３への水投入量を算出する。また、制御装置１５０は、尿素タンク１０２のレベルセンサからの検出信号によって、尿素水タンク１０３への尿素粉末投入量を算出する。そして、制御装置１５０は、算出した水および尿素粉末投入量に基づいて、尿素水タンク１０３で調製される尿素水の尿素濃度が所定の濃度となるように電磁弁１６３，１６７の開閉を制御する。これにより、尿素水タンク１０３で所定濃度の尿素水が調製される。

なお、上述した調製動作がＮＯｘの処理中に行われると、一時的ではあるにせよ、尿素水タンク１０３内の尿素水の尿素濃度が、ＮＯｘ処理に適した濃度範囲から外れてしまう恐れがある。そこで、後述するように、尿素水の噴霧が行われない、エンジン８の暖機が終了する前に上述した調製動作が行われることが望ましい。

−−−ＮＯｘの処理−−−
不図示のイグニッションスイッチの操作によって、油圧ショベルのエンジン８が起動されると、制御装置１５０は、エンジン８を制御する不図示のエンジン制御装置（ＥＣＵ）から、たとえばエンジン８の冷却水温の情報を取得して、エンジン８の暖機が終了したか否かを判断する。エンジン８の暖機が終了したと判断すると、制御装置１５０は、スプレーノズル１１３から尿素水を噴霧するように、噴霧ポンプ１０４を制御する。

スプレーノズル１１３から尿素水が噴霧されると、ケーシング１１１内に導入された排気ガス中で、尿素水中の尿素が分解されてアンモニアが発生する。このアンモニアと排気ガスとが触媒１１２に到達すると、触媒１１２の働きによって、排気ガス中のＮＯｘがアンモニアで還元されて無害な窒素と水（水蒸気）とになる。このようにして、ＮＯｘ処理部１１０では、排気ガス中のＮＯｘが処理されて無害化される。ＮＯｘ処理部１１０では、ＮＯｘが十分に処理されるように、反応率も考慮した上で、尿素水がＮＯｘ処理に必要な量よりも多く噴霧される。そのため、余剰の尿素水は、ケーシング１１１の下部で滞留するが、後述するように尿素水回収装置１２０で回収される。また、ＮＯｘ処理後の排気ガスには、未反応のアンモニアが含まれるが、後段のアンモニア除去装置３０で除去される。

制御装置１５０は、ＥＣＵからエンジン８の駆動状況の情報（たとえば、エンジン回転数や燃料噴射量など）を得て、排気ガスに含まれるＮＯｘを有効に処理できるように噴霧ポンプ１０４を制御して、尿素水の噴霧量を制御する。制御装置１５０は、ＥＣＵから得られる情報に基づいて、エンジン８が停止されたと判断すると、噴霧ポンプ１０４を停止させる。

−−−尿素水回収装置１２０による尿素水の回収−−−
不図示のイグニッションスイッチの操作によって、油圧ショベルのエンジン８が起動されている間は、制御装置１５０は、ケーシング１１１の下部に流下した余剰の尿素水の有無を液検出センサ１２５，１２６によって監視する。エンジン８の始動直後の初期状態では、電磁弁１２２，１２３は共に閉じられている。制御装置１５０は、図４（ａ）に示すように、液センサ１２５で尿素水を検出していない場合には、電磁弁１２２を開くように制御する。電磁弁１２３は閉じられたままであるので、尿素水の噴霧が開始されると、余剰の尿素水が電磁弁１２３よりも上流に溜まることになる。なお、図４（ａ）〜（ｄ）において、尿素水回収装置１２０内でハッチングを施した部分は、尿素水が溜まっている部分を示す。

尿素水が噴霧されると、回収タンク１２１は尿素水で徐々に満たされる。回収タンク１２１を満たした後も尿素水の液面は徐々に上昇するが、尿素水の液面が検出センサ１２５の検出部に達したことを検出センサ１２５が検出すると、制御装置１５０は、図４（ｂ）に示すように、電磁弁１２２を閉じ、電磁弁１２３を開くように制御する。また制御装置１５０は、回収ポンプ１３１を起動させる。これにより、図４（ｃ）に示すように、ケーシング１１１内の排気ガスを電磁弁１２２で遮断した状態で、回収タンク１２１内の尿素水が濃度調整槽１３３へ送液される。

図４（ｄ）に示すように、尿素水の液面が液検出センサ１２６の検出部よりも下がったことを液検出センサ１２６が検出すると、制御装置１５０は、電磁弁１２３を閉じ、電磁弁１２２を開くように制御する。また、制御装置１５０は、回収ポンプ１３１を停止させる。以降、エンジン８が停止するまで、上述した回収タンク１２１への尿素水の貯留と排出動作を繰り返す。

このように尿素水回収装置１２０では、電磁弁１２２，１２３を上述のように互い違いに開閉させることで、尿素水回収装置１２０をいわゆるダブルダンパのように機能させて、ケーシング１１１内部の排気ガスの外部への漏れを極力抑えつつ、余剰の尿素水をケーシング１１１から回収できる。なお、ケーシング１１１内の排気ガスが外部に極力漏れないようにするため、電磁弁１２２，１２３の開閉制御においては、電磁弁１２２，１２３が同時に開いていることがないように、少なくとも一方の電磁弁が必ず閉じているように制御されることが望ましい。

−−−回収された尿素水の濃度調整−−−
不図示のイグニッションスイッチの操作によって、油圧ショベルのエンジン８が起動されている間は、制御装置１５０は、回収ポンプ１３１が起動されて回収装置１２０で回収された尿素水が濃度調整槽１３３へ送液されると、次のようにして回収された尿素水の尿素濃度を調整する。制御装置１５０は、回収ポンプ１３１が起動されて回収装置１２０で回収された尿素水が濃度調整槽１３３へ送液されると、濃度検出装置１３４で検出した濃度調整槽１３３中の尿素水の尿素濃度を読み込む。

制御装置１５０は、濃度検出装置１３４で検出した尿素濃度が所定の濃度範囲よりも低い場合には、尿素タンク１０２の尿素粉末を濃度調整槽１３３に所定量だけ供給するよう、電磁弁１６８を一定時間だけ開くよう制御する。また、制御装置１５０は、濃度検出装置１３４で検出した尿素濃度が所定の濃度範囲よりも高い場合には、水タンク１０１の水を濃度調整槽１３３に所定量だけ供給するよう、電磁弁１６７を一定時間だけ開くよう制御する。なお、制御装置１５０は、濃度検出装置１３４で検出した尿素濃度が所定の濃度範囲内の値になるまで、尿素粉末または水の投入制御を繰り返す。これにより、濃度調整槽１３３中の尿素水の尿素濃度が、ＮＯｘ処理に適した所定の濃度範囲内に調節される。

制御装置１５０は、上述したように濃度調節を行った後、濃度調整槽１３３の尿素水を尿素水タンク１０３へ送液するよう、電磁弁１７５を開く。そして、所定時間が経過するか、尿素水タンク１０３が満水になったことを検出すると、制御装置１５０は、電磁弁１７５を閉じる。

このように、ＮＯｘ処理装置１００では、ＮＯｘ処理部１１０の他、各タンク１０１〜１０３や、濃度調整槽１３３、尿素水回収装置１２０、ポンプ等の少ない周辺機器だけで尿素水を有効利用しながらＮＯｘを処理できる。すなわち、ＮＯｘ処理装置１００では、簡単な機器構成で尿素水を有効利用しながらＮＯｘを処理できる。なお、ＮＯｘ処理装置１００の機器構成は一例であり、本発明は、上述した機器構成に限定されない。

−−−フローチャート−−−
図５は、ＮＯｘ処理装置１００におけるＮＯｘ処理に関する動作についての処理内容を示すフローチャートである。油圧ショベルの不図示のイグニッションスイッチがオンされると、この処理を行うプログラムが起動されて、制御装置１５０で実行される。ステップＳ１において、不図示のエンジン制御装置（ＥＣＵ）からエンジン８の冷却水温の情報を取得してステップＳ３へ進む。ステップＳ３において、ステップＳ１で取得したエンジン８の冷却水温が所定の温度以上であるか否か、すなわち、エンジン８の暖機が完了したか否かを判断する。

ステップＳ３が否定判断されるとステップＳ１へ戻る。ステップＳ３が肯定判断されるとステップＳ１０，Ｓ２０，Ｓ３０の各サブルーチンを実行する。ステップＳ１０のサブルーチンでは、上述したように、ＥＣＵからエンジン８の駆動状況の情報（たとえば、エンジン回転数や燃料噴射量など）を得て、排気ガスに含まれるＮＯｘを有効に処理できるように噴霧ポンプ１０４を制御して、尿素水の噴霧量を制御する。

ステップＳ２０のサブルーチンでは、ケーシング１１１の下部に流下した余剰の尿素水の有無を液検出センサ１２５，１２６によって監視して、電磁弁１２２，１２３および回収ポンプ１３１を制御する。ステップＳ２０のサブルーチンについては後述する。ステップＳ３０のサブルーチンでは、濃度検出装置１３４で検出した濃度調整槽１３３中の尿素水の尿素濃度に基づいて、上述したように回収された尿素水の尿素濃度を調整するよう各部を制御する。

ステップＳ５において、ＥＣＵから取得した情報に基づいて、エンジン８が停止されたか否かを判断する。ステップＳ５が否定判断されると上述した各サブルーチンＳ１０，Ｓ２０，Ｓ３０における処理を繰り返す。ステップＳ５が肯定判断されると、ステップＳ７へ進み、上述した各サブルーチンＳ１０，Ｓ２０，Ｓ３０における処理を停止して本プログラムを終了する。

図６は、ステップＳ２０のサブルーチンを示すフローチャートである。図５に示したメインルーチンのステップＳ３が実行されると図６のステップＳ２００へ進み、電磁弁１２２を開くように電磁弁１２２を制御してステップＳ２０１へ進む。ステップＳ２０１において、液検出センサ１２５で液体を検出するまで、すなわち、尿素水の液面が検出センサ１２５の検出部に達するまで待機する。ステップＳ２０１が肯定判断されるとステップＳ２０３へ進み、電磁弁１２２を閉じ、電磁弁１２３を開くように各電磁弁１２２，１２３を制御してステップＳ２０５へ進む。ステップＳ２０５において、回収ポンプ１３１を起動させてステップＳ２０７へ進む。

ステップＳ２０７において、液検出センサ１２６で液体を検出しなくなるまで、すなわち、尿素水の液面が検出センサ１２６の検出部よりも下がるまで待機する。ステップＳ２０７が肯定判断されるとステップＳ２０９へ進み、回収ポンプ１３１を停止させてステップＳ２１１へ進む。ステップＳ２１１において、電磁弁１２３を閉じ、電磁弁１２２を開くように各電磁弁１２２，１２３を制御してメインルーチンのステップＳ５へ戻る。

上述した排気ガス浄化装置では、次の作用効果を奏する。
（１）ケーシング１１１の下部に流下した余剰の尿素水を尿素水回収装置１２０で回収するように構成した。これにより、排気ガスの処理に供されなかった余剰の尿素水を再利用できるようになるので、尿素水を有効利用できる。特に、車両や建設機械のように、移動する機器では、積載する水や尿素粉末の量が限られるため、尿素水を有効利用することで水や尿素粉末の補給頻度を減らすことができ、利便性が向上する。また、余剰の尿素水の回収を自動的に行うことができるので作業工数を増やすことがない。

（２）尿素水回収装置１２０に設けられた電磁弁１２２，１２３を開閉駆動することで、ケーシング１１１内に導入された排気ガスが外部へ極力漏れないようにしながらケーシング１１１内の余剰の尿素水を回収するように構成した。これにより、ＮＯｘ処理をしていない未処理の排気ガスが外界（大気中）に漏れるのを抑制できるので、環境上好ましい。また、尿素水回収装置１２０の構造を簡便なものにできるので、故障が少なく動作の信頼性が高められるとともに、製造コストを抑制できる。

（３）尿素水回収装置１２０で回収した余剰の尿素水に対して、尿素濃度を調整して再利用するように構成した。これにより、回収された余剰の尿素水の尿素濃度が、ＮＯｘ処理に適した濃度ではない場合でも、ＮＯｘ処理に適した濃度に調整されるので、回収された尿素水を有効に再利用できる。また、余剰の尿素水の回収から濃度調整、再利用までを自動的に行うことができるので、これらを人が行う場合と比べて作業工数を削減でき、また、メンテナンスも容易である。

（４）ＮＯｘ処理装置１００を簡単な機器構成で、余剰の尿素水の再利用を行うように構成したので、コスト増を抑制できるとともに、占有スペースが少なくて済む。特に、車両や建設機械のように、ＮＯｘ処理装置１００を搭載するスペースが限られている場合に有効である。

−−−変形例−−−
（１）上述の説明では、制御装置１５０によってＮＯｘ処理装置１００の各部を制御するように構成しているが、制御装置１５０の代わりに、エンジン８を制御する不図示のエンジン制御装置（ＥＣＵ）や、作業装置５の制御を行う制御装置など、油圧ショベルに従来から設けられている制御装置でＮＯｘ処理装置１００の各部を制御するようにしてもよい。

（２）上述の説明では、噴霧ポンプ１０４を制御して、尿素水の噴霧量を制御するように構成しているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、噴霧ポンプ１０４とスプレーノズル１１３との間の配管１６９に比例電磁式の減圧弁を設け、この減圧弁の設定圧力を変更することで、尿素水の噴霧量を制御するように構成してもよい。また、噴霧ポンプ１０４とスプレーノズル１１３との間の配管１６９に流量調節弁を設け、この流量調節弁の設定流量を変更することで、尿素水の噴霧量を制御するように構成してもよく、これらを適宜組み合わせてもよい。

（３）上述の説明では、スプレーノズル１１３は、噴霧する流体の圧力で流体を噴霧する１流体式のスプレーノズルであるが、気体の圧力を利用して液体を噴霧する２流体式のスプレーノズルであってもよい。

（４）上述の尿素水回収装置１２０では、図３，４に示すように液検出センサ１２５の検出部が電磁弁１２２よりも上流側に設けられているが、電磁弁１２２の下流側に設けられていてもよい。たとえば、回収タンク１２１の上部に液検出センサ１２５の検出部が設けられていてもよい。なお、電磁弁１２２の下流側で、液検出センサ１２５の検出部の配設位置を下げるほど、図４（ａ）〜（ｄ）に示した尿素水回収装置１２０の一連の動作で抜き出される尿素水の量が減ってしまう。したがって、電磁弁１２２，１２３の開閉頻度（すなわち、尿素水回収装置１２０の動作頻度）を抑制ためにも、液検出センサ１２５の検出部の配設位置は下げすぎない方が望ましい。

（５）上述の説明では、尿素水回収装置１２０をいわゆるダブルダンパのように機能させることで余剰の尿素水をケーシング１１１から回収しているが、本発明はこれに限定されない。排気ガスの外部への漏れを極力抑えつつ、余剰の尿素水をケーシング１１１から回収する方法としては様々な方法が考えられるが、いずれの方法であってもよい。たとえば、ケーシング１１１の下部にある程度の深さを有する液溜まりを設け、この液溜まりに溜まった尿素水を上方から吸い出して抜き出すようにしてもよい。

（６）上述の説明では、制御装置１５０はＥＣＵからの情報を取得することでエンジン８の起動／停止を検出するように構成しているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、エンジン８以降の排気ガスの通過経路に圧力センサを設け、この圧力センサで検出した圧力に基づいて、エンジン８の起動／停止を検出するように構成してもよい。

（７）上述の説明では、本発明による排気ガス浄化装置が搭載される車両等の一例として、建設機械である油圧ショベルについて説明しているが、本発明はこれに限定されない。たとえば、油圧ショベルに限らす、クレーンやホイールローダなどの他の建設機械、作業機械に本発明を適用してもよい。また、建設機械、作業機械に限らず、乗用車やトラックなどの各種の車両に本発明を適用してもよい。

（８）上述の説明では、尿素水の原料となる尿素は粉末であるが、タブレット状に成形されたものなど粉末以外のものであってもよい。
（９）上述した各実施の形態および変形例は、それぞれ組み合わせてもよい。

上述の実施の形態およびその変形例において、たとえば、噴霧射手段はスプレーノズル１１３に、余剰尿素水回収手段は尿素水回収装置１２０に、濃度検出手段は濃度検出装置１３４にそれぞれ対応する。濃度調整手段は、水タンク１０１と、尿素タンク１０２と、濃度調整槽１３３と、制御装置１５０と、制御装置１５０で実行される制御プログラムとによって実現される。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する際、上記の実施形態の記載事項と特許請求の範囲の記載事項の対応関係になんら限定も拘束もされない。

本発明による排気ガス浄化装置が搭載される油圧ショベルの外観を示す図である。エンジン８から排出される排気ガスが外界に排出されるまでの通過経路を示す図である。ＮＯｘ処理装置１００の構成を示すフローシートである。尿素水回収装置１２０の動作を説明する図である。ＮＯｘ処理装置１００におけるＮＯｘ処理に関する動作についての処理内容を示すフローチャートである。図５のフローチャートにおけるステップＳ２０のサブルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

８エンジン１０１水タンク
１０２尿素タンク１０３尿素水タンク
１００ＮＯｘ処理装置１１０ＮＯｘ処理部
１１３スプレーノズル１２０尿素水回収装置
１３１回収ポンプ１３３濃度調整槽
１３４濃度検出装置１５０制御装置

Claims

内燃機関の排気ガスが内部に導かれるケーシングと、
前記ケーシングの内部に導かれた前記排気ガスに対して尿素水を噴霧する噴霧射手段と、
前記ケーシングに対して直列に配設された２つの開閉装置を互い違いに開閉することで、前記噴霧手段で噴霧された前記尿素水のうち、前記排気ガスの処理に供されなかった余剰の尿素水を前記排気ガスの排出を抑制しつつ前記ケーシングの外部に排出させて回収する、前記ケーシングの下部に設けられた余剰尿素水回収手段とを備えることを特徴とする排気ガス浄化装置。
請求項１に記載の排気ガス浄化装置において、
前記余剰尿素水回収手段で回収された余剰の尿素水中の尿素の濃度を検出する濃度検出手段と、
前記濃度検出手段で検出された前記尿素の濃度に基づいて、前記余剰尿素水回収手段で回収された余剰の尿素水の尿素濃度を調整する濃度調整手段とをさらに備えることを特徴とする排気ガス浄化装置。