JP2008151094A - 内燃機関の排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】溶液供給配管内の排気浄化用溶液による凍害を防止しながらも小型化を図る。
【解決手段】排気浄化装置１４は、内燃機関１０の排気通路１３に噴射される排気浄化用溶液１５を貯蔵する貯蔵タンク１７と、貯蔵タンク１７から排気浄化用溶液１５を排気通路１３に導く溶液供給配管２２と、溶液供給配管２２に設けられかつ流体を圧送する供給ポンプ２０とを備える。貯蔵タンク１７内の排気浄化用溶液１５と空気とを溶液供給配管２２内に選択的に導入する開閉弁３３を設ける。溶液供給配管２２における供給ポンプ２０より下流側の配管部から貯蔵タンク１７内に連通されかつ溶液供給配管２２内の排気浄化用溶液１５を貯蔵タンク１７内に回収するリターン配管３５を設ける。溶液供給配管２２における供給ポンプ２０より下流側の配管部内の設定圧を超える圧力をリターン配管３５内に逃がすリリーフ弁４１を設ける。
【選択図】図１
【解決手段】排気浄化装置１４は、内燃機関１０の排気通路１３に噴射される排気浄化用溶液１５を貯蔵する貯蔵タンク１７と、貯蔵タンク１７から排気浄化用溶液１５を排気通路１３に導く溶液供給配管２２と、溶液供給配管２２に設けられかつ流体を圧送する供給ポンプ２０とを備える。貯蔵タンク１７内の排気浄化用溶液１５と空気とを溶液供給配管２２内に選択的に導入する開閉弁３３を設ける。溶液供給配管２２における供給ポンプ２０より下流側の配管部から貯蔵タンク１７内に連通されかつ溶液供給配管２２内の排気浄化用溶液１５を貯蔵タンク１７内に回収するリターン配管３５を設ける。溶液供給配管２２における供給ポンプ２０より下流側の配管部内の設定圧を超える圧力をリターン配管３５内に逃がすリリーフ弁４１を設ける。
【選択図】図１
Description
本発明は、自動車等の車両に搭載される内燃機関の排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を排気浄化用溶液を用いて浄化する内燃機関の排気浄化装置に関する。
ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等の内燃機関の排気浄化装置としては、内燃機関の排気に対して、貯蔵タンク内の尿素水溶液を溶液供給配管を介して噴射することにより排気を浄化するものがある（例えば、特許文献１参照。）。
特表平９−５１１８０７号公報
前記特許文献１に排気浄化装置のものでは、内燃機関の停止の際に、圧力ガス容器内から圧力ポンプにより圧送される圧力ガスによって、溶液供給配管内の尿素水溶液を貯蔵タンク内に戻すことにより、溶液供給配管内の尿素水溶液による凍害を回避している。したがって、圧力ガスの圧送にかかる圧力ガス容器、圧力ポンプ等が必要となるため、装置の大型化を余儀なくされるという問題があった。
本発明が解決しようとする課題は、溶液供給配管内の排気浄化用溶液による凍害を防止しながらも小型化を図ることのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
本発明が解決しようとする課題は、溶液供給配管内の排気浄化用溶液による凍害を防止しながらも小型化を図ることのできる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
前記課題は、特許請求の範囲の欄に記載された構成を要旨とする内燃機関の排気浄化装置により解決することができる。
すなわち、請求項１に記載された内燃機関の排気浄化装置によると、内燃機関の運転中において、貯蔵タンク内の排気浄化用溶液が、気液選択手段により選択されかつ供給ポンプにより溶液供給配管内吸込まれかつ溶液供給配管内を通じて排気通路に噴射されることにより、排気を浄化することができる。また、内燃機関の停止の際において、貯蔵タンク内の空気が、気液選択手段により選択されかつ供給ポンプに吸込まれて溶液供給配管内を圧送されることにより、溶液供給配管内の排気浄化用溶液を排気通路に排出することができる。このため、溶液供給配管内の排気浄化用溶液による凍害を防止あるいは低減することができる。また、前記特許文献１において必要とされた圧力ガスの圧送にかかる圧力ガス容器、圧力ポンプ等が不要であるので、装置を小型化することができる。よって、溶液供給配管内の排気浄化用溶液による凍害を防止しながらも小型化を図ることができる。
すなわち、請求項１に記載された内燃機関の排気浄化装置によると、内燃機関の運転中において、貯蔵タンク内の排気浄化用溶液が、気液選択手段により選択されかつ供給ポンプにより溶液供給配管内吸込まれかつ溶液供給配管内を通じて排気通路に噴射されることにより、排気を浄化することができる。また、内燃機関の停止の際において、貯蔵タンク内の空気が、気液選択手段により選択されかつ供給ポンプに吸込まれて溶液供給配管内を圧送されることにより、溶液供給配管内の排気浄化用溶液を排気通路に排出することができる。このため、溶液供給配管内の排気浄化用溶液による凍害を防止あるいは低減することができる。また、前記特許文献１において必要とされた圧力ガスの圧送にかかる圧力ガス容器、圧力ポンプ等が不要であるので、装置を小型化することができる。よって、溶液供給配管内の排気浄化用溶液による凍害を防止しながらも小型化を図ることができる。
また、特許請求の範囲の請求項２に記載された内燃機関の排気浄化装置によると、内燃機関の停止の際において、溶液供給配管内の排気浄化用溶液をリターン配管を通じて貯蔵タンク内に回収することができる。したがって、排気浄化用溶液を排気通路に排出することによる排気通路壁の腐食、悪臭の放出、排気浄化用溶液の空費等の不具合を防止あるいは低減することができる。
また、特許請求の範囲の請求項３に記載された内燃機関の排気浄化装置によると、溶液供給配管における供給ポンプより下流側の配管部内の圧力が設定圧を超える圧力をリリーフ弁によりリターン配管内に逃がすことができる。これにより、溶液供給配管における供給ポンプより下流側の配管部内の圧力を一定化することができる。
また、特許請求の範囲の請求項４に記載された内燃機関の排気浄化装置によると、リターン配管に、内燃機関の運転中は閉じられ、また、内燃機関を停止した際に開かれる開閉弁を備えている。したがって、内燃機関の停止の際において、開閉弁が開かれることにより、溶液供給配管内の排気浄化用溶液をリターン配管を通じて貯蔵タンク内に容易に回収することができる。
また、特許請求の範囲の請求項５に記載された内燃機関の排気浄化装置によると、内燃機関の運転中において、流路切替手段により正流状態が選択されると、貯蔵タンク内の排気浄化用溶液が、供給ポンプにより溶液供給配管内に吸込まれかつ溶液供給配管内を通じて排気通路に噴射されることにより、排気を浄化することができる。また、内燃機関の停止の際において、流路切替手段により逆流状態が選択されると、溶液供給配管内の排気浄化用溶液を貯蔵タンク内に回収することができる。このため、溶液供給配管内の排気浄化用溶液による凍害を防止あるいは低減することができる。また、前記特許文献１において必要とされた圧力ガスの圧送にかかる圧力ガス容器、圧力ポンプ等が不要であるので、装置を小型化することができる。よって、溶液供給配管内の排気浄化用溶液による凍害を防止しながらも小型化を図ることができる。また、内燃機関の停止の際において、溶液供給配管内の排気浄化用溶液を貯蔵タンク内に回収することにより、排気浄化用溶液を排気通路に排出することによる排気通路壁の腐食、悪臭の放出、排気浄化用溶液の空費等の不具合を防止あるいは低減することができる。
また、特許請求の範囲の請求項６に記載された内燃機関の排気浄化装置によると、内燃機関の運転中において、流路切替手段の第１の流路切替弁が第１の切替位置を選択し、かつ、第２の流路切替弁が第１の切替位置を選択することにより、正流状態を選択することができる。また、内燃機関の停止の際において、流路切替手段の第１の流路切替弁が第２の切替位置を選択し、かつ、第２の流路切替弁が第２の切替位置を選択することにより、逆流状態を選択することができる。したがって、流路切替手段を２つの流路切替弁により構成することができる。
また、特許請求の範囲の請求項７に記載された内燃機関の排気浄化装置によると、内燃機関の停止の際において、貯蔵タンク内の空気を、空気導入配管を通じて溶液供給配管における第２の流路切替弁より下流側の配管部内に導入することができる。したがって、排気通路の空気すなわち排気を溶液供給配管内を通じて貯蔵タンクに逆流させることによる溶液供給配管の腐食といった不具合を防止あるいは低減することができる。
また、特許請求の範囲の請求項８に記載された内燃機関の排気浄化装置によると、溶液供給配管における供給ポンプより下流側の配管部内の圧力が設定圧を超える圧力をリリーフ弁により空気導入配管内に逃がすことができる。これにより、溶液供給配管における供給ポンプより下流側の配管部内の圧力を一定化することができる。
次に、本発明を実施するための最良の形態について実施例を参照して説明する。
［実施例１］
本発明の実施例１を説明する。本実施例では、排気浄化用溶液いわゆる液体還元剤として尿素水溶液を使用し、内燃機関の排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を触媒還元反応により浄化する排気浄化装置について説明する。なお、図１は内燃機関の排気浄化装置を示す構成図、図２は内燃機関の停止時における排気浄化装置を示す構成図である。
図１に示すように、ディーゼルエンジン等の内燃機関１０から排出される排気ガスいわゆる排気は、排気管１２内すなわち排気通路１３に設けられた排気ガス浄化用（ＮＯｘ還元用）触媒（図示しない。）を通って大気中へ放出される。
本発明の実施例１を説明する。本実施例では、排気浄化用溶液いわゆる液体還元剤として尿素水溶液を使用し、内燃機関の排気中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を触媒還元反応により浄化する排気浄化装置について説明する。なお、図１は内燃機関の排気浄化装置を示す構成図、図２は内燃機関の停止時における排気浄化装置を示す構成図である。
図１に示すように、ディーゼルエンジン等の内燃機関１０から排出される排気ガスいわゆる排気は、排気管１２内すなわち排気通路１３に設けられた排気ガス浄化用（ＮＯｘ還元用）触媒（図示しない。）を通って大気中へ放出される。
前記内燃機関１０に設けられた排気浄化装置１４は、排気浄化用溶液１５を貯蔵する貯蔵タンク１７を備えている。排気浄化用溶液１５は、供給ポンプ２０により溶液供給配管２２内に吸込まれかつ溶液供給配管２２内を圧送された後、溶液供給配管２２の下流端の溶液噴射口２３から前記排気通路１３（詳しくは、前記排気ガス浄化用触媒（図示しない。）の上流側の通路部）に噴射される。溶液供給配管２２の溶液噴射口２３から噴射された排気浄化用溶液１５は、排気熱及び排気中の水蒸気により加水分解されてアンモニアへと転化される。その転化されたアンモニアは、排気ガス浄化用触媒において排気中のＮＯｘと反応し、水及び無害なガスに浄化される。
前記溶液供給配管２２の上流端は、前記貯蔵タンク１７内の底部近くすなわち液相部において溶液吸込み口２４として開口されている。また、溶液供給配管２２には、前記供給ポンプ２０と前記溶液噴射口２３との間において排気浄化用溶液１５の噴射量を制御可能な電磁駆動式の流量制御弁２６が設けられている。供給ポンプ２０及び流量制御弁２６は、電子制御装置（「ＥＣＵ」という。）２８により、前記内燃機関１０の運転中において運転状態に応じた排気浄化用溶液１５を排気通路１３に供給するように制御される。
前記貯蔵タンク１７内において、前記溶液供給配管２２の途中には空気吸込み配管３０の一端部が接続されている。空気吸込み配管３０の他端部は、貯蔵タンク１７内の上部近くすなわち溶液の液面より上側の気相部において空気吸込み口３１として開口されている。空気吸込み配管３０には、その配管３０を開閉可能な電磁駆動式の開閉弁３３が設けられている。開閉弁３７は、ＥＣＵ２８により制御され、内燃機関の運転中は閉じられ、また、内燃機関１０を停止した際に開かれる。したがって、開閉弁３３の開閉により、溶液供給配管２２内に貯蔵タンク１７内の排気浄化用溶液１５と空気とを選択的に導入することができる。また、前記供給ポンプ２０には、液体及び空気のどちらの流体でも圧送可能なポンプが用いられている。なお、開閉弁３３は、本明細書でいう「気液選択手段」に相当する。また、説明の都合上、開閉弁３３を、「第１の開閉弁３３」という。
前記溶液供給配管２２における前記供給ポンプ２０と前記流量制御弁２６との間の途中にはリターン配管３５の一端部が接続されている。リターン配管３５の他端部は、貯蔵タンク１７内の上部近くすなわち気相部において開口されている。リターン配管３５には、その配管を開閉可能な電磁駆動式の開閉弁３７が設けられている。開閉弁３７は、ＥＣＵ２８により制御され、内燃機関の運転中は閉じられ、また、内燃機関１０を停止した際に開かれる。なお、説明の都合上、開閉弁３７を、「第２の開閉弁３７」という。
前記リターン配管３５と前記溶液供給配管２２との間には、前記第２の開閉弁３７を迂回するバイパス配管３９が設けられている。なお、バイパス配管３９は、リターン配管３５において、第２の開閉弁３７を迂回するように設けることもできる。
また、バイパス配管３９にはリリーフ弁４１が設けられている。リリーフ弁４１は、バイパス配管３９を開閉可能な弁部材４２と、弁部材４２を閉方向に弾性的に押圧するスプリング４３とを備えている。リリーフ弁４１は、溶液供給配管２２における前記供給ポンプ２０と前記流量制御弁２６との間の配管部（溶液供給配管２２に連通するリターン配管３５における第２の開閉弁３７の上流側の配管部を含む。）内の圧力が設定圧を超えると、弁部材４２がスプリング４３の弾性を利用して開かれ、その配管部内の排気浄化用溶液１５がバイパス配管３９を通じて逃がされることにより、配管部内の圧力が設定値になるまで低下される。配管部内の圧力が設定値になると、弁部材４２はスプリング４３の弾性により閉じられる。
また、バイパス配管３９にはリリーフ弁４１が設けられている。リリーフ弁４１は、バイパス配管３９を開閉可能な弁部材４２と、弁部材４２を閉方向に弾性的に押圧するスプリング４３とを備えている。リリーフ弁４１は、溶液供給配管２２における前記供給ポンプ２０と前記流量制御弁２６との間の配管部（溶液供給配管２２に連通するリターン配管３５における第２の開閉弁３７の上流側の配管部を含む。）内の圧力が設定圧を超えると、弁部材４２がスプリング４３の弾性を利用して開かれ、その配管部内の排気浄化用溶液１５がバイパス配管３９を通じて逃がされることにより、配管部内の圧力が設定値になるまで低下される。配管部内の圧力が設定値になると、弁部材４２はスプリング４３の弾性により閉じられる。
前記した内燃機関１０の排気浄化装置１４において、内燃機関１０の運転中は、ＥＣＵ２８により第１の開閉弁３３及び第２の開閉弁３７が閉じられている（図１参照。）。この状態で、ＥＣＵ２８により供給ポンプ２０が駆動されかつ流量制御弁２６が制御されることにより、貯蔵タンク１７内の排気浄化用溶液１５が溶液供給配管２２内に吸込まれかつ溶液供給配管２２内を圧送された後、溶液供給配管２２の溶液噴射口２３から排気通路１３に噴射されることにより排気が浄化される（図１中、矢印Ｙ１参照。）。
また、内燃機関１０を停止した際には、ＥＣＵ２８により第１の開閉弁３３及び第２の開閉弁３７が開かれるとともに流量制御弁２６が閉じられる（図２参照。）。この状態で、ＥＣＵ２８により供給ポンプ２０が駆動されことにより、貯蔵タンク１７内の空気が空気吸込み配管３０を通じて溶液供給配管２２内に導入され、溶液供給配管２２内に残留する排気浄化用溶液１５が供給ポンプ２０より溶液供給配管２２からリターン配管３５を通じて貯蔵タンク１７内に回収される（図２中、矢印Ｙ２参照。）。したがって、溶液供給配管２２（流量制御弁２６から溶液噴射口２３までの配管部を除く。）内に残留する排気浄化用溶液１５が貯蔵タンク１７内へ回収され、その配管部内が空状態とされる。これにより、溶液供給配管２２内に残留する排気浄化用溶液１５による凍害を防止あるいは低減することができる。また、内燃機関１０の停止後において、所定時間が経過したならば、溶液供給配管２２内に残留していた排気浄化用溶液１５の管外へ排出が完了したものとして、ＥＣＵ２８により供給ポンプ２０が停止される。なお、溶液供給配管２２に排気浄化用溶液１５の有無を検出する液体検出センサ（図示しない。）を設けておき、その液体検出センサからの検出信号に基づいてＥＣＵ２８が溶液供給配管２２内に排気浄化用溶液１５が残留しているか否かを判断して供給ポンプ２０を停止する構成としてもよい。
前記した内燃機関１０の排気浄化装置１４によると、内燃機関１０の運転中において、貯蔵タンク１７内の排気浄化用溶液１５が、第１の開閉弁３３により選択されかつ供給ポンプ２０により吸込まれかつ溶液供給配管２２内を通じて排気通路１３に噴射されることにより、排気を浄化することができる（図１参照。）。また、内燃機関１０の停止の際において、貯蔵タンク１７内の空気が、第１の開閉弁３３により選択されかつ供給ポンプ２０に吸込まれて溶液供給配管２２内を圧送されることにより、溶液供給配管２２内の排気浄化用溶液１５をリターン配管３５を通じて貯蔵タンク１７内に回収することができる（図２参照。）。このため、溶液供給配管２２内の排気浄化用溶液１５による凍害を防止あるいは低減することができる。また、前記特許文献１において必要とされた圧力ガスの圧送にかかる圧力ガス容器、圧力ポンプ等が不要であるので、装置を小型化することができる。よって、溶液供給配管２２内の排気浄化用溶液１５による凍害を防止しながらも小型化を図ることができる。このことは、搭載スペースが制約される小型自動車、小型船舶等に搭載される内燃機関の排気浄化装置として有用といえる。
また、内燃機関１０の停止の際において、貯蔵タンク１７内の空気を供給ポンプ２０に吸込むことにより、排気浄化用溶液１５にかかる配管径路を密閉状態に構成することができる（図２参照。）。したがって、大気から空気を吸込んで排気浄化用溶液１５にかかる配管径路から放出する場合と異なり、悪臭の放出といった不具合を防止あるいは低減することができる。
また、供給ポンプ２０により排気浄化用溶液１５及び空気の両流体を正方向の圧送するものであるから、供給ポンプ２０に逆送機能を必要としないため、内燃機関１０の排気浄化装置１４のコスト低減に有利である。
また、供給ポンプ２０により排気浄化用溶液１５及び空気の両流体を正方向の圧送するものであるから、供給ポンプ２０に逆送機能を必要としないため、内燃機関１０の排気浄化装置１４のコスト低減に有利である。
また、内燃機関１０の停止の際において、溶液供給配管２２内の排気浄化用溶液１５をリターン配管３５を通じて貯蔵タンク１７内に回収することができる（図２参照。）。したがって、排気浄化用溶液１５を排気通路１３に排出することによる排気通路壁すなわち排気管１２の腐食、悪臭の放出、排気浄化用溶液１５の空費等の不具合を防止あるいは低減することができる。
また、リターン配管３５に設けた第２の開閉弁３７を開くことにより、溶液供給配管２２内に残留する排気浄化用溶液１５をリターン配管３５を通じて貯蔵タンク１７内に速やかに回収することができる（図２参照。）。
また、溶液供給配管２２における供給ポンプ２０より下流側の配管部内の圧力が設定圧を超える圧力をリリーフ弁４１によりリターン配管３５内に逃がすことができる。これにより、溶液供給配管２２における供給ポンプ２０より下流側の配管部内の圧力を一定化することができる。
また、リターン配管３５に、内燃機関１０の運転中は閉じられ、また、内燃機関１０を停止した際に開かれる第２の開閉弁３７を備えている。したがって、内燃機関の停止の際において、第２の開閉弁３７が開かれることにより、溶液供給配管２２内の排気浄化用溶液をリターン配管３５を通じて貯蔵タンク１７内に容易に回収することができる。
また、前記実施例１（図１及び図２参照）における内燃機関１０の排気浄化装置１４は、次の変更例１〜５（図３〜図７参照。）に変更することが考えられる。なお、図３〜図７は各変更例にかかる内燃機関１０の排気浄化装置１４を示す構成図である。各図において、内燃機関１０の運転中における排気浄化用溶液１５の流れが矢印Ｙ１で示され、また、内燃機関１０の停止の際の排気浄化用溶液１５及び空気の流れが矢印Ｙ２で示されている。
［変更例１］
変更例１は、図３に示すように、前記実施例１（図１及び図２参照）における内燃機関１０の排気浄化装置１４における貯蔵タンク１７の外部に空気吸込み配管３０の下流側の配管部３０ａを設け、その配管部３０ａをタンク外において溶液供給配管２２に接続するとともに、該配管部３０ａに第１の開閉弁３３を設けたものである。本変更例によると、タンク外に第１の開閉弁３３を配置することができるので、空気吸込み配管３０の配管部３０ａに対する第１の開閉弁３３の設置を容易化することができるとともに、該開閉弁３３にかかる電気配線の腐食を防止あるいは低減することができる。
変更例１は、図３に示すように、前記実施例１（図１及び図２参照）における内燃機関１０の排気浄化装置１４における貯蔵タンク１７の外部に空気吸込み配管３０の下流側の配管部３０ａを設け、その配管部３０ａをタンク外において溶液供給配管２２に接続するとともに、該配管部３０ａに第１の開閉弁３３を設けたものである。本変更例によると、タンク外に第１の開閉弁３３を配置することができるので、空気吸込み配管３０の配管部３０ａに対する第１の開閉弁３３の設置を容易化することができるとともに、該開閉弁３３にかかる電気配線の腐食を防止あるいは低減することができる。
［変更例２］
変更例２は、図４に示すように、前記実施例１（図１及び図２参照）における内燃機関１０の排気浄化装置１４におけるバイパス配管３９及びリリーフ弁４１を省略したものである。また、リリーフ弁４１の調圧機能の代用として、溶液供給配管２２に連通するリターン配管３５における第２の開閉弁３７の上流側の配管部に、その配管部内の圧力を検出する圧力センサ４４を設け、圧力センサ４４から出力される信号を基に、ＥＣＵ２８が供給ポンプ２０の吐出圧を制御、または、第２の開閉弁３７の開閉制御により流量制御弁２６にかかる圧力を一定にして制御する。なお、圧力センサ４４は、溶液供給配管２２における供給ポンプ２０と流量制御弁２６との間の配管部（溶液供給配管２２に連通するリターン配管３５における第２の開閉弁３７の上流側の配管部を含む。）内の圧力を検出するものであればよい。
変更例２は、図４に示すように、前記実施例１（図１及び図２参照）における内燃機関１０の排気浄化装置１４におけるバイパス配管３９及びリリーフ弁４１を省略したものである。また、リリーフ弁４１の調圧機能の代用として、溶液供給配管２２に連通するリターン配管３５における第２の開閉弁３７の上流側の配管部に、その配管部内の圧力を検出する圧力センサ４４を設け、圧力センサ４４から出力される信号を基に、ＥＣＵ２８が供給ポンプ２０の吐出圧を制御、または、第２の開閉弁３７の開閉制御により流量制御弁２６にかかる圧力を一定にして制御する。なお、圧力センサ４４は、溶液供給配管２２における供給ポンプ２０と流量制御弁２６との間の配管部（溶液供給配管２２に連通するリターン配管３５における第２の開閉弁３７の上流側の配管部を含む。）内の圧力を検出するものであればよい。
［変更例３］
変更例３は、図５に示すように、前記変更例２（図４参照。）における第２の開閉弁３７に代えて、リリーフ弁４１を設けたものである。本変更例の場合、内燃機関１０の停止の際には、流量制御弁２６が閉じた状態で、供給ポンプ２０が運転されるため、溶液供給配管２２内の圧力が上昇されてリリーフ弁４１の設定圧を超えることにより、溶液供給配管２２内に残留する排気浄化用溶液１５がリターン配管３５を通じて貯蔵タンク１７内に回収される。
変更例３は、図５に示すように、前記変更例２（図４参照。）における第２の開閉弁３７に代えて、リリーフ弁４１を設けたものである。本変更例の場合、内燃機関１０の停止の際には、流量制御弁２６が閉じた状態で、供給ポンプ２０が運転されるため、溶液供給配管２２内の圧力が上昇されてリリーフ弁４１の設定圧を超えることにより、溶液供給配管２２内に残留する排気浄化用溶液１５がリターン配管３５を通じて貯蔵タンク１７内に回収される。
［変更例４］
変更例４は、図６に示すように、前記実施例１（図１及び図２参照）における内燃機関１０の排気浄化装置１４におけるリターン配管３５と第２の開閉弁３７、及び、バイパス配管３９とリリーフ弁４１を省略したものである。また、リリーフ弁４１の調圧機能の代用として、溶液供給配管２２における供給ポンプ２０と流量制御弁２６との間の配管部に、その配管部内の圧力を検出する圧力センサ４４を設け、圧力センサ４４から出力される信号を基に、ＥＣＵ２８が供給ポンプ２０の吐出圧を制御して流量制御弁２６にかかる圧力を一定にするように制御する。
本変更例の場合、内燃機関１０の停止の際には、ＥＣＵ２８により流量制御弁２６が開かれるものとし、溶液供給配管２２内に残留する排気浄化用溶液１５が排気通路１３に排出されるものとする。このように構成しても、溶液供給配管２２内の排気浄化用溶液１５による凍害を防止あるいは低減することができる。
変更例４は、図６に示すように、前記実施例１（図１及び図２参照）における内燃機関１０の排気浄化装置１４におけるリターン配管３５と第２の開閉弁３７、及び、バイパス配管３９とリリーフ弁４１を省略したものである。また、リリーフ弁４１の調圧機能の代用として、溶液供給配管２２における供給ポンプ２０と流量制御弁２６との間の配管部に、その配管部内の圧力を検出する圧力センサ４４を設け、圧力センサ４４から出力される信号を基に、ＥＣＵ２８が供給ポンプ２０の吐出圧を制御して流量制御弁２６にかかる圧力を一定にするように制御する。
本変更例の場合、内燃機関１０の停止の際には、ＥＣＵ２８により流量制御弁２６が開かれるものとし、溶液供給配管２２内に残留する排気浄化用溶液１５が排気通路１３に排出されるものとする。このように構成しても、溶液供給配管２２内の排気浄化用溶液１５による凍害を防止あるいは低減することができる。
［変更例５］
変更例５は、図７に示すように、前記実施例１（図１及び図２参照）における内燃機関１０の排気浄化装置１４における流量制御弁２６を、流量調整機能及び開閉機能をもたず、排気浄化用溶液１５の噴射量を所定量の制限する絞り４５に変更したものである。本変更例の場合、内燃機関１０の停止の際には、溶液供給配管２２内に残留する排気浄化用溶液１５の一部が絞り４５を通じて排気通路１３に排出されるものの、その排気浄化用溶液１５の残り分をリターン配管３５を通じて貯蔵タンク１７内に回収することができる。なお、絞り４５に代えて、溶液供給配管２２の溶液噴射口２３に排気浄化用溶液１５を所定流量で噴射するノズルを設けてもよい。
変更例５は、図７に示すように、前記実施例１（図１及び図２参照）における内燃機関１０の排気浄化装置１４における流量制御弁２６を、流量調整機能及び開閉機能をもたず、排気浄化用溶液１５の噴射量を所定量の制限する絞り４５に変更したものである。本変更例の場合、内燃機関１０の停止の際には、溶液供給配管２２内に残留する排気浄化用溶液１５の一部が絞り４５を通じて排気通路１３に排出されるものの、その排気浄化用溶液１５の残り分をリターン配管３５を通じて貯蔵タンク１７内に回収することができる。なお、絞り４５に代えて、溶液供給配管２２の溶液噴射口２３に排気浄化用溶液１５を所定流量で噴射するノズルを設けてもよい。
また、前記実施例１（図１及び図２参照）における内燃機関１０の排気浄化装置１４において、前記溶液供給配管２２の溶液噴射口２３に、排気浄化用溶液１５を噴射ノズルを設けてもよい。また、流量制御弁２６に代えて、流量調整機能をもたない仕切弁、止め弁等の弁装置を用いてもよい。また、第１の開閉弁３３及び／又は第２の開閉弁３７には、仕切弁、止め弁等の弁装置を用いることができる。また、気液選択手段としては、前記実施例１の第１の開閉弁３３に代えて、流路切替弁を用いることができる。
［実施例２］
本発明の実施例２を説明する。本実施例は、前記実施例１の一部に変更を加えたものであるから、その変更部分について説明し、重複する説明は省略する。なお、図８は内燃機関の排気浄化装置を示す構成図、図９は内燃機関の停止時における排気浄化装置を示す構成図である。
図８に示すように、本実施例では、前記実施例１（図１及び図２参照）における内燃機関１０の排気浄化装置１４における空気吸込み配管３０と第１の開閉弁３３が省略されている。その代わりに、前記実施例１（図１及び図２参照）におけるリターン配管３５が空気導入配管（符号、５０を付す。）とされている。また、貯蔵タンク１７内の気相部に開口されているリターン配管３５の下流端が空気導入口５１に設定されている。これにともない、リリーフ弁４１は、溶液供給配管２２における供給ポンプ２０より下流側の配管部内の設定圧を超える圧力を空気導入配管５０内に逃がすためのリリーフ弁（符号、５２を付す。）となっている。なお、第１の開閉弁３３の省略にともない、第２の開閉弁３７を単に「開閉弁３７」という。
本発明の実施例２を説明する。本実施例は、前記実施例１の一部に変更を加えたものであるから、その変更部分について説明し、重複する説明は省略する。なお、図８は内燃機関の排気浄化装置を示す構成図、図９は内燃機関の停止時における排気浄化装置を示す構成図である。
図８に示すように、本実施例では、前記実施例１（図１及び図２参照）における内燃機関１０の排気浄化装置１４における空気吸込み配管３０と第１の開閉弁３３が省略されている。その代わりに、前記実施例１（図１及び図２参照）におけるリターン配管３５が空気導入配管（符号、５０を付す。）とされている。また、貯蔵タンク１７内の気相部に開口されているリターン配管３５の下流端が空気導入口５１に設定されている。これにともない、リリーフ弁４１は、溶液供給配管２２における供給ポンプ２０より下流側の配管部内の設定圧を超える圧力を空気導入配管５０内に逃がすためのリリーフ弁（符号、５２を付す。）となっている。なお、第１の開閉弁３３の省略にともない、第２の開閉弁３７を単に「開閉弁３７」という。
前記溶液供給配管２２には、前記貯蔵タンク１７内の排気浄化用溶液１５を前記排気通路１３に噴射する正流状態と該溶液供給配管２２内の排気浄化用溶液１５を前記貯蔵タンク１７に逆流させる逆流状態とに選択的に切替可能な流路切替手段５３が設けられている。流路切替手段５３は、溶液供給配管２２における供給ポンプ２０の上流側の配管部に設けられた第１の流路切替弁５５と、その供給ポンプ２０の下流側の配管部に設けられた第２の流路切替弁５７とを備えている。
前記第１の流路切替弁５５には、例えば電磁駆動式の３方切替弁、詳しくは３ポート２位置切替弁が用いられている。この流路切替弁５５は、前記ＥＣＵ２８により切替制御されることによって、前記貯蔵タンク１７内の排気浄化用溶液１５を該供給ポンプ２０に導入させる第１の切替位置（図８参照。）と、前記供給ポンプ２０より下流側の配管部から分岐された分岐配管５９を通じて該供給ポンプ２０から吐出された排気浄化用溶液１５を前記貯蔵タンク１７へ逆流させる第２の切替位置（図９参照。）とを選択可能に構成されている。
また、前記第２の流路切替弁５７には、例えば電磁駆動式の３方切替弁、詳しくは３ポート２位置切替弁が用いられている。この流路切替弁５７は、前記ＥＣＵ２８により切替制御されることによって、前記供給ポンプ２０から吐出された排気浄化用溶液１５を前記排気通路１３に噴射させる第１の切替位置（図８参照。）と、前記供給ポンプ２０より上流側の配管部に合流する合流配管６１を通じて該流路切替弁５７より下流側の配管部内の排気浄化用溶液１５を供給ポンプ２０に導入させる第２の切替位置（図９参照。）とを選択可能に構成されている。
前記した内燃機関１０の排気浄化装置１４において、内燃機関１０の運転中は、ＥＣＵ２８により開閉弁３３が閉じられているとともに、両流路切替弁５５，５７が第１の切替位置におかれる（図８参照。）。これにより、排気浄化用溶液１５を溶液供給配管２２内を通じて排気通路１３に噴射する状態が選択される。この状態で、ＥＣＵ２８により供給ポンプ２０が駆動されかつ流量制御弁２６が制御されることにより、貯蔵タンク１７内の排気浄化用溶液１５が溶液供給配管２２内に吸込まれかつ溶液供給配管２２内を圧送された後、溶液供給配管２２の溶液噴射口２３から排気通路１３に噴射されることにより排気が浄化される（図８中、矢印Ｙ１参照。）。
また、内燃機関１０を停止した際には、ＥＣＵ２８により開閉弁３３が開かれるとともに流量制御弁２６が閉じられ、また、両流路切替弁５５，５７が第２の切替位置におかれる（図９参照。）。これにより、貯蔵タンク１７内の空気を空気導入配管５０及び溶液供給配管２２内を通じて貯蔵タンク１７に逆送する状態が選択される。この状態で、ＥＣＵ２８により供給ポンプ２０が駆動されことにより、貯蔵タンク１７内の空気が空気導入配管５０を通じて溶液供給配管２２における第２の流路切替弁５７より下流側の配管部内に導入され、溶液供給配管２２内に残留する排気浄化用溶液１５が、合流配管６１、分岐配管５９を経由しかつ溶液供給配管２２を通じて貯蔵タンク１７内に回収される（図９中、矢印Ｙ２参照。）。したがって、溶液供給配管２２内に残留する排気浄化用溶液１５が貯蔵タンク１７内に回収され、その管内が空状態とされる、これにより、溶液供給配管２２内の排気浄化用溶液１５による凍害を防止あるいは低減することができる。また、内燃機関１０の停止後において、所定時間が経過したならば、前記実施例１と同様に、ＥＣＵ２８により供給ポンプ２０が停止される。
前記した内燃機関１０の排気浄化装置１４によると、内燃機関１０の運転中において、流路切替手段５３により正流状態（図８参照。）が選択されると、貯蔵タンク１７内の排気浄化用溶液１５が、供給ポンプ２０により吸込まれかつ溶液供給配管２２内を通じて排気通路１３に噴射されることにより、排気を浄化することができる。また、内燃機関１０の停止の際において、流路切替手段５３により逆流状態（図９参照。）が選択されると、溶液供給配管２２内の排気浄化用溶液１５を貯蔵タンク１７内に回収することができる。このため、溶液供給配管２２内の排気浄化用溶液１５による凍害を防止あるいは低減することができる。また、前記特許文献１において必要とされた圧力ガスの圧送にかかる圧力ガス容器、圧力ポンプ等が不要であるので、装置を小型化することができる。よって、溶液供給配管２２内の排気浄化用溶液１５による凍害を防止しながらも小型化を図ることができる。このことは、搭載スペースが制約される小型自動車、小型船舶等に搭載される内燃機関の排気浄化装置として有用といえる。
また、内燃機関１０の停止の際において、溶液供給配管２２内の排気浄化用溶液１５を貯蔵タンク１７内に回収することにより、排気浄化用溶液１５を排気通路１３に排出することによる排気管１２の腐食、悪臭の放出、排気浄化用溶液１５の空費等の不具合を防止あるいは低減することができる（図９参照。）。
また、内燃機関１０の運転中において、流路切替手段５３の第１の流路切替弁５５が第１の切替位置を選択し、かつ、第２の流路切替弁５７が第１の切替位置を選択することにより、正流状態を選択することができる（図８参照。）。また、内燃機関１０の停止の際において、流路切替手段５３の第１の流路切替弁５５が第２の切替位置を選択し、かつ、第２の流路切替弁５７が第２の切替位置を選択することにより、逆流状態を選択することができる（図９参照。）。したがって、流路切替手段５３を２つの流路切替弁により構成することができる。
また、内燃機関１０の停止の際において、貯蔵タンク１７内の空気を供給ポンプ２０に吸込むことにより、排気浄化用溶液１５にかかる配管径路を密閉状態に構成することができる（図９参照。）。したがって、大気から空気を吸込んで排気浄化用溶液１５にかかる配管径路から放出する場合と異なり、悪臭の放出といった不具合を防止あるいは低減することができる。
また、供給ポンプ２０により排気浄化用溶液１５及び空気の両流体を正方向の圧送するものであるから、供給ポンプ２０に逆送機能を必要としないため、内燃機関１０の排気浄化装置１４のコスト低減に有利である。
また、供給ポンプ２０により排気浄化用溶液１５及び空気の両流体を正方向の圧送するものであるから、供給ポンプ２０に逆送機能を必要としないため、内燃機関１０の排気浄化装置１４のコスト低減に有利である。
また、内燃機関１０の停止の際において、貯蔵タンク１７内の空気を、空気導入配管５０を通じて溶液供給配管２２における第２の流路切替弁５７より下流側の配管部内に導入することができる（図９参照。）。したがって、排気通路１３の空気すなわち排気を溶液供給配管２２内を通じて貯蔵タンク１７に逆流させることによる溶液供給配管２２の腐食といった不具合を防止あるいは低減することができる。
また、溶液供給配管２２における供給ポンプ２０より下流側の配管部内の圧力が設定圧を超える圧力をリリーフ弁５２により空気導入配管５０内に逃がすことができる。これにより、溶液供給配管２２における供給ポンプ２０より下流側の配管部内の圧力を一定化することができる。
また、前記実施例２（図８及び図９参照）における内燃機関１０の排気浄化装置１４は、次の変更例１〜３（図１０〜図１２参照。）に変更することが考えられる。なお、図１０〜図１２は各変更例にかかる内燃機関１０の排気浄化装置１４を示す構成図である。各図において、内燃機関１０の運転中における排気浄化用溶液１５の流れが矢印Ｙ１で示され、また、内燃機関１０の停止の際の排気浄化用溶液１５及び空気の流れが矢印Ｙ２で示されている。
［変更例１］
変更例１は、図１０に示すように、前記実施例２における内燃機関１０の排気浄化装置１４におけるバイパス配管３９及びリリーフ弁５２を省略したものである。
変更例１は、図１０に示すように、前記実施例２における内燃機関１０の排気浄化装置１４におけるバイパス配管３９及びリリーフ弁５２を省略したものである。
［変更例２］
変更例２は、図１１に示すように、前記実施例２（図８及び図９参照）における内燃機関１０の排気浄化装置１４における空気導入配管５０と開閉弁３３、及び、バイパス配管３９とリリーフ弁５２を省略したものである。本変更例の場合、内燃機関１０の停止の際には、ＥＣＵ２８により流量制御弁２６が開かれるものとし、排気通路１３の排気を溶液供給配管２２内に導入することにより、溶液供給配管２２内に残留する排気浄化用溶液１５が貯蔵タンク１７内に排出されるものとする。このように構成しても、溶液供給配管２２内の排気浄化用溶液１５による凍害を防止あるいは低減することができる。
変更例２は、図１１に示すように、前記実施例２（図８及び図９参照）における内燃機関１０の排気浄化装置１４における空気導入配管５０と開閉弁３３、及び、バイパス配管３９とリリーフ弁５２を省略したものである。本変更例の場合、内燃機関１０の停止の際には、ＥＣＵ２８により流量制御弁２６が開かれるものとし、排気通路１３の排気を溶液供給配管２２内に導入することにより、溶液供給配管２２内に残留する排気浄化用溶液１５が貯蔵タンク１７内に排出されるものとする。このように構成しても、溶液供給配管２２内の排気浄化用溶液１５による凍害を防止あるいは低減することができる。
［変更例３］
変更例３は、図１２に示すように、前記実施例２（図８及び図９参照。）における内燃機関１０の排気浄化装置１４における流量制御弁２６を、流量調整機能及び開閉機能をもたず、排気浄化用溶液１５の噴射量を所定量の制限する絞り６３に変更したものである。本変更例の場合、内燃機関１０の停止の際には、貯蔵タンク１７内の空気を、空気導入配管５０を通じて溶液供給配管２２における第２の流路切替弁５７より下流側の配管部内に導入されるとともに、排気通路１３の排気が絞り６３を通じて溶液供給配管２２内に導入されるものの、溶液供給配管２２内に残留する排気浄化用溶液１５を貯蔵タンク１７内に回収することができる。なお、絞り６３に代えて、溶液供給配管２２の溶液噴射口２３に排気浄化用溶液１５を所定流量で噴射するノズルを設けてもよい。
変更例３は、図１２に示すように、前記実施例２（図８及び図９参照。）における内燃機関１０の排気浄化装置１４における流量制御弁２６を、流量調整機能及び開閉機能をもたず、排気浄化用溶液１５の噴射量を所定量の制限する絞り６３に変更したものである。本変更例の場合、内燃機関１０の停止の際には、貯蔵タンク１７内の空気を、空気導入配管５０を通じて溶液供給配管２２における第２の流路切替弁５７より下流側の配管部内に導入されるとともに、排気通路１３の排気が絞り６３を通じて溶液供給配管２２内に導入されるものの、溶液供給配管２２内に残留する排気浄化用溶液１５を貯蔵タンク１７内に回収することができる。なお、絞り６３に代えて、溶液供給配管２２の溶液噴射口２３に排気浄化用溶液１５を所定流量で噴射するノズルを設けてもよい。
また、前記実施例２（図８及び図９参照）における内燃機関１０の排気浄化装置１４において、前記溶液供給配管２２の溶液噴射口２３に、排気浄化用溶液１５を噴射ノズルを設けてもよい。また、流量制御弁２６に代えて、流量調整機能をもたない仕切弁、止め弁等の弁装置を用いてもよい。また、開閉弁３７には、仕切弁、止め弁等の弁装置を用いることができる。また、気液選択手段としては、前記実施例１の第１の開閉弁３３に代えて、流路切替弁を用いることができる。
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、本発明の内燃機関の排気浄化装置は、小型自動車、大型自動車等の車両の他、船舶、農耕機械等に搭載することが可能である。また、排気浄化用溶液１５としては、尿素水水溶液に限らず、各種の液体還元剤を用いることができる。
１０ 内燃機関
１２ 排気管（排気通路壁）
１３ 排気通路
１４ 排気浄化装置
１５ 排気浄化用溶液
１７ 貯蔵タンク
２０ 供給ポンプ
２２ 溶液供給配管
３３ 第１の開閉弁（気液選択手段）
３５ リターン配管
４１ リリーフ弁
５０ 空気導入配管
５２ リリーフ弁
５３ 流路切替手段
５５ 第１の流路切替弁
５７ 第２の流路切替弁
５９ 分岐配管
６１ 合流配管
１２ 排気管（排気通路壁）
１３ 排気通路
１４ 排気浄化装置
１５ 排気浄化用溶液
１７ 貯蔵タンク
２０ 供給ポンプ
２２ 溶液供給配管
３３ 第１の開閉弁（気液選択手段）
３５ リターン配管
４１ リリーフ弁
５０ 空気導入配管
５２ リリーフ弁
５３ 流路切替手段
５５ 第１の流路切替弁
５７ 第２の流路切替弁
５９ 分岐配管
６１ 合流配管
Claims (8)
- 内燃機関の排気通路に噴射される排気浄化用溶液を貯蔵する貯蔵タンクと、前記貯蔵タンクから前記排気浄化用溶液を前記排気通路に導く溶液供給配管と、前記溶液供給配管に設けられ、かつ流体を圧送する供給ポンプとを備え、前記排気通路に排気浄化用溶液を噴射することにより排気を浄化する内燃機関の排気浄化装置であって、
前記貯蔵タンク内の排気浄化用溶液と空気とを前記溶液供給配管内に選択的に導入する気液選択手段を設けたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記溶液供給配管における前記供給ポンプより下流側の配管部から前記貯蔵タンク内に連通され、かつ前記溶液供給配管内の排気浄化用溶液を前記貯蔵タンク内に回収するためのリターン配管を設けたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 請求項２に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記溶液供給配管における前記供給ポンプより下流側の配管部内の設定圧を超える圧力を前記リターン配管内に逃がすためのリリーフ弁を設けたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 請求項２又は３に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記リターン配管に、内燃機関の運転中は閉じられ、また、内燃機関を停止した際に開かれる開閉弁を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 内燃機関の排気通路に噴射される排気浄化用溶液を貯蔵する貯蔵タンクと、前記貯蔵タンクから前記排気浄化用溶液を前記排気通路に導く溶液供給配管と、前記溶液供給配管に設けられ、かつ流体を圧送する供給ポンプとを備え、前記排気通路に排気浄化用溶液を噴射することにより排気を浄化する内燃機関の排気浄化装置であって、
前記溶液供給配管に、前記貯蔵タンク内の排気浄化用溶液を前記排気通路に噴射する正流状態と該溶液供給配管内の排気浄化用溶液を前記貯蔵タンクに逆流させる逆流状態とに選択的に切替可能な流路切替手段を設けたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 請求項５に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記流路切替手段は、前記溶液供給配管における前記供給ポンプの上流側の配管部に設けられた第１の流路切替弁と、その前記供給ポンプの下流側の配管部に設けられた第２の流路切替弁とを備え、
前記第１の流路切替弁は、前記貯蔵タンク内の排気浄化用溶液を該供給ポンプに導入させる第１の切替位置と、前記供給ポンプより下流側の配管部から分岐された分岐配管を通じて該供給ポンプから吐出された排気浄化用溶液を前記貯蔵タンクへ逆流させる第２の切替位置とを選択可能に構成され、
前記第２の流路切替弁は、前記供給ポンプから吐出された排気浄化用溶液を前記排気通路に噴射させる第１の切替位置と、前記供給ポンプより上流側の配管部に合流する合流配管を通じて該流路切替弁より下流側の配管部内の排気浄化用溶液を前記供給ポンプに導入させる第２の切替位置とを選択可能に構成されている
ことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 請求項５又は６に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記貯蔵タンク内から前記溶液供給配管における前記供給ポンプより下流側の配管部内に連通され、かつ前記貯蔵タンク内の空気を該配管部内に導入するための空気導入配管を備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。 - 請求項５〜７のいずれか１項に記載の内燃機関の排気浄化装置であって、
前記溶液供給配管における前記供給ポンプより下流側の配管部内の設定圧を超える圧力を前記空気導入配管内に逃がすためのリリーフ弁を設けたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
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