JP2018193925A - 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へ尿素水を供給する供給流路を備える。この供給流路は、第１貫通穴４３（第１流路部）と、第２貫通穴４４（第２流路部）と、第１流通部５３と、第２流通部５４と、合流部５５と、を有する。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。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。第１流通部５３は、第１貫通穴４３と連通し、第１貫通穴４３で衝突した尿素水を流通させる。第２流通部５４は、第２貫通穴４４と連通し、第２貫通穴４４で衝突した尿素水を流通させる。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。
【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、内燃機関の排気流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、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第２流路部（４４）と、第１流路部と連通し、第１流路部で衝突した還元剤を流通させる第１流通部（５３）と、第２流路部と連通し、第２流路部で衝突した還元剤を流通させる第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、を有する。

ここに開示された還元剤噴射弁によれば、第１流路部と第２流路部の各々で還元剤同士を衝突（プレ衝突）させ、そのプレ衝突した還元剤同士がさらに合流部で衝突することとなる。このように、合流部で衝突させる前に流路部でプレ衝突させておくので、プレ衝突の分だけ尿素水の乱流エネルギを増大できる。そして、乱流エネルギが大きいほど、体積を拡大しようとする力が大きく作用するので、体積拡大傾向の強い状態で還元剤を噴孔へ導くことができる。したがって、上記還元剤噴射弁によれば、噴孔から噴射される還元剤を、大きく拡がった状態の噴霧にすることができ、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実施形態の比較例に係る還元剤噴射弁を示す図。 尿素水の乱流エネルギ分布をシミュレーションした結果を示す図。 供給流路の深さ寸法と乱流エネルギとの関係を示す図。 供給流路の幅寸法と乱流エネルギとの関係を示す図。

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。

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。

次に、図５〜図７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で正面衝突する。この衝突により尿素水の乱流エネルギが増大され、大きな乱流エネルギを有した状態、つまり多数の細かい渦を有した状態の尿素水が、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。この衝突により尿素水の乱流エネルギが増大され、大きな乱流エネルギを有した状態、つまり多数の細かい渦を有した状態の尿素水が、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。

詳細には、第１流入口５３ａと第２流入口５４ａは対向配置されているので、第１流入口５３ａから流入した尿素水と第２流入口５４ａから流入した尿素水とが正面衝突する。この衝突により尿素水の乱流エネルギが増大され、大きな乱流エネルギを有した状態、つまり多数の細かい渦を有した状態の尿素水が渦生成部５５ａから渦流出部５５ｂへと流れる。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。

このように乱流エネルギが増大された尿素水は、体積を拡大させよ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、体積を拡大させよ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、体積を拡大させようとするので、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。

次に、供給流路３０Ｆの各部位の寸法について説明する。

噴孔５１の直径Ｄ１（図４参照）は、渦生成部５５ａの直径Ｄ２（図６参照）より小さい。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と、第２流通部５４の深さ寸法Ｌ２とは同一である。合流部５５の深さ寸法Ｌ３は、第１流通部５３の深さ寸法Ｌ２よりも長い（図４参照）。渦生成部５５ａは、中心軸線Ｃ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。

ここで、第１貫通穴４３および第２貫通穴４４の深さ寸法Ｌ１の、第１流通部５３および第２流通部５４の深さ寸法Ｌ２に対する比率を、以下の説明ではＬ１／Ｌ２と記載する。なお、第１貫通穴４３の深さ寸法Ｌ１が第１流路深さに相当し、第１流通部５３の深さ寸法Ｌ２が第１流通深さに相当する。

本発明者らは、供給通路３０Ｆ内での尿素水の乱流エネルギ分布と、Ｌ１／Ｌ２との関係をシミュレーションした。図８中の（１）欄ではＬ１／Ｌ２を０．２４とした場合、（２）欄ではＬ１／Ｌ２を０．６とした場合、（３）欄ではＬ１／Ｌ２を１．２とした場合を示す。また、図８は、図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面を表現しており、乱流エネルギの大きさを符号Ｅ１〜Ｅ４に示す４段階に区分けして表現している。符号Ｅ１にて斜線を付した領域は、乱流エネルギが最も大きい領域を示し、Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３、Ｅ４の順に乱流エネルギが小さくなっていく。

このシミュレーション結果から、本発明者らは以下の知見を得た。Ｌ１／Ｌ２を０．６とした（２）欄の場合、（１）欄と比較してＥ１領域が拡大している。また、Ｌ１／Ｌ２を１．２とした（３）欄の場合、（２）欄と比較してＥ１領域が下方にずれている。そのため、符号Ｗ１、Ｗ２に示す点線内の分布を比較して分かるように、渦生成部５５ａにおけるＥ１領域の大きさは、（３）欄の方が（２）欄より小さい。これらの結果は、渦生成部５５ａでの乱流エネルギを大きくするには、Ｌ１／Ｌ２の最適範囲が存在することを意味する。

その最適範囲は、図９に示すように０．２４以上１．２未満であり、特にＬ１／Ｌ２が０．５の場合に、渦生成部５５ａでの乱流エネルギがピークとなる。なお、図９の縦軸に示す乱流エネルギは、渦生成部５５ａに分布する乱流エネルギの総和であり、渦生成部５５ａに占めるＥ１領域が大きいほど、図９の縦軸に示す乱流エネルギは大きな値となる。このシミュレーション結果を鑑みて、本実施形態ではＬ１／Ｌ２が０．２４以上１．２未満となるように、より具体的にはＬ１／Ｌ２が０．５となるように、供給流路３０Ｆは形成されている。

また、第１貫通穴４３での尿素水の流れ方向に垂直、かつ弁体の開閉作動方向（中心軸線Ｃ方向）に垂直な方向を幅方向と呼ぶ。その幅方向における第１貫通穴４３の寸法Ｌ４が第１流路幅に相当し、幅方向における第１流通部５３の寸法Ｌ５が第１流通幅に相当する（図６参照）。また、第１流路幅Ｌ４の、第１流通幅Ｌ５に対する比率を、以下の説明ではＬ４／Ｌ５と記載する。

そして本発明者らは、乱流エネルギの分布総和とＬ４／Ｌ５との関係について、図１０に示すシミュレーション結果も得ている。この結果によれば、渦生成部５５ａでの乱流エネルギを大きくするには、Ｌ４／Ｌ５の最適範囲が存在することを意味する。その最適範囲は、図１０に示すように０．４以上０．６未満であり、特にＬ４／Ｌ５が０．５の場合に、渦生成部５５ａでの乱流エネルギがピークとなる。このシミュレーション結果を鑑みて、本実施形態ではＬ４／Ｌ５が０．４以上０．６未満となるように、より具体的にはＬ４／Ｌ５が０．５となるように、供給流路３０Ｆは形成されている。

なお、Ｌ１／Ｌ２に係る図９のシミュレーションは、Ｌ４／Ｌ５が０．４以上０．６未満の範囲であれば、同様の結果になることを確認している。つまりＬ１／Ｌ２を増大させていくと、乱流エネルギは、０．２４から急上昇し、０．５でピークとなり、１．２から急降下する。

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、第１貫通穴４３（第１流路部）、第２貫通穴４４（第２流路部）、第１流通部５３、第２流通部５４および合流部５５を有する。各々の貫通穴４３、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流路を形成する。各々の流通部５３、５４は、各々の貫通穴４３、４４と連通し、貫通穴で衝突した尿素水を流通させる。そして合流部５５は、各々の流通部５３、５４を流通した尿素水を合流させ、合流した尿素水を噴孔５１へ導く。

これによれば、第１貫通穴４３と第２貫通穴４４の各々で還元剤同士を衝突（プレ衝突）させ、そのプレ衝突した還元剤同士がさらに合流部５５で衝突することとなる。このように、合流部５５で衝突させる前に第１連通部４３ａおよび第２連通部４４ａの各々でプレ衝突させておくので、プレ衝突の分だけ尿素水の乱流エネルギを増大できる。そして、乱流エネルギが大きいほど、噴霧Ｆの体積を拡大しようとする力が大きく作用するので、体積拡大傾向の強い状態で尿素水を噴孔５１へ導くことができる。したがって、本実施形態によれば、噴孔５１から噴射される尿素水を、径方向に大きく拡がった状態の噴霧Ｆにすることができ、尿素水の噴霧Ｆの広角化を図ることができる。

なお、図７に示す比較例では、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と第２貫通穴４４とが直接連通せずに分離している。つまり、第１貫通穴４３の両端と第２貫通穴４４の両端とが連通して環状になることはなく、第１貫通穴４３と第２貫通穴４４の各々が円弧形状になっている。

ここで、本実施形態に反し、第１貫通穴４３の両端と第２貫通穴４４の両端とが連通して環状になっていると、環状流路の最上流部分、つまり上記連通した部分の尿素水は、第１連通部４３ａと第２連通部４４ａのいずれに向かって流れるかの方向が定まりにくい。そのため、第１連通部４３ａおよび第２連通部４４ａに至るまでの尿素水の流速を十分に高めることができない。よって、プレ衝突を十分に高めることができず、乱流エネルギを十分に促進できない。

これに対し本実施形態によれば、第１貫通穴４３と第２貫通穴４４が分離しているので、これらの貫通穴４３、４４へ流入した尿素水は、いずれの連通部４３ａ、４４ａに向かって流れるかが定まる。そのため、第１通路４３ｂ、４３ｃを流れて第１連通部４３ａに達した時点での尿素水の流速、および第２通路４４ｂ、４４ｃを流れて第２連通部４４ａに達した時点での尿素水の流速を増大できる。よって、プレ衝突を促進させて乱流エネルギを増大でき、ひいては尿素水の噴霧Ｆの広角化を促進できる。

さらに本実施形態では、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。つまり２つの第１通路４３ｂ、４３ｃの通路長は同一である。そのため、第１貫通穴４３のうち第１流通部５３に連通する部分、つまり第１連通部４３ａで尿素水がプレ衝突するので、プレ衝突した直後の乱流エネルギが高い状態のまま尿素水を第１流通部５３へ流入させることができる。したがって、合流部５５での衝突後における乱流エネルギを増大でき、噴霧Ｆの広角化を促進できる。

第２貫通穴４４についても同様であり、２つの第２通路４４ｂ、４４ｃの通路長は同一であるため、第２貫通穴４４のうち第２流通部５４に連通する部分、つまり第２連通部４４ａで尿素水がプレ衝突する。そのため、プレ衝突した直後の乱流エネルギが高い状態のまま尿素水を第２流通部５４へ流入させることができるので、合流部５５での衝突後における乱流エネルギを増大でき、噴霧Ｆの広角化を促進できる。

さらに本実施形態に係る還元剤噴射弁３０は、先端側ボデー３１３と、噴孔５１が形成された噴孔部材５０と、プレート部材４０と、を備える。先端側ボデー３１３は、シート面３１３ｓを形成するとともに弁体３２を内部に収容する。プレート部材４０は、先端側ボデー３１３と噴孔部材５０との間に隣接して配置されている。そして、第１流通部５３および第２流通部５４は噴孔部材５０に形成され、第１貫通穴４３および第２貫通穴４４はプレート部材４０に形成される。

これによれば、第１貫通穴４３および第２貫通穴４４の噴孔側開口が噴孔部材５０で覆われ、反噴孔側開口が先端側ボデー３１３で覆われる。そのため、貫通穴４３、４４が形成されたプレート部材４０を準備し、そのプレート部材４０を先端側ボデー３１３と噴孔部材５０の間に挟み込むことで、流路部４３、４４でのプレ衝突と合流部５５での衝突との２段階で衝突させる構造を容易に実現できる。

さらに本実施形態では、合流部５５の渦生成部５５ａは、中心軸線Ｃ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で多数の渦を生成するスペースを十分に確保でき、尿素水の渦生成を促進して噴霧Ｆの広角化を促進できる。

さらに本実施形態では、図９に示すシミュレーション結果を鑑み、Ｌ１／Ｌ２が０．２４以上１．２未満となるように供給流路３０Ｆは形成されているので、渦生成部５５ａでの乱流エネルギを増大でき、噴霧Ｆの広角化を促進できる。

さらに本実施形態では、図１０に示すシミュレーション結果を鑑み、Ｌ４／Ｌ５が０．４以上０．６未満となるように供給流路３０Ｆは形成されているので、渦生成部５５ａでの乱流エネルギを増大でき、噴霧Ｆの広角化を促進できる。

（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の幅方向寸法Ｌ４（流路幅）が一定である。これに対し、これらの流路幅が徐々に小さくなっていく形状であってもよい。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の幅方向寸法Ｌ５（流通幅）が一定である。これに対し、これらの流通幅が徐々に小さくなっていく形状であってもよい。

上記第１実施形態では、合流部５５は、中心軸線Ｃ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、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、３１…ボデー、３２…弁体、４０…プレート部材、４３…第１貫通穴（第１流路部）、４３ａ…第１連通部、４４…第２貫通穴（第２流路部）、４４ａ…第２連通部、５０…噴孔部材、５１…噴孔、５３…第１流通部、５４…第２流通部、５５…合流部。

Claims (6)

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、
   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第２流路部（４４）と、
   前記第１流路部と連通し、前記第１流路部で衝突した還元剤を流通させる第１流通部（５３）と、
   前記第２流路部と連通し、前記第２流路部で衝突した還元剤を流通させる第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、
   を有する還元剤噴射弁。
2. 前記第１流路部と前記第２流路部とが直接連通せずに分離している請求項１に記載の還元剤噴射弁。
3. 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１または２に記載の還元剤噴射弁。
4. 前記供給流路のうち前記弁体により開閉される部分が形成され、前記弁体を内部に収容するボデー（３１）と、
   前記噴孔が形成された噴孔部材（５０）と、
   前記ボデーと前記噴孔部材との間に隣接して配置されたプレート部材（４０）と、
   を備え、
   前記第１流通部および前記第２流通部は前記噴孔部材に形成され、
   前記第１流路部および前記第２流路部は前記プレート部材に形成される請求項１〜３のいずれか１つに記載の還元剤噴射弁。
5. 前記弁体の開閉作動方向における前記第１流路部の寸法を第１流路深さ（Ｌ１）と呼び、前記開閉作動方向における前記第１流通部の寸法を第１流通深さ（Ｌ２）と呼ぶ場合に、前記第１流通深さに対する前記第１流路深さの比率（Ｌ１／Ｌ２）が０．２４以上１．２未満の範囲である請求項１〜４のいずれか１つに記載の還元剤噴射弁。
6. 前記第１流路部での還元剤の流れ方向に垂直、かつ前記弁体の開閉作動方向に垂直な方向を幅方向とし、前記幅方向における前記第１流路部の寸法を第１流路幅（Ｌ４）と呼び、前記幅方向における前記第１流通部の寸法を第１流通幅（Ｌ５）と呼ぶ場合に、前記第１流通幅に対する前記第１流路幅の比率（Ｌ４／Ｌ５）が、０．４以上０．６未満である請求項１〜５のいずれか１つに記載の還元剤噴射弁。

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