WO2016092665A1

WO2016092665A1 - 還元剤供給装置および還元剤供給装置の制御方法

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Publication number: WO2016092665A1
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Abstract

　還元剤供給装置（４）は、還元剤を貯蔵するタンク（５０）と、還元剤を圧送する圧送手段と、還元剤を供給する還元剤供給通路（７０）と、還元剤を排気管（１１）内に噴射する噴射ノズル（６０）と、還元剤をタンク（５０）側に吸い戻す吸い戻し手段と、制御装置（５）とを備える。制御装置（５）は、エンジン（１０）の停止後に、還元剤をタンク（１０）側に吸い戻して噴射ノズル（６０）から還元剤供給通路（７０）内に排気ガスを導入する還元剤吸い戻し処理と、還元剤を供給して圧縮した還元剤供給通路（７０）内の排気ガスを、噴射ノズル（６０）から放出し、還元剤が噴射ノズル（６０）に到達する前に閉弁するガス放出処理とを実行する。

Description

還元剤供給装置および還元剤供給装置の制御方法

　本発明は、還元剤供給装置および還元剤供給装置の制御方法に関する。

　油圧ショベルやホイールローダなどの建設機械や、バス、貨物用トラック、ダンプトラック、オンロードトラックなどの運搬車両、定置式の発電機等のディーゼルエンジン等を備える車両や機械では、エンジンから排出される排気ガス中の規制物質の一つである窒素酸化物（ＮＯｘ）を規制値内に収める装置として尿素水を用いた選択的触媒還元（Selective Catalytic Reduction；以下「ＳＣＲ」と記す）システムがある。
　この尿素ＳＣＲシステムは、還元剤としての尿素水を貯蔵するタンクと、タンク内から汲み上げた還元剤を圧送する圧送ポンプと、圧送される前記還元剤を供給する還元剤供給通路と、前記還元剤を還元剤供給通路から排気管内に供給する還元剤噴射ノズルとを備えて構成される。
　ここで、尿素ＳＣＲシステムにおいて、尿素水を噴射する装置には、圧縮空気を利用するエアアシスト方式と、圧縮空気を利用しないエアレス方式とがある。エアレス方式は尿素水を昇圧させるため、ノズルの開口を開閉する弁を設けている。このため、弁の開閉時間や回数を制御することで、尿素水の噴射量を高精度に制御できる。

　尿素ＳＣＲシステムでは、エンジンの停止後に、還元剤噴射ノズル内に残存する尿素水の溶媒（水）が蒸発すると尿素が結晶化する。このため、噴射弁が作動不良となったり、噴射孔が目詰まりすることで、尿素水噴射不能という不具合が生じる。さらに、低温で凍結した場合には体積が増加するので噴射弁等の機器を破損させる可能性もある。
　このため、エンジンの停止後に、圧送ポンプが、還元剤供給通路および還元剤噴射ノズルに対して、さらに尿素水溶水を充填した後、吸引して回収することで還元剤噴射ノズルの熱を回収し、噴射ノズル内に残留した尿素水が高温になるのを避けることで尿素水の固化を未然に防止する還元剤供給装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２－１３７０４１号公報

　しかしながら、特に噴射ノズル内の流路は複雑な形状をしているため、噴射ノズルに尿素水を充填してから吸引して回収しようとしても、尿素水を完全に回収することが難しく、尿素水が残留するという問題がある。
　そして、尿素水が残留した状態で放置すると、前述のとおり、水分が蒸発して尿素が析出し、噴射ノズル内の流路を閉塞したり、弁の動きに支障が生じ、エンジンの運転を再開した時に、尿素水噴射不能状態になるという問題がある。

　本発明の目的の一つは、噴射ノズル内に還元剤が残留することを抑制できる還元剤供給装置および還元剤供給装置の制御方法を提供することにある。

　本発明の還元剤供給装置は、エンジンの排気管内に供給される還元剤を貯蔵するタンクと、前記タンク内の前記還元剤を圧送する圧送手段と、圧送される前記還元剤を供給する還元剤供給通路と、前記還元剤供給通路により供給された前記還元剤を前記排気管内に噴射する噴射ノズルと、前記還元剤供給通路内の前記還元剤を前記タンク側に吸い戻す吸い戻し手段と、前記圧送手段、前記噴射ノズルおよび前記吸い戻し手段の動作を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記エンジンの停止後に、還元剤吸い戻し処理と圧縮ガス放出処理とを実行し、前記還元剤吸い戻し処理では、前記制御装置は、前記噴射ノズルを閉弁した状態で前記吸い戻し手段を作動して、前記還元剤供給通路内の前記還元剤を前記タンク側に吸い戻し、前記噴射ノズルを開弁した状態で前記吸い戻し手段を作動して、前記噴射ノズルおよび前記還元剤供給通路内に前記排気管内のガスを導入し、前記圧縮ガス放出処理では、前記制御装置は、前記噴射ノズルを閉弁した状態で前記圧送手段を作動して前記還元剤供給通路に前記還元剤を供給し、前記還元剤供給通路内に導入された前記ガスを圧縮し、前記噴射ノズルを開弁して前記圧縮されたガスを、前記噴射ノズルを通して前記排気管内に放出し、前記還元剤供給通路内の前記還元剤が前記噴射ノズルに到達する前に前記噴射ノズルを閉弁することを特徴とする。

　本発明によれば、エンジンの停止後に、噴射ノズルを閉弁した状態で吸い戻し手段を作動するため、噴射ノズルおよび還元剤供給通路内の還元剤をタンク側に吸い戻すことができる。
　次に、噴射ノズルを開弁した状態で前記吸い戻し手段を作動して、前記噴射ノズルおよび前記還元剤供給通路内に前記排気管内のガスを導入する。その後、噴射ノズルを閉弁して圧送手段で還元剤供給通路内に還元剤を供給する。このため、還元剤供給通路内に導入された前記ガスは、還元剤供給通路に供給された還元剤と噴射ノズル間に閉じ込められ、還元剤が圧送されるに従って圧縮される。
　その後、噴射ノズルを開弁すると、前記圧縮されたガスが噴射ノズルを通して前記排気管に放出される。この圧縮ガスによって噴射ノズルに加わる圧力は、前記吸い戻し手段で噴射ノズル内の還元剤を吸い戻す場合に比べて容易に高くできる。したがって、吸い戻し時に前記噴射ノズル内に還元剤が残留していても、前記圧縮ガスの放出によって残留した還元剤を吹き飛ばして除去することができる。
　このため、噴射ノズル内に還元剤が残留することを抑制でき、残留した還元剤が結晶化することも防止できる。したがって、噴射ノズル内の流路を結晶が閉塞したり、結晶によって弁の動きに支障が生じることも防止でき、エンジンの運転を再開した時に、還元剤を排気管内に確実に噴射できる。
　さらに、圧縮ガスを放出した後、制御装置は、還元剤供給通路内の還元剤が噴射ノズルに到達する前に噴射ノズルを閉弁しているので、還元剤が再度噴射ノズルに到達することも防止できる。したがって、噴射ノズル内に残留する還元剤が増えることはなく、仮に１回目の圧縮ガス放出処理では残留した還元剤を除去できない場合でも、圧縮ガス放出処理を複数回繰り返すことで、噴射ノズル内の還元剤を確実に除去できる。

　本発明の還元剤供給装置において、前記還元剤吸い戻し処理では、前記制御装置は、前記噴射ノズルを閉弁した状態で前記吸い戻し手段を作動して、前記還元剤供給通路内の前記還元剤を前記タンク側に吸い戻し、前記吸い戻し手段の作動を開始してから予め設定された第１設定時間経過時に、前記噴射ノズルを開弁し、前記噴射ノズルおよび前記還元剤供給通路内に前記排気管内のガスを導入し、前記吸い戻し手段の作動を開始してから予め設定された第２設定時間経過時に、前記吸い戻し手段を停止し、前記吸い戻し手段の作動を開始してから予め設定された第３設定時間経過時に、前記噴射ノズルを閉弁し、前記圧縮ガス放出処理では、前記制御装置は、前記噴射ノズルを閉弁した状態で前記圧送手段を作動して前記還元剤供給通路に前記還元剤を供給し、前記還元剤供給通路内に導入された前記ガスを圧縮し、前記圧送手段を作動してから予め設定された第４設定時間経過時に前記噴射ノズルを開弁して前記圧縮されたガスを、前記噴射ノズルを通して前記排気管内に放出し、前記圧送手段を作動してから予め設定された第５設定時間経過時に前記噴射ノズルを閉弁することが好ましい。

　本発明の還元剤供給装置において、前記還元剤供給通路内の圧力を測定する圧力計を備え、前記還元剤吸い戻し処理では、前記制御装置は、前記噴射ノズルを閉弁した状態で前記吸い戻し手段を作動して、前記還元剤供給通路内の前記還元剤を前記タンク側に吸い戻し、前記吸い戻し手段の作動を開始してから前記圧力計の測定値が予め設定された第１圧力値になると、前記噴射ノズルを開弁し、前記噴射ノズルおよび前記還元剤供給通路内に前記排気管内のガスを導入し、前記圧力計の測定値が前記第１圧力値よりも高い予め設定された第２圧力値になると、前記吸い戻し手段を停止し、前記圧力計の測定値が前記第２圧力値よりも高い予め設定された第３圧力値になると、前記噴射ノズルを閉弁し、前記圧縮ガス放出処理では、前記制御装置は、前記噴射ノズルを閉弁した状態で前記圧送手段を作動して前記還元剤供給通路に前記還元剤を供給し、前記還元剤供給通路内に導入された前記ガスを圧縮し、前記圧力計の測定値が前記第３圧力値よりも高い予め設定された第４圧力値になると、前記噴射ノズルを開弁して前記圧縮されたガスを、前記噴射ノズルを通して前記排気管内に放出し、前記圧力計の測定値が前記前記第３圧力値よりも高くかつ前記第４圧力値よりも低い予め設定された第５圧力値になると、前記噴射ノズルを閉弁することが好ましい。

　本発明の還元剤供給装置において、前記第１圧力値と、前記第２圧力値と、前記第３圧力値と、前記第４圧力値と、前記第５圧力値とは、前記還元剤供給通路の内径および長さと、前記圧送手段および吸い戻し手段の容積と、前記噴射ノズルの容積とに基づいて算出された値であることが好ましい。

　本発明の還元剤供給装置において、前記制御装置は、前記エンジンの停止後に、前記還元剤吸い戻し処理および前記圧縮ガス放出処理を複数回繰り返した後、前記還元剤吸い戻し処理を実行することが好ましい。

　本発明の還元剤供給装置の制御方法は、エンジンの排気管内に供給される還元剤を貯蔵するタンクと、前記タンク内の前記還元剤を圧送する圧送手段と、圧送される前記還元剤を供給する還元剤供給通路と、前記還元剤供給通路により供給された前記還元剤を前記排気管内に噴射する噴射ノズルと、前記還元剤供給通路内の前記還元剤を前記タンク側に吸い戻す吸い戻し手段と、を備えた還元剤供給装置の制御方法であって、前記エンジンの停止後に、前記噴射ノズルを閉弁した状態で前記吸い戻し手段を作動して、前記還元剤供給通路内の前記還元剤を前記タンク側に吸い戻し、前記噴射ノズルを開弁した状態で前記吸い戻し手段を作動して、前記噴射ノズルおよび前記還元剤供給通路内に前記排気管内のガスを導入し、前記噴射ノズルを閉弁した状態で前記圧送手段を作動して前記還元剤供給通路に前記還元剤を供給し、前記還元剤供給通路内に導入された前記ガスを圧縮し、前記噴射ノズルを開弁して前記圧縮されたガスを、前記噴射ノズルを通して前記排気管内に放出し、前記還元剤供給通路内の前記還元剤が前記噴射ノズルに到達する前に前記噴射ノズルを閉弁することを特徴とする。
　本発明においても、前記還元剤供給装置と同じ作用効果を奏することができる。

本発明の第１実施形態にかかる還元剤供給装置を含む排気ガス後処理装置を示す構成図。還元剤供給装置における噴射ノズルを示す構成図。第１実施形態における還元剤供給装置の制御方法を説明するフローチャート。尿素水吸い戻し処理を説明するフローチャート。圧縮ガス放出処理を説明するフローチャート。尿素水吸い戻し処理の動作を説明する動作説明図。尿素水吸い戻し処理の動作を説明する動作説明図。尿素水吸い戻し処理の動作を説明する動作説明図。尿素水吸い戻し処理の動作を説明する動作説明図。尿素水吸い戻し処理の動作を説明する動作説明図。尿素水吸い戻し処理の動作時の系内圧力の変化を示すグラフ。圧縮ガス放出処理の動作を説明する動作説明図。圧縮ガス放出処理の動作を説明する動作説明図。圧縮ガス放出処理の動作を説明する動作説明図。圧縮ガス放出処理の動作を説明する動作説明図。圧縮ガス放出処理の動作を説明する動作説明図。圧縮ガス放出処理の動作時および２回目の尿素水吸い戻し処理の動作時の系内圧力の変化を示すグラフ。第２実施形態の尿素水吸い戻し処理を示すフローチャート。第２実施形態の圧縮ガス放出処理を示すフローチャート。第２実施形態の系内圧力による制御動作を説明する説明図。第２実施形態の圧縮ガス放出処理での系内圧力の変化および残存空間の変化を初期値に対する比で表すグラフ。

　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
［排気ガス後処理装置の全体構成］
　図１は第１実施形態の還元剤供給装置４を含む排気ガス後処理装置１の全体構成を示す。排気ガス後処理装置１は、ディーゼルエンジン（以下「エンジン」と記す）１０の排気管１１内を流れる排気ガス中の粒子状物質（Particulate Matter；以下「ＰＭ」と記す）や窒素酸化物（ＮＯｘ）等の残留物質の捕集や還元などの処理を行って排気ガスを浄化する装置であり、ディーゼル・パーティキュレート・フィルタ（Diesel particulate filter；以下「ＤＰＦ」と記す）装置２と、選択的触媒還元（Selective Catalytic Reduction；以下「ＳＣＲ」と記す）装置３と、還元剤供給装置４と、制御装置５とを備える。

［ＤＰＦ装置］
　ＤＰＦ装置２は、ディーゼル酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst；以下「ＤＯＣ」と記す）２１と、触媒化スートフィルタ（Catalyzed Soot Filter；以下「ＣＳＦ」と記す）２２とを備えている。
　ＤＯＣ２１は、排気ガス中に必要に応じて供給されるドージング燃料を酸化、発熱させて、排気ガス温度を所定の高温域まで上昇させる触媒である。この上昇した排気ガスを利用することで、後述するＣＳＦ２２に堆積したＰＭを自己燃焼させて焼却除去し、ＣＳＦ２２を再生させる。
　ドージング燃料は、内燃機関がディーゼルエンジンの場合では、例えばエンジン燃料と同じ軽油であり、排気管１１に設けられたドージング用の燃料噴射装置（図示略）により排気ガス中に供給され、排気ガスと共にＤＰＦ装置２内に流入する。また、ドージング用の燃料をエンジンシリンダ内に供給する場合では、エンジンシリンダ内噴射用の燃料噴射装置によりドージング用の燃料を供給することになる。

　ＣＳＦ２２は、詳細な図示を省略するが、多数の小孔を配した構造とされて排気ガス中のＰＭを捕集するフィルターである。ＣＳＦ２２の小孔は、流入側から流出側に向かって連通しており、その断面は多角形状（例えば、六角形状）に形成されている。小孔としては、入口側で開口して出口側で目封じされたものと、入口側で目封じされて出口側で開口したものとが交互に配置されており、前者の小孔から流入した排気ガスが、境界壁を通過して後者の小孔に抜け、下流側に流出する。そして、その境界壁でＰＭが捕集される。

　ＣＳＦ２２の材質は、コージェライトや炭化珪素等のセラミックス、または、ステンレスやアルミニウム等の金属からなり、用途に応じて適宜決定される。なお、ＣＳＦ２２の入口側には、ＤＯＣ２１とは材質の異なる酸化触媒がウォッシュコート等によりコーティングされていてもよい。

［ＳＣＲ装置］
　ＳＣＲ装置３は、ＳＣＲ３１と、アンモニア酸化触媒３２とを備える。
　ＳＣＲ３１は、還元剤供給装置４から排気ガス中に噴射される尿素水の分解で得られるアンモニアを還元剤とすることで、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）を還元浄化するものである。
　ＳＣＲ３１の下流側に配置されるアンモニア酸化触媒３２は、ＳＣＲ３１で未使用とされたアンモニアを酸化処理して無害化するものであり、排気ガス中の有害成分をより低減する。
　なお、ＳＣＲ装置３には、ＳＣＲ装置３の入口温度を測定する温度センサ、出口温度を測定する温度センサ、アンモニア濃度を測定するアンモニアセンサ等の図示略の各種センサが設けられる。
　これらの各センサの測定データは、制御装置５に出力され、制御装置５は、前記測定データに基づいて還元剤供給装置４を制御して尿素水の噴出制御などを行う。

［還元剤供給装置］
　還元剤供給装置４は、排気ガス中に還元剤水溶液としての尿素水７を噴出する装置であり、尿素水７を圧送するポンプユニット４０と、尿素水７が貯蔵されるタンク５０と、尿素水７を排気管１１内に噴射する噴射ノズル６０と、ポンプユニット４０によってタンク５０から噴射ノズル６０に供給される尿素水７が流れる還元剤供給通路７０とを備える。

［ポンプユニット］
　ポンプユニット４０は、尿素水７を圧送するポンプ４１と、切換弁４２と、圧力計４３と、逆止弁４４と、オリフィス４５とを備える。さらに、ポンプユニット４０は，３つのポート４５１、４５２、４５３を備える。
　ポート４５１は、ポンプユニット４０の入口ポートであり、ポート４５１および切換弁４２間は第１通路４７１で接続されている。ポート４５２は、ポンプユニット４０の出口ポートであり、切換弁４２およびポート４５２間は第２通路４７２で接続されている。ポート４５３は、尿素水７をタンク５０に還流するためのリターンポートであり、ポート４５３は第２通路４７２から分岐された第３通路４７３に接続されている。
　ポート４５１には、ポンプ入口用のスクリーンフィルター４６１が設けられ、ポンプ４１に異物が侵入することを防止している。第２通路４７２の途中には、フィルター４６２が設けられ、異物が流出することを防止している。
　ポート４５３には、スクリーンフィルター４６３と、逆止弁４４と、オリフィス４５とが設けられている。第３通路４７３には圧力計４３が配置されている。第３通路４７３は第２通路４７２に連通しているので、圧力計４３は、第２通路４７２、第２の還元剤供給通路７２の系内圧力Ｐを検出する。

［還元剤供給通路］
　タンク５０およびポート４５１間は、第１の還元剤供給通路７１で接続されている。ポート４５２および噴射ノズル６０間は、第２の還元剤供給通路７２で接続されている。したがって、第１の還元剤供給通路７１および第２の還元剤供給通路７２で、タンク５０から噴射ノズル６０に還元剤である尿素水７を供給する還元剤供給通路７０が構成される。
　また、ポート４５３およびタンク５０間はバイパス通路７３で接続されている。
　そして、第１の還元剤供給通路７１、第２の還元剤供給通路７２、バイパス通路７３は、具体的にはホースで構成されている。

　第１の還元剤供給通路７１のタンク５０側の端部は、尿素水７の吸引を可能とするため、タンク５０の底面近くに配置されている。また、第１の還元剤供給通路７１の端部には、タンク吸込口ストレーナ７５が設けられ、還元剤供給通路７０内に異物が吸引されることを防止している。
　バイパス通路７３のタンク５０側の端部は、タンク５０内の尿素水７の液面よりも高い位置に配置されている。
　さらに、タンク５０には、内部の圧力を大気圧に維持するためのブリーザー等が設けられている。

　［ポンプ］
　ポンプ４１は、代表的には電動式ポンプが用いられ、制御装置５によって駆動が制御される。このポンプ４１の入口側通路４１１および出口側通路４１２は、切換弁４２に接続されている。

　［切換弁］
　切換弁４２は、制御装置５からの制御信号によって、ポンプ４１によって圧送される尿素水７が流れる方向を、タンク５０から噴射ノズル６０に向かう順流方向と、噴射ノズル６０からタンク５０に向かう逆流方向とに切り換える電磁切換弁である。
　切換弁４２は、制御装置５から制御信号が出力されておらず、ソレノイドに通電されていない場合は、第１通路４７１を入口側通路４１１に連通し、第２通路４７２を出口側通路４１２に連通して、尿素水７が流れる方向を順流方向に設定する。この場合、ポンプ４１が作動すると、第１の還元剤供給通路７１から第１通路４７１を介して入口側通路４１１に尿素水７が吸い込まれ、出口側通路４１２から第２通路４７２を介して第２の還元剤供給通路７２に尿素水７が吐出される。したがって、ポンプ４１および順流方向に設定された切換弁４２によって、本発明の圧送手段が構成される。
　一方、切換弁４２は、制御装置５から制御信号が出力されてソレノイドに通電されていると、第１通路４７１を出口側通路４１２に連通し、第２通路４７２を入口側通路４１１に連通して、尿素水７が流れる方向を逆流方向に切り換える。この場合、ポンプ４１が作動すると、第２の還元剤供給通路７２から第２通路４７２を介して入口側通路４１１に尿素水７が吸い込まれ、出口側通路４１２から第１通路４７１および第１の還元剤供給通路７１を介してタンク５０側に尿素水７が戻される。したがって、ポンプ４１および逆流方向に設定された切換弁４２によって、本発明の吸い戻し手段が構成される。
　なお、尿素水７が流れる方向を切り換える構成としては、本実施形態のような切換弁４２を用いるものに限定されない。例えば、２つのポンプを設け、吐出と吸い戻しとを分担させてもよい。この場合、吐出用ポンプを作動し、吸い戻し用ポンプを停止して尿素水７を順流方向に吐出し、吐出用ポンプを停止し、吸い戻し用ポンプを作動して尿素水７を逆流方向に吸い戻せばよい。

　［噴射ノズル］
　噴射ノズル６０は、図２に示すように、ケース６１内に軸方向に移動可能に配置された針弁６２を、噴射孔６３に連通する弁座６４に対して、電磁石６５およびバネ６６を用いて進退させて開弁状態および閉弁状態を制御するものである。すなわち、制御装置５から制御信号が出力されて電磁石６５に通電されると、電磁石６５で発生する磁力によって針弁６２が弁座６４から離れ、噴射ノズル６０は噴射孔６３から尿素水７を噴射可能な開弁状態となる。一方、制御装置５から制御信号が出力されずに電磁石６５に通電されていない場合は、バネ６６および尿素水７の圧力によって針弁６２が弁座６４に当接し、噴射ノズル６０は噴射孔６３から尿素水を噴射できない閉弁状態となる。
　そして、噴射ノズル６０が開弁状態となって噴射孔６３から排気管１１内に噴射された尿素水７は、排気ガスの熱によって熱分解されてアンモニアとなり、ＳＣＲ３１で窒素酸化物を還元浄化する。
　なお、噴射ノズル６０と第２の還元剤供給通路７２との間には、図１に示すように、スクリーンフィルター６７が設けられている。

　［制御装置］
　制御装置５は、マイクロコンピュータで構成され、圧力計４３の検出信号が読み込まれる他、ＤＰＦ装置２やＳＣＲ装置３に設けられた各圧力センサや各温度センサのセンサ信号が読み込み可能に構成されている。
　さらに、エンジン１０の回転数を検出する回転数センサ、車両の車速を検出する車速センサ、アクセルペダルの操作量を検出するアクセルセンサ、ブレーキペダルの操作量を検出するブレーキセンサ等の各種センサ信号も読込み可能に構成されている。
　また、制御装置５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。
　さらに、制御装置５には、時間を計測するタイマー６が内蔵されている。

　制御装置５は、ポンプ４１、切換弁４２、噴射ノズル６０に制御信号を出力してこれらの動作を制御する。
　すなわち、制御装置５は、エンジン１０の運転中、圧力計４３で検出される圧力値に基づいてポンプ４１をフィードバック制御することで、第２通路４７２や第２の還元剤供給通路７２内の圧力を所定値に維持する。具体的には、制御装置５は、ポンプ４１で尿素水７を圧送している際に圧力計４３で検出される圧力値が予め設定した所定値よりも高くなった場合は、ポンプ４１の吐出量を減らし、前記圧力値が前記所定値よりも低くなった場合は、ポンプ４１の吐出量を増やすことで、第２通路４７２や第２の還元剤供給通路７２の圧力を所定値に維持する。
　また、制御装置５は、エンジン１０の回転数やＳＣＲ３１の排気下流側に設けられたＮＯ_Xセンサのセンサ値等に基づいて、噴射ノズル６０の駆動を制御する。
　さらに、制御装置５は、エンジン１０の停止時に、尿素水７を噴射ノズル６０から除去する処理の実行を指示する。この場合、制御装置５は、後述するように、ポンプ４１、切換弁４２、噴射ノズル６０を所定のタイミングで作動して尿素水７を噴射ノズル６０から除去する。

［還元剤供給装置の制御方法］
　次に、制御装置５による還元剤供給装置４の制御方法について、図３～図５のフローチャート、図６～図１０の動作説明図に基づいて説明する。
　制御装置５は、図３に示すように、エンジン１０の動作中は、エンジンスタータキーがオフされたかを判定する（ステップＳ１）。制御装置５は、ステップＳ１でＮＯと判定した場合、エンジン１０が動作中であるため、還元剤供給装置４を作動させて排気管１１内に尿素水７を噴射する制御を継続する。
　すなわち、エンジン１０の動作中は、図６にも示すように、制御装置５はポンプユニット４０内のポンプ４１を圧力計４３で検出される圧力値に基づいて制御して、タンク５０内の尿素水７を噴射ノズル６０側に圧送する。一部の尿素水７はバイパス通路７３を介してタンク５０内に戻り、第２の還元剤供給通路７２内の圧力は所定値に維持される。
　また、制御装置５は、ＳＣＲ装置３に設けられた温度センサやアンモニアセンサなどの測定値に基づいて、噴射ノズル６０の開弁時間や回数を制御して排気管１１内への尿素水７の噴射を制御する。

　ここで、オペレータがエンジン１０のスタータキーをＯＦＦ（オフ）にすると、図３に示すように、制御装置５は、ステップＳ１でＹＥＳと判定し、ステップＳ２以降の噴射ノズル６０内の残留尿素水の除去処理を行う。この際、制御装置５は、ステップＳ１でＹＥＳと判定されてエンジン１０が停止した後もポンプ４１の駆動を継続する。
　なお、エンジン１０が停止されるタイミングはオペレータの操作によるため、エンジン１０の停止直前に噴射ノズル６０が開弁されて尿素水７が噴射されている場合と、噴射ノズル６０が閉弁されて尿素水７が噴射されていない場合の両方がある。

　制御装置５は、ステップＳ１でＹＥＳと判定すると、処理回数を示す変数Ｎを初期値「１」に設定する（ステップＳ２）。
　次に、制御装置５は、後述する尿素水吸い戻し処理（ステップＳ３）を実行する。次に、制御装置５は、変数Ｎが予め設定された設定値Ｎ０より大きいかを判定する（ステップＳ４）。設定値Ｎ０は、後述するように、圧縮ガス放出処理Ｓ５の実行回数の設定値である。
　制御装置５は、ステップＳ４でＮＯと判定すると、後述する圧縮ガス放出処理（ステップＳ５）を実行し、変数Ｎに「１」を加算する（ステップＳ６）。

　ステップＳ６の次に、制御装置５は、尿素水吸い戻し処理Ｓ３を再度実行する。そして、ステップＳ４でＹＥＳと判定されるまで、ステップＳ５、Ｓ６、Ｓ３の各処理を繰り返し実行する。
　制御装置５は、ステップＳ４でＹＥＳと判定されると、すなわち、圧縮ガス放出処理Ｓ５を設定値Ｎ０の回数だけ実行すると、エンジン停止時の還元剤供給装置４の制御を終了する。なお、ステップＳ３～Ｓ６を繰り返して制御を終了する際に、尿素水吸い戻し処理Ｓ３は、最初と最後に実行されるため、圧縮ガス放出処理Ｓ５よりも１回多く実行される。

［尿素水吸い戻し処理］
　次に、尿素水吸い戻し処理Ｓ３の詳細について、図４のフローチャート、図６～図１０の動作説明図、図１１の圧力変化を示すグラフに基づいて説明する。
　ステップＳ１でＹＥＳと判定されるまでは、前述のとおり、圧力計４３で検出される系内圧力Ｐに基づいて制御装置５がポンプ４１を制御することで、圧力計４３で検出される第２通路４７２および第２の還元剤供給通路７２の系内圧力Ｐは所定の正圧（所定値）で維持される。
　そして、前述のとおり、尿素水吸い戻し処理Ｓ３が実行されると、制御装置５は、噴射ノズル６０の弁を閉じる（ステップＳ３１）。
　なお、前述したように、エンジンスタータキーのオフ操作タイミングによっては、噴射ノズル６０が弁閉状態の場合もあるが、その場合は、弁閉状態を維持する。すなわち、制御装置５は、噴射ノズル６０の電磁石６５に通電している弁開状態であれば、ステップＳ３１で電磁石６５への通電を切断し、弁を閉じる。また、制御装置５は、噴射ノズル６０の電磁石６５に通電していない弁閉状態であれば、ステップＳ３１でもそのまま電磁石６５に通電しない状態つまり弁閉状態を維持する。なお、ステップＳ３１を実行する前に、噴射ノズル６０の開閉状態を判定し、噴射ノズル６０が開弁状態の場合のみ噴射ノズル６０の弁を閉じる処理を実行してもよい。

　次に、制御装置５は、タイマー６による時間計測を開始する（ステップＳ３２）。タイマー６によって計測された計測時間をｔで表すと、制御装置５は、ステップＳ３２でｔ＝０に初期化し、その後、内蔵されたタイマー６を用いて時間ｔを計測する。

　次に、制御装置５は、切換弁４２のソレノイドに通電して切換弁４２を逆流側に切り替える（ステップＳ３３）。この際、ポンプ４１は作動を継続しており、切換弁４２を逆流側に切り換えた時点で吸い戻し手段が作動したことになる。また、制御装置５がステップＳ３２，Ｓ３３を実行する時間は非常に短いため、タイマー６で計測される時間ｔは、実質的に切換弁４２を逆流側に切り換えて吸い戻し手段の作動を開始した時間Ｔ０からの経過時間ｔである。
　切換弁４２を逆流側に切り換えると、図７に示すように、吸い戻し手段として機能するポンプ４１の作動によって、噴射ノズル６０および第２の還元剤供給通路７２内の尿素水７が、第１の還元剤供給通路７１を介してタンク５０側に逆流して吸い戻される。このため、図１１の時間Ｔ０から時間Ｔ１の間で示すように、第２の還元剤供給通路７２内の系内圧力Ｐは徐々に低下する。また、尿素水７が逆流している間、バイパス通路７３は逆止弁４４によって塞がれているので、バイパス通路７３における尿素水７の流れは停止する。
　この状態でポンプ４１の作動を継続すると、ある程度、尿素水７の逆流が継続するが、噴射ノズル６０が閉弁状態であるため、ポンプ４１の吸込能力限界の負圧になると、第１の還元剤供給通路７１、第２の還元剤供給通路７２内における尿素水７の逆流も止まる。

　制御装置５は、時間Ｔ０をスタートとして内部のタイマー６で計測した時間ｔ（時間Ｔ０からの経過時間）が、予め設定された第１設定時間Ｔ１以上になったか否かを判定する（ステップＳ３４）。
　ここで、第１設定時間Ｔ１は、ステップＳ３３で切換弁４２を逆流側に切り替えて第２の還元剤供給通路７２内の尿素水７がタンク５０側に逆流し始めてから、第２の還元剤供給通路７２内の圧力が規定の負圧（第１圧力値Ｐ１）になるまでの時間である。この第１設定時間Ｔ１は、予め実験することで求めることもできるし、逆流状態で噴射ノズル６０からポンプ４１まで尿素水７が逆流される第２の還元剤供給通路７２、第２通路４７２、入口側通路４１１の容積と、ポンプ４１の容積とに基づいて設定することもできる。
　制御装置５は、前記計測時間ｔが第１設定時間Ｔ１未満の場合（ステップＳ３４でＮＯの場合）は、噴射ノズル６０を閉弁したまま、逆流状態でポンプ４１を作動し続けて、尿素水７の吸い戻し動作を継続する。

　制御装置５は、ステップＳ３４でＹＥＳと判定すると、電磁石６５に通電して噴射ノズル６０の弁を開く（ステップＳ３５）。
　図１１に示すように、第２の還元剤供給通路７２内の圧力は所定の負圧Ｐ１になっているので、噴射ノズル６０の弁を開くと、図８に示すように、第２の還元剤供給通路７２内の尿素水７がタンク５０側に吸い戻され、排気管１１内を流れるガスが噴射ノズル６０の噴射孔６３から第２の還元剤供給通路７２内に流れ込む。このため、図１１に示すように、第２の還元剤供給通路７２の系内圧力Ｐは徐々に上昇する。
　また、ステップＳ３３、Ｓ３４で第２の還元剤供給通路７２内の圧力を負圧にしてから、ステップＳ３５で噴射ノズル６０の弁を開くため、噴射ノズル６０の弁を開いた際に第２の還元剤供給通路７２内の尿素水７が排気管１１に噴射されることを防止でき、排気管１１内のガスを噴射ノズル６０および第２の還元剤供給通路７２に確実に導入できる。

　そして、制御装置５は、前記ステップＳ３２で計測を開始した時間ｔが、予め設定された第２設定時間Ｔ２以上になったか否かを判定する（ステップＳ３６）。
　ここで、第２設定時間Ｔ２は、図９に示すように、還元剤供給通路７０（第１の還元剤供給通路７１、第２の還元剤供給通路７２）およびポンプユニット４０内（第２通路４７２、第１通路４７１、入口側通路４１１、出口側通路４１２）が、噴射ノズル６０から流入したガスで置換されるまでの、時間Ｔ０からの経過時間である。
　この第２設定時間Ｔ２も、予め実験することで求めることもできるし、還元剤供給通路７０およびポンプユニット４０の各容積に基づいて設定できる。例えば、実験によって求める場合には、還元剤供給通路７０の第１の還元剤供給通路７１までガスで置換されるとタンク５０の尿素水７内にガスによる気泡が発生するため、計測を開始してからガスによる気泡の発生を確認するまでの経過時間ｔを、第２設定時間Ｔ２に設定すればよい。
　ここで、様々な建設機械などに設置される還元剤供給装置４では、第１の還元剤供給通路７１、第２の還元剤供給通路７２として用いるホースの長さも異なる場合がある。この場合、ホースの直径が同じであり、ポンプユニット４０も同一であれば、第２設定時間Ｔ２は、第１の還元剤供給通路７１、第２の還元剤供給通路７２のホースの長さに応じて容易に設定できる。すなわち、各還元剤供給通路７１、７２のホースの長さが長くなれば、第２設定時間Ｔ２も長く設定すればよい。
　制御装置５は、前記計測時間ｔが第２設定時間Ｔ２未満の場合（ステップＳ３６でＮＯ）は、噴射ノズル６０を開弁した状態でポンプ４１の吸い込み動作を継続する。

　制御装置５は、ステップＳ３６でＹＥＳと判定すると、ポンプ４１を停止する（ステップＳ３７）。この時点での系内圧力Ｐは、図１１に示すように、所定の負圧（第２圧力値Ｐ２）である。第２圧力値Ｐ２は、第１圧力値Ｐ１よりも高い圧力である。
　さらに、制御装置５は、切換弁４２を順流側に切り替える（ステップＳ３８）。これにより、第２の還元剤供給通路７２内の系内圧力Ｐは、徐々に大気圧に近づく。
　制御装置５は、前記経過時間ｔが、予め設定された第３設定時間Ｔ３以上になったか否かを判定する（ステップＳ３９）。
　ここで、第３設定時間Ｔ３は、ステップＳ３２で時間計測を開始してから第２の還元剤供給通路７２の系内圧力Ｐが第３圧力値Ｐ３になるまでの時間である。第３圧力値Ｐ３はほぼ大気圧である。
　第３設定時間Ｔ３も、予め実験することで求めることもできるし、噴射ノズル６０の噴射孔の総面積と、還元剤供給通路７０（第１の還元剤供給通路７１、第２の還元剤供給通路７２）およびポンプユニット４０の総容積とに基づいて設定できる。
　制御装置５は、ステップＳ３９でＮＯと判定されている間、つまり前記計測時間ｔが第３設定時間Ｔ３未満の場合は、噴射ノズル６０を開弁した状態およびポンプ４１を停止した状態を継続する。

　制御装置５は、ステップＳ３９でＹＥＳと判定すると、噴射ノズル６０の弁を閉じる（ステップＳ４０）。以上により、第２の還元剤供給通路７２および噴射ノズル６０の尿素水吸い戻し処理Ｓ３が終了する。
　尿素水吸い戻し処理Ｓ３が完了した時点では、図１０に示すように、還元剤供給通路７０（第１の還元剤供給通路７１、第２の還元剤供給通路７２）のほぼ全長、ポンプユニット４０のほぼ全容積、噴射ノズル６０のほぼ全容積がガスで置換されており、バイパス通路７３は尿素水でほぼ満たされている。また、噴射ノズル６０はステップＳ４０で閉じられた状態に維持されている。

［実施回数判定処理］
　図３に示すように、尿素水吸い戻し処理Ｓ３が完了すると、制御装置５は、圧縮ガス放出処理Ｓ５の実施回数を示す変数Ｎが予め設定された設定値Ｎ０より大きくなったかを判定する（ステップＳ４）。制御装置５は、ステップＳ４でＮＯと判定すると、圧縮ガス放出処理Ｓ５を実施する。一方、制御装置５は、ステップＳ４でＹＥＳと判定すると、図３の制御を終了する。このため、例えば、設定値Ｎ０が「２」であれば、制御装置５は、圧縮ガス放出処理Ｓ５を２回実施して変数Ｎが３となった場合に制御を終了する。
　ここで、設定値Ｎ０は、第２の還元剤供給通路７２の容積などによって設定すればよい。すなわち、第２の還元剤供給通路７２の容積により、圧縮ガス放出処理Ｓ５での一回のガス放出量が相違し、第２の還元剤供給通路７２の容積が大きいほどガスの放出量が増大する。
　圧縮ガス放出処理Ｓ５は、噴射ノズル６０内に残留する少量尿素水を噴射ノズル６０の外に放出することが目的であるため、ある程度の量のガスの放出が必要となる。このため、第２の還元剤供給通路７２の容積が小さく、ガスの放出量が少ない場合には、圧縮ガス放出処理Ｓ５を数回繰り返す必要があり、この実行回数を設定値Ｎ０で設定している。

［圧縮ガス放出処理］
　図３に示すように、制御装置５は、ステップＳ４でＮＯと判定すると、圧縮ガス放出処理Ｓ５を実行する。この圧縮ガス放出処理Ｓ５の詳細について、図５のフローチャート、図１２～図１６の動作説明図、図１７のグラフを用いて説明する。
　圧縮ガス放出処理Ｓ５の開始時は、尿素水吸い戻し処理Ｓ３が完了した状態であるため、図１２に示すように、第１の還元剤供給通路７１のタンク５０側の端部は、タンク５０内の尿素水７内に配置され、第１の還元剤供給通路７１の尿素水７の液面は大気圧とバランスする高さ位置とされている。そして、第１の還元剤供給通路７１の残りの容積部分と、ポンプユニット４０のほぼ全容積、第２の還元剤供給通路７２および噴射ノズル６０のほぼ全容積が、ガスで置換されている。一方、バイパス通路７３は、逆止弁４４のシール性能に影響されるが、ほぼ尿素水７で満たされている。
　そして、制御装置５は、図５に示すように、前記タイマー６を用いて再度時間計測を開始する（ステップＳ５１）。すなわち、前記計測時間ｔを０にリセットし、タイマー６による時間計測を再開する。

　次に、制御装置５は、噴射ノズル６０を閉じたまま、ポンプ４１を起動する（ステップＳ５２）。すると、図１３に示すように、タンク５０から第１の還元剤供給通路７１内に尿素水７が流れ込む。また、逆止弁４４に加わる圧力も上昇し、第１の還元剤供給通路７１およびポンプユニット４０内のガスがバイパス通路７３、および、第２の還元剤供給通路７２、噴射ノズル６０に圧送される。このため、図１７に示すように、第２の還元剤供給通路７２内の系内圧力Ｐは大気圧Ｐ３から上昇する。
　さらに、ポンプ４１の作動が継続すると、図１４に示すように、タンク５０から第１の還元剤供給通路７１に吸い込まれた尿素水７が、バイパス通路７３および第２の還元剤供給通路７２内に流れ込む。噴射ノズル６０は閉弁状態であるため、第２の還元剤供給通路７２に尿素水７が流れ込むと、第２の還元剤供給通路７２および噴射ノズル６０内のガスが圧縮され、系内圧力Ｐがさらに上昇する。系内圧力Ｐは、最大で90×10⁴Pa（9bar）程度まで高まり、ガスの体積は約１／９に縮小する。

　制御装置５は、前記ステップＳ５１で計測時間ｔを０にリセットして計測を開始した時間ｔが、予め設定された第４設定時間Ｔ４以上になったか否かを判定する（ステップＳ５３）。なお、制御装置５がステップＳ５１，Ｓ５２を実行する時間は非常に短いため、ステップＳ５１で計測を開始した時間ｔは、圧送手段であるポンプ４１を作動してからの経過時間ｔである。
　ここで、第４設定時間Ｔ４は、ステップＳ５１で時間計測を開始してから第２の還元剤供給通路７２内の系内圧力Ｐが第４圧力値Ｐ４（例えば、９０×１０^４Pa）になるまでの時間である。
　制御装置５は、ステップＳ５３でＮＯと判定されている間、つまり前記計測時間ｔが第４設定時間Ｔ４未満の場合は、噴射ノズル６０を閉弁した状態でポンプ４１の作動を継続する。

　制御装置５は、ステップＳ５３でＹＥＳと判定すると、噴射ノズル６０の弁を開く（ステップＳ５４）。すると、図１５に示すように、第２の還元剤供給通路７２内の系内圧力Ｐが大気圧よりも高い第４圧力値Ｐ４まで上昇しているため、圧縮されたガスの一部が噴射ノズル６０から排気管１１に勢いよく放出される。このガスの放出によって、噴射ノズル６０の内部に残留していた尿素水７や、噴射ノズル６０の噴射孔６３に残っている尿素水７を排気管１１に排出できる。特に、ポンプ４１を作動して尿素水７を第２の還元剤供給通路７２内に供給してガスを圧縮しているので、高い圧力Ｐ４で噴射ノズル６０内に残留する尿素水７を吹き飛ばすことができる。例えば、尿素水吸い戻し処理Ｓ３における吸引圧力は、約９．８×10⁴Pa（≒１kgf/cm²）以下であるが、ステップＳ５４での圧縮ガス放出による吹き飛ばし圧力は、約４０～５０×10⁴Pa（≒４～５kgf/cm²）程度まで高めることができるので、圧縮ガス放出処理Ｓ５は、尿素水吸い戻し処理Ｓ３に比べて残留した尿素水を効果的に排出できる。
　ステップＳ５４で噴射ノズル６０の弁を開くと、図１７に示すように、第２の還元剤供給通路７２内の系内圧力Ｐは低下する。さらに、第２の還元剤供給通路７２および噴射ノズル６０部分に圧縮されていたガスの一部が、噴射孔６３から放出されるため、図１６に示すように、第２の還元剤供給通路７２内の尿素水は噴射ノズル６０側に移動する。

　次に、制御装置５は、前記ステップＳ５１で計測を開始した時間ｔが、予め設定された第５設定時間Ｔ５以上になったか否かを判定する（ステップＳ５５）。
　ここで、第５設定時間Ｔ５は、ステップＳ５１で計測時間ｔを０にリセットして計測を開始してからの経過時間であり、ステップＳ５４で噴射ノズル６０の弁を開くことで、噴射ノズル６０側に移動した第２の還元剤供給通路７２内の尿素水７が、噴射ノズル６０に到達する時間未満に設定されている。つまり、ステップＳ５１で時間計測を開始してから尿素水７が噴射ノズル６０に到達する時間をＴmaxとすれば、前記第５設定時間Ｔ５はＴmax未満である。
　この第５設定時間Ｔ５は、予め実験することで求めることもできるし、第２の還元剤供給通路７２の容積および噴射ノズル６０の噴射孔６３の総面積に基づいて設定できる。このように、本実施形態では、ステップＳ３４、Ｓ３６、Ｓ３９、Ｓ５３、Ｓ５５において経過時間ｔが予め設定した設定時間Ｔ１～Ｔ５を経過したか否かを判定して制御している。このため、噴射ノズル６０の開閉タイミングやポンプ４１の停止タイミング等をフィードフォワード制御で設定でき、制御装置５は各種センサなどの検出値に基づいて制御する場合に比べて、センサの種類や数を少なくでき、経過時間ｔを設定時間Ｔ１～Ｔ５と比較するだけでよく容易に制御できる。

　制御装置５は、ステップＳ５５でＮＯと判定すると、計測時間ｔが時間Ｔmax未満であるか否かを判定する（ステップＳ５７）。ここで、第５設定時間Ｔ５は、もともとＴmax未満に設定されているため、計測時間ｔが第５設定時間Ｔ５未満（ステップＳ５５でＮＯ）であれば、ステップＳ５７ではＹＥＳと判定される。このため、制御装置５は、ステップＳ５５でＮＯと判定し、ステップＳ５７でＹＥＳと判定している間、つまり前記計測時間ｔが第５設定時間Ｔ５未満の場合は、噴射ノズル６０を開弁した状態を継続する。
　そして、制御装置５は、計測時間ｔが第５設定時間Ｔ５以上になると、ステップＳ５５でＹＥＳと判定する。
　制御装置５は、ステップＳ５５でＹＥＳと判定すると、噴射ノズル６０の弁を閉じる（ステップＳ５６）。すると、図１６に示すように、少なくとも噴射ノズル６０にはガスが残っているので、第２の還元剤供給通路７２内の尿素水７の噴射ノズル６０側への移動が停止する。したがって、圧縮ガス放出処理Ｓ５において、噴射ノズル６０内に再度尿素水７が供給されることはない。以上により、圧縮ガス放出処理Ｓ５が終了する。
　なお、第５設定時間Ｔ５の値をＴmax以上と誤って設定していた場合でも、制御装置５は、計測時間ｔがＴmax以上となれば、ステップＳ５７でＮＯと判定し、ステップＳ５６で噴射ノズル６０の弁を閉じて圧縮ガス放出処理Ｓ５を終了する。このため、噴射ノズル６０内に尿素水７が移動してしまった場合に、噴射ノズル６０の開弁状態を継続して、排気管１１内に尿素水７を噴射してしまうことを防止できる。

　制御装置５は、圧縮ガス放出処理Ｓ５が終了すると、図３に示すように、変数Ｎに１を加算して更新する処理を行う（ステップＳ６）。そして、再度、尿素水吸い戻し処理Ｓ３を実行する。すなわち、圧縮ガス放出処理Ｓ５の終了時には、図１６に示すように、第１の還元剤供給通路７１のほぼ全長、ポンプユニット４０のほぼ全容積、バイパス通路７３は尿素水７でほぼ満たされ、第２の還元剤供給通路７２にも尿素水７が残留している。さらに、系内圧力Ｐも図１７に示すように大気圧よりも高い状態になっている。このため、再度、尿素水吸い戻し処理Ｓ３を行うことで、制御の終了時点では、図１０に示すように、ポンプユニット４０、第１の還元剤供給通路７１、第２の還元剤供給通路７２のほぼ全容積をガスで置換でき、かつ、大気圧に低下させることができる。
　なお、図１７のＴ５～Ｔ６の期間、系内圧力Ｐが上昇しているのは、ステップＳ５６で噴射ノズル６０の弁を閉じた後、ステップＳ３３で切換弁４２を逆流側に切り換えるまで、噴射ノズル６０の弁が閉じられた状態でポンプ４１の作動が継続するためである。
　制御装置５は、図１７のＴ６で図３に示す圧縮ガス放出処理Ｓ５を終了し、尿素水吸い戻し処理Ｓ３が開始してステップＳ３２で計測時間ｔを０にリセットする。このため、制御装置５は、時間Ｔ６のタイミングを時間Ｔ０として、時間ｔの計測を再度開始する。

［実施形態の効果］
　以上の本実施形態によれば、制御装置５は、ポンプ４１、切換弁４２、噴射ノズル６０の駆動を制御することで、圧縮ガス放出処理Ｓ５を実行し、第２の還元剤供給通路７２および噴射ノズル６０に閉じ込めたガスを圧縮して圧力を高め、噴射ノズル６０を開いて圧縮ガスを放出することで、噴射ノズル６０部分に残留した尿素水７を排気管１１内に排出することができる。この圧縮ガスの放出は、尿素水吸い戻し処理Ｓ３によって噴射ノズル６０内に残留した尿素水７を吸引する場合に比べて、より高い圧力で尿素水７を排出でき、より効果的に尿素水７を噴射ノズル６０から除去できる。このため、尿素水７が噴射ノズル６０に残留して結晶化することも防止でき、結晶化した尿素によって針弁６２が動かなくなったり、噴射孔６３が詰まって尿素水７を噴射できなくなることも防止できる。

［第２実施形態］
　次に、第２実施形態について説明する。第２実施形態は、第１実施形態における尿素水吸い戻し処理Ｓ３の代わりに、図１８に示す尿素水吸い戻し処理Ｓ３Ａを行い、圧縮ガス放出処理Ｓ５の代わりに、図１９に示す圧縮ガス放出処理Ｓ５Ａを行うものである。それ以外は、前記第１実施形態と同一であるため、説明を省略する。

［尿素水吸い戻し処理Ｓ３Ａ］
　尿素水吸い戻し処理Ｓ３Ａは、図１８に示すステップＳ３１Ａ～Ｓ４０Ａを実行する。これらのステップのうち、ステップＳ３３Ａ、Ｓ３５Ａ、Ｓ３７Ａ、Ｓ３８Ａ、Ｓ４０Ａは、前記第１実施形態の尿素水吸い戻し処理Ｓ３のステップＳ３３、Ｓ３５、Ｓ３７、Ｓ３８、Ｓ４０と同じ処理であるため、説明を省略する。また、尿素水吸い戻し処理Ｓ３Ａでは、時間ｔを計測しないので、尿素水吸い戻し処理Ｓ３のステップＳ３２の時間計測開始処理は実行しない。

　制御装置５は、ステップＳ３４Ａでは、圧力計４３が測定した系内圧力Ｐが予め設定された第１圧力値Ｐ１以下になったかを判定する。すなわち、第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、ステップＳ３３Ａで切換弁４２を逆流側に切り換えて還元剤供給通路７０内の尿素水をタンク５０側に吸い戻すと、図１１に示すように、系内圧力Ｐは正圧から負圧に低下する。制御装置５は、圧力計４３で検出した系内圧力Ｐが第１圧力値Ｐ１まで低下すると、ステップＳ３４ＡでＹＥＳと判定し、噴射ノズル６０の弁を開く（ステップＳ３５Ａ）。

　ステップＳ３５Ａで噴射ノズル６０の弁を開くと、排気管１１から噴射ノズル６０や還元剤供給通路７０内にガスが流入し、図１１に示すように、系内圧力Ｐが徐々に増加する。制御装置５は、圧力計４３で検出した系内圧力Ｐが第２圧力値Ｐ２まで上昇すると、ステップＳ３６ＡでＹＥＳと判定し、ポンプ４１を停止する（ステップＳ３７Ａ）。なお、前述したように、第１圧力値Ｐ１および第２圧力値Ｐ２は共に負圧であり、第２圧力値Ｐ２は第１圧力値Ｐ１よりも高い圧力である。

　制御装置５は、ポンプ４１の停止後、切換弁４２を順流側に戻す（ステップＳ３８Ａ）。この際、噴射ノズル６０は開弁状態が維持され、タンク５０内も大気圧とされているので、図１１に示すように、系内圧力Ｐが徐々に増加して大気圧に戻る。制御装置５は、圧力計４３で検出した系内圧力Ｐが第３圧力値Ｐ３まで上昇すると、ステップＳ３９ＡでＹＥＳと判定し、噴射ノズル６０の弁を閉じる（ステップＳ４０Ａ）。第３圧力値Ｐ３は、第２圧力値Ｐ２よりも高い圧力であり、ほぼ大気圧である。以上により、尿素水吸い戻し処理Ｓ３Ａが終了する。

［圧縮ガス放出処理Ｓ５Ａ］
　圧縮ガス放出処理Ｓ５Ａは、図１９に示すステップＳ５２Ａ～Ｓ５６Ａを実行する。これらのステップのうち、ステップＳ５２Ａ、Ｓ５４Ａ、Ｓ５６Ａは、前記第１実施形態の圧縮ガス放出処理Ｓ５のステップＳ５２、Ｓ５４、Ｓ５６と同じ処理であるため、説明を省略する。また、圧縮ガス放出処理Ｓ５においても、時間ｔを計測しないので、圧縮ガス放出処理Ｓ５のステップＳ５１の時間計測開始処理は実行しない。

　制御装置５は、ステップＳ５３Ａでは、圧力計４３が測定した系内圧力Ｐが予め設定された第４圧力値Ｐ４以上になったかを判定する。すなわち、第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、ステップＳ５２Ａで噴射ノズル６０を閉じたまま、ポンプ４１を起動すると、図１７に示すように、系内圧力Ｐが大気圧から上昇する。
　この際、前記第１実施形態の図１３，図１４と同様に、タンク５０から第１の還元剤供給通路７１内に尿素水７が流れ込み、第１の還元剤供給通路７１およびポンプユニット４０内のガスがバイパス通路７３、および、第２の還元剤供給通路７２、噴射ノズル６０に圧送される。

　制御装置５は、ステップＳ５３ＡでＹＥＳと判定すると、噴射ノズル６０の弁を開く（ステップＳ５４Ａ）。すると、第１実施形態の図１５と同様に、第２の還元剤供給通路７２内の圧力が大気圧よりも上昇しているため、圧縮されたガスの一部が噴射ノズル６０から排気管１１に放出される。このガスの放出によって、噴射ノズル６０の内部に残留していた尿素水７や、噴射ノズル６０の噴射孔６３に残っている尿素水７を排気管１１に排出できる。
　また、ステップＳ５４Ａで噴射ノズル６０の弁を開くことで、第１実施形態の図１７に示すように、系内圧力Ｐは低下する。さらに、第２の還元剤供給通路７２および噴射ノズル６０部分に圧縮されていたガスの一部が、噴射孔６３から放出されるため、第１実施形態の図１６に示すように、第２の還元剤供給通路７２内の尿素水７は噴射ノズル６０側に移動する。

　次に、制御装置５は、圧力計４３で検出した系内圧力Ｐが第５圧力値Ｐ５以下であるか否かを判定する（ステップＳ５５Ａ）。ステップＳ５４Ａで噴射ノズル６０の弁を開くと、第１実施形態と同様に系内圧力Ｐが低下する。そして、前記第５圧力値Ｐ５は、第２の還元剤供給通路７２内の尿素水７が噴射ノズル６０に到達することがない圧力に設定されている。具体的には、第５圧力値Ｐ５は、第４圧力値Ｐ４よりも低く、第３圧力値Ｐ３よりも高い圧力値である。
　したがって、制御装置５は、ステップＳ５５ＡでＹＥＳと判定されている間は、噴射ノズル６０の弁を開いてガスの放出を継続する。
　一方、制御装置５は、ステップＳ５５ＡでＮＯと判定すると、噴射ノズル６０の弁を閉じる（ステップＳ５６Ａ）。これにより、第１実施形態の図１６と同様に、第２の還元剤供給通路７２内の尿素水７の噴射ノズル６０側への移動が停止する。また、噴射ノズル６０の弁が閉じられた状態で、ポンプ４１の作動が継続しているので、第１実施形態の図１７に示すように、第２の還元剤供給通路７２内の系内圧力Ｐは上昇する。以上により、圧縮ガス放出処理Ｓ５Ａが終了する。

［系内圧力Ｐで制御できる理由］
　次に、噴射ノズル６０の開閉タイミング等を、圧力計４３で測定する系内圧力Ｐで制御できる理由について、ステップＳ５５Ａでの第５圧力値Ｐ５の設定方法を例に説明する。
　まず、図２０に示すように、ポンプ４１の時間当たりの吐出量をＱ_Ｐ、ポンプ４１から吐出される量のうちで第２の還元剤供給通路７２に流れ込む量をＱ_INJ、ポンプ４１から吐出される量のうちでバイパス通路７３に流れ込む量をＱ_BP、ポンプユニット４０内の空間体積をＶ_F、噴射ノズル６０とポンプ４１間の第２の還元剤供給通路７２の長さをＬ、第２の還元剤供給通路７２の内径をｄ、噴射ノズル６０の内部空間体積をＶ_INJとする。なお、ポンプユニット４０内の空間体積Ｖ_Fは、主にフィルター４６２の取り付け空間体積である。

　ここで、噴射ノズル６０の弁を閉じてポンプ４１を作動させ、系内の圧力を上げてバランスさせると、ガスの圧縮が止まり、第２の還元剤供給通路７２に流れ込む量Ｑ_INJが「０」になる。この際、ポンプ４１の作動で圧送される尿素水７はバイパス通路７３を流れてタンク５０に戻ることになる。

　噴射ノズル６０の弁を閉じた状態でポンプ４１を起動させ、第２の還元剤供給通路７２の系内の圧力を上昇させてバランスさせた場合を想定する。この際、第２の還元剤供給通路７２内のガスの量は少ないので、熱容量の大きい部品、例えば、ポンプ４１、第２の還元剤供給通路７２、噴射ノズル６０、噴射ノズル６０が取り付けられる排気管１１の温度に支配されると仮定できるので、ガスの圧力や体積は等温変化と仮定できる。
　このため、第２の還元剤供給通路７２および噴射ノズル６０において、ガスで占められた空間の体積をＶとし、ガスで占められた空間の圧力をＰとすると、次の式（１）が成立する。なお、式（１）において、Ｐ_ａは、尿素水吸い戻し処理Ｓ３の完了後の第２の還元剤供給通路７２内の圧力でほぼ大気圧である。

　設定した圧力をＰ_０（絶対圧で10×10⁵Pa＝10bar程度）とすると、バランスした状態では、次の式（２）となる。この式（２）でＰ_０が判るので、Ｖ_０が計算でき、実際に圧力計４３で測定した系内圧力がＰ_０の場合に、還元剤供給通路７０内のガスの体積もＶ_０となる。

　ガスの体積がＶ_０になった状態で、噴射ノズル６０の弁を開くと、噴射ノズル６０の噴射孔６３から圧縮されたガスが吹き出すと共に、ポンプ４１と噴射ノズル６０間の第２の還元剤供給通路７２にも尿素水７が流入する。噴射ノズル６０の弁が開く前に第２の還元剤供給通路７２と噴射ノズル６０内に存在していた圧縮されたガスの質量は保存される。このため、第２の還元剤供給通路７２内のガスの体積をＶ、ガスの圧力をＰ、ガス密度をρ、ガス温度をＴ、噴射孔６３から吹き出すガスの質量流量をｍｇとすると、次の式（３）が成立する。

　前述したように、ガスの状態変化に関して等温変化と仮定でき、この場合のガスの状態方程式は式（４）となる。ここで、Ｒはガス定数である。

　そして、式（４）の状態方程式を式（３）に代入すると、式（５）が求められる。

　式（５）を展開すると、式（６）となる。また、第２の還元剤供給通路７２のガス体積と噴射ノズル６０のガス体積とを合計したガス体積の変化は式（７）が成立するので、式（７）を式（６）に代入して式（８）が求められる。

　また、質量流量ｍｇについては圧縮性の完全気体として取り扱えるので、式（９）で表される。

　ここで、ａ：噴射ノズルの噴出孔面積、Ｐ：系内圧力、γ：ガスの比熱比＝C_P/C_γ＝定圧比熱／定容比熱、Ｍ：噴射ノズルの噴射孔のマッハ数である。
　そして、式（９）を式（８）に代入すると、式（１０）が求められる。

　式（１０）では、右辺のＰ，Ｖ，Ｑ_INJは、時々刻々変化するが、等温変化と考えてよいことで、Ｔは変化しない。また、初期系内圧力は、10×10⁵Pa＝10bar程度であり、この程度の圧力のガスでは圧縮性完全気体として扱ってよい。したがって、殆どの時間、つまり系内圧力が1.9×10⁵Pa＝1.9bar程度より高い間は、マッハ数が１．０となる。
　したがって、式（１０）の右辺が正になるのは、例えば、噴射孔６３の総面積が0.1mm²程度であれば、ポンプ４１の吐出量は約78kg/h以上にする必要がある。一方、現存のポンプ４１の吐出量は約１／４であるため、Ｑ_INJはもっと少ないことになり、さらに一部はバイパス通路７３にも流れるので、式（１０）の右辺は系内圧力が1.9×10⁵Pa＝1.9bar程度以上であると、負になる。このため、系内圧力Ｐは降下し続ける。このことを示すシミュレーション計算結果を図２１のグラフに示す。図２１の点線は、第２の還元剤供給通路７２内の尿素水７が噴射ノズル６０側に圧送された際の残存空間を、系内圧力Ｐが第４圧力値Ｐ４となってステップＳ５４Ａで噴射ノズル６０の弁が開かれる時点での初期空間の大きさで規格化した割合である。また、図２１の一点鎖線で示す値（約０．２４）は、残存空間が噴射ノズル６０内のみになった状態を示す。したがって、残存空間比が一点鎖線のレベルまで低下した際の系内圧力Ｐの初期値（第４圧力値Ｐ４）に対する比を把握できる。このため、図２１の場合であれば、系内圧力Ｐの初期値に対する比率が約０．１３程度まで低下する前に噴射ノズル６０の弁を閉じれば、尿素水７が噴射ノズル６０に到達することを防止できる。したがって、第５圧力値Ｐ５を、第５圧力値Ｐ５／第４圧力値Ｐ４が０．１３以上になる値に設定することで、尿素水７が噴射ノズル６０に到達するまえに噴射ノズル６０の弁を閉じることができる。
　なお、ポンプ４１の吐出能力が大きい場合は、この行程時にポンプ吐出量を式（１０）の右辺が負になる値に固定する制御を行うことで、同じことを実現できる。

　図２１に示すシミュレーション結果では、Ｑ_INJ＝一定と仮定しているが、右辺が負である限り、本質的には現実から乖離しない。
　噴射ノズル６０の開弁後、ポンプ４１の圧送により、第２の還元剤供給通路７２内の空間が少なくなり、かつ、系内圧力Ｐが降下する。噴射ノズル６０に尿素水７が浸入する直前の系内圧力Ｐは第２の還元剤供給通路７２の長さ（ホース長さ）、内径、ポンプ４１のムダ容積、噴射ノズル６０の容積、系内温度によって変化するが、ある程度の余裕分を見込んだ閾値圧力として第５圧力値Ｐ５を設定することができる。したがって、系内圧力Ｐを測定し、第５圧力値Ｐ５と比較すれば、尿素水７が噴射ノズル６０に浸入する前に噴射ノズル６０の弁を閉じ、尿素水７の浸入を回避する制御を行うことができる。

［第２実施形態の効果］
　このような第２実施形態によれば、圧力計４３で測定した系内圧力Ｐに基づいて、噴射ノズル６０の開閉タイミング等を制御できる。また、系内圧力Ｐと比較する閾値である第１圧力値Ｐ１～第５圧力値Ｐ５は、前述したようなシミュレーションによって求めることができる。したがって、予め実験等を行って噴射ノズル６０の開閉タイミングを設定する場合に比べて、準備作業が容易になる。特に、第１の還元剤供給通路７１や第２の還元剤供給通路７２を構成するホースの長さが異なる場合でも、個別に実験する必要が無いため、準備作業が容易になる。

　なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
　例えば、還元剤供給通路７０において、複数箇所に尿素水７の有無を検出するセンサを設け、制御装置５は、前記センサによって検出される尿素水７の移動位置に応じて噴射ノズル６０やポンプ４１、切換弁４２の制御を行ってもよい。

　さらに、第２実施形態では、第１圧力値Ｐ１～第５圧力値Ｐ５をシミュレーションに基づいて計算して算出していたが、実験を行うことで求めてもよい。
　また、前記各実施形態では、尿素水吸い戻し処理Ｓ３、Ｓ３Ａを実行してから制御を終了していたが、圧縮ガス放出処理Ｓ５、Ｓ５Ａが完了した時点で制御を終了してもよい。

　１…排気ガス後処理装置、３…ＳＣＲ装置、４…還元剤供給装置、５…制御装置、６…タイマー、７…尿素水、１０…エンジン、１１…排気管、４０…ポンプユニット、４１…ポンプ、４２…切換弁、４３…圧力計、４４…逆止弁、５０…タンク、６０…噴射ノズル、６３…噴射孔、７０…還元剤供給通路、７１…第１の還元剤供給通路、７２…第２の還元剤供給通路、７３…バイパス通路。

Claims

　エンジンの排気管内に供給される還元剤を貯蔵するタンクと、
　前記タンク内の前記還元剤を圧送する圧送手段と、
　圧送される前記還元剤を供給する還元剤供給通路と、
　前記還元剤供給通路により供給された前記還元剤を前記排気管内に噴射する噴射ノズルと、
　前記還元剤供給通路内の前記還元剤を前記タンク側に吸い戻す吸い戻し手段と、
　前記圧送手段、前記噴射ノズルおよび前記吸い戻し手段の動作を制御する制御装置とを備え、
　前記制御装置は、前記エンジンの停止後に、還元剤吸い戻し処理と圧縮ガス放出処理とを実行し、
　前記還元剤吸い戻し処理では、前記制御装置は、
　前記噴射ノズルを閉弁した状態で前記吸い戻し手段を作動して、前記還元剤供給通路内の前記還元剤を前記タンク側に吸い戻し、
　前記噴射ノズルを開弁した状態で前記吸い戻し手段を作動して、前記噴射ノズルおよび前記還元剤供給通路内に前記排気管内のガスを導入し、
　前記圧縮ガス放出処理では、前記制御装置は、
　前記噴射ノズルを閉弁した状態で前記圧送手段を作動して前記還元剤供給通路に前記還元剤を供給し、前記還元剤供給通路内に導入された前記ガスを圧縮し、
　前記噴射ノズルを開弁して前記圧縮されたガスを、前記噴射ノズルを通して前記排気管内に放出し、
　前記還元剤供給通路内の前記還元剤が前記噴射ノズルに到達する前に前記噴射ノズルを閉弁する
　ことを特徴とする還元剤供給装置。
　請求項１に記載の還元剤供給装置において、
　前記還元剤吸い戻し処理では、前記制御装置は、
　前記噴射ノズルを閉弁した状態で前記吸い戻し手段を作動して、前記還元剤供給通路内の前記還元剤を前記タンク側に吸い戻し、
　前記吸い戻し手段の作動を開始してから予め設定された第１設定時間経過時に、前記噴射ノズルを開弁し、前記噴射ノズルおよび前記還元剤供給通路内に前記排気管内のガスを導入し、
　前記吸い戻し手段の作動を開始してから予め設定された第２設定時間経過時に、前記吸い戻し手段を停止し、
　前記吸い戻し手段の作動を開始してから予め設定された第３設定時間経過時に、前記噴射ノズルを閉弁し、
　前記圧縮ガス放出処理では、前記制御装置は、
　前記噴射ノズルを閉弁した状態で前記圧送手段を作動して前記還元剤供給通路に前記還元剤を供給し、前記還元剤供給通路内に導入された前記ガスを圧縮し、
　前記圧送手段を作動してから予め設定された第４設定時間経過時に前記噴射ノズルを開弁して前記圧縮されたガスを、前記噴射ノズルを通して前記排気管内に放出し、
　前記圧送手段を作動してから予め設定された第５設定時間経過時に前記噴射ノズルを閉弁する
　ことを特徴とする還元剤供給装置。
　請求項１に記載の還元剤供給装置において、
　前記還元剤供給通路内の圧力を測定する圧力計を備え、
　前記還元剤吸い戻し処理では、前記制御装置は、
　前記噴射ノズルを閉弁した状態で前記吸い戻し手段を作動して、前記還元剤供給通路内の前記還元剤を前記タンク側に吸い戻し、
　前記吸い戻し手段の作動を開始してから前記圧力計の測定値が予め設定された第１圧力値になると、前記噴射ノズルを開弁し、前記噴射ノズルおよび前記還元剤供給通路内に前記排気管内のガスを導入し、
　前記圧力計の測定値が前記第１圧力値よりも高い予め設定された第２圧力値になると、前記吸い戻し手段を停止し、
　前記圧力計の測定値が前記第２圧力値よりも高い予め設定された第３圧力値になると、前記噴射ノズルを閉弁し、
　前記圧縮ガス放出処理では、前記制御装置は、
　前記噴射ノズルを閉弁した状態で前記圧送手段を作動して前記還元剤供給通路に前記還元剤を供給し、前記還元剤供給通路内に導入された前記ガスを圧縮し、
　前記圧力計の測定値が前記第３圧力値よりも高い予め設定された第４圧力値になると、前記噴射ノズルを開弁して前記圧縮されたガスを、前記噴射ノズルを通して前記排気管内に放出し、
　前記圧力計の測定値が前記前記第３圧力値よりも高くかつ前記第４圧力値よりも低い予め設定された第５圧力値になると、前記噴射ノズルを閉弁する
　ことを特徴とする還元剤供給装置。
　請求項３に記載の還元剤供給装置において、
　前記第１圧力値と、前記第２圧力値と、前記第３圧力値と、前記第４圧力値と、前記第５圧力値とは、前記還元剤供給通路の内径および長さと、前記圧送手段および吸い戻し手段の容積と、前記噴射ノズルの容積とに基づいて算出された値である
　ことを特徴とする還元剤供給装置。
　請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の還元剤供給装置において、
　前記制御装置は、前記エンジンの停止後に、
　前記還元剤吸い戻し処理および前記圧縮ガス放出処理を複数回繰り返した後、前記還元剤吸い戻し処理を実行する
　ことを特徴とする還元剤供給装置。
　エンジンの排気管内に供給される還元剤を貯蔵するタンクと、
　前記タンク内の前記還元剤を圧送する圧送手段と、
　圧送される前記還元剤を供給する還元剤供給通路と、
　前記還元剤供給通路により供給された前記還元剤を前記排気管内に噴射する噴射ノズルと、
　前記還元剤供給通路内の前記還元剤を前記タンク側に吸い戻す吸い戻し手段と、を備えた還元剤供給装置の制御方法であって、
　前記エンジンの停止後に、
　前記噴射ノズルを閉弁した状態で前記吸い戻し手段を作動して、前記還元剤供給通路内の前記還元剤を前記タンク側に吸い戻し、
　前記噴射ノズルを開弁した状態で前記吸い戻し手段を作動して、前記噴射ノズルおよび前記還元剤供給通路内に前記排気管内のガスを導入し、
　前記噴射ノズルを閉弁した状態で前記圧送手段を作動して前記還元剤供給通路に前記還元剤を供給し、前記還元剤供給通路内に導入された前記ガスを圧縮し、
　前記噴射ノズルを開弁して前記圧縮されたガスを、前記噴射ノズルを通して前記排気管内に放出し、
　前記還元剤供給通路内の前記還元剤が前記噴射ノズルに到達する前に前記噴射ノズルを閉弁する
　ことを特徴とする還元剤供給装置の制御方法。