JP2010031746A

JP2010031746A - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP2010031746A
Application number: JP2008194889A
Authority: JP
Inventors: Tatsuro Koga; 達郎古賀
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-07-29
Filing date: 2008-07-29
Publication date: 2010-02-12

Abstract

【課題】排気の温度に関係なく、噴孔への尿素水の残留、およびこれにともなう噴孔の目詰まりを低減する排気浄化装置を提供する。
【解決手段】排気通路１５を流れる排気に尿素水を噴射するインジェクタ１１は、噴孔から尿素水を噴射した後、同一の噴孔から加圧された空気を噴射する。これにより、尿素水の噴射時に噴孔に残留した尿素水は、その後に噴射される空気によって噴孔から除去される。そのため、内燃機関１４の運転の停止にともないインジェクタ１１からの尿素水の噴射が終了した後、噴孔およびその周囲への尿素水の残留、および残留した尿素水を由来とする尿素の結晶の析出が低減される。したがって、排気の温度あるいは内燃機関１４の運転状態に関わらず、析出した尿素の結晶による噴孔の目詰まりを低減することができ、確実な尿素水の噴射を確保することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気浄化装置に関し、特に排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する排気浄化装置に関する。

内燃機関、特にディーゼルエンジンから排出されるＮＯｘを還元する排気浄化装置として、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システムが公知である。ＳＣＲシステムを用いた排気浄化装置は、例えば尿素の水溶液である尿素水を還元剤として排気へ噴射することにより、排気に含まれるＮＯｘを選択的に窒素や水に還元する。一方、尿素水は、水分が蒸発することにより、含まれている尿素が結晶として析出する。析出した尿素は、排気通路を形成する排気管や噴射弁などに堆積し、動作不良の原因となる。そこで、特許文献１では、尿素水を噴射する噴射弁を排気で加熱し、噴射弁に付着している尿素を熱分解している。これにより、特許文献１では、噴射弁に対する尿素の堆積の低減を図っている。

しかしながら、特許文献１の場合、噴射弁は排気によって加熱される。そのため、例えば内燃機関の運転を停止した後など、排気の温度が低いとき、噴射弁に付着した尿素を除去することは困難である。そのため、噴射弁の噴孔に付着した尿素が結晶となって析出し、噴孔の目詰まりを招くという問題がある。
特開２００７−７８２号公報

そこで、本発明の目的は、排気の温度に関係なく、噴孔への尿素水の残留、およびこれにともなう噴孔の目詰まりを低減する排気浄化装置を提供することにある。

請求項１記載の発明では、切換機構部はインジェクタの噴孔へ尿素水または加圧気体のいずれか一方を切り換えて供給する。そのため、噴孔から尿素水を噴射した後、この噴孔から加圧気体を噴射することにより、噴孔に残留する尿素水は後に噴射される加圧気体によって除去される。これにより、噴孔から尿素水を噴射しても、引き続き噴射される加圧気体によって噴孔に残留する尿素水は低減する。したがって、排気の温度に関係なく、噴孔への尿素水の残留、およびこれにともなう噴孔の目詰まりを低減することができる。

請求項２記載の発明では、切換機構部は内燃機関が運転を停止しているとき、噴孔へ加圧気体を供給する。内燃機関が運転しているとき、インジェクタの噴孔からは継続的に尿素水が噴射される。そのため、尿素の結晶は、継続的な尿素水の噴射によって噴孔に堆積しにくい。一方、内燃機関が運転を停止すると、噴孔からの尿素水の噴射も停止する。そのため、噴孔に残留した尿素水は水分が蒸発し、尿素の結晶が噴孔に堆積しやすくなる。そこで、内燃機関が停止しているとき噴孔へ加圧気体を供給することにより、噴孔に残留する尿素水は加圧気体によって除去される。したがって、噴孔への尿素水の残留、およびこれにともなう噴孔の目詰まりを低減することができる。

請求項３から６のいずれか一項記載の発明では、インジェクタに第一ニードルおよび第二ニードルを設けることにより、尿素水または加圧気体のいずれか一方を、同一の噴孔から異なる時期に噴射する。これにより、尿素水を噴射した噴孔は、後に噴射される加圧気体によって洗浄される。したがって、排気の温度に関係なく、噴孔への尿素水の残留、およびこれにともなう噴孔の目詰まりを低減することができる。また、請求項３から８のいずれか一項記載の具体的な構成により、尿素水または加圧気体のいずれか一方に切り換えながら噴孔から噴射することができる。

以下、本発明による排気浄化装置の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による排気浄化装置を図１に示す。排気浄化装置１０は、インジェクタ１１、尿素水供給部１２および加圧気体供給部１３を備えている。排気浄化装置１０は、尿素水供給部１２から供給されてインジェクタ１１から噴射された尿素水を用いて内燃機関１４の排気通路１５を流れる排気に含まれるＮＯｘを分解する。内燃機関１４は、例えばディーゼルエンジンをはじめとして、ガソリンエンジンあるいはガスタービンエンジンなどが適用される。排気管部１６は、筒状であり、内側に排気通路１５を形成している。排気通路１５は、一方の端部が内燃機関１４に接続している。また、排気通路１５は、内燃機関１４と反対側の端部が大気に開放されている。排気浄化装置１０は、排気通路１５においてインジェクタ１１よりも大気への開放側にＳＣＲ触媒１７を有している。排気浄化装置１０の排気通路１５には、ＳＣＲ触媒１７だけでなく、酸化触媒１８およびＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）１９が設けられている。また、排気通路１５には、その他の触媒およびフィルタを設けてもよい。内燃機関１４から排出された排気は、排気管部１６が形成する排気通路１５を経由して大気中へ放出される。

尿素水供給部１２は、尿素水タンク２１、尿素水ポンプ２２、圧力調整部２３および尿素水通路部２４を有している。尿素水タンク２１は、尿素水すなわち尿素の水溶液を貯えている。尿素水ポンプ２２は、尿素水タンク２１に貯えられている尿素水をインジェクタ１１へ供給する。圧力調整部２３は、尿素水ポンプ２２によってインジェクタ１１へ供給される尿素水の圧力を調整する。尿素水通路部２４は、尿素水タンク２１とインジェクタ１１との間を接続している。

加圧気体供給部１３は、加圧気体ボンベ２５、加圧気体ポンプ２６、圧力調整部２７および加圧気体通路部２８を有している。加圧気体ボンベ２５は、加圧気体を貯えている。加圧気体としては、例えば空気、または窒素やアルゴンなどの不活性気体などを適用可能である。加圧気体として例えば空気を用いる場合、内燃機関１４を搭載する車両に設けられている図示しないコンプレッサなどから加圧した空気を加圧気体ボンベ２５に供給する構成としてもよい。加圧気体ポンプ２６は、加圧気体ボンベ２５に貯えられている加圧気体をインジェクタ１１へ供給する。圧力調整部２７は、加圧気体ポンプ２６によってインジェクタ１１へ供給される加圧気体の圧力を調整する。加圧気体通路部２８は、加圧気体ボンベ２５とインジェクタ１１との間を接続している。なお、加圧気体ボンベ２５に貯えている加圧気体の圧力をインジェクタ１１からの噴射圧力よりも高く設定している場合、加圧気体ポンプ２６を設けなくてもよい。

排気浄化装置１０は、例えばＥＣＵ（Electronic Control Unit）などの制御部２９を備えている。制御部２９は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭから構成されているマイクロコンピュータを有している。制御部２９は、例えば図示しないアクセルの開度を検出するアクセル開度センサや内燃機関１４の回転数を検出する回転数センサなどに接続している。制御部２９は、これらのアクセル開度センサや回転数センサなどから出力された信号に基づいて内燃機関１４の運転状態を検出する。制御部２９は、検出した内燃機関１４の運転状態に基づいて、尿素水ポンプ２２、圧力調整部２３、加圧気体ポンプ２６および圧力調整部２７を制御する。これにより、制御部２９は、尿素水タンク２１からインジェクタ１１へ供給される尿素水の圧力、および加圧気体ボンベ２５からインジェクタ１１へ供給される加圧された気体の圧力を内燃機関１４の運転状態に基づいて制御する。

インジェクタ１１は、排気通路１５における排気の流れ方向において内燃機関１４よりも下流側であって、ＳＣＲ触媒１７よりも上流側に設けられている。第１実施形態の場合、インジェクタ１１は、排気通路１５において酸化触媒１８とＳＣＲ触媒１７との間に設けられている。インジェクタ１１は、排気通路１５を流れる排気に尿素水を噴射する。これにより、インジェクタ１１から噴射された尿素水は、排気に混合されてＳＣＲ触媒１７へ流入する。

インジェクタ１１は、排気通路１５を流れる排気に尿素水供給部１２から供給された尿素水または加圧気体供給部１３から供給された加圧気体を異なる時期に噴射する。インジェクタ１１は、図２に示すように第一ニードル４１、第二ニードル４２、ノズル４３、ハウジング４４、第一駆動部４５および第二駆動部４６を備えている。ノズル４３は、図３に示すように筒状に形成されている。ノズル４３は、内周側に先端に行くにつれて内径が縮小する円錐台状の内周壁４７を有している。ノズル４３は、この内周壁４７と外周壁４８とを接続する噴孔４９を形成している。噴孔４９は、一方の端部が内周壁４７に開口し、他方の端部が外周壁４８に開口している。インジェクタ１１を排気管部１６に取り付けたとき、噴孔４９は排気管部１６が形成する排気通路１５に位置している。噴孔４９は、ノズル４３は、円錐台状の内周壁４７において噴孔４９の端部が開口する位置よりも大径側すなわち先端とは反対側に大径弁座５１を有している。また、ノズル４３は、円錐台状の内周壁４７において噴孔４９が開口する位置よりも小径側すなわち先端側に小径弁座５２を有している。これにより、円錐台状の内周壁４７は、先端側へ向けて大径弁座５１、噴孔４９および小径弁座５２の順に有している。また、大径弁座５１の内径は、小径弁座５２の内径よりも大きくなる。ノズル４３は、円錐台状の内周壁４７の先端側にサック部５３を有している。ノズル４３は、サック部５３と反対側の端部において、その径方向外側からさらにサック部５３と反対側へ伸びる円筒状の内周壁５４を有している。なお、ノズル４３は、サック部５３を有していなくてもよい。

ノズル４３およびハウジング４４の内側には、第一ニードル４１および第二ニードル４２が設けられている。第一ニードル４１は、第二ニードル４２の外周側に設けられている。第一ニードル４１および第二ニードル４２は、いずれもノズル４３の円錐台状の内周壁４７と同軸上に設けられている。第一ニードル４１は、筒状に形成され、ノズル４３との間すなわちノズル４３の円筒状の内周壁５４との間に第一流体通路５５を形成している。第一ニードル４１は、先端の円錐台状の外壁に第一シール部５６を有している。第一シール部５６は、ノズル４３の内周壁４７に形成されている大径弁座５１に着座可能である。

第二ニードル４２は、第一ニードル４１の内周側に設けられている。第二ニードル４２は、筒状に形成され、内側に第二流体通路５７を形成している。第二ニードル４２は、先端の円錐台状の外壁に第二シール部５８を有している。第二シール部５８は、ノズル４３の内周壁４７に形成されている小径弁座５２に着座可能である。第二ニードル４２の外径は、第一ニードル４１の内径よりもわずかに小さい。これにより、第一ニードル４１と第二ニードル４２とは、摺動可能であり、相対的に軸方向へ移動可能である。

ハウジング４４は、第一ニードル４１および第二ニードル４２をノズル４３とともに収容している。ハウジング４４は、図２に示すように内側に流体通路６１、背圧室６２、背圧通路６３、リーク通路６４および流体通路６５を形成している。流体通路６１は、一方の端部が第一流体通路５５に接続するとともに、他方の端部が尿素水供給部１２の尿素水通路部２４に接続している。これにより、尿素水通路部２４を経由してインジェクタ１１に供給された尿素水は、流体通路６１を経由して第一流体通路５５へ供給される。流体通路６１は、絞り６６を経由して背圧室６２に接続している。これにより、流体通路６１へ供給された尿素水は、一部が背圧室６２へ供給される。

背圧室６２は、例えばコイルスプリングなどの弾性部材６７を収容している。弾性部材６７は、全長が増大する方向の力を有しており、一方の端部が第一ニードル４１に接し、他方の端部が背圧室６２に設けられているワッシャ６８に接している。これにより、第一ニードル４１は、弾性部材６７によって第一シール部５６が大径弁座５１へ着座する方向へ押し付けられている。背圧室６２は、背圧通路６３を経由してリーク通路６４に接続している。

第一駆動部４５は、ハウジング４４の内側に収容されている。第一駆動部４５は、コイル７１、リーク弁７２および弾性部材７３を有している。コイル７１は、樹脂製のスプール７４に巻かれており、制御部２９によって通電がオンまたはオフされる。リーク弁７２は、磁性体で形成され、背圧通路６３とリーク通路６４との接続部分を開閉する。背圧通路６３のリーク通路６４側の端部には、弁座７５が設けられている。リーク弁７２は、弁座７５に着座することにより背圧通路６３とリーク通路６４との間を遮断し、弁座７５から離座することにより背圧通路６３とリーク通路６４との間を開放する。弾性部材７３は、リーク弁７２を背圧通路６３とリーク通路６４との間を遮断する方向、すなわちリーク弁７２を弁座７５側へ押し付けている。

制御部２９からコイル７１へ通電すると、コイル７１とリーク弁７２との間に発生した磁気吸引力により、リーク弁７２は弾性部材７３の押し付け力に抗してコイル７１側へ移動する。そのため、背圧通路６３とリーク通路６４とは接続される。リーク通路６４は、背圧通路６３とは反対側が尿素水タンク２１に接続している。これにより、リーク弁７２がコイル７１側へ移動すると、背圧室６２の尿素水は背圧通路６３およびリーク通路６４を経由してインジェクタ１１の外部へ流出し、尿素水タンク２１へ戻される。

第二駆動部４６は、ハウジング４４の内側に収容されている。第二駆動部４６は、コイル７６、ドライブピン７７および弾性部材７８を有している。コイル７６は、樹脂製のスプール７９に巻かれており、制御部２９によって通電がオンまたはオフされる。ドライブピン７７は、磁性体で形成され、コイル７６とは反対側の端部が第二ニードル４２の噴孔４９とは反対側の端部に接続している。弾性部材７８は、ドライブピン７７を経由して第二ニードル４２を小径弁座５２側へ押し付けている。制御部２９からコイル７６へ通電すると、コイル７６とドライブピン７７との間に発生した磁気吸引力により、ドライブピン７７および第二ニードル４２は弾性部材７８の押し付け力に抗してコイル７６側へ移動する。ドライブピン７７は、ハウジング４４が形成する孔部８１の内側を軸方向へ往復移動可能である。ドライブピン７７は、軸方向の途中にガイド部８２を有している。ガイド部８２は、外壁の一部が孔部８１を形成するハウジング４４の内壁と摺動可能である。これにより、ドライブピン７７は、ガイド部８２によってハウジング４４に案内されつつ軸方向へ移動する。また、第二ニードル４２も、孔部８１を形成するハウジング４４の内壁と一部が摺動し、軸方向の移動が案内される。

第二ニードル４２が形成する第二流体通路５７は、噴孔４９とは反対側の端部がハウジング４４の孔部８１の内側に形成される気体室８３に接続している。気体室８３は、第二ニードル４２が形成する第二流体通路５７に接続するとともに、ハウジング４４を径方向へ貫く流体通路６５に接続している。流体通路６５は、ハウジング４４が形成する気体室８３と加圧気体供給部１３の加圧気体通路部２８とを接続している。これにより、加圧気体供給部１３から供給される加圧気体は、流体通路６５を経由して気体室８３に供給される。ガイド部８２は、一部が面取りされているため、気体室８３へ供給された加圧気体は、ガイド部８２の外壁とハウジング４４の内壁との間を経由して第二ニードル４２の第二流体通路５７へ流入する。

上記の構成によるインジェクタ１１の場合、第一ニードル４１の第一シール部５６がノズル４３の大径弁座５１から離座するとともに、第二ニードル４２の第二シール部５８がノズル４３の小径弁座５２に着座しているとき、第一流体通路５５と噴孔４９との間が接続し、第二流体通路５７と噴孔４９との間が遮断される。そのため、噴孔４９は第一流体通路５５とのみ接続し、噴孔４９からは尿素水が噴射される。一方、第一ニードル４１の第一シール部５６がノズル４３の大径弁座５１に着座するとともに、第二ニードル４２の第二シール部５８がノズルの小径弁座５２から離座しているとき、第一流体通路５５と噴孔４９との間が遮断され、第二流体通路５７と噴孔４９との間が接続する。そのため、噴孔４９は第二流体通路５７とのみ接続し、噴孔４９からは加圧気体が噴射される。このように、インジェクタ１１の噴孔４９からは、尿素水または加圧気体が切り換えられつつ噴射される。すなわち、インジェクタ１１は、特許請求の範囲の切換機構部を構成している。

次に、上記の構成による排気浄化装置１０の作動について説明する。
第１実施形態の場合、インジェクタ１１は、尿素水および加圧気体として空気を噴射する。制御部２９は、内燃機関１４が運転されているとき、インジェクタ１１から尿素水を噴射する。尿素水は、インジェクタ１１の噴孔４９から噴射される。噴孔４９から噴射された尿素水は、排気通路１５を流れる排気に混合される。排気に混合された尿素水は、排気とともにＳＣＲ触媒１７へ流入する。これにより、ＳＣＲ触媒１７では、排気に含まれるＮＯｘが窒素および水に還元される。尿素水は、内燃機関１４が運転されているとき、継続的に排気へ噴射される。

内燃機関１４が運転を停止すると、制御部２９はインジェクタ１１からの尿素水の噴射を停止するとともに、加圧された空気を噴射する。インジェクタ１１から尿素水を噴射する場合、尿素水の一部はインジェクタ１１の噴孔４９に残留する。インジェクタ１１は、噴孔４９を含むノズル４３の先端が排気通路１５に露出しているため、噴孔４９の近傍は高温の排気に晒される。その結果、尿素水の噴射が停止すると、噴孔４９の近傍に残留する尿素水の水分は蒸発し、噴孔４９には尿素水に含まれる尿素の結晶が析出する。噴孔４９に析出した尿素の結晶は、噴孔４９の目詰まりの原因となり、その後の尿素水の噴射を妨げるおそれがある。

第１実施形態の場合、インジェクタ１１は、尿素水の噴射を停止した後、同一の噴孔４９から加圧された空気を噴射する。これにより、噴孔４９およびその周辺に残留する尿素水は、加圧された空気によって除去される。すなわち、噴孔４９および噴孔４９の周辺は、加圧された空気によって洗浄される。その結果、目詰まりの原因となる尿素の結晶の噴孔４９への付着は低減される。

次に、インジェクタ１１の作動について説明する。
制御部２９は、インジェクタ１１から尿素水を噴射する時期になるまで第一駆動部４５のコイル７１および第二駆動部４６のコイル７６に通電しない。第一駆動部４５のコイル７１が通電されていないとき、リーク弁７２にはコイル７１側から磁気吸引力が加わらない。そのため、リーク弁７２は、弾性部材７３の押し付け力により弁座７５に着座している。これにより、リーク弁７２は、背圧通路６３とリーク通路６４との間を遮断している。その結果、流体通路６１を経由して尿素水通路部２４から供給された尿素水は、背圧室６２およびノズル４３の第一流体通路５５に貯えられている。この場合、背圧室６２における尿素水の圧力と第一流体通路５５における尿素水の圧力とは同一である。そのため、尿素水から第一ニードル４１に加わる力は、軸方向の両端部においてほぼ同一となる。一方、第一ニードル４１は、背圧室６２に設けられている弾性部材６７によって大径弁座５１に着座する方向へ押し付けられている。これにより、第一ニードル４１が閉弁方向すなわち第一シール部５６が大径弁座５１に着座する方向へ受ける力は、開弁方向すなわち第一シール部５６が大径弁座５１から離座する方向へ受ける力よりも大きくなる。したがって、図４（Ａ）に示すように第一ニードル４１の第一シール部５６は大径弁座５１に着座し、噴孔４９からは尿素水が噴射されない。

また、第二駆動部４６のコイル７６が通電されていないとき、ドライブピン７７にはコイル７６側から磁気吸引力が加わらない。そのため、弾性部材７８は、ドライブピン７７および第二ニードル４２を小径弁座５２側へ押し付けている。これにより、図４（Ａ）に示すように第二ニードル４２の第二シール部５８は、小径弁座５２に着座している。このように、第一駆動部４５および第二駆動部４６に通電していないとき、噴孔４９からは尿素水も加圧された空気も噴射されない。

内燃機関１４の運転が開始され尿素水を噴射する時期になると、制御部２９は第一駆動部４５のコイル７１に通電する。第一駆動部４５のコイル７１に通電すると、発生した磁気吸引力によりリーク弁７２は弁座７５から離座する。これにより、背圧通路６３とリーク通路６４とが接続され、背圧室６２の尿素水は背圧通路６３およびリーク通路６４を経由して排出される。リーク通路６４は大気圧の尿素水タンク２１に接続しているため、背圧室６２の尿素水は第一流体通路５５の尿素水に比較して圧力が低下する。そのため、第一ニードル４１は、背圧室６２の尿素水から受ける力よりも、第一流体通路５５の尿素水から受ける力の方が大きくなる。すなわち、第一ニードル４１は、第一流体通路５５の尿素水から背圧室６２側へ力を受ける。この第一ニードル４１が第一流体通路５５の尿素水から背圧室６２側へ受ける力が弾性部材６７の押し付け力よりも大きくなると、第一ニードル４１は背圧室６２側へ移動する。その結果、図４（Ｂ）に示すように第一シール部５６は大径弁座５１から離座し、第一流体通路５５と噴孔４９とは接続する。このとき、第二駆動部４６のコイル７６には通電されていないため、第二ニードル４２の第二シール部５８は小径弁座５２に着座している。そのため、第二流体通路５７と噴孔４９との間は、遮断されている。これにより、第一駆動部４５のコイル７１に通電すると、噴孔４９から尿素水が噴射される。

制御部２９が第一駆動部４５のコイル７１への通電を停止すると、コイル７１とリーク弁７２との間の磁気吸引力が消滅し、リーク弁７２は弁座７５に着座する。これにより、背圧通路６３とリーク通路６４との間が遮断され、背圧室６２の尿素水の圧力は再び上昇する。そして、背圧室６２の尿素水の圧力と第一流体通路５５の尿素水の圧力とが等しくなると、弾性部材６７の押し付け力により第一ニードル４１の第一シール部５６は大径弁座５１に着座する。これにより、噴孔４９からの尿素水の噴射は終了する。

尿素水の噴射が終了した後、制御部２９は第二駆動部４６のコイル７６に通電する。第二駆動部４６のコイル７６に通電すると、発生した磁気吸引力によりドライブピン７７および第二ニードル４２は弾性部材７８の押し付け力に抗してコイル７６側へ移動する。これにより、図４（Ｃ）に示すように第二ニードル４２の第二シール部５８は小径弁座５２から離座し、第二流体通路５７と噴孔４９とは接続される。このとき、第一駆動部４５のコイル７１には通電されていないため、第一ニードル４１の第一シール部５６は大径弁座５１に着座している。そのため、第一流体通路５５と噴孔４９との間は、遮断されている。これにより、第二駆動部４６のコイル７６に通電すると、噴孔４９から加圧された空気が噴射される。

第二駆動部４６への通電を停止することにより、ドライブピン７７および第二ニードル４２は弾性部材７８の押し付け力により再び小径弁座５２側へ移動する。そして、第二ニードル４２の第二シール部５８は、ノズル４３の小径弁座５２に着座する。したがって、第二流体通路５７と噴孔４９との間が遮断され、加圧された空気の噴射が終了する。

第１実施形態では、インジェクタ１１の第一ニードル４１および第二ニードル４２を独立して駆動することにより、噴孔４９から尿素水を噴射した後、同一の噴孔４９から加圧された空気が噴射される。これにより、尿素水の噴射時に噴孔４９に残留した尿素水は、その後に噴射される空気によって噴孔４９から除去される。そのため、内燃機関１４の運転の停止にともないインジェクタ１１からの尿素水の噴射が終了した後、噴孔４９およびその周囲への尿素水の残留、および残留した尿素水を由来とする尿素の結晶の析出が低減される。したがって、排気の温度あるいは内燃機関１４の運転状態に関わらず、析出した尿素の結晶による噴孔４９の目詰まりを低減することができ、確実な尿素水の噴射を確保することができる。

また、第１実施形態では、インジェクタ１１の第一ニードル４１および第二ニードル４２の独立した駆動によって、噴孔４９からの尿素水または加圧された空気の噴射を切り換えている。そのため、インジェクタ１１に尿素水および加圧された空気を供給することにより、同一の噴孔４９から異なる時期に尿素水または加圧された空気のいずれか一方が噴射される。したがって、異なる種類の流体を個別に噴射することができる。
なお、第１実施形態では、第一流体通路５５に尿素水を供給し、第二流体通路５７に加圧された空気を供給する例について説明した。しかし、第一流体通路５５に加圧された空気を供給し、第二流体通路５７に尿素水を供給する構成としてもよい。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態によるインジェクタのノズルを図５に示す。
第２実施形態によるインジェクタ１１は、第一ニードル１４１、第二ニードル１４２およびノズル１４３を有している。ノズル１４３は、第１実施形態と同様にハウジング４４と接続されている。ノズル１４３は、筒状に形成され、内周側に円錐台状の内周壁１４７を有している。円錐台状の内周壁１４７は、大径弁座１５１および小径弁座１５２を有している。小径弁座１５２は、大径弁座１５１よりも噴孔１４９側すなわち先端側に設けられている。これにより、大径弁座１５１の内径は、小径弁座１５２の内径よりも大きい。ノズル１４３は、この円錐台状の内周壁１４７の先端側にサック部１５３を有している。また、ノズル１４３は、円錐台状の内周壁１４７のサック部１５３とは反対側に円筒状の内周壁１４７を有している。さらに、ノズル１４３は、サック部１５３の先端において内周側と外周壁１４８とを接続する噴孔１４９を有している。

第一ニードル１４１および第二ニードル１４２は、第１実施形態と同様にノズル１４３の内側にノズル１４３と同軸上に設けられている。第一ニードル１４１は、筒状に形成され、ノズル１４３との間すなわちノズル１４３の円筒状の内周壁１５４との間に第一流体通路１５５を形成している。第一ニードル１４１は、外壁に第一シール部１５６を有している。第一シール部１５６は、ノズル１４３の内周壁１４７に形成されている大径弁座１５１に着座可能である。第一流体通路１５５は、加圧気体供給部１３の加圧気体通路部２８に接続している。

第二ニードル１４２は、第一ニードル１４１の内周側に設けられている。第二ニードル１４２は、柱状に形成されている。第二ニードル１４２は、外壁に第二シール部１５８を有している。第二シール部１５８は、ノズル１４３の内周壁１４７に形成されている小径弁座１５２に着座可能である。第二ニードル１４２の外径は、筒状の第一ニードル１４１の内径よりも小さい。これにより、第一ニードル１４１と第二ニードル１４２との間、すなわち第一ニードル１４１の内周壁と第二ニードル１４２の外周壁との間には、第二流体通路１５７が形成されている。第二流体通路１５７は、尿素水供給部１２の尿素水通路部２４に接続している。

第一ニードル１４１は、先端すなわちサック部１５３側の端部に封止部１９０が設けられている。封止部１９０は、第一ニードル１４１の先端に第一ニードル１４１と一体に設けられている。封止部１９０は、第一ニードル１４１から径方向内側すなわち第二ニードル１４２側へ突出している。第一ニードル１４１から突出する封止部１９０は、内周側の端部にシール面１９１を有している。このシール面１９１が第二ニードル１４２の外周壁に接することにより、第一ニードル１４１と第二ニードル１４２との間に形成される第二流体通路１５７は噴孔１４９側の端部が封止部１９０によって封止される。
上述した第一ニードル１４１および第二ニードル１４２は、第１実施形態と同様に第一駆動部４５または第二駆動部４６によって独立して駆動される。すなわち、第一ニードル１４１は第一駆動部４５によって駆動され、第二ニードル１４２は第二駆動部４６によって駆動される。なお、駆動部の構成は、第１実施形態と同様でもよく、周知の電磁的な駆動部の構成を適用してもよい。

次に、第２実施形態によるインジェクタ１１の作動について説明する。
制御部２９は、インジェクタ１１から尿素水を噴射する時期になるまで第一駆動部４５および第二駆動部４６へ駆動指示を出力しない。そのため、図５（Ａ）に示すように第一ニードル１４１は第一シール部１５６が大径弁座１５１に着座し、第二ニードル１４２は第二シール部１５８が小径弁座１５２に着座している。これにより、噴孔１４９からは尿素水も加圧された空気も噴射されない。
尿素水を噴射する時期になると、制御部２９は第二駆動部４６へ駆動の指示を出力する。これにより、第二駆動部４６は、第二ニードル１４２を噴孔１４９とは反対側すなわち図５の上方へ駆動する。第二駆動部４６が第二ニードル１４２を駆動することにより、図５（Ｂ）に示すように第二ニードル１４２の第二シール部１５８はノズル１４３の小径弁座１５２から離座する。一方、制御部２９は、第一駆動部４５へ駆動の指示を出力しない。これにより、第一駆動部４５は、第一ニードル１４１を駆動しない。そのため、第一ニードル１４１の第一シール部１５６は、ノズル１４３の大径弁座１５１に着座している。

このように、第二駆動部４６にのみ通電するとき、第二ニードル１４２のみが上方へ移動するとともに、第一ニードル１４１は第一シール部１５６と大径弁座１５１との着座状態を維持している。そのため、図５（Ｂ）に示すように、封止部１９０のシール面１９１は第二ニードル１４２の外周壁から離間し、封止部１９０による第二流体通路１５７の封止は解除される。その結果、第二流体通路１５７とサック部１５３との間は開放される。これにより、噴孔１４９からは、第二流体通路１５７から流入した尿素水が噴射される。
制御部２９が第二駆動部４６への通電を停止すると、第二ニードル１４２は再び噴孔１４９側へ移動し、第二シール部１５８が小径弁座１５２に着座する。これにより、封止部１９０のシール面１９１は第二ニードル１４２の外周壁に接し、第二流体通路１５７は封止部１９０によって封止される。その結果、噴孔１４９からの尿素水の噴射は停止される。

尿素水の噴射が停止すると、制御部２９は第一駆動部４５および第二駆動部４６へ駆動の指示を出力する。これにより、第一駆動部４５は第一ニードル１４１を噴孔１４９とは反対側すなわち図５の上方へ駆動し、第二駆動部４６は第二ニードル１４２を噴孔１４９とは反対側すなわち図５の上方へ駆動する。第一駆動部４５が第一ニードル１４１を駆動することにより第一ニードル１４１の第一シール部１５６はノズル１４３の大径弁座１５１から離座するとともに、第二駆動部４６が第二ニードル１４２を駆動することにより第二ニードル１４２の第二シール部１５８はノズル１４３の小径弁座１５２から離座する。すなわち、第一駆動部４５および第二駆動部４６は、第一ニードル１４１および第二ニードル１４２を一体に駆動する。そのため、図５（Ｃ）に示すように、第一ニードル１４１および第二ニードル１４２は、封止部１９０のシール面１９１が第二ニードル１４２の外壁に接した状態を維持したまま上方へ移動する。

第一ニードル１４１および第二ニードル１４２が一体となって上方へ移動することにより、第一ニードル１４１の第一シール部１５６は大径弁座１５１から離座するとともに、第二ニードル１４２の第二シール部１５８も小径弁座１５２から離座する。このとき、上述のように第二流体通路１５７は、封止部１９０のシール面１９１と第二ニードル１４２の外周壁とが接することにより噴孔１４９側の端部が封止されている。そのため、サック部１５３は、第一流体通路１５５とのみ接続される。その結果、噴孔１４９からは、第一流体通路１５５から流入した加圧された空気が噴射される。
制御部２９が第一駆動部４５および第二駆動部４６への通電を停止すると、第一ニードル１４１および第二ニードル１４２は再び噴孔１４９側へ移動し、第一シール部１５６が大径弁座１５１に着座し、第二シール部１５８が小径弁座１５２に着座する。これにより、噴孔１４９からの加圧された空気の噴射は停止される。

以上説明した第２実施形態でも、第１実施形態と同様に、インジェクタ１１から尿素水を噴射した後、同一の噴孔１４９から噴孔１４９を洗浄するための加圧された空気が噴射される。これにより、尿素水の噴射時に噴孔１４９に残留した尿素水は、その後に噴射される加圧された空気によって噴孔１４９から除去される。そのため、噴孔１４９およびその周囲への尿素の結晶の析出は低減される。したがって、析出した尿素の結晶による噴孔１４９の目詰まりを低減することができ、確実な尿素水の噴射を確保することができる。
なお、第２実施形態では、第一流体通路１５５に加圧された空気を供給し、第二流体通路１５７に尿素水を供給する例について説明した。しかし、第一流体通路１５５に尿素水を供給し、第二流体通路１５７に加圧された空気を供給する構成としてもよい。

（その他の実施形態）
以上説明した複数の実施形態では、内燃機関１４の運転に応じた継続的な尿素水の噴射が終了した後、加圧された空気を噴射する例について説明した。すなわち、インジェクタ１１の噴孔４９、１４９は、内燃機関１４の運転中に継続的に尿素水を噴射し、内燃機関１４の運転の停止にともなって尿素水の噴射が停止された後、加圧された空気を噴射している。しかし、内燃機関１４の運転に応じてインジェクタ１１の噴孔４９、１４９から断続的に尿素水を噴射し、その尿素水の噴射が停止されるごとに加圧された空気を噴射する構成としてもよい。内燃機関１４は、その運転状態に応じて排気に含まれるＮＯｘの含量が変化する。そのため、排気に含まれるＮＯｘの含量が低いとき、インジェクタ１１は尿素水の噴射を停止する場合がある。このような場合、尿素水の噴射が停止されるごとに加圧された空気をインジェクタ１１の噴孔４９、１４９から噴射することにより、断続的に尿素水の噴射が停止される場合でも、噴孔４９、１４９に残留する尿素水は加圧された空気によって除去される。したがって、噴孔４９、１４９の目詰まりを低減することができる。

また、上述の複数の実施形態では、インジェクタ１１の第一ニードル４１、１４１および第二ニードル４２、１４２をそれぞれ独立して駆動することにより、同一の噴孔４９、１４９から異なる時期に尿素水または加圧された空気を噴射する例について説明した。すなわち、上述の複数の実施形態では、インジェクタ１１が尿素水の噴射と加圧された空気の噴射とを切り換える切換機構部を構成する例について説明した。しかし、インジェクタ１１の尿素水供給部１２および加圧気体供給部１３側に、インジェクタ１１と別体の切換機構部を設け、この切換機構部によりインジェクタ１１へ尿素水または加圧された空気を切り換えて供給する構成としてもよい。この場合、インジェクタ１１は、単一のニードルによって噴孔を開閉することにより、噴孔から尿素水または加圧された空気のいずれか一方を噴射する。

以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

本発明の第１実施形態による排気浄化装置を示す模式図本発明の第１実施形態による排気浄化装置のインジェクタを示す模式的な断面図本発明の第１実施形態による排気浄化装置のインジェクタの要部を示す模式的な断面図本発明の第１実施形態による排気浄化装置のインジェクタの作動を示す模式的な断面図本発明の第２実施形態による排気浄化装置のインジェクタの作動を示す模式的な断面図

符号の説明

図面中、１０は排気浄化装置、１１はインジェクタ（切換機構部）、１４は内燃機関、１５は排気通路、４１は第一ニードル、４２は第二ニードル、４３はノズル、４５は第一駆動部、４６は第二駆動部、４７は内周壁、４８は外周壁、４９は噴孔、５１は大径弁座、５２は小径弁座、５５は第一流体通路、５６は第一シール部、５７は第二流体通路、５８は第二シール部、１４１は第一ニードル、１４２は第二ニードル、１４３はノズル、１４７は内周壁、１４８は外周壁、１４９は噴孔、１５１は大径弁座、１５２は小径弁座、１５３はサック部、１５５は第一流体通路、１５６は第一シール部、１５７は第二流体通路、１５８は第二シール部、１９０は封止部、１９１はシール面を示す。

Claims

内燃機関の排気通路を流れる排気に尿素水を噴射し、排気に含まれる窒素酸化物を還元する排気浄化装置であって、
先端に、前記排気通路に位置する噴孔を有するインジェクタと、
前記噴孔へ尿素水または加圧気体のいずれか一方を切り換えて供給する切換機構部と、
を備えることを特徴とする排気浄化装置。
前記切換機構部は、前記内燃機関が運転を停止しているとき、前記噴孔へ前記加圧気体を供給することを特徴とする請求項１記載の排気浄化装置。
前記切換機構部は、前記インジェクタに設けられ、
筒状に形成され、内周側と外周側とを接続する前記噴孔を有するノズルと、
前記ノズルの内周側に前記ノズルと同軸上に設けられている第一ニードルと、
前記第一ニードルの内周側に前記ノズルおよび前記第一ニードルと同軸上に設けられている第二ニードルと、を有することを特徴とする請求項１または２記載の排気浄化装置。
前記インジェクタは、前記第一ニードルおよび前記第二ニードルを独立して駆動する駆動部を有することを特徴とする請求項３記載の排気浄化装置。
前記切換機構部は、前記インジェクタに設けられ、
筒状に形成され、外周壁、先端に行くにつれて内径が縮小する円錐台状の内周壁、前記外周壁と前記内周壁とを接続する前記噴孔、前記噴孔よりも前記内周壁の大径側に設けられている大径弁座、および前記噴孔よりも前記内周壁の小径側に設けられている小径弁座を有するノズルと、
筒状に形成され、前記ノズルとの間に第一流体通路を形成し、外周壁に前記大径弁座に着座可能な第一シール部を有し、前記ノズルの内周側を軸方向へ往復移動して、前記第一シール部が前記大径弁座に着座することにより前記第一流体通路と前記噴孔との間を遮断し、前記第一シール部が前記大径弁座から離座することにより前記第一流体通路と前記噴孔との間を接続する第一ニードルと、
筒状に形成され、内周側に第二流体通路を形成し、外周壁に前記小径弁座に着座可能な第二シール部を有し、前記第一ニードルの内周側において前記第一ニードルと摺動しつつ軸方向へ往復移動して、前記第二シール部が前記小径弁座に着座することにより前記第二流体通路と前記噴孔との間を遮断し、前記第二シール部が前記小径弁座から離座することにより前記第二流体通路と前記噴孔との間を接続する第二ニードルと、
前記第一ニードルを駆動する第一駆動部と、
前記第二ニードルを前記第一ニードルと独立して駆動する第二駆動部と、
を有することを特徴とする請求項１または２記載の排気浄化装置。
前記切換機構部は、前記インジェクタに設けられ、
筒状に形成され、外周壁、先端に行くにつれて内径が縮小する円錐台状の内周壁、前記円錐台状の内周壁の先端に接続しているサック部、前記サック部を形成する内周壁と前記外周壁とを接続する前記噴孔、前記内周壁において前記サック部側に設けられている小径弁座、前記内周壁において前記小径弁座よりも前記サック部とは反対側に設けられ前記小径弁座よりも内径が大きな大径弁座を有するノズルと、
筒状に形成され、前記ノズルとの間に第一流体通路を形成し、外周壁に前記大径弁座に着座可能な第一シール部を有し、前記ノズルの内周側を軸方向へ往復移動する第一ニードルと、
筒状に形成され、前記第一ニードルとの間に第二流体通路を形成し、外周壁に前記小径弁座に着座可能な第二シール部を有し、前記第一ニードルの内周側を軸方向へ往復移動する第二ニードルと、
前記第一ニードルの先端に前記第二ニードル側へ突出して設けられ、内周側のシール面が前記第二ニードルの外周壁と接することにより前記第二流体通路の前記噴孔側を封止する封止部と、
前記第一ニードルを駆動する第一駆動部と、
前記第二ニードルを前記第一ニードルと独立して駆動する第二駆動部と、を有し、
前記シール面が前記第二ニードルの外周壁に接したまま前記第一ニードルおよび前記第二ニードルのいずれもが前記噴孔側に駆動され、前記第一シール部が前記大径弁座に着座し、前記第二シール部が前記小径弁座に着座しているとき、前記第一流体通路および前記第二流体通路はいずれも前記噴孔との間が遮断され、
前記シール面が前記第二ニードルの外周面に接したまま前記第一ニードルおよび前記第二ニードルのいずれもが前記噴孔と反対側へ駆動され、前記第一シール部が前記大径弁座から離座し、前記第二シール部が前記小径弁座から離座し、前記封止部が前記第二流体通路の前記噴孔側を封止しているとき、前記第一流体通路と前記噴孔との間が接続され、
前記第一ニードルが前記噴孔側へ駆動されるとともに前記第二ニードルが前記噴孔と反対側へ駆動されることにより前記シール面と前記第二ニードルの外周面との接触が解除され、前記第一シール部が前記大径弁座に着座し、前記第二シール部が前記小径弁座から離座しているとき、前記第二通路と前記噴孔との間が接続されることを特徴とする請求項１または２記載の排気浄化装置。