JP5388286B2 - Exhaust purification device and control method thereof - Google Patents

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Description

本発明は排気浄化装置及びその制御方法に関し、特に内燃機関から排出されるNOX(窒素酸化物)を還元剤とSCR(Selective Catalytic Reduction)触媒によって浄化する排気浄化装置及びその制御方法に関する。 The present invention relates to an exhaust purification device and a control method thereof, and more particularly to an exhaust purification device that purifies NO x (nitrogen oxide) discharged from an internal combustion engine using a reducing agent and an SCR (Selective Catalytic Reduction) catalyst and a control method thereof.

従来、自動車等の内燃機関の排気ガス中にはNOX等が含まれている。NOXを浄化するための排気浄化装置の1つとして、内燃機関の排気管内にSCR触媒(NOX選択還元触媒)を配設するとともに、SCR触媒上流側の排気管内に還元剤としての尿素水(尿素水溶液)を添加してNOXを浄化する尿素SCRシステムがある。 Conventionally, NO x or the like is contained in exhaust gas of an internal combustion engine such as an automobile. As an exhaust purification device for purifying NO x , an SCR catalyst (NO x selective reduction catalyst) is disposed in the exhaust pipe of the internal combustion engine, and urea water as a reducing agent is disposed in the exhaust pipe upstream of the SCR catalyst. there is a urea SCR system for purifying NO X was added (urea solution).

尿素SCRシステムでは、還元剤タンクに尿素水が貯えられており、尿素水はポンプ等によって還元剤供給管等を介して還元剤添加弁に供給される。還元剤添加弁はSCR触媒上流側の排気管に固定されており、還元剤としての尿素水が還元剤添加弁から排気管内へ添加される。添加された尿素水は、排気熱で加水分解されてNH3(アンモニア)となりつつSCR触媒に至り、SCR触媒上でNH3とNOXとが反応することによってNOXが還元浄化される。 In the urea SCR system, urea water is stored in a reducing agent tank, and the urea water is supplied to a reducing agent addition valve via a reducing agent supply pipe or the like by a pump or the like. The reducing agent addition valve is fixed to the exhaust pipe upstream of the SCR catalyst, and urea water as a reducing agent is added from the reducing agent addition valve into the exhaust pipe. The added urea water is hydrolyzed by exhaust heat to become NH 3 (ammonia) and reaches the SCR catalyst, and NH 3 and NO x react with each other on the SCR catalyst to reduce and purify NO x .

尿素SCRシステムにおいて使用される尿素水は例えば−11℃で凍結し、凍結に伴って体積が増加する。このため、低温環境下においては、内燃機関の停止後に還元剤供給管等の内部が尿素水で満たされたままの状態であると、尿素水の凍結に伴う体積増加によって還元剤供給管等が損傷するおそれがある。また、内燃機関の再始動の際に還元剤供給管等の内部で尿素水が凍結していると、その尿素水による配管等の詰まりによって還元剤添加の速やかな開始が妨げられるおそれがある。   The urea water used in the urea SCR system is frozen at, for example, −11 ° C., and the volume increases with freezing. For this reason, in a low temperature environment, if the inside of the reducing agent supply pipe or the like is filled with urea water after the internal combustion engine is stopped, the reducing agent supply pipe or the like is caused by an increase in volume accompanying freezing of the urea water. There is a risk of damage. Further, if the urea water is frozen inside the reducing agent supply pipe or the like when the internal combustion engine is restarted, there is a risk that the start of the reducing agent addition promptly may be hindered due to clogging of the piping or the like by the urea water.

そこで、内燃機関の停止後に、還元剤を供給するためのポンプを吸い戻し状態で駆動させることによって、還元剤供給管に接続された吸気弁や還元剤添加弁を介して還元剤供給管へエアを導入しつつ、還元剤タンクへ尿素水を吸い戻して回収するようにした技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   Therefore, after the internal combustion engine is stopped, the pump for supplying the reducing agent is driven in the sucked back state, so that the air is supplied to the reducing agent supply pipe via the intake valve and the reducing agent addition valve connected to the reducing agent supply pipe. A technique has been proposed in which urea water is sucked back into the reducing agent tank and recovered while introducing the water (see, for example, Patent Document 1).

特開2008−101564号公報 (全文、全図)JP 2008-101564 A (the whole sentence, all figures)

上記特許文献1等の場合、内燃機関の停止後において、還元剤供給管内は尿素水がほとんど無くエアで満たされた状態である。よって、内燃機関の再始動に伴ってSCRシステムを再び機能させる際には、エアを還元剤供給管外へ放出させて還元剤供給管内を尿素水で満たす必要がある。しかし、特許文献1に記載された技術では、還元剤供給管内のエアが完全に抜け切れずに気泡として残ってしまい、還元剤供給管内の圧力制御の精度が低下することで尿素水の噴射制御の精度が低下し、排気ガス中のNOXを十分に浄化できないおそれがある。 In the case of the above-mentioned patent document 1 and the like, after the internal combustion engine is stopped, the reducing agent supply pipe is almost free of urea water and is filled with air. Therefore, when the SCR system is made to function again with the restart of the internal combustion engine, it is necessary to release air outside the reducing agent supply pipe and fill the reducing agent supply pipe with urea water. However, in the technique described in Patent Document 1, the air in the reducing agent supply pipe does not completely escape and remains as bubbles, and the accuracy of pressure control in the reducing agent supply pipe is reduced, thereby controlling the injection of urea water. accuracy is lowered, it may be impossible to sufficiently purify the nO X in the exhaust gas.

本発明は、上述の尿素SCRシステムのような排気浄化装置において、還元剤供給管や還元剤添加弁などの還元剤供給経路内に存在する気体成分を効果的に還元剤供給経路外に放出させることにより、還元剤供給経路内の圧力制御が正確に行われ、還元剤の噴射制御を正確に行うことができる排気浄化装置及びその制御方法を提供することを目的とする。   The present invention effectively discharges gas components existing in a reducing agent supply path such as a reducing agent supply pipe and a reducing agent addition valve to the outside of the reducing agent supply path in an exhaust gas purification apparatus such as the urea SCR system described above. Accordingly, an object of the present invention is to provide an exhaust emission control device and a control method therefor in which pressure control in the reducing agent supply path is accurately performed and injection control of the reducing agent can be performed accurately.

本発明によれば、SCR触媒及び還元剤を用いて内燃機関の排気を浄化する排気浄化装置であって、前記還元剤を貯える還元剤タンクと、前記SCR触媒の上流側に前記還元剤を添加する還元剤添加弁と、前記還元剤タンクから前記還元剤添加弁へ還元剤供給経路を介して前記還元剤を供給するための還元剤供給ポンプと、を備えた排気浄化装置において、前記還元剤供給経路内の気体成分を吸引して前記還元剤供給経路外に放出するための負圧発生手段を備え、前記負圧発生手段はアスピレータであり、エアコンプレッサにより供給される圧縮空気によって作動させられることを特徴とする排気浄化装置が提供され、上述した問題を解決することができる(請求項1)。 According to the present invention, there is provided an exhaust purification device that purifies exhaust gas from an internal combustion engine using an SCR catalyst and a reducing agent, the reducing agent tank storing the reducing agent, and adding the reducing agent upstream of the SCR catalyst. And a reducing agent supply pump for supplying the reducing agent from the reducing agent tank to the reducing agent addition valve via a reducing agent supply path. e Bei negative pressure generating means for by sucking the gas component in the supply path to release to the outside of the reducing agent supply path, the negative pressure generating means is an aspirator is operated by compressed air supplied by the air compressor is that there is provided an exhaust purification device, characterized in, it is possible to solve the problems described above (claim 1).

また、本発明の排気浄化装置を構成するにあたり、負圧発生手段が、電磁弁を介して還元剤供給経路に接続されていることが好ましい。 In constituting the exhaust gas purifying apparatus of the present invention, the negative pressure generating means, not preferred that it is connected to the reducing agent supply path through the solenoid valve.

また、本発明の排気浄化装置を構成するにあたり、還元剤タンクと還元剤供給ポンプとの間の還元剤供給経路に三方電磁弁を備え、エアコンプレッサにより供給される圧縮空気の少なくとも一部を還元剤供給経路に供給可能に構成されていることが好ましい。 Further, when configuring the exhaust emission control device of the present invention, a reducing agent supply path between the reducing agent tank and the reducing agent supply pump is provided with a three-way solenoid valve, and at least a part of the compressed air supplied by the air compressor is reduced. it is not preferable that is configured to be supplied to the agent supply path.

また、本発明の別の態様は、還元剤を貯える還元剤タンクと、SCR触媒の上流側に還元剤を添加する還元剤添加弁と、還元剤タンクから還元剤添加弁へ還元剤供給経路を介して還元剤を供給するための還元剤供給ポンプと、を備えた排気浄化装置の制御方法において、内燃機関の始動時に、還元剤供給ポンプによって還元剤供給経路に還元剤を供給しながら負圧発生手段を作動させて、還元剤供給経路内の気体成分を吸引して還元剤供給経路外に放出させることを特徴とする排気浄化装置の制御方法である。 Another aspect of the present invention provides a reducing agent tank for storing the reducing agent, a reducing agent addition valve for adding the reducing agent upstream of the SCR catalyst, and a reducing agent supply path from the reducing agent tank to the reducing agent addition valve. And a reducing agent supply pump for supplying the reducing agent to the exhaust gas purification apparatus, wherein the reducing agent supply pump supplies the reducing agent to the reducing agent supply path while the internal combustion engine is started. by actuating the generating means, Ru control method der exhaust gas purifier, characterized in that by sucking gas component of the reducing agent supply path is released to the outside of the reducing agent supply path.

請求項1に係る排気浄化装置によれば、還元剤が還元剤供給ポンプにより還元剤供給経路へ供給しながら、あるいは、供給された後に、負圧発生手段で発生する吸引力により、還元剤供給経路内の気体成分を吸引することによって、気体成分が還元剤供給経路外へ放出される。その結果、還元剤供給管等の内部に気泡が残留することが防止され、還元剤供給経路内の正確な圧力制御が可能となり、排気浄化のために必要とされる量の還元剤を正確に排気管へ添加することができる。   According to the exhaust emission control device of the first aspect, the reducing agent is supplied by the suction force generated by the negative pressure generating means while the reducing agent is supplied to the reducing agent supply path by the reducing agent supply pump or after being supplied. By sucking the gas component in the path, the gas component is released out of the reducing agent supply path. As a result, air bubbles are prevented from remaining inside the reducing agent supply pipe and the like, enabling accurate pressure control in the reducing agent supply path, and accurately reducing the amount of reducing agent required for exhaust purification. It can be added to the exhaust pipe.

また、請求項に係る排気浄化装置によれば、例えば、バスやトラックなど一般的にエアコンプレッサが搭載されている車両では、アスピレータを接続することのみで還元剤供給経路外へ気体成分を放出させることができる。また、エアコンプレッサは小容量の出力のものでよいため、エアコンプレッサが搭載されていない車両であっても低コストで容易に追加できる。 Further, according to the exhaust emission control device of claim 1 , for example, in a vehicle generally equipped with an air compressor such as a bus or a truck, the gaseous component is released out of the reducing agent supply path only by connecting an aspirator. Can be made. Further, since the air compressor may have a small output, even a vehicle not equipped with an air compressor can be easily added at low cost.

また、請求項に係る排気浄化装置によれば、還元剤供給経路から気体成分を放出させた後に電磁弁を閉じることにより、気体放出用の通路等から還元剤が漏れ出ることを防止できるので、還元剤供給ポンプ駆動のためのエネルギーの浪費を防ぐことができる。また、負圧発生手段と還元剤供給経路の間の経路を任意に遮断することができるので、負圧発生手段の作動開始時期と還元剤供給経路からの気体成分の吸引開始時期とを分離することができる。例えば、バスやトラックなどに本発明以外の目的で搭載されているエアコンプレッサを利用する場合であっても、その本来の目的を阻害することなく任意の時期に還元剤供給経路から気体成分を吸引することができる。 Further, according to the exhaust gas purification apparatus of the second aspect , it is possible to prevent the reducing agent from leaking out from the gas discharge passage or the like by closing the electromagnetic valve after releasing the gas component from the reducing agent supply path. The waste of energy for driving the reducing agent supply pump can be prevented. Further, since the path between the negative pressure generating means and the reducing agent supply path can be arbitrarily interrupted, the operation start timing of the negative pressure generating means and the suction start timing of the gas component from the reducing agent supply path are separated. be able to. For example, even when an air compressor mounted on a bus or truck for purposes other than the present invention is used, a gas component is sucked from the reducing agent supply path at any time without hindering the original purpose. can do.

また、請求項に係る排気浄化装置によれば、内燃機関の停止時において、圧縮空気の圧力を利用して還元剤供給経路内の還元剤を還元剤タンクへ効率的に回収することができ、還元剤の凍結に伴う問題をもあわせて解決することができる。さらに、還元剤供給経路への空気の導入のために還元剤添加弁を開弁する必要がないので、未燃燃料や煤などの異物が排気管から還元剤供給経路内に侵入することを防止できる。 Further, according to the exhaust purification device of the third aspect , when the internal combustion engine is stopped, the reducing agent in the reducing agent supply path can be efficiently recovered to the reducing agent tank by using the pressure of the compressed air. In addition, problems associated with freezing of the reducing agent can also be solved. Furthermore, there is no need to open the reducing agent addition valve to introduce air into the reducing agent supply path, thus preventing foreign materials such as unburned fuel and soot from entering the reducing agent supply path from the exhaust pipe. it can.

また、請求項に係る排気浄化装置の制御方法によれば、還元剤供給経路内に還元剤を供給しながら負圧発生手段を作動することで、還元剤供給ポンプによって生じる正圧の効果と負圧発生手段によって生じる吸引力の効果が重なり、効率良く気体成分を還元剤供給経路外へ放出させることができる。 Further, according to the control method for the exhaust gas purification apparatus according to claim 4 , the negative pressure generating means is operated while supplying the reducing agent into the reducing agent supply path, whereby the effect of the positive pressure generated by the reducing agent supply pump is achieved. The effects of the suction force generated by the negative pressure generating means are overlapped, and the gas component can be efficiently discharged out of the reducing agent supply path.

第1の実施の形態に係る排気浄化装置の構成例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structural example of the exhaust gas purification apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施の形態に係る排気浄化装置の制御方法を説明するためのフロー図である。It is a flowchart for demonstrating the control method of the exhaust gas purification apparatus which concerns on 1st Embodiment. 第2の実施の形態に係る排気浄化装置の構成例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structural example of the exhaust gas purification apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施の形態に係る排気浄化装置の制御方法を説明するためのフロー図である。It is a flowchart for demonstrating the control method of the exhaust gas purification apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施の形態に係る排気浄化装置の制御方法を説明するためのフロー図である。It is a flowchart for demonstrating the control method of the exhaust gas purification apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 還元剤充填時の還元剤供給装置の状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the state of the reducing agent supply apparatus at the time of filling with a reducing agent. 還元剤添加制御時の還元剤供給装置の状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the state of the reducing agent supply apparatus at the time of reducing agent addition control. 還元剤添加制御中の還元剤添加弁冷却時の還元剤供給装置の状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the state of the reducing agent supply apparatus at the time of cooling of the reducing agent addition valve during reducing agent addition control. 還元剤パージ制御時の還元剤供給装置の状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the state of the reducing agent supply apparatus at the time of reducing agent purge control. 内燃機関の停止後の還元剤添加弁冷却時の還元剤供給装置の状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the state of the reducing agent supply apparatus at the time of cooling of the reducing agent addition valve after the internal combustion engine stops.

以下、本発明に係る排気浄化装置及び排気浄化装置の制御方法を具体化した実施の形態について図面を参照しつつ説明する。本実施の形態における排気浄化装置及び排気浄化装置の制御方法は、NOX選択還元触媒を用いて内燃機関の排気ガス中NOXを浄化するものであり、尿素SCRシステムとして構築されている。各図において同符号を付してあるものは同一の部材を示しており、説明を適宜省略している。なお、以下で説明する実施の形態は、本発明の一形態を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更が可能である。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments embodying an exhaust emission control device and an exhaust emission control device control method according to the present invention will be described with reference to the drawings. Control method for an exhaust purification device and exhaust purification device of the embodiment is to purify the exhaust gas NO X in an internal combustion engine using the NO X selective reducing catalyst, and is constructed as a urea SCR system. In the drawings, the same reference numerals denote the same members, and descriptions thereof are omitted as appropriate. In addition, embodiment described below shows one form of this invention, This invention is not limited, It can change arbitrarily within the scope of the present invention.

[第1の実施の形態]
1.排気浄化装置の概要
本実施の形態の排気浄化装置10の全体構成の概略を図1に示す。排気浄化装置10は、車両に搭載されたディーゼルエンジン等の内燃機関11から排出される排気ガス中のNOXを浄化する装置である。排気浄化装置10は、内燃機関11の排気系に配置された種々のセンサとSCR触媒14、アンモニアスリップ触媒15、還元剤添加装置20、負圧発生装置30、制御装置40等から構築されている。また、この制御装置40は、内燃機関11の運転状態を制御するための制御装置(図示せず。以下、「ECU:Engine Control Unit」と称する。)との通信が可能になっており、燃料噴射量や噴射タイミング、内燃機関の回転数、内燃機関の冷却水温度等の内燃機関11の制御に関する情報が読込可能になっている。
[First Embodiment]
1. Outline of Exhaust Purification Device FIG. 1 shows an outline of the overall configuration of the exhaust purification device 10 of the present embodiment. The exhaust gas purification device 10 is a device that purifies NO x in exhaust gas discharged from an internal combustion engine 11 such as a diesel engine mounted on a vehicle. The exhaust purification device 10 is constructed from various sensors arranged in the exhaust system of the internal combustion engine 11, an SCR catalyst 14, an ammonia slip catalyst 15, a reducing agent adding device 20, a negative pressure generating device 30, a control device 40, and the like. . Further, the control device 40 can communicate with a control device (not shown, hereinafter referred to as “ECU: Engine Control Unit”) for controlling the operating state of the internal combustion engine 11, and fuel. Information relating to the control of the internal combustion engine 11 such as the injection amount, the injection timing, the rotational speed of the internal combustion engine, and the coolant temperature of the internal combustion engine can be read.

内燃機関11の排気系は、内燃機関11に排気管12が接続されるとともに、その排気管11にはSCR触媒14が配設されて構成されている。内燃機関11とSCR触媒14との間には、還元剤としての尿素水を排気管11内へ添加するための還元剤添加弁21が固定されている。さらに、SCR触媒14の下流にはアンモニアスリップ触媒15が配設されている。   The exhaust system of the internal combustion engine 11 is configured such that an exhaust pipe 12 is connected to the internal combustion engine 11 and an SCR catalyst 14 is disposed in the exhaust pipe 11. A reducing agent addition valve 21 for adding urea water as a reducing agent into the exhaust pipe 11 is fixed between the internal combustion engine 11 and the SCR catalyst 14. Further, an ammonia slip catalyst 15 is disposed downstream of the SCR catalyst 14.

SCR触媒14の上流側には排気温度センサ13が、下流側にはNOXセンサ16がそれぞれ設けられている。これらのセンサは排気管12内部の温度情報やNOX濃度情報を検出し、制御装置40やECU等に送信する。ECUについての詳細な説明はここでは省略するが、自動車等で用いられている一般的な内燃機関の制御装置で構わない。 An exhaust temperature sensor 13 is provided on the upstream side of the SCR catalyst 14, and a NO x sensor 16 is provided on the downstream side. These sensors detect temperature information and NO x concentration information inside the exhaust pipe 12 and transmit them to the control device 40, the ECU, and the like. Although a detailed description of the ECU is omitted here, a control device for a general internal combustion engine used in an automobile or the like may be used.

SCR触媒14は、排気管12内に添加された尿素水とともに、排気ガス中のNOXをSCR触媒14に接触させることで排気ガス中のNOXをN2(窒素)等に還元して無害化するNOX選択還元触媒であり、公知のものが適宜用いられる。 SCR catalyst 14, together with the exhaust pipe 12 to the added urea water harmless by reducing NO X in the exhaust gas by contacting the NO X in the exhaust gas in the SCR catalyst 14 to N 2 (nitrogen) or the like NO x selective reduction catalyst to be converted, and known ones are used as appropriate.

アンモニアスリップ触媒15は、NOXの還元反応に利用されずにSCR触媒14を通過してきた余剰なNH3を酸化するための触媒であり、公知のものが適宜用いられる。 The ammonia slip catalyst 15 is a catalyst for oxidizing surplus NH 3 that has passed through the SCR catalyst 14 without being used for the reduction reaction of NO x , and a known one is used as appropriate.

本実施の形態においては、還元剤添加装置20及び負圧発生装置30の制御は共通の制御装置40によって行うが、それぞれ異なる制御装置を用いて制御することもできる。また、ECUにおける一機能としてECUによって行わせることも可能である。   In the present embodiment, the control of the reducing agent adding device 20 and the negative pressure generating device 30 is performed by the common control device 40, but can also be controlled by using different control devices. Moreover, it is also possible to perform it by ECU as one function in ECU.

2.還元剤添加装置
還元剤添加装置20は還元剤タンク25内に貯えられた還元剤としての尿素水を、還元剤添加弁21等を介して排気管12内に添加供給する装置である。還元剤添加装置20は、還元剤添加弁21、還元剤供給管22、還元剤供給ポンプ23、還元剤送液管24、還元剤タンク25、還元剤放出管26、オリフィス27、還元剤添加弁冷却装置28、還元剤圧力センサ29等により構成される。また、この還元剤添加装置20における各アクチュエータは制御装置40によって制御される。
2. Reducing agent addition device The reducing agent addition device 20 is a device for adding and supplying urea water as a reducing agent stored in the reducing agent tank 25 into the exhaust pipe 12 via the reducing agent addition valve 21 and the like. The reducing agent addition apparatus 20 includes a reducing agent addition valve 21, a reducing agent supply pipe 22, a reducing agent supply pump 23, a reducing agent feeding pipe 24, a reducing agent tank 25, a reducing agent discharge pipe 26, an orifice 27, and a reducing agent addition valve. It comprises a cooling device 28, a reducing agent pressure sensor 29, and the like. Each actuator in the reducing agent adding device 20 is controlled by the control device 40.

還元剤添加弁21は既存の燃料噴射弁(インジェクタ)とほぼ同様の構成を有するものである。公知の構成を適宜採用できるため、ここでは構成を簡単に説明する。還元剤添加弁21は、電磁ソレノイド等からなる駆動部と、先端の添加孔を開閉するためのニードルを有する弁体部とを備えた電磁式開閉弁として構成されており、制御装置40からの駆動信号に基づき開弁又は閉弁される。すなわち、駆動信号に基づき電磁ソレノイドに通電されると、その通電に伴いニードルが開弁方向に移動し、そのニードル移動によって先端の添加孔が開放されて尿素水が添加される。   The reducing agent addition valve 21 has substantially the same configuration as an existing fuel injection valve (injector). Since a known configuration can be adopted as appropriate, the configuration will be briefly described here. The reducing agent addition valve 21 is configured as an electromagnetic on-off valve including a drive unit composed of an electromagnetic solenoid or the like and a valve body unit having a needle for opening and closing the addition hole at the tip. The valve is opened or closed based on the drive signal. That is, when the electromagnetic solenoid is energized based on the drive signal, the needle moves in the valve opening direction along with the energization, and the addition hole at the tip is opened by the needle movement, and urea water is added.

また、還元剤添加弁21は電磁ソレノイドや樹脂カバー、ノズルプレート等を備えており、これらは他の構成部材と比較して熱に弱く、その耐熱温度は、例えば、電磁ソレノイドやノズルプレートで160℃程度、樹脂カバーで120℃程度である。そのため、本実施の形態の排気浄化装置10では還元剤添加弁冷却装置28が設けられている。還元剤添加弁冷却装置28は内燃機関11の冷却水の一部を利用して還元剤添加弁21を冷却する。冷却水は流量調整弁63等を介して還元剤添加弁21と内燃機関11との間を循環させられるようになっており、その循環流量は内燃機関11の運転状態や排気ガス温度、還元剤温度等に応じて制御装置40によって適宜調整される。   Further, the reducing agent addition valve 21 includes an electromagnetic solenoid, a resin cover, a nozzle plate, and the like, which are weak against heat as compared with other components, and the heat-resistant temperature thereof is, for example, 160 for an electromagnetic solenoid or a nozzle plate. It is about 120 ° C. with a resin cover. Therefore, the reducing agent addition valve cooling device 28 is provided in the exhaust purification device 10 of the present embodiment. The reducing agent addition valve cooling device 28 cools the reducing agent addition valve 21 using a part of the cooling water of the internal combustion engine 11. The cooling water is circulated between the reducing agent addition valve 21 and the internal combustion engine 11 through the flow rate adjusting valve 63 and the like, and the circulating flow rate is determined based on the operating state of the internal combustion engine 11, the exhaust gas temperature, the reducing agent. It is appropriately adjusted by the control device 40 according to the temperature or the like.

次に、還元剤添加弁21へ尿素水を供給するための還元剤供給系の構成について説明する。還元剤添加弁21に対しては、還元剤としての尿素水が還元剤タンク25から逐次供給されるようになっている。還元剤タンク25は給液キャップ付きの密閉容器にて構成されており、その内部に所定濃度の尿素水が貯蔵されている。また、還元剤タンク25内の圧力が所定値を上回るような場合に、タンク内の気体をタンク外に放出させてタンク内の圧力を調整するための圧力調整弁37が備えられている。還元剤タンク25内の尿素水の凍結対策として、還元剤タンク25にヒータを付設したり、タンク周りに断熱シート等の断熱材を配設したりすることもできる。   Next, the configuration of a reducing agent supply system for supplying urea water to the reducing agent addition valve 21 will be described. To the reducing agent addition valve 21, urea water as a reducing agent is sequentially supplied from the reducing agent tank 25. The reducing agent tank 25 is constituted by an airtight container with a liquid supply cap, and urea solution having a predetermined concentration is stored therein. Further, when the pressure in the reducing agent tank 25 exceeds a predetermined value, a pressure adjusting valve 37 is provided for adjusting the pressure in the tank by releasing the gas in the tank to the outside of the tank. As a countermeasure against freezing of urea water in the reducing agent tank 25, a heater may be attached to the reducing agent tank 25, or a heat insulating material such as a heat insulating sheet may be provided around the tank.

還元剤タンク25には還元剤送液管24を介して還元剤供給ポンプ23が接続されている。還元剤供給ポンプ23には還元剤供給管22の一端が接続されており、同還元剤供給管22の他端は還元剤添加弁21に接続されている。還元剤供給ポンプ23は制御装置40からの駆動信号により回転駆動される電動式ポンプであり、その出力は還元剤供給管22内の尿素水の圧力が所定値となるように還元剤圧力センサ29の値に基づきフィードバック制御される。   A reducing agent supply pump 23 is connected to the reducing agent tank 25 via a reducing agent feeding pipe 24. One end of a reducing agent supply pipe 22 is connected to the reducing agent supply pump 23, and the other end of the reducing agent supply pipe 22 is connected to a reducing agent addition valve 21. The reducing agent supply pump 23 is an electric pump that is rotationally driven by a drive signal from the control device 40, and its output is a reducing agent pressure sensor 29 so that the pressure of the urea water in the reducing agent supply pipe 22 becomes a predetermined value. Feedback control is performed based on the value of.

還元剤添加装置20の始動に伴い還元剤供給ポンプ23が回転駆動されると、還元剤タンク25から尿素水が汲み上げられ還元剤供給管22を通じて還元剤添加弁21に供給される。還元剤供給管22には還元剤放出管26の一端がオリフィス27を介して接続されており、この還元剤放出管26の他端は還元剤タンク25に接続されている。これにより、還元剤添加弁21や還元剤供給管22等の還元剤供給経路内の圧力が過剰に上昇するような場合には、還元剤供給管22内の尿素水の一部が還元剤タンク25に戻される。   When the reducing agent supply pump 23 is driven to rotate with the start of the reducing agent addition device 20, urea water is pumped from the reducing agent tank 25 and supplied to the reducing agent addition valve 21 through the reducing agent supply pipe 22. One end of a reducing agent discharge pipe 26 is connected to the reducing agent supply pipe 22 via an orifice 27, and the other end of the reducing agent discharge pipe 26 is connected to a reducing agent tank 25. Thereby, when the pressure in the reducing agent supply path such as the reducing agent addition valve 21 and the reducing agent supply pipe 22 rises excessively, a part of the urea water in the reducing agent supply pipe 22 is reduced in the reducing agent tank. Returned to 25.

また、本実施の形態の排気浄化装置10に用いられる還元剤供給ポンプ23は、回転方向が正逆反転可能に構成されており、内燃機関11の停止時において還元剤供給ポンプ23が逆回転するように制御が行われ、還元剤供給経路内の尿素水が還元剤タンク25に回収される。   Further, the reducing agent supply pump 23 used in the exhaust purification apparatus 10 of the present embodiment is configured such that the rotation direction can be reversed in the forward and reverse directions, and the reducing agent supply pump 23 rotates in the reverse direction when the internal combustion engine 11 is stopped. Thus, the urea water in the reducing agent supply path is collected in the reducing agent tank 25.

上記還元剤添加装置20では、内燃機関11の運転時において、還元剤供給ポンプ23の駆動により還元剤タンク25内の尿素水が還元剤供給管22を通じて還元剤添加弁21に供給され、還元剤添加弁21により排気管11内に尿素水が添加される。すると、排気管11内において尿素水が加水分解されてNH3を生じつつ、排気ガスとともにSCR触媒14に供給され、SCR触媒14においてNOXの還元反応が行われることにより排気ガスが浄化される。 In the reducing agent addition device 20, during operation of the internal combustion engine 11, urea water in the reducing agent tank 25 is supplied to the reducing agent addition valve 21 through the reducing agent supply pipe 22 by driving the reducing agent supply pump 23, and the reducing agent is supplied. Urea water is added into the exhaust pipe 11 by the addition valve 21. Then, the urea water while produced NH 3 is hydrolyzed in the exhaust pipe 11, is supplied to the SCR catalyst 14 with exhaust gas, the exhaust gas is purified by the reduction reaction of the NO X is performed in the SCR catalyst 14 .

3.負圧発生装置
負圧発生装置30は還元剤供給管22や還元剤添加弁21などの還元剤供給経路内に存在する気体成分を排気浄化装置10外に放出させるための装置である。本実施形態の排気浄化装置10に備えられた負圧発生装置30は、アスピレータ31、エアコンプレッサ32、電磁弁33、圧縮空気供給管34、気体吸引管35、気体放出管36により構成され、制御装置40によって制御される。
3. Negative Pressure Generating Device The negative pressure generating device 30 is a device for releasing gas components present in the reducing agent supply path such as the reducing agent supply pipe 22 and the reducing agent addition valve 21 to the outside of the exhaust purification device 10. The negative pressure generating device 30 provided in the exhaust purification device 10 of the present embodiment includes an aspirator 31, an air compressor 32, a solenoid valve 33, a compressed air supply pipe 34, a gas suction pipe 35, and a gas discharge pipe 36, and is controlled. Controlled by device 40.

アスピレータ31は駆動流体供給口71、駆動流体排出口73、吸引口75及び絞り部77を有している。駆動流体供給口71は圧縮空気供給管34を介してエアコンプレッサ32に接続されており、駆動流体排出口73は気体放出管36を介して還元剤タンク25に接続されている。また、吸引口75は気体吸引管35を介して還元剤添加装置20の還元剤供給経路に接続されている。気体吸引管35の途中には電磁弁33が設けられている。   The aspirator 31 has a driving fluid supply port 71, a driving fluid discharge port 73, a suction port 75, and a throttle unit 77. The driving fluid supply port 71 is connected to the air compressor 32 via the compressed air supply pipe 34, and the driving fluid discharge port 73 is connected to the reducing agent tank 25 via the gas discharge pipe 36. The suction port 75 is connected to the reducing agent supply path of the reducing agent addition device 20 via the gas suction pipe 35. An electromagnetic valve 33 is provided in the middle of the gas suction pipe 35.

アスピレータ31では、エアコンプレッサ32により供給された圧縮空気が、駆動流体供給口71から内部に流入し、絞り部77を通って駆動流体排出口73から排出される。絞り部77においては、その断面積が駆動流体供給口71の断面積に比べて小さくなっており、圧縮空気が通過する際には流速が増すため、ベンチュリ効果によって周囲に比べて圧力が低くなる。この絞り部77に吸引口75が連通されており、吸引口75を介して外部の流体が低圧部に流れ込むことにより、吸引口75付近は負圧となる。したがって、アスピレータ31を作動させると、還元剤供給経路内の気体成分が吸引口75へ吸引され、気体放出管36から圧縮空気と共に還元剤タンク25へ放出される。圧縮空気や還元剤供給経路内にあった気体成分は、還元剤タンク25内へ放出された後、還元剤タンク25の圧力調整弁37を介してタンク外へ放出される。   In the aspirator 31, the compressed air supplied by the air compressor 32 flows into the inside from the driving fluid supply port 71, passes through the throttle portion 77, and is discharged from the driving fluid discharge port 73. In the throttle portion 77, the cross-sectional area is smaller than the cross-sectional area of the driving fluid supply port 71, and when compressed air passes, the flow velocity increases, so the pressure is lower than the surroundings due to the venturi effect. . A suction port 75 communicates with the throttle portion 77, and external fluid flows into the low pressure portion via the suction port 75, so that the vicinity of the suction port 75 becomes negative pressure. Therefore, when the aspirator 31 is operated, the gas component in the reducing agent supply path is sucked into the suction port 75 and is discharged from the gas discharge pipe 36 to the reducing agent tank 25 together with the compressed air. The gaseous components in the compressed air and the reducing agent supply path are released into the reducing agent tank 25 and then released outside the tank via the pressure adjusting valve 37 of the reducing agent tank 25.

車両に搭載される一般的な還元剤供給装置において還元剤供給経路等の容積が20cc程度であることや、一般的なピストン式のエアコンプレッサの締切圧が10気圧程度であること、さらに、還元剤供給経路や圧縮空気供給管の内部に圧縮空気が充填されるために要する時間等を考慮すると、アスピレータ31を作動させるためのエアコンプレッサ32は出力が10W程度であり、吐出量が10L/min程度の小型のコンプレッサでよい。このようなエアコンプレッサとしては、公知のものを適宜用いることができる。   In a general reducing agent supply device mounted on a vehicle, the volume of the reducing agent supply path or the like is about 20 cc, the cutoff pressure of a general piston type air compressor is about 10 atm, and further reduction Considering the time required for the compressed air to be filled in the agent supply path and the compressed air supply pipe, the air compressor 32 for operating the aspirator 31 has an output of about 10 W and a discharge amount of 10 L / min. A small-sized compressor may be used. As such an air compressor, a known one can be used as appropriate.

なお、エアコンプレッサ32には上記よりも出力が大きいものであれば目的を達成できるので、例えばバスやトラックなどに本発明以外の目的で搭載されているエアコンプレッサを利用することも可能である。ただし、車両に搭載された既存のエアコンプレッサを利用する場合には、圧縮空気の流量を調節する弁装置等が備えられる。   If the output of the air compressor 32 is larger than that described above, the object can be achieved. Therefore, for example, an air compressor mounted on a bus or truck for purposes other than the present invention can be used. However, when using an existing air compressor mounted on a vehicle, a valve device or the like for adjusting the flow rate of the compressed air is provided.

電磁弁33は、還元剤供給経路から気体成分を抜く場合には開状態となるように制御装置40によって制御され、それ以外の場合には閉状態となるように制御される。これにより、還元剤供給経路からから気体成分を放出させた後に、気体吸引管35を介して尿素水が漏れ出ることを防止でき、還元剤供給ポンプ23の駆動エネルギーの浪費を防ぐことができる。また、負圧発生装置30と還元剤供給経路の間を任意に開閉できるので、エアコンプレッサ32の作動開始時期と還元剤供給経路からの気体成分の吸引開始時期とを分離することができる。これにより、例えばバスやトラックなどに本発明以外の目的で搭載されているエアコンプレッサを利用する場合であっても、その本来の目的を阻害することなく任意の時期に還元剤供給経路からの気体成分の吸引開始時期を調節することができる。   The electromagnetic valve 33 is controlled by the control device 40 so as to be opened when a gas component is extracted from the reducing agent supply path, and is controlled so as to be closed in other cases. As a result, it is possible to prevent the urea water from leaking through the gas suction pipe 35 after releasing the gas component from the reducing agent supply path, and it is possible to prevent waste of driving energy of the reducing agent supply pump 23. Further, since the negative pressure generator 30 and the reducing agent supply path can be arbitrarily opened and closed, the operation start timing of the air compressor 32 and the suction start timing of the gas component from the reducing agent supply path can be separated. As a result, for example, even when using an air compressor mounted on a bus or truck for purposes other than the present invention, the gas from the reducing agent supply path at any time without impairing its original purpose. It is possible to adjust the starting time of sucking components.

4.制御装置
制御装置40は排気浄化装置において電子制御ユニットとして主体的に排気浄化に係る制御を行う。制御装置40は周知のマイクロコンピュータ(図示せず)や記憶装置(図示せず)等を備えており、各種センサの検出値に基づいて所望される態様で還元剤添加装置20や負圧発生装置30を操作することにより、排気浄化に係る種々の制御を行う。具体的には、後述するように還元剤添加弁21の通電時間や還元剤供給ポンプ23の駆動量等を制御することにより、適切な時期に適正な量の尿素水を排気管11内に添加供給する。加えて、電磁弁33の通電時期やエアコンプレッサ32の駆動量等を制御することにより、還元剤供給経路へ尿素水を充填する際に還元剤供給経路内に気体成分が残留することを防止する。
4). Control Device The control device 40 mainly performs control related to exhaust gas purification as an electronic control unit in the exhaust gas purification device. The control device 40 includes a known microcomputer (not shown), a storage device (not shown), and the like, and the reducing agent adding device 20 and the negative pressure generating device in a desired manner based on detection values of various sensors. By operating 30, various controls relating to exhaust purification are performed. Specifically, an appropriate amount of urea water is added into the exhaust pipe 11 at an appropriate time by controlling the energization time of the reducing agent addition valve 21 and the driving amount of the reducing agent supply pump 23 as will be described later. Supply. In addition, by controlling the energization timing of the electromagnetic valve 33, the drive amount of the air compressor 32, and the like, gas components are prevented from remaining in the reducing agent supply path when filling the reducing agent supply path with urea water. .

5.排気浄化装置の制御方法
次に図2を参照しつつ、制御装置40によって行われる排気浄化装置10の制御フローの一例について説明する。
5. Next, an example of a control flow of the exhaust purification device 10 performed by the control device 40 will be described with reference to FIG.

まず、内燃機関が始動されて本制御フローが実行開始されると、START後のステップS01においてエアコンプレッサ32の駆動が開始される。次いで、ステップS02において電磁弁33がオンされ開状態となるように制御されるとともに、ステップS03においてタイマTがリセットされるとともにタイマTのカウントが開始される。さらに、ステップS04において、還元剤供給ポンプ23を正回転させる駆動が開始され、還元剤タンク25内の尿素水の還元剤供給経路内への充填が始められる。これにより、還元剤供給ポンプ23による尿素水の圧送で生じる正圧と、アスピレータ31によって生じる吸引力とによって、還元剤供給経路内の気体成分がアスピレータ31等を介して還元剤タンク25に放出され始める。   First, when the internal combustion engine is started and the execution of this control flow is started, the driving of the air compressor 32 is started in step S01 after START. Next, in step S02, the electromagnetic valve 33 is controlled to be turned on and opened, and in step S03, the timer T is reset and the timer T starts counting. Further, in step S04, driving to rotate the reducing agent supply pump 23 in the forward direction is started, and filling of the urea water in the reducing agent tank 25 into the reducing agent supply path is started. As a result, the gas component in the reducing agent supply path is released to the reducing agent tank 25 via the aspirator 31 and the like by the positive pressure generated by the pumping of urea water by the reducing agent supply pump 23 and the suction force generated by the aspirator 31. start.

次いで、ステップS05において、タイマTの値が予め設定された値T0以上か否かを判別する。T0は、還元剤供給ポンプ23の吐出流量や還元剤供給経路の容量に基づき、還元剤供給経路内の気体成分が十分に放出されるために要する時間であり、制御装置40の記憶部等にあらかじめ入力されている。タイマTの値がT0未満であればステップS05が繰り返される。   Next, in step S05, it is determined whether or not the value of the timer T is equal to or greater than a preset value T0. T0 is the time required for sufficiently releasing the gas component in the reducing agent supply path based on the discharge flow rate of the reducing agent supply pump 23 and the capacity of the reducing agent supply path. Pre-filled. If the value of timer T is less than T0, step S05 is repeated.

そして、タイマTの値がT0以上の場合、すなわち還元剤供給経路内の気体成分が放出されたと推定される場合には、ステップS06に進む。なお、このT0以上の時間で還元剤供給経路からの吸引を実施すると、低圧の尿素水がアスピレータ31を介して必要以上に還元剤タンク25に戻ることになるが、排気浄化装置10としては特に影響は生じない。ただし、還元剤供給経路内の圧力を所定圧力で維持させようとした場合に還元剤供給ポンプ23の駆動エネルギーが大きくなってしまう。   When the value of the timer T is equal to or greater than T0, that is, when it is estimated that the gas component in the reducing agent supply path has been released, the process proceeds to step S06. If suction from the reducing agent supply path is performed for a time longer than T0, the low-pressure urea water returns to the reducing agent tank 25 more than necessary via the aspirator 31. There is no impact. However, when the pressure in the reducing agent supply path is maintained at a predetermined pressure, the driving energy of the reducing agent supply pump 23 becomes large.

以上のように還元剤供給経路から気体成分を放出させられると、ステップS06において電磁弁33及びエアコンプレッサ32がオフにされる。この状態では、還元剤供給経路内はオリフィス27によって一定圧力に保たれた尿素水のみで満たされた状態になる。この後、ステップS07に進み尿素水添加制御が開始されて本制御フローを終了する。尿素水の添加制御中は、排気ガス中のNOXを浄化するために、内燃機関の運転状態などに応じて還元剤添加弁21が制御され、尿素水が排気管内へ添加される。 When the gas component is released from the reducing agent supply path as described above, the electromagnetic valve 33 and the air compressor 32 are turned off in step S06. In this state, the reducing agent supply path is filled only with urea water maintained at a constant pressure by the orifice 27. Then, it progresses to step S07 and urea water addition control is started and this control flow is complete | finished. During the urea water addition control, the reducing agent addition valve 21 is controlled in accordance with the operating state of the internal combustion engine, etc., to purify NO x in the exhaust gas, and urea water is added into the exhaust pipe.

本実施の形態においては、還元剤供給ポンプ23の駆動とアスピレータ31による気体成分の吸引とを同時に開始する例について説明した。ただし、還元剤供給ポンプ23の駆動を先に開始し、還元剤供給経路内に尿素水がある程度供給された状態からアスピレータ31による吸引を開始させた場合であっても、尿素水と気体成分(空気)との比重差によって、主として気体成分を還元剤供給経路外に放出させることができる。   In the present embodiment, the example in which the driving of the reducing agent supply pump 23 and the suction of the gas component by the aspirator 31 are started simultaneously has been described. However, even when the driving of the reducing agent supply pump 23 is started first and the suction by the aspirator 31 is started from a state in which the urea water is supplied to some extent in the reducing agent supply path, the urea water and the gas component ( Due to the difference in specific gravity with air), it is possible to mainly release the gas component out of the reducing agent supply path.

また、本実施の形態においては、還元剤供給ポンプ23やエアコンプレッサ32が始動されてからの経過時間に基づいて負圧発生装置を制御する方法を示した。これ以外にも、例えば還元剤供給ポンプ23の駆動電流や還元剤供給管内の圧力推移に基づいて、還元剤供給経路内の尿素水の充填率又は気体成分の残留度合を推定して負圧発生装置30を制御することもできる。さらにはECUから得られる情報等まで考慮して負圧発生装置30を制御することもできる。加えて、アスピレータ以外であっても、公知の真空ポンプなど種々の負圧発生手段を用いることができる。   Moreover, in this Embodiment, the method of controlling a negative pressure generator based on the elapsed time after starting the reducing agent supply pump 23 and the air compressor 32 was shown. Besides this, for example, based on the driving current of the reducing agent supply pump 23 or the pressure transition in the reducing agent supply pipe, the filling rate of the urea water in the reducing agent supply path or the residual degree of the gas component is estimated to generate negative pressure. The device 30 can also be controlled. Furthermore, the negative pressure generator 30 can be controlled in consideration of information obtained from the ECU. In addition, various negative pressure generating means such as a known vacuum pump can be used even if it is other than an aspirator.

[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態について、第1の実施の形態と相違する部分を中心に説明する。第1の実施の形態と同様の内容については説明を省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with a focus on differences from the first embodiment. A description of the same contents as in the first embodiment will be omitted.

1.還元剤添加装置及び負圧発生装置
本実施の形態における排気浄化装置10Aの全体構成の概略を図3に示す。本実施の形態の還元剤添加装置20Aでは第1の実施の形態の還元剤添加装置に、さらに圧縮空気供給用三方電磁弁51、還元剤供給用三方電磁弁52、冷却用圧縮空気供給管53、還元剤パージ用圧縮空気供給管54、プレッシャレギュレータ61及び還元剤添加弁冷却装置65などが追加又は変更されている。各アクチュエータ等は第1の実施の形態と同様に制御装置40Aによって制御される。
1. FIG. 3 shows an outline of the overall configuration of the exhaust gas purification apparatus 10A according to the present embodiment. In the reducing agent addition apparatus 20A of the present embodiment, a compressed air supply three-way solenoid valve 51, a reducing agent supply three-way solenoid valve 52, and a cooling compressed air supply pipe 53 are further added to the reducing agent addition apparatus of the first embodiment. A reducing agent purge compressed air supply pipe 54, a pressure regulator 61, a reducing agent addition valve cooling device 65, and the like are added or changed. Each actuator and the like are controlled by the control device 40A as in the first embodiment.

本実施の形態の排気浄化装置10Aでは、内燃機関の停止時において、還元剤供給ポンプ23Aではなく、負圧発生装置30Aを利用して還元剤供給経路内に残留する尿素水の回収が可能に構成されている。さらに、本実施の形態の排気浄化装置10Aでは、負圧発生装置30Aを構成するエアコンプレッサ32から供給される圧縮空気を利用して、還元剤添加弁21の冷却が可能に構成されている。   In the exhaust purification apparatus 10A of the present embodiment, when the internal combustion engine is stopped, the urea water remaining in the reducing agent supply path can be recovered using the negative pressure generator 30A instead of the reducing agent supply pump 23A. It is configured. Further, the exhaust purification apparatus 10A of the present embodiment is configured such that the reducing agent addition valve 21 can be cooled using compressed air supplied from the air compressor 32 that constitutes the negative pressure generating apparatus 30A.

圧縮空気供給用三方電磁弁51は、アスピレータ31とエアコンプレッサ32との間の圧縮空気供給管34に設けられており、一端側はエアコンプレッサ32からの圧縮空気が流入可能に接続されている。圧縮空気供給用三方電磁弁51の他の一端はアスピレータ31に向けて圧縮空気を導入可能に接続され、さらに他の一端は還元剤添加弁21に備えられた還元剤添加弁冷却装置65に冷却用圧縮空気供給管53を介して圧縮空気を導入可能に接続されている。圧縮空気供給用三方電磁弁51は、制御装置40Aからの制御信号に基づいて制御され、圧縮空気の流れがエアコンプレッサ32からアスピレータ31方向、又はエアコンプレッサ32から還元剤添加弁冷却装置65方向に適宜切り替えられる。   The compressed air supply three-way solenoid valve 51 is provided in a compressed air supply pipe 34 between the aspirator 31 and the air compressor 32, and one end side is connected so that compressed air from the air compressor 32 can flow in. The other end of the compressed air supply three-way solenoid valve 51 is connected to the aspirator 31 so that compressed air can be introduced, and the other end is cooled by the reducing agent addition valve cooling device 65 provided in the reducing agent addition valve 21. The compressed air can be introduced through the compressed air supply pipe 53 for use. The three-way solenoid valve 51 for supplying compressed air is controlled based on a control signal from the control device 40A, and the flow of compressed air flows from the air compressor 32 to the aspirator 31 or from the air compressor 32 to the reducing agent addition valve cooling device 65. It can be switched appropriately.

また、圧縮空気供給用三方電磁弁51からアスピレータ31へ向かう圧縮空気供給管34は途中で分岐しており、エアコンプレッサ32から供給される圧縮空気の一部は、還元剤パージ用圧縮空気供給管54を介して還元剤供給用三方電磁弁52へも送られる。還元剤供給用三方電磁弁52へ供給された圧縮空気は尿素水の回収時に利用される。   Further, the compressed air supply pipe 34 from the compressed air supply three-way solenoid valve 51 to the aspirator 31 branches in the middle, and a part of the compressed air supplied from the air compressor 32 is compressed air supply pipe for reducing agent purge. It is also sent to the reducing agent supply three-way solenoid valve 52 via 54. The compressed air supplied to the reducing agent supply three-way solenoid valve 52 is used when recovering urea water.

還元剤供給用三方電磁弁52は、還元剤送液管24の途中に設けられており、一端は還元剤タンク25に、他端は還元剤供給ポンプ23Aにそれぞれ配管を介して接続されている。残る一端は還元剤パージ用圧縮空気供給管54を介して圧縮空気供給用三方電磁弁51とアスピレータ31との間の圧縮空気供給管34に接続されている。これにより制御装置40Aからの制御信号に基づいて、還元剤タンク25の尿素水を還元剤供給ポンプ23に導いたり、エアコンプレッサ32から圧縮空気を還元剤供給ポンプ23に導いたりするように配管系が適宜切り替えられる。   The reducing agent supply three-way solenoid valve 52 is provided in the middle of the reducing agent feeding pipe 24, and one end is connected to the reducing agent tank 25 and the other end is connected to the reducing agent supply pump 23A via a pipe. . The remaining end is connected to a compressed air supply pipe 34 between the compressed air supply three-way solenoid valve 51 and the aspirator 31 via a reducing agent purge compressed air supply pipe 54. Thereby, based on the control signal from the control device 40A, the urea water in the reducing agent tank 25 is led to the reducing agent supply pump 23, and the compressed air is led from the air compressor 32 to the reducing agent supply pump 23. Are appropriately switched.

また、本実施の形態における還元剤添加弁21は外周面に複数の放熱フィンを備えており、直接的又は排気管12等を介して間接的に還元剤添加弁21に伝達されてきた排気熱が放出されやすくなっている。さらに、本実施の形態の還元剤添加弁冷却装置65は、負圧発生装置30Aのエアコンプレッサ32から冷却用圧縮空気供給管53を介して供給される圧縮空気を放熱フィン等に吹き付けることによって還元剤添加弁21を強制的に冷却するように構成されている。エアコンプレッサ23により還元剤添加弁冷却装置65へ乱れを伴う高速な圧縮空気の流れを供給することにより、冷却手段での熱伝達率の大幅な向上が可能となっている。   Further, the reducing agent addition valve 21 in the present embodiment has a plurality of radiating fins on the outer peripheral surface, and the exhaust heat transmitted to the reducing agent addition valve 21 directly or indirectly through the exhaust pipe 12 or the like. Is easily released. Furthermore, the reducing agent addition valve cooling device 65 of the present embodiment reduces the pressure by blowing compressed air supplied from the air compressor 32 of the negative pressure generating device 30A through the compressed air supply pipe 53 for cooling to the radiation fins or the like. The agent addition valve 21 is forcibly cooled. By supplying a high-speed flow of compressed air accompanied by disturbance to the reducing agent addition valve cooling device 65 by the air compressor 23, the heat transfer coefficient in the cooling means can be greatly improved.

さらに、本実施の形態における還元剤供給管22は、オリフィスに変えてプレッシャレギュレータ61を介して還元剤放出管26の一端が接続されており、還元剤放出管26の他端は還元剤タンク25に接続されている。これにより、還元剤供給管22内の尿素水の圧力が所定値に達した場合には、還元剤供給管22内の尿素水の一部が還元剤タンク25に戻されるため、還元剤供給管22内の尿素水の圧力が所定値に保たれ、排気管12への尿素水の添加量が精度よく調節される。   Furthermore, the reducing agent supply pipe 22 in the present embodiment is connected to one end of a reducing agent discharge pipe 26 via a pressure regulator 61 instead of an orifice, and the other end of the reducing agent discharge pipe 26 is connected to the reducing agent tank 25. It is connected to the. Thereby, when the pressure of the urea water in the reducing agent supply pipe 22 reaches a predetermined value, a part of the urea water in the reducing agent supply pipe 22 is returned to the reducing agent tank 25, so that the reducing agent supply pipe The pressure of the urea water in 22 is maintained at a predetermined value, and the amount of urea water added to the exhaust pipe 12 is adjusted with high accuracy.

2.排気浄化装置の制御方法
本実施の形態において制御装置40Aによって行われる排気浄化装置10Aの制御フローの一例について図4〜図5のフロー図及び図6〜図10の構成図を参照しつつ説明する。
2. Exhaust Purification Device Control Method An example of a control flow of the exhaust purification device 10A performed by the control device 40A in the present embodiment will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 4 to 5 and the configuration diagrams of FIGS. .

まず、内燃機関が始動されて本制御フローが実行開始されると、START後のステップS51において圧縮空気供給用三方電磁弁51がオンされてエアコンプレッサ32とアスピレータ31が連通されるとともに、ステップS52においてエアコンプレッサ32の駆動が開始される。次いで、ステップS53において電磁弁33がオンされ開状態となるように制御された後、ステップS54においてタイマTがリセットされるとともにタイマTのカウントが開始される。   First, when the internal combustion engine is started and the execution of this control flow is started, the compressed air supply three-way solenoid valve 51 is turned on in step S51 after START, and the air compressor 32 and the aspirator 31 are communicated with each other. Then, the driving of the air compressor 32 is started. Next, in step S53, the solenoid valve 33 is controlled to be turned on and opened, and then in step S54, the timer T is reset and the timer T starts counting.

次いで、ステップS55において還元剤供給用三方電磁弁52がオンされて還元剤タンク25と還元剤供給ポンプ23Aとが連通された後に、ステップS56において還元剤供給ポンプ23が駆動されて還元剤タンク25内の尿素水の還元剤供給経路内への充填が始められる。これにより、還元剤供給ポンプ23Aによる尿素水の圧送で生じる正圧と、アスピレータ31によって生じる吸引力とによって、還元剤供給経路内の気体成分がアスピレータ31等を介して還元剤タンク25に放出され始める(図6の状態)。このとき、還元剤パージ用圧縮空気供給管54と還元剤供給ポンプ23Aとは還元剤供給用三方電磁弁52により遮断されているために、エアコンプレッサ32から供給される圧縮空気はアスピレータ31にのみ供給される。   Next, after the reducing agent supply three-way solenoid valve 52 is turned on in step S55 to connect the reducing agent tank 25 and the reducing agent supply pump 23A, the reducing agent supply pump 23 is driven in step S56 to reduce the reducing agent tank 25. The filling of the urea water in the reducing agent supply path is started. As a result, the gas component in the reducing agent supply path is released to the reducing agent tank 25 via the aspirator 31 and the like by the positive pressure generated by the pumping of the urea water by the reducing agent supply pump 23A and the suction force generated by the aspirator 31. Start (state of FIG. 6). At this time, since the reducing agent purge compressed air supply pipe 54 and the reducing agent supply pump 23A are blocked by the reducing agent supply three-way solenoid valve 52, the compressed air supplied from the air compressor 32 is supplied only to the aspirator 31. Supplied.

次いで、ステップS57において、タイマTの値が予め設定された値T0以上か否かを判別する。T0は、還元剤供給ポンプ23Aの吐出流量や還元剤供給経路の容量に基づき、還元剤供給経路内の気体成分が十分に放出されるために要する時間であり、制御装置40Aの記憶部等にあらかじめ入力されている。タイマTの値がT0未満であればステップS57が繰り返される。   Next, in step S57, it is determined whether or not the value of the timer T is equal to or greater than a preset value T0. T0 is the time required for the gas component in the reducing agent supply path to be sufficiently released based on the discharge flow rate of the reducing agent supply pump 23A and the capacity of the reducing agent supply path, and is stored in the storage unit of the control device 40A. Pre-filled. If the value of timer T is less than T0, step S57 is repeated.

そして、タイマTの値がT0以上の場合、すなわち還元剤供給経路内の気体成分が放出されたと推定される場合には、ステップS58に進みエアコンプレッサ32の駆動が停止されるとともに電磁弁33がオフにされ、還元剤供給経路とアスピレータ31とが遮断される(図7の状態)。なお、このT0以上の時間で還元剤供給経路からの吸引を実施すると、低圧の尿素水がアスピレータ31を介して必要以上に還元剤タンク25に戻ることになるが、排気浄化装置10Aとしては特に影響は生じない。ただし、還元剤供給経路内の圧力を所定圧力で維持させようとした場合に還元剤供給ポンプ23Aの駆動エネルギーが大きくなってしまう。   When the value of the timer T is equal to or greater than T0, that is, when it is estimated that the gas component in the reducing agent supply path has been released, the process proceeds to step S58 where the driving of the air compressor 32 is stopped and the electromagnetic valve 33 is turned on. It is turned off and the reducing agent supply path and the aspirator 31 are shut off (state shown in FIG. 7). If suction from the reducing agent supply path is performed for a time longer than T0, the low-pressure urea water returns to the reducing agent tank 25 more than necessary via the aspirator 31, but the exhaust gas purification apparatus 10A is particularly suitable. There is no impact. However, when the pressure in the reducing agent supply path is maintained at a predetermined pressure, the driving energy of the reducing agent supply pump 23A increases.

その後は、ステップS59において内燃機関11から排出される排気中のNOX濃度に基づき尿素水の添加制御が実行される。なお、電磁弁33がオフにされ、アスピレータ31と還元剤供給経路とが遮断されている場合には、圧縮空気供給用三方電磁弁51がオフにされ、エアコンプレッサ32とアスピレータ31とが遮断されていても構わない。 Thereafter, urea water addition control is executed based on the NO x concentration in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine 11 in step S59. When the solenoid valve 33 is turned off and the aspirator 31 and the reducing agent supply path are shut off, the compressed air supply three-way solenoid valve 51 is turned off and the air compressor 32 and the aspirator 31 are shut off. It does not matter.

本実施の形態では、内燃機関11の運転中に尿素水の添加制御が実行される間、ステップS60で還元剤添加弁21の温度Tiを推定し、ステップS61で還元剤添加弁21の推定温度Tiが閾値Ti0以上か否かが判別される。還元剤添加弁21の温度は、排気温度や内燃機関11の運転状態等に基づき推定したり、温度センサで検出したりすることができる。また、閾値は還元剤添加弁が熱損傷を生じないかを判別する基準値である。   In the present embodiment, while urea water addition control is executed during operation of the internal combustion engine 11, the temperature Ti of the reducing agent addition valve 21 is estimated in step S60, and the estimated temperature of the reducing agent addition valve 21 is determined in step S61. It is determined whether Ti is greater than or equal to a threshold value Ti0. The temperature of the reducing agent addition valve 21 can be estimated based on the exhaust temperature, the operating state of the internal combustion engine 11, or can be detected by a temperature sensor. The threshold value is a reference value for determining whether the reducing agent addition valve does not cause thermal damage.

還元剤添加弁21の推定温度Tiが閾値Ti0未満の場合にはそのままステップS64に進む一方、還元剤添加弁21の推定温度Tiが閾値Ti0以上の場合にはステップS62で圧縮空気供給用三方電磁弁51がオフにされ、エアコンプレッサ32と還元剤添加弁冷却装置65とが連通される。そして、ステップS63においてエアコンプレッサ32の駆動が開始され、圧縮空気が還元剤添加弁冷却装置65に供給されることで、還元剤添加弁21が冷却される(図8の状態)。次いで、ステップS64で内燃機関11が停止したか否かの判別が行われる。ステップS64で内燃機関11の停止が検出されるまでは、ステップS59〜S64の各ステップが繰り返される。ただし、ステップS60〜S63までは省略されていても構わない。   If the estimated temperature Ti of the reducing agent addition valve 21 is less than the threshold value Ti0, the process proceeds directly to step S64. On the other hand, if the estimated temperature Ti of the reducing agent addition valve 21 is greater than or equal to the threshold value Ti0, the three-way electromagnetic for supplying compressed air in step S62. The valve 51 is turned off, and the air compressor 32 and the reducing agent addition valve cooling device 65 are communicated. Then, the driving of the air compressor 32 is started in step S63, and the reducing agent addition valve 21 is cooled by supplying the compressed air to the reducing agent addition valve cooling device 65 (state of FIG. 8). Next, in step S64, it is determined whether or not the internal combustion engine 11 has stopped. Until the stop of the internal combustion engine 11 is detected in step S64, the steps S59 to S64 are repeated. However, steps S60 to S63 may be omitted.

ステップS64で内燃機関11の停止が検出されると、ステップS65において圧縮空気供給用三方電磁弁51がオンにされ、エアコンプレッサ32とアスピレータ31とが連通されるとともに、ステップS66においてエアコンプレッサ32の駆動が開始される。さらに、ステップS67において還元剤供給用三方電磁弁52がオフにされ、還元剤パージ用圧縮空気供給管54と還元剤供給ポンプ23Aとが連通されるとともに、ステップS68において電磁弁33がオンにされアスピレータ31と還元剤供給経路とが連通される。   When the stop of the internal combustion engine 11 is detected in step S64, the compressed air supply three-way solenoid valve 51 is turned on in step S65, the air compressor 32 and the aspirator 31 are communicated, and in step S66, the air compressor 32 is turned on. Driving is started. Further, the reducing agent supply three-way solenoid valve 52 is turned off in step S67, the reducing agent purge compressed air supply pipe 54 and the reducing agent supply pump 23A are communicated, and in step S68, the solenoid valve 33 is turned on. The aspirator 31 and the reducing agent supply path communicate with each other.

これにより、還元剤供給用三方電磁弁52を介して還元剤供給経路内に供給される圧縮空気の正圧と、アスピレータ31によって発生する吸引力とによって、還元剤供給経路内に残留する尿素水が効率的に還元剤タンク25に回収される(図9の状態)。さらに、本実施の形態では、還元剤供給経路内へのエアの導入等のために還元剤添加弁21を開弁する必要がないので、未燃燃料や煤などの異物が排気管12から還元剤供給経路内に侵入することを防止できる。   As a result, urea water remaining in the reducing agent supply path due to the positive pressure of the compressed air supplied into the reducing agent supply path via the reducing agent supply three-way solenoid valve 52 and the suction force generated by the aspirator 31. Is efficiently recovered in the reducing agent tank 25 (state shown in FIG. 9). Further, in the present embodiment, since it is not necessary to open the reducing agent addition valve 21 for introducing air into the reducing agent supply path, foreign substances such as unburned fuel and soot are reduced from the exhaust pipe 12. Intrusion into the agent supply path can be prevented.

還元剤供給経路からの尿素水の回収が終了すると、ステップS69において還元剤添加弁21の温度Tiを推定し、ステップS70で還元剤添加弁21の推定温度Tiが閾値Ti0以上か否かが判別される。還元剤添加弁21の温度は、排気温度等に基づき推定したり、温度センサで検出したりすることができる。また、閾値は還元剤添加弁が熱損傷を生じないかを判別する基準値である。   When recovery of urea water from the reducing agent supply path is completed, the temperature Ti of the reducing agent addition valve 21 is estimated in step S69, and it is determined whether or not the estimated temperature Ti of the reducing agent addition valve 21 is equal to or higher than a threshold value Ti0 in step S70. Is done. The temperature of the reducing agent addition valve 21 can be estimated based on the exhaust temperature or the like, or detected by a temperature sensor. The threshold value is a reference value for determining whether the reducing agent addition valve does not cause thermal damage.

還元剤添加弁21の推定温度Tiが閾値Ti0未満の場合にはそのままステップS72に進みエアコンプレッサ32やその他三方向弁等をオフにして制御を終了する。一方、還元剤添加弁21の推定温度Tiが閾値Ti0以上の場合にはステップS71で圧縮空気供給用三方電磁弁51がオフにされ、エアコンプレッサ32と還元剤添加弁冷却装置65とが連通される。これにより、圧縮空気が還元剤添加弁冷却装置65に供給されることで還元剤添加弁21が冷却される(図10の状態)。これは、走行風による放熱効果が見込めない、車両が停止している際に特に有効である。そして、所定時間還元剤添加弁21の冷却を行った後、ステップS72に進み、進みエアコンプレッサ32やその他三方向弁等をオフにして制御を終了する。ただし、ステップS69〜S71までは省略されていても構わない。   If the estimated temperature Ti of the reducing agent addition valve 21 is less than the threshold value Ti0, the process proceeds to step S72 as it is, and the air compressor 32 and other three-way valves are turned off to finish the control. On the other hand, when the estimated temperature Ti of the reducing agent addition valve 21 is equal to or higher than the threshold value Ti0, the compressed air supply three-way solenoid valve 51 is turned off in step S71, and the air compressor 32 and the reducing agent addition valve cooling device 65 are communicated. The Thus, the reducing agent addition valve 21 is cooled by supplying the compressed air to the reducing agent addition valve cooling device 65 (state of FIG. 10). This is particularly effective when the vehicle is stopped, where the heat dissipation effect due to the traveling wind cannot be expected. Then, after the reductant addition valve 21 is cooled for a predetermined time, the process proceeds to step S72, and the air compressor 32 and other three-way valves are turned off to end the control. However, steps S69 to S71 may be omitted.

10・10A:排気浄化装置、11:内燃機関、12:排気管、13:排気温度センサ、14:SCR触媒、15:アンモニアスリップ触媒、16:NOXセンサ、20・20A:還元剤添加装置、21:還元剤添加弁、22:還元剤供給管、23・23A:還元剤供給ポンプ、24:還元剤送液管、25:還元剤タンク、26:還元剤放出管、27:オリフィス、28:還元剤添加弁冷却装置、29:還元剤圧力センサ、30・30A:負圧発生装置、31:アスピレータ、32:エアコンプレッサ、33:電磁弁、34:圧縮空気供給管、35:気体吸引管、36:気体放出管、37:圧力調整弁、40・40A:制御装置、51:圧縮空気供給用三方電磁弁、52:還元剤供給用三方電磁弁、53:冷却用圧縮空気供給管、54:還元剤パージ用圧縮空気供給管、61:プレッシャレギュレータ、63:冷却水流量調整弁、65:還元剤添加弁冷却装置、71:駆動流体供給口、73:駆動流体排出口、75:吸引口、77:絞り部 10 · 10A: exhaust gas purification apparatus, 11: engine, 12: exhaust pipe, 13: exhaust gas temperature sensor, 14: SCR catalyst 15: ammonia slip catalyst 16: NO X sensor, 20 · 20A: reducing agent addition device, 21: Reducing agent addition valve, 22: Reducing agent supply pipe, 23 / 23A: Reducing agent supply pump, 24: Reducing agent feeding pipe, 25: Reducing agent tank, 26: Reducing agent discharge pipe, 27: Orifice, 28: Reducing agent addition valve cooling device, 29: reducing agent pressure sensor, 30 / 30A: negative pressure generating device, 31: aspirator, 32: air compressor, 33: solenoid valve, 34: compressed air supply pipe, 35: gas suction pipe, 36: Gas release pipe, 37: Pressure adjusting valve, 40 / 40A: Control device, 51: Three-way solenoid valve for supplying compressed air, 52: Three-way solenoid valve for supplying reducing agent, 53: Compressed air supply pipe for cooling, 54: reduction Compressed compressed air supply pipe, 61: pressure regulator, 63: cooling water flow rate adjustment valve, 65: reducing agent addition valve cooling device, 71: driving fluid supply port, 73: driving fluid discharge port, 75: suction port, 77: Aperture part

Claims (4)

SCR触媒及び還元剤を用いて内燃機関の排気を浄化する排気浄化装置であって、前記還元剤を貯える還元剤タンクと、前記SCR触媒の上流側に前記還元剤を添加する還元剤添加弁と、前記還元剤タンクから前記還元剤添加弁へ還元剤供給経路を介して前記還元剤を供給するための還元剤供給ポンプと、を備えた排気浄化装置において、
前記還元剤供給経路内の気体成分を吸引して前記還元剤供給経路外に放出するための負圧発生手段を備え、
前記負圧発生手段はアスピレータであり、エアコンプレッサにより供給される圧縮空気によって作動させられることを特徴とする排気浄化装置。
An exhaust emission control device that purifies exhaust gas from an internal combustion engine using an SCR catalyst and a reducing agent, the reducing agent tank for storing the reducing agent, and a reducing agent addition valve for adding the reducing agent upstream of the SCR catalyst; An exhaust gas purification apparatus comprising: a reducing agent supply pump for supplying the reducing agent from the reducing agent tank to the reducing agent addition valve via a reducing agent supply path;
E Bei negative pressure generating means for releasing the reducing agent supply path outside by sucking gas component of the reducing agent supply path,
The exhaust gas purification device according to claim 1, wherein the negative pressure generating means is an aspirator and is operated by compressed air supplied by an air compressor .
前記負圧発生手段が、電磁弁を介して前記還元剤供給経路に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の排気浄化装置。 The exhaust purification device according to claim 1, wherein the negative pressure generating means is connected to the reducing agent supply path via an electromagnetic valve. 前記還元剤タンクと前記還元剤供給ポンプとの間の還元剤供給経路に三方電磁弁を備え、前記エアコンプレッサにより供給される圧縮空気の少なくとも一部を前記還元剤供給経路に供給可能に構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の排気浄化装置。 A reducing agent supply path between the reducing agent tank and the reducing agent supply pump includes a three-way solenoid valve, and is configured to be able to supply at least a part of the compressed air supplied by the air compressor to the reducing agent supply path. The exhaust emission control device according to claim 1 , wherein the exhaust purification device is provided. 還元剤を貯える還元剤タンクと、SCR触媒の上流側に前記還元剤を添加する還元剤添加弁と、前記還元剤タンクから前記還元剤添加弁へ還元剤供給経路を介して前記還元剤を供給するための還元剤供給ポンプと、を備えた排気浄化装置の制御方法において、
内燃機関の始動時に、前記還元剤供給ポンプによって前記還元剤供給経路に前記還元剤を供給しながら負圧発生手段を作動させて、前記還元剤供給経路内の気体成分を吸引して前記還元剤供給経路外に放出させることを特徴とする排気浄化装置の制御方法。
A reducing agent tank for storing the reducing agent, a reducing agent addition valve for adding the reducing agent to the upstream side of the SCR catalyst, and supplying the reducing agent from the reducing agent tank to the reducing agent addition valve via a reducing agent supply path In a control method of an exhaust gas purification device comprising a reducing agent supply pump for
At the start of the internal combustion engine, the reducing agent supply pump operates the negative pressure generating means while supplying the reducing agent to the reducing agent supply path, and sucks the gas component in the reducing agent supply path to thereby reduce the reducing agent. A control method for an exhaust gas purification apparatus, wherein the exhaust gas is discharged out of a supply path.
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