WO2014196346A1 - 還元剤供給装置及び排気浄化システム - Google Patents

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匡教 渡辺
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Definitions

  • the present invention relates to a reducing agent supply device.
  • a reducing agent injection valve having a configuration capable of avoiding the occurrence of failure or functional failure of the reducing agent injection valve due to an increase in the temperature of the cooling medium after stopping the circulation of the cooling medium for cooling the reducing agent injection valve.
  • the present invention relates to a reducing agent supply device.
  • the present invention also relates to an exhaust gas purification system including such a reducing agent supply device.
  • exhaust gas of an internal combustion engine mounted on a vehicle includes nitrogen oxides (hereinafter referred to as “NOx”) and particulate matter (hereinafter also referred to as “PM”).
  • NOx nitrogen oxides
  • PM particulate matter
  • a urea SCR system as a device for purifying exhaust gas by reducing NOx.
  • the urea SCR system is a kind of a reducing agent supply device for supplying a urea aqueous solution as a reducing agent pumped up from a storage tank by a pressure pump into an exhaust pipe and an exhaust purification catalyst capable of adsorbing ammonia. And a certain SCR catalyst.
  • ammonia generated by decomposition of an aqueous urea solution is adsorbed on the SCR catalyst, and NOx in the exhaust gas is reacted with ammonia in the SCR catalyst to purify the exhaust gas.
  • DPF diesel particulate filter
  • the DPF is disposed in the exhaust pipe of the internal combustion engine, and collects PM in the exhaust gas when the exhaust gas passes through the DPF.
  • forced regeneration control is performed in a timely manner in which the temperature of the DPF is raised to about 500 ° C. to 600 ° C. and the PM deposited on the DPF is forcibly burned. Done.
  • the urea SCR system is usually configured to collect the urea aqueous solution remaining in the reducing agent supply path when the internal combustion engine is stopped. As a result, the urea aqueous solution is frozen while remaining in the reducing agent supply path, and it is intended to avoid clogging or breakage of the reducing agent supply path.
  • the reducing agent injection valve provided in the reducing agent supply device is relatively weak against heat, but is exposed to high-temperature exhaust gas, so that the temperature increase of the reducing agent injection valve is suppressed and the reducing agent in the reducing agent injection valve is reduced.
  • a reducing agent supply device having a configuration in which a cooling medium circulation device for circulating a cooling medium for cooling the reducing agent injection valve is attached to the reducing agent injection valve is known. It has been.
  • the reducing agent supply device having such a configuration cools the reducing agent injection valve by circulating the cooling medium by the cooling medium circulation device, and prevents the occurrence of failure or functional failure due to thermal damage of the reducing agent injection valve. (See, for example, Patent Document 1).
  • This cooling medium circulation device is usually configured by branching a cooling medium passage provided in a cooling mechanism for cooling an internal combustion engine and disposing a cooling medium circulation passage and a cooling medium circulation valve.
  • the cooling medium circulation device branches the reducing agent supply passage of the reducing agent supply device, disposes the cooling medium circulation passage and the cooling medium circulation valve, and uses the reducing agent as the cooling medium to reduce the supply agent.
  • a configuration in which the reducing agent is pumped by a pressure pump is used.
  • FIG. 3 is an explanatory view showing a configuration around a reducing agent injection valve of a conventional reducing agent supply device, specifically, a conventional reducing agent having a configuration in which a cooling medium circulation device is attached to the reducing agent injection valve. It is explanatory drawing which shows arrangement
  • the cooling medium circulation of the cooling medium circulation device is performed.
  • the inflow side connection portion and the outflow side connection portion of the passage are arranged on the lower side in the vertical direction of the reducing agent injection valve 43 when disposed and fixed for use.
  • both the inflow side and outflow side cooling medium circulation passages 34a and 34b are extended downward from the reducing agent injection valve 43.
  • One of the side and outflow side cooling medium circulation passages 34 a extends upward from the reducing agent injection valve 43, and the other 34 b extends downward from the reducing agent injection valve 43.
  • both the inflow side connection portion and the outflow side connection portion of the cooling medium circulation passage of the cooling medium circulation device are arranged and used for use. It is disposed on the lower side in the vertical direction of the reducing agent injection valve 43 when fixed.
  • the cooling medium circulation device is usually configured as a part of the cooling mechanism for cooling the internal combustion engine. Therefore, when the circulation of the cooling medium by the cooling mechanism is stopped along with the stop of the internal combustion engine, the reduction is performed. The circulation of the cooling medium for cooling the agent injection valve 43 is also stopped.
  • the temperature of the reducing agent injection valve 43 rises due to the heat of the exhaust gas, thereby boiling the cooling medium. As shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), the high-temperature bubbles generated and evaporated are accumulated in the vicinity of the connection portion of the coolant circulation passage located below the reducing agent injection valve 43. The temperature of the reducing agent injection valve 43 further increases, and as a result, a failure or a functional failure due to thermal damage of the reducing agent injection valve 43 may occur.
  • the present invention has been made in view of such a problem, and even when the cooling medium boils and vaporizes as the cooling medium circulates and stops for cooling the reducing agent injection valve, the vaporized cooling medium By adopting a configuration that does not accumulate in the vicinity of the reducing agent injection valve, the above problem is solved.
  • the present invention suppresses further increase in temperature of the reducing agent injection valve even when the cooling medium boils and vaporizes as the cooling medium circulation stops for cooling the reducing agent injection valve. It aims at providing the reducing agent supply apparatus which can avoid generation
  • Another object of the present invention is to provide an exhaust purification system provided with such a reducing agent supply device.
  • a reducing agent supply apparatus includes: In order to supply a urea aqueous solution as a reducing agent to the SCR catalyst that purifies NOx in the exhaust gas of the internal combustion engine, the urea aqueous solution is injected from the storage tank to the reducing agent injection valve and injected into the exhaust gas.
  • the reducing agent supply device for recovering the urea aqueous solution in the supply path to the storage tank when stopping the internal combustion engine A cooling medium circulation device for cooling the reducing agent injection valve; The inflow side connection portion and the outflow side connection portion of the cooling medium circulation passage of the cooling medium circulation device are arranged on the upper side in the vertical direction of the reducing agent injection valve when arranged and fixed for use.
  • An exhaust purification system includes: A diesel particulate filter that collects exhaust particulates in the exhaust gas of an internal combustion engine and a urea aqueous solution as a reducing agent are supplied from the storage tank to the reducing agent injection valve by being injected and supplied into the exhaust gas.
  • a reducing agent supply device that recovers the urea aqueous solution in the supply path to the storage tank and an SCR catalyst that purifies NOx in the exhaust gas using the urea aqueous solution are exhausted upstream.
  • the reducing agent supply device includes a cooling medium circulation device for cooling the reducing agent injection valve,
  • the inflow side connection portion and the outflow side connection portion of the cooling medium circulation passage of the cooling medium circulation device are arranged on the upper side in the vertical direction of the reducing agent injection valve when arranged and fixed for use.
  • the reducing agent supply apparatus and the exhaust purification system are provided with the above-described configurations, so that the cooling medium boils and vaporizes as the cooling medium circulation stops for cooling the reducing agent injection valve. Even in the case of the occurrence of vapor, the vaporized cooling medium does not accumulate in the vicinity of the reducing agent injection valve, so that further temperature rise of the reducing agent injection valve is suppressed, and a failure or malfunction due to thermal damage of the reducing agent injection valve occurs. It is possible to provide a reducing agent supply device and an exhaust purification system that can avoid the above.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of an exhaust purification system including a reducing agent supply device according to an embodiment of the present invention. It is explanatory drawing which shows the structure of the reducing agent injection valve periphery of the reducing agent supply apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. It is explanatory drawing which shows the structure of the reducing agent injection valve periphery of the conventional reducing agent supply apparatus.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of an exhaust purification system 10 including a reducing agent supply device 40 according to an embodiment of the present invention.
  • the exhaust purification system 10 performs an exhaust purification unit 20 having a DPF 22 and an SCR catalyst 24, a reducing agent supply device 40 including a reducing agent injection valve 43, a forced regeneration control of the DPF 22, and an operation control of the reducing agent supply device 40.
  • a control device 60 is provided as a main component.
  • Such an exhaust purification system 10 collects particulate matter (PM) in the exhaust gas by the DPF 22 and selectively uses the aqueous urea solution as the reducing agent to selectively remove NOx in the exhaust gas in the SCR catalyst 24. It is comprised as an apparatus for purifying.
  • the exhaust purification unit 20 includes an oxidation catalyst 21, a DPF 22, and an SCR catalyst 24 sequentially from the exhaust upstream side.
  • the oxidation catalyst 21 oxidizes unburned fuel supplied into the exhaust pipe 11 by post-injection or the like in the internal combustion engine 5 to generate oxidation heat. Thereby, the temperature of the exhaust gas flowing into the DPF 22 can be raised to heat the DPF 22.
  • the oxidation catalyst 21 may be a known catalyst, for example, a catalyst in which platinum is supported on alumina and a predetermined amount of rare earth element such as cerium is added.
  • the DPF 22 collects PM in the exhaust gas when the exhaust gas passes through the DPF 22.
  • the DPF 22 is disposed on the exhaust upstream side of the SCR catalyst 24, and there is no possibility that PM adheres to the SCR catalyst 24.
  • a known filter for example, a honeycomb structure filter made of a ceramic material can be used.
  • the SCR catalyst 24 adsorbs ammonia generated by the decomposition of the urea aqueous solution injected into the exhaust gas by the reducing agent injection valve 43, and reduces NOx in the inflowing exhaust gas.
  • a zeolite-based reduction catalyst having an ammonia adsorption function and capable of selectively reducing NOx can be used.
  • the exhaust purification unit 20 described above includes pressure sensors 51 and 52 before and after the DPF 22, respectively, and temperature sensors 53 and 54 before and after the SCR catalyst 24, respectively. Further, a NOx sensor 55 is provided on the exhaust downstream side of the SCR catalyst 24. Further, an outside air temperature sensor for detecting the outside air temperature is disposed around the exhaust purification unit.
  • the sensor values of these sensors are sent to the control device 60, and the pressure, temperature, and NOx concentration at each position are detected.
  • these sensors can be omitted if they can be estimated by calculation.
  • the exhaust purification unit 20 described above includes a connecting pipe 12 that branches from the first bent portion 23a of the exhaust pipe 11 and fixes the reducing agent injection valve 43. Via this connecting pipe 12, urea aqueous solution as a reducing agent is injected from the reducing agent injection valve 43 in a direction substantially coinciding with the flow direction of the exhaust gas.
  • the exhaust purification system 10 of this embodiment includes forced regeneration means for performing forced regeneration control of the DPF 22. This is because the DPF 22 is heated to about 500 ° C. to 600 ° C., and forced regeneration is performed in which the PM deposited on the DPF 22 is forcibly burned.
  • a fuel injection valve (not shown) that supplies unburned fuel into the exhaust pipe 11 by post-injection or the like in the internal combustion engine 5, fuel injection amount from the fuel injection valve, fuel injection timing, etc.
  • the control part of the control device 60 for instructing the control of the valve and the oxidation catalyst 21 that oxidizes unburned fuel and generates heat of oxidation constitute a forced regeneration means.
  • the forced regeneration means is not limited to the above configuration example, and any means that can raise the temperature of the exhaust gas to about 500 ° C. to 600 ° C. may be used.
  • the forced regeneration means may be configured using an apparatus that supplies unburned fuel to the oxidation catalyst 21 without relying on post injection.
  • a heating device such as a burner or a heating wire may be provided to heat the DPF 22 directly.
  • the control device 60 includes a signal of the ignition switch 57, each pressure sensor and each temperature sensor, a rotational speed sensor for detecting the engine rotational speed Ne, a vehicle speed sensor for detecting the vehicle speed V of the vehicle, and an accelerator pedal.
  • control device 60 is provided with a RAM (Random Access Memory) (not shown) for storing calculation results and detection results at each unit.
  • RAM Random Access Memory
  • control device 60 controls the drive of the pumping pump 42 so that the pressure in the second supply path 45 of the reducing agent supply device 40 is maintained at a predetermined value.
  • the drive of the reducing agent injection valve 43 of the reducing agent supply device 40 is controlled based on the engine speed Ne, the sensor value of the NOx sensor 55 provided on the exhaust downstream side of the SCR catalyst, and the like.
  • control device 60 performs a purge process in the reducing agent supply device 40 when the internal combustion engine 5 is stopped. That is, a signal for switching the flow path of the urea aqueous solution in the reducing agent supply device 40 from the forward direction to the reverse direction is output to the reverting valve 47, and the reducing agent injection valve 43 is opened to press the pump 42. Is output to the pumping pump 42 and the reducing agent injection valve 43, thereby reducing the reducing agent present in the reducing agent injection valve 43 and the reducing agent supply path in the storage tank 41.
  • Reducing agent supply device The reducing agent supply device 40 includes a storage tank 41 for storing a urea aqueous solution, a pressure feed pump 42, and a reducing agent injection valve 43 as main components.
  • the storage tank 41 and the pressure feed pump 42 are connected by the first supply passage 44, and the pressure feed pump 42 and the reducing agent injection valve 43 are connected by the second supply passage 45.
  • a pressure sensor 56 is provided in the second supply passage 45, the sensor value is transmitted to the control device 60, and the pressure in the second supply passage 45 is detected.
  • the second supply passage 45 and the storage tank 41 are connected by the third supply passage 46, whereby the excess urea aqueous solution supplied to the second supply passage 45 is returned to the storage tank 41. Can do.
  • the reducing agent supply device 40 has a function of switching the flow path of the urea aqueous solution from the forward direction from the storage tank 41 to the reducing agent injection valve 43 to the reverse direction from the reducing agent injection valve 43 to the storage tank 41.
  • a reverting valve 47 is provided. That is, the exhaust gas purification system 10 has a configuration in which the urea aqueous solution filled in the reducing agent supply device 40 can be collected in the storage tank 41 when the internal combustion engine 5 is stopped.
  • the pumping pump 42 pumps up the urea aqueous solution in the storage tank 41 so that the pressure in the second supply path 45 is maintained at a predetermined value, and the reducing agent injection valve. 43 is pumped.
  • the pressure pump 42 an electric pump is typically used.
  • the reducing agent injection valve 43 injects an aqueous urea solution into the exhaust pipe 11 when the reducing agent injection valve 43 is opened by a control signal output from the control device 60.
  • the reducing agent injection valve 43 for example, an ON-OFF valve whose ON / OFF is controlled by DUTY control is used.
  • the electronic part, the resin part, and the like constituting the reducing agent injection valve 43 are relatively weak against heat, and the heat-resistant temperature T lim is about 140 ° C. to 150 ° C., while the exhaust gas temperature during normal operation is 200 ° C. It is about 300 to 300 ° C.
  • the reducing agent supply device 40 includes a cooling water passage 35 provided in the housing of the reducing agent injection valve 43 and a cooling water circulation passage 33 that branches from the cooling water passage 33 of the internal combustion engine 5 and communicates with the cooling water passage 35. 34, and cooling water flow rate control valves 31 and 32 for adjusting the flow rate of the cooling water flowing through the cooling water circulation passages 33 and 34 are provided.
  • the cooling water of the internal combustion engine 5 is circulated through the cooling water passage 35 of the reducing agent injection valve 43, the temperature of the reducing agent injection valve 43 is maintained at about 70 ° C. to 80 ° C., and thermal damage to the reducing agent injection valve 43 is prevented. Can be prevented.
  • the relatively low temperature urea aqueous solution in the storage tank 41 is pumped to the reducing agent injection valve 43, so that the urea from the reducing agent injection valve 43 is reduced.
  • the heat transfer to the aqueous solution also promotes heat dissipation of the reducing agent injection valve 43.
  • the circulation of the engine cooling water and the heat dissipation of the reducing agent injection valve 43 by heat transfer to the urea aqueous solution are performed particularly during the operation of the internal combustion engine 5.
  • FIG. 2 is an explanatory view showing a configuration around the reducing agent injection valve of the reducing agent supply apparatus according to the embodiment of the present invention. Specifically, a cooling medium circulation device is attached to the reducing agent injection valve. It is explanatory drawing which shows arrangement
  • cooling is performed in the reducing agent supply apparatus according to the embodiment of the present invention having a configuration in which the cooling medium circulation device is attached to the reducing agent injection valve 43.
  • the inflow side connection portion and the outflow side connection portion of the cooling medium circulation passage of the medium circulation device are arranged on the upper side in the vertical direction of the reducing agent injection valve 43 when disposed and fixed for use. ing.
  • both the inflow-side cooling medium circulation passage 34a and the outflow-side cooling medium circulation passage 34b extend upward from the reducing agent injection valve 43, and the example of FIG. Then, one inflow side cooling medium circulation passage 34 a extends downward from the reducing agent injection valve 43, and the other outflow side cooling medium circulation passage 34 b extends upward from the reducing agent injection valve 43. Yes.
  • the cooling medium circulation passage of the cooling medium circulation device is provided. Both the inflow side connection portion and the outflow side connection portion are disposed on the upper side in the vertical direction of the reducing agent injection valve 43 when disposed and fixed for use.
  • the cooling medium circulation device is usually configured as a part of the cooling mechanism for cooling the internal combustion engine. Therefore, when the circulation of the cooling medium by the cooling mechanism is stopped along with the stop of the internal combustion engine, the reduction is performed. The circulation of the cooling medium for cooling the agent injection valve 43 is also stopped.
  • the inflow side connection portion and the outflow of the cooling medium circulation path of the cooling medium circulation device are provided. Since both of the side connection portions are disposed on the upper side in the vertical direction of the reducing agent injection valve 43 when disposed and fixed for use, high-temperature bubbles generated by vaporization of the cooling medium are cooled. There is no accumulation near the connection part of the circulation passage.
  • the high-temperature bubbles of the cooling medium can escape from the vicinity of the cooling medium circulation passage connection portion of the reducing agent injection valve 43 through the outflow side cooling medium circulation passage 34b extending upward of the reducing agent injection valve 43. Since the cold cooling medium is supplied from the inflow-side cooling medium circulation passage 34a, the temperature of the reducing agent injection valve 43 does not further increase, but rather the reducing agent injection valve 43 is cooled and the injection valve temperature decreases. It will be.
  • the reducing agent supply apparatus even when the cooling medium boils and vaporizes as the cooling medium circulation stops for cooling the reducing agent injection valve 43, vaporization occurs. Since the cooled coolant does not accumulate in the vicinity of the reducing agent injection valve, further increase in temperature of the reducing agent injection valve 43 can be suppressed, and the occurrence of failure or functional failure due to thermal damage of the reducing agent injection valve 43 can be avoided. .

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Abstract

　冷却媒体の沸騰及び気化が発生した場合においても還元剤噴射弁の熱損傷による故障や機能障害等の発生を回避し得る還元剤供給装置及び排気浄化システムを提供する。　本発明の一態様に係る還元剤供給装置及び排気浄化システムは、還元剤噴射弁を冷却するための冷却媒体循環装置を備え、冷却媒体循環装置の冷却媒体循環通路の流入側接続部及び流出側接続部が、使用のために配置及び固定されたときの還元剤噴射弁の鉛直方向における上方側に配設されている構成を備える。

Description

還元剤供給装置及び排気浄化システム
　本発明は、還元剤供給装置に関する。特に、還元剤噴射弁を冷却するための冷却媒体の循環停止後における冷却媒体の温度上昇に起因する還元剤噴射弁の故障や機能障害等の発生を回避し得る構成の還元剤噴射弁を備える還元剤供給装置に関する。また、本発明は、斯かる還元剤供給装置を備える排気浄化システムに関する。
　従来、車両に搭載される内燃機関の排気ガス中には、窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」と称する。）や微粒子状物質（以下、「ＰＭ」と称することがある。）が含まれている。このうち、ＮＯｘを還元して排気ガスを浄化するための装置として尿素ＳＣＲシステムがある。尿素ＳＣＲシステムは、圧送ポンプによって貯蔵タンク内から汲み上げた還元剤としての尿素水溶液を還元剤噴射弁から排気管内に供給するための還元剤供給装置と、アンモニアを吸着可能な排気浄化触媒の一種であるＳＣＲ触媒とを備えて構成される。斯かる尿素ＳＣＲシステムでは、尿素水溶液の分解により生成されるアンモニアをＳＣＲ触媒に吸着させ、排気ガス中のＮＯｘをＳＣＲ触媒中でアンモニアと反応させて、排気ガスを浄化する。
　一方、ＰＭを捕集して排気ガスを浄化するための装置としてディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、「ＤＰＦ」と称する。）がある。ＤＰＦは、内燃機関の排気管に配設され、排気ガスが当該ＤＰＦを通過する際に排気ガス中のＰＭを捕集する。ＤＰＦを備えた排気浄化システムでは、ＤＰＦの目詰まりを防止するために、ＤＰＦの温度を５００℃乃至６００℃程度に上昇させてＤＰＦに堆積したＰＭを強制的に燃焼させる強制再生制御が適時に行われる。
　近年、排気ガスの浄化基準が高められていることに伴い、ＤＰＦ及びＳＣＲ触媒の両方を備えた排気浄化システムが増えてきている。
　尿素ＳＣＲシステムにおいては、通常、内燃機関が停止した際に還元剤供給経路に残存する尿素水溶液を回収するように構成されている。これにより、尿素水溶液が還元剤供給経路に残存したまま凍結し、還元剤供給経路に詰まりや破損等が発生するのを回避しようとするものである。
　また、還元剤供給装置が備える還元剤噴射弁は比較的熱に弱い一方、高温の排気ガスに曝されるので、還元剤噴射弁の温度上昇を抑制すると共に、還元剤噴射弁内の還元剤の温度上昇による濃度及び固化温度の上昇を抑制するために、還元剤噴射弁を冷却する冷却媒体を循環させる冷却媒体循環装置が還元剤噴射弁に付設された構成を有する還元剤供給装置が知られている。
　斯かる構成を有する還元剤供給装置は、冷却媒体循環装置により冷却媒体を循環させることによって還元剤噴射弁を冷却し、還元剤噴射弁の熱損傷による故障や機能障害等の発生を未然に防止するものである（例えば、特許文献１を参照）。
　この冷却媒体循環装置は、通常、内燃機関を冷却するための冷却機構に備えられた冷却媒体通路を分岐させて冷却媒体循環通路及び冷却媒体循環バルブを配設することにより構成される。
　当該構成の他、冷却媒体循環装置は、還元剤供給装置の還元剤供給通路を分岐させて冷却媒体循環通路及び冷却媒体循環バルブを配設し、還元剤を冷却媒体として用いて還元剤供給装置の圧送ポンプで還元剤を圧送する構成が採用される場合もある。
特開２００９－１３８６２７号公報
　図３は、従来の還元剤供給装置の還元剤噴射弁周辺の構成を示す説明図であり、具体的には、冷却媒体循環装置が還元剤噴射弁に付設された構成を有する従来の還元剤供給装置の還元剤噴射弁及び冷却媒体循環通路の接続部の配置を示す説明図である。
　図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、冷却媒体循環装置が還元剤噴射弁４３に付設された構成を有する従来の還元剤供給装置においては、冷却媒体循環装置の冷却媒体循環通路の流入側接続部及び流出側接続部が、使用のために配置及び固定されたときの還元剤噴射弁４３の鉛直方向における下方側に配設される構成となっている。
　図３（ａ）の例では、流入側及び流出側冷却媒体循環通路３４ａ，３４ｂの両方が還元剤噴射弁４３の下方に向って延設されており、図３（ｂ）の例では、流入側及び流出側冷却媒体循環通路の一方３４ａが還元剤噴射弁４３の上方に向って延設され、他方３４ｂが還元剤噴射弁４３の下方に向って延設されている。
　しかし、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すいずれの例においても、冷却媒体循環装置の冷却媒体循環通路の流入側接続部及び流出側接続部の両方が、使用のために配置及び固定されたときの還元剤噴射弁４３の鉛直方向における下方側に配設されている。
　冷却媒体循環装置は、上述のように、通常、内燃機関を冷却するための冷却機構の一部として構成されるので、内燃機関の停止に伴って冷却機構による冷却媒体の循環が停止すると、還元剤噴射弁４３を冷却するための冷却媒体の循環も停止する。
　しかし、内燃機関が停止しても排気管内に残存している排気ガスの温度は直ちには低下しないので、排気ガスの熱によって還元剤噴射弁４３の温度が上昇し、それにより冷却媒体が沸騰して気化し、発生した高温の気泡が、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、還元剤噴射弁４３の下方側に位置する冷却媒体循環通路の接続部近傍に蓄積して還元剤噴射弁４３の温度がさらに上昇し、その結果として、還元剤噴射弁４３の熱損傷による故障や機能障害等が発生することがある。
　還元剤を冷却媒体として用いる構成の場合においても、内燃機関の停止又は圧送ポンプの動作停止に伴って冷却媒体としての還元剤が沸騰して気化することにより、同様の問題が発生することがある。
　本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、還元剤噴射弁を冷却するための冷却媒体の循環停止に伴って冷却媒体の沸騰及び気化が発生した場合においても、気化した冷却媒体が還元剤噴射弁近傍に蓄積しない構成を採用することにより、上記問題を解決するものである。
　即ち、本発明は、還元剤噴射弁を冷却するための冷却媒体の循環停止に伴って冷却媒体の沸騰及び気化が発生した場合においても、還元剤噴射弁のさらなる温度上昇を抑制して、還元剤噴射弁の熱損傷による故障や機能障害等の発生を回避し得る還元剤供給装置を提供することを目的とする。
　また、本発明は、斯かる還元剤供給装置を備える排気浄化システムを提供することを目的とする。
　本発明の一態様に係る還元剤供給装置は、
　内燃機関の排気ガス中のＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒に還元剤としての尿素水溶液を供給するために、前記尿素水溶液を貯蔵タンクから還元剤噴射弁へ供給することにより前記排気ガス中に噴射すると共に前記内燃機関を停止する際には供給経路内の前記尿素水溶液を前記貯蔵タンクへ回収する還元剤供給装置において、
　前記還元剤噴射弁を冷却するための冷却媒体循環装置を備え、
　前記冷却媒体循環装置の冷却媒体循環通路の流入側接続部及び流出側接続部が、使用のために配置及び固定されたときの前記還元剤噴射弁の鉛直方向における上方側に配設されていることを特徴とし、当該構成を備えることにより、上記課題を解決することができる。
　本発明の一態様に係る排気浄化システムは、
　内燃機関の排気ガス中の排気微粒子を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタと、還元剤としての尿素水溶液を貯蔵タンクから還元剤噴射弁へ供給することにより前記排気ガス中に噴射して供給すると共に前記内燃機関を停止する際には供給経路内の前記尿素水溶液を前記貯蔵タンクへ回収する還元剤供給装置と、前記尿素水溶液を用いて前記排気ガス中のＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒と、を排気上流側から順次に備えた排気浄化システムにおいて、
　前記還元剤供給装置は、前記還元剤噴射弁を冷却するための冷却媒体循環装置を備え、
　前記冷却媒体循環装置の冷却媒体循環通路の流入側接続部及び流出側接続部が、使用のために配置及び固定されたときの前記還元剤噴射弁の鉛直方向における上方側に配設されていることを特徴とし、当該構成を備えることにより、上記課題を解決することができる。
　即ち、本発明の一態様に係る還元剤供給装置及び排気浄化システムは、上記各構成を備えることにより、還元剤噴射弁を冷却するための冷却媒体の循環停止に伴って冷却媒体の沸騰及び気化が発生した場合においても、気化した冷却媒体が還元剤噴射弁近傍に蓄積しないので、還元剤噴射弁のさらなる温度上昇を抑制して、還元剤噴射弁の熱損傷による故障や機能障害等の発生を回避し得る還元剤供給装置及び排気浄化システムを提供することができる。
本発明の実施の一形態に係る還元剤供給装置を備える排気浄化システムの全体構成図である。 本発明の実施の一形態に係る還元剤供給装置の還元剤噴射弁周辺の構成を示す説明図である。 従来の還元剤供給装置の還元剤噴射弁周辺の構成を示す説明図である。
　以下、図面を参照して、本発明に係る還元剤供給装置及び排気浄化システムの実施の形態について、具体的に説明する。
　但し、以下の実施の形態は、本発明の一態様を示すものであって本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することができる。
　尚、各図において同符号を付してあるものは同一の部材乃至部分を示しており、適宜説明が省略されている。
（１）排気浄化システムの全体構成
　図１は、本発明の実施の一形態に係る還元剤供給装置４０を備える排気浄化システム１０の全体構成図である。
　この排気浄化システム１０は、ＤＰＦ２２及びＳＣＲ触媒２４を有する排気浄化ユニット２０と、還元剤噴射弁４３を含む還元剤供給装置４０と、ＤＰＦ２２の強制再生制御や還元剤供給装置４０の動作制御を行う制御装置６０とを主たる構成要素として備えている。
　斯かる排気浄化システム１０は、排気ガス中の微粒子状物質（ＰＭ）をＤＰＦ２２によって捕集し、かつ、還元剤としての尿素水溶液を用いて排気ガス中のＮＯｘをＳＣＲ触媒２４中で選択的に浄化するための装置として構成されたものである。
（２）排気浄化ユニット
　排気浄化ユニット２０は、酸化触媒２１と、ＤＰＦ２２と、ＳＣＲ触媒２４とを排気上流側から順次に備えている。
　この排気浄化ユニット２０の構成要素のうち、酸化触媒２１は、内燃機関５でのポスト噴射等によって排気管１１内に供給された未燃燃料を酸化し、酸化熱を発生させる。これにより、ＤＰＦ２２に流入する排気ガスを昇温させてＤＰＦ２２を加熱することができる。酸化触媒２１は、公知のもの、例えば、アルミナに白金を担持させたものに所定量のセリウム等の希土類元素を添加したものを用いることができる。
　また、ＤＰＦ２２は、排気ガスがＤＰＦ２２を通過する際に排気ガス中のＰＭを捕集する。図１に示す排気浄化システム１０では、ＤＰＦ２２がＳＣＲ触媒２４よりも排気上流側に配設されており、ＰＭがＳＣＲ触媒２４に付着するおそれがない。ＤＰＦ２２は、公知のもの、例えば、セラミック材料から構成されたハニカム構造のフィルタを用いることができる。
　また、ＳＣＲ触媒２４は、還元剤噴射弁４３によって排気ガス中に噴射される尿素水溶液の分解により生成されるアンモニアを吸着し、流入する排気ガス中のＮＯｘを還元する。ＳＣＲ触媒２４としては、例えば、アンモニアの吸着機能を有し、かつ、ＮＯｘを選択的に還元可能なゼオライト系の還元触媒を用いることができる。
　以上に説明した排気浄化ユニット２０は、ＤＰＦ２２の前後にそれぞれ圧力センサ５１、５２を備え、ＳＣＲ触媒２４の前後にそれぞれ温度センサ５３、５４を備えている。また、ＳＣＲ触媒２４の排気下流側にはＮＯｘセンサ５５を備えている。さらに、排気浄化ユニットの周囲には外気温度を検出する外気温度センサが配置されている。
　これらセンサのセンサ値は制御装置６０に送られて、それぞれの位置での圧力や温度、ＮＯｘ濃度が検出される。
　尚、演算によって推定可能であるならば、これらセンサは省略可能である。
　また、以上に説明した排気浄化ユニット２０は、排気管１１の第１屈曲部２３ａから分岐して、還元剤噴射弁４３を固定するための接続管１２を備えている。この接続管１２を介して、排気ガスの流れ方向と略一致する方向に、還元剤噴射弁４３から還元剤としての尿素水溶液が噴射される。
　従って、排気管１１に還元剤噴射弁４３を直接固定する場合と比較して、排気管１１や排気ガス等から還元剤噴射弁４３への熱を伝わり難くすることができる。
（３）強制再生手段
　本実施形態の排気浄化システム１０は、ＤＰＦ２２の強制再生制御を行うための強制再生手段を備える。ＤＰＦ２２を５００℃乃至６００℃程度に昇温させ、ＤＰＦ２２に堆積したＰＭを強制的に燃焼させる強制再生を行うためである。
　本実施形態では、内燃機関５でのポスト噴射等によって排気管１１内に未燃燃料を供給する燃料噴射弁（図示せず）と、燃料噴射弁からの燃料噴射量や噴射タイミング等、燃料噴射弁の制御を指示するための制御装置６０の制御部と、未燃燃料を酸化して酸化熱を発生させる酸化触媒２１とが、強制再生手段を構成する。
　尚、強制再生手段は上記構成例に限られず、排気ガスを５００℃乃至６００℃程度に昇温させることができるものであればよい。例えば、ポスト噴射に拠らずに酸化触媒２１に未燃燃料を供給する装置を利用して強制再生手段を構成してもよい。また、バーナや電熱線等の加熱装置を備え、直接ＤＰＦ２２を加熱するようにしてもよい。
（４）制御装置
　制御装置６０は、イグニッションスイッチ５７の信号や各圧力センサや各温度センサをはじめとして、機関回転数Ｎｅを検出する回転数センサ、車両の車速Ｖを検出する車速センサ、アクセルペダルの操作量Ａｃｃを検出するアクセルセンサ、ブレーキペダルの操作量Ｂｒｋを検出するブレーキセンサ等の各種センサ信号が読込み可能に構成されている。また、制御装置６０には、各部での演算結果や検出結果を記憶するための図示しないＲＡＭ（Random Access Memory）が備えられている。
　制御装置６０は、内燃機関５の運転中にあっては、還元剤供給装置４０の第２の供給経路４５内の圧力が所定値で維持されるように圧送ポンプ４２の駆動を制御するとともに、機関回転数ＮｅやＳＣＲ触媒の排気下流側に設けられたＮＯｘセンサ５５のセンサ値等に基づいて、還元剤供給装置４０の還元剤噴射弁４３の駆動を制御する。
　また、制御装置６０は、内燃機関５の停止時に還元剤供給装置４０におけるパージ処理を実行する。即ち、還元剤供給装置４０における尿素水溶液の流路を順方向から逆方向に切り換えるための信号を、リバーティングバルブ４７に対して出力するとともに、還元剤噴射弁４３を開弁させて圧送ポンプ４２を駆動させるための信号を、圧送ポンプ４２及び還元剤噴射弁４３に対して出力することにより、還元剤噴射弁４３及び還元剤供給経路の内部に存在する還元剤を貯蔵タンク４１に回収する。
（５）還元剤供給装置
　還元剤供給装置４０は、尿素水溶液を貯蔵する貯蔵タンク４１と、圧送ポンプ４２と、還元剤噴射弁４３とを主たる構成要素として備えている。
　このうち、貯蔵タンク４１及び圧送ポンプ４２が第１の供給通路４４によって接続され、圧送ポンプ４２及び還元剤噴射弁４３が第２の供給通路４５によって接続されている。この第２の供給通路４５には圧力センサ５６が設けられており、センサ値が制御装置６０に送信され、第２の供給通路４５内の圧力が検出される。
　また、第２の供給通路４５及び貯蔵タンク４１が第３の供給通路４６によって接続されており、これにより、第２の供給経路４５に供給された余剰の尿素水溶液を、貯蔵タンク４１に戻すことができる。
　また、還元剤供給装置４０は、尿素水溶液の流路を、貯蔵タンク４１から還元剤噴射弁４３へ向かう順方向から、還元剤噴射弁４３から貯蔵タンク４１へ向かう逆方向に切り換える機能を持ったリバーティングバルブ４７を備えている。即ち、排気浄化システム１０は、内燃機関５の停止時に、還元剤供給装置４０に充填されていた尿素水溶液を貯蔵タンク４１に回収可能な構成を有している。
　この還元剤供給装置４０の構成要素のうち、圧送ポンプ４２は、第２の供給経路４５内の圧力が所定値で維持されるように、貯蔵タンク４１内の尿素水溶液を汲み上げて還元剤噴射弁４３に圧送する。圧送ポンプ４２として、代表的には電動式ポンプが用いられる。
　また、還元剤噴射弁４３は、制御装置６０から出力される制御信号によって還元剤噴射弁４３が開かれたときに、尿素水溶液を排気管１１中に噴射する。還元剤噴射弁４３としては、例えばＤＵＴＹ制御によって開弁のＯＮ－ＯＦＦが制御されるＯＮ－ＯＦＦ弁が用いられる。
　このような還元剤噴射弁４３を構成する電子部分や樹脂部分等は比較的熱に弱く、その耐熱温度Ｔｌｉｍは１４０℃乃至１５０℃程度である一方、通常運転時における排気ガス温度は、２００℃乃至３００℃程度である。
　そのため、この還元剤供給装置４０は、還元剤噴射弁４３のハウジングに設けられた冷却水通路３５と、内燃機関５の冷却水通路３３から分岐して冷却水通路３５に連通する冷却水循環通路３３・３４と、冷却水循環通路３３・３４を流れる冷却水の流量を調節する冷却水流量制御弁３１・３２とを備えている。
　これにより、内燃機関５の冷却水を還元剤噴射弁４３の冷却水通路３５に循環させ、還元剤噴射弁４３の温度を７０℃乃至８０℃程度に保ち、還元剤噴射弁４３の熱損傷を防止することができる。
　また、還元剤噴射弁４３からの還元剤の噴射を行うために、貯蔵タンク４１内の相対的に低温である尿素水溶液が還元剤噴射弁４３に圧送されるので、還元剤噴射弁４３から尿素水溶液への熱移動によっても、還元剤噴射弁４３の放熱が促される。
　上述のエンジン冷却水の循環や、尿素水溶液への熱移動による還元剤噴射弁４３の放熱は、特に、内燃機関５の運転中において行われる。
　内燃機関５の運転中にエンジン冷却水が循環し、また、内燃機関５の運転中に還元剤噴射弁４３へ尿素水溶液が圧送されるためである。
　図２は、本発明の実施の一形態に係る還元剤供給装置の還元剤噴射弁周辺の構成を示す説明図であり、具体的には、冷却媒体循環装置が還元剤噴射弁に付設された構成を有する本発明の実施の一形態に係る還元剤供給装置の還元剤噴射弁及び冷却媒体循環通路の接続部の配置を示す説明図である。
　図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、冷却媒体循環装置が還元剤噴射弁４３に付設された構成を有する本発明の実施の一形態に係る還元剤供給装置においては、冷却媒体循環装置の冷却媒体循環通路の流入側接続部及び流出側接続部が、使用のために配置及び固定されたときの還元剤噴射弁４３の鉛直方向における上方側に配設される構成となっている。
　図２（ａ）の例では、流入側冷却媒体循環通路３４ａ及び流出側冷却媒体循環通路３４ｂの両方が還元剤噴射弁４３の上方に向って延設されており、図２（ｂ）の例では、一方の流入側冷却媒体循環通路３４ａが還元剤噴射弁４３の下方に向って延設され、他方の流出側冷却媒体循環通路３４ｂが還元剤噴射弁４３の上方に向って延設されている。
　但し、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すいずれの例においても、本発明の実施の一形態に係る還元剤供給装置の特徴的構成として、冷却媒体循環装置の冷却媒体循環通路の流入側接続部及び流出側接続部の両方が、使用のために配置及び固定されたときの還元剤噴射弁４３の鉛直方向における上方側に配設されている。
　冷却媒体循環装置は、前述のように、通常、内燃機関を冷却するための冷却機構の一部として構成されるので、内燃機関の停止に伴って冷却機構による冷却媒体の循環が停止すると、還元剤噴射弁４３を冷却するための冷却媒体の循環も停止する。
　内燃機関が停止しても排気管内に残存している排気ガスの温度は直ちには低下しないので、排気ガスの熱によって還元剤噴射弁４３の温度が上昇し、それにより冷却媒体が沸騰して気化し、高温の気泡が発生する。
　しかし、本発明の実施の一形態に係る還元剤供給装置においては、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、冷却媒体循環装置の冷却媒体循環通路の流入側接続部及び流出側接続部の両方が、使用のために配置及び固定されたときの還元剤噴射弁４３の鉛直方向における上方側に配設されているので、冷却媒体の気化により発生した高温の気泡が冷却媒体循環通路の接続部近傍に蓄積することがない。
　冷却媒体の高温の気泡は、還元剤噴射弁４３の上方に向って延設された流出側冷却媒体循環通路３４ｂを通じて還元剤噴射弁４３の冷却媒体循環通路接続部近傍から逃げることができ、また、流入側冷却媒体循環通路３４ａからは冷たい冷却媒体が供給されるので、還元剤噴射弁４３の温度がさらに上昇することはなく、むしろ還元剤噴射弁４３は冷却されて噴射弁温度は低下することになる。
　従って、本発明の実施の一形態に係る還元剤供給装置においては、還元剤噴射弁４３を冷却するための冷却媒体の循環停止に伴って冷却媒体の沸騰及び気化が発生した場合においても、気化した冷却媒体が還元剤噴射弁近傍に蓄積しないので、還元剤噴射弁４３のさらなる温度上昇を抑制して、還元剤噴射弁４３の熱損傷による故障や機能障害等の発生を回避することができる。
　還元剤を冷却媒体として用いる構成の場合においても、本発明の実施の一形態に係る還元剤供給装置の構成によれば、同様の効果を得ることができる。

Claims (2)

  1. 　内燃機関の排気ガス中のＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒に還元剤としての尿素水溶液を供給するために、前記尿素水溶液を貯蔵タンクから還元剤噴射弁へ供給することにより前記排気ガス中に噴射すると共に前記内燃機関を停止する際には供給経路内の前記尿素水溶液を前記貯蔵タンクへ回収する還元剤供給装置において、
    　前記還元剤噴射弁を冷却するための冷却媒体循環装置を備え、
    　前記冷却媒体循環装置の冷却媒体循環通路の流入側接続部及び流出側接続部が、使用のために配置及び固定されたときの前記還元剤噴射弁の鉛直方向における上方側に配設されていることを特徴とする還元剤供給装置。
  2. 　内燃機関の排気ガス中の排気微粒子を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタと、還元剤としての尿素水溶液を貯蔵タンクから還元剤噴射弁へ供給することにより前記排気ガス中に噴射して供給すると共に前記内燃機関を停止する際には供給経路内の前記尿素水溶液を前記貯蔵タンクへ回収する還元剤供給装置と、前記尿素水溶液を用いて前記排気ガス中のＮＯｘを浄化するＳＣＲ触媒と、を排気上流側から順次に備えた排気浄化システムにおいて、
    　前記還元剤供給装置は、前記還元剤噴射弁を冷却するための冷却媒体循環装置を備え、
    　前記冷却媒体循環装置の冷却媒体循環通路の流入側接続部及び流出側接続部が、使用のために配置及び固定されたときの前記還元剤噴射弁の鉛直方向における上方側に配設されていることを特徴とする排気浄化システム。
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