JP5948226B2

JP5948226B2 - 還元剤供給装置

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Publication number: JP5948226B2
Application number: JP2012248107A
Authority: JP
Inventors: 旭國島
Original assignee: Bosch Corp
Current assignee: Bosch Corp
Priority date: 2012-11-12
Filing date: 2012-11-12
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2032-11-12
Also published as: JP2014095356A

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に液体還元剤を供給するための還元剤供給装置に関する。特に、内燃機関の停止時に、還元剤通路内に残留する液体還元剤を貯蔵タンクに回収する制御が実行されるように構成された還元剤供給装置に関するものである。

従来、車両等に搭載された内燃機関から排出される排気を浄化する排気浄化装置として、排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯ_X）の還元反応を促進する還元触媒と、還元触媒よりも上流側の排気管内に液体還元剤を供給するための還元剤供給装置とを備えた排気浄化装置が知られている。かかる排気浄化装置に用いられる還元剤供給装置の一態様として、貯蔵タンク内の液体還元剤を吸い上げて圧送するポンプと、ポンプにより圧送される液体還元剤を排気通路内に噴射する還元剤噴射弁とを備えたものがある。

このような還元剤供給装置において、目標噴射量に相当する量の液体還元剤を精度良く噴射できるようにするために、ポンプによって圧送される液体還元剤を、還元剤通路から分岐するリターン通路を介して貯蔵タンクに循環させながら還元剤通路内の圧力を一定に保った状態で、還元剤噴射部による噴射制御を実行することが行われている。

ここで、液体還元剤として例えば尿素水溶液が用いられる場合、内燃機関の停止後にも、ポンプや還元剤噴射弁内に尿素水溶液が残留していると、水分の蒸発等によって尿素水溶液の濃度が上昇し、尿素水溶液が析出して流路が閉塞するおそれがある。また、寒冷地においては、残留する尿素水溶液が凍結し、体積が膨張することによってポンプ等が破損するおそれがある。そのために、内燃機関の停止時に、還元剤供給装置内に残留する尿素水溶液を貯蔵タンク内に回収する制御を実行するようになっている。

尿素水溶液を貯蔵タンク内に回収する方法としては、ポンプを逆回転させる方法や、ポンプを逆回転させる代わりに、尿素水溶液の流れる向きが還元剤噴射弁側から貯蔵タンク側となるように流路の接続を切り換える方法が知られている（例えば、特許文献１及び２を参照。）。いずれの方法を採用する場合においても、還元剤通路内の還元剤を効率よく回収するために、貯蔵タンクから還元剤通路側への尿素水溶液の流れを阻止する逆止め弁がリターン通路に設けられている。

特開２０１０−１８５３３４号公報（段落［００３４］）特開２０１０−０２４８９６号公報（段落［００４６］）

尿素水溶液の回収制御は、還元剤噴射弁を開弁して、排気通路内の空気（排ガス）を還元剤通路内に取り入れながら行われるが、この回収制御中に、還元剤噴射弁の噴孔付近に付着した尿素水溶液の水分が蒸発して結晶化し、噴孔の詰まりを生じる場合がある。噴孔の詰まりを生じると、還元剤通路内に過大な負圧が生じてしまい、ポンプを停止させた後、還元剤通路が大気圧に復帰する際に、貯蔵タンク内の尿素水溶液が再びポンプ内に逆流するおそれがあった。

本発明の発明者はこのような問題にかんがみて、リターン通路内に所定の構造を有する弁部を設けることによりこのような問題を解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。したがって、本発明は、液体還元剤の回収制御の終了時に、貯蔵タンク内に回収された液体還元剤が再びポンプ内に逆流することを防ぐことができる還元剤供給装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、貯蔵タンク内の液体還元剤を吸い上げて圧送するポンプと、前記ポンプにより圧送される前記液体還元剤を内燃機関の排気通路に噴射する還元剤噴射弁と、前記ポンプと前記還元剤噴射弁とを接続する還元剤通路と、前記ポンプにより圧送される前記液体還元剤の一部を前記貯蔵タンクに戻すために前記還元剤通路から分岐して設けられたリターン通路と、を備え、前記内燃機関の運転時には前記ポンプにより前記液体還元剤を前記還元剤噴射弁側に圧送し、前記内燃機関の停止時には前記ポンプにより前記液体還元剤を吸い戻して前記貯蔵タンクに回収する制御が実行されるように構成された還元剤供給装置において、前記リターン通路の途中に、前記液体還元剤の回収制御時において、前記還元剤通路内に生じる負圧によって弁体がその自重に抗して上方に移動して前記リターン通路を遮断状態とする一方、その後前記ポンプを非駆動状態にしたときに前記弁体がその自重により下方に移動して前記リターン通路を連通状態とする前記弁部を備えることを特徴とする還元剤供給装置が提供され、上述した問題が解決される。

また、本発明の還元剤供給装置を構成するにあたり、前記弁部は、前記還元剤通路側に連通する第１ポート、及び、前記貯蔵タンク側に連通する第２ポートを有する弁ハウジングと、前記弁ハウジング内に重力方向に移動可能に保持された前記弁体と、からなることが好ましい。

また、本発明の還元剤供給装置を構成するにあたり、前記弁ハウジングの前記第１ポートは流路面積が絞られた絞り通路として形成され、
前記負圧によって前記弁体が上方に移動したときに、前記弁体によって前記第１ポートが塞がれることが好ましい。

また、本発明の還元剤供給装置を構成するにあたり、前記弁体には通路孔又は通路溝が設けられており、前記通路孔又は前記通路溝は流路面積が絞られた絞り通路として形成され、前記負圧によって前記弁体が上方に移動したときに、前記通路孔又は通路溝が塞がれることが好ましい。

本発明の還元剤供給装置によれば、液体還元剤の回収制御が終了し、ポンプの駆動を停止した際に、自重によって弁体が下方に移動してリターン通路を速やかに連通状態とすることが可能となる。したがって、ポンプの駆動を停止したときに、還元剤通路内を速やかに大気状態に復帰させることができる。その結果、ポンプの停止後に、貯蔵タンクに回収された液体還元剤が再びポンプ内に逆流することを抑えることができる。

本発明の第１の実施の形態にかかる還元剤供給装置の構成を概略的に示す図である。第１の実施の形態にかかる還元剤供給装置に備えられた弁部の動作を説明するために示す図である。液体還元剤の回収制御時における圧力の推移を示す図である。第１の実施の形態にかかる還元剤供給装置の変形例を説明するために示す図である。本発明の第２の実施の形態にかかる還元剤供給装置の構成を概略的に示す図である。第２の実施の形態にかかる還元剤供給装置に備えられた弁部の動作を説明するために示す図である。本発明の第３の実施の形態にかかる還元剤供給装置の構成を概略的に示す図である。第３の実施の形態にかかる還元剤供給装置に備えられた弁部の動作を説明するために示す図である。

以下、本発明にかかる還元剤供給装置に関する実施の形態について、図面に基づいて具体的に説明する。
なお、各図において同じ符号が付されているものは同じ構成要素を表しており、適宜説明が省略されている場合がある。

［第１の実施の形態］
１．還元剤供給装置の全体的構成
図１は、本発明の第１の実施の形態にかかる還元剤供給装置２０の構成を説明するために示す図である。
図１において、還元剤供給装置２０が備えられた排気浄化装置１０は、排気中のＮＯ_Xを浄化するための装置であり、図示しないディーゼルエンジン等の内燃機関の排気通路３に設けられている。排気浄化装置１０は、排気通路３の途中に介装された還元触媒１３と、還元触媒１３よりも上流側の排気通路３内に液体還元剤を供給するための還元剤供給装置２０とを備えている。

還元触媒１３は、排気中のＮＯ_Xの分解を促進する機能を有する触媒であり、液体還元剤から生成される還元成分を吸着するとともに、触媒に流れ込む排気中のＮＯ_Xを還元成分によって選択的に還元する触媒である。本実施の形態の還元剤供給装置２０は、液体還元剤として尿素水溶液が用いられるものであり、尿素水溶液が分解することにより還元成分としてのアンモニアが生成されるようになっている。

還元剤供給装置２０は、液体還元剤が収容される貯蔵タンク２１と、液体還元剤を圧送するポンプユニット３０と、液体還元剤を排気通路３内に噴射する還元剤噴射弁２５とを備えている。ポンプユニット３０は、電動ポンプ２３及び流路切換弁３３を備えている。還元剤噴射弁２５及び電動ポンプ２３、流路切換弁３３は、電子制御装置（ＥＣＵ）４０によって駆動制御が行われるものとなっている。

電動ポンプ２３と貯蔵タンク２１とは第１の還元剤通路２７によって接続され、電動ポンプ２３と還元剤噴射弁２５とは第２の還元剤通路２８によって接続されている。電動ポンプ２３と、第１の還元剤通路２７及び第２の還元剤通路２８とは、流路切換弁３３を介して接続されている。第１の還元剤通路２７の貯蔵タンク２１側の端部は、液体還元剤の吸い上げを可能にするために、貯蔵タンク２１の底面近傍に位置している。

流路切換弁３３は、電動ポンプ２３によって圧送される液体還元剤が流れる方向を、貯蔵タンク２１側から還元剤噴射弁２５側に流れる正方向と、還元剤噴射弁２５側から貯蔵タンク２１側に流れる逆方向とに切換える機能を有している。本実施の形態にかかる還元剤供給装置２０において、流路切換弁３３は、非通電状態で第１の還元剤通路２７を電動ポンプ２３の入り口側２３ａに連通するとともに第２の還元剤通路２８を電動ポンプ２３の出口側２３ｂに連通する一方、通電状態で第１の還元剤通路２７を電動ポンプ２３の出口側２３ｂに連通するとともに第２の還元剤通路２８を電動ポンプ２３の入り口側２３ａに連通するように構成されている。

すなわち、内燃機関の運転状態においては、液体還元剤が還元剤噴射弁２５側に供給されるように、流路切換弁３３への通電は行われない。一方、内燃機関の停止時においては、還元剤供給装置２０内の液体還元剤が貯蔵タンク２１に回収されるように、流路切換弁３３に対して通電される。

なお、内燃機関の停止時に、液体還元剤を貯蔵タンク２１に回収可能とする構成は、流路切換弁３３を用いる例に限られない。例えば、逆回転可能な電動ポンプを用いることによって液体還元剤を回収可能に構成することができる。

また、第２の還元剤通路２８の途中には、他端が貯蔵タンク２１に接続されたリターン通路２９が分岐して設けられている。リターン通路２９の貯蔵タンク２１側の端部は、貯蔵タンク２１内の気相部分に接続されている。
なお、貯蔵タンク２１にはエアブリザード等が設けられることにより、内部の圧力が大気圧で保たれるように構成されている。

リターン通路２９の途中には弁部５０が設けられている。この弁部５０は、液体還元剤の噴射制御時、すなわち、還元剤噴射弁２５側への液体還元剤の圧送時にリターン通路２９を開放する一方、液体還元剤の貯蔵タンク２１への回収制御時にはリターン通路２９を遮断する構成となっている。さらに、弁部５０は、電動ポンプ２３の駆動が停止している状態で、リターン通路２９を開放するように構成されている。弁部５０の構成の詳細については後述する。

また、弁部５０よりも第２の還元剤通路２８側には、流路面積がリターン通路２９の流路面積よりも小さくされたオリフィス通路５７を備えており、第２の還元剤通路２８内の圧力を保持できるようになっている。オリフィス通路５７の位置は弁部５０よりも第２の還元剤通路２８側のリターン通路２９の途中であれば特に制限されるものではない。例えば、図４に示すように、第２の還元剤通路２８により近い位置にオリフィス通路５７を設けてもよい。

電動ポンプ２３は、ＥＣＵ４０による通電制御によって、所定の流量の液体還元剤を吐出する。液体還元剤の噴射制御時においては、還元剤噴射弁２５に供給される液体還元剤の圧力Ｐｕがあらかじめ設定された所定の目標圧力Ｐｕ＿ｔｇｔで維持されるように、電動ポンプ２３の出力がフィードバック制御される。具体的に、第２の還元剤通路２８に圧送される液体還元剤を、リターン通路２９を介して貯蔵タンク２１に循環させながら、ＥＣＵ４０は、第２の還元剤通路２８に設けられた圧力センサ３１によって検出される圧力Ｐｕと、あらかじめ設定された所定の目標圧力Ｐｕ＿ｔｇｔとの差分ΔＰｕに基づいて電動ポンプ２３の出力をＰＩＤ制御する。また、液体還元剤を貯蔵タンク２１に回収する場合においては、ＥＣＵ４０は、例えば、あらかじめ定められた出力で電動ポンプ２３を制御する。

なお、本実施の形態にかかる還元剤供給装置２０においてはポンプユニット３０内に圧力センサ３１が設けられているが、第２の還元剤通路２８のどの位置に設けられていても構わない。

還元剤噴射弁２５は、通電制御によって開閉制御が行われ、所定量の液体還元剤を排気通路３内に噴射する。本実施の形態にかかる還元剤供給装置２０において、ＥＣＵ４０は、所定の演算式に基づいて目標噴射量Ｑｄｖ＿ｔｇｔを求めるとともに、液体還元剤の圧力Ｐｕが目標圧力Ｐｕ＿ｔｇｔとなっていることを前提として、あらかじめ定められた噴射サイクルごとに、目標噴射量Ｑｄｖ＿ｔｇｔに応じた駆動デューティ比を決定して、還元剤噴射弁２５の通電制御を行う。還元剤噴射弁２５の駆動デューティ比とは、一噴射サイクル中の開弁時間の割合を意味する。

また、液体還元剤の回収制御時においては、還元剤噴射弁２５及び第２の還元剤通路２８の内部を空気（排ガス）と置換しながら、液体還元剤を効率的に貯蔵タンク２１に回収できるように、還元剤噴射弁２５は開弁状態で保持される。

２．弁部
（１）構成
図２（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態にかかる還元剤供給装置２０の弁部５０を説明するために示す図である。それぞれの図の上側が第２の還元剤通路２８に接続され、下側が貯蔵タンク２１に接続されている。

この弁部５０は、ボール弁形式の弁として構成されており、弁体５１が上下方向に移動可能に配置されている。そして、弁体５１が下方に移動した状態で弁通路５５が開放され、リターン通路２９が連通状態となる一方、弁体５１が上方に移動してシート面５３にシートした状態で弁通路５５が塞がれ、リターン通路２９が閉鎖状態となる。この弁部５０は、コイルバネ等の付勢手段を備えないで構成されたものであり、比較的簡易かつ低コストで得られるものとなっている。

（２）動作
図２（ａ）〜（ｃ）に示す弁部５０の動作について説明すると、電動ポンプ２３によって液体還元剤が吐出されている状態では、図２（ａ）に示すように、弁体５１はその自重によって落下するとともに、第２の還元剤通路２８内の液体還元剤の圧力によって弁体５１が落下した状態で維持される。すなわち、弁通路５５が開放され、リターン通路２９は連通状態となる。したがって、第２の還元剤通路２８内の液体還元剤の一部がリターン通路２９を介して貯蔵タンク２１に戻される。このとき、弁部５０よりも第２の還元剤通路２８側に設けられたオリフィス通路５７が絞りとして機能するために、第２の還元剤通路２８内の圧力を保持することができるようになっている。

また、電動ポンプ２３によって液体還元剤が貯蔵タンク２１に吸い戻されている状態では、図２（ｂ）に示すように、第２の還元剤通路２８内に生じた負圧によって弁体５１は上方に移動し、シート面５３に吸着される。したがって、弁通路５５が閉じられ、リターン通路２９は遮断された状態となり、還元剤噴射弁２５や第２の還元剤通路２８内に残留する液体還元剤を効率良く吸い戻すことができる。

液体還元剤の回収が終了して電動ポンプ２３が停止され、第２の還元剤通路２８内の負圧状態が小さくなると、図２（ｃ）に示すように、弁体５１がその自重によって落下し、弁通路５５が再び開放される。その結果、第２の還元剤通路２８が貯蔵タンク２１内の気相部分と連通した状態となるため、第２の還元剤通路２８内が速やかに大気圧に復帰することとなる。したがって、電動ポンプ２３の停止後に、第２の還元剤通路２８に残留する過大負圧によって貯蔵タンク２１内の液体還元剤が再び電動ポンプ２３内に吸い戻されることを防ぐことができる。

弁体５１の大きさや重さ、弁体５１の移動距離等は、液体還元剤の回収制御時における弁体５１の上方移動の容易さと、電動ポンプ２３停止時の弁体５１の落下タイミングとのバランスを考慮して、適宜最適な構成を採用することができる。

（３）圧力の推移
図３は、液体還元剤の回収制御の開始時点から終了時点までの第２の還元剤通路２８内の圧力の推移を説明するためのタイムチャート図を示している。図３には、内燃機関のキースイッチのオンオフ状態、電動ポンプ２３の出力（駆動デューティ比）、流路切換弁３３の通電のオンオフ状態、還元剤噴射弁２５の駆動デューティ比、圧力センサ３１により検出される第２の還元剤通路２８内の圧力が、それぞれ時間の経過に沿って示されている。また、本実施の形態の弁部５０を備えている場合において、還元剤噴射弁２５の詰まりが生じない場合の圧力の推移を一点鎖線で示し、還元剤噴射弁２５の詰まりが生じた場合の圧力の推移を実線で示し、さらに、従来のリリーフ弁を備えている場合において還元剤噴射弁２５の詰まりが生じた場合の圧力の推移を二点鎖線で示している。

ｔ１の時点で内燃機関のキースイッチがオフになると、電動ポンプ２３の出力が一旦ゼロにされる。次いで、ｔ２の時点では、流路切換弁３３が通電状態とされて液体還元剤の流れ方向が逆方向に切り換えられるとともに、電動ポンプ２３の出力があらかじめ定められた規定値に固定される。このｔ２の時点から、液体還元剤の吸い戻しが開始される。次いで、ｔ３の時点で、還元剤噴射弁２５の駆動デューティ比が１００％とされて還元剤噴射弁２５に開弁指示が出される。これにより、還元剤噴射弁２５を介して、排気通路１１内の空気（排ガス）が第２の還元剤通路２８内に吸引可能な状態となり、第２の還元剤通路２８内が空気に置換されながら、液体還元剤が貯蔵タンク２１に回収されることとなる。

ｔ３の時点以降、還元剤噴射弁２５に詰まりが生じない場合には、第２の還元剤通路２８内の圧力は比較的小さい負圧で維持され、弁部５０は図２（ｂ）に示すように遮断状態で保持されて、液体還元剤は効率的に貯蔵タンク２１内に回収される。その後、ｔ４の時点で電動ポンプ２３の駆動が停止されると、還元剤噴射弁２５及びリターン通路２９を介して空気（排ガス）が第２の還元剤通路２８内に導入されるため、第２の還元剤通路２８内の圧力は速やかに大気圧に復帰する。

これ以降、ｔ４の時点からｔ５の時点まで、流路切換弁３３及び還元剤噴射弁２５は、引き続き通電状態で保持される。このｔ４からｔ５までの期間は、圧力補償期間であって、第２の還元剤通路２８内を大気圧状態に復帰させるための期間となっている。そして、ｔ５の時点では流路切換弁３３への通電が停止され、さらに少し遅れて還元剤噴射弁２５への通電が停止される。

一方、還元剤噴射弁２５に詰まりが生じた場合には、ｔ３の時点以降、第２の還元剤通路２８内の負圧度合いはさらに増大する。その後、ｔ４の時点で電動ポンプ２３が停止するが、従来のリリーフ弁の場合、電動ポンプ２３を停止した場合であってもリリーフ弁は閉じられてリターン通路２９が遮断された状態となる。すなわち、第２の還元剤通路２８は大気開放されないため、第２の還元剤通路２８内の圧力は電動ポンプ２３停止時とほぼ同等に維持される。その結果、ｔ５の時点で流路切換弁３３への通電が停止され、さらに少し遅れて還元剤噴射弁２５への通電が停止されると、残留する過大負圧によって、貯蔵タンク２１側から液体還元剤が電動ポンプ２３内に吸い戻されることとなる（二点鎖線を参照）。

これに対し、還元剤噴射弁２５に詰まりが生じた場合であっても、本実施の形態に係る弁部５０を備えている場合には、ｔ４の時点で電動ポンプ２３が停止すると同時に弁体５１が自重で落下してリターン通路２９が開放される。したがって、第２の還元剤通路２８内は速やかに大気圧に向かって復帰し始める。その結果、ｔ５の時点で流路切換弁３３への通電が停止されるときには第２の還元剤通路２８内の負圧が解消されており、貯蔵タンク２１内の液体還元剤が電動ポンプ２３内に吸い戻されることがない（実線を参照）。

以上説明したように、本発明の第１の実施の形態にかかる還元剤供給装置２０によれば、液体還元剤の回収制御が終了し、電動ポンプ２３の駆動を停止した際に、自重によって弁体５１が下方に移動してリターン通路２９を速やかに連通状態とすることが可能となる。したがって、電動ポンプ２３の駆動を停止したときに、第２の還元剤通路２８内を速やかに大気状態に復帰させることができる。その結果、電動ポンプ２３の停止時に、貯蔵タンク２１に回収された液体還元剤が再び電動ポンプ２３内に逆流することを抑えることができる。

［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態にかかる還元剤供給装置は、リターン通路２９に設けられる弁部の構成が第１の実施の形態にかかる還元剤供給装置２０に設けられた弁部５０とは異なっている。

１．構成
図５及び図６（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態にかかる還元剤供給装置２０のリターン通路２９に設けられた弁部６０の構成について説明するために示す図である。
この弁部６０は、上面及び底面にそれぞれ開口部が設けられた弁ハウジング６１と、弁ハウジング６１内を上下方向に移動可能に配置された弁体６３とを備えている。弁ハウジング６１の上面の開口部は、その面積がリターン通路２９の流路面積よりも小さくされており、オリフィス通路６５としての機能を有している。

そして、弁体６３が下方に移動した状態でオリフィス通路６５が開放され、リターン通路２９が連通状態となる一方、弁体６３が上方に移動して弁ハウジング６１の上面に当接した状態はオリフィス通路６５が塞がれ、リターン通路２９が閉鎖状態となる。この弁部６０も、第１の実施の形態の弁部５０と同様に、コイルバネ等の付勢手段を備えないで構成されたものであり、比較的簡易かつ低コストで得られるものとなっている。

２．動作
図６（ａ）〜（ｃ）に示す弁部６０の動作について説明すると、電動ポンプ２３によって液体還元剤が吐出されている状態では、図６（ａ）に示すように、弁体６３はその自重によって落下するとともに、第２の還元剤通路２８内の液体還元剤の圧力によって弁体６３が落下した状態で維持される。すなわち、オリフィス通路６５が開放され、リターン通路２９は連通状態となる。したがって、第２の還元剤通路２８内の液体還元剤の一部がリターン通路２９を介して貯蔵タンク２１に戻される。このとき、オリフィス通路６５が絞りとして機能するために、第２の還元剤通路２８内の圧力を保持することができるようになっている。

また、電動ポンプ２３によって液体還元剤が貯蔵タンク２１に吸い戻されている状態では、図６（ｂ）に示すように、第２の還元剤通路２８内に生じた負圧によって弁体６３は上方に移動し、弁ハウジング６１の上面に吸着される。したがって、オリフィス通路６５が閉じられ、リターン通路２９は遮断された状態となり、還元剤噴射弁２５や第２の還元剤通路２８内に残留する液体還元剤を効率良く吸い戻すことができる。

液体還元剤の回収が終了して電動ポンプ２３が停止され、第２の還元剤通路２８内の負圧状態が小さくなると、図６（ｃ）に示すように、弁体６３がその自重によって落下し、オリフィス通路６５が再び開放される。その結果、第２の還元剤通路２８が貯蔵タンク２１内の気相部分と連通した状態となるため、第２の還元剤通路２８内が速やかに大気圧に復帰することとなる。したがって、電動ポンプ２３の停止後に、第２の還元剤通路２８に残留する過大負圧によって貯蔵タンク２１内の液体還元剤が再び電動ポンプ２３内に吸い戻されることを防ぐことができる。

第１の実施の形態の弁部５０の場合と同様、弁体６３の大きさや重さ、弁体６３の移動距離等は、液体還元剤の回収制御時における弁体６３の上方移動の容易さと、電動ポンプ２３停止時の弁体６３の落下タイミングとのバランスを考慮して、適宜最適な構成を採用することができる。

なお、図６（ａ）〜（ｃ）に示す弁部６０を用いた本実施の形態にかかる還元剤供給装置２０の液体還元剤の回収制御時における第２の還元剤通路２８内の圧力の推移は、図３に示す第１の実施の形態の場合と同様になる。

以上説明したように、本発明の第２の実施の形態にかかる還元剤供給装置２０によれば、第１の実施の形態にかかる還元剤供給装置２０の場合と同様に、液体還元剤の回収制御が終了し、電動ポンプ２３の駆動を停止した際に、自重によって弁体６３が下方に移動してリターン通路２９を速やかに連通状態とすることが可能となる。したがって、電動ポンプ２３の駆動を停止したときに、第２の還元剤通路２８内を速やかに大気状態に復帰させることができる。その結果、電動ポンプ２３の停止時に、貯蔵タンク２１に回収された液体還元剤が再び電動ポンプ２３内に逆流することを抑えることができる。

なお、本実施の形態の弁部６０においては、弁ハウジング６１の上面の開口部をオリフィス通路６５として構成しているが、第１の実施の形態にかかる還元剤供給装置２０の場合と同様に、オリフィス通路を別体として備えることもできる。

［第３の実施の形態］
本発明の第３の実施の形態にかかる還元剤供給装置は、リターン通路２９に設けられる弁部の構成が第１及び第２の実施の形態にかかる還元剤供給装置２０に設けられた弁部５０，６０とは異なっている。

１．構成
図７及び図８（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態にかかる還元剤供給装置２０のリターン通路２９に設けられた弁部７０の構成について説明するために示す図である。
この弁部７０は、上面及び底面にそれぞれ開口部が設けられた弁ハウジング７１と、弁ハウジング７１内を上下方向に移動可能に配置された弁体７３とを備えている。弁体７３の中央には軸方向に貫通するオリフィス通路７５が設けられている。このオリフィス通路７５は、その断面積がリターン通路２９の流路面積よりも小さくされており、絞りとしての機能を有している。

そして、弁体７３が下方に移動した状態でオリフィス通路７５が開放され、リターン通路２９が連通状態となる一方、弁体７３が上方に移動して弁ハウジング７１の内部に設けられた弁受け部７９に当接した状態で弁受け部７９に形成された通路７７及びオリフィス通路７５が塞がれ、リターン通路２９が閉鎖状態となる。この弁部７０も、第１及び第２の実施の形態の弁部５０，６０と同様に、コイルバネ等の付勢手段を備えないで構成されたものであり、比較的簡易かつ低コストで得られるものとなっている。

２．動作
図８（ａ）〜（ｃ）に示す弁部７０の動作について説明すると、電動ポンプ２３によって液体還元剤が吐出されている状態では、図８（ａ）に示すように、弁体７３はその自重によって落下するとともに、第２の還元剤通路２８内の液体還元剤の圧力によって弁体７３が落下した状態で維持される。すなわち、通路７７及びオリフィス通路７５が開放され、リターン通路２９は連通状態となる。したがって、第２の還元剤通路２８内の液体還元剤の一部がリターン通路２９を介して貯蔵タンク２１に戻される。このとき、オリフィス通路７５が絞りとして機能するために、第２の還元剤通路２８内の圧力を保持することができるようになっている。

また、電動ポンプ２３によって液体還元剤が貯蔵タンク２１に吸い戻されている状態では、図８（ｂ）に示すように、第２の還元剤通路２８内に生じた負圧によって弁体７３は上方に移動し、弁受け部７９に吸着される。したがって、通路７７及びオリフィス通路７５が閉じられ、リターン通路２９は遮断された状態となり、還元剤噴射弁２５や第２の還元剤通路２８内に残留する液体還元剤を効率良く吸い戻すことができる。

液体還元剤の回収が終了して電動ポンプ２３が停止され、第２の還元剤通路２８内の負圧状態が小さくなると、図８（ｃ）に示すように、弁体７３がその自重によって落下し、通路７７及びオリフィス通路７５が再び開放される。その結果、第２の還元剤通路２８が貯蔵タンク２１内の気相部分と連通した状態となるため、第２の還元剤通路２８内が速やかに大気圧に復帰することとなる。したがって、電動ポンプ２３の停止後に、第２の還元剤通路２８に残留する過大負圧によって貯蔵タンク２１内の液体還元剤が再び電動ポンプ２３内に吸い戻されることを防ぐことができる。

第１及び第２の実施の形態の弁部５０，６０の場合と同様、弁体７３の大きさや重さ、弁体７３の移動距離等は、液体還元剤の回収制御時における弁体７３の上方移動の容易さと、電動ポンプ２３停止時の弁体７３の落下タイミングとのバランスを考慮して、適宜最適な構成を採用することができる。

なお、図８（ａ）〜（ｃ）に示す弁部７０を用いた本実施の形態にかかる還元剤供給装置２０の液体還元剤の回収制御時における第２の還元剤通路２８内の圧力の推移は、図３に示す第１の実施の形態の場合と同様になる。

以上説明したように、本発明の第３の実施の形態にかかる還元剤供給装置２０によれば、第１及び第２の実施の形態にかかる還元剤供給装置２０の場合と同様に、液体還元剤の回収制御が終了し、電動ポンプ２３の駆動を停止した際に、自重によって弁体７３が下方に移動してリターン通路２９を速やかに連通状態とすることが可能となる。したがって、電動ポンプ２３の駆動を停止したときに、第２の還元剤通路２８内を速やかに大気状態に復帰させることができる。その結果、電動ポンプ２３の停止時に、貯蔵タンク２１に回収された液体還元剤が再び電動ポンプ２３内に逆流することを抑えることができる。

なお、以上説明した第１〜第３の実施の形態にかかる還元剤供給装置２０は、本発明の一態様を示すものであってこの発明を限定するものではなく、これらの実施の形態は本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。

３：排気通路、１０：排気浄化装置、１３：還元触媒、２０：還元剤供給装置、２１：貯蔵タンク、２３：電動ポンプ２３ａ：入り口側、２３ｂ：出口側、２５：還元剤噴射弁、２７：第１の還元剤通路、２８：第２の還元剤通路、２９：リターン通路、３０：ポンプユニット、３１：圧力センサ、３３：流路切換弁、４０：電子制御装置（ＥＣＵ）、５０：弁部、５１：弁体、５３：シート面、５５：弁通路、５７：オリフィス通路、６０：弁部、６１：弁ハウジング、６３：弁体、６５：オリフィス通路、７０：弁部、７１：弁ハウジング、７３：弁部、７５：オリフィス通路、７７：通路、７９：弁受け部

Claims

貯蔵タンク内の液体還元剤を吸い上げて圧送するポンプと、前記ポンプにより圧送される前記液体還元剤を内燃機関の排気通路に噴射する還元剤噴射弁と、前記ポンプと前記還元剤噴射弁とを接続する還元剤通路と、前記ポンプにより圧送される前記液体還元剤の一部を前記貯蔵タンクに戻すために前記還元剤通路から分岐して設けられたリターン通路と、を備え、
前記内燃機関の運転時には前記ポンプにより前記液体還元剤を前記還元剤噴射弁側に圧送し、前記内燃機関の停止時には前記ポンプにより前記液体還元剤を吸い戻して前記貯蔵タンクに回収する制御が実行されるように構成された還元剤供給装置において、
前記リターン通路の途中に、前記液体還元剤の回収制御時において、前記還元剤通路内に生じる負圧によって弁体がその自重に抗して上方に移動して前記リターン通路を遮断状態とする一方、その後前記ポンプを非駆動状態にしたときに前記弁体がその自重により下方に移動して前記リターン通路を連通状態とする前記弁部を備えることを特徴とする還元剤供給装置。
前記弁部は、前記還元剤通路側に連通する第１ポート、及び、前記貯蔵タンク側に連通する第２ポートを有する弁ハウジングと、前記弁ハウジング内に重力方向に移動可能に保持された前記弁体と、からなることを特徴とする請求項１に記載の還元剤供給装置。
前記弁ハウジングの前記第１ポートは流路面積が絞られた絞り通路として形成され、
前記負圧によって前記弁体が上方に移動したときに、前記弁体によって前記第１ポートが塞がれることを特徴とする請求項１又は２に記載の還元剤供給装置。
前記弁体には通路孔又は通路溝が設けられており、前記通路孔又は前記通路溝は流路面積が絞られた絞り通路として形成され、
前記負圧によって前記弁体が上方に移動したときに、前記通路孔又は通路溝が塞がれることを特徴とする請求項１又は２に記載の還元剤供給装置。