JP2016125472A - 噴霧装置及び排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気浄化装置の排気流路内に還元剤を噴霧する噴霧装置において、噴霧装置の大型化を抑制しつつ還元剤の噴霧態様を変化させる。【解決手段】噴霧装置は、流路形成部と、切替部と、を備える。流路形成部は、供給源から供給された還元剤を噴霧孔へ導く還元剤流路として、噴霧孔からの還元剤の噴霧態様が異なる複数種類の還元剤流路を選択的に形成可能である。切替部は、流路形成部により形成される還元剤流路を切り替える。【選択図】図２

Description

本発明は、排気浄化装置の排気流路内に還元剤を噴霧する噴霧装置に関する。

ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排ガス中には、大気汚染物質である窒素酸化物（ＮＯ_x）が含まれている。こうした排ガスを浄化するための装置として、ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction：選択触媒還元）方式の触媒を有する排気浄化装置が周知である。この種の排気浄化装置は、触媒の浄化性能を高めるために、排気流路内の排ガスに尿素水を噴霧する噴霧装置を備えている。噴霧装置によって排ガス中に噴霧された尿素水は、排ガスの熱により加水分解し、加水分解により生じたアンモニア（ＮＨ₃）が排ガスとともに触媒へ供給される。排ガス中の窒素酸化物は、触媒においてアンモニアと反応し、還元浄化される。

ところで、内燃機関から排気流路に流入する排ガスの流量及び温度は、内燃機関の稼動状態や周囲の環境などによって変動する。このため、例えば排気流路を流れる排ガス流量が少なく排ガス温度が低い状態で、噴霧装置によって尿素水を触媒に噴霧すると、排ガス流量が多く排ガス温度が高い場合に比べて尿素水の加水分解が起こりにくくなる。逆に、排ガス流量が多く排ガス温度が高い場合には、排ガス流量が少なく排ガス温度が低い場合に比べて、排ガスの流れが速くなり、噴霧装置から噴霧された尿素水が排ガスに流されやすくなる。よって、触媒の浄化性能をより向上させるためには、触媒に噴霧する尿素水の噴霧態様も排ガスの状態に合わせて変化させることが望ましい。そこで、尿素水を噴霧装置に供給するポンプを制御することにより、排ガスの状態に合わせ尿素水を好適な粒子径になるよう変化させ、窒素酸化物の浄化率を向上させる構成が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００９−２９３５１３号公報

しかしながら、前述した特許文献１に記載の構成では、尿素水の粒子径を変化させる制御のためにポンプを大型化させる必要があるため、大型化したポンプ設置のためのスペースを余分に確保しなければならない問題があった。

本発明は、噴霧装置の大型化を抑制しつつ還元剤の噴霧態様を変化させることを目的としている。

本発明の一側面は、噴霧装置であって、流路形成部と、切替部と、を備える。流路形成部は、供給源から供給された還元剤を噴霧孔へ導く還元剤流路として、噴霧孔からの還元剤の噴霧態様が異なる複数種類の還元剤流路を選択的に形成可能である。切替部は、流路形成部により形成される還元剤流路を切り替える。

このような構成によれば、還元剤流路を切り替えることで噴霧孔からの還元剤の噴霧態様を変化させることができる。その結果、例えば排ガスの状態に合わせて還元剤の噴霧態様を変化させることが可能となる。

上記構成において、流路形成部は、供給源から供給された還元剤に旋回流を発生させる旋回流路を備え、還元剤に発生させる旋回流の度合いが異なる複数種類の還元剤流路を選択的に形成可能であってもよい。このような構成によれば、還元剤に発生させる旋回流の度合いによって、還元剤の噴霧態様を変化させることができる。

上記構成において、流路形成部は、供給源から還元剤が供給される内部空間及び内部空間に供給された還元剤を外部へ噴霧するための噴霧孔が形成された筐体と、内部空間において移動可能に設けられた可動体と、を備えてもよい。可動体には、流入口から流入した還元剤を流出口へ導く流路であって、旋回流路として機能する内部流路が形成されてもよい。可動体が第１の位置に位置している状態では、可動体により噴霧孔が覆われるとともに、流出口と噴霧孔とが連通して流入口から噴霧孔へ至る還元剤流路が形成されてもよい。また、可動体が第２の位置に位置している状態では、可動体により噴霧孔が覆われず、供給源から供給された還元剤が内部流路を通らずに噴霧孔へ至る還元剤流路が形成されてもよい。そして、切替部は、可動体の位置を第１の位置と第２の位置との間で移動させることにより還元剤流路を切り替えてもよい。このような構成によれば、筐体の内部空間において可動体の位置を移動させる簡素な構成により、還元剤流路を切り替えることができる。

上記構成において、内部流路は、流出口に近づくほど内径が小さくなる形状の絞り流路と、流入口から流入した還元剤を、絞り流路の中心軸方向とは異なる方向から絞り流路における上流側へ供給する供給流路と、を備えてもよい。このような構成によれば、供給流路から絞り流路へ供給された還元剤が、絞り流路によって旋回するように案内されながら流出口へ導かれ、噴霧孔から噴霧される。したがって、還元剤が内部流路を通らずに噴霧孔から直接噴霧される場合と比較して、噴霧角度を大きくしたり、噴霧される粒子径を小さくしたりすることが可能となる。

上記構成において、内部空間は、少なくとも可動体を収容する部分が円柱状に形成され、可動体は、内部空間の内周面にガイドされて中心軸方向へ移動可能に設けられ、中心軸方向から見て円の一部が切り欠かれた形状であり、切欠きによって生じる隙間が還元剤流路として機能してもよい。このような構成によれば、可動体が第２の位置に位置している状態において、筐体と可動体との間に、供給源から供給された還元剤が内部流路を通らずに噴霧孔へ至る還元剤流路を形成することができる。

上記構成において、可動体は、少なくとも一部が強磁性体によって形成され、切替部は、通電されることによって生じる磁力で可動体を移動させてもよい。このような構成によれば、切替部への通電の有無によって可動体を第１の位置と第２の位置との間で移動させ、２つの異なる還元剤流路を切り替えることができる。

また、本発明の別の側面は、排気浄化装置であって、流路部材と、触媒と、拡散部材と、上記噴霧装置と、を備える。流路部材は、排気流路を形成する。触媒は、排気流路を流れる排ガスを浄化する。拡散部材は、排気流路における触媒の上流側に設けられ、排気流路を流れる排ガスを拡散する。噴霧装置は、排気流路における拡散部材の上流側へ還元剤を噴霧する。

このような構成によれば、例えば排ガスの状態に合わせて還元剤の噴霧態様を変化させることで、還元剤を拡散部材により均一に当てて拡散させ、触媒に流入する還元剤の分布の偏りを抑制することができる。

実施形態の排気浄化装置の断面図である。 図２（Ａ）は実施形態の第１の状態での噴霧装置の断面図、図２（Ｂ）は実施形態の第２の状態での噴霧装置の断面図である。 図３（Ａ）は可動体の斜視図、図３（Ｂ）は可動体下部の平面図である。 図４（Ａ）は第１の状態での流路切替装置の断面図、図４（Ｂ）は第２の状態での流路切替装置の断面図である。 図５（Ａ）は第１変形例における可動体下部の平面図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＶＢ-ＶＢ断面図である。 図６（Ａ）は第２変形例における可動体下部の平面図、図６（Ｂ）は図６（Ａ）のVIＢ-VIＢ断面図である。 図７（Ａ）は第３変形例の第１の状態での流路切替装置の断面図、図７（Ｂ）は第３変形例の第２の状態での流路切替装置の断面図である。 図８（Ａ）は第４変形例の第１の状態での流路切替装置の断面図、図８（Ｂ）は第４変形例の第２の状態での流路切替装置の断面図である。 図９（Ａ）は第５変形例の第１の状態での流路切替装置の断面図、図９（Ｂ）は第５変形例の第２の状態での流路切替装置の断面図である。 図１０（Ａ）は第６変形例の第１の状態での流路切替装置の断面図、図１０（Ｂ）は第６変形例の第２の状態での流路切替装置の断面図である。 図１１（Ａ）は第７変形例の第１の状態での流路切替装置の断面図、図１１（Ｂ）は第７変形例の第２の状態での流路切替装置の断面図である。

以下、本発明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１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ものであり、第１の流路部材２と、第２の流路部材３と、触媒４と、噴霧装置５と、拡散部材６と、を備える。なお、以下の説明では、図１を基準に上下左右方向（鉛直方向及び水平方向）を表現するが、あくまでも説明の便宜上の表現であり、排気浄化装置１が設けられる向きは特に限定されない。

第１の流路部材２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、具体的には触媒４へ至る排気流路を形成する。第１の流路部材２は、排気流路における上流側（図１でいう左側）から順に、第１の管部２Ａと、第２の管部２Ｂと、第３の管部２Ｃと、第４の管部２Ｄと、第５の管部２Ｅと、を備える。なお、これら各管部２Ａ〜２Ｅは説明の便宜上の区分であり、第１の流路部材２を構成する部品の区分は特に限定されない。

第１の管部２Ａは、直線状の円管部である。
第３の管部２Ｃは、第１の管部２Ａと内径が同じ直線状の円管部である。ただし、第３の管部２Ｃは、排ガスの流れる方向が第１の管部２Ａと異なる。具体的には、第１の管部２Ａは、排ガスが斜め下方へ流れる流路を形成し、第３の管部２Ｃは、排ガスが水平方向へ流れる流路を形成する。このため、第１の管部２Ａと第３の管部２Ｃとは、側面視において円弧状に湾曲した円管部である第２の管部２Ｂによって、なだらかに連結されている。なお、この例では、第１の管部２Ａの中心軸線である第１の軸線Ｃ１と第３の管部２Ｃの中心軸線である第２の軸線Ｃ２とが交差している。

第５の管部２Ｅは、第３の管部２Ｃと同軸の（第２の軸線Ｃ２を中心軸線とする）直線状の円管部である。ただし、第５の管部２Ｅは、第３の管部２Ｃの内径よりも外径が大きい円柱状の触媒４を収容するために、第３の管部２Ｃよりも内径が大きく形成されている。このため、第３の管部２Ｃと第５の管部２Ｅとは、排気流路の内径を徐々に拡大するための拡径流路を形成する円錐台状の円管部である第４の管部２Ｄによって、なだらかに連結されている。

つまり、触媒４へ至る排気流路として、触媒４の上流側に湾曲流路及び拡径流路を有する排気流路が、第１の流路部材２によって形成されている。
第２の流路部材３は、噴霧装置５により噴霧された（排気流路外の噴霧孔１４から拡散された）還元剤を触媒４よりも上流側の排気流路へ導く還元剤流路を形成する。第２の流路部材３は、第３の管部２Ｃと同軸の（第２の軸線Ｃ２を中心軸線とする）円管部であり、この例では、排気流路へ向かって若干テーパ状に拡径している。第２の流路部材３は、第１の流路部材２における第２の管部２Ｂに接続されており、噴霧装置５により噴霧された還元剤は、第２の管部２Ｂ内を流れる排ガスと合流する。

触媒４は、窒素酸化物を還元する機能を有するＳＣＲ方式の触媒であり、排気流路における拡径流路の下流側（具体的には第５の管部２Ｅ内）に設けられている。
噴霧装置５は、液状の還元剤を噴霧し、第２の流路部材３を介して、排気流路における拡散部材６よりも上流側（具体的には第２の管部２Ｂ内）へ還元剤を供給する。本実施形態では、還元剤として尿素水を噴霧する。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（ＮＨ₃）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、噴霧装置５の具体的な構成については後述する。

拡散部材６は、上流側から流入した排ガスを拡径流路へ拡散するように流出させ、触媒４に流入する排ガスの偏りを抑制する（均一に近づける）ためのものであり、排気流路における拡径流路の上流側（第３の管部２Ｃ内）に設けられている。

次に、噴霧装置５の具体的な構成について説明する。
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、噴霧装置５は、ポンプ１１と、流路切替装置１２と、を備える。

ポンプ１１は、図示しない電子制御装置によって制御され、図示しないタンク内の還元剤（尿素水）を流路切替装置１２に供給する。
流路切替装置１２は、ケース１２１と、可動体１３と、スプリング１２２と、コイル１２３と、を有する。

ケース１２１には、ポンプ１１から還元剤が供給される内部空間１２０と、内部空間１２０に供給された還元剤を外部（本実施形態では第２の管部２Ｂ内）へ噴霧するための噴霧孔１４と、が形成されている。つまり、内部空間１２０は、ポンプ１１から供給された還元剤を噴霧孔１４へ導く流路として機能する。

具体的には、内部空間１２０は、上流側（図２（Ａ）及び図２（Ｂ）でいう上側）から順に、上流流路１２Ａ、中流流路１２Ｂ及び下流流路１２Ｃに区分される。上流流路１２Ａ、中流流路１２Ｂ及び下流流路１２Ｃは、いずれも円柱状の空間であり、中心軸が互いに重なるように（同軸に）形成されている。中流流路１２Ｂは、上流流路１２Ａよりも断面積が大きく、下流流路１２Ｃは、中流流路１２Ｂよりも断面積が大きい。つまり、内部空間１２０は、下流側へ向かって段階的に広がった形状である。

可動体１３は、強磁性体材料（例えばフェライト系ステンレス鋼）によって形成された概略円柱状の部品である。可動体１３には、流入口１３１から流入した還元剤を流出口１３２へ導く内部流路１３Ａが形成されている。

具体的には、図３（Ａ）に示すように、可動体１３は、可動体上部１３３及び可動体下部１３４の２つの異なる部品によって構成されている。可動体上部１３３は、概略円柱状の部品であって、その中心軸方向から見て、円の一部（この例では中心軸を挟む２箇所）に直線状の形状を有する切欠き１３５Ａを形成する。可動体下部１３４は、可動体上部１３３と基本的な形状は同一であり、可動体上部１３３と対応する位置に２つの切欠き１３５Ｂが形成されている。ただし、可動体下部１３４は、内部流路１３Ａを形成するための２つの溝１３６及び１つの貫通孔１３７が形成されている点で、可動体上部１３３と異なる。

貫通孔１３７は、下流側が流出口１３２に近づくほど内径が小さくなる形状（この例では円錐状）の絞り流路を形成する。なお、この例では、流出口１３２は、その内径が噴霧孔１４の内径と同じになるように設計されている。

溝１３６は、図３（Ｂ）にも示すように、切欠き１３５Ｂ側に形成された流入口１３１から流入した還元剤を、貫通孔１３７の中心軸方向とは異なる方向から貫通孔１３７により形成される絞り流路の上流側へ供給する供給流路を形成する。この例では、溝１３６の中心軸が、貫通孔１３７の中心軸に直交する面と平行な方向であって、貫通孔１３７の中心軸と交わらない方向となるように、溝１３６が形成されている。また、この例では、溝１３６は、貫通孔１３７の中心軸方向から見て、供給流路が絞り流路の円の接線となる位置及び向きに形成されている。特に、この例では、２つの溝１３６の中心軸が互いに平行となるように、溝１３６が形成されている。

つまり、内部流路１３Ａは、可動体１３の側面であって切欠き１３５Ｂが形成された２つの平面のそれぞれに形成された２つの流入口１３１から流入した還元剤を合流させて、可動体１３の下流側端面に形成された１つの流出口１３２へ導く流路である。

可動体１３は、切欠き１３５Ａ及び切欠き１３５Ｂの形成されていない部分（円柱を形成する部分）の外径が、下流流路１２Ｃの内径と同じ（正確には下流流路１２Ｃの内径よりもやや小さい）大きさに形成されている。このため、可動体１３は、下流流路１２Ｃの内周面によって中心軸方向以外への移動が制限される。一方、可動体１３は、中心軸方向の長さが下流流路１２Ｃの長さよりも短い。つまり、可動体１３は、下流流路１２Ｃにおいて中心軸方向に沿って移動可能に設けられている。なお、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示される可動体１３は、切欠き１３５Ａ及び切欠き１３５Ｂが形成された部分の断面である。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、切欠き１３５Ａ及び切欠き１３５Ｂによって生じる隙間（可動体１３の外面と下流流路１２Ｃの内周面との間の隙間）が還元剤の流路として機能する。

スプリング１２２は、上流流路１２Ａの内径よりも大きく、中流流路１２Ｂの内径よりも小さい外径であって、内部空間１２０に収容されている。スプリング１２２の上流側端部は、中流流路１２Ｂの上流側端面に当接する。一方、スプリング１２２の下流側端部は、可動体１３の上流側端面に当接する。つまり、スプリング１２２は、可動体１３を下流側方向に付勢する。なお、本実施形態では、可動体上部１３３及び可動体下部１３４は、スプリング１２２によって可動体上部１３３が可動体下部１３４側に付勢されることにより、互いに当接する。ただし、これに限定されるものではなく、可動体上部１３３及び可動体下部１３４が互いに接合されていてもよい。

コイル１２３は、ケース１２１における内部空間１２０の外周に形成された収容空間に収容され、可動体１３を囲うように配置される。コイル１２３は、図示しない通電装置により通電されることによって、スプリング１２２による付勢力に反して可動体１３を上流側へ移動させる磁力を発生する。

すなわち、コイル１２３が通電されていない状態では、図４（Ａ）に示すように、可動体１３は、スプリング１２２の付勢力によって、可動体１３の下流側端面が下流流路１２Ｃの下流側端面に当接する位置（第１の位置）に位置する。この状態では、可動体１３により噴霧孔１４が覆われるとともに、流出口１３２と噴霧孔１４とが連通して流入口１３１から噴霧孔１４へ至る流路が形成される。つまり、噴霧孔１４へ至る流路は、可動体１３の内部流路１３Ａのみとなる。なお、この状態で形成される還元剤流路（ポンプ１１から供給された還元剤を噴霧孔１４へ導く流路）を、以下「第１の還元剤流路」という。

このため、ポンプ１１から内部空間１２０へ供給された還元剤は、可動体１３の内部流路１３Ａを通って噴霧孔１４へ流れ、噴霧孔１４から噴霧される。具体的には、図４（Ａ）に示すように、可動体１３に形成された２つの流入口１３１から内部流路１３Ａに流入した還元剤は、貫通孔１３７の内周面に沿って一定方向に旋回するように案内される。つまり、内部流路１３Ａは、流入した還元剤に旋回流を発生させる旋回流路として機能する。発生した旋回流は、その遠心力によって貫通孔１３７の内周面の圧力を増大させる。その結果、噴霧孔１４から噴霧される還元剤の粒子径が小さくなるとともに、噴霧角度が大きくなる。

一方、コイル１２３が通電された状態では、図４（Ｂ）に示すように、可動体１３は、コイル１２３に発生する磁力によって、スプリング１２２による付勢力に反して上流側へ移動し、下流流路１２Ｃの下流側端面から浮いた状態となる。つまり、可動体１３は、当該可動体１３により噴霧孔１４が覆われない位置（第２の位置）に位置する。この状態では、ポンプ１１から供給された還元剤が可動体１３の内部流路１３Ａを通らずに噴霧孔１４へ至る流路が形成される。なお、この状態で形成される還元剤流路（ポンプ１１から供給された還元剤を噴霧孔１４へ導く流路）を、以下「第２の還元剤流路」という。

このため、ポンプ１１から内部空間１２０へ供給された還元剤は、切欠き１３５Ａ及び切欠き１３５Ｂによって生じる隙間を通って噴霧孔１４へ流れ、噴霧孔１４から噴霧される。なお、可動体１３の内部流路１３Ａを通って噴霧孔１４へ至る流路も形成されているが、内部流路１３Ａを通らない流路と比較して圧力損失が大きいため、還元剤のほとんどは内部流路１３Ａを通らずに噴霧孔１４へ供給される。その結果、可動体１３が第１の位置に位置した状態と比較して、噴霧孔１４から噴霧される還元剤の粒子径が大きくなるとともに、噴霧角度が小さくなる。

［２．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）噴霧装置５は、ポンプ１１から供給された還元剤を噴霧孔１４へ導く還元剤流路として、噴霧孔１４からの還元剤の噴霧態様が異なる２種類の還元剤流路（第１の還元剤流路及び第２の還元剤流路）を選択的に形成可能に構成されている。そして、噴霧装置５は、形成される還元剤流路を切替可能に構成されている。したがって、噴霧装置５によれば、還元剤流路を切り替えることで噴霧孔１４からの還元剤の噴霧態様を変化させることができる。

例えば、排気流路を流れる排ガス流量が少なく排ガス温度が低い状態では、第１の還元剤流路が形成され、逆に、排ガス流量が多く排ガス温度が高い状態では、第２の還元剤流路が形成されるといったように、排ガスの状態に合わせて還元剤の噴霧態様を変化させることができる。すなわち、排気流路を流れる排ガス流量が少なく排ガス温度が低い状態では、排ガス流量が多く排ガス温度が高い状態に比べて、噴霧装置５から噴霧された加水分解が起こりにくくなる。このため、噴霧孔１４から噴霧される還元剤の粒子径が小さくなるとともに、噴霧角度が大きくなるようにすることで、加水分解が起こりやすくすることができる。また、排ガス流量が多く排ガス温度が高い状態では、排ガス流量が少なく排ガス温度が低い状態に比べて、排ガスの流れが速くなり、噴霧装置５から噴霧された還元剤が排ガスに流されやすくなる。このため、噴霧孔１４から噴霧される還元剤の粒子径が大きくなるとともに、噴霧角度が小さくなるようにすることで、還元剤が排ガスに流されにくくすることができる。なお、排ガス温度が高いため、噴霧される還元剤の粒子径が大きくても加水分解は十分に促進される。

（１ｂ）流路切替装置１２は、ポンプ１１から供給された還元剤に旋回流を発生させる内部流路１３Ａを備え、旋回流を積極的に発生させる第１の還元剤流路と、旋回流を積極的に発生させない第２の還元剤流路と、を選択的に形成可能である。したがって、旋回流の度合いが異なる２種類の還元剤流路を選択することによって、還元剤の噴霧態様を変化させることができる。

（１ｃ）流路切替装置１２において、可動体１３には、流入口１３１から流入した還元剤を流出口１３２へ導く流路であって旋回流路として機能する内部流路１３Ａが形成されている。可動体１３が第１の位置に位置している状態（第１の状態）では、可動体１３により噴霧孔１４が覆われるとともに、流出口１３２と噴霧孔１４とが連通して流入口１３１から噴霧孔１４へ至る内部流路１３Ａが形成される。また、可動体１３が第２の位置に位置している状態（第２の状態）では、可動体１３により噴霧孔１４が覆われず、ポンプ１１から供給された還元剤が内部流路１３Ａを通らずに噴霧孔１４へ至る流路が形成される。そして、コイル１２３は、可動体１３の位置を第１の位置と第２の位置との間で移動させることにより還元剤流路を切り替える。したがって、ケース１２１の内部空間１２０において可動体１３の位置を移動させる簡素な構成により、還元剤流路を切り替えることができる。

（１ｄ）内部流路１３Ａには、流出口１３２に近づくほど内径が小さくなる形状の貫通孔１３７と、流入口１３１から流入した還元剤を、貫通孔１３７の中心軸方向とは異なる方向から貫通孔１３７における上流側へ供給する溝１３６と、が形成されている。このような構成によれば、溝１３６から貫通孔１３７へ供給された還元剤が、貫通孔１３７によって旋回するように案内されながら流出口１３２へ導かれ、噴霧孔１４から噴霧される。したがって、還元剤が内部流路１３Ａを通らずに噴霧孔１４から噴霧される場合と比較して、噴霧角度を大きくしたり、噴霧される粒子径を小さくしたりすることが可能となる。

（１ｅ）内部空間１２０は、可動体１３を収容する部分である下流流路１２Ｃが円柱状に形成されている。可動体１３は、下流流路１２Ｃの内周面にガイドされて中心軸方向へ移動可能に設けられ、中心軸方向から見て円の一部が切り欠かれた切欠き１３５Ａ及び切欠き１３５Ｂによって生じる隙間が還元剤の流路として機能する。したがって、可動体１３が第２の位置に位置している状態において、下流流路１２Ｃの内周面と可動体１３の外面との間に、ポンプ１１から供給された還元剤が内部流路１３Ａを通らずに噴霧孔１４へ至る還元剤の流路を形成することができる。

（１ｆ）可動体１３が強磁性体によって形成され、コイル１２３は、通電されることによって生じる磁力で可動体１３をスプリング１２２の付勢力に反して移動させる。したがって、コイル１２３への通電の有無によって可動体１３を第１の位置と第２の位置との間で移動させ、還元剤流路を、第１の還元剤流路及び第２の還元剤流路のいずれかに切り替えることができる。

（１ｇ）排気浄化装置１において、噴霧装置５は、排気流路における拡散部材６の上流側へ還元剤を噴霧する。したがって、例えば排ガスの状態に合わせて還元剤の噴霧態様を変化させることで、還元剤を拡散部材６により均一に当てて拡散させ、触媒４に流入する還元剤の分布の偏りを抑制することができる。

なお、本実施形態では、ポンプ１１が供給源の一例に相当し、ケース１２１が筐体の一例に相当し、ケース１２１及び可動体１３が流路形成部の一例に相当し、コイル１２３が切替部に相当する。

［３．他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、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。

（２ａ）上記実施形態では、中心軸を挟む２箇所切欠き１３５Ａ及び切欠き１３５Ｂが形成された概略円柱状の可動体１３であって、可動体下部１３４に２つの溝１３６及び下流側が円錐状の１つの貫通孔１３７が形成された可動体１３を例示したが、これに限定されるものではない。

例えば、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示す第１変形例の可動体下部２３４は、概略円柱状の部品であって、その中心軸方向から見て、円の一部（この例では円周方向に沿って互いに等間隔となる４箇所）に直線状の形状を有する切欠き２３５を形成する。また、可動体下部２３４には、内部流路を形成するための４つの溝２３６及び１つの貫通孔２３７が形成されている。つまり、第１変形例の可動体下部２３４は、上記実施形態の可動体下部１３４と比較すると、切欠き２３５が４箇所に形成されている点と、溝２３６が４つ形成されている点と、が異なる。なお、図示しないが、可動体下部２３４とともに第１変形例の可動体を形成する可動体上部にも、可動体下部２３４と対応する位置に、４つの切欠きが形成されている。

貫通孔２３７は、上記実施形態の貫通孔１３７と同一の形状である。
溝２３６は、上記実施形態と同様、その中心軸が、貫通孔２３７の中心軸に直交する面と平行な方向であって、貫通孔２３７の中心軸と交わらない方向となるように形成されている。また、溝２３６は、上記実施形態と同様、貫通孔２３７の中心軸方向から見て、供給流路が絞り流路の円の接線となる位置及び向きに形成されている。特に、４つの溝２３６のうち円周方向に沿って互いに隣り合う２つの溝２３６の中心軸は、直交する位置関係にある。

つまり、第１変形例の可動体には、当該可動体の側面であって切欠き２３５が形成された４つの平面のそれぞれに形成された４つの流入口２３１から流入した還元剤を合流させて、流出口２３２へ導く内部流路が形成されている。

このような第１変形例によれば、上記実施形態と同様の効果が得られる。特に、第１変形例によれば、還元剤を４つの流入口２３１から流入させて合流させるため、旋回流をより促進させることが可能となり、噴霧される還元剤の粒子径をより小さくするとともに噴霧角度をより大きくすることが可能となる。なお、第１変形例では、４つの切欠き２３５及び４つの溝２３６が形成された可動体下部２３４を例示したが、これに限定されるものではなく、例えば、切欠き及び溝の数が３つ又は５つ以上であってもよい。

また例えば、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示す第２変形例の可動体下部３３４は、基本的には上記実施形態の可動体下部１３４と同一の形状であるが、上記実施形態のような下流側が円錐状の貫通孔１３７に代えて、図６（Ｂ）に示す断面形状の貫通孔３３７が形成されている点が異なる。具体的には、貫通孔３３７は、上記実施形態と同様、下流側が流出口３３２に近づくほど内径が小さくなる形状の絞り流路を形成する。ただし、貫通孔３３７により形成される絞り流路は、その軸方向と直交する方向から見て、下流側が円錐面よりも内側に突出した曲線状に形成される。なお、貫通孔３３７の内径の最小値（流出口３３２の内径）及び最大値（流出口３３２とは反対側の端部の内径）は、上記実施形態の可動体下部１３４の貫通孔１３７と同一である。

このような第２変形例によっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。特に、第２変形例によれば、上記実施形態のような下流側が円錐状の貫通孔１３７と比較して、流出口３３２付近に径の絞られた流路を形成することができるため、絞り流路の長さを短くすることができる。

また例えば、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示す第３変形例の流路切替装置４２は、上記実施形態のケース１２１及び可動体１３に代えて、ケース４２１及び可動体４３を備える点が異なる。第３変形例の可動体４３は、上記実施形態と同一の可動体上部１３３と、図７（Ａ）等に示す可動体下部４３４と、によって構成されている。可動体下部４３４は、基本的には上記実施形態の可動体下部１３４と同一の形状であるが、下流側端部が半球状に形成されている点が異なる。ケース４２１の下流流路４２Ｃは、その下流側端部の内径が、下流側へ向かって徐々に小さくなるテーパ状に形成されている。このため、図７（Ａ）に示すように、可動体４３が第１の位置に位置している状態では、可動体下部４３４の下流側端部が、下流流路４２Ｃの下流側端部に当接（線接触）し、還元剤の流路を塞ぐ。なお、この例では、噴霧孔４４が流出口４３２よりも大きい内径を有している。

このような第３変形例によっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。特に、第３変形例によれば、可動体下部４３４の下流側端部が下流流路４２Ｃの下流側端部に線接触するため、可動体４３が第１の位置に位置している状態でのシール性を向上させることができる。さらに、下流流路４２Ｃの下流側端部がテーパ状であるため、可動体４３が第２の位置に位置している状態で、還元剤を流出口４３２へスムーズに流れやすくすることができる。

また例えば、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示す第４変形例の流路切替装置５２は、上記実施形態のケース１２１及び可動体１３に代えて、ケース５２１及び可動体５３を備える点が異なる。第４変形例の可動体５３は、図８（Ａ）等に示す可動体上部１３３及び可動体下部５３４によって構成されている。可動体下部５３４は、基本的には上記実施形態の可動体下部１３４と同一の形状であるが、貫通孔５３７が円柱状である点が異なる。貫通孔５３７の内径は、上記実施形態の貫通孔１３７の内径の最大値と同一である。

ケース５２１には、下流流路５２Ｃよりも下流側に、噴霧孔５４に近づくほど内径が小さくなる形状（この例では円錐状）の旋回部５３８が形成されている。なお、旋回部５３８の形状は、上記実施形態の貫通孔１３７の円錐部と同一である。

図８（Ａ）に示すように、可動体５３が第１の位置に位置している状態では、貫通孔５３７と旋回部５３８とが連通して、上記実施形態と同様の第１の還元剤流路が形成される。一方、図８（Ｂ）に示すように、可動体５３が第２の位置に位置している状態では、可動体下部５３４が下流流路５２Ｃの下流側端面から浮いた状態となり、還元剤が、可動体５３の外面と下流流路５２Ｃの内周面との間の隙間を通って旋回部５３８に流入する。ただし、この状態では、還元剤は旋回部５３８にその円周部全体から流入するため、可動体５３の内部流路を通って流れる場合のように旋回が促進されない。よって、可動体５３が第１の位置に位置している場合と比較して、噴霧される還元剤の粒子径は大きくなる。このような第４変形例によっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。

また例えば、図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に示す第５変形例の流路切替装置６２は、基本的には上記実施形態の流路切替装置１２と同一の構成であるが、１つの噴霧孔１４が形成された上記実施形態のケース１２１に代えて、３つの噴霧孔６４Ａ，６４Ｂ，６４Ｃが形成されたケース６２１を備える点が異なる。図９（Ａ）に示すように、可動体１３が第１の位置に位置している状態では、流出口１３２と１つの噴霧孔６４Ｂとが連通して、上記実施形態と同様の第１の還元剤流路を形成する。この状態では、他の２つの噴霧孔６４Ａ，６４Ｃは、可動体下部１３４によって塞がれる。一方、図９（Ｂ）に示すように、可動体１３が第２の位置に位置している状態では、可動体下部１３４が下流流路６２Ｃの下流側端面から浮いた状態となり、還元剤が、可動体１３の外面と下流流路６２Ｃの内周面との間の隙間を通って３つの噴霧孔６４Ａ，６４Ｂ，６４Ｃへ流れる。

このような第５変形例によっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。特に、第５変形例によれば、可動体１３が第２の位置に位置している状態で３つの噴霧孔６４Ａ，６４Ｂ，６４Ｃが形成されるため、例えば排ガス流量が多く排ガス温度が高い状態において、還元剤の噴霧量を増やすことができるとともにより広範囲に還元剤を噴霧することができる。なお、第５変形例では、ケース６２１が３つの噴霧孔６４Ａ，６４Ｂ，６４Ｃを形成する構成を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、噴霧孔の数は、２つであってもよいし、また、４つ以上であってもよい。

また例えば、図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）に示す第６変形例の流路切替装置７２は、上記実施形態のケース１２１及び可動体１３に代えて、ケース７２１及び可動体７３を備える点が異なる。可動体７３は、円柱状の部品である。ケース７２１には、可動体７３の外径よりも大きい内径の下流流路７２Ｃと、可動体７３の外径と同じ（正確には可動体７３の外径よりもやや大きい）内径の収容部７２Ｄと、が形成されている。このため、可動体７３は、収容部７２Ｄの内周面によって中心軸方向以外への移動が制限される。

可動体７３の上流側端面には、上記実施形態と同様、スプリング（図示せず）の下流側端部が当接する。また、流路切替装置７２は、上記実施形態と同様、図示しないコイルを備える。当該コイルが通電されている状態（第６変形例でいう第１の状態）では、図１０（Ａ）に示すように、スプリングによる付勢力に反して、可動体７３が上流側へ移動する。可動体７３の上流側への移動は、ストッパ７５により制限される。なお、この例では、可動体７３の上流側端面がストッパ７５に当接している状態で、可動体７３の下流側端面がケース７２１の下流側外面と同一平面上に位置する。

一方、コイルが通電されていない状態（第６変形例でいう第２の状態）では、図１０（Ｂ）に示すように、可動体７３は、その下流側端面が、スプリングの付勢力によってケース７２１の下流側外面よりも外側へ突出する。なお、可動体７３の下流側への移動は、図示しないストッパにより図１０（Ｂ）に示す位置に制限される。

可動体７３の内部には、貫通孔７３７が形成されている。貫通孔７３７は、下流側が流出口７３２に近づくほど内径が小さくなる形状（この例では円錐状）の絞り流路を形成する。また、可動体７３の外周面には、複数のらせん状の溝７３８が形成されている。

コイルが通電されている状態（図１０（Ａ））では、溝７３８の上流側端部が下流流路７２Ｃと連通し、溝７３８の下流側端部である流出口７４が可動体７３の下流側端面に開口する。また、この状態では、貫通孔７３７の流入口がストッパ７５により覆われる。つまり、この状態では、可動体７３の外周面と収容部７２Ｄの内周面との間を通るらせん状の流路が形成される。還元剤は、らせん状の流路によって一定方向に旋回するように案内され、流出口７４から噴霧される。噴霧された還元剤は、遠心力によって粒子径が小さくなるとともに噴霧角度が大きくなる。

一方、コイルが通電されていない状態（図１０（Ｂ））では、溝７３８の流出口がケース７２１の下流側外面よりも外側へ突出するが、溝７３８の上流側端部が収容部７２Ｄで覆われる。このため、らせん状の流路を還元剤が通過できない。ただし、この状態では、貫通孔７３７の流入口がストッパ７５により覆われないため、可動体７３の内部を通る流路が形成され、還元剤は流出口７３２から噴霧される。したがって、コイルが通電されている状態（図１０（Ａ））と比較して、噴霧される還元剤の粒子径が大きくなるとともに、噴霧角度が小さくなる。

このような第６変形例によっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。特に、第６変形例によれば、可動体７３の外周面に形成された溝７３８によって旋回流路を形成するため、可動体７３の内部に旋回流路を形成する場合と比較して、構成を簡素化することができる。したがって、可動体７３を一部品で形成するといったことが可能となる。

また例えば、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示す第７変形例の流路切替装置８２は、上記実施形態のケース１２１、可動体１３及びコイル１２３に代えて、図１１（Ａ）等に示すケース８２１、可動体８３及び図示しない電動モータを備える点が異なる。すなわち、上記実施形態では、コイル１２３が通電されることによって可動体１３が移動するが、第７変形例では、電動モータによって可動体８３が移動する。可動体８３は、可動体上部８３３及び可動体下部８３４の２つの異なる部品によって構成されている。可動体上部８３３は、概略円柱状の部品であって、その側面に雄ねじが形成されている。可動体下部８３４は、基本的には可動体下部１３４と同一の形状で構成されているが、可動体上部８３３よりも外径が小さい概略円柱状の形状を有する。また、可動体上部８３３と可動体下部８３４とは接合されており、一体的に移動する。ケース８２１は、可動体上部８３３の側面に形成された雄ねじに螺合する雌ねじが形成されている。また、可動体上部８３３とケース８２１の間には、図示されない隙間が形成されており、当該隙間より、還元剤が可動体下部８３４側へ流入する。

このような第７変形例によっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。特に、第７変形例によれば、可動体８３の中心軸方向に沿った位置を自由に変更することが可能となる。なお、第７変形例では、電動モータによって可動体１３を移動させる構成を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、動力シリンダや、ピエゾアクチュエータなど、他の動力源によって可動体１３を移動させてもよい。

（２ｂ）上記実施形態では、強磁性体材料のみによって形成された可動体１３を例示したが、これに限定されるものではなく、例えば、強磁性体材料に加え、強磁性体材料以外の材料が用いられていてもよい。具体的には、噴霧孔１４の周囲を覆うパッキン等のシール部材が設けられていれば、可動体１３が第１の位置にある状態でのシール性を向上させることができる。

（２ｃ）上記実施形態では、可動体１３を移動させることにより、第１の還元剤流路と、第２の還元剤流路とを切り替える構成を例示したが、これに限定されるものではなく、他の構成によって還元剤流路を切り替えてもよい。また、上記実施形態では、２種類の還元剤流路を選択的に形成可能な構成を例示したが、これに限定されるものではなく、例えば、還元剤の噴霧態様がそれぞれ異なる３種類以上の還元剤流路を選択的に形成可能な構成としてもよい。例えば、可動体１３の位置の連続的な変化に応じて還元剤流路の特性（例えば旋回流の強さの度合い）が徐々に変化するようにしてもよい。具体的には、例えば、旋回流を発生させない（又は発生する旋回流の度合いが小さい）流路と、当該流路と比較して発生する旋回流の度合いが大きい流路と、のそれぞれに流れる還元剤の割合を、可動体１３の位置によって連続的に調整できるようにしてもよい。

（２ｄ）上記実施形態では、還元剤に発生させる旋回流の度合いが異なる複数種類の還元剤流路として、旋回流を積極的に発生させる第１の還元剤流路と、旋回流を積極的に発生させない第１の還元剤流路と、を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、旋回流を積極的に発生させる２種類の還元剤流路を選択的に形成可能であって、一方の還元剤流路により発生する旋回流が、他方の還元剤流路により発生する旋回流よりも大きくなるようにしてもよい。

（２ｅ）上記実施形態の第１の流路部材２は一例であり、これに限定されない。例えば、第３の管部２Ｃ、第５の管部２Ｅ及び第２の流路部材３が、残りの少なくとも１つと中心軸とが重ならないように配置されていてもよい。また例えば、第１の管部２Ａと第３の管部２Ｃとは、内径が異なっていてもよい。また例えば、第２の流路部材３が排気流路に突出するように構成されていてもよい。また例えば、第１の流路部材２によって形成される排気流路は、湾曲流路及び拡径流路のうち少なくとも一方を有しない形状であってもよい。また例えば、第１の流路部材２及び第２の流路部材３の断面形状は円形状に限定されるものではなく、例えば楕円状や多角形状などであってもよい。

（２ｆ）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、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。
（２ｇ）上記各実施形態における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、上記各実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記各実施形態の構成の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略してもよい。また、上記各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発明の実施形態である。

１…排気浄化装置、２…第１の流路部材、２Ａ…第１の管部、２Ｂ…第２の管部、２Ｃ…第３の管部、２Ｄ…第４の管部、２Ｅ…第５の管部、３…第２の流路部材、４…触媒、５…噴霧装置、６…拡散部材、１１…ポンプ、１２，４２，５２，６２，７２，８２…流路切替装置、１２Ａ…上流流路、１２Ｂ…中流流路、１２Ｃ，４２Ｃ，５２Ｃ，６２Ｃ，７２Ｃ…下流流路、１３，４３，５３，７３，８３…可動体、１３Ａ…内部流路、１４，４４，５４，６４Ａ，６４Ｂ，６４Ｃ…噴霧孔、７２Ｄ…収容部、７５…ストッパ、１２０…内部空間、１２１，４２１，５２１，６２１，７２１，８２１…ケース、１２２…スプリング、１２３…コイル、１３１，２３１…流入口、１３２，２３２，３３２，４３２，７３２,７４…流出口、１３３，８３３…可動体上部、１３４，２３４，３３４，４３４，５３４，８３４…可動体下部、１３５Ａ，１３５Ｂ，２３５…切欠き、１３６，２３６，７３８…溝、１３７，２３７，３３７，５３７，７３７…貫通孔、５３８…旋回部、Ｃ１…第１の軸線、Ｃ２…第２の軸線。

Claims (7)

1. 供給源から供給された還元剤を噴霧孔へ導く還元剤流路として、前記噴霧孔からの還元剤の噴霧態様が異なる複数種類の前記還元剤流路を選択的に形成可能な流路形成部と、
   前記流路形成部により形成される前記還元剤流路を切り替える切替部と、
   を備える、噴霧装置。
2. 請求項１に記載の噴霧装置であって、
   前記流路形成部は、前記供給源から供給された還元剤に旋回流を発生させる旋回流路を備え、還元剤に発生させる旋回流の度合いが異なる複数種類の前記還元剤流路を選択的に形成可能である、噴霧装置。
3. 請求項２に記載の噴霧装置であって、
   前記流路形成部は、
   前記供給源から還元剤が供給される内部空間及び前記内部空間に供給された還元剤を外部へ噴霧するための前記噴霧孔が形成された筐体と、
   前記内部空間において移動可能に設けられた可動体と、
   を備え、
   前記可動体には、流入口から流入した還元剤を流出口へ導く流路であって前記旋回流路として機能する内部流路が形成され、
   前記可動体が第１の位置に位置している状態では、前記可動体により前記噴霧孔が覆われるとともに、前記噴霧孔を通って前記噴霧孔へ至る前記還元剤流路が形成され、
   前記可動体が第２の位置に位置している状態では、前記可動体により前記噴霧孔が覆われず、前記供給源から供給された還元剤が前記内部流路を通らずに前記噴霧孔へ至る前記還元剤流路が形成され、
   前記切替部は、前記可動体の位置を前記第１の位置と前記第２の位置との間で移動させることにより前記還元剤流路を切り替える、噴霧装置。
4. 請求項３に記載の噴霧装置であって、
   前記内部流路は、
   前記流出口に近づくほど内径が小さくなる形状の絞り流路と、
   前記流入口から流入した還元剤を、前記絞り流路の中心軸方向とは異なる方向から前記絞り流路における上流側へ供給する供給流路と、
   を備える、噴霧装置。
5. 請求項３又は請求項４に記載の噴霧装置であって、
   前記内部空間は、少なくとも前記可動体を収容する部分が円柱状に形成され、
   前記可動体は、前記内部空間の内周面にガイドされて中心軸方向へ移動可能に設けられ、前記中心軸方向から見て円の一部が切り欠かれた形状であり、切欠きによって生じる隙間が前記還元剤流路として機能する、噴霧装置。
6. 請求項３から請求項５までのいずれか１項に記載の噴霧装置であって、
   前記可動体は、少なくとも一部が強磁性体によって形成され、
   前記切替部は、通電されることによって生じる磁力で前記可動体を移動させる、噴霧装置。
7. 排気流路を形成する流路部材と、
   前記排気流路を流れる排ガスを浄化する触媒と、
   前記排気流路における前記触媒の上流側に設けられ、前記排気流路を流れる排ガスを拡散する拡散部材と、
   請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の噴霧装置と、
   を備え、
   前記噴霧装置は、前記排気流路における前記拡散部材の上流側へ還元剤を噴霧する、排気浄化装置。