JP7002392B2 - 排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に液状の還元剤を添加する排気浄化システムに適用される排気浄化装置に関する。

近年、車両等に適用されるエンジン（特にディーゼルエンジン）において、排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を高い浄化率で浄化する排気浄化システムとして、尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システムが、開発・量産されている。

尿素ＳＣＲシステムは、タンクに貯蔵された還元剤としての尿素水（尿素水溶液）を、エンジンの排気通路内へ添加する添加弁を備えている。

尿素ＳＣＲシステムでは、排気通路内のＮＯｘ浄化触媒（以下、ＳＣＲ触媒という）上でＮＯｘの還元反応によって排気ガスが浄化される。このＮＯｘの還元に際しては、添加弁から排気通路内へ添加された尿素水が、排気熱で加水分解されることによりアンモニア（ＮＨ3）が生成され、ＳＣＲ触媒にて吸着される。排気ガス中のＮＯｘに対してＳＣＲ触媒上で、アンモニアによる還元反応が行われることによってＮＯｘが還元、浄化されることになる。

このような尿素ＳＣＲシステムでは、排気熱による添加弁の温度上昇により、尿素が結晶化し、添加弁の作動が阻害されることがある。このことに対処すべく、特許文献１には、添加弁に対して冷媒を供給して添加弁を冷却する添加弁冷却部を備える装置が提案されている。

特開２００７－３２１６４７号公報

ところで、尿素ＳＣＲシステムでは、添加弁から添加された尿素水を分散すべく、排気通路において、添加弁に対向する位置に分散板が設けられている。この場合、分散板は排気ガスにさらされることにより高温となる。そのため、高温の分散板に衝突した尿素水が分解及び変質して、不溶性の析出物（デポジット）が分散板に堆積することがある。このデポジットの量であるデポジット堆積量が増加すれば、排気通路の排気抵抗が増加して、内燃機関の出力性能が低下する問題が生じる。分散板へのデポジットの堆積を抑制できる技術が望まれている。なお、このような課題は、尿素水に限られず、還元剤として他の液体が用いられる場合にも共通の課題である。

本発明は、上記実情に鑑み、分散板へのデポジットの堆積を好適に抑制できる排気浄化装置を提供することを目的とする。

本発明は、内燃機関の排気通路に設けられ、排気中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒を備える排気浄化システムに適用される排気浄化装置であって、前記ＮＯｘ浄化触媒の上流側に配置され、前記排気通路の内部に液状の還元剤を添加供給する添加弁と、前記排気通路において、前記添加弁に対向する位置に設けられ、前記添加弁から添加された前記還元剤を分散させる分散板と、前記分散板と一体的に設けられ、前記分散板を冷却する分散板冷却部と、冷媒通路を介して、前記分散板冷却部に冷媒を流通させる分散板冷媒流通部と、を備える。

デポジットの堆積条件について研究が進められた結果、被堆積物の温度が所定温度よりも低い場合に、デポジットの堆積が抑制される、という研究結果が得られた。本発明は、上記研究結果の内容を、排気浄化装置に具体化したものであり、分散板と一体的に設けられた分散板冷却部と、分散板冷却部に冷媒を流通させる分散板冷媒流通部を備える。分散板と一体的に設けられた分散板冷却部に冷媒を流通させることにより、分散板を冷却することができ、分散板へのデポジットの堆積を好適に抑制することができる。

エンジンの排気浄化システムの概略を示す構成図。 第１実施形態に係る排気浄化装置の構造を示す概略図。 第１実施形態に係る水路の概略図。 第１実施形態に係る排気浄化装置の構造を示す概略図。 第２実施形態に係る排気浄化装置の構造を示す概略図。 切替処理を示すフローチャート。 噴射弁温度と噴射された尿素水の粒径との関係を示すグラフ。 切替処理における噴射弁温度の推移を示す図。 他の実施形態に係る水路の概略図。

（第１実施形態）
以下、第１実施形態の排気浄化装置１００が適用される排気浄化システム２００について、図面を参照しつつ説明する。排気浄化システム２００は、選択還元型触媒（以下、ＳＣＲ触媒という）を用いて排気中の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。排気浄化システム２００は、内燃機関であるディーゼルエンジン（以下、エンジンという）１０が搭載された各種車両に適用できる。排気浄化システム２００は、またクレーン車等の建設機械、トラクター等の農業機械等にも適用可能である。

図１に示すように、排気浄化システム２００では、エンジン排気系において、エンジン１０には排気通路１１Ａを形成する排気管１１が接続されており、その排気管１１に、排気上流側から順にＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）１２、ＳＣＲ触媒１３、及び酸化触媒１４が配設されている。また、排気管１１においてＤＰＦ１２とＳＣＲ触媒１３との間には、液状の還元剤としての尿素水（尿素水溶液）を排気通路１１Ａの内部に噴射供給する尿素水噴射弁（以下、噴射弁という）２０が設けられている。噴射弁２０は、高温の排気ガス（例えば６００℃）から加えられる熱の影響をできるだけ避けるために、先端側のみが排気管１１内に位置されるように取り付けられている。なお、本実施形態において、ＳＣＲ触媒１３が「ＮＯｘ浄化触媒」に相当し、噴射弁２０が「添加弁」に相当する。

ＤＰＦ１２は、排気ガス中のＰＭ（粒子状物質）を捕集するＰＭ除去用フィルタである。ＤＰＦ１２は白金系の酸化触媒を担持しており、ＰＭ成分の１つである可溶性有機成分（ＳＯＦ）とともにＨＣやＣＯを除去する。このＤＰＦ１２に捕集されたＰＭは、エンジン１０におけるメイン燃料噴射後のポスト噴射等により燃焼除去でき、これによりＤＰＦ１２の継続使用が可能となっている。

ＳＣＲ触媒１３は、ＮＯｘの還元反応（排気浄化反応）を促進するものであり、例えば、
４ＮＯ＋４ＮＨ3＋Ｏ2→４Ｎ2＋６Ｈ2Ｏ …（式１）
６ＮＯ2＋８ＮＨ3→７Ｎ2＋１２Ｈ2Ｏ …（式２）
ＮＯ＋ＮＯ2＋２ＮＨ3→２Ｎ2＋３Ｈ2Ｏ …（式３）
といった反応を促進して排気ガス中のＮＯｘを浄化する。そして、これらの反応において、ＮＯｘの還元剤となるアンモニア（ＮＨ3）を生成するための尿素水を噴射供給するものが、同ＳＣＲ触媒１３の上流側に設けられた噴射弁２０である。

酸化触媒１４は、排気管１１においてＳＣＲ触媒１３の下流側に配置されている。酸化触媒１４により、ＳＣＲ触媒１３から排出されるアンモニア、すなわち余剰のアンモニアが除去される。

噴射弁２０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り、公知の構成が採用できるためここでは構成を簡単に説明する。噴射弁２０は、電磁ソレノイド等からなる駆動部と、尿素水を流通させる尿素水通路や先端の噴射口２０Ａ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、ＥＣＵ４０からの駆動信号に基づき開弁又は閉弁する。すなわち、駆動信号に基づき電磁ソレノイドが通電されると、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伴い噴射口２０Ａから尿素水が噴射される。この噴射弁２０には、噴射弁２０の温度を検出する温度センサ２８が設けられている。

次に、噴射弁２０に尿素水を供給する尿素水供給装置３０の構成について説明する。なお、以下の説明では便宜上、尿素水タンク３４から噴射弁２０に対して尿素水が供給される場合を基準にして、尿素水タンク３４側を上流側、噴射弁２０側を下流側として記載する。

図１において、尿素水タンク３４は、給液キャップ付きの密閉容器にて構成されており、その内部に所定の規定濃度の尿素水が貯蔵されている。この尿素水タンク３４には、尿素水の温度を検出する温度センサ２５や、尿素水の水位を検出する水位センサ２６が設けられている。

尿素水タンク３４と噴射弁２０とは尿素水供給管３１を介して接続されている。尿素水供給管３１内には、尿素水通路（還元剤通路）が形成されている。尿素水供給管３１のうち尿素水タンク３４側の先端部には、尿素水を吸い込むための尿素水吸込口３５が形成されており、尿素水タンク３４内に尿素水が貯留された状態において尿素水吸込口３５が尿素水に浸漬した状態になっている。

尿素水供給管３１の途中には、尿素水ポンプ３３が設けられている。尿素水ポンプ３３は、ＥＣＵ４０からの駆動信号により回転駆動されるインライン式の電動ポンプである。

尿素水供給管３１において、上流側（尿素水タンク３４側）には、尿素水を濾過するためのフィルタ装置３６が設けられている。また、尿素水ポンプ３３による尿素水の吐出圧力を検出する圧力センサ２７が設けられている。

噴射弁２０側への尿素水圧送時には、尿素水ポンプ３３に通電されることで尿素水ポンプ３３が駆動される。これにより、尿素水タンク３４内の尿素水が汲み上げられ、フィルタ装置３６を通過して下流側に流れる。このとき、フィルタ装置３６にて尿素水内に含まれる異物等が除去される。そして、尿素水ポンプ３３から尿素水が吐出（圧送）され、噴射弁２０に供給される。

また、排気管１１において、ＤＰＦ１２とＳＣＲ触媒１３との間であって噴射弁２０の上流側、及びＳＣＲ触媒１３の下流側には、ガスセンサとして限界電流式のＮＯｘセンサ２１，２２がそれぞれ設けられている。ＮＯｘセンサ２１，２２は、それぞれの検出位置において排気中のＮＯｘ濃度を検出する。なお、エンジン排気系におけるＮＯｘセンサの位置及び個数は任意でよい。

また、排気管１１において、ＤＰＦ１２とＳＣＲ触媒１３との間であって噴射弁２０の上流側、及び下流側には、排気温度Ｔｇを検出する排気温センサ２３，２４がそれぞれ設けられている。

各種センサ２１～２８は、それぞれＥＣＵ４０と接続されており、これらの検出信号は、センサごとにＥＣＵ４０に適宜出力される。

ＥＣＵ４０は、ＣＰＵや各種メモリを有するマイコンとその周辺回路とを具備する電子制御装置であり、各種センサからの検出信号に基づき、エンジン１０や排気系の各種装置を制御する。ＥＣＵ４０は、例えばアクセル開度やエンジン回転速度に基づいて燃料噴射制御等を実施する。

また、ＥＣＵ４０は、ＮＯｘセンサ２１，２２の検出信号に基づいて、排気中の酸素（Ｏ２）濃度や特定ガス成分の濃度としてのＮＯｘ濃度等を算出する。そして、ＥＣＵ４０は、各種センサ２１～２８による検出信号に基づいて、噴射弁２０による尿素水噴射の制御を実施する。その尿素水噴射の制御を略述すると、ＥＣＵ４０は、ＳＣＲ触媒１３の上流側のＮＯｘセンサ２１により検出されるＮＯｘ濃度に基づいて、尿素水噴射量を算出する。それと共に、ＥＣＵ４０は、ＳＣＲ触媒１３の下流側のＮＯｘセンサ２２により検出されるＮＯｘ濃度が極力小さい値となるように、尿素水噴射量をフィードバック補正する。そして、その尿素水噴射量に基づいて、噴射弁２０の駆動を制御する。

そして、この排気浄化システム２００では、エンジン運転時において、尿素水ポンプ３３によって、尿素水タンク３４内の尿素水が尿素水供給管３１を通じて噴射弁２０に圧送されている。このため、噴射弁２０を含む排気浄化装置１００により排気管１１内に尿素水が噴射供給され、排気管１１内において排気と共に尿素水がＳＣＲ触媒１３に供給されると、ＳＣＲ触媒１３においてＮＯｘの還元反応によりその排気が浄化される。

図２に本実施形態の排気浄化装置１００の構造の概略図を示す。図２では、排気温センサ２４の図示を省略している。図２に示すように、排気浄化装置１００は、上記の噴射弁２０の他、噴射弁２０を収容するケース５０と、ホルダ５２と、固定具５４と、冷却水循環部５５と、を備える。

ケース５０の内部には、冷却水が流通する水路５１が形成されている。ケース５０は、冷却水循環部５５を構成する冷却水供給管５６及び冷却水排出管５７（図１参照）と接続されており、これらを介してケース５０内の水路５１に冷却水を流通させるように構成されている。つまり、ホルダ５２は、噴射弁２０を冷却する水路５１を備えていることとなる。なお、本実施形態において、水路５１が「添加弁冷却部」に相当する。

噴射弁２０は、ケース５０に収容された状態で排気管１１に取り付けられている。具体的には、ケース５０は、ＳＣＲ触媒１３の上流側において、ホルダ５２を介して排気管１１に取り付けられている。ホルダ５２は金属製とされており、内部にケース５０が収容される収容空間５２Ａが形成されている。ケース５０には、噴射弁２０の径方向外側に突出するリングプレート５３が固定されており、ホルダ５２の上端部と当該リングプレート５３とが係合することにより、噴射弁２０の軸方向における噴射弁２０の位置決めがなされる。

ホルダ５２の上端部とリングプレート５３とは、収容空間５２Ａにケース５０が収容された状態で、円環状の固定具５４によって固定される。これにより、噴射弁２０は、ＳＣＲ触媒１３の上流側において、排気管１１に設置される。なお、ＳＣＲ触媒１３と排気管１１との間には、ＳＣＲ触媒１３と排気管１１との接触によりＳＣＲ触媒１３が劣化することを抑制すべく、触媒保持部材１５が設けられている。

図１に示すように、冷却水循環部５５は、水路５１に冷却水を流入させる冷却水供給管５６と、水路５１から排出された冷却水が流れる冷却水排出管５７と、この冷却水排出管５７に設けられており冷却水を流通させるポンプ５８と、冷却水排出管５７を通じて排出された冷却水を冷却するラジエータ５９と、を備えている。

また、排気浄化装置１００は、分散板７０と、冷却水流通部７２と、を備える（図２参照）。分散板７０は、例えば多孔質材料又は細孔が形成された材料よりなり、平面状をしている。分散板７０は排気管１１内に設けられており、具体的には、排気管１１内の排気通路１１Ａにおいて、噴射弁２０の噴射口２０Ａに対向するように設けられている。そのため、分散板７０は、噴射弁２０から噴射された尿素水と衝突し、該尿素水を分散させる。また、分散板７０は、噴射弁２０の噴射方向（すなわち、噴射中心軸）に対して所定角度傾くように設けられている。ここで、所定角度は、分散板７０と衝突し分散された尿素水を、ＳＣＲ触媒１３側に向けることができる角度である。なお、本実施形態において、冷却水流通部７２が「冷媒流通部」に相当する。

分散板７０には、冷却水が流通する水路７１が一体的に設けられている。水路７１は、分散板７０において、噴射弁２０の噴射口２０Ａに対向する面７０Ａと反対側の面７０Ｂに設けられている。図３に本実施形態の水路７１の概略図を示す。図３に示すように、水路７１では、金属パイプをＵ字状に繰り返し折り曲げて形成されている。金属パイプは、折り曲げ部７１Ａにより接続される２つの直線部７１Ｂが隙間なく並べられ、これらが平面状に繋がっている。

図４に、図２のＩＶ－ＩＶ線断面における排気浄化装置１００の構造の概略図を示す。図４に示すように、冷却水流通部７２は、水路７１に冷却水を流入させる冷却水供給管７３と、水路７１から排出された冷却水が流れる冷却水排出管７４と、を備えている。冷却水供給管７３及び冷却水排出管７４は、例えば直径２～３ｍｍの金属パイプとされている。分散板７０は、これら冷却水供給管７３及び冷却水排出管７４と接続されており、これらを介して水路７１に冷却水を流通させるように構成されている。つまり、分散板７０は、冷却水を流通させて分散板７０を冷却する水路７１を備えていることとなる。なお、本実施形態において、冷却水供給管７３及び冷却水排出管７４が「冷媒通路」に相当し、水路７１が「分散板冷却部」に相当する。

冷却水供給管７３及び冷却水排出管７４は、ケース５０と接続されている。つまり、冷却水供給管７３及び冷却水排出管７４により、噴射弁２０と分散板７０とが一体的に連結されている。なお、本実施形態において、冷却水供給管７３及び冷却水排出管７４が「連結部」に相当する。

そして、冷却水供給管７３及び冷却水排出管７４は、ケース内の水路５１に連通している。水路７１には、冷却水循環部５５により水路５１に供給される冷却水が流通され、この冷却水により分散板７０を冷却する。つまり、水路７１は、冷却水循環部５５により水路５１に供給される冷却水を、水路７１に流通させる冷却水として用いる。すなわち、冷却水循環部５５は、水路５１に冷却水を流通させる機能とともに、水路７１に冷却水を流通させる機能を備えている。

ところで、排気浄化システム２００では、分散板７０が排気管１１内に設けられるため、分散板７０は排気ガスにさらされることにより高温となる。そのため、高温の分散板７０に衝突した尿素水が分解及び変質して、不溶性の析出物（デポジット）が分散板７０に堆積することがある。

具体的には、高温の分散板７０に衝突した尿素水が熱せられると、尿素が熱分解され、アンモニア（ＮＨ3）とイソシアン酸（ＨＣＮＯ）とが生成される。生成されたイソシアン酸は尿素と反応してビウレット（Ｎ3Ｈ5Ｃ2Ｏ2）となり、このビウレットがイソシアン酸と反応してトリウレット（Ｎ4Ｈ6Ｃ3Ｏ3）となり、さらにトリウレットが加熱分解して、不溶性のシアヌール酸（Ｎ3Ｈ3Ｃ3Ｏ3）とアンモニアが生成される。さらに、シアヌール酸は、アンモニアと反応して、不溶性のアンメリド（Ｎ4Ｈ4Ｃ3Ｏ2）やアンメリン（Ｎ5Ｈ5Ｃ3Ｏ）などに変質する。

デポジットは、析出後に分散板７０に衝突した尿素水に溶けないため、分散板７０に堆積する。そして、このデポジットの量であるデポジット堆積量が増加すれば、排気通路１１Ａの排気抵抗が増加して、エンジン１０の出力性能が低下する問題が生じる。

デポジットの堆積条件について研究が進められた結果、被堆積物の温度が所定温度（例えば１３０℃）よりも低い場合に、デポジットの堆積が抑制される、という研究結果が得られた。本実施形態は、上記研究結果の内容を、排気浄化装置１００に具体化したものであり、分散板７０と一体的に設けられた水路７１と、水路７１に冷却水を流通させる冷却水流通部７２とを備えることで、分散板７０を冷却することができる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

本実施形態では、排気浄化装置１００が、分散板７０と一体的に設けられた水路７１と、水路７１に冷却水を流通させる冷却水流通部７２を備える。分散板７０と一体的に設けられた水路７１に冷却水を流通させることにより、分散板７０を冷却することができ、分散板７０へのデポジットの堆積を好適に抑制することができる。

本実施形態では、水路７１に冷却水を流通させる冷却水供給管７３及び冷却水排出管７４により、噴射弁２０と分散板７０とが一体的に連結されている。そのため、排気管１１に噴射弁２０と分散板７０とを設置する際に、これらをまとめて設置することができる。また、冷却水供給管７３及び冷却水排出管７４を用いて噴射弁２０と分散板７０とを連結するため、噴射弁２０と分散板７０とを連結するための他の構成を必要とせず、排気浄化装置１００の構成を簡略化することができる。

特に本実施形態では、冷却水供給管７３及び冷却水排出管７４が、冷却水を流通させて噴射弁２０を冷却する水路５１に連通しており、冷却水循環部５５により、水路７１に冷却水が流通される。そのため、水路７１に冷却水を流通させるための他の構成を必要とせず、排気浄化装置１００の構成を簡略化することができる。

（第２実施形態）
次に第２実施形態に係る排気浄化装置１００について図５～８を用いて説明する。第２実施形態に係る排気浄化装置１００は、第１実施形態に係る排気浄化装置１００と比べて、水路５１と水路７１との接続、及び、冷却水循環部５５が異なる。そのため、以下では、第２実施形態に係る水路７１と冷却水循環部５５とについて説明する。

図５に本実施形態の排気浄化装置１００の構造の概略図を示す。本実施形態に係る水路７１は、冷却水流通部７２を構成する第１冷却水流通管８０及び第２冷却水流通管８１に接続されている。第１冷却水流通管８０は、水路５１と水路７１とに連通している。つまり、第１冷却水流通管８０により、水路５１と水路７１とは直列に接続されている。一方、第２冷却水流通管８１は、水路５１に連通しておらず、三方弁８３を介して冷却水供給管５６及び冷却水排出管５７に接続されている。なお、本実施形態において、第１冷却水流通管８０及び第２冷却水流通管８１が「冷媒通路」に相当する。

本実施形態では、第１冷却水流通管８０及び第２冷却水流通管８１がホルダ５２に係合するように設けられている。そのため、水路７１に冷却水を流通させる第１冷却水流通管８０及び第２冷却水流通管８１と、ホルダ５２とにより、噴射弁２０と分散板７０とが一体的に連結されている。なお、本実施形態において、第１冷却水流通管８０、第２冷却水流通管８１、及びホルダ５２が「連結部」に相当する。

本実施形態に係る冷却水循環部５５は、三方弁８３，８４を備える。三方弁８４は、冷却水供給管５６及び冷却水排出管５７に接続されるとともに、配管８５を介して水路５１に接続されている。

三方弁８３は、第２冷却水流通管８１が冷却水供給管５６に連通している状態と、冷却水排出管５７に連通している状態とを切り替える切替弁であり、三方弁８４は、配管８５が冷却水供給管５６に連通している状態と、冷却水排出管５７に連通している状態とを切り替える切替弁である。三方弁８３，８４は、ＥＣＵ４０と接続されており、ＥＣＵ４０は、第２冷却水流通管８１と配管８５とが、冷却水供給管５６及び冷却水排出管５７のうち、互いに異なる管に連通するように三方弁８３，８４を制御する。

図５（ａ）には、第２冷却水流通管８１が冷却水供給管５６に連通し、配管８５が冷却水排出管５７に連通している状態を示す。つまり、冷却水供給管５６における冷却水の入口Ａｐと第２冷却水流通管８１の中間部Ｄｐとが連通しており、冷却水排出管５７における冷却水の出口Ｂｐと配管８５の端部Ｃｐとが連通している。この場合、冷却水供給管５６から供給された冷却水は、まず水路７１に供給され、次に水路５１に供給される。以下、冷却水を水路７１から水路５１への順で流通させる冷却水の流通経路を、第１経路ＲＫ１という。

図５（ｂ）には、第２冷却水流通管８１が冷却水排出管５７に連通し、配管８５が冷却水供給管５６に連通している状態を示す。つまり、冷却水供給管５６の入口Ａｐと配管８５の端部Ｃｐとが連通しており、冷却水排出管５７の出口Ｂｐと第２冷却水流通管８１の中間部Ｄｐとが連通している。この場合、冷却水供給管５６から供給された冷却水は、まず水路５１に供給され、次に水路７１に供給される。以下、冷却水を水路５１から水路７１への順で流通させる冷却水の流通経路を、第２経路ＲＫ２という。

ＥＣＵ４０は、温度センサ２８による検出信号に基づいて、噴射弁温度Ｔｊを取得し、この噴射弁温度Ｔｊに基づいて、冷却水供給管５６の入口Ａｐ及び冷却水排出管５７の出口Ｂｐが、配管８５の端部Ｃｐ及び第２冷却水流通管８１の中間部Ｄｐのいずれに連通するかを切り替える切替処理を実施する。そのため、切替処理は、冷却水の流通経路を、第１経路ＲＫ１と第２経路ＲＫ２とで切り替える処理である、ということができる。

図６に本実施形態の切替処理のフローチャートを示す。切替処理は、エンジン１０の駆動中、所定時間毎に繰り返し実施される。

切替処理を開始すると、まずステップＳ１０において、噴射弁温度Ｔｊを取得する。次に、ステップS１２において、噴射弁２０が高温状態であるかを判定する。具体的には、ステップＳ１０で取得された噴射弁温度Ｔｊが、閾値温度Ｔｋ（図８参照）よりも高いか否かを判定する。なお、本実施形態において、ステップS１２の処理が「判定部」に相当する。

ここで、閾値温度Ｔｋは、尿素水による浄化効果が最適となる目標温度Ｔｊｔに基づいて設定される温度である。図７に噴射弁温度Ｔｊと噴射された尿素水の粒径ＧＣとの関係を示す。図７に示すように、尿素水の粒径ＧＣは、噴射された際の噴射弁温度Ｔｊが高いほど小さくなる。目標温度Ｔｊｔは、尿素水による浄化効果が最適となる尿素水の粒径ＧＣに基づいて設定され、閾値温度Ｔｋは、この目標温度Ｔｊｔよりもわずかに低い温度に設定されている。

噴射弁温度Ｔｊが閾値温度Ｔｋよりも低く、噴射弁２０が高温状態でない場合、ステップＳ１２で否定判定する。この場合、続くステップＳ１４において、冷却水の流通経路を第１経路ＲＫ１に切り替え、切替処理を終了する。つまり、噴射弁２０が高温状態でない場合、冷却水を水路７１から水路５１への順で流通させる。

一方、噴射弁温度Ｔｊが閾値温度Ｔｋよりも高く、噴射弁２０が高温状態である場合、ステップＳ１２で肯定判定する。続くステップＳ１６において、冷却水の流通経路を第２経路ＲＫ２に切り替え、切替処理を終了する。つまり、噴射弁２０が高温状態である場合、冷却水を水路５１から水路７１への順で流通させる。なお、本実施形態において、ステップS１４，Ｓ１６の処理が「切替部」に相当する。

続いて、図８に、切替処理の一例を示す。ここで、図８は、エンジン１０の駆動開始時における噴射弁温度Ｔｊの推移を示す。ここで、図８（ａ）は、排気温度Ｔｇの推移を示し、図８（ｂ）は、噴射弁温度Ｔｊの推移を示し、図８（ｃ）は、冷却水の流通経路の推移を示す。なお、図８（ｂ），（ｃ）には、第１経路ＲＫ１を用いる場合における各種値の推移を示すグラフＦ１（実線）と、第１経路ＲＫ１を用いない場合における各種値の推移を示すグラフＦ２（破線）と、が示されている。

図８に示すように、時刻ｔ１に車両のイグニッションスイッチがオンされ、エンジン１０が始動すると、排気温度Ｔｇが開始排気温度Ｔｇｓから上昇するとともに、切替処理が開始される。第１経路ＲＫ１を用いない場合におけるグラフＦ２では、時刻ｔ１において、冷却水の流通経路が第２経路ＲＫ２に切り替えられる。

冷却水の流通経路が第２経路ＲＫ２に切り替えられると、冷却水供給管５６から流入した冷却水は、まず水路５１に供給される（図５（ｂ）参照）。そのため、噴射弁２０は冷却水により冷却され、噴射弁温度Ｔｊの上昇が抑制される。この結果、尿素水が目標温度Ｔｊｔよりも低い状態が長期間維持され、尿素水による浄化効果が低下した期間が長期化する。

本実施形態では、第１経路ＲＫ１を用いる。第１経路ＲＫ１を用いる場合におけるグラフＦ１では、エンジン１０の駆動開始時には、噴射弁２０の開始噴射弁温度Ｔｊｓが閾値温度Ｔｋよりも低いため、時刻ｔ１において、冷却水の流通経路が第１経路ＲＫ１に切り替えられる。

冷却水の流通経路が第１経路ＲＫ１に切り替えられると、冷却水供給管５６から流入した冷却水は、まず水路７１に供給される（図５（ａ）参照）。排気ガスにさらされる高温の分散板７０と熱交換することにより、冷却水の温度が上昇する。この冷却水が水路５１へと流入すると、冷却水により噴射弁２０が温められ、噴射弁温度Ｔｊを早期に上昇させることができる。これにより、噴射弁温度Ｔｊが目標温度Ｔｊｔに到達するまでの時間、つまり、尿素水による浄化効果が低下した期間を短縮することができる。

その後時刻ｔ２に噴射弁温度Ｔｊが閾値温度Ｔｋよりも大きくなると、冷却水の流通経路が第２経路ＲＫ２に切り替えられる。これにより、噴射弁温度Ｔｊの上昇が抑制され、噴射弁温度Ｔｊが目標温度Ｔｊｔを超えて上昇することが抑制される。

なお、閾値温度Ｔｋは分散板７０の温度に比べて十分に低い。そのため、噴射弁２０を冷却した冷却水が水路７１へと流入した場合でも、この冷却水により分散板７０を冷却することができる。

以上説明したように、本実施形態では、冷却水の流通経路を第１経路ＲＫ１と第２経路ＲＫ２とで切り替えることができる。冷却水の流通経路を第１経路ＲＫ１に切り替えることで、冷却水を水路５１よりも先に水路７１に供給することができる。これにより、分散板７０を優先的に冷却することができ、分散板７０へのデポジットの堆積を好適に抑制することができる。反対に、冷却水の流通経路を第２経路ＲＫ２に切り替えることで、冷却水を水路７１よりも先に水路５１に供給することができる。これにより、噴射弁２０を優先的に冷却することができ、尿素の結晶化により噴射弁２０の作動が阻害されることを好適に抑制することができる。

特に本実施形態では、噴射弁２０が高温状態でない場合、つまり、噴射弁温度Ｔｊが閾値温度Ｔｋよりも低い場合に、冷却水の流通経路を第１経路ＲＫ１に切り替える。これにより、分散板７０の冷却により温められた冷却水を水路５１に供給することができ、この冷却水により噴射弁２０を早期に高温状態にすることができる。これにより、噴射弁温度Ｔｊを早期に目標温度Ｔｊｔまで上昇させることができる。

一方、噴射弁２０が高温状態である場合、冷却水の流通経路を第２経路ＲＫ２に切り替える。これにより、噴射弁２０を優先的に冷却することができ、噴射弁温度Ｔｊが目標温度Ｔｊｔを超えて上昇することを抑制することができる。

本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、次のように実施されてもよい。

液状の還元剤は、尿素水に限定されず、例えば、尿素水以外のアンモニア由来化合物を噴射するものであってもよい。

尿素水が噴射により排気通路１１Ａに供給される形態を例示したが、これに限定されず、例えば、水滴状の尿素水を排気通路１１Ａに添加供給してもよい。

分散板７０が平面状をしている形態を例示したが、これに限定されず、例えばその表面が、噴射弁２０の噴射口２０Ａに向けて滑らかな凸形となる曲面状をしていてもよい。これにより、分散板７０と衝突し分散された尿素水が分散する分散範囲を広げることができる。この場合には、水路７１を構成する金属パイプの直線部７１Ｂ（図３参照）が、分散板７０に対応させて曲面状に繋がっていてもよい。

さらに、分散板７０と水路７１との一方が他方を兼用してもよい。例えば、水路７１を構成する金属パイプの直線部７１Ｂが、隙間なく繋がっている場合、水路７１は分散板７０を兼ねることができる。また、図９に示すように、分散板７０を構成する平面状の平板部材９０の内部に水路７１が形成されている場合、分散板７０は水路７１を兼ねることができる。なお、図９では、平板部材９０の内部を説明するために、平板部材９０のうち、噴射弁２０の噴射口２０Ａ側を覆う平板材が取り除かれたものが図示されている。

排気ガスが流通するガス流通方向における水路７１の上流側の表面が、排気ガスに対してむき出しである形態を例示したが、これに限定されず、例えばその表面が、耐熱性部材により覆われていてもよい。これにより、排気ガスにより冷却水が温められることが抑制され、分散板７０の冷却効率を向上させることができる。

冷却水の流通経路を、第１経路ＲＫ１と第２経路ＲＫ２とで切り替えるのに用いる部材として、三方弁８３、８４を用いる形態を例示したが、これに限定されず、例えば三方弁サーモスタットを用いてもよい。

１０…エンジン、１１Ａ…排気通路、１３…ＳＣＲ触媒、２０…噴射弁、７０…分散板、７１…水路、７２…冷却水流通部、７３…冷却水供給管、７４…冷却水排出管、１００…排気浄化装置、２００…排気浄化システム。

Claims (5)

1. 内燃機関（１０）の排気通路（１１Ａ）に設けられ、排気中のＮＯｘを浄化するＮＯｘ浄化触媒（１３）を備える排気浄化システム（２００）に適用され、
   前記ＮＯｘ浄化触媒の上流側に配置され、前記排気通路の内部に液状の還元剤を添加供給する添加弁（２０）と、
   前記排気通路において、前記添加弁に対向する位置に設けられ、前記添加弁から添加された前記還元剤を分散させる分散板（７０）と、
   前記分散板と一体的に設けられ、前記分散板を冷却する分散板冷却部（７１）と、
   冷媒通路（７３，７４，８０，８１）を介して、前記分散板冷却部に冷媒を流通させる冷媒流通部（７２）と、
   を備える排気浄化装置。
2. 前記添加弁と前記分散板とを一体的に連結する連結部（７３，７４，８０，８１，５２）を備え、前記連結部に前記冷媒通路が設けられている請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 前記添加弁を冷却する添加弁冷却部（５１）を備え、
   前記分散板冷却部は、前記添加弁冷却部に供給される冷媒を、前記分散板冷却部に流通させる前記冷却として用いる請求項１または請求項２に記載の排気浄化装置。
4. 前記冷媒の流通経路を、前記分散板冷却部から前記添加弁冷却部への順で流通させる第１経路（ＲＫ１）と、前記添加弁冷却部から前記分散板冷却部への順で流通させる第２経路（ＲＫ２）と、で切り替える切替部（Ｓ１４，Ｓ１６）を備える請求項３に記載の排気浄化装置。
5. 前記添加弁が所定の高温状態であるかを判定する判定部（Ｓ１２）を備え、
   前記切替部は、前記判定部により前記添加弁が前記高温状態でないと判定された場合に、前記冷媒の流通経路を前記第１経路に切り替え、前記判定部により前記添加弁が前記高温状態であると判定された場合に、前記冷媒の流通経路を前記第２経路に切り替える請求項４に記載の排気浄化装置。

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