特開 2024-103956 還元剤供給システム及び還元剤供給システムの制御装置並びに還元剤供給システムの制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024103956

(43)【公開日】2024-08-02

(54)【発明の名称】還元剤供給システム及び還元剤供給システムの制御装置並びに還元剤供給システムの制御方法

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/08 20060101AFI20240726BHJP

【ＦＩ】

F01N3/08 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023007924

(22)【出願日】2023-01-23

(71)【出願人】

【識別番号】591245473

【氏名又は名称】ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100177839

【弁理士】

【氏名又は名称】大場 玲児

(74)【代理人】

【識別番号】100172340

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 始

(74)【代理人】

【識別番号】100182626

【弁理士】

【氏名又は名称】八島 剛

(72)【発明者】

【氏名】田代 翔吾

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 匡教

【テーマコード（参考）】

3G091

【Ｆターム（参考）】

3G091AA02

3G091AA18

3G091AB04

3G091BA01

3G091BA14

3G091CA17

3G091FA06

(57)【要約】

【課題】供給通路から分岐する還流通路に連通された圧力ゲージ通路への液体還元剤の残留を抑制し、圧力センサの破損を防止する。
【解決手段】還元剤供給システム（１）の制御装置（５０）は、内燃機関（１１）の停止時に供給通路（４５）内の液体還元剤を貯蔵タンク（１７）へ吸い戻す第１のパージ処理と、第１のパージ処理に続いて、液体還元剤を、供給通路（４５）から分岐して貯蔵タンク（１７）に接続された還流通路（４７）が分岐する分岐位置に到達させない実行時間で、液体還元剤を供給通路（４５）側へ圧送し、還流通路（４７）へ空気を供給する再充填処理と、再充填処理に続いて、供給通路（４５）内の液体還元剤を貯蔵タンク（１７）へ吸い戻す第２のパージ処理と、を実行する。
【選択図】図８

【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体還元剤を圧送するポンプ（２１）と、
前記液体還元剤を内燃機関（１１）の排気通路（１３）内に噴射する還元剤噴射弁（１９）と、
前記ポンプ（２１）と前記還元剤噴射弁（１９）とを接続する供給通路（４５）と、
前記供給通路（４５）から分岐して前記液体還元剤を貯蔵する貯蔵タンク（１７）に接続された還流通路（４７）と、
前記還流通路（４７）に設けられて前記供給通路（４５）側から前記貯蔵タンク（１７）側への前記液体還元剤の流通を可能とする一方、前記貯蔵タンク（１７）側から前記供給通路（４５）側への前記液体還元剤の流通を遮断する一方向弁（２９）と、
前記供給通路（４５）から前記還流通路（４７）が分岐する分岐位置と前記一方向弁（２９）との間の前記還流通路（４７）から分岐する圧力ゲージ通路（４９）と、
前記圧力ゲージ通路（４９）に設けられた圧力センサ（３１）と、
前記ポンプ（２１）及び前記還元剤噴射弁（１９）の駆動を制御する制御装置（５０）と、を備え、
前記制御装置（５０）は、前記内燃機関（１１）の停止時に前記液体還元剤を前記貯蔵タンク（１７）に回収する還元剤回収処理を実行する還元剤供給システム（１）において、
前記制御装置（５０）は、
前記内燃機関（１１）の停止時に、前記還元剤噴射弁（１９）を開いて前記ポンプ（２１）を駆動することにより前記供給通路（４５）内の前記液体還元剤を前記貯蔵タンク（１７）へ吸い戻す第１のパージ処理と、
前記第１のパージ処理に続いて、前記還元剤噴射弁（１９）を閉じて前記ポンプ（２１）を駆動することにより、前記液体還元剤を前記分岐位置に到達させない実行時間で、前記液体還元剤を前記供給通路（４５）側へ圧送し、前記還流通路（４７）へ空気を供給する再充填処理と、
前記再充填処理に続いて、前記還元剤噴射弁（１９）を開いて前記ポンプ（２１）を駆動することにより前記供給通路（４５）内の前記液体還元剤を前記貯蔵タンク（１７）へ吸い戻す第２のパージ処理と、
を実行する、ことを特徴とする還元剤供給システム。

【請求項2】

前記制御装置（５０）は、
前記第１のパージ処理の開始後、前記圧力センサ（３１）により検出される圧力値が所定の閾値以上上昇したときに前記第１のパージ処理を停止し、前記再充填処理を開始する、
ことを特徴とする請求項１に記載の還元剤供給システム。

【請求項3】

前記制御装置（５０）は、
前記再充填処理の開始後、所定の実行時間を経過したときに前記再充填処理を停止し、前記第２のパージ処理を開始する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の還元剤供給システム。

【請求項4】

液体還元剤を圧送するポンプ（２１）と、前記液体還元剤を内燃機関（１１）の排気通路（１３）内に噴射する還元剤噴射弁（１９）と、を備えた還元剤供給システム（１）の前記ポンプ（２１）及び前記還元剤噴射弁（１９）の駆動を制御する制御装置（５０）において、
前記制御装置（５０）は、
前記内燃機関（１１）の停止時に前記液体還元剤を貯蔵タンク（１７）に回収する還元剤回収処理を実行する際に、
前記内燃機関（１１）の停止時に、前記還元剤噴射弁（１９）を開いて前記ポンプ（２１）を駆動することにより前記ポンプ（２１）と前記還元剤噴射弁（１９）とを接続する供給通路（４５）内の前記液体還元剤を前記貯蔵タンク（１７）へ吸い戻す第１のパージ処理と、
前記第１のパージ処理に続いて、前記還元剤噴射弁（１９）を閉じて前記ポンプ（２１）を駆動することにより、前記液体還元剤を、前記供給通路（４５）から分岐して前記貯蔵タンク（１７）に接続された還流通路（４７）が分岐する分岐位置に到達させない実行時間で、前記液体還元剤を前記供給通路（４５）側へ圧送し、前記還流通路（４７）へ空気を供給する再充填処理と、
前記再充填処理に続いて、前記還元剤噴射弁（１９）を開いて前記ポンプ（２１）を駆動することにより前記供給通路（４５）内の前記液体還元剤を前記貯蔵タンク（１７）へ吸い戻す第２のパージ処理と、
を実行する、ことを特徴とする制御装置。

【請求項5】

液体還元剤を貯蔵する貯蔵タンク（１７）と、
前記液体還元剤を圧送するポンプ（２１）と、
前記液体還元剤を内燃機関（１１）の排気通路（１３）内に噴射する還元剤噴射弁（１９）と、
前記ポンプ（２１）と前記還元剤噴射弁（１９）とを接続する供給通路（４５）と、
前記供給通路（４５）から分岐して前記貯蔵タンク（１７）に接続された還流通路（４７）と、
前記還流通路（４７）に設けられて前記供給通路（４５）側から前記貯蔵タンク（１７）側への前記液体還元剤の流通を可能とする一方、前記貯蔵タンク（１７）側から前記供給通路（４５）側への前記液体還元剤の流通を遮断する一方向弁（２９）と、
前記供給通路（４５）から前記還流通路（４７）が分岐する分岐位置と前記一方向弁（２９）との間の前記還流通路（４７）から分岐する圧力ゲージ通路（４９）と、
前記圧力ゲージ通路（４９）に設けられた圧力センサ（３１）と、
前記ポンプ（２１）及び前記還元剤噴射弁（１９）の駆動を制御する制御装置（５０）と、を備え、
前記制御装置（５０）は、前記内燃機関（１１）の停止時に前記液体還元剤を前記貯蔵タンク（１７）に回収する還元剤回収処理を実行する還元剤供給システム（１）の制御方法において、
前記制御装置（５０）は、
前記内燃機関（１１）の停止時に、前記還元剤噴射弁（１９）を開いて前記ポンプ（２１）を駆動することにより前記供給通路（４５）内の前記液体還元剤を前記貯蔵タンク（１７）へ吸い戻すことと、
続いて、前記還元剤噴射弁（１９）を閉じて前記ポンプ（２１）を駆動することにより、前記液体還元剤を前記分岐位置に到達させない実行時間で、前記液体還元剤を前記供給通路（４５）側へ圧送し、前記還流通路（４７）へ空気を供給することと、
続いて、前記還元剤噴射弁（１９）を開いて前記ポンプ（２１）を駆動することにより前記供給通路（４５）内の前記液体還元剤を前記貯蔵タンク（１７）へ吸い戻すことと、
を実行する、ことを特徴とする還元剤供給システムの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、還元剤供給システム及び還元剤供給システムの制御装置並びに還元剤供給システムの制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気中にはＮＯ_Ｘ（窒素酸化物）が含まれる。このＮＯ_Ｘを浄化する排気浄化装置の一つとして、内燃機関の排気通路中に配置される還元触媒と、還元触媒の上流側で尿素水溶液等のアンモニア由来の液体還元剤を噴射する還元剤供給システムとを備えた排気浄化装置が知られている。この排気浄化装置は、還元触媒中で、排気中のＮＯ_Ｘと、液体還元剤から生成されるアンモニアとを還元反応させ、ＮＯ_Ｘを窒素や水等に分解する。

【0003】

このような排気浄化装置に用いられる還元剤供給システムの一態様として、ポンプ及び還元剤噴射弁を備え、貯蔵タンク内の液体還元剤をポンプによって圧送するとともに、排気通路に固定された還元剤噴射弁を介して液体還元剤を排気通路内に供給するシステムがある。

【0004】

ここで、液体還元剤として尿素水溶液を使用する場合、尿素水溶液が凍結しないように、凍結温度が最も低くなる濃度の尿素水溶液が用いられる。ただし、尿素水溶液の凍結温度は低くても－１１℃程度であり、寒冷地等においては還元剤供給システムによる尿素水溶液の供給が停止されている間に尿素水溶液が凍結するおそれがある。

【0005】

尿素水溶液が凍結すると、次回の始動時に長時間の解凍時間が必要になったり、凍結した尿素水溶液の体積が膨張して還元剤供給システムの構成部品が破損したりするおそれがある。そのため、内燃機関の停止時には、還元剤供給システム内の液体還元剤が流通する空間に残留する尿素水溶液を貯蔵タンク内に回収する制御が行われる。尿素水溶液の回収は、尿素水溶液を圧送するポンプを逆回転させたり、あるいは、尿素水溶液の流路の接続を切り換えてポンプを駆動したりすることで、尿素水溶液を貯蔵タンクへ吸い戻すことによって行われる。（例えば、特許文献１を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１５－２３２２９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ここで、特許文献１に記載の還元剤供給システムは、ポンプと還元剤噴射弁とを接続する供給通路から分岐して貯蔵タンクに接続された還流通路を備え、当該還流通路に、供給通路から貯蔵タンクへの尿素水溶液の流通を可能とする一方で逆方向への液体還元剤の流通を遮断する一方向弁を備えている。このような還元剤供給システムは、液体還元剤を還元剤噴射弁へ供給するとともに一部の液体還元剤を還流通路を介して貯蔵タンクへ還流させて、還元剤噴射弁へ供給する液体還元剤の圧力を所定の圧力に維持しながら還元剤噴射弁の開弁時間を調節することで、液体還元剤の噴射量を制御する。

【0008】

また、供給通路から分岐する還流通路に圧力ゲージ通路を連通させ、当該圧力ゲージ通路に圧力センサが設けられた還元剤供給システムがある。このような還元剤供給システムでは、内燃機関の停止時に上記の尿素水溶液を回収する制御を実行する間、供給通路内の圧力は負圧になり、一方向弁は閉じた状態になる。このため、還流通路及び圧力ゲージ通路に液体還元剤が残留するおそれがある。特に、圧力ゲージ通路内に残留する液体還元剤が凍結した場合、圧力センサの破損につながるおそれがあり、次回以降に液体還元剤の噴射量の制御ができなくなるおそれがある。

【0009】

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、供給通路から分岐する還流通路に連通された圧力ゲージ通路への液体還元剤の残留を抑制し、圧力センサの破損を防止可能な還元剤供給システム及び還元剤供給システムの制御装置並びに還元剤供給システムの制御方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明のある観点によれば、液体還元剤を圧送するポンプと、上記液体還元剤を内燃機関の排気通路内に噴射する還元剤噴射弁と、上記ポンプと上記還元剤噴射弁とを接続する供給通路と、上記供給通路から分岐して上記液体還元剤を貯蔵する貯蔵タンクに接続された還流通路と、上記還流通路に設けられて上記供給通路側から上記貯蔵タンク側への上記液体還元剤の流通を可能とする一方、上記貯蔵タンク側から上記供給通路側への上記液体還元剤の流通を遮断する一方向弁と、上記供給通路から上記還流通路が分岐する分岐位置と上記一方向弁との間の上記還流通路から分岐する圧力ゲージ通路と、上記圧力ゲージ通路に設けられた圧力センサと、上記ポンプ及び上記還元剤噴射弁の駆動を制御する制御装置と、を備え、上記制御装置は、上記内燃機関の停止時に上記液体還元剤を上記貯蔵タンクに回収する還元剤回収処理を実行する還元剤供給システムにおいて、上記制御装置は、上記内燃機関の停止時に、上記還元剤噴射弁を開いて上記ポンプを駆動することにより上記供給通路内の上記液体還元剤を上記貯蔵タンクへ吸い戻す第１のパージ処理と、上記第１のパージ処理に続いて、上記還元剤噴射弁を閉じて上記ポンプを駆動することにより、上記液体還元剤を上記分岐位置に到達させない実行時間で、上記液体還元剤を上記供給通路側へ圧送し、上記還流通路へ空気を供給する再充填処理と、上記再充填処理に続いて、上記還元剤噴射弁を開いて上記ポンプを駆動することにより上記供給通路内の上記液体還元剤を上記貯蔵タンクへ吸い戻す第２のパージ処理と、を実行する還元剤供給システムが提供される。

【0011】

本発明の別の観点によれば、液体還元剤を圧送するポンプと、上記液体還元剤を内燃機関の排気通路内に噴射する還元剤噴射弁と、を備えた還元剤供給システムの上記ポンプ及び上記還元剤噴射弁の駆動を制御する制御装置において、上記制御装置は、上記内燃機関の停止時に上記液体還元剤を貯蔵タンクに回収する還元剤回収処理を実行する際に、上記内燃機関の停止時に、上記還元剤噴射弁を開いて上記ポンプを駆動することにより上記ポンプと上記還元剤噴射弁とを接続する供給通路内の上記液体還元剤を上記貯蔵タンクへ吸い戻す第１のパージ処理と、上記第１のパージ処理に続いて、上記還元剤噴射弁を閉じて上記ポンプを駆動することにより、上記液体還元剤を、上記供給通路から分岐して上記貯蔵タンクに接続された還流通路が分岐する分岐位置に到達させない実行時間で、上記液体還元剤を上記供給通路側へ圧送し、上記還流通路へ空気を供給する再充填処理と、上記再充填処理に続いて、上記還元剤噴射弁を開いて上記ポンプを駆動することにより上記供給通路内の上記液体還元剤を上記貯蔵タンクへ吸い戻す第２のパージ処理と、を実行する制御装置が提供される。

【0012】

本発明の別の観点によれば、液体還元剤を貯蔵する貯蔵タンクと、上記液体還元剤を圧送するポンプと、上記液体還元剤を内燃機関の排気通路内に噴射する還元剤噴射弁と、上記ポンプと上記還元剤噴射弁とを接続する供給通路と、上記供給通路から分岐して上記貯蔵タンクに接続された還流通路と、上記還流通路に設けられて上記供給通路側から上記貯蔵タンク側への上記液体還元剤の流通を可能とする一方、上記貯蔵タンク側から上記供給通路側への上記液体還元剤の流通を遮断する一方向弁と、上記供給通路から上記還流通路が分岐する分岐位置と上記一方向弁との間の上記還流通路から分岐する圧力ゲージ通路と、上記圧力ゲージ通路に設けられた圧力センサと、上記ポンプ及び上記還元剤噴射弁の駆動を制御する制御装置と、を備え、上記制御装置は、上記内燃機関の停止時に上記液体還元剤を上記貯蔵タンクに回収する還元剤回収処理を実行する還元剤供給システムの制御方法において、上記制御装置は、上記内燃機関の停止時に、上記還元剤噴射弁を開いて上記ポンプを駆動することにより上記供給通路内の上記液体還元剤を上記貯蔵タンクへ吸い戻すことと、続いて、上記還元剤噴射弁を閉じて上記ポンプを駆動することにより、上記液体還元剤を上記分岐位置に到達させない実行時間で、上記液体還元剤を上記供給通路側へ圧送し、上記還流通路へ空気を供給することと、続いて、上記還元剤噴射弁を開いて上記ポンプを駆動することにより上記供給通路内の上記液体還元剤を上記貯蔵タンクへ吸い戻すことと、を実行する還元剤供給システムの制御方法が提供される。

【発明の効果】

【0013】

以上説明したように本発明によれば、供給通路から分岐する還流通路に連通された圧力ゲージ通路への液体還元剤の残留を抑制し、圧力センサの破損を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本実施形態に係る還元剤供給システムを備えた排気浄化システムの構成図である。

【図2】本実施形態に係る還元剤供給システムの制御装置の構成例を示すブロック図である。

【図3】本実施形態による還元剤回収処理のフローチャートである。

【図4】本実施形態による第１のパージ処理開始時の液体還元剤の様子を示す説明図である。

【図5】本実施形態による還元剤回収処理中の第２の供給通路内の圧力を示す説明図である。

【図6】本実施形態による第１のパージ処理中の液体還元剤の様子を示す説明図である。

【図7】本実施形態による再充填処理中の液体還元剤の様子を示す説明図である。

【図8】本実施形態による第２のパージ処理中の液体還元剤の様子を示す説明図である。

【図9】参考例による還元剤回収処理中の第２の供給通路内の圧力を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

【0016】

＜１．排気浄化システムの全体構成＞
図１は、本発明の実施の形態に係る還元剤供給システム１０を備えた排気浄化システム１の全体構成の一例を示す説明図である。
排気浄化システム１は、排気中のＮＯ_Ｘを浄化するシステムであり、ディーゼルエンジン等の内燃機関１１の排気通路１３に設けられている。排気浄化システム１は、排気通路１３の途中に介装された還元触媒１５と、還元触媒１５よりも上流側で排気通路１３内に液体還元剤を供給する還元剤供給システム１０とを備えている。

【0017】

還元触媒１５は、排気中のＮＯ_Ｘの還元を促進する機能を有する触媒であり、液体還元剤から生成される還元成分を吸着するとともに、還元触媒１５に流れ込む排気中のＮＯ_Ｘを還元成分によって選択的に還元する。本実施形態の排気浄化システム１は、液体還元剤として尿素水溶液を用いるシステムであり、尿素水溶液が排気通路１３中で分解されることにより還元成分としてのアンモニアが生成され、還元触媒１５に吸着される。

【0018】

＜２．還元剤供給システム＞
続いて、排気浄化システム１に備えられた還元剤供給システム１０を説明する。

【0019】

還元剤供給システム１０は、液体還元剤が貯蔵される貯蔵タンク１７と、液体還元剤を圧送するためのポンプユニット２０と、液体還元剤を排気通路１３内に噴射する還元剤噴射弁１９とを備えている。ポンプユニット２０は、ポンプ２１及び流路切換弁２３を備えている。還元剤噴射弁１９、ポンプ２１及び流路切換弁２３の駆動は、制御装置５０によって行われる。

【0020】

ポンプ２１と貯蔵タンク１７とは第１の供給通路４１によって接続されている。第１の供給通路４１の貯蔵タンク１７側の端部は、液体還元剤の吸い上げを可能にするために、貯蔵タンク１７の底面近傍に位置している。ポンプ２１と還元剤噴射弁１９とは第２の供給通路４５によって接続されている。ポンプ２１と、第１の供給通路４１及び第２の供給通路４５とは、流路切換弁２３を介して接続されている。

【0021】

流路切換弁２３は、ポンプ２１によって圧送される液体還元剤の流れる方向を、貯蔵タンク１７側から還元剤噴射弁１９側に流れる方向（以下「正方向」という。）と、還元剤噴射弁１９側から貯蔵タンク１７側に流れる方向（以下「逆方向」という。）とに切換える。本実施形態では、流路切換弁２３は、非通電状態で第１の供給通路４１をポンプ２１の吸入側２１ａに連通するとともに第２の供給通路４５をポンプ２１の吐出側２１ｂに連通する一方、通電状態で第１の供給通路４１をポンプ２１の吐出側２１ｂに連通するとともに第２の供給通路４５をポンプ２１の吸入側２１ａに連通する。

【0022】

つまり、内燃機関１１の排気通路１３への液体還元剤の噴射制御を行う際には、液体還元剤を還元剤噴射弁１９側に供給するために、流路切換弁２３は非通電状態とされる。このとき、液体還元剤は正方向に流れる。一方、内燃機関１１の停止時において、還元剤供給システム１０内の液体還元剤を貯蔵タンク１７に回収する際には、流路切換弁２３は通電状態とされる。このとき、液体還元剤は逆方向に流れる。

【0023】

なお、液体還元剤を貯蔵タンク１７に回収するための構成は、流路切換弁２３を設ける例に限られない。例えばポンプ２１を逆回転可能なポンプとして、液体還元剤を回収可能に構成することもできる。

【0024】

第２の供給通路４５には、第２の供給通路４５から分岐して貯蔵タンク１７に接続された還流通路４７が接続されている。還流通路４７の貯蔵タンク１７側の端部は、液体還元剤の逆流を防ぐために、貯蔵タンク１７内の気相部分に接続されている。なお、貯蔵タンク１７は、内部の圧力が大気圧で保たれるように構成されている。

【0025】

還流通路４７の途中には、流路面積が小さく絞られたオリフィス２７と、一方向弁２９とが設けられている。オリフィス２７及び一方向弁２９のうち、第２の供給通路４５側に設けられたオリフィス２７は、第２の供給通路４５内の圧力を保持する機能を有する。また、オリフィス２７よりも貯蔵タンク１７側に設けられた一方向弁２９は、第２の供給通路４５側から貯蔵タンク１７側への液体還元剤の流通を可能とする一方、貯蔵タンク１７側から第２の供給通路４５側への液体還元剤の流通を遮断する。一方向弁２９に設けられたスプリングのばね力は、第２の供給通路４５内の圧力が正圧（大気圧よりも高い状態）となったときに一方向弁２９が開弁する程度に設定されている。

【0026】

還流通路４７のうち、第２の供給通路４５から分岐する還流通路４７の分岐位置とオリフィス２７及び一方向弁２９との間の領域には、圧力ゲージ通路４９が接続されている。圧力ゲージ通路４９は、第２の供給通路４５及び還流通路４７内の圧力を圧力センサ３１に導く通路であり、反対側の端部に圧力センサ３１が設けられている。

【0027】

ポンプ２１は、制御装置５０による通電制御によって、所定の流量の液体還元剤を圧送する。本実施形態では、ポンプ２１は電磁式ポンプであり、駆動デューティ比が大きいほどポンプ２１の出力（吐出流量）が大きくなる。本実施形態で、当該ポンプ２１が、液体還元剤を貯蔵タンク１７に回収する機能も有する。

【0028】

内燃機関１１の排気通路１３への液体還元剤の噴射制御時において、制御装置５０は、圧力センサ３１によって検出される圧力値（以下、この値を「検出圧力」と称する。）Ｐｕが、あらかじめ設定された所定の目標圧力Ｐｕ＿ｔｇｔで維持されるように、ポンプ２１の出力をフィードバック制御する。具体的に、第２の供給通路４５へ圧送される液体還元剤の一部が還流通路４７を介して貯蔵タンク１７へ循環可能な状態で、制御装置５０は、圧力センサ３１の検出圧力Ｐｕと所定の目標圧力Ｐｕ＿ｔｇｔとの差分ΔＰｕに基づいてポンプ２１の出力をフィードバック制御する。また、液体還元剤を逆方向に流して貯蔵タンク１７に回収する場合において、制御装置５０は、基本的に出力を一定にしてポンプ２１の駆動を制御する。

【0029】

還元剤噴射弁１９は、内燃機関１１の運転状態において、制御装置５０による通電制御によって開閉され、所定量の液体還元剤を排気通路１３内に噴射する。本実施形態では、還元剤噴射弁１９は、非通電状態で閉弁し、通電状態で開弁する、電磁式のオンオフ弁である。制御装置５０は、所定の演算式に基づいて目標噴射量Ｑｄｖ＿ｔｇｔを求めるとともに、第２の供給通路４５内の圧力（検出圧力Ｐｕ）が所定の目標圧力Ｐｕ＿ｔｇｔとなっているものとして、あらかじめ定められた噴射周期ごとに、目標噴射量Ｑｄｖ＿ｔｇｔに応じた駆動デューティ比で還元剤噴射弁１９の通電制御を行う。還元剤噴射弁１９の駆動デューティ比とは、一噴射周期中の開弁時間の割合をいう。

【0030】

一方、制御装置５０は、内燃機関１１の停止時において、液体還元剤を回収する際に、還元剤噴射弁１９を開いた状態で保持する。これにより、還元剤噴射弁１９の噴孔を介して空気（排気）が第２の供給通路４５に導入され、液体還元剤が貯蔵タンク１７内に回収されやすくなる。

【0031】

＜３．制御装置＞
続いて、還元剤供給システム１０の制御装置５０を説明する。

【0032】

（３－１．構成）
図２は、本実施形態の制御装置５０のうち、液体還元剤の回収処理に関連する部分を機能的なブロックで表した構成例を示す。制御装置５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置からなる制御部５１と、制御部５１と通信可能に接続された記憶部６１とを備えている。

【0033】

記憶部６１は、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶素子を含む。記憶部６１は、制御部５１により実行されるコンピュータプログラムや演算処理に用いられるパラメータ、制御部５１による演算結果等のデータを記憶する。記憶部６１の一部は、制御部５１のワーク領域として使用される。ただし、記憶部６１を構成する記録媒体の種類や数は特に限定されるものではない。

【0034】

制御装置５０は、その他、ポンプ２１、流路切換弁２３及び還元剤噴射弁１９を駆動する図示しない駆動回路や、図示しないタイマカウンタ等を備えている。また、制御装置５０には、還元剤供給システム１０の起動及び停止を指示する信号Ｓ＿ｓｗと、圧力センサ３１から出力されるセンサ信号Ｓ＿ｐｕが入力される。

【0035】

制御部５１は、回収制御部５３、流路切換弁駆動制御部５５、ポンプ駆動制御部５７及び噴射弁駆動制御部５９を備えている。具体的に、これらの各部は、演算処理装置によるコンピュータプログラムの実行によって実現される機能である。ただし、これらの各部の一部が、アナログ回路により構成されていてもよい。

【0036】

流路切換弁駆動制御部５５、ポンプ駆動制御部５７及び噴射弁駆動制御部５９は、それぞれ、回収制御部５３からの指令に従って、図示しない流路切換弁駆動回路、ポンプ駆動回路及び還元剤噴射弁駆動回路に対して指令信号を出力する。

【0037】

回収制御部５３は、例えば、還元剤供給システム１０の停止を指示する信号Ｓ＿ｓｗが入力されたときに、液体還元剤の回収処理を開始する。回収制御部５３は、第１のパージ処理、再充填処理及び第２のパージ処理を順次実行し、液体還元剤を貯蔵タンク１７内へ回収する。

【0038】

第１のパージ処理及び第２のパージ処理において、回収制御部５３は、還元剤噴射弁１９及び流路切換弁２３を通電状態にし、ポンプ２１を所定の出力で駆動する。これにより、還元剤噴射弁１９の噴孔を介して第２の供給通路４５内へ空気が導入されつつ、液体還元剤が第２の供給通路４５側から貯蔵タンク１７側へ吸い戻される。

また、再充填処理において、回収制御部５３は、還元剤噴射弁１９及び流路切換弁２３を非通電状態にし、ポンプ２１を所定の出力で駆動する。これにより、一旦液体還元剤が回収された第２の供給通路４５内の空気が圧縮されつつ、液体還元剤が第２の供給通路４５側へ圧送される。

【0039】

（３－２．処理動作）
続いて、制御装置５０の制御部５１による還元剤回収処理の動作を具体的に説明する。

【0040】

図３は、制御部５１による還元剤回収処理のフローチャートを示す。図３のフローチャートに示される還元剤回収処理は、内燃機関１１の停止時において常時実行される。

【0041】

制御装置５０は、還元剤供給システム１０の起動を停止する信号Ｓ＿ｓｗを検知すると（ステップＳ１）、第１のパージ処理を実行する（ステップＳ３）。還元剤供給システム１０の起動を停止する信号Ｓ＿ｓｗは、内燃機関１１のイグニッションスイッチがオフにされたことを示す信号であってもよく、内燃機関１１の駆動を制御する制御装置からの指令信号であってもよい。

【0042】

制御装置５０は、第１のパージ処理において、流路切換弁２３を通電状態にして液体還元剤が第２の供給通路４５側から貯蔵タンク１７側へ流れるように流路を切り換えた後、還元剤噴射弁１９を通電状態にして開弁する。ポンプ２１は駆動状態となっているために、液体還元剤が貯蔵タンク１７内に回収され始めるとともに、還元剤噴射弁１９の噴孔を介して第２の供給通路４５に空気（排ガス）が導入される。

【0043】

このとき、還元剤噴射弁１９を開弁する時刻を、流路切換弁２３を切換える時刻よりも遅らせることにより、排気通路１３内に液体還元剤が漏出することを防ぐことができる。ただし、開弁時期を遅らせることは必須の事項ではない。また、流路切換弁２３に通電する際に、一旦ポンプ２１の駆動を停止し、流路切換弁２３を通電状態にした後でポンプ２１の駆動を再開してもよい。

【0044】

本実施形態では、制御装置５０は、第１のパージ処理の実行中、ポンプ２１の出力を所定値に固定する。このため、第１のパージ処理の継続時間によって、第２の供給通路４５から貯蔵タンク１７に回収される液体還元剤の量を把握することができる。なお、第１のパージ処理時におけるポンプ２１の出力は可変となっていてもよい。

【0045】

図４は、第１のパージ処理の開始後の液体還元剤の様子を示す模式図である。第１のパージ処理が開始されると、還元剤噴射弁１９の噴孔を介して第２の供給通路４５に空気が導入されつつ、ポンプ２１により第２の供給通路４５内の液体還元剤が貯蔵タンク１７側へ吸い戻される。還元剤噴射弁１９の噴孔の面積が小さいために、第１のパージ処理の実行中、圧力センサ３１により検出される第２の供給通路４５内の検出圧力Ｐｕは負圧になる。

【0046】

図５は、圧力センサ３１により検出される第２の供給通路４５内の検出圧力Ｐｕを示す説明図である。図５中の横軸は時間Ｔｉを示し、縦軸は検出圧力Ｐｕを示す。また、図５中の圧力Ｐｅは、大気圧を示す。内燃機関１１が始動し、液体還元剤を内燃機関１１の排気通路１３内へ供給する還元剤噴射制御（ｐｃ）の実行期間には、検出圧力Ｐｕは、所定の目標圧力（図示せず）で維持される。内燃機関１１が停止した時刻Ｔｉ＿１において第１のパージ処理（ｐｇ１）の実行が開始されると、検出圧力Ｐｕは低下し、負圧を示す。

【0047】

図３に戻り、第１のパージ処理を開始した後、制御装置５０は、再充填処理の開始条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ５）。再充填処理の開始条件は、第２の供給通路４５内の液体還元剤の大部分が貯蔵タンク１７側へ吸い戻された状態を判定可能な条件として任意に設定されてよい。本実施形態では、制御装置５０は、圧力センサ３１により検出される第２の供給通路４５内の検出圧力Ｐｕが所定の閾値以上上昇したときに、再充填処理の開始条件が成立したと判定する。

【0048】

具体的に、第１のパージ処理を開始した後、第２の供給通路４５から大部分の液体還元剤が貯蔵タンク１７へ吸い戻されると、ポンプ２１は空気を吸入し吐出するようになる。このため、ポンプ２１の駆動に対する抵抗が低下し、第２の供給通路４５内の圧力は、減圧された状態から所定の閾値以上上昇する（図５の時刻Ｔｉ＿２）。したがって、制御装置５０は、圧力センサ３１により検出される第２の供給通路４５内の検出圧力Ｐｕが所定の閾値以上上昇したときに、再充填処理の開始条件が成立したと判定することができる。所定の閾値は、あらかじめ実験やシミュレーションに基づいて任意の適切な値に設定され得る。

【0049】

なお、制御装置５０は、第１のパージ処理を開始してからの経過時間が所定の閾値に到達したときに、再充填処理の開始条件が成立したと判定してもよい。この場合、第１のパージ処理を実施する際の条件下で、第２の供給通路４５内の液体還元剤の大部分が貯蔵タンク１７側へ吸い戻される時間をあらかじめ求め、所定の閾値に設定する。

【0050】

図６は、第１のパージ処理を停止する直前の液体還元剤の様子を示す説明図である。第１のパージ処理により、第２の供給通路４５から大部分の液体還元剤が貯蔵タンク１７へ吸い戻されているものの、還流通路４７は一方向弁２９により閉じられていることから、還流通路４７内の液体還元剤は残留した状態となっている。また、還流通路４７から分岐した圧力ゲージ通路４９内の液体還元剤も同様に残留した状態となっている。

【0051】

図３に戻り、制御装置５０は、再充填処理の開始条件が成立するまでの間、ステップＳ５の判定を繰り返す。制御装置５０は、再充填処理の開始条件が成立したと判定すると（Ｓ５／ｙｅｓ）、第１のパージ処理を停止し、再充填処理を開始する（ステップＳ７）。制御装置５０は、再充填処理において、還元剤噴射弁１９を非通電状態にして閉弁した後、流路切換弁２３を非通電状態にして液体還元剤が貯蔵タンク１７側から第２の供給通路４５側へ流れるように流路を切り換える。ポンプ２１は駆動状態となっているために、液体還元剤が再び第２の供給通路４５側へ圧送される。ただし、流路切換弁２３への通電を停止する際に、一旦ポンプ２１の駆動を停止し、流路切換弁２３を非通電状態にした後でポンプ２１の駆動を再開してもよい。

【0052】

図７は、再充填処理を実行中の液体還元剤の様子を示す説明図である。再充填処理の実行中、還元剤噴射弁１９が閉弁されるため、再充填処理の開始時に第２の供給通路４５内に滞留する空気は第２の供給通路４５内で圧縮され、第２の供給通路４５内の検出圧力Ｐｕは上昇する（図５の再充填処理ｒｂの実行期間Ｔｉ２～Ｔｉ３の検出圧力Ｐｕを参照）。このとき、圧縮された空気の一部が圧力ゲージ通路４９内にも押し込まれ、圧力ゲージ通路４９内の液体還元剤が圧縮状態となる。一方向弁２９が開かれると、還流通路４７内に残留していた液体還元剤が一方向弁２９を通過して貯蔵タンク１７へ排出される。この段階で、圧力ゲージ通路４９内の一部の液体還元剤を除き、還元通路４７内に残留していた液体還元剤が貯蔵タンク１７へ排出される。

【0053】

図３に戻り、再充填処理を開始した後、制御装置５０は、再充填処理の終了条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ９）。再充填処理の終了条件は、還流通路４７内の液体還元剤が貯蔵タンク１７側へ排出される一方、ポンプ２１により圧送される液体還元剤が還流通路４７へ流入することのない実行時間の上限を判定可能な条件として任意に設定されてよい。つまり、圧力ゲージ通路４９内の液体還元剤を流出させるために還流通路４７から液体還元剤を排出したにもかかわらず、再び還流通路４７に液体還元剤が流れ込むことのないように再充填処理を終了させる時刻を判定する。

【0054】

本実施形態では、制御装置５０は、再充填処理を開始してからの経過時間が所定の閾値に到達したときに、再充填処理の終了条件が成立したと判定する。この場合、再充填処理を実施する際の条件下で、還流通路４７内の液体還元剤が一方向弁２９を介して貯蔵タンク１７側へ流出する時間をあらかじめ求め、所定の閾値に設定する。本実施形態では、制御装置５０は、再充填処理の実行中、ポンプ２１の出力を所定値に固定する。このため、再充填処理の継続時間によって、還流通路４７内の液体還元剤が一方向弁２９を介して貯蔵タンク１７側へ流出するまでの時間を把握することができる。

【0055】

なお、本実施形態では、第２の供給通路４５のうち、ポンプ２１と還流通路４７の分岐位置との間には、液体還元剤中の異物を捕集するフィルタ２５が備えられている。したがって、当該フィルタの容量分の空気も第２の供給通路４５側へ圧送されるため、ポンプ２１により圧送される液体還元剤が還流通路４７へ流入することなく還流通路４７内の液体還元剤を貯蔵タンク１７側へ排出させることができる。

【0056】

制御装置５０は、再充填処理の終了条件が成立するまでの間、ステップＳ９の判定を繰り返す。制御装置５０は、再充填処理の終了条件が成立したと判定すると（Ｓ９／ｙｅｓ）、再充填処理を停止し、第２のパージ処理を開始する（ステップＳ１１）。

【0057】

制御装置５０は、第２のパージ処理において、流路切換弁２３を再び通電状態にして液体還元剤が第２の供給通路４５側から貯蔵タンク１７側へ流れるように流路を切り換えるとともに、還元剤噴射弁１９を通電状態にして開弁する。ポンプ２１は駆動状態となっているために、還元剤噴射弁１９の噴孔を介して第２の供給通路４５に空気（排ガス）が導入されつつ、再び液体還元剤が貯蔵タンク１７内に回収され始める。ただし、流路切換弁２３に通電する際に、一旦ポンプ２１の駆動を停止し、流路切換弁２３を通電状態にした後でポンプ２１の駆動を再開してもよい。

【0058】

本実施形態では、制御装置５０は、第２のパージ処理の実行中、ポンプ２１の出力を所定値に固定する。このため、第２のパージ処理の継続時間によって、再充填処理の停止時に第２の供給通路４５内に残留していた液体還元剤が貯蔵タンク１７に回収される時間を把握することができる。

【0059】

図８は、第２のパージ処理を実行中の液体還元剤の様子を示す説明図である。第２のパージ処理を実行中、第２の供給通路４５内に残留していた液体還元剤は、ポンプ２１によって貯蔵タンク１７側へ吸い戻される。このとき、一方向弁２９は閉弁状態になるが、すでに還流通路４７内の液体還元剤は、一方向弁２９を通過して排出されている。また、第２のパージ処理により、圧力ゲージ通路４９内の圧力が減圧され、再充填処理中に圧力ゲージ通路４９内に圧縮されていた空気が解放される。これにより、圧力ゲージ通路４９内に残留していた液体還元剤が還流通路４７へ押し出され、圧力ゲージ通路４９が液体還元剤により塞がれた状態が解消される。

【0060】

図３に戻り、第２のパージ処理を開始した後、制御装置５０は、還元剤回収処理の終了条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ１３）。還元剤回収処理の終了条件は、第２の供給通路４５内の液体還元剤が貯蔵タンク１７側へ回収されたと判定し得る条件であれば特に限定されるものではない。本実施形態では、制御装置５０は、圧力センサ３１により検出される第２の供給通路４５内の検出圧力Ｐｕが所定の閾値以上上昇したときに、還元剤回収処理の終了条件が成立したと判定する。

【0061】

図５に示すように、第２のパージ処理（ｐｇ２）の開始時には第２の供給通路４５の一部には液体還元剤が残留しているため、時刻Ｔｉ３で第２のパージ処理（ｐｇ２）の実行が開始されると、検出圧力Ｐｕは低下し始め、負圧を示す。その後、第２の供給通路４５から液体還元剤が貯蔵タンク１７へ吸い戻されると、ポンプ２１は空気を吸入し吐出するようになる。このため、第２の供給通路４５内の圧力は、減圧された状態から所定の閾値以上上昇する（時刻Ｔｉ＿４）。したがって、制御装置５０は、圧力センサ３１により検出される第２の供給通路４５内の検出圧力Ｐｕが所定の閾値以上上昇したときに、還元剤回収処理の終了条件が成立したと判定することができる。所定の閾値は、あらかじめ実験やシミュレーションに基づいて任意の適切な値に設定され得る。

【0062】

なお、制御装置５０は、第２のパージ処理を開始してからの経過時間が所定の閾値に到達したときに、還元剤回収処理の終了条件が成立したと判定してもよい。この場合の所定の閾値は任意に設定されてよいが、終了時刻が遅れるほど電力の浪費となることから、あらかじめ任意の適切な値に設定されることが望ましい。

【0063】

制御装置５０は、還元剤回収処理の終了条件が成立したと判定するまでの間、ステップＳ１３の判定を繰り返す。制御装置５０は、還元剤回収処理の終了条件が成立したと判定した場合（Ｓ１３／Ｙｅｓ）、制御装置５０は、第２のパージ処理を停止し、還元剤回収処理を終了する（ステップＳ１５）。具体的に、制御装置５０は、ポンプ２１を停止するとともに、流路切換弁２３及び還元剤噴射弁１９を非通電状態として、還元剤供給システム１０の起動を停止する。第２のパージ処理を停止した後、第２の供給通路４５内の検出圧力Ｐｕは、大気圧Ｐｅとなる（図５の時刻Ｔｉ＿４以降）。

【0064】

なお、本実施形態の還元剤回収処理を実行することにより、還元剤回収処理の終了後において、圧力ゲージ通路４９の一部に液体還元剤が残留している場合であっても、圧力ゲージ通路４９を塞ぐことのない残留量となる。したがって、圧力ゲージ通路４９内で当該液体還元剤が凍結した場合であっても、凍結した液体還元剤の体積の膨張等によって圧力センサ３１が破損することを防ぐことができる。また、凍結した少量の液体還元剤は、還元剤供給システム１０の次の起動時に供給される液体還元剤によって融解される。あるいは、凍結した少量の液体還元剤は、還元剤供給システム１０の次の起動時に実行される解凍制御によって融解される。

【0065】

図９は、本実施形態に係る制御装置５０による再充填処理を実行しない参考例における、第２の供給通路４５内の検出圧力Ｐｕを示す説明図である。参考例では、還元剤噴射制御（ｐｃ）の停止後、パージ処理（ｐｇ）が実行される一方、再充填処理は実行されない。この場合、図６に示した状態で還元剤供給システム１０が停止されるため、液体還元剤の凍結によって圧力センサ３１が破損するおそれがある。

【0066】

これに対して、本実施形態の還元剤供給システム１０において、制御装置５０は、第１のパージ処理を実行した後、再充填処理を実行して還流通路４７及び圧力ゲージ通路４９内の液体還元剤を一方向弁２９を通過させて排出する。その後、制御装置５０は、第２パージ処理を実行して、第２の供給通路４５内に残留する液体還元剤を貯蔵タンク１７側へ吸い戻す。したがって、還元剤供給システム１０の停止時に第２の供給通路４５、還流通路４７及び圧力ゲージ通路４９内に残留する液体還元剤を極わずかとすることができる。これにより、特に圧力ゲージ通路４９に残留した液体還元剤の凍結によって圧力センサ３１が破損することを防ぐことができる。

【0067】

また、本実施の形態の還元剤供給システム１０において、制御装置５０は、第１のパージ処理の開始後、圧力センサ３１により検出される検出圧力Ｐｕが所定の閾値以上上昇したときに第１のパージ処理を停止し、再充填処理を開始する。これにより、再充填処理を開始させるタイミングが適切に判定され、第１のパージ処理の実行時間が必要以上に長くなることを防ぐことができる。したがって、還元剤回収処理時間が必要以上に長くなることを抑制し、かつ、電力消費量の増加を抑制することができる。

【0068】

また、本実施の形態の還元剤供給システム１０において、制御装置５０は、再充填処理の開始後、所定の実行時間を経過したときに再充填処理を停止し、第２のパージ処理を開始する。これにより、ポンプ２１により圧送される液体還元剤が、液体還元剤を排出した還流通路４７及び圧力ゲージ通路４９に再び流入することを防ぐことができる。

【0069】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【符号の説明】

【0070】

１：排気浄化システム、１０：還元剤供給システム、１１：内燃機関、１３：排気通路、１５：還元触媒、１７：貯蔵タンク、１９：還元剤噴射弁、２０：ポンプユニット、２１：ポンプ、２３：流路切換弁、２５：フィルタ、２７：オリフィス、２９：一方向弁、３１：圧力センサ、４１：第１の供給通路、４５：第２の供給通路、４７：還流通路、４９：圧力ゲージ通路、５０：制御装置、５１：制御部、５３：回収制御部、５５：流路切換弁駆動制御部、５７：ポンプ駆動制御部、５９：噴射弁駆動制御部、６１：記憶部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】