JP2018193924A - 還元剤噴射弁 - Google Patents

Abstract

【課題】還元剤の噴霧の広角化を図った還元剤噴射弁を提供する。
【解決手段】還元剤噴射弁は、尿素水（還元剤）を噴射する噴孔５１と、噴孔５１へ還元剤を供給する供給流路と、供給流路を開閉する弁体３２と、を備える。供給流路は、互いに異なる向きに尿素水を流通させる第１流通部５３および第２流通部５４と、合流部５５とを有する。合流部５５は、第１流通部５３を流通した尿素水と第２流通部５４を流通した尿素水とを合流させ、合流した尿素水を噴孔５１へ導く。そして、合流部５５には、噴孔５１に向けて突出する突起部材４５が配置されている。
【選択図】図３

Description

この明細書における開示は、還元剤を噴射する還元剤噴射弁に関する。

特許文献１には、内燃機関の排気通路のうち浄化装置の上流側へ尿素水を噴射する噴射弁が開示されている。そして、浄化装置が有する還元触媒上で、尿素水から生成されたアンモニアを還元剤として作用させ、排気中のＮＯｘを還元浄化させている。

特開２０１４−２３８０１６号公報

さて、近年の浄化装置は、冷間始動時の触媒暖機期間の短縮を図るべく、内燃機関の燃焼室に近づけて配置することが望まれるようになってきている。すると、噴射弁と浄化装置との距離を近づけざるを得なくなる場合があり、その場合には、浄化装置の排気流入面に対して均一に尿素水を噴霧させるべく、噴射弁からの噴霧を広角にすることが要求される。

開示される１つの目的は、還元剤の噴霧の広角化を図った還元剤噴射弁を提供することにある。

ここに開示された還元剤噴射弁は、還元剤を噴射する噴孔（５１）と、噴孔へ還元剤を供給する供給流路（３０Ｆ）と、供給流路を開閉する弁体（３２）と、を備え、内燃機関（１０）の排気通路（１１ａ）のうち浄化装置（２０）の上流側に還元剤を噴射する還元剤噴射弁であって、
供給流路は、互いに異なる向きに還元剤を流通させる第１流通部（５３）および第２流通部（５４）と、第１流通部を流通した還元剤と第２流通部を流通した還元剤とを合流させ、合流した還元剤を噴孔へ導く合流部（５５）と、を有し、
合流部には、噴孔に向けて突出する突起部材（４５）が配置されている還元剤噴射弁である。

ここに開示された還元剤噴射弁によれば、互いに異なる方向に流通した還元剤が合流するにあたり、互いの還元剤の主流は突起部材に衝突した後に合流するようになり、互いの還元剤が正面衝突して合流することが抑制される。そして、突起部材に衝突した還元剤は、突起部材の突出方向から見て突起部材から離れる向きに流れて渦巻き、その後に合流するように促される。その結果、合流後の還元剤は、噴孔の中心線から離れる向きに拡がるように渦巻きながら噴孔から噴射されることになるので、還元剤の噴霧の広角化を図ることができる。

この明細書における開示された複数の態様は、それぞれの目的を達成するために、互いに異なる技術的手段を採用する。請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態の部分との対応関係を例示的に示すものであって、技術的範囲を限定することを意図するものではない。この明細書に開示される目的、特徴、および効果は、後続の詳細な説明、および添付の図面を参照することによってより明確になる。

第１実施形態に係る還元剤噴射弁が排気管に取り付けられた状態を示す模式図。 図１に示す還元剤噴射弁の単体状態を示す図。 図２に示す還元剤噴射弁の断面図。 図３の拡大図。 図４の分解斜視図。 図５のＶＩ矢視図。 第１実施形態の第１比較例に係る還元剤噴射弁を示す図。 第１実施形態において、第１流通部、第２流通部、合流部および突起部材を模式的に示す、図４のＶＩＩＩ矢視図。 第１実施形態の第２比較例に係る還元剤噴射弁を示す図。 第２実施形態において、第１流通部、第２流通部、合流部および突起部材を、噴孔側から見た模式図。 第３実施形態において、第１流通部、第２流通部、合流部および突起部材を、噴孔側から見た模式図。 第４実施形態において、第１流通部、第２流通部、合流部および突起部材を、噴孔側から見た模式図。 第５実施形態において、第１流通部、第２流通部、合流部および突起部材を、噴孔側から見た模式図。 第６実施形態において、第１流通部、第２流通部、合流部および突起部材を、噴孔側から見た模式図。 第７実施形態において、第１流通部、第２流通部、合流部および突起部材を、噴孔側から見た模式図。

以下、図面を参照しながら複数の実施形態を説明する。各形態において、先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において、構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を参照し適用することができる。

（第１実施形態）
図１に示す内燃機関１０は、車両に搭載されて走行駆動源として機能する。内燃機関１０の燃焼室から排出された排気は、排気管１１内部の排気通路１１ａを通じて流れ、浄化装置２０等で浄化された後に大気へ放出される。浄化装置２０は、排気に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）を還元浄化する機能、および粒子状物質（ＰＭ）を捕集する機能を有する。浄化装置２０は、排気管１１に接続される通路部材２１、通路部材２１の内部に収容されて排気を浄化する基材２２、および基材２２に支持された触媒層を備える。

基材２２はハニカム形状に形成されたセラミック製であり、基材２２の外形形状は、排気流れ方向に延びる円柱形状である。基材２２の円柱両端面のうち排気流れ上流側の端面は、排気流入口２２ａとして機能する。触媒層には、以下に説明する還元触媒成分および吸着成分が含まれている。還元触媒成分は、排気に含まれるＮＯｘを還元するための成分であり、例えば白金が用いられる。吸着成分にはゼオライトが用いられており、後述するアンモニアを物理的に吸着する。

排気管１１のうち浄化装置２０の上流側部分には、還元剤を噴射する還元剤噴射弁３０が取り付けられている。本実施形態では液体の還元剤（例えば尿素水）が用いられている。排気通路１１ａに噴射された尿素水は、排気熱により加水分解する。これにより、排気通路１１ａで気体のアンモニアが生成される。生成されたアンモニアは、排気流入口２２ａから基材２２内部へ流入し、触媒層に吸着される。具体的には、触媒層に含まれる吸着成分にアンモニアが物理的に吸着される。

吸着されているアンモニアの一部は、触媒層に含まれる還元触媒成分上で、排気に含まれているＮＯｘを還元する。したがって、厳密には、還元剤噴射弁３０から噴射される尿素水の状態では還元剤とは言えず、尿素水の加水分解により生成されたアンモニアが還元剤として作用する。しかし本実施形態では、アンモニアの原料とも言える尿素水のことを、単に還元剤と呼ぶ場合があり、この尿素水が、特許請求の範囲に記載の還元剤に相当する。

還元剤噴射弁３０は、ボデー３１、弁体３２および電気アクチュエータ３３を備える。ボデー３１は、弁体３２および電気アクチュエータ３３を内部に収容する。電気アクチュエータ３３への通電により生じた電磁吸引力により、弁体３２が開弁作動すると、ボデー３１に形成された噴孔５１（図３参照）から尿素水が排気通路１１ａへ噴射される。

ボデー３１の一部は排気通路１１ａに位置して排気に晒されている。ボデー３１のうち排気に晒されている部分には、尿素水を噴射する噴孔５１が形成されている。本実施形態に係る還元剤噴射弁３０は噴孔５１を１つ備えているが、複数備えていてもよい。噴孔５１から噴射された尿素水は円錐形状の噴霧Ｆ（図１参照）を形成する。

車両には、尿素水を貯留するタンク３０Ｔと、タンク３０Ｔに貯留された尿素水を還元剤噴射弁３０へ圧送するポンプ３０Ｐが搭載されている。ポンプ３０Ｐは、電動モータにより駆動する電動式である。ポンプ３０Ｐへ供給する電力を制御することで、還元剤噴射弁３０へ供給される尿素水の圧力が制御され、ひいては、噴孔５１からの尿素水の噴射圧力が制御される。

図示しない電子制御装置（以下、ＥＣＵと記載）は、電気アクチュエータ３３への通電を制御することで、噴孔５１からの尿素水の噴射開始と噴射停止を制御する。さらにＥＣＵは、ポンプ３０Ｐが有する電動モータへの供給電力を制御することで、尿素水の噴射圧を制御する。本実施形態に係る還元剤噴射システムは、ＥＣＵおよび還元剤噴射弁３０を備える。本実施形態に係る排気浄化システムは、還元剤噴射システムに加えて浄化装置２０を備える。

次に、還元剤噴射弁３０の構造について、図２を用いて詳細に説明する。

還元剤噴射弁３０の電気アクチュエータ３３は、電磁コイル３３１、固定コア３３２および可動コア３３３を有する。電磁コイル３３１へ通電すると、固定コア３３２および可動コア３３３に磁束が生じ、この磁束による電磁吸引力により可動コア３３３は固定コア３３２へ吸引される。可動コア３３３は弁体３２に取り付けられているので、弁体３２は可動コア３３３とともに、中心軸線Ｃ方向に往復移動する。

還元剤噴射弁３０のボデー３１は、基端側ボデー３１１、非磁性部材３１２、先端側ボデー３１３、磁性部材３１４、プレート部材４０および噴孔部材５０を有する。基端側ボデー３１１は、内部に固定コア３３２を保持する円筒形状である。非磁性部材３１２は、基端側ボデー３１１と先端側ボデー３１３との間に配置され、上述した磁束を遮断する。先端側ボデー３１３は、内部に弁体３２を収容する円筒形状である。先端側ボデー３１３の円筒内周面には、弁体３２の先端に設けられたシート面３２ｓが離着座するシート面３１３ｓが形成されている（図３参照）。

基端側ボデー３１１の基端から供給された尿素水は、基端側ボデー３１１の内部通路３１１ａ、固定コア３３２の内部通路３３２ａ、可動コア３３３の内部通路３３３ａおよび弁体３２の内部通路３２ａを順に流通する。その後、内部通路３２ａの尿素水は、弁体３２の側壁に形成された流出口３２ｂ（図２参照）および流出口３２ｃ（図３および）から流出する。そして、先端側ボデー３１３の内周面と弁体３２の外周面との間に形成される環状通路３１３ａ、弁体３２の先端に沿う合流通路３１３ｂを順に流通する。環状通路３１３ａは、シート面３１３ｓに弁体３２が離着座することで開閉される。合流通路３１３ｂは、環状通路３１３ａにて環状に分布する尿素水を合流させて、中心軸線Ｃを含む円盤状に分布させる。なお、環状通路３１３ａ、合流通路３１３ｂおよび噴孔５１の中心軸線は、弁体３２の中心軸線Ｃと一致する。

図２〜図４に示すように、先端側ボデー３１３の先端には、プレート部材４０および噴孔部材５０が取り付けられている。プレート部材４０は、先端側ボデー３１３と噴孔部材５０の間に配置されている。例えば、先端側ボデー３１３、プレート部材４０および噴孔部材５０は溶接により接合されている。

プレート部材４０は、合流通路３１３ｂを噴孔側から覆う円板形状のプレート４１と、プレート４１の外周端から先端側ボデー３１３の外周面に沿って延びる円筒部４２とを有する。プレート４１には、合流通路３１３ｂと連通する第１貫通穴４３および第２貫通穴４４が形成されている。第１貫通穴４３および第２貫通穴４４は、プレート４１内で連通することなく互いに分離した状態で形成されている。

図５に示すように、第１貫通穴４３および第２貫通穴４４は、中心軸線Ｃの周りに延びる円弧形状である。第１貫通穴４３の円弧長さと第２貫通穴４４の円弧長さは同じである。第１貫通穴４３および第２貫通穴４４の外周縁の径方向位置は、合流通路３１３ｂの外周縁の径方向位置と同じである。プレート４１の反噴孔側の面は、中心軸線Ｃに対して垂直に拡がる平坦な形状である。プレート４１の噴孔側の面には、噴孔５１に向けて突出する突起部材４５が形成されている。プレート４１は金属製であり、突起部材４５は、プレート４１をプレス加工して製造してもよいし切削加工して製造してもよいし、プレート４１に溶接して製造してもよい。

噴孔部材５０には、尿素水を噴射する噴孔５１が１つ形成されている。噴孔５１は、噴孔部材５０の中心軸線Ｃ上に沿って中心軸線Ｃ方向に延びる形状であり、下流側であるほど通路断面積が大きくなる形状である（図５参照）。噴孔５１の下流端開口５１ｂは、中心軸線Ｃを中心とした円形である。噴孔部材５０のうちプレート部材４０と反対側の端面には、下流端開口５１ｂを囲む環状溝５２が形成されている。環状溝５２を形成することで、噴孔部材５０の端面のうち下流端開口５１ｂの周縁部分に尿素水が表面張力で付着することを抑制させている。

噴孔部材５０のうちプレート４１に接触する面には、互いに異なる向きに延びて尿素水を流通させる第１流通部５３および第２流通部５４が形成されている。これらの流通部は、プレート４１側に開口する溝形状であり、溝開口はプレート４１によって覆われている。第１流通部５３および第２流通部５４は、同一平面上で延びるように配置され、径方向に直線状に延び、かつ、互いに並行に延びる形状である。

さらに、噴孔部材５０のうちプレート４１に接触する面には、第１流通部５３を流通した尿素水と第２流通部５４を流通した尿素水とを噴孔部材５０の中心で合流させ、合流した尿素水を噴孔５１へ導く合流部５５が形成されている。合流部５５は、渦生成部５５ａおよび渦流出部５５ｂを有する（図４参照）。

渦生成部５５ａは、中心軸線Ｃ方向に延びる円柱形状である。渦生成部５５ａは、第１流通部５３の下流端および第２流通部５４の下流端と連通する。以下の説明では、第１流通部５３から渦生成部５５ａへと流入する流入口を第１流入口５３ａ、第２流通部５４から渦生成部５５ａへと流入する流入口を第２流入口５４ａと呼ぶ。

渦流出部５５ｂは、中心軸線Ｃに沿って延びる円錐形状であり、下流側であるほど通路断面積が小さくなる形状である。渦流出部５５ｂの上流端は渦生成部５５ａの下流端と連通し、渦流出部５５ｂの下流端は噴孔５１の上流端と連通する。

プレート４１に形成された突起部材４５は、渦生成部５５ａに配置されている。突起部材４５は、プレート４１面に対して垂直に突出する形状、つまり中心軸線Ｃ方向に突出する形状である（図３および図４参照）。噴孔側から見た突起部材４５の形状は、４つの頂点を有する四角形である（図８参照）。突起部材４５は、第１流入口５３ａおよび第２流入口５４ａと対向する位置に配置されている。第１流通部５３の流れ方向から見て、突起部材４５は第１流入口５３ａを覆う大きさであり、その流れ方向に投影した突起部材４５の面積は、第１流入口５３ａの面積よりも大きい。第２流通部５４の流れ方向から見て、突起部材４５は第２流入口５４ａを覆う大きさであり、その流れ方向に投影した突起部材４５の面積は、第１流入口５３ａの面積よりも大きい。

突起部材４５の突出長さＬ１は、弁体３２の開閉作動方向（中心軸線Ｃ方向）における第１流通部５３の深さ寸法Ｌ２および第２流通部５４の深さ寸法Ｌ２よりも長い（図４参照）。つまり、突起部材４５の突出端面４５ａは、第１流入口５３ａおよび第２流入口５４ａよりも噴孔側に位置する。なお、第１流通部５３の深さ寸法Ｌ２と、第２流通部５４の深さ寸法Ｌ２とは同一である。また、突起部材４５の突出長さＬ１は、合流部５５の深さ寸法Ｌ３よりも短い（図４参照）。

突起部材４５の流路方向長さＬ４、つまり第１流通部５３および第２流通部５４の流通方向における突起部材４５の長さ寸法は、噴孔５１の直径Ｄ１よりも長い（図４参照）。また、突起部材４５の流路方向長さＬ４は、合流部５５の直径よりも短い（図４参照）。

渦生成部５５ａは、突起部材４５の突出方向から見て、第１流通部５３の幅寸法Ｌ５および第２流通部５４の幅寸法Ｌ５を拡幅させた形状である。つまり、渦生成部５５ａの直径Ｄ２は上記幅寸法Ｌ５よりも大きい（図６および図８参照）。なお、第１流通部５３の幅寸法Ｌ５および第２流通部５４の幅寸法Ｌ５は同一である。

突起部材４５の幅寸法Ｌ６（図８参照）、つまり図４の紙面垂直方向の寸法は、突起部材４５の突出方向から見た第１流入口５３ａの幅寸法Ｌ５および第２流入口５４ａの幅寸法Ｌ５に比べて大きい。

図８に示すように、突起部材４５は、第１傾斜面４５ｔ１および第２傾斜面４５ｔ２を有する。第１傾斜面４５ｔ１は、突起部材４５の突出方向から見た幅寸法を、第１流入口５３ａから突起部材４５の中心に近づくにつれて徐々に拡大させる向きに傾斜する形状である。第２傾斜面４５ｔ２は、突起部材４５の突出方向から見た幅寸法を、第２流入口５４ａから突起部材４５の中心に近づくにつれて徐々に拡大させる向きに傾斜する形状である。第１傾斜面４５ｔ１および第２傾斜面４５ｔ２は、突起部材４５の中心側へ凹む向きに湾曲した形状である。

次に、図５〜図９を用いて、合流通路３１３ｂから下流端開口５１ｂに至るまでの尿素水の流れについて詳細に説明する。なお、以下の説明では第１貫通穴４３のうち第１流通部５３と連通する部分を第１連通部４３ａと呼び、第２貫通穴４４のうち第２流通部５４と連通する部分を第２連通部４４ａと呼ぶ。第１貫通穴４３のうち第１連通部４３ａより一端側の部分および他端側の部分の各々を第１通路４３ｂ、４３ｃと呼び、第２貫通穴４４のうち第２連通部４４ａより一端側の部分および他端側の部分の各々を第２通路４４ｂ、４４ｃと呼ぶ。そして、第１連通部４３ａは第１貫通穴４３の中央部分に配置され、２つの第１通路４３ｂ、４３ｃの通路長さは同一である。同様にして、第２連通部４４ａは第２貫通穴４４の中央部分に配置され、２つの第２通路４４ｂ、４４ｃの通路長さは同一である。

環状通路３１３ａから合流通路３１３ｂへ合流した尿素水は、第１貫通穴４３および第２貫通穴４４へ流入する。詳細には、合流通路３１３ｂのうち第１貫通穴４３および第２貫通穴４４の直上に位置する尿素水は、そのまま第１貫通穴４３および第２貫通穴４４へ流入する。上記直上から外れた位置の尿素水は、図５中の矢印Ｆ１に示すように、プレート４１面に沿って流れて、第１貫通穴４３および第２貫通穴４４へ流入する。

第１貫通穴４３へ流入した尿素水は、第１連通部４３ａへ向けて流れる。そして、第１貫通穴４３の円弧両端の一端側から第１連通部４３ａへ向けて流れる尿素水（矢印Ｆ２参照）と、他端側から第１連通部４３ａへ向けて流れる尿素水（矢印Ｆ３参照）とが、第１連通部４３ａで正面衝突する。つまり、２つの第１通路４３ｂ、４３ｃをそれぞれ流れた尿素水が、第１連通部４３ａで衝突する。その後、衝突した尿素水は、第１流通部５３の両端のうち径方向外側の端部へ流入する。

同様にして、第２貫通穴４４の円弧両端の一端側から第２連通部４４ａへ向けて流れる尿素水と、他端側から第２連通部４４ａへ向けて流れる尿素水とが、第２連通部４４ａで衝突する。つまり、２つの第２通路４４ｂ、４４ｃをそれぞれ流れた尿素水が、第２連通部４４ａで正面衝突する。その後、衝突した尿素水は、第２流通部５４の両端のうち径方向外側の端部へ流入する。

第１流通部５３および第２流通部５４の各々へ流入した尿素水は、合流部５５の渦生成部５５ａへ向けて流れる。そして、第１流通部５３を流れて第１流入口５３ａから渦生成部５５ａへ流入した尿素水（矢印Ｆ４参照）と、第２流通部５４を流れて第２流入口５４ａから渦生成部５５ａへ流入した尿素水（矢印Ｆ５参照）とが、渦生成部５５ａで衝突する。

厳密には、これらの尿素水の主流は、渦生成部５５ａ内にて先ず突起部材４５に衝突し、第１傾斜面４５ｔ１および第２傾斜面４５ｔ２に沿って渦を巻くように流れる（矢印Ｆ６、Ｆ７参照）。そして、第１傾斜面４５ｔ１に衝突して渦巻く尿素水（矢印Ｆ６参照）と、第２傾斜面４５ｔ２に衝突して渦巻く尿素水（矢印Ｆ７参照）とが、渦生成部５５ａで衝突して合流する。

このように渦巻く尿素水は、渦の直径を拡大させようとしながら、つまり径方向外側へ拡がろうとしながら渦流出部５５ｂおよび噴孔５１へと順に流通し、その後も、径方向外側へ拡がろうとしながら下流端開口５１ｂから噴射される。そのため、下流端開口５１ｂから噴射した直後も、径方向外側へ拡がろうとするので、噴霧Ｆの角度が大きくなる。

なお、内部通路３１１ａ、３３２ａ、３３３ａ、３２ａ、環状通路３１３ａ、合流通路３１３ｂ、第１貫通穴４３、第２貫通穴４４、第１流通部５３、第２流通部５４および合流部５５は、噴孔５１へ還元剤を供給する供給流路３０Ｆに相当する。また、第１貫通穴４３は、一端側から流入した尿素水と他端側から流入した尿素水とを衝突させるとともに、その衝突後の尿素水を第１流通部５３へ導く第１流路部に相当する。第２貫通穴４４は、一端側から流入した尿素水と他端側から流入した尿素水とを衝突させるとともに、その衝突後の尿素水を第２流通部５４へ導く第２流路部に相当する。

以上により、本実施形態によれば、噴孔５１へ尿素水を供給する供給流路３０Ｆは、互いに異なる向きに尿素水を流通させる第１流通部５３および第２流通部５４と、合流部５５とを有する。合流部５５は、第１流通部５３を流通した尿素水と第２流通部５４を流通した尿素水とを合流させ、合流した尿素水を噴孔５１へ導く。そして合流部５５には、噴孔５１に向けて突出する突起部材４５が配置されている。

したがって、互いに異なる方向に流通した尿素水が合流するにあたり、互いの尿素水は突起部材４５に衝突した後に合流するようになり、互いの尿素水が正面衝突して合流することが抑制される。そして、突起部材４５に衝突した尿素水は、図８中の矢印Ｆ６、Ｆ７に示すように、突起部材４５の突出方向から見て渦生成部５５ａの径方向外側に流れて渦巻き、その後に合流するように促される。その結果、合流後の尿素水は、径方向に拡がる向きに渦巻きながら噴孔５１から噴射されることになり、噴霧Ｆを広角にできる。

なお、図９に示す第２比較例では、本実施形態に係る突起部材４５を廃止している。この場合、図８中の矢印Ｆ６、Ｆ７に示すような、突起部材４５に衝突したことに起因する渦成分は生成されない。そのため、突起部材４５を備える本実施形態によれば、突起部材４５を廃止した第２比較例に比べて噴霧Ｆが広角になる。

さらに本実施形態では、合流部５５の渦生成部５５ａは、突起部材４５の突出方向から見て、第１流通部５３の幅寸法Ｌ５および第２流通部５４の幅寸法Ｌ５を拡幅させた形状である。そのため、渦生成部５５ａで尿素水が渦巻くに必要なスペースを十分に確保でき、尿素水の渦生成を促進でき、ひいては、噴霧Ｆが径方向に拡がることを促進できる。

さらに本実施形態では、突起部材４５の突出方向から見た第１流入口５３ａの幅寸法Ｌ５および第２流入口５４ａの幅寸法Ｌ５に比べて、突起部材４５の幅寸法Ｌ６は大きい。これによれば、第１流入口５３ａから渦生成部５５ａへ流入する尿素水の主流と、第２流入口５４ａから渦生成部５５ａへ流入する尿素水の主流とが正面衝突することを抑制できる。そのため、正面衝突による渦巻き生成の阻害を抑制でき、噴霧Ｆが径方向に拡がることを促進できる。

さらに本実施形態では、突起部材４５の突出端面４５ａは、第１流入口５３ａおよび第２流入口５４ａよりも噴孔５１の側に位置する。そのため、第１流入口５３ａおよび第２流入口５４ａから渦生成部５５ａへ流入した尿素水のうち、突起部材４５に衝突せずに渦流出部５５ｂへ流入する成分、つまり十分な渦生成が為されずに渦流出部５５ｂへ流入する成分を少なくできる。よって、尿素水の渦生成を促進でき、ひいては、噴霧Ｆが径方向に拡がることを促進できる。

さらに本実施形態では、突起部材４５は、第１傾斜面４５ｔ１および第２傾斜面４５ｔ２を有する。第１傾斜面４５ｔ１は、突起部材４５の突出方向から見た幅寸法Ｌ６を、第１流入口５３ａから突起部材４５の中心に近づくにつれて徐々に拡大させる向きに傾斜する形状である。第２傾斜面４５ｔ２は、突起部材４５の突出方向から見た幅寸法Ｌ６を、第２流入口５４ａから突起部材４５の中心に近づくにつれて徐々に拡大させる向きに傾斜する形状である。

そのため、第１流入口５３ａから渦生成部５５ａへ流入して第１傾斜面４５ｔ１に衝突した尿素水は、第１傾斜面４５ｔ１に沿って流れることで、流れの向きが径方向外側に曲げられて渦を巻くことが促進される。同様にして、第２流入口５４ａから渦生成部５５ａへ流入して第２傾斜面４５ｔ２に衝突した尿素水は、第２傾斜面４５ｔ２に沿って流れることで、流れの向きが径方向外側に曲げられて渦を巻くことが促進される。よって、尿素水の渦生成を促進でき、ひいては、噴霧Ｆが径方向に拡がることを促進できる。

さらに本実施形態では、第１傾斜面４５ｔ１および第２傾斜面４５ｔ２は、突起部材４５の中心側へ凹む向きに湾曲した形状である。そのため、第１傾斜面４５ｔ１および第２傾斜面４５ｔ２に沿って流れた尿素水は、湾曲面に沿った渦の流れになることを促される（図８参照）。よって、尿素水の渦生成をより一層促進できる。

さらに本実施形態では、第１流通部５３および第２流通部５４は同一平面上、つまり中心軸線Ｃに垂直な平面上に配置され、突起部材４５は、第１流通部５３の流通方向および第２流通部５４の流通方向に対して垂直に突出する形状である。そのため、第１流入口５３ａから渦生成部５５ａへ流入する流入方向と、第２流入口５４ａから渦生成部５５ａへ流入する流入方向とは、同一平面上、つまり中心軸線Ｃに垂直な平面上に配置される。よって、第１流入口５３ａから流入した尿素水の渦巻きと、第２流入口５４ａから流入した尿素水の渦巻きとが、同一平面上に位置することが促される。そのため、合流後の尿素水が径方向に拡がる向きに渦巻きながら噴孔５１から噴射されることが促進され、噴霧Ｆの広角化を促進できる。

さらに本実施形態では、合流通路３１３ｂと第１流通部５３を連通させる第１貫通穴４３、および合流通路３１３ｂと第２流通部５４を連通させる第２貫通穴４４を備える。第１貫通穴４３は、第１連通部４３ａおよび２つの第１通路４３ｂ、４３ｃを有する。第１連通部４３ａは、２つの第１通路４３ｂ、４３ｃの下流端と連通するとともに、第１流通部５３と連通する。２つの第１通路４３ｂ、４３ｃは、互いに異なる向きに尿素水を流通させて第１連通部４３ａへと導き衝突させる。第２連通部４４ａは、２つの第２通路４４ｂ、４４ｃの下流端と連通するとともに、第２流通部５４と連通する。２つの第２通路４４ｂ、４４ｃは、互いに異なる向きに尿素水を流通させて第２連通部４４ａへと導き衝突させる。

これによれば、第１連通部４３ａおよび第２連通部４４ａの各々で尿素水を衝突させた後に、合流部５５で尿素水が衝突することとなる。よって、第１流通部５３および第２流通部５４を流通する尿素水を、数多くの渦成分が含まれた状態、つまり乱流エネルギの高い状態にできる。その結果、渦生成部５５ａでの尿素水の渦生成を促進でき、ひいては、噴霧Ｆが径方向に拡がることを促進できるようになる。上述した乱流エネルギとは、尿素水に含まれる複数の渦の運動エネルギの総和であるとも言える。

なお、図７に示す第１比較例では、本実施形態に係る第１貫通穴４３および第２貫通穴４４を、第１通路４３ｂ、４３ｃを廃止した第１貫通穴４３Ｐおよび第２通路４４ｂ、４４ｃを廃止した第２貫通穴４４Ｐに置き換えている。この場合、合流通路３１３ｂに分布する尿素水が、第１貫通穴４３および第２貫通穴４４の周囲から均等に流入するので、第１貫通穴４３および第２貫通穴４４での尿素水の衝突は殆ど生じない。これに対し本実施形態では、第１貫通穴４３Ｐは第１通路４３ｂ、４３ｃを有し、第２貫通穴４４Ｐは第２通路４４ｂ、４４ｃを有するので、第１貫通穴４３および第２貫通穴４４で尿素水が衝突することが促される。

さらに本実施形態では、第１貫通穴４３の中央部分に第１連通部４３ａを配置することで、２つの第１通路４３ｂ、４３ｃの通路長さを同一にしている。換言すると、第１貫通穴４３（第１流路部）の流路長のうち、第１連通部４３ａより一端側の流路長と第１連通部４３ａより他端側の流路長とが同一である。そのため、尿素水の衝突位置を第１連通部４３ａにでき、衝突直後の尿素水を第１流通部５３へ流入させることを促せる。

同様にして、第２貫通穴４４の中央部分に第２連通部４４ａを配置することで、２つの第２通路４４ｂ、４４ｃの通路長さを同一にしている。換言すると、第２貫通穴４４（第２流路部）の流路長のうち、第２連通部４４ａより一端側の流路長と第２連通部４４ａより他端側の流路長とが同一である。そのため、尿素水の衝突位置を第２連通部４４ａにでき、衝突直後の尿素水を第２流通部５４へ流入させることを促せる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態に係る突起部材４５では、第１傾斜面４５ｔ１および第２傾斜面４５ｔ２は、突起部材４５の中心側へ凹む向きに湾曲した形状である。これに対し本実施形態に係る突起部材４５１では、図１０に示すように、第１傾斜面４５ｔ１および第２傾斜面４５ｔ２は、平坦なテーパ形状である。なお、突起部材４５の突出方向から見た幅寸法を、突起部材４５の中心に近づくにつれて徐々に拡大させる向きに傾斜する形状である点では、本実施形態に係る第１傾斜面４５ｔ１および第２傾斜面４５ｔ２の形状は、第１実施形態に係る形状と同じである。本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の作用および効果が発揮される。

（第３実施形態）
上記第２実施形態に係る突起部材４５１の突出方向から見た形状は正方形である。これに対し、本実施形態に係る突起部材４５２の突出方向から見た形状は、図１１に示すように、第１流入口５３ａおよび第２流入口５４ａに向けて延びる向きに偏平した菱形である。つまり、第１流入口５３ａおよび第２流入口５４ａに対向する角部を鋭角とし、残りの角部を鈍角とした菱形である。本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の作用および効果が発揮される。

（第４実施形態）
上記第２実施形態に係る突起部材４５１の突出方向から見た形状は四角形である。これに対し、本実施形態に係る突起部材４５３の突出方向から見た形状は、図１２に示すように円形である。本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の作用および効果が発揮される。

（第５実施形態）
上記第４実施形態に係る突起部材４５３の突出方向から見た形状は真円形状である。これに対し、本実施形態に係る突起部材４５４の突出方向から見た形状は、図１３に示すように楕円形状である。つまり、第１流入口５３ａおよび第２流入口５４ａに向けて延びる向きに偏平した円形である。本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の作用および効果が発揮される。

（第６実施形態）
上記第１実施形態では、第１流通部５３および第２流通部５４が渦生成部５５ａに連通しており、２つの流通部から尿素水が渦生成部５５ａに流入する構成である。これに対し本実施形態では、図１４に示すように３つの流通部から尿素水が渦生成部５５ａに流入する構成である。具体的には、本実施形態に係る噴孔部材５０は、第１流通部５３および第２流通部５４に加えて第３流通部５９を有する。これら３つの流通路は、周方向において等間隔に配置されている。本実施形態によれば、３つの流通路から尿素水が渦生成部５５ａへ流入して渦成分が形成される。

（第７実施形態）
図１５に示す本実施形態では、上記第６実施形態に係る円形の突起部材４５３を、多角形の突起部材４５５に変更させている。本実施形態によれば、上記第６実施形態に比べて渦生成がより一層促進される。

（他の実施形態）
特許請求の範囲に記載の還元剤噴射弁は、上述した実施形態に何ら制限されることなく、以下に例示するように種々変形して実施することが可能である。各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。

上記第１実施形態では、第１貫通穴４３および第２貫通穴４４が、第１通路４３ｂ、４３ｃおよび第２通路４４ｂ、４４ｃを有している。これに対し、図７に示すような第１貫通穴４３Ｐおよび第２貫通穴４４Ｐ、つまり第１通路４３ｂ、４３ｃおよび第２通路４４ｂ、４４ｃを廃止した貫通穴であってもよい。

上記第１実施形態では、合流部５５は、突起部材４５の突出方向から見て、第１流通部５３の幅寸法Ｌ５および第２流通部の幅寸法Ｌ５を拡幅させた形状であるが、これらの幅寸法Ｌ５を縮小させた形状であってもよい。例えば、渦生成部５５ａの直径Ｄ２は、第１流通部５３および第２流通部の幅寸法Ｌ５より大きくてもよいし、小さくてもよい。

上記第１実施形態では、突起部材４５の突出方向から見た突起部材４５の幅寸法Ｌ６は、第１流入口５３ａおよび第２流入口５４ａの幅寸法Ｌ５に比べて大きいが、これらの幅寸法Ｌ５より小さくてもよい。

上記第１実施形態では、突起部材４５の突出端面４５ａは、第１流入口５３ａおよび第２流入口５４ａよりも噴孔側に位置するが、反噴孔側に位置していてもよい。

上記第１実施形態に係る突起部材４５は、幅寸法を徐々に拡大させる向きに傾斜する第１傾斜面４５ｔ１および第２傾斜面４５ｔ２を有するが、これらの傾斜面を廃止してもよい。

上記第１実施形態では、第１流通部５３および第２流通部５４は、同一平面上に配置され、中心軸線Ｃに対して垂直に延びる形状である。これに対し、第１流通部５３および第２流通部５４は、中心軸線Ｃを含む断面視（図４参照）において、中心軸線Ｃに垂直な平面に対して傾斜する向きに延びる形状であってもよい。例えば第１流通部５３および第２流通部５４は、中心軸線Ｃに垂直な面に対し傾斜する向きに延びる形状であってもよい。

上記各実施形態では、合流部５５の直径Ｄ２は、第２流通部５４または合流部５５の流路長さより小さく設定されているが、これらの流路長さより大きく設定されていてもよい。

上記各実施形態では、第１貫通穴４３および第２貫通穴４４が同じ形状であり、第１流通部５３および第２流通部５４が同じ形状であるが、異なる形状としてもよい。また、これらを中心軸線Ｃに対して対称に配置することに換え、非対称に配置してもよい。

上記各実施形態では、噴孔部材５０に形成される噴孔５１の数は１つである。これに対し、複数の噴孔５１を噴孔部材５０に形成してもよい。例えば、複数の噴孔を１つの合流部５５から分岐させ、合流部５５内の尿素水が複数の噴孔へ分配されるように構成すればよい。

上記各実施形態では、第１貫通穴４３（第１流路部）と第２貫通穴４４（第２流路部）とが直接連通せずに分離しているが、これらの貫通穴４３、４４はプレート部材４０で連通していてもよい。例えば、第１貫通穴４３の第１通路４３ｂの一端と、第２貫通穴４４の第２通路４４ｂの一端とが連通していてもよい。

上記各実施形態では、第１貫通穴４３の流路長のうち、第１連通部４３ａより一端側の流路長と第１連通部４３ａより他端側の流路長とが同一であるが、これらの流路長が異なっていてもよい。同様にして、第２貫通穴４４の流路長のうち、第２連通部４４ａより一端側の流路長と第２連通部４４ａより他端側の流路長とは、同一であってもよいし異なっていてもよい。

上記各実施形態では、ボデー３１と噴孔部材５０との間に隣接して配置されたプレート部材４０に、第１貫通穴４３（第１流路部）および第２貫通穴４４（第２流路部）が形成されている。これに対し、プレート部材４０を廃止して、ボデー３１または噴孔部材５０に貫通穴４３、４４が形成されていてもよい。

上記各実施形態では、プレート部材４０の材質は金属製であるが、樹脂製であってもよい。同様にして、噴孔部材５０の材質は金属製であることに限らず、樹脂製であってもよい。上記各実施形態に係る還元剤噴射弁は、還元剤として尿素水を噴射するものであるが、還元剤として液体の炭化水素化合物を噴射するものであってもよい。

３０…還元剤噴射弁、３０Ｆ…供給流路、３２…弁体、４５…突起部材、４５ａ…突出端面、４５ｔ１…第１傾斜面、４５ｔ２…第２傾斜面、５１…噴孔、５３…第１流通部、５４…第２流通部、５５…合流部、５３ａ…第１流入口、５４ａ…第２流入口。

Claims (8)

1. 還元剤を噴射する噴孔（５１）と、前記噴孔へ還元剤を供給する供給流路（３０Ｆ）と、前記供給流路を開閉する弁体（３２）と、を備え、内燃機関（１０）の排気通路（１１ａ）のうち浄化装置（２０）の上流側に還元剤を噴射する還元剤噴射弁であって、
   前記供給流路は、
   互いに異なる向きに還元剤を流通させる第１流通部（５３）および第２流通部（５４）と、
   前記第１流通部を流通した還元剤と前記第２流通部を流通した還元剤とを合流させ、合流した還元剤を前記噴孔へ導く合流部（５５）と、
   を有し、
   前記合流部には、前記噴孔に向けて突出する突起部材（４５）が配置されている還元剤噴射弁。
2. 前記合流部は、前記突起部材の突出方向から見て、前記第１流通部の幅寸法および前記第２流通部の幅寸法を拡幅させた形状である請求項１に記載の還元剤噴射弁。
3. 前記第１流通部から前記合流部へと流入する流入口を第１流入口（５３ａ）、前記第２流通部から前記合流部へと流入する流入口を第２流入口（５４ａ）とし、
   前記突起部材の突出方向から見た前記突起部材の幅寸法は、前記突出方向から見た前記第１流入口の幅寸法および前記第２流入口の幅寸法に比べて大きい請求項１または２に記載の還元剤噴射弁。
4. 前記第１流通部から前記合流部へと流入する流入口を第１流入口（５３ａ）、前記第２流通部から前記合流部へと流入する流入口を第２流入口（５４ａ）とし、
   前記突起部材の突出端面（４５ａ）は、前記第１流入口および前記第２流入口よりも前記噴孔の側に位置する請求項１〜３のいずれか１つに記載の還元剤噴射弁。
5. 前記第１流通部から前記合流部へと流入する流入口を第１流入口（５３ａ）、前記第２流通部から前記合流部へと流入する流入口を第２流入口（５４ａ）とし、
   前記突起部材は、
   前記突起部材の突出方向から見た幅寸法が前記第１流入口から前記突起部材の中心に近づくにつれて徐々に拡大する向きに傾斜する第１傾斜面（４５ｔ１）と、
   前記突出方向から見た幅寸法が前記第２流入口から前記突起部材の中心に近づくにつれて徐々に拡大する向きに傾斜する第２傾斜面（４５ｔ２）と、
   を有する請求項１〜４のいずれか１つに記載の還元剤噴射弁。
6. 前記第１流通部および前記第２流通部は同一平面上に延びる形状であり、
   前記突起部材は、前記平面に対して垂直に突出する形状である請求項１〜５のいずれか１つに記載の還元剤噴射弁。
7. 前記供給流路は、
   一端側から流入した還元剤と他端側から流入した還元剤とを衝突させるとともに、その衝突後の還元剤を前記第１流通部へ導く第１流路部（４３）と、
   一端側から流入した還元剤と他端側から流入した還元剤とを衝突させるとともに、その衝突後の還元剤を前記第２流通部へ導く第２流路部（４４）と、
   を有する請求項１〜６のいずれか１つに記載の還元剤噴射弁。
8. 前記第１流路部のうち前記第１流通部と連通する部分を第１連通部（４３ａ）と呼び、
   前記第２流路部のうち前記第２流通部と連通する部分を第２連通部（４４ａ）と呼び、
   前記第１流路部の流路長のうち、前記第１連通部より一端側の流路長と前記第１連通部より他端側の流路長とが同一であり、
   前記第２流路部の流路長のうち、前記第２連通部より一端側の流路長と前記第２連通部より他端側の流路長とが同一である請求項７に記載の還元剤噴射弁。

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