(57)【要約】【課題】噴霧口から噴霧される液体の偏りを抑える。【解決手段】噴霧装置は、噴霧部と、供給部と、を備える。噴霧部は、液体を噴霧するための噴霧口と、旋回流を発生させつつ液体を噴霧口へ案内する案内流路と、を有する。供給部は、噴霧部に液体を供給する。具体的には、供給部は、噴霧部に供給する液体の流量が連続的に変化するように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を噴霧する噴霧装置であって、
前記液体を噴霧するための噴霧口及び旋回流を発生させつつ前記液体を前記噴霧口へ案内する案内流路を有する噴霧部と、
前記噴霧部に前記液体を供給する供給部と、
を備え、
前記供給部は、前記噴霧部に供給する前記液体の流量が連続的に変化するように構成されている、噴霧装置。
【請求項２】
請求項１に記載の噴霧装置であって、
前記供給部は、容積式の往復動ポンプを有する、噴霧装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の噴霧装置であって、
前記案内流路は、
前記噴霧口に近づくほど内径が小さくなる形状の絞り流路と、
前記供給部から供給された前記液体を、前記絞り流路の内周面に沿って流れるように供給する供給流路と、
を備える、噴霧装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、液体を噴霧する噴霧装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体を噴霧する噴霧装置には、その用途に応じて、噴霧口から噴霧される液体の噴霧範囲を広くすることが求められる。噴霧範囲を広くするための構成として、旋回流を発生させつつ液体を噴霧口へ案内する構成が知られている。ただし、このような構成では、噴霧の態様が、噴霧範囲における外縁付近に噴霧量が偏った状態、いわゆるホロコーンの状態となりやすい。そこで、特許文献１においては、液体の旋回流の速度が異なる２種類の流路を有する噴霧装置の構成が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２１４２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、液体の旋回流の速度が異なる２種類の流路を有する構成では、第１の旋回流による噴霧範囲における外縁付近と、第２の旋回流による噴霧範囲における外縁付近と、に噴霧量が偏る。したがって、このような構成により噴霧口から噴霧される液体の噴霧状態は、噴霧量の偏りが効果的に抑えられているとは言いがたい。
【０００５】
本開示の一局面は、噴霧口から噴霧される液体の噴霧量の偏りを効果的に抑えることのできる噴霧装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様は、液体を噴霧する噴霧装置であって、噴霧部と、供給部と、を備える。噴霧部は、液体を噴霧するための噴霧口と、旋回流を発生させつつ液体を噴霧口へ案内する案内流路と、を有する。供給部は、噴霧部に液体を供給する。具体的には、供給部は、噴霧部に供給する液体の流量が連続的に変化するように構成されている。
【０００７】
このような構成によれば、供給部から噴霧部に供給された液体は、噴霧部の案内流路において旋回しつつ噴霧口へ案内される。したがって、噴霧口から噴霧される液体の噴霧範囲を広くすることができる。特に、供給部から噴霧部に供給される液体の流量が連続的に変化するため、噴霧部の案内流路における液体の旋回流の速度が連続的に変化し、その結果、噴霧口から噴霧される液体の噴霧範囲の広さも連続的に変化する。したがって、噴霧部に供給される液体の流量が一定である構成と比較して、噴霧口から噴霧される液体の噴霧量の偏りを効果的に抑えることができる。
【０００８】
本開示の一態様は、供給部が、容積式の往復動ポンプを有していてもよい。容積式の往復動ポンプは、往復動により液体を吐出するように構成されているため、液体の吐出圧、換言すれば液体の吐出流量が往復動に応じて連続的に変化（脈動）する。したがって、容積式の往復動ポンプを用いることにより、噴霧部に供給する液体の流量が連続的に変化する供給部を簡素な構成で実現することができる。
【０００９】
本開示の一態様は、噴霧部の案内流路が、噴霧口に近づくほど内径が小さくなる形状の絞り流路と、供給部から供給された液体を、絞り流路の内周面に沿って流れるように供給する供給流路と、を備えていてもよい。このような構成によれば、旋回流を発生させつつ液体を噴霧口へ案内する案内流路を簡素な構成で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態の排気浄化装置の構成を模式的に示した図である。
【図２】図２（Ａ）は噴霧部の分解斜視図、図２（Ｂ）は噴霧部の平面図、図２（Ｃ）は図２（Ｂ）のIIC―IIC断面図である。
【図３】図３（Ａ）は比較例におけるポンプの吐出圧の経時的変化を示したグラフ、図３（Ｂ）は実施形態におけるポンプの吐出圧の経時的変化を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本開示の例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。
［１．構成］
図１に示すように、排気浄化装置１００は、自動車の内燃機関（例えばディーゼルエンジン）から排出された排ガスを浄化するための装置である。図１における矢印は、排ガスの流れる方向を示す。
【００１２】
排気浄化装置１００は、排気管１と、触媒２と、噴霧部３と、ポンプ４と、を備える。
排気管１は、内燃機関から排出された排ガスを自動車の外部へ導くための排気流路の一部、具体的には、内燃機関から排出された排ガスが触媒２を通過し排出されるまでの排気流路、を形成している。排気管１は、触媒２の上流の排気流路を形成する上流管１１と、触媒２を収容する触媒ケース１２と、触媒２の下流の排気流路を形成する下流管１３と、を備える。なお、上流管１１、触媒ケース１２及び下流管１３は、説明の便宜上の区分であり、排気管１を構成する部品の区分は特に限定されない。
【００１３】
上流管１１は、湾曲した管である。触媒ケース１２は、上流管１１よりも径の大きい円筒状のケース部１２２と、上流管１１とケース部１２２とを接続する上流コーン部１２１と、ケース部１２２と下流管１３とを接続する下流コーン部１２３と、を有する。下流管１３は、直線状の管である。
【００１４】
触媒２は、窒素酸化物を還元する機能を有するＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）方式の触媒である。触媒２は、触媒ケース１２におけるケース部１２２に収容されている。
【００１５】
噴霧部３は、触媒２の上流、具体的には上流管１１により形成される排気流路に液状の還元剤を噴霧する。本実施形態では、還元剤として尿素水が噴霧される。なお、厳密には、排ガス中に噴霧された尿素水が、排ガスの熱により加水分解してアンモニアが生じ、こうして生じたアンモニアが還元剤として機能するが、加水分解前の状態（尿素水）についても還元剤と称する。なお、噴霧部３の具体的な構成については後述する。
【００１６】
ポンプ４は、図示しないタンクに収容された還元剤を噴霧部３に供給する。ポンプ４は、容積式の往復動ポンプであり、図示しない電子制御装置によってオン／オフ制御されている。
【００１７】
ここで、一般的なポンプの分類について簡単に説明する。一般的なポンプは、非容積式ポンプ及び容積式ポンプのいずれか一方に分類される。非容積式ポンプとは、液体の吐出流量が調整できないポンプである。一方、容積式ポンプとは、液体の吐出流量を調整可能なポンプである。容積式ポンプには、回転ポンプ及び往復動ポンプが含まれる。回転ポンプとは、回転する部品により液体の吐出圧を発生させるポンプである。一方、往復動ポンプとは、例えばピストンやプランジャーなどの部品の往復動により、液体の吐出圧を発生させるポンプである。往復動ポンプでは、往復動する部品により液体の吸込工程及び吐出工程が交互に行われる。このため、往復動ポンプは、液体の吐出圧に脈動が発生しやすい性質を有する。
【００１８】
本実施形態におけるポンプ４は、容積式の往復動ポンプであるため、還元剤の吐出圧に脈動が発生する。図３（Ｂ）に示すグラフは、ポンプ４の吐出圧の経時的変化を表している。なお、横軸Ｔは１回の吐出工程（１回のストローク）における還元剤の吐出開始から吐出終了までの時間を示し、縦軸Ｐは当該吐出工程における吐出圧を示す。図３（Ｂ）に示すように、還元剤の吐出圧は、吐出開始から吐出終了まで、放物線状の弧を描くように連続的に変化する。なお、吐出圧が連続的に変化するとは、吐出圧が徐々に変化することをいう。つまり、ポンプ４から吐出される還元剤は、１回の吐出工程中にその吐出圧、換言すればその吐出流量が連続的に変化しながら噴霧部３に供給される。
【００１９】
次に、噴霧部３の具体的な構成について説明する。
図２（Ａ）〜図２（Ｃ）に示すように、噴霧部３は、ノズル部材３Ａと、蓋部材３Ｂと、を備える。ノズル部材３Ａは、案内流路３１と、噴霧口３２とを有する。
【００２０】
噴霧口３２は、還元剤を上流管１１内へ噴霧するための１つの開口である。
案内流路３１は、ポンプ４から供給された還元剤を噴霧口３２へ案内する流路であって、２つの供給流路３１Ａと、１つの絞り流路３１Ｂと、を有する。
【００２１】
供給流路３１Ａは、ポンプ４から供給された還元剤を、絞り流路３１Ｂにおける上流部へ供給する。具体的には、供給流路３１Ａは、絞り流路３１Ｂの内周面の接線方向に沿って設けられ、絞り流路３１Ｂの内周面に沿って還元剤が流れるように供給する。
【００２２】
絞り流路３１Ｂは、噴霧口３２に近づくほど内径が小さくなる形状、この例では軸方向に沿った絞り流路３１Ｂの断面が直線状、つまり円錐面状、の流路である。
蓋部材３Ｂは、ノズル部材３Ａの案内流路３１を覆うように設けられる。蓋部材３Ｂは、ポンプ４から供給された還元剤を、ノズル部材３Ａにおける２つの供給流路３１Ａへ供給するための２つの貫通孔３３を有する。具体的には、各貫通孔３３は、各供給流路３１Ａにおける上流側端部、換言すれば絞り流路から離れた側の端部、へ還元剤を供給する位置に設けられている。
【００２３】
［２．作用］
次に、本実施形態の排気浄化装置１００の作用について説明する。
触媒２に還元剤を吐出すべきタイミングにおいて、図示しない電子制御装置によってポンプ４が駆動され、ポンプ４から噴霧部３へ還元剤が供給される。前述したように、ポンプ４から噴霧部３へ供給される還元剤の流量は連続的に変化する。
【００２４】
噴霧部３へ供給された還元剤は、蓋部材３Ｂの貫通孔３３を介してノズル部材３Ａの案内流路３１に供給され、案内流路３１により噴霧口３２へ案内される。具体的には、噴霧部３へ供給された還元剤は、２つの供給流路３１Ａのそれぞれから絞り流路３１Ｂにおける上流部に供給される。供給流路３１Ａから絞り流路３１Ｂに供給された還元剤は、絞り流路３１Ｂの内周面に沿って一定方向に旋回するように案内され、噴霧口３２へと導かれる。つまり、絞り流路３１Ｂは、還元剤に旋回流を発生させる旋回流路として機能する。
【００２５】
噴霧口３２から噴霧される還元剤の噴霧角度は、旋回流の速度に応じて、換言すれば、還元剤の流量に応じて変化する。すなわち、図３（Ｂ）に示すように、ポンプ４の吐出開始時には、低い吐出圧、換言すれば少ない吐出流量、の還元剤が案内流路３１へ流れ込む。このため、絞り流路３１Ｂに発生する旋回流の速度は遅く、噴霧口３２から噴霧される還元剤の噴霧角度は小さく、換言すれば噴霧範囲は狭くなる。そして、吐出工程が進むにつれ還元剤の吐出流量が多くなり、これに比例して、絞り流路３１Ｂに発生する旋回流の速度も速くなる。その結果、吐出開始時と比較して、噴霧口３２から噴霧される還元剤の噴霧角度が徐々に大きく、換言すれば、噴霧範囲が徐々に広がっていく。そして、さらに吐出工程が進むにつれ、還元剤の吐出流量は徐々に少なくなり、それに比例して還元剤の噴霧角度も徐々に小さく、つまり噴霧範囲も狭い状態に戻る。このようにして、噴霧範囲の偏りが少ない状態で、噴霧部３から還元剤が噴霧される。
【００２６】
［３．効果］
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）ポンプ４から噴霧部３に供給された還元剤は、供給流路３１Ａを通り、絞り流路３１Ｂの内周面に沿って一定方向に旋回するように案内され、噴霧口３２へと導かれる。具体的には、ポンプ４から吐出される還元剤の吐出圧は、１回の吐出工程における吐出開始から吐出終了まで、放物線状の弧を描くように変化する。このため、還元剤は、その吐出流量が連続的に変化しながら噴霧部３に供給される。
【００２７】
このような構成によれば、噴霧口３２から噴霧される還元剤の噴霧範囲を広くすることができる。特に、ポンプ４から噴霧部３に供給される還元剤の流量が連続的に変化するため、絞り流路３１Ｂにおける還元剤の旋回流の速度が連続的に変化する。その結果、噴霧口３２から噴霧される還元剤の噴霧範囲の広さも連続的に変化する。したがって、噴霧部３に供給される還元剤の流量が一定である構成と比較して、噴霧口３２から噴霧される還元剤の噴霧量の偏りを効果的に抑えることができる。
【００２８】
すなわち、例えば、図３（Ａ）に示すように、吐出圧が経時的に一定であるポンプによって噴霧部３に還元剤が供給される場合では、還元剤の吐出流量も変化せず、噴霧口３２から噴霧される還元剤の噴霧角度も一定となり、還元剤の噴霧範囲に偏りが生じる。具体的には、噴霧範囲における外縁付近に噴霧量が偏った状態となりやすい。
【００２９】
これに対し、本実施形態による噴霧部３及びポンプ４によれば、図３（Ｂ）に示すように、ポンプ４の吐出圧が１回のストロークにおいて弧を描くように変化する。このため、還元剤の吐出流量も経時的に変化する。その結果、噴霧口３２から噴霧される還元剤の噴霧角度、換言すれば還元剤の噴霧範囲も経時的に変化するため、噴霧範囲の偏りが少ない状態で、噴霧部３から還元剤が噴霧される。
【００３０】
（１ｂ）ポンプ４は、容積式の往復動ポンプである。往復動ポンプは、往復動により還元剤を吐出するように構成されているため、還元剤の吐出圧、換言すれば還元剤の吐出流量が往復動に応じて連続的に変化（脈動）する。したがって、容積式の往復動ポンプであるポンプ４を用いることにより、噴霧部３に供給する還元剤の流量が連続的に変化する構成を簡素に実現することができる。
【００３１】
（１ｃ）案内流路３１は、ポンプ４から供給された還元剤を、絞り流路３１Ｂの内周面に沿って流れるように供給する供給流路３１Ａと、噴霧口３２に近づくほど内径が小さくなる円錐面状の絞り流路３１Ｂと、を備える。このような構成によれば、旋回流を発生させつつ還元剤を噴霧口３２へ案内する案内流路３１を有する噴霧部３を、簡素な構成で実現することができる。
【００３２】
また、噴霧口から噴霧される還元剤をより広い噴霧範囲で噴霧するには、より大きい噴霧角度を確保しなければならないが、これを実現する構成として、噴霧口から噴霧される還元剤をポンプによって高圧に噴霧する方法が一般的である。しかし、この場合、還元剤の噴霧粒径がポンプによる圧力によって小さくなってしまい、噴霧口から噴霧された還元剤が排ガスに流されやすくなってしまう。
【００３３】
これに対し、本実施形態の案内流路３１によれば、絞り流路３１Ｂに供給された還元剤は、旋回流の遠心力によって噴霧角度が大きくなるため、還元剤の噴霧粒径が小さくなることを抑制しつつ、還元剤を広い噴霧範囲で噴霧することができる。
【００３４】
なお、本実施形態では、噴霧部３及びポンプ４が噴霧装置の一例に相当し、ポンプ４が供給部の一例に相当する。
［４．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
【００３５】
（２ａ）上記実施形態では、還元剤として尿素水を噴霧する構成を例示したが、還元剤の種類はこれに限定されるものではなく、他の還元剤を噴霧してもよい。
（２ｂ）上記実施形態では、案内流路３１が２つの供給流路３１Ａを有する構成を例示したが、案内流路の構成はこれに限定されるものではない。供給流路の数は１つ又は３つ以上であってもよく、各供給流路の位置も特に限定されない。例えば、案内流路は、絞り流路の内周面の接線方向に沿った４つの供給流路を有してもよい。
【００３６】
（２ｃ）上記実施形態では、円錐面状の内面を有する絞り流路３１Ｂを例示したが、絞り流路の形状はこれに限定されるものではない。例えば、絞り流路は、その中心軸を含む断面において内面が曲線状となる形状、例えば円錐面よりも内側に突出した曲面状であってもよく、また、他の形状であってもよい。
【００３７】
（２ｄ）上記実施形態では、噴霧部３とポンプ４とが一定距離離れている構成を例示したが、噴霧部及びポンプの構成はこれに限定されるものではない。例えば、噴霧部とポンプとの距離は、さらに短く構成されていてもよい。このような構成によれば、ポンプから供給される還元剤の流量変化に対して、噴霧口から噴霧される還元剤の流量変化の応答性がよくなる。また、吐出終了後に還元剤が噴霧部に残存しにくくなり、これにより、噴霧口周辺に還元剤が凝固して生成される析出物が発生しにくくなる。
【００３８】
（２ｅ）上記実施形態では、噴霧部３に供給する還元剤の流量が連続的に変化する供給部として、容積式の往復動ポンプであるポンプ４を例示したが、供給部はこれに限定されるものではない。例えば、供給部は、ポンプから噴霧部へ還元剤を供給する流路に、還元剤の流量を制御する流量制御弁を備えた構成であってもよい。このような構成であれば、ポンプは容積式の往復動ポンプに限定されず、任意のポンプを用いることが可能となる。
【００３９】
（２ｆ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
【符号の説明】
【００４０】
１…排気管、２…触媒、３…噴霧部、３Ａ…ノズル部材、３Ｂ…蓋部材、４…ポンプ、１１…上流管、１２…触媒ケース、１３…下流管、３１…案内流路、３１Ａ…供給流路、３１Ｂ…絞り流路、３２…噴霧口、３３…貫通孔、１００…排気浄化装置、１２１…上流コーン部、１２２…ケース部、１２３…下流コーン部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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