(57)【要約】【課題】排ガス通路に還元剤を噴射して脱硝反応器により排ガス中のＮＯＸを分解する排ガス浄化装置に用いられる還元剤の噴射器について、高温の還元剤に曝されても熱的障害が生じないようにするとともに、噴射量制御のための電磁弁の駆動力を最小限とし、更に、還元剤の排ガス通路内での確実な気化を実現する。【解決手段】噴射孔２１と弁体１９とを具え高圧・高温の噴射用還元剤が導入される噴射部２０Ａと、弁体１９を駆動させる圧力室３８ａとこれを制御する電磁弁４１Ａとを具え高圧・常温の冷却用還元剤が導入される駆動部３０Ａとからなり、駆動部３０Ａが冷却用還元剤により冷却されるとともに、電磁弁４１Ａが圧力室３８ａの出口を開閉することにより冷却用還元剤の圧力を利用して噴射孔２１を開閉させて、還元剤の噴射を精密に制御できるものとした。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス発生機械・設備から延び脱硝反応器が設置された排ガス通路に高圧・高温の還元剤を噴射して前記脱硝反応器の還元触媒に前記還元剤を気化状態で接触させることにより排ガス中のＮＯＸを分解する排ガス浄化装置に用いられる還元剤の噴射器であって、
噴射孔および弁体と前記高圧・高温の還元剤を前記噴射孔に導入する噴射用還元剤通路とを有する噴射部と、高圧・常温の還元剤を通過させる冷却用還元剤通路およびその途中に設けられた弁体駆動用の圧力室とこの圧力室の還元剤圧力を制御する電磁弁とを有する駆動部とからなり、
前記駆動部は前記高圧・常温の還元剤が通過することにより冷却され、前記電磁弁は排ガス中のＮＯＸ濃度に応じて電子式制御装置が発する駆動信号により前記圧力室の出口を開閉し、開放時に前記圧力室の圧力が低下することによって前記弁体が前記噴射孔を開いて前記高温・高圧の還元剤を噴射させ、閉止時に前記圧力室の圧力が上昇することによって前記弁体が前記噴射孔を閉じるものとされている、
ことを特徴とする排ガス浄化用還元剤噴射器。
【請求項２】
請求項１に記載した噴射器において、
前記噴射部に前記噴射用還元剤通路の還元剤を加熱する電気ヒータを有しており、前記電気ヒータは還元剤が噴射されたときに気化可能な温度よりも低い温度の場合に、前記電子式制御装置の指令により還元剤を気化可能な温度まで加熱するものとされている、
ことを特徴とする排ガス浄化用還元剤噴射器。
【請求項３】
前記噴射部の噴射用還元剤通路に温度センサが設けられており、前記温度センサが検知した噴射直前の還元剤の温度に基づいて前記電子式制御装置が前記電気ヒータを制御するものとされる請求項２記載の排ガス浄化用還元剤噴射器。
【請求項４】
前記高圧・高温の還元剤は、ポンプで加圧し次に加熱器で加熱して前記噴射部に送入し、前記高圧・常温の還元剤は前記ポンプで加圧した還元剤を前記加熱器の前で分流して前記駆動部を通過させ前記ポンプの吸込み側に戻すものとされている、請求項１，２または３記載の排ガス浄化用還元剤噴射器。
【請求項５】
前記噴射部と前記駆動部とが、熱伝導を制限する薄肉の筒状体を挟んで配置されている、請求項１，２，３または４記載の排ガス浄化用還元剤噴射器。
【請求項６】
前記電磁弁は、閉弁状態のとき前記圧力室の圧力を上昇させ、開弁状態のとき前記圧力室の圧力を低下させる２方弁である、請求項１，２，３，４または５記載の排ガス浄化用還元剤噴射器。
【請求項７】
前記電磁弁は、前記圧力室の還元剤排出側を開閉するアウタバルブと前記アウタバルブに摺動可能に挿入され還元剤流入側を開閉するインナバルブとを有し、前記アウタバルブが閉弁状態のとき前記インナバルブが開弁状態となって前記圧力室の圧力を上昇させ、前記アウタバルブが開弁状態のとき前記インナバルブが閉弁状態となって前記圧力室の圧力を低下させる３方弁である、請求項１，２，３，４または５記載の排ガス浄化用還元剤噴射器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排ガス中に含有されているＮＯＸ（窒素酸化物）を還元剤と還元触媒とによって分解し無害化するための排ガス浄化装置に用いられる、還元剤の噴射器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジン、ボイラ、ガスタービン、コークス炉などの機械・設備が排出する排ガスによる大気汚染の防止を図るため、排ガス中のＮＯＸを除去・低減することは従前から広く実施されている。脱硝手段としてアンモニアまたは尿素の水溶液を還元剤に使用し、これを排ガス中に噴霧・添加してから還元触媒に接触させる方式を用いるのが普通である。
【０００３】
還元剤を排ガス中に噴霧する際、殊に、尿素水溶液は液体のままであると還元剤由来の固形化合物を生成し、還元触媒や排気管に付着・堆積して目詰まりなどの機能障害を引き起こすという問題がある。そこで、還元剤を気化させる手段として、特開平５−３１３２７号公報に還元剤をそのまま排ガス中に噴霧し排ガスの熱により気化させるという手段が提案され、特開平２−２０７１１９号公報には還元剤を圧縮空気中に噴霧させてからこれを排ガスと混合して排ガスの熱により気化させるという手段が提案されている。また、特開平５−５７１４６号公報には排ガスボイラの過熱蒸気中に還元剤を噴霧して気化させたものを排ガス中に吐出するという手段が提案され、特開平５−２２０３４２号公報には電気ヒータで加熱した空気中に還元剤を噴霧して気化させたものを排ガスに注入するという手段が提案されている。
【０００４】
前述の排ガスがもつ熱を利用して還元剤を気化させる手段は、気化のための特別の熱発生手段が不要であるが、排ガス温度が還元剤の気化温度よりも低い場合には固形化合物の生成や、ＮＯＸの大気中への大量放出などの不都合を生じる。また、排ガスボイラの過熱蒸気がもつ熱を利用して還元剤を気化させる手段は、極めて限定された特定分野における手段であって、広く一般的に利用できるものではない。
【０００５】
更に、電気ヒータが発する熱を利用する手段は、過熱蒸気の熱を利用する技術と同様に排ガス温度が低くてもＮＯＸの除去・低減という目的を達成しやすいものの、多量の電力を消費し、特に自動車用ディーゼルエンジンに付設した発電機で得た電力を使用する場合は、燃費の低下や発電機の大容量化が避けられないという問題を生じる。加えて、この手段は前述の他の手段と同様に排ガス中のＮＯＸ濃度に応じて還元剤の量を調節することを考慮しておらず、過不足を生じて充分なＮＯＸの除去・低減が行えないとともに、過剰の還元剤が大気中に放出されるという無駄を生じるばかりか、大気の更なる汚染を招く心配がある。特に、運転条件が大幅且つ頻繁に変化する自動車用ディーゼルエンジンのように大幅に変動するＮＯＸ濃度に対応して、常に適正量の還元剤を噴霧することは到底不可能である。
【０００６】
これに対し、本願発明者、特許出願人は、先に特願２００２−２９８４９８号において、還元剤をポンプで高圧にするとともに、加熱器で沸点より僅かに低い温度に加熱することに加えて、電子式制御装置で加圧・加熱状態を制御しながら噴射器で排ガス通路内に噴射させることにより、ＮＯＸを効率的に除去する排ガス浄化装置を提案した。
【０００７】
この先願技術は、電子式制御装置を用いてＮＯＸ濃度に応じた還元剤噴射量の制御を行うとともに、還元剤や排ガスの温度に応じて還元剤加熱温度の制御を行うことにより、還元剤の過不足を招くことがなく、且つ排ガス通路内に噴霧したときに確実に気化させることができる、という点で有用性が高い。
【０００８】
ここで、前記先願技術で用いる噴射器は、小流量から大流量まで高精度且つ鋭敏な流量制御が要求されることから、自動車用内燃機関の燃料供給に用いられる電磁駆動の燃料噴射弁と同様のものを使用するのが好適である。
【０００９】
しかし、このような噴射器は、高温の還元剤に曝されるため電磁コイルのニクロム線被覆、コネクタの樹脂部分、気密用Ｏリングなどに耐熱性に対する信頼が乏しく、故障トラブルが発生しやすいという問題がある。
また、この噴射器は、電磁コイルの吸引力によりプランジャを介して弁体（ニードル弁）を直接駆動させる方式であるが、噴射圧力が高い場合にはこれに応じて吸引力を高める必要があるため、電磁コイルに流す電流の電圧を高くしたり、大電流が流れる抵抗値の低い電磁コイルを用いたりすることが必要となり、加えてそのための電力消費量も問題となりやすい。
【００１０】
更に、上述の還元剤を加熱してから排ガス中に噴射する技術においては、排ガスの廃熱を利用した熱交換器や電気ヒータなどの加熱器が用いられるが、これらはいずれも噴射器上流の還元剤配管に設けられているものであり、配管中の還元剤が低温状態であるエンジン始動時においては、加熱器の下流および噴射器内の還元剤は低温のままである。従って、これがそのまま排ガス中に噴射されると始動時の排ガスも低温であることもあって還元剤は充分に気化されず、固形化合物の付着・堆積という問題を生じてしまう。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような問題点を解決しようとするものであり、排ガス浄化装置に用いられる還元剤の噴射器について、高温の還元剤に曝されても障害が生じないようにするとともに、噴射量制御のために必要な電磁弁の駆動力を最小限とし、更には、噴射直前の還元剤が低温状態の場合や排ガス発生機械・設備の運転状態が過渡的に変化するような場合においても、排ガス通路内での確実な気化を実現することを課題とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は、排ガス発生機械・設備から延び脱硝反応器が設置された排ガス通路に高圧・高温の還元剤を噴射して前記脱硝反応器の還元触媒に前記還元剤を気化状態で接触させることにより排ガス中のＮＯＸを分解する排ガス浄化装置に用いられる還元剤の噴射器を、噴射孔および弁体と前記高圧・高温の還元剤を前記噴射孔に導入する噴射用還元剤通路とを有する噴射部と、高圧・常温の還元剤を通過させる冷却用還元剤通路およびその途中に設けられた弁体駆動用の圧力室とこの圧力室の還元剤圧力を制御する電磁弁とを有する駆動部とからなり、前記駆動部は前記高圧・常温の還元剤が通過することにより冷却され、前記電磁弁は排ガス中のＮＯＸ濃度に応じて電子式制御装置が発する駆動信号により前記圧力室の出口を開閉し、開放時に前記圧力室の圧力が低下することによって前記弁体が前記噴射孔を開いて前記高圧・高温の還元剤を噴射させ、閉止時に前記圧力室の圧力が上昇することによって前記弁体が前記噴射孔を閉じるものとされるものとしたことをもって、前記課題を解決するための第一手段とした。
【００１３】
これにより、還元剤に無害で取り扱い容易な尿素水溶液を用いることができるともに、噴射部に供給される高圧・高温の還元剤とは別に、高圧・常温の還元剤を電磁式の駆動部に導入して殊に電磁弁部分を冷却することで、駆動部に用いられている低耐熱性部品が高温の噴射用還元剤により熱的障害を受けるのを容易に防止することができる。また、駆動部に導入される還元剤の高圧を利用して、噴射部の弁体を駆動させるので、電磁コイルの吸引力は圧力室の出口を開閉できるだけの強さで足りる。したがって、小形で少電力消費量の電磁弁で高圧噴射にも容易に対応できるようになる。尚、本発明において、高温の還元剤とは気化温度よりも僅かに低い温度に加熱されている還元剤を指し、高圧の還元剤とは噴射部から噴射したとき充分に霧化され且つ圧力室で弁体を駆動する力を与えることができる圧力に加圧されている還元剤を指す。
【００１４】
また、前記課題を解決するための第二手段として、前記第一手段に加えて、前記噴射部に前記噴射用還元剤通路の還元剤を加熱する電気ヒータを設け、前記電気ヒータは還元剤が噴射されたときに気化可能な温度よりも低い温度の場合に、前記電子式制御装置の指令により還元剤を気化可能な温度まで加熱するものとした。これにより、還元剤の噴射時における精密な温度管理を行うことができるようになり、殊に、始動時などに低温の還元剤が排ガス通路内に噴射されるという不都合が解消され、排ガス通路内での充分な気化を常に実現できるようになる。
【００１５】
更に、前記第一または第二手段において、前記噴射部の噴射用還元剤通路に温度センサを設け、前記温度センサが検知した噴射直前の還元剤の温度に基づいて前記電子式制御装置が前記電気ヒータを制御するものとしたことを第三手段とした。このことにより、噴射直前の還元剤の温度を精密に制御することができるようになり、排ガス通路内に噴射された還元剤の気化が更に確実になる。
【００１６】
更にまた、前記第一、第二または第三手段において、前記高圧・高温の還元剤はポンプで加圧し次に加熱器で加熱して前記噴射部に送入するものとし、前記高圧・常温の還元剤は前記ポンプで加圧した還元剤を前記加熱器の前で分流して前記駆動部を通過させて前記ポンプの吸込み側に戻すものとしたことを第四手段とした。このことにより、ポンプで加圧した還元剤は、気化に適するように加熱され噴射部に送入させる経路と、冷却に適するように加熱されずに常温のまま駆動部に送入させる経路とに確実に分流され、駆動部に送入された還元剤は駆動部を冷却しながら通過した後に前記ポンプの吸込側に戻されるため、有効にこれを再利用することができる。
【００１７】
加えて、前記第一、第二、第三または第四手段において、前記噴射部と前記駆動部とが、熱伝導を制限する薄肉の筒状体を挟んで配置されているものとしたことを第五手段とした。このことにより、噴射部から駆動部に大量の熱が伝導されるのが防止されるとともに、駆動部からの冷却作用により噴射部の温度が低下させられて噴射時の還元剤温度が低下してしまうことを防ぐことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、以下に図面を用いながら詳細に説明する。尚、異なる実施の形態であっても、同じ構成要素には同一の符号を付して説明する。また、本実施の形態において用いる還元剤は、安全性及び取扱いの容易性の観点から尿素水溶液としている。
【００１９】
先ず、図１を用いて本発明の噴射器が配置された排ガス浄化装置５０の構成および作用を説明する。本実施の形態においては、排ガス発生機械・設備が自動車用ディーゼルエンジン１、排ガス通路が排気管２であり、噴射器として後に詳述する図２に示した噴射部２０Ａ、駆動部３０Ａを有する噴射器６Ａが用いられている。
【００２０】
タンク９に貯留された還元剤は、配管１２により噴射器６Ａに送入されるが、その経路において低圧ポンプ８、高圧ポンプ１５、加熱器１４、電気ヒータ１３が設けられている。タンク９から延びた配管１２により導かれた還元剤は、低圧ポンプ８で加圧された後、高圧ポンプ１５で更に加圧される。還元剤は低圧ポンプ８の吐出側において圧力調整器７ａにより圧力調整が行われるとともに高圧ポンプ１５の吐出側でも圧力調整器７ｂにより圧力調整が行われる。また、噴射器６Ａによる還元剤噴射は電子式制御装置１０により制御されるようになっており、電子式制御装置１０からの動作指令（デューティーサイクル信号）で噴射器６Ａの駆動部３０Ａに内蔵された電磁弁が開閉を繰り返して噴射部２０Ａからの噴射量が調整されるようになっている。
【００２１】
一般に、液体を加熱して気化させる場合、液体を低圧にするほど気化しやすくなり、高圧にするほど気化しにくくなる。したがって、液体の状態の還元剤を高圧にしてから加熱すると液体の状態のまま高温にすることができ、これを低圧雰囲気中に噴射すれば瞬時に低圧になるため容易に気化することは広く知られていることである。そこで、本実施の形態においても還元剤を加熱前に加圧するものとした。そして高圧の還元剤を加熱器１４さらには電気ヒータ１３で気化温度、即ち沸点よりも僅かに低い温度に加熱することにより、液体の状態のまま高温にし、且つ噴射したとき完全に気化させることが可能となる。加えて、本実施の形態ではポンプを二段階にするとともにそれぞれの吐出圧力を一定に調整しており、このことにより、圧力が変動して加熱器１４や電気ヒータ１３内で還元剤が沸騰し配管内で気泡が発生したり固形化合物が発生したりするという心配を解消することができる。また、噴射する還元剤中に気泡を含まないようにすることで、噴射器６Ａからの還元剤の噴射量を正確なものとして排ガス浄化効率を高めることができる。
【００２２】
配管１２は、高圧ポンプ１５と加熱器１４との間において噴射器６Ａの噴射部２０Ａに向かう噴射用還元剤配管１２ａと噴射器６Ａの駆動部３０Ａに向かう冷却用還元剤配管１２ｂとに分岐される。
噴射用還元剤配管１２ａに入った高圧・常温の還元剤は、温度調節装置１６により制御される加熱器１４で排気管２の管壁がもつ熱により加熱される。排気管２の管壁はディーゼルエンジン１からの伝導熱とその内部を流れる排気の熱とによって加熱され、還元剤を高温に加熱することを可能とする。
【００２３】
加熱器１４および温度調節装置１６の構成の一例は図１の下部の一点鎖線内の拡大図に詳細に示されている。即ち、温度調節装置１６は、排気管２の管壁に台座１６ｃを取付けて、加熱器１４を断熱材１６ｄを挟んで台座１６ｃに固定させるとともに、伝熱部材１６ｂを台座１６ｃに摺動可能に重ねて接触させたものであって、伝熱部材１６ｂはソレノイド１６ａから延びるロッド１６ｆに結合されて加熱器１４に接触或いはこれより離れるようになっている。台座１６ｃと伝熱部材１６ｂとは熱伝導にすぐれた金属で作られている。また、加熱器１４は、同じく高熱伝導の金属で作った中実の胴体１４ａの内部に伝熱路１４ｂを形成したものであって、伝熱路１４ｂの出口部分に温度センサ１７ａが設置されている。
【００２４】
そして、加熱器１４により加熱された高圧・高温の還元剤は電気ヒータ１３で更に加熱されてから、高圧・高温の状態で噴射器６Ａの噴射部２０Ａに供給される。ここで、加圧して沸点を上昇させた還元剤を気化しない程度に加熱することにより、ほぼ大気圧の排気管２内に噴射したとき瞬時にこれを気化させることができる。また、加熱器１４による加熱に加えて、更に電気ヒータ１３で加熱するようにしたのは、比較的高温の廃熱を発生するボイラやガスタービンなどと異なり、比較的低温の廃熱を発生しやすいとともに廃熱の温度変化が大きいというディーゼルエンジンの特性に対応して、充分且つ適切な加熱を行うためである。尚、加熱器１４が排気管２からの廃熱を利用して還元剤を加熱するものであり、電気ヒータ１３は補助的に加熱するものであるから、還元剤を加熱するための新たに必要とされるエネルギーである電力の消費量は僅かである。
【００２５】
そして、加熱器１４に温度センサ１７ａが配置されているのに加えて、電気ヒータ１３の出口部分にも温度センサ１７ｂが配置され、更に、排気管２中にも温度センサ５が配置されるとともに排気管２中の脱硝反応器３の前後にはＮＯＸセンサ４ａ，４ｂがそれぞれ配置されている。そして、これらの温度センサ１７ａ，１７ｂ，５，ＮＯＸセンサ４ａ，４ｂが検知した値に基づいて電子式制御装置１０が温度調節装置１６，電気ヒータ１３，噴射器６Ａに動作指令を発することにより、排ガス温度に対応した還元剤の温度制御および排ガス中のＮＯＸ濃度に応じた噴射量制御を行うことができる。また、このように、加熱器１４，噴射器６Ａ，電気ヒータ１３を電子式制御装置１０で制御することにより、還元剤を精密に温度管理して排気管２内で完全に気化させるとともに、排気管２中の排ガス状態の変化に瞬時に対応することができる。
【００２６】
上述のように、還元剤が噴射器６Ａで噴射されるまでの経路において、その圧力及び温度が適切に制御され気化しないように管理されることは、還元剤が尿素水溶液の場合に固形物を発生させないことに加えて、気相を発生させることにより還元剤圧力が変動することおよび気相部分が噴射されることによって還元剤噴射量に狂いを生じるという問題を確実に防止できる点で極めて有意義である。
【００２７】
次に、図２を用いて噴射器６Ａについて詳細に説明する。
この噴射器６Ａは、上述のディーゼルエンジン１の排ガス浄化装置５０に用いられる場合に限らずその他に広く対応できるように、小流量から大流量まで高精度の流量制御を可能とするため、基本的構成は自動車用内燃機関の燃料供給に用いる電磁駆動式の燃料噴射弁と共通するものである。
【００２８】
噴射器６Ａは、ほぼ円筒状で金属製の本体ケース１８の基端側（上部）に駆動部３０Ａが設けられ、先端側（噴射ノズル側）に噴射部２０Ａが設けられている。また、本体ケース１８は、駆動部３０Ａを形成する上部本体ケース１８ａと噴射部２０Ａを形成する下部本体ケース１８ｂ、およびこれらに挟まれたほぼ中央位置の伝熱を制限する薄肉の筒状体１８ｃとからなるものである。
【００２９】
噴射部２０Ａは、ノズル室２２および噴射孔２１を具えたノズル２０ａを有し、筒状体１８ｃ寄りの側面には噴射用還元剤入口２５を有している。ノズル室２２には尖った先端部を有する針状の弁体１９が、図面における上下方向へ可動に挿入され、上下動によりその先端部が噴射孔２１を閉鎖または開放する構造になっている。
【００３０】
噴射用還元剤入口２５は、噴射口２１方向に向かう噴射用還元剤通路２４を介してノズル室２２に接続されている。ノズル室２２は、基端部が拡大されているとともに先端部に噴射孔２１が開口しているほぼ円筒状の空間であり、弁体１９の先端部を挿入させている。弁体１９は駆動部３０Ａにおいて、後述する圧力室３８ａを構成するシリンダ孔３８に嵌装されているピストン２７に、ピストンロッド２７ａを介して直線的に連結されられているとともに、スプリング２３により噴射孔２１に先端部を押し付ける（閉鎖する）方向に付勢されている。
【００３１】
一方、駆動部３０Ａは、上端に冷却用還元剤出口３５を有し、中央部に電磁コイル３１、バルブ２９ａ、電磁弁スプリング３６、バルブシート３０ａを具えた電磁弁４１Ａを内蔵しているとともに、筒状体１８ｃ寄りにシリンダ孔３８を有してピストン２７を上下に摺動可能に嵌装した支持部材３０ｄを具えている。シリンダ孔３８の反ピストン側の空間は圧力室３８ａを構成し、圧力室３８ａの天井部ほぼ中央位置に設けた出口オリフィス３８ｂが冷却用還元剤出口３５に連通するようになっている。
【００３２】
シリンダ孔３８付近の上部本体ケース１８ａ外周側面には、冷却用還元剤入口３２が開口しており、この冷却用還元剤入口３２は、還元剤流入通路３３ａを経て圧力室３８ａの側壁に開口した入口オリフィス３７に接続されている。
【００３３】
バルブシート３０ａは出口オリフィス３８ｂの上方開口部に形成されている。また、バルブ２９ａは短軸状であって基端にフランジ状の可動鉄心２９ｆを固結している。そして  、電磁弁スプリング３６によりその円錐状先端部がバルブシート３０ａに当接する方向に付勢されて、支持部材３０ｆにより上下に摺動可能に支持されている。そして、バルブ２９ａの上方には電子式制御装置１０により制御される電磁コイル３１が配置され、通電時に発生する磁力により可動鉄心２９ｆが吸引されてバルブ２９ａを電磁弁スプリング３６の付勢力に抗して引っ張り上げるようになっている。
【００３４】
尚、出口オリフィス３８ｂは、支持部材３０ｆに設けられた通孔３４ａおよびバルブ２９ａのフランジ部に設けられた孔を経由して電磁弁スプリング３６の内側を通り、冷却用還元剤出口３５に連通している。
【００３５】
図２は、電磁弁に２方弁からなる電磁弁４１Ａを用いた還元剤の噴射器６Ａを示し、図２の（Ａ）は電磁コイル３１が非通電であって噴射孔２１が弁体１９により閉鎖された状態を示し、図２の（Ｂ）は電磁コイル３１が通電状態であって弁体１９が後退させられて噴射孔２１が開放状態になり、還元剤が噴射されている状態を示す。
【００３６】
図２の（Ａ）に示す非通電時において、高圧ポンプ１５で加圧され冷却用還元剤配管１２ｂを通って、冷却用還元剤入口３２に供給された高圧・常温の還元剤は、還元剤流入通路３３ａを経由して入口オリフィス３７から圧力室３８ａに導入される。このとき、電磁コイル３１に通電されていないため、電磁弁スプリング３６の付勢力によりバルブ２９ａの先端部がバルブシート３０ａに押し付けられて、圧力室３８ａの出口オリフィス３８ｂを閉鎖している。したがって、圧力室３８ａ内の高圧・常温の還元剤によりピストン２７はその下方へ押圧移動している。
【００３７】
一方、噴射部２０Ａにおいては、噴射用還元剤配管１２ａを通って噴射用還元剤入口２５に供給された還元剤は高圧・高温の状態であり、噴射用還元剤通路２４を通ってノズル室２２に導入される。このとき、弁体１９はスプリング２３のばね荷重と圧力室３８ａの還元剤圧力との和である閉弁方向に働く力が、ノズル室２２に供給されている還元剤により弁体１９の基端側大径部における円環状の弁体受圧部１９ｂが受ける開弁方向に働く力よりも大きいので、噴射口２１を閉鎖状態としている。
【００３８】
図２の（Ｂ）に示す通電時において、発生した磁力により電磁弁スプリング３６の付勢力に抗して可動鉄心２９ｆが吸引され、バルブ２９ａの先端部がバルブシート３０ａから離されて圧力室３８ａから出口オリフィス３８ｂを経由して冷却用還元剤出口３５に至る通路が形成される。このとき、入口オリフィス３７の流路面積は、出口オリフィス３８ｂの流路面積よりも小さく作られているため圧力室３８ａの圧力は急速に低下する。このため、弁体受圧部１９ｂが受ける高圧・高温の還元剤による開弁方向の力が、圧力室３８ａおよびスプリング２３による閉弁方向の力より大きくなり、弁体１９は上方に移動して噴射孔２１を開放し還元剤を噴射させる。したがって、電磁コイル３１は、バルブ２９ａを駆動するだけの吸引力があればよいため、還元剤噴射時に高い噴射圧力が要求される場合であっても、僅かな電力消費量で噴射量を制御することができる。
【００３９】
このように、電磁コイル３１への通電・非通電による励磁・消磁が長時間繰り返されると、高温の還元剤に曝された噴射部２０Ａは温度が次第に上昇し、この熱が本体ケース１８を経由して駆動部３０Ａに伝導されることになる。したがって、駆動部３０は電磁弁４１Ａにおいて通電による電気抵抗熱で加熱されることに加えて、噴射部２０Ａからの熱によっても加熱されることになる。
【００４０】
しかし、駆動部３０Ａには、バルブ２９ａの開弁の都度、常温の還元剤が送入・送出されて通過するため、駆動部３０Ａの内部やこれを構成する低耐熱性の部品は絶えず冷却されて、高温になることを防止される。従って、噴射器６Ａは先端側の噴射部２０Ａが高温の還元剤に曝されても、基端側の駆動部３０Ａの耐熱性に問題のある部分は充分に冷却されるので熱的障害を受ける心配は殆どない。尚、本実施の形態では、噴射部２０Ａから駆動部３０Ａへの熱伝導経路である本体ケース１８のほぼ中間部分に薄肉の筒状体１８ｂが設けられているため、噴射部２０Ａからの熱伝導が制限される。また、この筒状体１８ｂは、駆動部３０Ａが冷却されることによる噴射部２０Ａの温度低下を抑制して噴射する還元剤の温度を低下させないという機能も有している。
【００４１】
図３は噴射器の異なる実施の形態を示すものであって、この噴射器６Ｂは駆動部３０Ａを図２の噴射器６Ａの駆動部３０Ａと同一とし、噴射部２０Ｂについては、図２の噴射器６Ａの噴射部２０Ａに電気ヒータ３９および温度センサ４０を設けたものとしたものである。尚、駆動部３０Ａの構成、作用は図２のものと同じであるのでその説明は省略する。
【００４２】
例えば、ディーゼルエンジン１が冷機状態で始動した直後は、廃熱温度が低く、電気ヒータ１３で加熱しても気化に必要な温度に達しないことがある。本実施の形態によると、温度センサ４０が噴射直前の還元剤の温度を検出し、その値に基づいて電子式制御装置１０が気化に必要な温度に達していないと判定したとき、電気ヒータ３９に通電して還元剤を必要な温度まで加熱させる。これにより、加熱不十分の還元剤が排気管２内に噴射されて、充分に気化されずに排気管２や還元触媒に固形化合物が付着するという問題を解消することができる。尚、温度センサ４０を用いることなく、加熱器１４や電気ヒータ１３に設けた温度センサ１７ａ，１７ｂが検出した温度によっても加熱ヒータ３９による加熱の制御は可能である。しかし、噴射直前の還元剤温度を温度センサ４０で検知することで、噴射する還元剤の温度管理を更に適確なものとすることができる。
【００４３】
図４および図５は、図２の噴射器６Ａまたは図３の噴射器６Ｂの駆動部３０Ａにおける２方弁構造の電磁弁４１Ａを３方弁構造の電磁弁４１Ｂとした駆動部３０Ｂを有する噴射器６Ｃの部分図である。この噴射器６Ｃは、噴射部を前述の噴射部２０Ａまたは噴射部２０Ｂと同一としているため、その図示説明は省略して駆動部３０Ｂのみについて説明する。
【００４４】
基端から先端に至る貫通孔２９ｅを有するとともに基端にフランジ状の可動鉄心２９ｇを有する筒状のアウタバルブ２９ｂは、内部に細軸状のインナバルブ２９ｃを基端側から挿入しているとともに、先端側を支持部材３０ｅに上下摺動可能に嵌装しており、電磁弁スプリング３６によりその先端がアウタバルブシート３０ｂに押し付けられるように付勢されている。電磁弁スプリング３６はまた、インナバルブ２９ｃの基端を上方に押して動かないように固定している。
【００４５】
また、アウタバルブ２９ｂの先端付近にはインナバルブ２９ｃの先端により閉鎖されるインナバルブシート３０ｃが設けられている。更に、インナバルブシート３０ｃに近接したアウタバルブ２９ｂ壁面には、支持部材３０ｅ内に設けられた還元剤流入通路３３ｂを経由して冷却用還元剤入口３２に連通する導入孔２９ｄが設けられており、支持部材３０ｅのアウタバルブシート３０ｂに近接した側方には冷却用還元剤出口３５方向に還元剤を流通させる還元剤流出通路３４ｂが設けられている。そして、支持部材３０ｅのアウタバルブシート３０ｂ下方には、出口オリフィス３８ｄにより接続された圧力室３８ｃおよびシリンダ孔３８に上下摺動可能に嵌装されたピストン２７が配置されている。
【００４６】
図４に示すように、電磁コイル３１への非通電時において、アウタバルブ２９ｂは、電磁弁スプリング３６によりアウタバルブシート３０ｂに押しつけられているため、圧力室３８ｃからの高圧・常温の還元剤を排出可能な経路は閉鎖されている。このとき、インナバルブ２９ｃはインナバルブシート３０ｃから離れ還元剤流入通路３３ｂを圧力室３８ｃと連通させた状態になる。このため、圧力室３８ｃは高圧状態となり、噴射部における開弁方向の力に勝って弁体が噴射孔２１を閉鎖する。
【００４７】
図５に示すように、電磁コイル３１の通電時において、磁力により電磁弁スプリング３６の付勢力に抗して可動鉄心３９ｇが吸引されてアウタバルブ２９ｂがアウタバルブシート３０ｂから離れることにより、圧力室３８ｃと還元剤流出通路３４ｂとが連通させられる。このとき、アウタバルブ２９ｂ内のインナバルブシート３０ｃはインナバルブ２９ｃの先端に密着し、還元剤流入通路３３ｂは圧力室３８ｃと遮断された状態となり、圧力室３８ｃ内は低圧となる。そのため、噴射部における開弁方向の力が、閉弁方向に働く力よりも大きくなって噴射孔を開放し還元剤を噴射するようになる。
【００４８】
このように、電磁弁４１Ｂを３方弁構造にすることで、電磁コイル３１への通電によって圧力室３８ｃと出口側の還元剤流出通路３４ｂとが連通した際に、入口側の還元剤流入通路３３ｂと圧力室３８ｃとの連通は完全に閉鎖されるため、圧力室３８ｃ内の圧力と噴射部に供給される還元剤の圧力との圧力差がより大きくなり、このため弁体が容易に駆動されて確実に還元剤の噴射が行われる。また、これにより、更にきめ細かい噴射量制御も可能となる。
【００４９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明である噴射器によると、高温の還元剤に曝されても駆動部に熱的障害が生じないようすることができる。また、噴射量制御のために必要な電磁弁の駆動力を最小限とするとともに、排ガス通路内での確実な気化を実現することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の噴射器を用いた排ガス浄化装置の一例を示す一部を拡大した配置図。
【図２】（Ａ）および（Ｂ）は、本発明の実施の形態の異なる状態を示す縦断面図。
【図３】本発明の異なる実施の形態の縦断面図。
【図４】本発明の更に異なる実施の形態の縦断面部分図。
【図５】図４の実施の形態における図４とは異なる状態を示す縦断面部分図。
【符号の説明】
１  ディーゼルエンジン、２  排気管、３  脱硝反応器、４ａ，４ｂ  ＮＯＸセンサ、５，１７ａ，１７ｂ  温度センサ、６Ａ，６Ｂ，６Ｃ  噴射器、７ａ，７ｂ  圧力調整器、８  低圧ポンプ、９  タンク、１０  電子式制御装置、１２配管、１２ａ  噴射用還元剤配管、１２ｂ  冷却用還元剤配管、１３，３９  電気ヒータ、１４  加熱器、１４ａ  胴体、１４ｂ  伝熱路、１５  高圧ポンプ、１６  温度調節装置、１６ａ  ソレノイド、１６ｂ  伝熱部材、１６ｃ  台座、１６ｄ  断熱材、１６ｅ  戻しバネ、１６ｆ  ロッド、１８  本体ケース、１８ａ  上部本体ケース、１８ｂ  下部本体ケース、１８ｃ  筒状体、１９  弁体、１９ｂ  弁体受圧部、２０Ａ，２０Ｂ  噴射部、２０ａ  ノズル、２１  噴射孔、２２  ノズル室、２３  スプリング、２４  噴射用還元剤通路、２５  噴射用還元剤入口、２７  ピストン、２７ａ  ピストンロッド、２９ａ  バルブ、２９ｂ  アウタバルブ、２９ｃ  インナバルブ、２９ｄ  導入孔、２９ｅ  貫通孔、２９ｆ，２９ｇ  可動鉄心、３０Ａ，３０Ｂ  駆動部、３０ａ  バルブシート、３０ｂ  アウタバルブシート、３０ｃ  インナバルブシート、  ３０ｄ，３０ｅ，３０ｆ  支持部材、３１  電磁コイル、３２  冷却用還元剤入口、３３ａ，３３ｂ  還元剤流入通路、３４ａ  通孔、３４ｂ  還元剤流出通路、３５  冷却用還元剤出口、３６  電磁弁スプリング、３７  入口オリフィス、３８  シリンダ孔、３８ａ，３８ｃ  圧力室、３８ｂ  出口オリフィス、４０  温度センサ、４１Ａ，４１Ｂ  電磁弁、５０  排ガス浄化装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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