特開 2025-2955 還元剤供給装置及びその制御方法

(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】P2025002955

(43)【公開日】2025-01-09

(54)【発明の名称】還元剤供給装置及びその制御方法

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/08 20060101AFI20241226BHJP

   B01D 53/94 20060101ALI20241226BHJP

【ＦＩ】

F01N3/08 B ZAB

B01D53/94 222

B01D53/94 400

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023103369

(22)【出願日】2023-06-23

(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】大野 成弘

【テーマコード（参考）】

3G091

4D148

【Ｆターム（参考）】

3G091AB05

3G091BA02

3G091CA17

3G091DA02

3G091EA00

3G091EA15

3G091EA17

3G091EA26

3G091EA30

3G091FA04

4D148AA06

4D148AB02

4D148AC03

4D148CC31

4D148CC61

(57)【要約】

【課題】
内燃機関の始動後、排出ガスの浄化を開始するまでの時間をより短くすることが可能な還元剤供給装置及びその制御方法を提供する。
【解決手段】
前記内燃機関（１）の始動後、前記制御装置（１００）は前記排気管（１１）内の排気温度を考慮することなく前記供給ポンプ（３１）の作動を開始し、前記排気温度が第１の所定の温度（Ｔｔｈ１）以上となった場合に前記還元剤噴射弁（２５）を開弁し、前記還元剤供給通路（５２）内の空気を排出する、還元剤供給装置（２０）。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関（１）の排気管（１１）に設けられた還元触媒（１３）の上流に取り付けられた還元剤噴射弁（２５）と、
前記還元剤噴射弁（２５）に還元剤を圧送する供給ポンプ（３１）と、
前記供給ポンプ（３１）を前記還元剤噴射弁（２５）と接続する還元剤供給通路（５２）と、
前記供給ポンプ（３１）と前記還元剤噴射弁（２５）とを制御する制御装置（１００）と、
を備えた、還元剤供給装置（２０）であって、
前記内燃機関（１）の始動後、前記制御装置（１００）は前記排気管（１１）内の排気温度を考慮することなく前記供給ポンプ（３１）の作動を開始し、前記排気温度が第１の所定の温度（Ｔｔｈ１）以上となった場合に前記還元剤噴射弁（２５）を開弁し、前記還元剤供給通路（５２）内の空気を排出する、還元剤供給装置（２０）。

【請求項2】

前記制御装置は、前記排気温度が第１の所定の温度（Ｔｔｈ１）より高い第２の所定の温度（Ｔｔｈ２）以上となった場合に、前記還元剤噴射弁（２５）を介して還元剤の前記排気管（１１）内への供給を開始する、請求項１に記載の還元剤供給装置（２０）。

【請求項3】

内燃機関（１）の排気管（１１）に設けられた還元触媒（１３）の上流に取り付けられた還元剤噴射弁（２５）と、前記還元剤噴射弁（２５）に還元剤を圧送する供給ポンプ（３１）と、前記供給ポンプ（３１）を前記還元剤噴射弁（２５）と接続する還元剤供給通路（５２）と、前記供給ポンプ（３１）と前記還元剤噴射弁（２５）とを制御する制御装置（１００）と、を備えた、還元剤供給装置（２０）の制御方法であって、
前記制御方法は、
前記内燃機関（１）の始動後、前記排気管（１１）内の排気温度を考慮することなく前記供給ポンプ（３１）の作動を開始するステップと、
前記排気温度が第１の所定の温度（Ｔｔｈ１）以上となった場合に前記還元剤噴射弁（２５）を開弁し、前記還元剤供給通路（５２）内の空気を排出するステップと、
を有する、還元剤供給装置（２０）の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関の排気管に還元剤を供給するための還元剤供給装置及びそ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から排出される排出ガス中には、環境に影響を与えるおそれのある窒素酸化物（以下、「ＮＯｘ」と称する。）が含まれている。このＮＯｘを浄化するために用いられる排気浄化装置として、排気管に配設された触媒の上流側に尿素水溶液等の還元剤を噴射供給し、触媒中で排出ガス中のＮＯｘを還元反応させる排気浄化装置が知られている。

【0003】

このような排気浄化装置に用いられる還元剤供給装置の一態様として、ポンプ及び還元剤噴射弁を備え、貯蔵タンク内の還元剤をポンプによって圧送するとともに、排気管に固定された還元剤噴射弁を介して還元剤を排気管内に供給する還元剤供給装置がある（特許文献１参照）。

【0004】

特許文献１には、内燃機関停止後に還元剤である尿素水が還元剤噴射弁内や還元剤供給管内において凍結することを防ぐために、還元剤噴射弁を開弁するとともにポンプを逆回転させることにより還元剤噴射弁及び還元剤供給管内の還元剤をタンク方向に吸い戻す制御が行われること、さらに、その後の内燃機関の再始動時には還元剤噴射弁を開弁させて還元剤噴射弁内の空気を抜きつつ還元剤噴射弁内に還元剤を充填させる制御が行われることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１９－０２７３６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ここで、内燃機関の排出ガスに対する一つの課題として、内燃機関の始動後、排出ガスの浄化を開始するまでの時間をより短くすることが挙げられる。還元剤供給装置においては、還元剤噴射弁内の空気を抜き還元剤噴射弁内に還元剤を充填させ、すなわち還元剤供給が可能な状態とするまでの時間を短くする必要がある。

【0007】

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、内燃機関の始動後、排出ガスの浄化を開始するまでの時間をより短くすることが可能な還元剤供給装置及びその制御方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係る還元剤供給装置は、
内燃機関（１）の排気管（１１）に設けられた還元触媒（１３）の上流に取り付けられた還元剤噴射弁（２５）と、
前記還元剤噴射弁（２５）に還元剤を圧送する供給ポンプ（３１）と、
前記供給ポンプ（３１）を前記還元剤噴射弁（２５）と接続する還元剤供給通路（５２）と、
前記供給ポンプ（３１）と前記還元剤噴射弁（２５）とを制御する制御装置（１００）と、
を備えた、還元剤供給装置（２０）であって、
前記内燃機関（１）の始動後、前記制御装置（１００）は前記排気管（１１）内の排気温度を考慮することなく前記供給ポンプ（３１）の作動を開始し、前記排気温度が第１の所定の温度（Ｔｔｈ１）以上となった場合に前記還元剤噴射弁（２５）を開弁し、前記還元剤供給通路（５２）内の空気を排出する、還元剤供給装置（２０）（２０）である。

【0009】

本発明に係る還元剤供給装置の制御方法は、
内燃機関（１）の排気管（１１）に設けられた還元触媒（１３）の上流に取り付けられた還元剤噴射弁（２５）と、前記還元剤噴射弁（２５）に還元剤を圧送する供給ポンプ（３１）と、前記供給ポンプ（３１）を前記還元剤噴射弁（２５）と接続する還元剤供給通路（５２）と、前記供給ポンプ（３１）と前記還元剤噴射弁（２５）とを制御する制御装置（１００）と、を備えた、還元剤供給装置（２０）の制御方法であって、
前記制御方法は、
前記内燃機関（１）の始動後、前記排気管（１１）内の排気温度を考慮することなく前記供給ポンプ（３１）の作動を開始するステップと、
前記排気温度が第１の所定の温度（Ｔｔｈ１）以上となった場合に前記還元剤噴射弁（２５）を開弁し、前記還元剤供給通路（５２）内の空気を排出するステップと、
を有する、還元剤供給装置（２０）の制御方法である。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、内燃機関の始動後、排出ガスの浄化を開始するまでの時間をより短くすることが可能な還元剤供給装置及びその制御方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施形態に係る還元剤供給装置を備えた排気浄化装置の構成例を示す模式図である。

【図2】本発明の実施形態に係る還元剤供給装置が有する制御装置に備えられた構成を機能的なブロックで表した構成例を示している。

【図3】還元剤の回収における還元剤供給装置の作動を説明するためのフローチャートである。

【図4】本発明の実施形態に係る還元剤供給装置の作動を説明するためのフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、適宜図面を参照して、本発明の還元剤供給装置及びその制御方法に関する実施形態について具体的に説明する。尚、それぞれの図中、同じ符号を付してあるものについては、特に説明がない限り同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。

【0013】

以下、本発明の実施形態に係る還元剤供給装置及び還元剤供給装置の制御方法について説明する。

【0014】

＜排気浄化装置の全体構成＞
図１は、還元剤供給装置２０を備える排気浄化装置１０の全体構成の一例を説明するための模式図である。この排気浄化装置１０は排気中のＮＯｘを浄化するための装置であり、ディーゼルエンジン等の内燃機関１の排気管１１に設けられている。排気浄化装置１０は、排気管１１の途中に介装された還元触媒１３と、還元触媒１３よりも上流側の排気管１１内に還元剤を供給するための還元剤供給装置２０とを備えている。

【0015】

還元触媒１３は、排気中のＮＯｘの還元反応を促進する機能を有する触媒であり、還元剤から生成される還元成分を吸着するとともに、触媒に流れ込む排気中のＮＯｘを還元成分によって選択的に還元するものとなっている。還元剤供給装置２０は、還元剤として尿素水が用いられるものであり、尿素水が排気管１１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るようになっている。

【0016】

＜還元剤供給装置＞
図１に示すように、還元剤供給装置２０は、還元剤が収容されるタンク２１と、還元剤を排気管１１内に噴射するための還元剤噴射弁２５と、タンク２１内の還元剤を還元剤噴射弁２５に圧送する供給ポンプ３１と、タンク２１内に還元剤を回収する回収ポンプ４１と、還元剤噴射弁２５や各ポンプ３１、４１と電気的に接続されておりこれらを電子制御する制御装置１００とを主な構成要素として備えている。

【0017】

タンク２１と供給ポンプ３１の加圧室とは第１通路５１を介して連通している。第１通路５１の途中には、第１フィルタ７１と第１逆止弁６１とが設けられている。第１逆止弁６１は還元剤がタンク２１から供給ポンプ３１の方向にのみ流れるように機能する。

【0018】

供給ポンプ３１の加圧室と還元剤噴射弁２５とは第２通路５２を介して連通している。第２通路５２の途中には、第２逆止弁６２と回収ポンプ４１への分岐点５９とが設けられている。第２逆止弁６２は還元剤が供給ポンプ３１から分岐点５９の方向にのみ流れるように機能する。第２通路５２は供給ポンプ３１と還元剤噴射弁２５とを接続する還元剤供給通路である。

【0019】

第３通路５３は第２通路５２の途中に設けられた分岐点５９から分岐し、回収ポンプ４１の加圧室と連通している。第３通路５３の途中には、第３逆止弁６３が設けられている。第３逆止弁６３は還元剤が分岐点５９から回収ポンプ４１の方向にのみ流れるように機能する。

【0020】

回収ポンプ４１の加圧室とタンク２１とは第４通路５４を介して連通している。第４通路５４の途中には、第４逆止弁６４と第２フィルタ７２とが設けられている。第４逆止弁６４は還元剤が回収ポンプ４１からタンク２１の方向にのみ流れるように機能する。

【0021】

供給ポンプ３１は内部に電磁コイルを有していて、この電磁コイルへの通電・非通電（オン・オフ）が繰り返されることにより作動するタイプのポンプである。以下、供給ポンプ３１が有する電磁コイルへの通電・非通電を簡略化して供給ポンプ３１への通電・非通電という場合がある。供給ポンプ３１への通電・非通電は制御装置１００により制御される。

【0022】

供給ポンプ３１はその加圧室を画成するダイヤフラムを有するダイヤフラムタイプのポンプである。供給ポンプ３１が通電されると、供給ポンプ３１の加圧室はダイヤフラムによって圧縮され、加圧室内の媒体、例えば還元剤は第２通路５２の方向に押し出される。供給ポンプ３１が非通電にされると、スプリングによって加圧室が拡大する方向にダイヤフラムが移動し、加圧室内には第１通路５１から還元剤等が流入する。尚、供給ポンプ３１が通電で維持される場合、供給ポンプ３１の加圧室は閉鎖され、第１通路５１と第２通路５２は液圧的に分離される。

【0023】

回収ポンプ４１も内部に電磁コイルを有していて、この電磁コイルへの通電・非通電（オン・オフ）が繰り返されることにより作動するタイプのポンプである。以下、回収ポンプ４１が有する電磁コイルへの通電・非通電を簡略化して回収ポンプ４１への通電・非通電という場合がある。回収ポンプ４１への通電・非通電は制御装置１００により制御される。

【0024】

回収ポンプ４１はその加圧室を画成するダイヤフラムを有するダイヤフラムタイプのポンプである。回収ポンプ４１が通電されると、ダイヤフラムの移動によって回収ポンプ４１の加圧室は拡大し、加圧室内には第３通路５３から還元剤等が流入する。回収ポンプ４１が非通電にされると、スプリングに押されたダイヤフラムによって加圧室は圧縮され、加圧室内の還元剤等は第４通路５４の方向に押し出される。尚、回収ポンプ４１が非通電で維持される場合、回収ポンプ４１の加圧室は閉鎖され、第３通路５３と第４通路５４は液圧的に分離される。

【0025】

供給ポンプ３１および回収ポンプ４１が一つのパッケージ内に含まれるサプライモジュール２７として構成されていてもよい。この場合、サプライモジュール２７は第１通路５１、第３通路５３、第４通路５４および分岐点５９もその構成の中に含む。還元剤供給通路である第２通路５２は第２Ａ通路５２Ａと第２Ｂ通路５２Ｂからなり、第２Ａ通路５２Ａがサプライモジュール２７内に含まれる。第２Ｂ通路５２Ｂは、第２Ａ通路５２Ａとの接続点５７と還元剤噴射弁２５を接続する配管として構成される。サプライモジュール２７が含む範囲を図１中の一点鎖線で表す。サプライモジュール２７はタンク２１の下方に接続されるように設計されていてもよい。

【0026】

制御装置１００は、タンク２１内の還元剤を還元剤噴射弁２５に供給する場合には、回収ポンプ４１を非通電としたままで、供給ポンプ３１への通電・非通電を繰り返す。このことによって、タンク２１内の還元剤は供給ポンプ３１の加圧室に吸入され、さらに、供給ポンプ３１によって還元剤噴射弁２５の方向に圧送される。

【0027】

また、制御装置１００は、還元剤噴射弁２５内の還元剤をタンク２１に回収する場合には、供給ポンプ３１を非通電としたままで、回収ポンプ４１への通電・非通電を繰り返す。このことによって、還元剤噴射弁２５内の還元剤は回収ポンプ４１の加圧室に吸入され、さらに、回収ポンプ４１によってタンク２１の方向に圧送される。

【0028】

還元剤噴射弁２５はいわゆる電磁式のオン・オフ弁である。還元剤噴射弁２５の有する電磁コイルが通電されると還元剤噴射弁２５は開弁し、非通電にされると閉弁する。以下、還元剤噴射弁２５の有する電磁コイルへの通電・非通電を簡略化して還元剤噴射弁２５への通電・非通電という場合がある。内燃機関１の運転中において、必要な還元剤量が排気管１１内に供給されるように、還元剤噴射弁２５は制御装置１００によって開閉制御される。

【0029】

排気管１１内の温度を検出する排気温度センサ８０が排気管１１に取り付けられている。排気温度センサ８０で検出される排気温度Ｔは制御装置１００で取得される。排気温度センサ８０の信号に基づいて還元触媒１３および還元剤噴射弁２５の先端部の温度を推定可能な位置に排気温度センサ８０は取り付けられている。尚、本実施例において排気温度センサ８０は一つであるが、複数の排気温度センサ８０が用いられてもよい。例えば、排気温度センサ８０Ａの信号に基づいて還元触媒１３の温度を推定し、別の排気温度センサ８０Ｂの信号に基づいて還元剤噴射弁２５の先端部の温度を推定することが可能な位置に排気温度センサ８０Ａおよび排気温度センサ８０Ｂがそれぞれ取り付けられていてもよい。

【0030】

第２通路５２内の圧力を検出する圧力センサ８２が第２通路５２に取り付けられている。圧力センサ８２で検出される圧力Ｐは制御装置１００で取得される。

【0031】

第１フィルタ７１は、第１通路５１の途中に設けられ、タンク２１から供給ポンプ３１に移動する還元剤中のゴミ等の異物を捕集するフィルタである。第２フィルタ７２は、第４通路５４の途中に設けられ、タンク２１に戻される還元剤中のゴミ等の異物を捕集するフィルタである。

【0032】

＜制御装置＞
図２は、制御装置１００のうち、本発明の制御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している。この制御装置１００は、公知のマイクロコンピュータを中心に構成されたものであり、取得部１０３と、制御部１０５と、判断部１０７とを有している。具体的に、これらの各部はマイクロコンピュータによるプログラムの実行によって実現されるものとなっている。

【0033】

この他、制御装置１００には、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）及びＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の図示しない記憶素子やタイマカウンタ、さらに各ポンプ３１、４１、還元剤噴射弁２５への通電制御を行うための駆動回路等が備えられている。

【0034】

取得部１０３は、イグニッションスイッチ（図示せず）からの信号ＩＧ、排気温度センサ８０で検出される排気温度Ｔおよび圧力センサ８２で検出される圧力Ｐを取得する。取得部１０３は、これら以外の装置からの情報を取得するように構成されていてもよい。取得した情報は、制御部１０５および／または判断部１０７に送られる。

【0035】

制御部１０５は、還元剤噴射弁２５、供給ポンプ３１及び回収ポンプ４１を駆動制御する。具体的には、制御部１０５は、還元剤噴射弁２５、供給ポンプ３１および回収ポンプ４１を通電または非通電とするように制御する。

【0036】

判断部１０７は制御装置１００内で実施される様々な判断を実施する。例えば、判断部はイグニッションスイッチからの信号ＩＧ、圧力センサ８２で検出された圧力Ｐ、排気温度センサ８０で検出された排気温度Ｔおよび時間ｔについて判断する。判断部１０７はこれ以外の情報に関して判断をしてもよい。

【0037】

取得部１０３、制御部１０５および判断部１０７の作動については以下でさらに説明する。

【0038】

図３のフローチャートにしたがって、内燃機関１の停止時に実施する還元剤の回収における還元剤供給装置２０の作動について説明する。還元剤である尿素水は凍結すると体積が増加する。このため、内燃機関の停止後に環境温度が低下すると、還元剤噴射弁内や還元剤供給管内に残った還元剤が凍結し、還元剤噴射弁や還元剤供給管が破損するおそれがある。還元剤の回収はこれらの不具合を避けるためのものである。

【0039】

ステップＳ１１０で、取得部１０３はイグニッションスイッチから信号ＩＧを取得し、判断部１０７に送る。判断部１０７はイグニッションスイッチがオフとなったか否かを判断する。イグニッションスイッチがオフとなった場合にステップＳ１２０に進み、オンの場合にはステップＳ１１０に戻る。

【0040】

ステップＳ１２０で、制御部１０５は還元剤噴射弁２５および供給ポンプ３１を非通電とするとともに、回収ポンプ４１を通電状態とし、ステップ１３０に進む。回収ポンプ４１を通電状態とすることにより、回収ポンプ４１のダイヤフラムは、第３通路５３と第４通路５４とを連通させる方向に移動する。これにより、システム圧に調製されていた還元剤供給通路内の圧力は下がり始める。システム圧とは、還元剤供給装置が還元剤を排気管１１に供給する際の還元剤供給通路内の還元剤の圧力である。

【0041】

ステップＳ１３０で、取得部１０３は圧力センサ８２から圧力Ｐを取得し、判断部１０７に送る。判断部１０７は、圧力センサ８２で検出される圧力Ｐが第１の所定圧力Ｐｔｈ１以下か否かを判断する。圧力Ｐが第１の所定圧力Ｐｔｈ１以下まで下がっている場合にはステップＳ１４０に進み、圧力Ｐが第１の所定圧力Ｐｔｈ１より高い場合にはステップＳ１３０に戻る。尚、判断部１０７は、回収ポンプ４１を通電状態とした後の経過時間に基づいて判断してもよい。例えば、実験で圧力Ｐがシステム圧から第１の所定圧力Ｐｔｈ１となるまでの時間を調べておき、当該時間を経過した際にステップＳ１４０に進むようにしてもよい。

【0042】

ステップＳ１４０で、制御部１０５は還元剤噴射弁２５および供給ポンプ３１を非通電としたままで、回収ポンプ４１を通電・非通電で繰り返すように制御し、ステップ１５０に進む。これにより、還元剤供給通路内の圧力はさらに下がり始める。

【0043】

ステップＳ１５０で、取得部１０３は圧力センサ８２から圧力Ｐを取得し、判断部１０７に送る。判断部１０７は、圧力センサ８２で検出される圧力Ｐが第２の所定圧力Ｐｔｈ２以下か否かを判断する。圧力Ｐが第２の所定圧力Ｐｔｈ２以下まで下がっている場合にはステップＳ１６０に進み、圧力Ｐが第２の所定圧力Ｐｔｈ２より高い場合にはステップＳ１５０に戻る。尚、判断部１０７は、回収ポンプ４１における通電・非通電の繰り返し開始後の経過時間に基づいて判断してもよい。例えば、実験で圧力Ｐが第２の所定圧力Ｐｔｈ２となるまでの時間を調べておき、当該時間を経過した際にステップＳ１６０に進むようにしてもよい。ここで、第２の所定圧力Ｐｔｈ２は、例えば、内燃機関停止時の排気管内の圧力より低い圧力である。還元剤供給通路内の圧力をこのような圧力とすることにより、次のステップ１６０で還元剤噴射弁２５を開弁した際に、還元剤噴射弁２５の開口部には排気管内の空気（含む排出ガス）が流れ込む。したがって、還元剤噴射弁２５を開弁した際に、還元剤噴射弁２５の開口部から還元剤が漏れるおそれがない。内燃機関停止時の排気管内の圧力は、大気圧、または大気圧に近い圧力である。

【0044】

ステップＳ１６０で、制御部１０５は還元剤噴射弁２５を通電するとともに供給ポンプ３１を非通電とし、回収ポンプ４１を通電・非通電で繰り返すように制御し、ステップ１７０に進む。還元剤噴射弁２５に対して通電することによって、還元剤噴射弁２５は開弁される。回収ポンプ４１を通電・非通電で繰り返すことによって、還元剤噴射弁２５および還元剤供給管（第２通路５２）内の還元剤は回収ポンプ４１を介してタンク２１の方向へ移動する。この還元剤の移動に伴って還元剤噴射弁２５の開口部から空気が流入する。

【0045】

ステップＳ１７０で、判断部１０７は回収ポンプ４１による回収開始後の時間が第１の所定時間ｔｐ１を経過したか否かを判断する。回収ポンプ４１の回収開始後の時間が第１の所定時間ｔｐ１を経過した場合にステップＳ１８０に進み、回収ポンプ４１の回収開始後の時間が第１の所定時間ｔｐ１を経過していない場合にはステップＳ１７０に戻る。

【0046】

ステップＳ１８０で、制御部１０５は還元剤噴射弁２５および供給ポンプ３１を非通電とし、回収ポンプ４１に対する通電・非通電の繰り返しを停止する。これによって、還元剤の移動およびこれにともなう空気の流入は停止する。第１の所定時間ｔｐ１は還元剤と空気の境界が分岐点５９よりも還元剤噴射弁２５側に位置する所定の回収ポイントまで達する時間として設定されている。回収ポイントからタンク２１の方向に向かう還元剤通路（例えば第１～４通路等）には、尿素水が凍結した場合のダンパ（図示しない）が設けられており、これらの部分に尿素水が残留しても低温時に破損等の不具合を避けることができる構造となっている。

【0047】

図４のフローチャートにしたがって、本願発明に係る還元剤供給装置２０の作動について説明する。

【0048】

ステップＳ１０で、取得部１０３はイグニッションスイッチから信号ＩＧを取得し、判断部１０７に送る。判断部１０７はイグニッションスイッチがオンとなったか否かを判断する。イグニッションスイッチがオンとなった場合にステップＳ２０に進み、オフの場合にはステップＳ１０に戻る。

【0049】

ステップＳ２０で、制御部１０５は還元剤噴射弁２５および回収ポンプ４１を非通電とするとともに、供給ポンプ３１を通電・非通電で繰り返すように制御する。この結果、タンク２１内の還元剤が供給ポンプ３１を介して還元剤噴射弁２５の方向へ送られ、還元剤供給通路（第２通路５２）の圧力が上昇する。尚、非通電とされた還元剤噴射弁２５は閉弁されるとともに、非通電とされた回収ポンプ４１の加圧室は閉鎖され、回収ポンプ４１によって第３通路５３と第４通路５４は液圧的に分離される。このように、本願発明においては、イグニッションスイッチのオンまたは内燃機関１の始動が検知されると、その後還元剤供給通路の圧力を上昇させる。本願発明の一つの特徴は、内燃機関１の始動後、排気管１１内の排気温度Ｔを考慮することなく、還元剤供給通路の圧力を上昇させることである。本願発明の好ましい特徴は、内燃機関１の始動後、遅滞なく、かつ、排気管１１内の排気温度Ｔを考慮することなく、還元剤供給通路の圧力を上昇させることである。

【0050】

ステップＳ３０で、取得部１０３は圧力センサ８２から圧力Ｐを取得し、判断部１０７に送る。判断部１０７は圧力センサ８２で検出される圧力Ｐが第３の所定圧力Ｐｔｈ３以上か否かを判断する。圧力Ｐが第３の所定圧力Ｐｔｈ３以上の場合ステップＳ４０に進み、圧力Ｐが第３の所定圧力Ｐｔｈ３未満の場合ステップＳ３０に戻る。

【0051】

ステップＳ４０で、制御部１０５は還元剤噴射弁２５および回収ポンプ４１を非通電のままとし、供給ポンプ３１に対する通電・非通電の繰り返しを止め、通電で維持するように制御する。この結果、還元剤供給通路の圧力の上昇はストップし、圧力Ｐは第３の所定圧力Ｐｔｈ３近傍の圧力で維持される。ここで、第３の所定圧力Ｐｔｈ３は還元剤供給装置のシステム圧であってもよい。システム圧とは、還元剤供給装置が還元剤を排気管１１に供給する際の還元剤供給通路内の還元剤の圧力である。ステップＳ４０の後、ステップＳ５０に進む。

【0052】

ステップＳ５０で、取得部１０３は排気温度センサ８０から排気温度Ｔを取得し、判断部１０７に送る。判断部１０７は排気温度センサ８０で検出された排気温度Ｔが第１の所定温度Ｔｔｈ１以上か否かを判断する。排気温度Ｔが第１の所定温度Ｔｔｈ１以上の場合にステップＳ６０に進み、排気温度Ｔが第１の所定温度Ｔｔｈ１未満の場合にステップＳ５０に戻る。

【0053】

ステップＳ６０で、制御部１０５は還元剤噴射弁２５を第２の所定時間ｔｐ２だけ開弁し、その後、再度閉弁するよう制御する。ここで第２の所定時間ｔｐ２は還元剤供給通路および還元剤噴射弁２５内の空気が全部抜けるように、かつ、還元剤が還元剤噴射弁２５の開口部から漏れないように設定された時間である。第２の所定時間ｔｐ２はたとえば実験等により決定することができる。還元剤噴射弁２５の開弁前、還元剤供給通路および還元剤噴射弁２５内の空気は、還元剤の移動によって還元剤噴射弁２５側に圧縮されている。したがって、第２の所定時間ｔｐ２の間還元剤噴射弁２５を開弁することにより、当該空気は排気管１１中に抜け、還元剤噴射弁２５の先端までが還元剤で満たされることになる。ステップＳ６０において、第２の所定時間ｔｐ２が経過し還元剤噴射弁２５を閉弁した後で、還元剤供給通路内の還元剤の圧力が第３の所定圧力Ｐｔｈ３よりも若干下がっている場合には、供給ポンプ３１の作動によって、還元剤供給通路内の還元剤の圧力を第３の所定圧力Ｐｔｈ３（システム圧）まで戻すように制御してもよい。尚、第３の所定圧力Ｐｔｈ３を予めシステム圧よりも高い圧力として設定し、ステップＳ６０において第２の所定時間ｔｐ２が経過し還元剤噴射弁２５を閉弁した後で、還元剤供給通路内の還元剤の圧力がシステム圧となるようにしてもよい。

【0054】

ステップＳ６０で、還元剤噴射弁２５の開口部から空気が抜ける際に、若干の還元剤が排気管１１中に漏れる場合がある。還元剤噴射弁２５の先端部の温度が低いと漏れた還元剤が還元剤噴射弁２５の開口部で結晶化し、還元剤噴射弁２５が作動不良となってしまうおそれがある。ステップＳ５０における第１の所定温度Ｔｔｈ１は、漏れた還元剤が還元剤噴射弁２５の開口部で結晶化しない温度に到達する際に排気温度センサ８０で検出される排気温度である。すなわち排気温度Ｔが第１の所定温度Ｔｔｈ１以上であれば、漏れた還元剤が還元剤噴射弁２５の開口部で結晶化することはない。例えば、還元剤噴射弁２５の先端温度と排気温度センサ８０で検出される排気温度Ｔとの相関関係を実験的に調べ、その結果に基づいて第１の所定温度Ｔｔｈ１を定めることができる。ステップＳ６０の後、ステップＳ７０に進む。

【0055】

ステップＳ７０で、取得部１０３は排気温度センサ８０から排気温度Ｔを取得し、判断部１０７に送る。判断部１０７は排気温度センサ８０で検出された排気温度Ｔが第２の所定温度Ｔｔｈ２以上か否かを判断する。排気温度Ｔが第２の所定温度Ｔｔｈ２以上の場合ステップＳ８０に進み、排気温度Ｔが第２の所定温度Ｔｔｈ２未満の場合ステップＳ７０に戻る。

【0056】

ステップＳ８０で、制御部１０５は還元剤の排気管への供給を開始するように制御する。具体的には、制御部１０５は、供給する還元剤の量が別に計算された目標還元剤量となるように還元剤噴射弁２５、供給ポンプ３１および回収ポンプ４１を制御する。目標還元剤量は、例えば燃焼温度、吸入空気量、燃料供給量等を含む内燃機関１の燃焼条件等に基づいて決定されてもよい。また、これに加えて、還元触媒１３に吸収され貯蔵されている還元剤量を考慮して目標還元剤量を決定してもよい。

【0057】

還元触媒１３は所定の温度以上にならないと安定した還元作用を発揮することができない。ステップＳ７０における第２の所定温度Ｔｔｈ２は、還元触媒１３が安定した還元作用を発揮することができる温度に到達する際に排気温度センサ８０で検出される排気温度である。すなわち排気温度Ｔが第２の所定温度Ｔｔｈ２以上であれば、還元触媒１３は安定した還元作用を発揮することができる。例えば、還元触媒１３の温度と排気温度センサ８０で検出される排気温度Ｔとの相関関係を実験的に調べ、その結果に基づいて第２の所定温度Ｔｔｈ２を定めることができる。

【0058】

還元触媒１３が安定した還元作用を発揮することができる温度は、還元剤噴射弁２５の先端部において還元剤の結晶化が起こらない温度よりも高い。したがって、第２の所定温度Ｔｔｈ２は第１の所定温度Ｔｔｈ１よりも高い温度である。

【0059】

このように、本願発明においては、イグニッションスイッチがオンとなりすなわち内燃機関１が始動後、排気管１１内の排気温度Ｔを考慮することなく還元剤供給通路の圧力を上昇させる。そして漏れた還元剤が還元剤噴射弁２５の開口部で結晶化しない温度（排気温度センサ８０で検出される排気温度Ｔが第１の所定温度Ｔｔｈ１）となった段階で還元剤供給通路内の空気を排出する。したがって、本願発明によれば、還元触媒１３が安定した還元作用を発揮することができる温度（排気温度センサ８０で検出される排気温度Ｔが第２の所定温度Ｔｔｈ２）となった場合、時間を置かず、還元剤の排気管１１への供給を開始することができる。還元触媒１３が安定した還元作用を発揮することができる温度となった際に、還元剤供給通路の圧力は既にシステム圧となっているからである。

【0060】

ここで、漏れた還元剤が還元剤噴射弁２５の開口部で結晶化しない温度（排気温度センサ８０で検出される排気温度Ｔが第１の所定温度Ｔｔｈ１）になった後、還元剤供給通路の空気の排出および還元剤供給通路の圧力上昇を開始することも考えられる。しかしながら、通常、還元剤供給通路内の空気を排出し、還元剤供給通路内の還元剤の圧力をシステム圧まで上昇させるには時間がかかり、還元触媒１３が安定した還元作用を発揮することができる温度（排気温度センサ８０で検出される排気温度Ｔが第２の所定温度Ｔｔｈ２）となっても還元剤供給通路の圧力はシステム圧まで達しない。このように、漏れた還元剤が還元剤噴射弁２５の開口部で結晶化しない温度になった後、還元剤供給通路の空気の排出および還元剤供給通路の圧力上昇を開始した場合、還元触媒１３が安定した還元作用を発揮することができる温度に到達後、還元剤供給通路の圧力がシステム圧まで上昇するのを待たなければ還元剤の排気管１１への供給を開始することができない。これに対して、本願発明は、内燃機関１の始動後、排気管１１内の排気温度Ｔを考慮することなく還元剤供給通路の圧力を上昇させ、排気温度Ｔが第１の所定温度Ｔｔｈ１となった段階で還元剤供給通路内の空気を排出するので、その後、排気温度Ｔが第２の所定温度Ｔｔｈ２となれば、時間を置かず、還元剤の排気管１１への供給を開始することができる。

【0061】

尚、上述の実施例において還元剤供給装置２０は供給ポンプ３１と回収ポンプ４１を個別に有していたが、本願発明の適用はこのタイプの還元剤供給装置に限られるものではない。例えば、本願発明は一つのポンプと流路切換弁とを備えた還元剤供給装置にも適用することができる。ここで、流路切換弁は、ポンプにより圧送される還元剤の流れる方向を切り換える。すなわち、流路切換弁の切替方向を一方にすると、上述の実施例における供給ポンプ３１が作動した場合のように、ポンプの作動によってタンク内の還元剤は還元剤噴射弁の方向に圧送される。また、流路切換弁の切替方向をもう一方の方向にすると、上述の実施例における回収ポンプ４１が作動した場合のように、ポンプの作動によって還元剤噴射弁の中の還元剤はタンクの方向に圧送される。さらに、本願発明は回転方向を変えることにより還元剤の流れる方向を変えることができるポンプを備えた還元剤供給装置にも適用することができる。このように、本願発明は様々な圧送手段および回収手段を有する還元剤供給装置に適用することができる。

【0062】

本発明によれば、内燃機関の始動後、排出ガスの浄化を開始するまでの時間をより短くすることが可能な還元剤供給装置及びその制御方法を提供することができる。

【符号の説明】

【0063】

１ 内燃機関、１０ 排気浄化装置、１１ 排気管、１３ 還元触媒、２０ 還元剤供給装置、２１ タンク、２５ 還元剤噴射弁、２７ サプライモジュール、３１ 供給ポンプ、４１ 回収ポンプ、５１ 第１通路、５２ 第２通路、５３ 第３通路、５４ 第４通路、５７ 接続部、５９ 分岐点、６１ 第１逆止弁、６２ 第２逆止弁、６３ 第３逆止弁、６４ 第４逆止弁、７１ 第１フィルタ、７２ 第２フィルタ、８０ 排気温度センサ、８２ 圧力センサ、１００ 制御装置、１０３ 取得部、１０５ 制御部、１０７ 判断部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】