(57)【要約】【課題】還元剤添加弁１において、排ガス流速が変動しても還元剤噴霧の進行方向の変動を抑制し、排ガスの浄化効率の低下を阻止することにある。【解決手段】還元剤添加弁１によれば、第１噴孔の噴射角θ１は第２噴孔の噴射角θ２よりも大きい。このため、還元剤を第１噴孔のみから噴射したり、第１、第２噴孔の両方から噴射したりすることで、還元剤噴霧の進行方向を操作することができる。つまり、排ガス流速が小さくなる方に変動し、還元剤噴霧が排ガスにより押し流されにくくなる場合には、第１噴孔のみから噴射することで、還元剤噴霧の進行方向が過剰に上流側を指向するのを修正でき、逆に、排ガス流速が大きくなる方に変動し、還元剤噴霧が排ガスにより押し流されやすくなる場合には、第１、第２噴孔の両方から噴射することで、還元剤噴霧の進行方向が過剰に下流側を指向するのを修正できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスが通る排気管に装着され、この排気管の内部に還元剤を噴射する還元剤添加弁において、
前記排気管の内部に突出する先端部に複数の噴孔を有するボディと、このボディに収容され前記複数の噴孔を開閉する２つの弁体とを備え、
前記排気管の径方向と前記複数の噴孔の各々の孔軸との間に形成される噴射角を、前記孔軸が前記排気管の径方向よりも下流側を指向する場合を正側として定義すると、
前記複数の噴孔の内で一方の弁体により開閉される第１噴孔の噴射角と、他方の弁体により開閉される第２噴孔の噴射角とは、互いに異なることを特徴とする還元剤添加弁。
【請求項２】
請求項１に記載の還元剤添加弁において、
前記２つの弁体は、前記一方の弁体が筒状に設けられ、前記他方の弁体が前記一方の弁体の内周に収容される内外２重構造であることを特徴とする還元剤添加弁。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の還元剤添加弁において、
前記一方の弁体は、前記他方の弁体よりも先に開弁方向に駆動され、
前記第１噴孔の噴射角および前記第２噴孔の噴射角が両方ともに正の角度であり、
前記第１噴孔の噴射角は、前記第２噴孔の噴射角よりも大きいことを特徴とする還元剤添加弁。
【請求項４】
請求項３に記載の還元剤添加弁において、
前記第２噴孔の孔径は、前記第１噴孔の孔径よりも大きいことを特徴とする還元剤添加弁。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の還元剤添加弁と、
この還元剤添加弁の作動を制御する制御手段とを備え、
この制御手段は、排ガスの流速に応じて開閉する噴孔数を可変することを特徴とする還元剤供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に、排ガスが通る排気管に装着され、この排気管の内部に還元剤を噴射する還元剤添加弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エンジンからの排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元して浄化するために、排ガスに還元剤を供給する還元剤添加弁が公知である（例えば、特許文献１参照）。この還元剤は、例えば、尿素水であり、尿素の分解により発生するアンモニア（ＮＨ３）が、触媒によりＮＯｘと反応して無害な窒素（Ｎ２）や水（Ｈ２Ｏ）を生成することで、ＮＯｘが浄化される。
【０００３】
この還元剤添加弁には、還元剤を噴射する還元剤添加弁が排気管に、直接、装着されるものがあり、このような還元剤添加弁では、噴孔を含む還元剤添加弁の先端部が排気管の内部に突出する。そして、還元剤は、直接、排ガスが通る排気管に噴射され、排気ガスと混合した後に触媒に導かれる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、排ガスの流速はエンジンの運転状態に応じて常に変動しており、噴射された還元剤（還元剤噴霧）の進行方向も排ガス流速とともに変動する。
すなわち、排ガス流速が大きくなると、還元剤噴霧は排ガスにより押し流されやすくなるので、還元剤噴霧の進行方向はより下流側を指向するようになる。このため、還元剤噴霧は、排ガスと充分に混合する前に触媒に到達する虞が高まる。
【０００５】
逆に排ガス流速が小さくなると、還元剤噴霧は排ガスにより押し流されにくくなるので、還元剤噴霧の進行方向はより上流側を指向するようになる。このため、還元剤噴霧は、触媒に到達する前に管壁に到達する虞が高まる。
そして、いずれの場合にも、ＮＯｘの浄化反応に有効に費やされる尿素量が低下するため、排ガスの浄化効率が低下してしまう。
【特許文献１】特開２００６−１２５３２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、還元剤添加弁において、排ガス流速が変動しても還元剤噴霧の進行方向の変動を抑制し、排ガスの浄化効率の低下を阻止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の還元剤添加弁は、排ガスが通る排気管に装着され、排気管の内部に還元剤を噴射するものである。そして、還元剤添加弁は、排気管の内部に突出する先端部に複数の噴孔を有するボディと、ボディに収容され複数の噴孔を開閉する２つの弁体とを備える。そして、排気管の径方向と複数の噴孔の各々の孔軸との間に形成される噴射角を、孔軸が排気管の径方向よりも下流側を指向する場合を正側として定義すると、複数の噴孔の内で一方の弁体により開閉される第１噴孔の噴射角と、他方の弁体により開閉される第２噴孔の噴射角とは、互いに異なる。
【０００８】
これにより、還元剤を噴射する噴孔を第１、第２噴孔から選択することで、還元剤噴霧の進行方向を操作することができる。つまり、第１、第２噴孔の内で噴射角の大きい方の噴孔から噴射すれば、還元剤噴霧の進行方向はより下流側を指向する。逆に、噴射角の小さい方の噴孔から噴射すれば、還元剤噴霧の進行方向はより上流側を指向する。
【０００９】
このため、排ガス流速が大きくなる方に変動し、還元剤噴霧が排ガスにより押し流されやすくなる場合には、噴射角の小さい方の噴孔から噴射することで、還元剤噴霧の進行方向が過剰に下流側を指向するのを修正できる。逆に、排ガス流速が小さくなる方に変動し、還元剤噴霧が排ガスにより押し流されにくくなる場合には、噴射角の大きい方の噴孔から噴射することで、還元剤噴霧の進行方向が過剰に上流側を指向するのを修正できる。
以上により、排ガス流速が変動しても還元剤噴霧の進行方向の変動を抑制し、排ガスの浄化効率の低下を阻止することができる。
【００１０】
〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の還元剤添加弁によれば、２つの弁体は、一方の弁体が筒状に設けられ、他方の弁体が一方の弁体の内周に収容される内外２重構造である。
これにより、還元剤を噴射する噴孔を第１、第２噴孔から選択することが可能な還元剤添加弁を、容易に設けることができる。
【００１１】
〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の還元剤添加弁によれば、一方の弁体は、他方の弁体よりも先に開弁方向に駆動される。そして、第１噴孔の噴射角および第２噴孔の噴射角が両方ともに正の角度であり、第１噴孔の噴射角は、第２噴孔の噴射角よりも大きい。
これにより、排ガス流速が小さい場合に第１噴孔のみを開放し、排ガス流速が大きい場合に第１、第２噴孔の両方または第２噴孔のみを開放することで、還元剤噴霧の進行方向の変動を抑制し、排ガスの浄化効率の低下を阻止することができる。
【００１２】
〔請求項４の手段〕
請求項４に記載の還元剤添加弁は、請求項３に記載の還元剤添加弁であって、第２噴孔の孔径が第１噴孔の孔径よりも大きい。
これにより、還元剤の噴射量は、第２噴孔のみから噴射される場合の方が第１噴孔のみから噴射される場合よりも多くなる。このため、排ガス流速に応じて還元剤の噴射量を可変することができる。
【００１３】
〔請求項５の手段〕
請求項５に記載の還元剤供給装置は、請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の還元剤添加弁と、還元剤添加弁の作動を制御する制御手段とを備える。そして、制御手段は、排ガスの流速に応じて開閉する噴孔数を可変する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
最良の形態１の還元剤添加弁は、排ガスが通る排気管に装着され、排気管の内部に還元剤を噴射するものである。そして、還元剤添加弁は、排気管の内部に突出する先端部に複数の噴孔を有するボディと、ボディに収容され複数の噴孔を開閉する２つの弁体とを備える。そして、排気管の径方向と複数の噴孔の各々の孔軸との間に形成される噴射角を、孔軸が排気管の径方向よりも下流側を指向する場合を正側として定義すると、複数の噴孔の内で一方の弁体により開閉される第１噴孔の噴射角と、他方の弁体により開閉される第２噴孔の噴射角とは、互いに異なる。
【００１５】
また、２つの弁体は、一方の弁体が筒状に設けられ、他方の弁体が一方の弁体の内周に収容される内外２重構造である。
また、一方の弁体は、他方の弁体よりも先に開弁方向に駆動される。そして、第１噴孔の噴射角および第２噴孔の噴射角が両方ともに正の角度であり、第１噴孔の噴射角は、第２噴孔の噴射角よりも大きい。
【実施例１】
【００１６】
〔実施例１の構成〕
実施例１の還元剤添加弁１の構成を、図１ないし図３を用いて説明する。
還元剤添加弁１は、エンジンからの排ガスに還元剤を噴射して供給するものであり、噴射された還元剤は、排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元して浄化する。この還元剤は、例えば、尿素水であり、尿素の分解により発生するアンモニア（ＮＨ３）が、触媒によりＮＯｘと反応して無害な窒素（Ｎ２）や水（Ｈ２Ｏ）を生成することで、ＮＯｘが浄化される。
【００１７】
なお、還元剤添加弁１は、所定のタンク２から還元剤を吸引して吐出する供給ポンプ３、供給ポンプ３および還元剤添加弁１の作動を制御する電子制御装置（以下、ＥＣＵ４とする）等とともに還元剤供給装置５を構成する。また、還元剤添加弁１は、排ガスが通る排気管６に装着され、排気管６の内部に還元剤を噴射する。
【００１８】
ここで、ＥＣＵ４は、制御機能および演算機能を発揮するＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等の記憶装置、入力装置ならびに出力装置等により構成される周知のマイクロコンピュータであり、エンジンの運転状態に応じて、各種の機器のアクチュエータに指令して機器の駆動制御を行うものである。すなわち、ＥＣＵ４は、還元剤添加弁１および供給ポンプ３等の作動を制御する制御手段として機能する。
【００１９】
還元剤添加弁１は、２つの弁体９、１０により複数の噴孔１１、１２を開閉して還元剤を噴射するノズル１３と、ＥＣＵ４からの指令に応じて弁体９、１０を駆動するための駆動力を発生するアクチュエータ１４とを備える。
ここで、アクチュエータ１４は、例えば、ソレノイドコイル（図示せず）を有し、このソレノイドコイルへの通電および非通電に応じて、後記する背圧室１５に還元剤を流出入させて弁体９、１０を駆動する電磁弁である（以下、アクチュエータ１４を電磁弁１４とする）。
【００２０】
ノズル１３は、排気管６の内部に突出する先端部に複数の噴孔１１、１２を有するボディ２０と、ボディ２０に収容され噴孔１１、１２を開閉する２つの弁体９、１０とを具備する（以下、噴孔１１を第１噴孔１１とし、噴孔１２を第２噴孔１２とする）。
【００２１】
弁体９、１０は、一方の弁体９が筒状に設けられ、他方の弁体１０が弁体９の内周に収容される内外２重構造をなす。すなわち、弁体９は、ボディ２０に設けられた支持部２２により軸方向に摺動自在に支持され、弁体１０は、外周面が弁体９の内周面に摺接し、弁体９により軸方向に摺動自在に支持されている。
【００２２】
また、弁体９、１０は、各々の先端に、ボディ２０に形成されたシート面２３に着座するシート部２４、２５が設けられている。そして、シート部２４、２５が、各々、シート面２３から離座することで第１、第２噴孔１１、１２が開放され、シート部２４、２５が、各々、シート面２３に着座することで第１、第２噴孔１１、１２が閉鎖される。
【００２３】
また、ノズル１３は、弁体９、１０に対し閉弁方向に液圧を及ぼす還元剤が流出入する背圧室１５を後端側に形成し、弁体９、１０に対し開弁方向に液圧を及ぼす還元剤が流出入するノズル室２８を先端側に形成する。さらに、弁体９、１０は、各々、スプリング２９、３０により閉弁方向に付勢されている。
【００２４】
ここで、背圧室１５は、供給ポンプ３に通じる流入流路３２およびタンク２へのリターン流路３３に通じる流出流路３４が接続し、流入流路３２および流出流路３４を介して還元剤が流出入する。ここで、流出流路３４は、流入流路３２よりも還元剤の流量が大きくなるように設けられ、電磁弁１４により開閉される。
【００２５】
この結果、電磁弁１４が作動して流出流路３４が開放されると、背圧室１５からの流出流量が背圧室１５への流入流量よりも大きくなり、背圧室１５の液圧が低下する（以下、背圧室１５の液圧を背圧と呼ぶ）。また、電磁弁１４が作動を停止して流出流路３４が閉鎖されると、背圧室１５からの還元剤の流出が止まり、低下した背圧が上昇する。
【００２６】
また、ノズル室２８は、供給ポンプ３に通じる供給流路３６から還元剤が流入する。ノズル室２８の還元剤は、シート部２４がシート面２３に着座しているとき、シート部２４の外周側の先端面に液圧を及ぼしている。つまり、弁体９は、ノズル室２８の液圧により開弁方向に付勢されている。
【００２７】
そして、背圧が低下すると、弁体９において、ノズル室２８の液圧による付勢力の方が、スプリング２９による付勢力および背圧による付勢力の和よりも強くなる。このため、弁体９が先に開弁方向に駆動されてシート部２４がシート面２３から離座する。この結果、第１噴孔１１が開放され、第１噴孔１１を通じて還元剤が噴射される（図３（ａ）参照）。同時に、シート部２５の外周側の先端面にノズル室２８の液圧が作用するようになる。つまり、弁体１０も、ノズル室２８の液圧により開弁方向に付勢されるようになる。
【００２８】
そして、背圧の低下とともに弁体９の開弁方向への変位が続き、弁体９の後端が弁体１０に設けられたストッパ３８に当接すると（図３（ｂ）参照）、弁体１０には、自身に作用するノズル室２８の液圧とともに弁体９に作用するノズル室２８の液圧も作用するようになる。このため、弁体１０においても、ノズル室２８の液圧による付勢力の方が、スプリング３０による付勢力および背圧による付勢力の和よりも強くなり、シート部２５がシート面２３から離座する。この結果、第２噴孔１２も開放され、第１、第２噴孔１１、１２を通じて還元剤が噴射される（図３（ｃ）参照）。
【００２９】
そして、弁体１０の後端がボディ２０に設けられたストッパ４０に当接するまで（図３（ｄ）参照）、弁体９、１０は開弁方向に変位を続ける。
【００３０】
ここで、図２に示すように、排気管６の径方向と第１、第２噴孔１１、１２の各々の孔軸との間に形成される角度を噴射角θ１、θ２として定義し、噴射角θ１、θ２の正負を、孔軸が排気管６の径方向よりも下流側を指向する場合を正側として定義すると、噴射角θ１、θ２は両方とも正の角度であり、噴射角θ１は噴射角θ２よりも大きい。このため、還元剤噴霧の進行方向は、第１噴孔１１から噴射する場合の方が第２噴孔１２から噴射する場合よりも排ガスの流れ方向に関して下流側を指向する。
【００３１】
そして、ＥＣＵ４は、排ガス流速に応じて開閉する噴孔数を可変する。つまり、排ガス流速が小さいときは、第１噴孔１１のみから還元剤が噴射されるように電磁弁１４の作動期間等が決められ、排ガス流速が大きいときは、第１、第２噴孔１１、１２の両方から還元剤が噴射されるように電磁弁１４の作動期間等が決められる。なお、排ガス流速は、エンジン回転数の検出値やアクセル開度の検出値等を用いて推測することができる。
【００３２】
〔実施例１の効果〕
実施例１の還元剤添加弁１によれば、噴射角θ１は噴射角θ２よりも大きい。
これにより、還元剤を第１噴孔１１のみから噴射したり、第１、第２噴孔１１、１２の両方から噴射したりすることで、還元剤噴霧の進行方向を操作することができる。つまり、排ガス流速が小さくなる方に変動し、還元剤噴霧が排ガスにより押し流されにくくなる場合には、第１噴孔１１のみから噴射することで、還元剤噴霧の進行方向が過剰に上流側を指向するのを修正できる（図２（ａ）参照）。逆に、排ガス流速が大きくなる方に変動し、還元剤噴霧が排ガスにより押し流されやすくなる場合には、第１、第２噴孔１１、１２の両方から噴射することで、還元剤噴霧の進行方向が過剰に下流側を指向するのを修正できる（図２（ｂ）参照）。
以上により、排ガス流速が変動しても還元剤噴霧の進行方向の変動を抑制し、排ガスの浄化効率の低下を阻止することができる。
【００３３】
また、弁体９、１０は、弁体９が筒状に設けられ、弁体１０が弁体９の内周に収容される内外２重構造である。
これにより、第１噴孔１１のみ、または第１、第２噴孔１１、１２の両方から還元剤を噴射できる還元剤添加弁１を、容易に設けることができる。
【００３４】
〔変形例〕
実施例１の還元剤添加弁１は、第１噴孔１１のみを開閉したり、第１、第２噴孔１１、１２の両方を開閉したりすることで、排ガス流速に応じた噴射量の還元剤を供給するものであったが、第２噴孔１２のみを開閉できるようにしてもよい。
また、実施例１の還元剤添加弁１は、第１噴孔１１の孔径と第２噴孔１２の孔径との大小が明記されていないが、第２噴孔１２の孔径を、第１噴孔１１の孔径よりも大きくすることで、第２噴孔１２からの噴射量を、第１噴孔１１からの噴射量よりも多くすることができる。
【００３５】
また、実施例１の還元剤添加弁１の噴射角θ１、θ２は、両方とも正の角度であったが、小さいほうの噴射角θ２を負の角度にしてもよく、両方の噴射角θ１、θ２を負の角度にしてもよい。
また、実施例１の還元剤添加弁１によれば、弁体９、１０は、弁体９が筒状に設けられ、弁体１０が弁体９の内周に収容される内外２重構造であったが、弁体９、１０を互いに接触しない独立構造とすることもできる。
【００３６】
また、実施例１の電磁弁１４は、流出流路３４をリターン流路３３に対して開閉する２方弁であったが、電磁弁１４を、流入流路３２および流出流路３４とリターン流路３３とが連通する開状態と、流入流路３２および流出流路３４と供給ポンプ３の吐出口とが連通する閉状態とを切り替える３方弁にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】還元剤添加弁および還元剤供給装置の構成図である（実施例１）。
【図２】（ａ）は排ガス流速が小さい場合の還元剤の噴射を示す説明図であり、（ｂ）は排ガス流速が大きい場合の還元剤の噴射を示す説明図である（実施例１）。
【図３】（ａ）は第１噴孔のみが開放された状態の還元剤添加弁の構成図であり、（ｂ）は一方の弁体が他方の弁体のストッパに当接した状態の還元剤添加弁の構成図であり、（ｃ）は第１、第２噴孔の両方が開放された状態の還元剤添加弁の構成図であり、（ｄ）は他方の弁体がボディのストッパに当接した状態の還元剤添加弁の構成図である（実施例１）。
【符号の説明】
【００３８】
１  還元剤添加弁
４  ＥＣＵ（制御手段）
５  還元剤供給装置
６  排気管
９  弁体（一方の弁体）
１０  弁体（他方の弁体）
１１  第１噴孔
１２  第２噴孔
２０  ボディ
θ１、θ２  噴射角
【図１】
2008180099.tif 000003
【図２】
2008180099.tif 000004
【図３】
2008180099.tif 000005