JP6162747B2 - 添加剤供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、添加剤供給装置に関する。

内燃機関の排気通路に添加剤を供給する添加剤供給装置として、例えば特許文献１に示されるものが知られている。こうした添加剤供給装置は、排気通路に添加剤を噴射する添加弁と、その添加弁に接続されるコネクタが設けられた配管と、タンク内の添加剤を上記配管に圧送するポンプと、を備えている。

国際公開第２０１１／０９６０８６号

添加剤供給装置では、内燃機関の運転停止に伴ってポンプによる添加剤の圧送を停止した後、配管及び添加弁内に残った添加剤が気温の低下等により凍結して膨張すると、配管及び添加弁の破損を招くおそれがある。

本発明の目的は、添加弁及び配管内に残った添加剤の凍結時の膨張により、添加弁及び配管が破損することを抑制できる添加剤供給装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する添加剤供給装置は、排気通路に添加剤を噴射する添加弁と、その添加弁に接続されるコネクタが設けられた配管と、タンク内の添加剤を上記配管に圧送するポンプと、を備える。上記添加弁には、コネクタに接続されたときに同コネクタの内側と連通する接続口が形成される。また、コネクタの内側上端は、同コネクタに上記添加弁が接続されたときの接続口よりも高い位置にある。更に、コネクタの内側上部であって同コネクタに上記添加弁が接続されたときの上記接続口よりも高い位置には、ポンプによる添加剤の圧送が停止されたとき、その停止時に添加弁及び配管内にある添加剤の凍結膨張体積以上に膨張する圧縮空気を蓄える畜圧部が設けられる。

この構成によれば、タンク内の添加剤をポンプにより配管に圧送するとき、配管内の空気がコネクタの内側上部に設けられた畜圧部に溜まり、その空気が配管内の添加剤の圧力により圧縮される。また、ポンプによる添加剤の圧送が停止されると、配管及び添加弁内の添加剤の圧力が低下するため、コネクタの内側に設けられた畜圧部内の圧縮空気が膨張する。そして、このように圧縮空気が膨張した分、配管内に存在する添加剤がタンク内に押し戻される。また、上述した圧縮空気の膨張は、ポンプによる添加剤の圧送の停止時に添加弁及び配管内にある添加剤の凍結膨張体積以上となるように行われる。このため、上記圧縮空気の膨張により、配管内には、添加弁及び配管内に存在する添加剤が気温の低下等により凍結して膨張したときに同膨張を許容するスペースが生じる。従って、添加弁及び配管内に存在する添加剤が凍結して膨張したとしても、それによって添加弁及び配管が破損することは抑制される。

なお、上記コネクタは、添加弁が水平方向に延びた状態で接続されるものであって、配管内の添加剤を下方から受け入れて上記接続口を介して添加弁内に流すよう構成されていることが好ましい。この場合、配管、コネクタ、添加弁の順に流れる添加剤の流れ方向が、配管内で上方に向った後にコネクタ内にて水平方向に変化して添加弁に流れるため、添加剤に含まれる空気がコネクタ内から添加弁側に流されにくくなり、その空気がコネクタの内側上部に設けられた畜圧部に溜まりやすくなる。

添加剤供給装置全体を示す略図。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、配管内の圧力、圧縮空気の体積、並びに、添加弁及び配管内に残る尿素水の体積の時間経過に伴う変化を示すタイムチャート。 ポンプの他の例を示す略図。

以下、添加剤供給装置の一実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。
図１に示す添加剤供給装置は、内燃機関の排気通路１に尿素水等の還元剤を添加剤として供給する。添加剤供給装置は、排気通路１に尿素水を噴射する添加弁２と、その添加弁２に接続されるコネクタ３が設けられた配管４と、タンク５内の尿素水を上記配管４に圧送するポンプ６と、を備えている。

上記ポンプ６としては、循環式の定圧ポンプが用いられている。このポンプ６は、正回転時には、吸入口７からタンク５内の尿素水を吸い込んだ後、その尿素水を配管４に繋がる吐出口８から圧送する。また、吐出口８は絞り付きの逆止弁９を介してタンク５内と連通している。この逆止弁９は、タンク５側から吐出口８側への尿素水の流れ（逆流）を禁止する。また、逆止弁９は、吐出口８及び配管４内の尿素水の圧力が予め定められた設定圧以上になると、開弁して吐出口８側からタンク５側への尿素水の流れを許容する。

従って、ポンプ６の正回転により吐出口８から配管４に尿素水が圧送されるときには、配管４内の尿素水の圧力が上記設定圧に調整される。なお、ポンプ６の回転を停止した場合には吐出口８から配管４内への尿素水の圧送が停止される。一方、ポンプ６を逆回転させると、配管４内の尿素水が吐出口８を介してポンプ６に吸い込まれた後に吸入口７からタンク５内に戻される。このときには、逆止弁９が閉弁状態に保持されることにより、タンク５内の尿素水が同逆止弁９を介して吐出口８に流れることは禁止される。

配管４におけるポンプ６側の端部と反対側の端部には、添加弁２が水平方向に延びた状態で接続される上記コネクタ３が設けられている。添加弁２にはコネクタ３に接続されたときに同コネクタ３の内側と連通する接続口２ａが形成されている。そして、コネクタ３は、配管４内の尿素水を下方から受け入れ、上記接続口２ａを介して添加弁２内に流すよう構成されている。添加弁２内の尿素水の圧力は設定圧に調整されているため、その添加弁２を開くことによって尿素水が同添加弁２から排気通路１に噴射される。こうした添加弁２からの尿素水の噴射は、その添加弁２を閉じることによって停止される。

上記コネクタ３については、添加弁２が接続されたときの上記接続口２ａよりも高い位置に、コネクタ３の内側上端が位置するように形成されている。更に、コネクタ３の内側上部であって同コネクタ３に添加弁２が接続されたときの接続口２ａよりも高い位置には、圧縮空気を蓄えるための畜圧部１０が設けられている。

タンク５内の尿素水をポンプ６により配管４に圧送するとき、配管４内の空気がコネクタ３の内側上部に設けられた畜圧部１０に溜まり、その空気が配管４内の尿素水の圧力（設定圧）により圧縮される。また、ポンプ６による尿素水の圧送が停止されると、配管４及び添加弁２内の添加剤の圧力が上記設定圧未満に低下するため、コネクタ３の内側に設けられた畜圧部１０内の圧縮空気が膨張する。

畜圧部１０は、ポンプ６による尿素水の圧送が停止されたとき、その停止時に添加弁２及び配管４内にある尿素水の凍結膨張体積以上に膨張する圧縮空気を蓄える。すなわち、そのように圧縮空気を蓄えることができるよう畜圧部１０の容積、言い換えれば添加弁２がコネクタ３に接続されたときの接続口２ａに対する同コネクタ３の内側上端の相対位置が定められている。

次に、添加剤供給装置の作用について説明する。
図２は、ポンプ６による尿素水の圧送が停止されたときの畜圧部１０に溜まった圧縮空気の体積の変化、及び、添加弁２及び配管４内に残る尿素水の体積の変化を示している。正回転するポンプ６により配管４に尿素水が圧送されているときには、その配管４（添加弁２）内の尿素水の圧力が図２（ａ）に示すように設定値に調整される。この状態のもとで、ポンプ６による尿素水の圧送が停止されると（タイミングＴ１）、配管４（添加弁２）内の尿素水の圧力が低下するため、コネクタ３の内側に設けられた畜圧部１０内の圧縮空気が図２（ｂ）に示すように膨張する。そして、このように圧縮空気が膨張した分、配管４内に存在する尿素水がタンク５内に押し戻される。その結果、添加弁２及び配管４内に残る尿素水の体積が図２（ｃ）に示すように減少する。

また、上述した圧縮空気の膨張は、ポンプ６による尿素水の圧送の停止時に添加弁２及び配管４内にある尿素水の凍結膨張体積以上となるように行われる。このため、上記圧縮空気の膨張により、配管４内には、添加弁２及び配管４内に存在する尿素水が気温の低下等により凍結して膨張したときに同膨張を許容するスペースが生じる。従って、添加弁２及び配管４内に存在する尿素水が凍結して膨張したとしても、それによって添加弁２及び配管４が破損することは抑制される。

以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）添加弁２及び配管４内に残った尿素水の凍結時の膨張により、添加弁２及び配管４が破損することを抑制できる。

（２）コネクタ３は、添加弁２が水平方向に延びた状態で接続されるものであって、配管４内の添加剤を下方から受け入れて接続口２ａを介して添加弁２内に流すよう構成されている。このため、配管４、コネクタ３、添加弁２の順に流れる尿素水の流れ方向が、配管４内で上方に向った後にコネクタ３内にて水平方向に変化して添加弁２に流れるため、尿素水に含まれる空気がコネクタ３内から添加弁２側に流されにくくなり、その空気がコネクタ３の内側上部に設けられた畜圧部１０に溜まりやすくなる。

なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・図３に示すように、配管４に尿素水を圧送するポンプとして間欠駆動することが可能なポンプ１１を設け、そのポンプ１１の吐出口１２に三方弁１３を設ける。同三方弁１３は、ポンプ１１内部と配管４とを繋ぐ第１切替位置、もしくは配管４とタンク５内とを連通する第２切替位置に切り替え可能となっている。そして、ポンプ１１を正回転させてタンク５内の尿素水を吸入口１４から吸い込んで配管４に圧送する際には、三方弁１３が第１切替位置に切り替えられることにより、ポンプ１１から圧送された尿素水が矢印Ｙ１で示すように流れる。このときには、配管４内の尿素水の圧力が設定圧となるようポンプ１１が間欠駆動される。また、内燃機関の停止等に伴うポンプ１１の停止時には、三方弁１３が第２切替位置に切り替えられる。このときには、ポンプ１１から配管４内への尿素水の圧送が停止されるため、コネクタ３の畜圧部１０に溜められた圧縮空気が膨張して配管４内に残った尿素水がタンク５に向けて押される。そして、その尿素水は矢印Ｙ２で示すように三方弁１３を介してタンク５に戻されるようになる。

・ポンプ１１による尿素水の圧送の停止後であって、畜圧部１０の圧縮空気が膨張し終えた後、添加弁２を開くとともにポンプ１１を逆回転させることにより、添加弁２、配管４、及びポンプ１１内の尿素水をタンク５内に回収するようにしてもよい。この場合、ポンプ１１内の尿素水がタンク５内に吸い込まれて同ポンプ１１内に尿素水が残らないため、ポンプ１１内の尿素水が気温の低下等により凍結して膨張することによる同ポンプ１１の破損を抑制することができる。

・還元剤（尿素水等）以外の添加剤を排気通路１に供給する添加剤供給装置に適用してもよい。

１…排気通路、２…添加弁、２ａ…接続口、３…コネクタ、４…配管、５…タンク、６…ポンプ、７…吸入口、８…吐出口、９…逆止弁、１０…畜圧部、１１…ポンプ、１２…吐出口、１３…三方弁、１４…吸入口。

Claims (2)

1. 排気通路に添加剤を噴射する添加弁と、その添加弁に接続されるコネクタが設けられた配管と、タンク内の添加剤を前記配管に圧送するポンプと、を備える添加剤供給装置において、
   前記添加弁には、前記コネクタに接続されたときに同コネクタの内側と連通する接続口が形成されており、
   前記コネクタの内側上端は同コネクタに前記添加弁が接続されたときの前記接続口よりも高い位置にあり、
   前記コネクタの内側上部であって同コネクタに前記添加弁が接続されたときの前記接続口よりも高い位置には、前記ポンプによる添加剤の圧送が停止されたとき、その停止時に前記添加弁及び前記配管内にある添加剤の凍結膨張体積以上に膨張する圧縮空気を蓄える畜圧部が設けられている
   ことを特徴とする添加剤供給装置。
2. 前記コネクタは、前記添加弁が水平方向に延びた状態で接続されるものであって、前記配管内の添加剤を下方から受け入れて前記接続口を介して前記添加弁内に流すよう構成されている
   請求項１記載の添加剤供給装置。