特許 6574154 排気処理装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6574154

(24)【登録日】2019年8月23日

(45)【発行日】2019年9月11日

(54)【発明の名称】排気処理装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/08 20060101AFI20190902BHJP

   F01N 3/28 20060101ALI20190902BHJP

   B01D 53/94 20060101ALI20190902BHJP

【ＦＩ】

   F01N3/08 B

   F01N3/28 301H

   F01N3/28 301C

   B01D53/94 222

   B01D53/94ZAB

   B01D53/94 400

【請求項の数】5

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2016-181831(P2016-181831)

(22)【出願日】2016年9月16日

(65)【公開番号】特開2018-44527(P2018-44527A)

(43)【公開日】2018年3月22日

【審査請求日】2018年11月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】濱田 達也

(72)【発明者】

【氏名】松下 智彦

【審査官】 村山 禎恒

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−１４３８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１９７７４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１６−５０８５８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０３３６０５２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｎ ３／００−１１／００

Ｂ０１Ｄ ５３／９４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンに接続される排気管と、
前記排気管内に設けられ、排気ガス中の窒素酸化物を浄化するための排気浄化触媒と、
前記排気管における前記排気浄化触媒の上流の部分に設けられ、前記エンジンの動作中に閉弁状態から開弁状態に切り替えられることによって尿素水を前記排気管内に噴射する、第１噴射弁および第２噴射弁と、
前記尿素水を貯留するタンクと、
一方端が前記タンクに接続され、他方端が途中の分岐点から２つに分岐して前記第１噴射弁および前記第２噴射弁の各々に接続される配管と、
前記配管のうちの前記分岐点から前記第１噴射弁までの第１経路と、前記分岐点から前記第２噴射弁までの第２経路とのうちの少なくとも一方の経路に設けられ、前記経路の通路断面積の調整が可能な流量調整弁と、
前記第１噴射弁および前記第２噴射弁の各々と前記タンクとの間で前記配管を経由して前記尿素水を流通させるためのポンプと、
前記エンジンの停止後に、前記第１噴射弁および前記第２噴射弁をいずれも前記開弁状態にし、前記第１経路内および前記第２経路内の前記尿素水を前記タンクに吸い戻すように前記ポンプを制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記ポンプの作動を開始してから前記第１経路内の前記尿素水が前記分岐点まで吸い戻されるまでの第１期間と、前記ポンプの作動を開始してから前記第２経路内の前記尿素水が前記分岐点まで吸い戻されるまでの第２期間とが同じになるように前記流量調整弁を用いて前記通路断面積を調整する、排気処理装置。

【請求項2】

前記排気処理装置は、
前記第１経路上に設けられ、前記第１経路内の第１圧力を検出するための第１圧力センサと、
前記第２経路上に設けられ、前記第２経路内の第２圧力を検出するための第２圧力センサとをさらに備え、
前記流量調整弁は、前記第１圧力センサと前記第１噴射弁との間、および、前記第２圧力センサと前記第２噴射弁との間のうちの少なくとも一方に設けられ、
前記制御装置は、前記第１圧力と前記第２圧力との差または比が予め定められた値になるように前記流量調整弁を用いて前記通路断面積を調整する、請求項１に記載の排気処理装置。

【請求項3】

前記排気処理装置は、
前記第１経路上に設けられ、前記第１経路内の前記尿素水の第１流量を検出するための第１流量センサと、
前記第２経路上に設けられ、前記第２経路内の前記尿素水の第２流量を検出するための第２流量センサとをさらに備え、
前記流量調整弁は、前記第１流量センサと前記第１噴射弁との間、および、前記第２流量センサと前記第２噴射弁との間のうちの少なくとも一方に設けられ、
前記制御装置は、前記第１流量と前記第２流量との差または比が予め定められた値になるように前記流量調整弁を用いて前記通路断面積を調整する、請求項１に記載の排気処理装置。

【請求項4】

前記予め定められた値は、前記第１経路内の前記尿素水の容量と前記第２経路内の前記尿素水の容量とに基づいて設定される、請求項２または３に記載の排気処理装置。

【請求項5】

前記排気管は、前記エンジンに並列的に接続される、第１排気管および第２排気管とを含み、
前記第１噴射弁は、前記第１排気管に設けられ、
前記第２噴射弁は、前記第２排気管に設けられる、請求項１〜４のいずれかに記載の排気処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジンが排出する排気ガスを浄化する排気処理装置のエンジン停止時の制御に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、ディーゼルエンジン等のエンジンが排出する排気ガスのうちの窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減するために排気管内のＳＣＲ（Selective Catalyst Reduction）触媒の上流に設けられる噴射弁を用いて尿素水を噴射して、排気ガス中の窒素酸化物を還元する技術が公知である。このような尿素水は、−１１℃を下回ると凍結する場合がある。尿素水が凍結すると配管が詰まり、次回のエンジン始動時に尿素水の噴射に支障をきたすことになる。また、尿素水は、高温で劣化する特性があるため、高負荷運転後のエンジン停止時に尿素水が高温の状態で維持されると、劣化が促進する場合がある。

【0003】

このような問題に対して、たとえば、特開２０１０−２５５６０８号公報（特許文献１）には、エンジンの停止後に尿素水を噴射弁に供給するためのポンプを逆転動作させて、配管内に残留する尿素水をタンクに戻す技術が開示される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０−２５５６０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、尿素水を噴射する噴射弁は、複数個設けられる場合がある。たとえば、エンジンがＶ型のエンジンである場合には、２本の排気管が並列的にエンジンに接続される。そのため、２本の排気管の各々に尿素水を噴射するために噴射弁を２個設ける必要がある。噴射弁が複数個設けられる場合には、配管、ポンプあるいはタンクを個別に設けるとコストや重量等が増加することになる。そのため、配管を途中で分岐させて各噴射弁に接続するなどして、配管の一部、ポンプおよびタンクを共通の構成にすることが考えられる。

【0006】

しかしながら、配管の分岐点から各噴射弁までの経路においては、単純に配管長さが異なる場合や、配管長さが仮に同じでも、レイアウトの差異あるいは噴射弁の噴孔の大きさのばらつき等により圧力損失が異なる場合がある。そのため、ポンプの逆転動作により尿素水をタンクに吸い戻すときに、各噴射弁から分岐点までの尿素水の吸い戻しを同時に完了することは困難となる。また、配管の分岐点から各噴射弁までの経路のうちの一方の経路内の尿素水の吸い戻しが先に完了すると、その後は他方の経路内に残留する尿素水よりも流体粘性の低い一方の経路内のエアが吸い出されることとなり、他方の経路内の尿素水を吸い戻すことができない場合がある。

【0007】

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、尿素水を噴射する噴射弁が複数個設けられる場合に、エンジンの停止時に各噴射弁に接続される配管内に残留する尿素水を確実にタンクに戻す排気処理装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この発明のある局面に係る排気処理装置は、エンジンに接続される排気管と、排気管内に設けられ、排気ガス中の窒素酸化物を浄化するための排気浄化触媒と、排気管における排気浄化触媒の上流の部分に設けられ、エンジンの動作中に閉弁状態から開弁状態に切り替えられることによって尿素水を排気管内に噴射する、第１噴射弁および第２噴射弁と、尿素水を貯留するタンクと、一方端がタンクに接続され、他方端が途中の分岐点から２つに分岐して第１噴射弁および第２噴射弁の各々に接続される配管と、配管のうちの分岐点から第１噴射弁までの第１経路と、分岐点から第２噴射弁までの第２経路とのうちの少なくとも一方の経路に設けられ、経路の通路断面積の調整が可能な流量調整弁と、第１噴射弁および第２噴射弁の各々とタンクとの間で配管を経由して尿素水を流通させるためのポンプと、エンジンの停止後に、第１噴射弁および第２噴射弁をいずれも開弁状態にし、第１経路内および第２経路内の尿素水をタンクに吸い戻すようにポンプを制御する制御装置とを備える。制御装置は、ポンプの作動を開始してから第１経路内の尿素水が分岐点まで吸い戻されるまでの第１期間と、ポンプの作動を開始してから第２経路内の尿素水が分岐点まで吸い戻されるまでの第２期間とが同じになるように流量調整弁を用いて通路断面積を調整する。

【0009】

このようにすると、エンジンの停止後に、第１期間と第２期間とが同じになるように通路断面積が調整されるので、第１噴射弁から分岐点までの尿素水と第２噴射弁から分岐点までの尿素水とを並行してタンクに吸い戻すことができる。そのため、配管内の尿素水の凍結や劣化等を抑制することができる。

【0010】

好ましくは、排気処理装置は、第１経路上に設けられ、第１経路内の第１圧力を検出するための第１圧力センサと、第２経路上に設けられ、第２経路内の第２圧力を検出するための第２圧力センサとをさらに備える。流量調整弁は、第１圧力センサと第１噴射弁との間、および、第２圧力センサと第２噴射弁との間のうちの少なくとも一方に設けられる。制御装置は、第１圧力と第２圧力との差または比が予め定められた値になるように流量調整弁を用いて通路断面積を調整する。

【0011】

このようにすると、エンジンの停止後に、ポンプを用いて第１経路内および第２経路内の尿素水をタンクに吸い戻す場合に、第１期間と第２期間とが同じになるように通路断面積を調整することができる。

【0012】

さらに好ましくは、排気処理装置は、第１経路上に設けられ、第１経路内の尿素水の第１流量を検出するための第１流量センサと、第２経路上に設けられ、第２経路内の尿素水の第２流量を検出するための第２流量センサとをさらに備える。流量調整弁は、第１流量センサと第１噴射弁との間、および、第２流量センサと第２噴射弁との間のうちの少なくとも一方に設けられる。制御装置は、第１流量と第２流量との差または比が予め定められた値になるように流量調整弁を用いて通路断面積を調整する。

【0013】

このようにすると、エンジンの停止後に、ポンプを用いて第１経路内および第２経路内の尿素水をタンクに吸い戻す場合に、第１期間と第２期間とが同じになるように通路断面積を調整することができる。

【0014】

さらに好ましくは、予め定められた値は、第１経路内の尿素水の容量と第２経路内の尿素水の容量とに基づいて設定される。

【0015】

このようにすると、エンジンの停止後に、ポンプを用いて第１経路内および第２経路内の尿素水をタンクに吸い戻す場合に、第１期間と第２期間とが同じになるように通路断面積を調整することができる。

【0016】

さらに好ましくは、排気管は、エンジンに並列的に接続される、第１排気管および第２排気管とを含む。第１噴射弁は、第１排気管に設けられる。第２噴射弁は、第２排気管に設けられる。

【0017】

このようにすると、エンジンの停止後に、第１排気管に設けられる第１噴射弁と、第２排気管に設けられる第２噴射弁と、第１噴射弁および第２噴射弁の各々とタンクとの間の配管とに残留する尿素水をタンクに吸い戻すことができる。

【発明の効果】

【0018】

この発明によると、尿素水を噴射する噴射弁が複数個設けられる場合に、エンジンの停止時に各噴射弁に接続される配管内に残留する尿素水を確実にタンクに戻す排気処理装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】エンジンおよび排気処理装置の構成を示す図である。

【図2】配管長さと圧力損失との関係を説明するための図である。

【図3】制御装置によって実行される制御処理の内容を示すフローチャートである。

【図4】流量調整弁を用いた配管内の圧力の変化の一例を示すタイミングチャートである。

【図5】本実施の形態における尿素水ポンプと流量調整弁との動作および差圧ΔＰの変化の一例を示すタイミングチャートである。

【図6】変形例における制御装置によって実行される制御処理の内容を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号が付されている。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返されない。

【0021】

図１は、本実施の形態におけるエンジン１０および排気系に設けられる排気処理装置２の構成を示す図である。

【0022】

エンジン１０は、燃焼室内で燃料と空気の混合気を燃焼して作動する内燃機関である。本実施の形態において、エンジン１０は、Ｖ型６気筒のディーゼルエンジンを一例として説明する。エンジン１０の左右のバンクには３気筒ずつ設けられる。エンジン１０の左右のバンクの気筒に接続される排気ポートには、第１エキゾーストマニホールド１２および第２エキゾーストマニホールド１４がそれぞれ接続される。第１エキゾーストマニホールド１２には、第１排気管１６の一方端が接続される。第２エキゾーストマニホールド１４には、第２排気管１８の一方端が接続される。

【0023】

そのため、エンジン１０の作動時に生じる排気ガスは、排気ポートから第１エキゾーストマニホールド１２を経由して第１排気管１６を流通する経路と、排気ポートから第２エキゾーストマニホールド１４を経由して第２排気管１８を流通する経路とに分岐する。エンジン１０の動作は、制御装置１００により制御される。

【0024】

第１排気管１６および第２排気管１８には、排気処理装置２が設けられる。排気処理装置２は、第１触媒２０と、第２触媒２２と、第１噴射弁２４と、第２噴射弁２６と、第１ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒２８と、第２ＳＣＲ触媒３０と、尿素水タンク４０と、尿素水ポンプ４２、接続配管５０と、第１圧力センサ５４と、第２圧力センサ５６と、流量調整弁５８とを含む。

【0025】

第１触媒２０と、第１噴射弁２４と、第１ＳＣＲ触媒２８とは、第１排気管１６に設けられる。第２触媒２２と、第２噴射弁２６と、第２ＳＣＲ触媒３０とは、第２排気管１８に設けられる。

【0026】

第１触媒２０および第２触媒２２は、たとえば、ＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst）等の酸化触媒である。第１触媒２０および第２触媒２２の下流には、排気ガス中の粒子状物質を捕集するＤＰＦ（Diesel Particulate filter）がそれぞれ設けられてもよい。

【0027】

第１ＳＣＲ触媒２８は、第１噴射弁２４から噴射（添加）される尿素水を用いてＮＯｘ等の窒素酸化物を還元することによってエンジン１０から第１排気管１６を流通する排気ガスを浄化する。第２ＳＣＲ触媒３０は、第２噴射弁から噴射（添加）される尿素水を用いて窒素酸化物を還元することによってエンジン１０から第２排気管１８を流通する排気ガスを浄化する。

【0028】

尿素水タンク４０は、第１噴射弁２４および第２噴射弁２６の各々に供給するための尿素水を貯留する。尿素水タンク４０と第１噴射弁２４および第２噴射弁２６の各々とは、接続配管５０によって接続される。接続配管５０の一方端は、尿素水タンク４０に接続される。接続配管５０の他方端は、途中で２つに分岐して第１噴射弁２４および第２噴射弁２６の各々に接続される。

【0029】

具体的には、接続配管５０は、第１配管４４と、第２配管４６と、第３配管４８とを含む。尿素水タンク４０には、第３配管４８の一方端が接続される。第３配管４８の他方端には、第１配管４４の一方端と第２配管４６の一方端とが接続される。以下、第１配管４４の一方端と第２配管４６の一方端と第３配管４８の他方端との接続箇所を分岐点５２と記載する。第１配管４４の他方端には第１噴射弁２４が接続される。第２配管４６の他方端には第２噴射弁２６が接続される。

【0030】

尿素水タンク４０には、尿素水タンク４０内の尿素水を第１噴射弁２４および第２噴射弁２６に供給するための尿素水ポンプ４２が設けられる。尿素水ポンプ４２は、たとえば、モータ等を用いて動作する電動ポンプである。尿素水ポンプ４２を動作させることによって尿素水タンク４０と第１噴射弁２４および第２噴射弁２６の各々との間で尿素水を流通させることができる。尿素水ポンプ４２は、制御装置１００からの制御信号に応じて尿素水タンク４０から第３配管４８側に向けて尿素水を圧送する動作（以下、このような動作を正転動作と記載する）と、第３配管４８側から尿素水タンク４０に向けて尿素水を吸い戻す動作（以下、このような動作を逆転動作と記載する）とのうちのいずれかの動作を行なう。

【0031】

第１噴射弁２４は、第１排気管１６の第１触媒２０と第１ＳＣＲ触媒２８との間の位置に設けられる。第１噴射弁２４は、制御装置１００からの制御信号に応じて内部の弁体が駆動することによって開弁状態と閉弁状態とのうちのいずれか一方の状態から他方の状態に切り替えられる。第１噴射弁２４が開弁状態になると第１排気管１６内と第１配管４４とが連通状態になる。このとき、尿素水ポンプ４２によって尿素水タンク４０から尿素水が圧送される場合には、尿素水が尿素水タンク４０から第３配管４８および第１配管４４を経由して流通し、第１噴射弁２４から第１排気管１６内に噴射される。第１噴射弁２４が閉弁状態になると第１排気管１６内と第１配管４４とが遮断状態になるため、第１噴射弁２４からの尿素水の噴射が停止される。

【0032】

第２噴射弁２６は、第２排気管１８の第２触媒２２と第２ＳＣＲ触媒３０との間の位置に設けられる。第２噴射弁２６は、制御装置１００からの制御信号に応じて内部の弁体が駆動することによって開弁状態と閉弁状態とのうちのいずれか一方の状態から他方の状態に切り替えられる。第２噴射弁２６が開弁状態になると第２排気管１８内と第２配管４６とが連通状態になる。このとき、尿素水ポンプ４２によって尿素水タンク４０から尿素水が圧送される場合には、尿素水が尿素水タンク４０から第３配管４８および第２配管４６を経由して流通し、第２噴射弁２６から第２排気管１８内に噴射される。第２噴射弁２６が閉弁状態になると第２排気管１８内と第２配管４６とが遮断状態になるため、第２噴射弁２６からの尿素水の噴射が停止される。

【0033】

なお、本実施の形態において、第１噴射弁２４および第２噴射弁２６は、いずれも弁体の非駆動時（非通電時）において閉弁状態であるものとする。

【0034】

流量調整弁５８は、第１配管４４および第２配管４６のうち少なくとも圧力損失が小さい方に設けられる。本実施の形態においては、第１配管４４における圧力損失が第２配管４６における圧力損失よりも小さいものとする。そのため、本実施の形態において、流量調整弁５８は、第１配管４４に設けられる。流量調整弁５８は、第１圧力センサ５４と第１噴射弁２４との間に設けられる。流量調整弁５８は、制御装置１００からの制御信号に応じて弁体を駆動することによって通路断面積を調整可能な開閉弁である。流量調整弁５８は、たとえば、ソレノイド等を用いて弁体を駆動するソレノイドバルブであってもよい。

【0035】

第１圧力センサ５４は、流量調整弁５８と分岐点５２との間に設けられる。第１圧力センサ５４は、第１配管４４内の圧力（以下、第１圧力と記載する）Ｐ１を検出する。第１圧力センサ５４は、検出した第１圧力Ｐ１を示す信号を制御装置１００に出力する。

【0036】

第２圧力センサ５６は、第２配管４６に設けられる。第２圧力センサ５６は、第２配管４６内の圧力（以下、第２圧力と記載する）Ｐ２を検出する。第２圧力センサ５６は、検出した第２圧力Ｐ２を示す信号を制御装置１００に出力する。

【0037】

ＩＧスイッチ１０２は、ユーザがエンジン１０を始動または停止するための操作部材である。

【0038】

制御装置１００は、いずれも図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、メモリと、入出力バッファ等とを含んで構成される。制御装置１００は、各センサおよび機器からの信号、ならびにメモリに格納されたマップおよびプログラムに基づいて、エンジン１０および排気処理装置２が所望の作動状態となるように各種機器を制御する。なお、各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）により処理することも可能である。

【0039】

制御装置１００には、第１圧力センサ５４と、第２圧力センサ５６とが接続される。制御装置１００は、第１圧力センサ５４、第２圧力センサ５６およびＩＧスイッチ１０２から送信される信号の受信結果に基づいて、エンジン１０、尿素水ポンプ４２、第１噴射弁２４、第２噴射弁２６および流量調整弁５８を制御する。

【0040】

制御装置１００は、たとえば、エンジン１０の作動中にユーザによりＩＧスイッチ１０２が操作された場合にはエンジン１０の停止処理を開始してエンジン１０を停止状態にする。また、制御装置１００は、たとえば、エンジン１０の停止中にユーザによりＩＧスイッチ１０２が操作された場合には、エンジン１０の起動処理を開始してエンジン１０を作動状態にする。

【0041】

以上のような構成を有する排気処理装置２においては、エンジン１０の運転中には、接続配管５０内の尿素水の圧力が所定圧力以上になるように尿素水ポンプ４２を正転動作させる。そして、所定のタイミング（たとえば、排気ガスの温度が第１ＳＣＲ触媒２８および第２ＳＣＲ触媒３０において窒素酸化物を還元可能な温度範囲内になるタイミング）で第１噴射弁２４および第２噴射弁２６が開弁状態になる。これにより、第１噴射弁２４から第１排気管１６内に尿素水が噴射されることによって第１ＳＣＲ触媒２８において窒素酸化物が還元される。また、第２噴射弁２６から第２排気管１８内に尿素水が噴射されることによって第２ＳＣＲ触媒３０において窒素酸化物が還元される。

【0042】

一方、この尿素水は、約−１１℃を下回ると凍結する場合がある。そのため、エンジン１０の停止中に低温環境下において尿素水が凍結すると接続配管５０内が凍結した尿素水で詰まった状態になり、次回のエンジン始動時に尿素水の噴射に支障をきたすことになる。また、尿素水は、高温で劣化する特性があるため、高負荷運転後のエンジン停止時に尿素水が高温の状態で維持されると、劣化が促進する場合がある。

【0043】

そのため、エンジン１０が停止する場合には、尿素水ポンプ４２を逆転動作させて接続配管５０内の尿素水を吸い戻すことが考えられる。

【0044】

しかしながら、図１に示したように、配管を途中で分岐させて複数の噴射弁の各々に接続するなどして、複数の噴射弁に対して、配管の一部、ポンプおよびタンクを共通の構成とする場合には、尿素水ポンプ４２を逆転動作させても接続配管５０内の尿素水を吸い戻すことができない場合がある。これは、分岐点５２から各噴射弁までの経路において配管長さやレイアウトに差異があることに起因する。

【0045】

分岐点５２から各噴射弁までの経路においては、単純に配管長さが異なる場合や、配管長さが仮に同じでも、レイアウトの差異あるいは噴射弁の噴孔の大きさのばらつき等により圧力損失が異なる場合がある。

【0046】

図２は、配管のレイアウトと配管長さと圧力損失との関係を示す図である。図２の縦軸は圧力損失の大きさを示す。図２の横軸は配管長さを示す。図２の実線は、配管経路Ａのレイアウト（曲げの数等によって規定される）の場合の配管長さと圧力損失との関係を示す。図２の一点鎖線は、配管経路Ｂのレイアウト（たとえば、配管経路Ａよりも曲げの数が多い）の場合の配管長さと圧力損失との関係を示す。

【0047】

図２に示すように、たとえば、同じ配管経路Ａ（すなわち、曲げの数が同じ）でも配管長さが異なる場合には、配管長さが長いほど圧力損失が大きくなる。一方、同じ配管長さでもレイアウト（曲げの数）が異なると、圧力損失が異なる。そのため、第１配管４４（配管経路Ａでかつ配管長さＬａ）と第２配管４６（配管経路Ｂでかつ配管長さＬｂ）とのように配管長さもレイアウトも異なる場合には、圧力損失の差（Ｐｂ−Ｐａ）が大きく異なることになる。

【0048】

そのため、尿素水ポンプ４２の逆転動作により尿素水タンク４０に尿素水を吸い戻すときに、各噴射弁から分岐点５２までの尿素水の吸い戻しを同時に完了することは困難となる。また、分岐点５２から各噴射弁までの経路のうちの一方の経路内の尿素水の吸い戻しが先に完了すると、その後は他方の経路内に残留する尿素水よりも流体粘性の低い一方の経路内のエアが吸い出されることとなり、他方の経路内の尿素水を吸い戻すことができないこととなる。

【0049】

そこで、本実施の形態においては、制御装置１００は、エンジン１０の停止後に、第１噴射弁２４および第２噴射弁２６をいずれも開弁状態にし、分岐点５２と第１噴射弁２４との間の第１配管４４内および分岐点５２と第２噴射弁２６との間の第２配管４６内の尿素水を尿素水タンク４０に吸い戻すように尿素水ポンプ４２を制御する。さらに、制御装置１００は、尿素水ポンプ４２の作動を開始してから第１配管４４内の尿素水が分岐点５２まで吸い戻されるまでの第１期間と、尿素水ポンプ４２の作動を開始してから第２配管４６内の尿素水が分岐点５２まで吸い戻されるまでの第２期間とが同じになるように流量調整弁５８を用いて第１配管４４の流量調整弁５８が設けられる位置における通路断面積を調整する。

【0050】

このようにすると、エンジン１０の停止後に、第１期間と第２期間とが同じになるように流量調整弁５８の通路断面積が調整されるので、第１配管４４内の尿素水と第２配管４６内の尿素水とを並行して尿素水タンク４０に吸い戻すことができる。

【0051】

本実施の形態において、制御装置１００は、第１圧力Ｐ１と第２圧力Ｐ２との差が予め定められた値になるように流量調整弁５８を用いて通路断面積を調整する。また、予め定められた値は、第１配管４４内の尿素水の容量と第２配管４６内の尿素水の容量とに基づいて設定される。

【0052】

本実施の形態においては、第１配管４４内の尿素水の量と第２配管４６内の尿素水の量とが同量である場合を想定する。この場合、第１圧力と第２圧力とは同じ圧力にすることによって、吸い戻し時における第１配管４４から第３配管４８への流量と、第２配管４６から第３配管４８への流量とを同じ量にすることができる。そのため、予め定められた値は、たとえば、ゼロである。すなわち、本実施の形態において、制御装置１００は、第１圧力Ｐ１から第２圧力Ｐ２を減算した差圧ΔＰがゼロになるように流量調整弁５８を調整する。

【0053】

図３を参照して、本実施の形態に係る排気処理装置２の制御装置１００で実行される制御処理について説明する。

【0054】

ステップ（以下、ステップをＳと記載する）１００にて、制御装置１００は、ＩＧオフされたか否かを判定する。制御装置１００は、たとえば、エンジン１０の運転中にＩＧスイッチ１０２が操作されることによってエンジン１０が停止した場合にＩＧオフされたと判定する。ＩＧオフされたと判定される場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ１０２に移される。

【0055】

Ｓ１０２にて、制御装置１００は、尿素水ポンプ４２を逆転動作させる。Ｓ１０４にて、制御装置１００は、第１噴射弁２４および第２噴射弁２６を開弁状態にする。

【0056】

Ｓ１０６にて、制御装置１００は、第１圧力センサ５４および第２圧力センサ５６を用いて第１圧力Ｐ１と第２圧力Ｐ２とを取得する。Ｓ１０８にて、制御装置１００は、第１圧力Ｐ１から第２圧力Ｐ２を減算することによって差圧ΔＰを算出する。

【0057】

Ｓ１１０にて、制御装置１００は、差圧ΔＰがゼロであるか否かを判定する。差圧ΔＰがゼロでないと判定される場合（Ｓ１１０にてＮＯ）、処理はＳ１１２に移される。

【0058】

Ｓ１１２にて、制御装置１００は、調整制御を実行する。具体的には、制御装置１００は、流量調整弁５８の開度を予め定められた値だけ小さくする。なお、流量調整弁５８の開度の初期値は、全開に対応した値（１００％）である。

【0059】

尿素水ポンプ４２の逆転動作中に流量調整弁５８の開度を小さくすることによって第１配管４４における圧力損失を増加させることができる。そのため、第１配管４４内の第１圧力Ｐ１の大きさを負方向に増加させることができる。これにより、差圧ΔＰをゼロに近づけることができる。

【0060】

たとえば、図４の実線に示す第１圧力Ｐ１を流量調整弁５８の開度の調整によって図４の一点鎖線に示す第２圧力Ｐ２と同じになるようにすると、差圧ΔＰをゼロにすることができる。

【0061】

Ｓ１１４にて、制御装置１００は、差圧ΔＰを算出する。Ｓ１１６にて、制御装置１００は、算出された差圧ΔＰがゼロであるか否かを判定する。算出された差圧ΔＰがゼロであると判定される場合（Ｓ１１６にてＹＥＳ）、処理はＳ１１８に移される。Ｓ１１８にて、制御装置１００は、調整制御を終了して、処理をＳ１２０に移す。

【0062】

Ｓ１２０にて、制御装置１００は、終了条件が成立したか否かを判定する。終了条件は、たとえば、尿素水ポンプ４２の逆転動作を開始した時点（すなわち、エンジン１０が停止した時点）から予め定められた時間（たとえば、数十秒程度の時間）が経過したという条件であってもよいし、尿素水タンク４０内の尿素水の量がしきい値以上増加したという条件であってもよい。終了条件が成立する場合（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、処理はＳ１２２に移される。

【0063】

Ｓ１２２にて、制御装置１００は、尿素水ポンプ４２の逆転動作を停止する。Ｓ１２４にて、制御装置１００は、第１噴射弁２４および第２噴射弁２６をいずれも閉弁状態にする。このとき、制御装置１００は、流量調整弁５８の開度を初期値に戻してもよい。

【0064】

なお、ＩＧオフされていないと判定される場合（Ｓ１００にてＮＯ）、処理はＳ１００に戻される。また、Ｓ１１０にて、差圧ΔＰがゼロであると判定される場合（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、処理はＳ１２０に移される。さらに、Ｓ１１６にて、差圧ΔＰがゼロでないと判定される場合（Ｓ１１６にてＮＯ）、処理はＳ１１２に移される。さらに、終了条件が成立していないと判定される場合（Ｓ１２０にてＮＯ）、処理はＳ１２０に戻されて、終了条件が成立するまで待機する。

【0065】

以上のような構造およびフローチャートに基づく本実施の形態に係る排気処理装置２の動作について図５を用いて説明する。図５は、本実施の形態における尿素水ポンプ４２と流量調整弁５８との動作と、差圧ΔＰの変化とを示すタイミングチャートである。

【0066】

たとえば、尿素水ポンプ４２が停止状態であって、第１噴射弁２４および第２噴射弁２６がいずれも閉弁状態であって、かつ、流量調整弁５８の開度が全開（１００％）である場合を想定する。

【0067】

時間Ｔ（０）にて、運転者のＩＧ操作によってエンジン１０が停止されると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、尿素水ポンプ４２の逆転動作が開始する（Ｓ１０２）。尿素水ポンプ４２の逆転動作が開始されるとともに、第１噴射弁２４および第２噴射弁２６が開弁状態になる（Ｓ１０４）。

【0068】

第１圧力センサ５４および第２圧力センサ５６を用いて第１圧力Ｐ１および第２圧力Ｐ２が取得され（Ｓ１０６）、第１圧力Ｐ１から第２圧力Ｐ２が減算されて差圧ΔＰが算出される（Ｓ１０８）。算出された差圧ΔＰがゼロでない場合には（Ｓ１１０にてＮＯ）、調整制御が実行される（Ｓ１１２）。調整制御の実行により、流量調整弁５８の開度が減少される。そして、再度差圧ΔＰが算出され（Ｓ１１４）、算出された差圧ΔＰがゼロになるまで（Ｓ１１６にてＮＯ）、調整制御の実行と、差圧ΔＰの算出とが繰り返される。

【0069】

時間Ｔ（１）にて、算出された差圧ΔＰがゼロになると（Ｓ１１６にてＹＥＳ）、調整制御が終了され（Ｓ１１８）、終了条件が成立するか否かが判定される（Ｓ１２０）。その後、差圧ΔＰがゼロとなる状態が維持されたまま、尿素水ポンプ４２の逆転動作が継続されるため、第１噴射弁２４と分岐点５２との間の尿素水と第２噴射弁２６と分岐点５２との間の尿素水とが並行して尿素水タンク４０に吸い戻される。第１噴射弁２４と分岐点５２との間の尿素水と第２噴射弁２６と分岐点５２との間の尿素水との吸い戻しが完了した後には、第３配管４８内の尿素水が尿素水タンク４０内に吸い戻される。

【0070】

時間Ｔ（２）にて、接続配管５０内の尿素水が尿素水タンク４０に全て吸い戻された後に終了条件が成立すると判定されると（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、尿素水ポンプ４２の動作が停止されるとともに（Ｓ１２２）、第１噴射弁２４および第２噴射弁２６の各々が閉弁状態にされる（Ｓ１２４）。

【0071】

以上のようにして、本実施の形態に係る排気処理装置によると、エンジン１０の停止後に、差圧ΔＰがゼロになるように流量調整弁５８を用いて通路断面積を調整することにより、第１配管４４と第２配管４６との間で圧力損失を同じにすることができる。これにより、第１配管４４から第３配管４８への流量と第２配管４６から第３配管４８への流量とを同じにすることができる。第１配管４４内の尿素水の量と第２配管４６内の尿素水の量とは同じ量であるため、第１配管４４内の尿素水が第１噴射弁２４から分岐点５２まで吸い戻される第１期間と第２配管４６内の尿素水が第２噴射弁２６から分岐点５２まで吸い戻される第２期間とを同じにすることができる。これにより、第１噴射弁２４から分岐点５２までの尿素水と第２噴射弁２６から分岐点５２までの尿素水とを並行して尿素水タンク４０に吸い戻すことができる。そのため、配管内の尿素水の凍結や劣化等を抑制することができる。したがって、尿素水を噴射する噴射弁が複数個設けられる場合に、エンジンの停止時に各噴射弁に接続される配管内に残留する尿素水を確実にタンクに戻す排気処理装置を提供することができる。

【0072】

以下、変形例について説明する。
上述の実施の形態では、第１配管４４内の尿素水の容量と第２配管４６内の尿素水の容量とが同じである場合を前提として、差圧ΔＰがゼロになるように流量調整弁５８を制御するものとして説明したが、一定のマージンを考慮して、たとえば、差圧ΔＰの大きさがしきい値（ゼロよりも大きい値）以下になるように流量調整弁５８を制御してもよい。

【0073】

さらに、上述の実施の形態では、第１配管４４内の尿素水の容量と第２配管４６内の尿素水の容量とが同じである場合を前提として、差圧ΔＰがゼロになるように流量調整弁５８を制御するものとして説明したが、第１配管４４内の尿素水の容量と第２配管４６内の尿素水の容量とは異なっていてもよい。

【0074】

この場合、制御装置１００は、第１圧力Ｐ１と第２圧力Ｐ２との差が予め定められた値になるように流量調整弁５８を制御する。予め定められた値は、第１配管４４内の尿素水の容量と第２配管４６内の尿素水の容量とに基づいて上述の第１期間と第２期間とが同じ期間になるように設定される。たとえば、第２配管４６内の尿素水の容量が第１配管４４の尿素水の容量よりも大きい場合には、第２配管４６から第３配管４８への流量が第１配管４４から第３配管４８への流量よりも大きくなるように第１圧力Ｐ１が第２圧力Ｐ２より低くなるように予め定められた値が設定される。

【0075】

さらに、上述の実施の形態では、第１圧力Ｐ１と第２圧力Ｐ２との差が予め定められた値になるように流量調整弁５８を制御するものとして説明したが、たとえば、第１圧力Ｐ１と第２圧力Ｐ２との比が予め定められた値になるように流量調整弁５８を制御してもよい。

【0076】

この場合の予め定められた値は、第１配管４４内の尿素水の容量と第２配管４６内の尿素水の容量との容量比に基づいて設定される。

【0077】

なお、容量比は、たとえば、第１配管４４の通路断面積と第２配管４６の通路断面積とが同じである場合には、第１配管４４の長さと第２配管４６の長さとの比に基づいて算出されてもよい。あるいは、容量比は、第１配管４４の長さと第２配管４６の長さとが同じである場合には、第１配管４４の通路断面積と第２配管４６の通路断面積との比に基づいて算出されてもよい。なお、第１配管４４および第２配管４６において流量調整弁が設けられる位置を除き、通路断面積は一定であるものとする。

【0078】

予め定められた値は、たとえば、以下のようにして予め設定される。すなわち、容量比から第１配管４４内を流通する第１流量と第２配管４６内を流通する第２流量との流量比が設定される。流量は、通路断面積と流速とに基づいて定まる。そのため、第１配管４４と第２配管４６との間で通路断面積が同じである場合には、流量比から流速比が設定される。流速は、配管内の圧力に基づいて定まる。そのため、流速比から圧力比が予め定められた比として設定される。なお、第１配管４４と第２配管４６との間で通路断面積が異なる場合には、流量比と通路断面積の比とから流速比が設定される。

【0079】

圧力比を制御するための流量調整弁５８を用いた調整制御は、たとえば、図６に基づくフローチャートにしたがった制御処理によって実行される。なお、図６に示すフローチャートにおいて、図３と同様の処理については同じステップ番号を付与している。そのため、その詳細な説明については繰り返さない。

【0080】

Ｓ２００にて、制御装置１００は、第１圧力Ｐ１と第２圧力Ｐ２との圧力比を算出する。Ｓ２０２にて、制御装置１００は、算出された圧力比が予め定められた比と一致するか否かを判定する。制御装置１００は、たとえば、算出された圧力比と予め定められた比との差分がしきい値以下である場合に、算出された圧力比が予め定められた比とが一致すると判定する。算出された圧力比が予め定められた比と一致しないと判定される場合（Ｓ２０２にてＮＯ）、処理はＳ１１２に移される。

【0081】

Ｓ１１２の処理の後に処理はＳ２０４に移される。Ｓ２０４にて、制御装置１００は、第１圧力Ｐ１と第２圧力Ｐ２との圧力比を算出する。Ｓ２０６にて、制御装置１００は、算出された圧力比が予め定められた比と一致するか否かを判定する。判定方法については上述したとおりであるため、その詳細な説明は繰り返さない。算出された圧力比が予め定められた比と一致すると判定されると（Ｓ２０６にてＹＥＳ）、処理はＳ１１８に移される。

【0082】

なお、Ｓ２０２にて、算出された圧力比が予め定められた比と一致すると判定される場合（Ｓ２０２にてＹＥＳ）、処理はＳ１２０に移される。また、Ｓ２０６にて、算出された圧力比が予め定められた比と一致しないと判定される場合（Ｓ２０６にてＮＯ）、処理はＳ１１２に移される。

【0083】

このようにすると、第１圧力Ｐ１と第２圧力Ｐ２との圧力比を予め定められた比に一致させることができるため、圧力比に応じた流量比が得られることで、第１配管４４内の尿素水を第１噴射弁２４から分岐点５２まで吸い戻す期間と第２配管４６内の尿素水を第２噴射弁２６から分岐点５２まで吸い戻す期間とを同じにすることができる。そのため、第１噴射弁２４および第２噴射弁２６の各々から並行して尿素水を尿素水タンク４０に吸い戻すことができる。その結果、尿素水が接続配管５０内に残留することを抑制することができる。これにより、配管内の尿素水の凍結や劣化等を抑制することができる。

【0084】

上述の実施の形態では、ＩＧオフ操作が行なわれたときに、尿素水を吸い戻すものとして説明したが、特にＩＧオフ操作によるエンジン停止時に限定するものではなく、たとえば、アイドルストップ制御等のＩＧオフ操作を伴わないエンジン停止時に尿素水を吸い戻すものであってもよい。

【0085】

このようにすると、エンジン１０の一時停止時において尿素水が排気管からの熱の影響を受けて劣化することを抑制することができる。

【0086】

上述の実施の形態では、流量調整弁５８は、第１配管４４と第２配管４６のうちの圧力損失の小さい一方に設けられるものとして説明したが、流量調整弁５８は、第１配管４４および第２配管４６の各々に設けられるようにしてもよい。

【0087】

このようにすると、たとえば、第１配管４４および第２配管４６の温度の偏りや経年変化等によって圧力損失の大小が逆転する場合でも流量調整弁５８を用いて第１配管４４内の尿素水を第１噴射弁２４から分岐点５２まで吸い戻す第１期間と第２配管４６内の尿素水を第２噴射弁２６から分岐点５２まで吸い戻す第２期間とを同じ期間にすることができる。

【0088】

上述の実施の形態では、制御装置１００は、エンジン停止後の尿素水ポンプ４２の逆転動作時に、第１圧力センサ５４および第２圧力センサ５６の検出結果に基づいて流量調整弁５８を調整するものとして説明したが、第１配管４４内の尿素水の流量を検出する第１流量センサと、第２配管４６内の尿素水の流量を検出する第２流量センサとの検出結果に基づいて流量調整弁５８を制御してもよい。制御装置１００は、たとえば、第１配管４４内の第１流量と、第２配管内の第２流量との流量差または流量比が予め定められた値になるように流量調整弁５８を調整する。予め定められた値は、上述したように容量比に基づいて設定される。

【0089】

このようにしても、第１配管４４内の尿素水を第１噴射弁２４から分岐点５２まで吸い戻す期間と第２配管４６内の尿素水を第２噴射弁２６から分岐点５２まで吸い戻す期間とを同じにすることができる。

【0090】

上述の実施の形態では、第１噴射弁２４および第２噴射弁２６は、エンジン１０に接続される異なる排気管にそれぞれ設けられるものとして説明したが、第１噴射弁２４および第２噴射弁２６は、同一の排気管に設けられるものであってもよい。

【0091】

上述の実施の形態では、エンジン１０は、Ｖ型エンジンを一例として説明したが、たとえば、水平対向型エンジンであってもよいし、直列型のエンジンであってもよい。

【0092】

なお、上記した変形例は、その全部または一部を組み合わせて実施してもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0093】

２ 排気処理装置、１０ エンジン、１２ 第１エキゾーストマニホールド、１４ 第２エキゾーストマニホールド、１６ 第１排気管、１８ 第２排気管、２０ 第１触媒、２２ 第２触媒、２４ 第１噴射弁、２６ 第２噴射弁、２８ 第１ＳＣＲ触媒、３０ 第２ＳＣＲ触媒、４０ 尿素水タンク、４２ 尿素水ポンプ、４４ 第１配管、４６ 第２配管、４８ 第３配管、５０ 接続配管、５２ 分岐点、５４ 第１圧力センサ、５６ 第２圧力センサ、５８ 流量調整弁、 １００ 制御装置、１０２ ＩＧスイッチ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】