JP2008255910A - 還元剤添加弁 - Google Patents

Abstract

【課題】還元剤の添加弁１の先端部、特に先端部の内部の温度上昇を効率的に抑制できる添加弁１を提供する。
【解決手段】添加弁１の先端部において、外側流路４４は、弁座部４１と隣り合う位置まで延設されている。これにより、添加弁１において最も高温度になる先端部の内部に還元剤の循環流れを導入することができるので、先端部の温度上昇を効率的に抑制できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、排気流れ中に還元剤を噴射供給するための還元剤添加弁に関する。

近年、自動車（特にディーゼルエンジン搭載の自動車）等に適用されて、排気中の有害物質（窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）など）を浄化する排気浄化装置として、排気流れ中に還元剤としての尿素水を噴射供給する還元剤添加弁を備える構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に開示される還元剤添加弁は、噴孔が開口する弁ボディの先端が排気流れ中に臨むように配され、排気中に還元剤を直接的に噴射できるものである。しかし、排気の温度は６００℃もの高温度に達するので、先端における排気からの受熱により、還元剤添加弁の内部を流通する還元剤が昇温して還元剤の蒸発、凝固などが発生し、噴射機能が低下してしまう。

そこで、特許文献１の還元剤添加弁は、供給源から受け入れた還元剤を弁ボディの外周側に形成される還元剤供給室に導き、還元剤供給室に導入された還元剤の一部を弁ボディの内部に導いて噴孔から噴射し、弁ボディの内部に導かれる還元剤以外の還元剤を還元剤供給室からタンクに戻す。これにより、タンクと還元剤添加弁との間で還元剤が循環するとともに循環する還元剤により弁ボディは外周側から冷却され、弁ボディの内部に導かれて噴射される還元剤の昇温抑制が図られている。
特表２００２−５０３７８３号公報

ところで、特許文献１の還元剤添加弁によれば、弁ボディの先端部の内部において、弁体の先端が着座する弁座部が噴孔の直近上流側に設けられ、弁座部から弁体の先端部が離座することで還元剤が噴射される。すなわち、還元剤添加弁の先端部は、排気中の有害物質量に対応した還元剤の噴射量を調整する「調量機構部」として極めて重要な機能を担っている。このため、「調量機構部」としての機能が害されないように、先端部の内部における還元剤の蒸発、凝固などが生じる虞をさらに低減する必要がある。

なお、特許文献１に示される還元剤添加弁によれば、還元剤の循環流れを弁ボディの外周側に形成し、循環流れにより外周側から冷却する構成である。つまり、この還元剤添加弁では、弁ボディの最先端が排気流れ中に晒されて受熱部をなし、最先端から内部に伝わる熱が外周側の循環流れにより除去される。このため、弁座部が設けられる内部に対する冷却効率は低いので、排気温度の急上昇が生じると内部の温度も急上昇して還元剤の蒸発、凝固が発生する虞が極めて高い。

そこで、本発明では、還元剤添加弁の先端部、特に、先端部の内部の温度上昇を効率的に抑制できる還元剤添加弁を提供することを目的とする。

請求項１の還元剤添加弁は、弁ボディの内部に摺動自在に配され、弁ボディの先端内部に形成される弁座部に着座および離座し、排気流れ中に開口する噴孔を開閉する弁体と、弁ボディの内部に設けられ、還元剤供給源より供給される還元剤を噴孔に供給可能となるように形成される還元剤供給室とを備え、弁体の位置が調整されることで、排気流れ中に還元剤を噴射する。そして、この還元剤添加弁は、弁ボディの内部に形成される室空間であって、弁座部と隣り合う位置まで延設される還元剤副室と、還元剤供給室と還元剤副室とを接続する連通路と、還元剤副室の還元剤が還元剤供給源に戻るために設けられる流路の一部であって、還元剤副室と弁ボディの外部とを接続する戻り流路とを備える。

これにより、還元剤供給源から還元剤供給室に供給される還元剤は、連通路を通って還元剤副室に導かれたのちに、戻り流路を通じて還元剤供給源へ戻る。つまり、還元剤副室を流れる還元剤は循環流れの一部を形成する。そして、還元剤副室は、弁座部と隣り合う位置まで延設されるので、弁ボディの先端部の内部に、直接、還元剤の循環流れを導入することができる。このため、弁ボディの外周側に循環流れを導入する場合よりも、循環流れにより弁ボディの先端部の内部を効率的に除熱することができる。以上により、還元剤添加弁の先端部の温度上昇を、還元剤の循環流れにより効率的に抑制できる。

請求項２の還元剤添加弁によれば、還元剤供給室は、還元剤供給源から供給された還元剤が弁体の軸方向に沿って噴孔に向かう軸方向流れを形成するように設けられ、還元剤副室と還元剤供給室とは、弁ボディの先端との間で熱伝導可能な壁部により区分けられている。

これにより、還元剤供給室から噴孔に至る還元剤の流れと、還元剤副室から戻り流路に至る還元剤の流れ（つまり、循環流れの一部）とが区分けられ、還元剤供給室から噴孔に至る還元剤の流れが安定する。このため、噴孔からの還元剤の噴射状態を安定させることができる。また、壁部を通して弁ボディの先端部の熱を循環流れに伝達することができる。

請求項３の還元剤添加弁によれば、還元剤副室は、壁部を介して還元剤供給室を外周側で包囲するように設けられる。

これにより、弁ボディの内部に還元剤副室の配設領域を大きく確保できるので、壁部を介した循環流れによる除熱を促進することができる。

請求項４の還元剤添加弁によれば、連通路は、弁ボディの先端側にて還元剤供給室と還元剤副室とを接続し、戻り流路は、弁ボディの反先端側にて還元剤副室に接続する。

これにより、還元剤の循環流れは、還元剤供給室内を先端側に導かれた後に、弁ボディの先端側で還元剤供給室から還元剤副室に導かれ、さらに還元剤副室内を反先端側に導かれる。

このため、還元剤供給室から還元剤副室に流入する循環流れは、弁ボディからの受熱量が少ない状態で弁座部と隣り合う位置を通過することができる。この結果、還元剤添加弁の先端部の温度上昇をさらに効率的に抑制できる。

請求項５の還元剤添加弁によれば、連通路は、弁ボディの反先端側にて還元剤供給室と還元剤副室とを接続し、戻り流路は、弁ボディの先端側にて還元剤副室に接続する。

これにより、還元剤の循環流れは、弁ボディの反先端側で還元剤供給室から還元剤副室に導かれた後に、還元剤副室内を先端側に導かれる。

このため、噴孔に向かう流れを、噴孔から遠い反先端側で循環流れから分岐させることができる。この結果、還元剤添加弁の先端部の温度上昇を効率的に抑制できるとともに、噴射状態も安定させることができる。

請求項６の還元剤添加弁によれば、軸心を含む切断面における還元剤供給室および還元剤副室の形状は両方ともに、軸方向長さが径方向長さよりも長い長尺形状であり、切断面における還元剤供給室の形状と還元剤副室の形状とは、互いに平行である。

これにより、還元剤供給室および還元剤副室における還元剤の流れは、軸方向に隣り合い、壁部に接する行程が長くなる。このため、還元剤供給室と弁ボディとの間、および還元剤副室と弁ボディとの間の伝熱面積を大きくすることができる。

請求項７の還元剤添加弁によれば、還元剤供給室は円筒状に設けられ、還元剤副室は、還元剤供給室の外周側で還元剤供給室と同軸の円環状に設けられている。

これにより、壁部と還元剤副室との間の径方向の伝熱量を全周において均等化することができる。このため、弁ボディの先端部における周方向の温度ばらつきが抑制され、弁体の弁ボディに対する摺動動作を安定させることができる。

請求項８の還元剤添加弁によれば、還元剤供給室と還元剤副室とは、還元剤供給室の外周面および還元剤副室の内周面に開口する複数の連通路により接続され、複数の連通路は、還元剤副室の内周面における開口部が略同等の周方向ピッチとなるように設けられている。

これにより、還元剤供給室から還元剤副室に向けて径方向外側に流通する尿素水の循環流れを均等に分散することができる。このため、弁ボディの周方向の温度ばらつきをさらに抑制することができる。

以下、実施例に基づき、本発明の還元剤添加弁について図面を参照して詳細に説明する。

〔実施例１の構成〕
実施例１の還元剤添加弁（以下、添加弁と呼ぶ）１は、尿素ＳＣＲシステムに適用され、例えば、図１に示すようにディーゼルエンジン（図示せず：以下、エンジンと呼ぶ）の排気管２に、直接、取り付け固定され、排気流れ中に還元剤としての尿素水を直接的に噴射供給する装置である。
図１は、実施例１に係る尿素ＳＣＲシステムの概要を示す構成図である。この尿素ＳＣＲシステムは、車両（図示せず）に搭載されるエンジンより排出される排気を浄化対象とする排気浄化装置３である。

排気浄化装置３は、主に、排気系の構成部、尿素水供給系の構成部、および制御系の構成部により構成され、排気系の構成部は、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter の略）４、触媒５、触媒５の上、下流側の排気管２、６などを備える。

ＤＰＦ４は、排気中のＰＭ（Particulate Matter：粒子状物質）を捕集する連続再生式のＰＭ除去用フィルタである。ＤＰＦ４の連続再生は、例えば、メインの燃料噴射後の微量のポスト噴射等により、ＤＰＦ４に捕集されたＰＭを燃焼除去することにより行われ、この連続再生によりＤＰＦ４は継続使用が可能になる。また、ＤＰＦ４は、白金系の酸化触媒を担持しており、ＰＭ成分の１つである可溶性有機成分（ＳＯＦ）とともに、ＨＣやＣＯを除去することができる。

触媒５は、ＮＯ_ｘの還元反応を促進させて排気浄化するものであり、例えば、以下の式１〜式３に示す化学反応を促進して排気中のＮＯ_ｘを還元する。
（式１）４ＮＯ＋４ＮＨ_３＋Ｏ_２→４Ｎ_２＋６Ｈ_２Ｏ
（式２）６ＮＯ_２＋８ＮＨ_３→７Ｎ_２＋１２Ｈ_２Ｏ
（式３）ＮＯ＋ＮＯ_２＋２ＮＨ_３→２Ｎ_２＋３Ｈ_２Ｏ
そして、これらの反応においてＮＯ_ｘの還元剤となるアンモニア（ＮＨ_３）を含む尿素水は、排気と混合されて触媒５に供給される。つまり、触媒５の上流側に位置する排気管２の中途の位置に添加弁１が設けられ、添加弁１により尿素水が排気管２を流通する排気に向けて噴射供給される。

尿素水供給系の構成部は、尿素水タンク９、圧送ポンプ１０、フィルタ１１、添加弁１、配送管１２、および戻り管１３などを備える。
尿素水タンク９には、３２．５Ｗｔ％の尿素水が貯蔵されている。また、尿素水タンク９には、貯蔵された尿素水を所定圧力に加圧し、配送管１２を通じて添加弁１に供給するインタンク式の圧送ポンプ１０が設置されている。なお、圧送ポンプ１０は、後記するＥＣＵ（電子制御ユニット）１４からの駆動信号により回転駆動される電動式ポンプである。

配送管１２は、尿素水タンク９から添加弁１へ尿素水を送出するための配管であり、戻り管１３は、添加弁１から尿素水タンク９へ尿素水を戻すための配管である。配送管１２を流通して添加弁１に供給された尿素水は、添加弁１の内部で、噴孔１７に向かう流れと戻り管１３に向かう流れとに分流される。そして、戻り管１３に向かう尿素水は、添加弁１の内部を流通したのちに戻り管１３に流入し、戻り管１３を通って尿素水タンク９に戻される。
すなわち、配送管１２と戻り管１３とは、圧送ポンプ１０が駆動されると、尿素水タンク９と添加弁１との間を尿素水が循環する循環流れを形成する。

添加弁１は、噴孔１７が先端に設けられ、排気流れ中に噴孔１７が開口するように排気管２に、直接、取り付け固定される。噴孔１７は、尿素水を霧状化して噴射するように、単一の噴射口、または、複数の微小径の噴射口による集合体（群噴孔）により形成される。なお、添加弁１の内部の詳細な構成は後述する。

フィルタ１１は、尿素水を濾過するものであり、圧送ポンプ１０により圧送される尿素水は、フィルタ１１にて異物が除去された後に添加弁１へ供給される。なお、フィルタ１１は、圧送ポンプ１０の吐出口と接続される配送管１２の中途に設けられる。

また、配送管１２の中途には、フィルタ１１の上流側にレギュレータ１９が設けられている。レギュレータ１９は、添加弁１に供給される尿素水の供給圧力を調圧するものであり、供給圧力を所定圧に保つ機能を有する。そして、レギュレータ１９は、尿素水の供給圧力が所定圧を超える場合、配送管１２に過剰供給された尿素水を尿素水タンク９に戻す。

制御系の構成部は、ＥＣＵ１４、排気センサ２１、温度センサ２２、圧力センサ２３などを備える。ＥＣＵ１４は、周知のマイクロコンピュータとして構成され、各種センサの検出値に基づいて添加弁１や圧送ポンプ１０等を制御する。例えば、ＥＣＵ１４は、添加弁１が排気管２を流れる排気に適切な時期に適正な量の尿素水を噴射供給するように制御する。

排気センサ２１は、触媒５の下流側の排気管６に設けられており、ＮＯ_ｘセンサと排気温センサとを内蔵し、排気中のＮＯ_ｘ量（すなわち、触媒５によるＮＯ_ｘの浄化率）、および排気の温度を検出する。なお、排気管６の下流側には、余剰のＮＨ_３を除去するためのＮＨ_３除去装置（例えば、酸化触媒：図示せず）や、排気中のＮＨ_３量を検出するためのＮＨ_３センサ（図示せず）等が必要に応じて設けられる。

温度センサ２２は、尿素水に晒されないように尿素水タンク９の外周に配され、尿素水タンク９に貯蔵される尿素水の温度を検出する。また、圧力センサ２３は、配送管１２の中途に設けられ、添加弁１に対する尿素水の供給圧力を検出する。

以上により、排気浄化装置３は、尿素水タンク９の尿素水を、圧送ポンプ１０により配送管１２を通じて添加弁１に圧送し、添加弁１により排気管２の内部に添加供給する。これにより、排気管２で霧化した尿素水が、排気とともに触媒５に導かれ、触媒５においてＮＯ_ｘを還元して排気を浄化する。

なお、ＮＯ_ｘの還元では、例えば、以下の式４に示す化学反応により発生するＮＨ_３がＮＯ_ｘと反応する。
（式４）（ＮＨ_２）_２ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ→２ＮＨ_３＋ＣＯ_２
すなわち、尿素分子が排気熱で加水分解されることでＮＨ_３が生成される。そして、尿素分子の加水分解で発生したＮＨ_３と、触媒５に選択的に吸着されたＮＯ_ｘとの間で式１〜式３の化学反応が起こることで、ＮＯ_ｘが還元、浄化される。

ところで、添加弁１は、６００℃もの高温度となる排気管２に、直接、取り付け固定される。具体的に、添加弁１は、先端部にて排気管２と接触するように排気管２に取り付け固定される。これにより、排気管２と添加弁１との接触による伝熱や、排気管２の内部を流通する排気と添加弁１の先端部との間の伝熱によって、添加弁１の内部を流通する尿素水が加熱される。このため、尿素水の蒸発、凝固などが生じ、狙い量の還元剤が排気流れ中に添加できなくなる虞がある。

そこで、実施例１の添加弁１は、排気管２に直接に取り付け固定されても、尿素水の蒸発、凝固などを阻止できるように構成が工夫されている。このような添加弁１の特徴的な構成について、図２を用いて説明する。なお、図２は、図１に示す添加弁１の断面構成を示す構成図である。

添加弁１は、駆動部２５と弁体部２６とを備える電磁式開閉弁である。駆動部２５は、電磁ソレノイド２７を有し、ターミナル２８から通電される。また、弁体部２６は、ケーシング２９に収容されたニードル３０と、ケーシング２９の先端側に組み付けられてニードル３０の先端部を摺動自在に支持するノズルボディ３１と、ニードル３０を閉弁方向に付勢するコイルバネ３２と、ケーシング２９およびノズルボディ３１の外周側に配される外周カバー３３とを有する。そして、ケーシング２９、ノズルボディ３１および外周カバー３３は、添加弁１の弁ボディをなす。

ケーシング２９およびノズルボディ３１の内部には、吸入口３７から取り込んだ尿素水を流通させるための尿素水流路３８、３９が設けられ、尿素水流路３８、３９にニードル３０が収容されている。ここで、吸入口３７には配送管１２が接続され、配送管１２から尿素水流路３８、３９に尿素水が流入する。また、尿素水流路３８、３９は、各々、ケーシング２９、ノズルボディ３１の内部に円筒状に形成され、同軸的に連続する１つの流路をなす。また、軸心を含む添加弁１の切断面を想定すると、尿素水流路３８、３９の流路断面は、軸方向長さが径方向長さよりも大幅に長い長尺形状である。そして、尿素水流路３８、３９は、配送管１２を通じて供給される尿素水を噴孔１７に導くための還元剤供給室に相当する。

次に、図３および図４を用いて添加弁１の先端部について説明する。図３は、図２に示す添加弁１の先端部の構成を示す断面図であり、図４は、図３に示す添加弁１の先端部の内部における尿素水の流れを示す説明図である。
ノズルボディ３１の最先端部には噴孔１７が設けられ、噴孔１７の直近の上流側に、ニードル３０の先端部が着座する弁座部４１が設けられている。なお、ニードル３０の先端部は、当接部４２が弁座部４１に当接することでノズルボディ３１に着座する。そして、尿素水流路３８、３９に流入した尿素水は、ニードル３０の軸方向に沿って噴孔１７に向かう軸方向流れを形成する。

また、添加弁１の先端部では、ＥＣＵ１４から指示された指令噴射量と実噴射量とを高精度に略一致させるため、弁座部４１、当接部４２、およびニードル３０とノズルボディ３１との間の摺動隙間が高精度に加工されたり、設定されたりしている。すなわち、添加弁１の先端部は、極めて高精度に設けられ、排気中のＮＯｘ量に応じて算出される指令噴射量に応じた還元剤の噴射量を調整する「調量機構部」として機能する。

ケーシング２９およびノズルボディ３１と外周カバー３３との間には、外側流路４４が設けられている。外側流路４４は、弁座部４１と隣り合う位置まで延設される還元剤副室をなす。つまり、還元剤副室は、弁ボディの内部に形成される室空間であり、弁座部４１と隣り合う位置まで延設されている。

外側流路４４は、尿素水流路３８、３９を外周側で包囲するように設けられ、尿素水流路３８、３９とケーシング２９の一部およびノズルボディ３１により区分けられる。また、外側流路４４は、尿素水流路３８、３９と同軸の円環状に設けられている。ここで、外側流路４４と尿素水流路３８、３９とを区分けるケーシング２９の一部およびノズルボディ３１は、弁ボディの先端をなす外周カバー３３の先端と当接しており、外周カバー３３の先端との間で熱伝導可能に設けられる壁部をなす。また、軸心を含む添加弁１の切断面を想定すると、外側流路４４の流路断面は、軸心を挟んで互いに対称な２つの長尺形状である。すなわち、軸心の両側に配される各々の外側流路４４の流路断面は、軸方向長さが径方向長さよりも大幅に長い。

さらに、軸心を含む添加弁１の切断面において、尿素水流路３８、３９の流路断面と外側流路４４の流路断面とは、互いに平行である。すなわち、尿素水流路３８、３９の流路断面の長手方向、および外側流路４４の流路断面の長手方向は、両方とも軸方向を向いている。

また、壁部をなすノズルボディ３１の先端部には、ほぼ弁座部４１と隣り合う位置において、尿素水流路３８、３９と外側流路４４とを流路接続する連通路４６が設けられている。そして、連通路４６により、尿素水流路３９を噴孔１７に向かう軸方向流れから、外側流路４４に向かう流れが分岐し、尿素水流路３９から外側流路４４に向かう流れが循環流れをなす。

次に、図５を用いて連通路４６の配設構成を説明する。図５は、図３に示す先端部のＡ−Ａ断面を示す断面図である。尿素水流路３９と外側流路４４とは、複数の連通路４６により流路接続されている。個々の連通路４６は、尿素水流路３９の外周面および外側流路４４の内周面に開口しており、外側流路４４の内周面における開口部は、略同等の周方向ピッチとなるように設けられている。そして、実施例１の添加弁１では、全周３６０°を４等分し、９０°の周方向ピッチが設定された４個の連通路４６が設けられている。

また、ケーシング２９の反先端部には、図２に示すように、外側流路４４と添加弁１の外部とを接続する戻り流路４８が設けられている。そして、戻り流路４８の外部への開口部に戻り管１３が接続され、外側流路４４から戻り流路４８を介して戻り管１３に還元剤が流出する。

尿素水流路３８、３９に供給される尿素水は噴孔１７に向かって流れる。この流通の方向は、図４に「Ｂ流れ」として示される。「Ｂ流れ」は、連通路４６の開口部よりも上流側で「Ｃ流れ」と「Ｄ流れ」とに分流し、吸入口３７から取り込んだ尿素水の内の一部が「Ｄ流れ」として連通路４６および外側流路４４に流入する。なお、「Ｃ流れ」は、尿素水流路３９において連通路４６の開口部よりも下流側に向かい噴孔１７より噴射される流れである。そして、外側流路４４の尿素水は、戻り流路４８に流入して外部の戻り管１３に向かう「Ｅ流れ」を形成する。ここで、「Ｄ流れ」は、ノズルボディ３１の反先端側、つまり反噴孔側に向かう流れであり、「Ｂ流れ」とは尿素水の流通方向が逆である。

〔実施例１の作用効果〕
エンジンの始動により、圧送ポンプ１０は、添加弁１への還元剤の圧送を開始する。ここで、ＥＣＵ１４は、温度センサ２２の検出値から尿素水タンク９の尿素水が流動可能であるか否かを判断する。そして、ＥＣＵ１４は、尿素水が流動可能であると判断すると、ＥＣＵ１４の内部に設けられた駆動回路により圧送ポンプ１０を駆動する信号を出力する。

圧送ポンプ１０が駆動されると、尿素水タンク９の尿素水は、配送管１２に送出されてレギュレータ１９により添加弁１への供給圧力を調圧された後、フィルタ１１を経由して添加弁１の吸入口３７に圧送される。吸入口３７に圧送された尿素水は、尿素水流路３８、３９に導かれる。尿素水流路３８、３９に導かれた尿素水は、ＥＣＵ１４から電磁ソレノイド２７への通電指令が出力されているか否かに係わらず、常に、全部または一部が連通路４６を通じて外側流路４４に流入する。

外側流路４４に流入した尿素水は、戻り流路４８を通じて戻り管１３に送出され、尿素水タンク９に戻される。このように、尿素水タンク９の尿素水は、圧送ポンプ１０により配送管１２を通じて添加弁１に圧送されると、常に、添加弁１の内部を上記の経路を辿った後に戻り管１３を通じて尿素水タンク９に戻る。すなわち、圧送ポンプ１０が駆動されると、尿素水タンク９と添加弁１との間を尿素水が循環する循環流れが形成される。

実施例１では、添加弁１に供給される尿素水を、全量、添加弁１の内部に流通させ、この全量の内の全部または一部を、循環流れとして添加弁１の内部（中心部）から外部（外周側）に向けて流通させる。そして、実施例１では、循環流れとして添加弁１の内部から外部に向かう尿素水の経路を工夫することで、添加弁１の先端部、特に先端部の内部の温度上昇を循環流れにより効率的に抑制するとともに、排気流れ中に尿素水を安定供給する。

そして、添加弁１の先端部の内部の温度上昇を抑制することで、尿素水の蒸発、凝固などを回避できるとともに、「調量機構部」として極めて重要な弁座部４１の近傍において、高温化や温度ばらつきの拡大を抑制することができる。そして、「調量機構部」の温度が安定することで「調量機構部」が正常に機能し、排気流れ中に尿素水が安定供給される。
以下に、実施例１の添加弁１において尿素水の経路を工夫した点と、この工夫による効果を述べる。

外側流路４４は、弁座部４１と隣り合う位置まで延設されている。これにより、添加弁１において最も高温度になるとともに「調量機能部」として機能する先端部の内部に循環流れを導入できるので、先端部の温度上昇を効率的に抑制できる。また、外側流路４４は、壁部としてのノズルボディ３１により尿素水流路３８、３９と区分けられている。これにより、尿素水流路３８、３９の尿素水と外側流路４４の尿素水とが混合しなくなり、尿素水流路３８、３９から噴孔１７に至る尿素水の流れが安定するので、噴孔１７からの尿素水の噴射状態も安定する。さらに、ノズルボディ３１は、先端側の外周カバー３３との間で熱伝導可能に配されているので、尿素水の循環流れによりノズルボディ３１の先端側の温度上昇が抑制される。

そして、ノズルボディ３１の先端側の熱は、循環流れに伝達されて「Ｅ流れ」（図４参照）として添加弁１の外部に放出される。なお、ノズルボディ３１は、熱伝導率が高い素材（例えば、クロム鋼）により設けられ、自身を経由する伝熱がさらに促進されるように設けられている

外側流路４４は、ノズルボディ３１を介して尿素水流路３８、３９を外周側で包囲するように形成される。これにより、ケーシング２９、ノズルボディ３１および外周カバー３３等からなる弁ボディの内部に、外側流路４４の配設領域を大きく確保できるので、ノズルボディ３１を介した循環流れによる除熱を促進することができる。

連通路４６は、弁座部４１と隣り合う位置で尿素水流路３９と外側流路４４とを流路接続する。これにより、尿素水流路３９から外側流路４４に流入する循環流れは、ノズルボディ３１からの受熱量が少ない状態で、弁座部４１と隣り合う位置を通過することができる。このため、尿素水の循環流れによりノズルボディ３１の先端部の温度上昇をさらに効率的に抑制できる。

戻り流路４８は、ノズルボディ３１の反先端側にて、外側流路４４と戻り管１３とを流路接続する。すなわち、外側流路４４における「Ｄ流れ」は、尿素水流路３９における「Ｂ流れ」とは逆に反先端側に向かい、ノズルボディ３１の反先端側にて戻り管１３に流入して尿素水タンク９に戻る。

軸心を含む添加弁１の切断面において、尿素水流路３８、３９の流路断面は長尺形状であり、外側流路４４の流路断面は、軸心を挟んで互いに対称な２つの長尺形状である。すなわち、尿素水流路３８、３９の流路断面、および軸心の両側に配される各々の外側流路４４の流路断面は、軸方向長さが径方向長さよりも大幅に長い。これにより、尿素水流路３８、３９、および外側流路４４を流通する尿素水の各流れと壁部としてのノズルボディ３１とが接する行程を長くすることができるので、尿素水流路３８、３９とノズルボディ３１との間、および外側流路４４とノズルボディ３１との間の伝熱面積を大きくすることができる。

円筒状の尿素水流路３８、３９の外周側に、円環状、かつ尿素水流路３８、３９と同軸の外側流路４４が形成される。これにより、壁部としてのノズルボディ３１と外側流路４４との間の径方向の伝熱量を全周において均等化することができる。このため、ノズルボディ３１の先端部における周方向の温度ばらつきが抑制され、ニードル３０のノズルボディ３１に対する摺動動作を安定させることができる。

また、複数の連通路４６が略同等の周方向ピッチになるように配設される。これにより、尿素水流路３８、３９から外側流路４４に向けて径方向外側に流通する尿素水の循環流れを均等に分散することができる。このため、ノズルボディ３１の周方向の温度ばらつきをさらに抑制できる。

以上により、先端ほど高温度になる添加弁１の先端部、特に、先端部の内部の温度上昇を抑制し、先端部における還元剤の蒸発、凝固の抑制のみならず、「調量機構部」として重要な弁座部４１の近傍の過昇温、および周方向の温度ばらつきを抑制することにより、
指令噴射量と実噴射量とを高精度に略一致させて尿素水を安定供給することができる。

〔変形例〕
図６は、変形例の添加弁１の先端部における尿素水の流れを示す説明図である。なお、実施例１と同じ部分については、同符号を付し説明を省略する。

変形例の連通路４６は、ノズルボディ３１の反先端側で、尿素水流路３９と外側流路４４とを流路接続する。これにより、全量の尿素水が尿素水流路３９を噴孔１７に向かう「Ｂ流れ」は、ノズルボディ３１の反先端側で、噴孔１７に向かう「Ｃ流れ」と、外側流路４４を先端に向かう「Ｄ流れ」とに分岐する。また、「Ｄ流れ」は、外側流路４４の先端で、戻り流路４８を通って尿素水タンク９に向かう「Ｅ流れ」になる。このため、尿素水流路３８、３９の尿素水は、ノズルボディ３１の反先端側にて連通路４６を経由して外側流路４４へ流入して外側流路４４を先端に向かい、さらに外側流路４４の先端で戻り流路４８に流入して尿素水タンク９へ戻る。

これにより、「Ｂ流れ」は、噴孔１７から遠いノズルボディ３１の反先端側で「Ｃ流れ」と「Ｄ流れ」とに分岐する。ここで、「Ｂ流れ」が「Ｃ流れ」と「Ｄ流れ」とに分岐する位置では尿素水の流れが乱れやすいので、このような分岐位置を噴孔１７から遠ざけることで、尿素水の噴射状態をさらに安定させることができる。

排気浄化装置の構成を示す説明図である（実施例１）。 添加弁の断面図である（実施例１）。 添加弁の先端部の断面図である（実施例１）。 添加弁の先端部における尿素水の流れを示す説明図である（実施例１）。 図３のＡ−Ａ断面図である（実施例１）。 添加弁の先端部における尿素水の流れを示す説明図である（変形例）。

符号の説明

１ 添加弁（還元剤添加弁）
９ 尿素水タンク（還元剤供給源）
１７ 噴孔
２９ ケーシング（弁ボディ、壁部）
３０ ニードル（弁体）
３１ ノズルボディ（弁ボディ、壁部）
３３ 外周カバー（弁ボディ）
３８、３９ 尿素水流路（還元剤供給室）
４１ 弁座部
４４ 外側流路（還元剤副室）
４６ 連通路
４８ 戻り流路

Claims (8)

1. 弁ボディの内部に摺動自在に配され、前記弁ボディの先端内部に形成される弁座部に着座および離座し、排気流れ中に開口する噴孔を開閉する弁体と、
   前記弁ボディの内部に設けられ、還元剤供給源より供給される還元剤を前記噴孔に供給可能となるように形成される還元剤供給室とを備え、
   前記弁体の位置が調整されることで、排気流れ中に還元剤を噴射する還元剤添加弁において、
   前記弁ボディの内部に形成される室空間であって、前記弁座部と隣り合う位置まで延設される還元剤副室と、
   前記還元剤供給室と前記還元剤副室とを接続する連通路と、
   前記還元剤副室の還元剤が前記還元剤供給源に戻るために設けられる流路の一部であって、前記還元剤副室と前記弁ボディの外部とを接続する戻り流路とを備えることを特徴とする還元剤添加弁。
2. 前記還元剤供給室は、前記還元剤供給源から供給された還元剤が前記弁体の軸方向に沿って前記噴孔に向かう軸方向流れを形成するように設けられ、
   前記還元剤副室と前記還元剤供給室とは、前記弁ボディの先端との間で熱伝導可能な壁部により区分けられていることを特徴とする請求項１に記載の還元剤添加弁。
3. 前記還元剤副室は、前記壁部を介して前記還元剤供給室を外周側で包囲するように設けられることを特徴とする請求項２に記載の還元剤添加弁。
4. 前記連通路は、前記弁ボディの先端側にて前記還元剤供給室と前記還元剤副室とを接続し、
   前記戻り流路は、前記弁ボディの反先端側にて前記還元剤副室に接続することを特徴とする請求項１ないし請求項３の内のいずれか１つに記載の還元剤添加弁。
5. 前記連通路は、前記弁ボディの反先端側にて前記還元剤供給室と前記還元剤副室とを接続し、
   前記戻り流路は、前記弁ボディの先端側にて前記還元剤副室に接続することを特徴とする請求項１ないし請求項３の内のいずれか１つに記載の還元剤添加弁。
6. 軸心を含む切断面における前記還元剤供給室および前記還元剤副室の形状は両方ともに、軸方向長さが径方向長さよりも長い長尺形状であり、
   前記切断面における前記還元剤供給室の形状と前記還元剤副室の形状とは、互いに平行であることを特徴とする請求項１ないし請求項５の内のいずれか１つに記載の還元剤添加弁。
7. 前記還元剤供給室は円筒状に設けられ、
   前記還元剤副室は、前記還元剤供給室の外周側で前記還元剤供給室と同軸の円環状に設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項６の内のいずれか１つに記載の還元剤添加弁。
8. 前記還元剤供給室と前記還元剤副室とは、前記還元剤供給室の外周面および前記還元剤副室の内周面に開口する複数の前記連通路により接続され、
   複数の前記連通路は、前記還元剤副室の内周面における開口部が略同等の周方向ピッチとなるように設けられていることを特徴とする請求項７に記載の還元剤添加弁。

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