JP2020176602A - 流体噴射装置及び流体噴射システム - Google Patents

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Abstract

【課題】液体を微粒化させて噴射する構成を有しつつ、構造を簡素化することの可能な流体噴射装置を提供する。【解決手段】流体噴射装置10は、筒状の弁ボディ20と、弁ボディ20の内部に収容され、弁ボディ20の内部に形成される弁座23aに対して離座及び着座する弁部35aを有する弁体30とを備える。弁体30には、その内部に設けられ、尿素水が流れる内部流路31と、内部流路31から、弁体の外周面における弁部35aよりも空気の流れ方向の上流側の部分に開口するように設けられる連通孔33と、が形成されている。弁ボディ20の内周面と弁体30の外周面との間に形成される環状流路W11において連通孔33が接続される部分を接続部C10とするとき、環状流路W11における接続部C10の流路面積は、環状流路W11における接続部C10よりも上流側部分C20の流路面積と比較して狭くなっている。【選択図】図2

Description

本開示は、流体噴射装置及び流体噴射システムに関する。
従来、車両の排気に含まれる窒素酸化物(以下、「NOx」と称する)を浄化するための排気浄化システムの一つとして、尿素SCR(Selective Catalytic Reduction)システムが知られている。尿素SCRシステムは、車両の排気通路に設けられる尿素水添加弁と、排気通路における尿素水添加弁よりも排気流れ方向の下流側に配置される選択的還元触媒とを備えている。このシステムでは、排気に添加された尿素水が排気の熱によりアンモニアへ加水分解される。このアンモニアを含む選択還元型触媒に流入すると、排気中のNOxがアンモニアを還元剤として窒素と水とに還元される。このような尿素水を排気に噴射するシステムとしては、下記の特許文献1に記載の流体噴射システムがある。
特許文献1に記載の流体噴射システムは、車両の排気通路に配置される噴射装置と、タンクに貯留されている尿素水を噴射装置に供給するポンプと、空気を噴射装置に供給する圧縮空気供給ラインとを備えている。この流体噴射システムでは、空気及び尿素水が混合して噴射装置から噴射されることにより、尿素水を微粒化することが可能となっている。
特開2015−200321号公報
ところで、特許文献1に記載の流体噴射システムのように、空気により尿素水を微粒化させて噴射する構造を有する噴射装置を実現しようとする場合、噴射システムの構成が複雑化するおそれがある。
なお、このような課題は、空気により尿素水を微粒化させて噴射する流体噴射装置及び流体噴射システムに限らず、任意の気体により任意の流体を微粒化させて噴射する流体噴射装置及び流体噴射システムに共通する課題である。
本開示は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、液体を微粒化させて噴射する構成を有しつつ、構造を簡素化することの可能な流体噴射装置及び流体噴射システムを提供することにある。
上記課題を解決する流体噴射装置は、筒状の弁ボディ(20)と、弁ボディの内部に収容され、弁ボディの内部に形成される弁座(23a)に対して離座及び着座する弁部(35a)を有する弁体(30)と、を備える。弁体には、その内部に設けられ、液体が流れる内部流路(31)と、内部流路から、弁体の外周面における弁部よりも気体の流れ方向の上流側の部分に開口するように設けられる連通孔(33)と、が形成されている。弁ボディの内周面と弁体の外周面との間に形成される環状流路には、内部流路を流れる液体が連通孔を通じて供給される。弁座から弁部が離座することで弁体が開弁状態であるとき、連通孔を通じて環状流路に供給される液体が、環状流路を流れる気体と共に噴射される。弁座に弁部が着座することで弁体が閉弁状態であるとき、環状流路が閉塞されて、液体及び気体の噴射が停止される。環状流路において連通孔が接続される部分を接続部(C10)とするとき、環状流路における接続部の流路面積は、環状流路における接続部よりも上流側の部分(C20)の流路面積と比較して狭くなっている。
また、上記課題を解決する流体噴射システムは、上記の流体噴射装置(10)と、流体噴射装置に供給される気体の圧力を調整する調圧部(11)と、調圧部を制御する圧力制御部(150)と、を備える。
これらの構成によれば、弁体が開弁状態であるとき、環状流路の接続部を流れる気体の流速を、その上流側の部分を流れる気体の流速よりも速くすることができる。流速の速い気体が、連通孔の開口部に存在する液体に合流することにより、連通孔の内部の液体が吸い出される。これにより、液体の圧力が低い場合、あるいは液体の圧力が零の場合であっても、連通孔の内部の液体が吸い出されて気体に合流する。結果として、ベルヌーイの法則に基づいて液体を微粒化することができるため、微粒化された液体を噴射することが可能となる。また、環状流路の接続部の流路面積を狭くするといった構造を採用するだけでよいため、流体噴射装置の構造を簡素化することが可能である。
なお、上記手段、特許請求の範囲に記載の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
本開示によれば、液体を微粒化させて噴射する構成を有しつつ、構造を簡素化することの可能な流体噴射装置及び流体噴射システムを提供できる。
図1は、第1実施形態の流体噴射システムの概略構成を示すブロック図である。 図2は、第1実施形態の流体噴射装置の断面構造を示す断面図である。 図3は、第1実施形態の流体噴射装置の先端部近傍の拡大断面構造を示す断面図である。 図4は、第1実施形態の流体噴射装置の動作例を示す断面図である。 図5は、第1実施形態の流体噴射装置の動作例を示す断面図である。 図6は、第1実施形態の第2変形例の流体噴射システムの概略構成を示すブロック図である。 図7は、第2実施形態の流体噴射装置の断面構造を示す断面図である。 図8は、第2実施形態の流体噴射装置の動作例を示す断面図である。 図9は、第3実施形態の流体噴射装置の断面構造を示す断面図である。 図10は、第4実施形態の流体噴射装置の断面構造を示す断面図である。 図11は、第5実施形態の流体噴射システムの概略構成を示すブロック図である。
以下、流体噴射装置及び流体噴射システムの実施形態について図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
<第1実施形態>
はじめに、第1実施形態の流体噴射装置を備える流体噴射システムの概要について説明する。図1に示される流体噴射システム1は、車両の尿素SCRシステムにおいて、排気通路を流れる排気に尿素水を添加するために用いられるものである。流体噴射システム1は、流体噴射装置10と、気体ポンプ11と、液体タンク12と、圧力センサ13と、流量センサ14と、制御装置15とを備えている。
気体ポンプ11は、大気中の空気を、噴射に必要な圧力に昇圧して流体噴射装置10に供給する。本実施形態では、気体ポンプ11が、流体噴射装置10に供給される空気の圧力を調整する調圧部に相当する。流体噴射装置10には、気体ポンプ11から空気が供給されるとともに、液体タンク12に貯留されている尿素水が供給されている。流体噴射装置10は、液体タンク12から供給される尿素水を、気体ポンプ11から供給される空気により微粒化して車両の排気通路に噴射することにより、排気通路を流れる排気に尿素水を添加する尿素水添加弁として用いられている。
圧力センサ13は、気体ポンプ11から流体噴射装置10に供給される空気の圧力を検出するとともに、検出された空気の圧力に応じた信号を出力する。流量センサ14は、気体ポンプ11から流体噴射装置10に供給される空気の流量を検出するとともに、検出された空気の流量に応じた信号を出力する。各センサ13,14の出力信号は制御装置15に取り込まれている。
制御装置15は、CPUやメモリ等を有するマイクロコンピュータを中心に構成されている。制御装置15は、圧力センサ13及び流量センサ14のそれぞれの出力信号に基づいて、流体噴射装置10に供給されている空気の圧力及び流量を検出するとともに、検出された空気の圧力及び流量に基づいて気体ポンプ11を制御する。
次に、流体噴射装置10の構造について具体的に説明する。
図2に示されるように、流体噴射装置10は、弁ボディ20と、弁体30とを備えている。
弁ボディ20は、軸線m1を中心に円筒状に形成されている。以下では、便宜上、軸線m1に平行な方向Z1,Z2のうち、Z1方向を上方とも称し、Z2方向を下方とも称する。
弁ボディ20の内部には、軸線m1に沿って延びるように弁体収容孔21,22が形成されている。弁体収容孔21,22には弁体30が収容されている。弁体収容孔21,22は、軸線m1を中心として同軸上に配置されている。軸線m1を中心とする弁体収容孔21,22のそれぞれの断面形状は円形状に形成されている。弁体収容孔21,22は、この順で弁ボディ20の下端部から上方に向かって配置されている。弁体収容孔22は、弁体収容孔21よりも大きい内径を有している。
弁体収容孔21の内周面と弁体30の外周面との間に形成される隙間は、環状流路W11を構成している。環状流路W11は、軸線m1を中心に円環状に形成されている。環状流路W11には、弁ボディ20の左側壁に沿って形成される気体供給流路W12が接続されている。気体供給流路W12には、図1に示される気体ポンプ11から空気が供給されている。したがって、環状流路W11には、気体供給流路W12を通じて高圧の空気が供給されている。気体供給流路W12には、環状流路W11から気体ポンプ11に向かう方向への空気の逆流を規制する逆止弁50が設けられている。
弁ボディ20の下端部の中央には、弁体収容孔21から弁ボディ20の外部に貫通するように噴孔24が形成されている。弁体収容孔21の内周面のうち、弁ボディ20の下端部に位置する部分には、軸線m1を中心に円錐状をなすように円錐面23が形成されている。円錐面23は、噴孔24に近づくほど、外径が小さくなるように形成されている。
弁体収容孔22の内部空間は、液体供給流路W13を構成している。液体供給流路W13には、弁ボディ20に形成される供給流路W14が連通されている。供給流路W14は、図1に示される液体タンク12が接続されている。液体供給流路W13には、液体タンク12から供給流路W14を通じて尿素水が供給されている。
弁体30は、軸線m1を中心に有底円筒状に形成されている。本実施形態では、軸線m1が弁体30の中心軸に相当する。弁体30の上端部には、フランジ部32が形成されている。フランジ部32の外周面は弁体収容孔21の内周面に摺動可能に接している。この摺動構造により、弁体30は弁ボディ20に対して軸線m1に沿った方向に相対移動可能に支持されるとともに、環状流路W11と液体供給流路W13との間の気密性が確保されている。
弁体30の下端部は、軸線m1を中心に円錐状に形成されている。弁体30の下端部に形成される円錐面35は、弁ボディ20の円錐面23に対向するように形成されている。円錐面35には、軸線m1を中心に円環状をなす環状溝34が形成されている。弁体30の円錐面35は、環状溝34を境界として2つの面35a,35bに区分されている。以下では、一方の面35aを「弁部35a」と称し、他方の面35bを「流路縮小部35b」と称する。また、弁ボディ20の円錐面23のうち、弁部35aに対向する部分を弁座23aと称する。
図3に示されるように、弁ボディ20の弁座23aと弁体30の弁部35aとの間に形成される隙間は第1噴射流路W21を形成している。弁ボディ20の円錐面23と弁体30の流路縮小部35bとの間に形成される隙間は第2噴射流路W22を形成している。第1噴射流路W21の流路幅は第2噴射流路W22の流路幅よりも狭くなっている。なお、本実施形態では、第1噴射流路W21及び第2噴射流路W22は環状流路W11の一部である。
図2に示されるように、弁体30の内部には、軸線m1に沿って延びるように内部流路31が形成されている。内部流路31は、弁体30の上端面において弁ボディ20の液体供給流路W13に開口している。弁体30の先端部には、環状溝34から内部流路31の内周面に延びるように複数の連通孔33が放射状に形成されている。このような構造により、弁ボディ20の液体供給流路W13を流れる尿素水は、内部流路31及び連通孔33を通じて環状溝34に供給されるようになっている。本実施形態では、環状溝34が連通孔33の開口部に相当する。また、環状流路W11において環状溝34が接続される部分C10が、環状流路W11において複数の連通孔33が接続される接続部に相当する。
弁体収容孔22の内部には、スプリング40が収容されている。スプリング40は、弁体30を弁ボディ20の円錐面23に向かう方向に、すなわち閉弁方向に向かって付勢している。なお、閉弁方向とは、弁体30の弁部35aが弁ボディ20の弁座23aに接近する方向である。本実施形態では、スプリング40が付勢部材に相当する。
次に、流体噴射システム1の電気的な構成について説明する。
図1に示されるように、制御装置15は、圧力制御部150と、圧力検出部151と、流量検出部152とを備えている。圧力検出部151は、圧力センサ13の出力信号に基づいて、気体ポンプ11から流体噴射装置10に供給されている空気の圧力を検出する。流量検出部152は、流量センサ14の出力信号に基づいて、気体ポンプ11から流体噴射装置10に供給されている空気の流量を検出する。圧力制御部150は、圧力検出部151及び流量検出部152により検出される空気の圧力及び流量に基づいて、気体ポンプ11から流体噴射装置10に供給される空気の圧力を変化させることにより、流体噴射装置10の開弁及び閉弁を制御する。
具体的には、圧力制御部150は、予め定められた周期で通常噴射制御を実行することにより、流体噴射装置10から尿素水を噴射する。通常噴射制御は、気体ポンプ11から流体噴射装置10に供給される空気の圧力を利用して弁体30を開閉させることにより、流体噴射装置10からの尿素水の噴射及び噴射の停止を行う制御である。
圧力制御部150は、通常噴射制御の実行により流体噴射装置10から尿素水を噴射した後、流体噴射装置10を停止するために液体排出制御及び停止制御を実行する。液体排出制御は、弁体30を閉弁させるとともに、気体ポンプ11から流体噴射装置10に供給される空気の圧力を利用して流体噴射装置10の内部に存在する尿素水を液体タンク12に戻す制御である。停止制御は、気体ポンプ11から流体噴射装置10への空気の供給を停止して流体噴射装置10を完全に停止させる制御である。
その後、圧力制御部150は、次の噴射時期を迎えた場合には、流体噴射装置10を始動させるために液体吸入制御を実行する。液体吸入制御は、液体タンク12から流体噴射装置10に尿素水を導入することにより、流体噴射装置10からの尿素水の噴射を可能とするための準備を行う制御である。圧力制御部150は、液体吸入制御の実行により流体噴射装置10から尿素水を噴射する準備が完了した場合には、通常噴射制御を実行することにより、流体噴射装置10から尿素水を噴射する。
次に、圧力制御部150により実行される流体噴射装置10の制御について具体的に説明する。
圧力制御部150は、通常噴射制御において弁体30を閉弁させる場合には、流体噴射装置10への空気の供給が停止されるように気体ポンプ11を制御する。このとき、図4に示されるように、逆止弁50が閉弁状態になる。また、スプリング40の付勢力により弁体30が下方に向かって、すなわち閉弁方向に向かって付勢されることにより、弁体30の弁部35aが弁ボディ20の弁座23aに着座している。弁体30が閉弁状態である場合には、第1噴射流路W21が閉塞されるため、流体噴射装置10からの尿素水及び空気の噴射が停止されている。
圧力制御部150は、通常噴射制御において、図4に示される閉弁状態から弁体30を開弁させる際には、所定の第1設定圧力の空気が流体噴射装置10に供給されるように気体ポンプ11を制御する。第1設定圧力は、逆止弁50及び弁体30を開弁させることが可能な圧力に設定されている。第1設定圧力の空気が流体噴射装置10の気体供給流路W12に供給されることにより、図2に示されるように、逆止弁50が開弁して、環状流路W11に高圧の気体が供給される。環状流路W11に供給されている空気の圧力が、弁体30のフランジ部32の底面320及び流路縮小部35bに加わることにより、弁体30には、上方に向かう方向の力、すなわち開弁方向の力が加わる。本実施形態では、弁体30のフランジ部32の底面320及び流路縮小部35bが、環状流路W11の内部の空気の圧力が加わる受圧面に相当する。なお、開弁方向とは、弁体30の弁部35aが弁ボディ20の弁座23aから離座する方向である。このような開弁方向の力により弁体30がスプリング40の付勢力に抗して上方に変位することで弁体30が開弁するとともに、弁体30の弁部35aが弁ボディ20の弁座23aから離座した開弁状態が維持される。
図3に示されるように、弁体30が開弁状態である場合、環状流路W11における接続部C10の流路面積は、図中の二点鎖線L10で示される部分の面積である。すなわち、環状流路W11の接続部C10の流路面積は第2噴射流路W22の流路面積に略等しい。また、環状流路W11における第2噴射流路W22よりも上流側の部分C20の流路面積は、図中の二点鎖線L20で示される部分の面積である。環状流路W11の接続部C10の流路面積は、その上流側部分C20の流路面積よりも狭くなっている。そのため、環状流路W11の接続部C10を流れる空気の流速は、環状流路W11の上流側部分C20を流れる空気の流速よりも速くなる。流速の速い空気が、環状溝34に存在する尿素水に合流することにより、環状溝34に存在する尿素水が吸い出されて空気に合流する。これにより、ベルヌーイの法則に基づいて尿素水を微粒化することができる。空気により微粒化された尿素水は、第1噴射流路W21を通じて噴孔24から排気通路内に噴射される。
この流体噴射装置10では、環状流路W11の接続部C10を流れる空気の流れにより、環状溝34に存在する尿素水が吸い出されるため、この尿素水に加わる吸引力により、尿素水に対するポンプが設けられていない構造でありながら、図1に示される液体タンク12から流体噴射装置10に尿素水を供給することができる。この構造を利用すれば、例えば尿素水の圧力が低い場合、あるいは尿素水の圧力が零の場合であっても、液体タンク12から流体噴射装置10への尿素水の供給が可能である。
一方、圧力制御部150は、流体噴射装置10を停止させる場合には、液体排出制御を実行した後に停止制御を実行する。圧力制御部150は、液体排出制御として、まず、所定の第2設定圧力の空気が流体噴射装置10に供給されるように気体ポンプ11を制御する。第2設定圧力は、第1設定圧力よりも小さい圧力であり、逆止弁50を開弁させることが可能であって、且つ弁体30を開弁させることのない、換言すれば弁体30の閉弁状態を維持することの可能な一定の圧力に設定されている。図5に示されるように、弁体30の閉弁状態が維持され、且つ逆止弁50の開弁状態が維持されることにより、環状流路W11を流れる空気は、弁体30の環状溝34に存在する尿素水を押圧しつつ複数の連通孔33に流入する。複数の連通孔33に流入した空気により、連通孔33、弁体30の内部流路31、及び弁ボディ20の液体供給流路W13,W14のそれぞれに存在する尿素水が液体タンク12に向かって押し流される。結果的に、流体噴射装置10から尿素水が排出される。
その後、圧力制御部150は、流量検出部152により検出される空気の流量に基づいて、流体噴射装置10から液体タンク12への尿素水の排出が完了したか否かを判定し、排出が完了したと判定した場合には、液体排出制御を終了して、停止制御として気体ポンプ11を停止させる。
具体的には、流体噴射装置10から液体タンク12への尿素水の排出が完了すると、気体ポンプ11から流体噴射装置10に圧送されている空気が液体タンク12に排出されるようになる。気体ポンプ11から圧送される空気が液体タンク12まで到達すると、気体ポンプ11の空気の圧送負荷が急激に減少する。結果として、気体ポンプ11の空気の吐出圧が一時的に減少する。この際、気体ポンプ11の空気の吐出圧が一定の第2設定圧力に制御されているため、気体ポンプ11では、減少した空気の吐出圧を第2設定圧力まで増加させるために、空気の吐出量を増加させる制御が行われる。これにより、気体ポンプ11から流体噴射装置10に供給される空気の流量が急激に増加することになる。これを利用し、圧力制御部150は、圧力制御部15により検出される空気の圧力が一時的に減少することに基づいて、あるいは流量検出部152により検出される空気の流量が、予め定められた所定値以上になることに基づいて、気体ポンプ11から圧送される空気が液体タンク12に到達したと判定する。圧力制御部150は、液体排出制御の開始後、気体ポンプ11から圧送される空気が液体タンク12に到達したと判定するまでの期間、流体噴射装置10に供給されている空気の圧力が第2設定圧力となるように気体ポンプ11を制御する。そして、圧力制御部150は、気体ポンプ11から圧送される空気が液体タンク12に到達したと判定した時点で液体排出制御を終了し、停止制御として気体ポンプ11を停止させる。これにより、流体噴射装置10の内部の尿素水が液体タンク12に戻された後に、気体ポンプ11を停止させることが可能となる。
また、圧力制御部150は、流体噴射装置10を始動させる際には、液体吸入制御を実行する。圧力制御部150は、液体吸入制御として、一定の第1設定圧力の空気が流体噴射装置10に供給されるように気体ポンプ11を制御する。第1設定圧力の空気が流体噴射装置10に供給されることにより、図2に示されるように逆止弁50及び弁体30が開弁状態になる。そのため、気体ポンプ11から流体噴射装置10に供給される空気は、流体噴射装置10の気体供給流路W12、環状流路W11、第2噴射流路W22、及び第1噴射流路W21を通じて噴孔24から噴射されるようになる。
このとき、第2噴射流路W22及び第1噴射流路W21を流れる空気は、環状溝34に存在する空気を吸引しつつ噴孔24から噴射される。そのため、環状溝34に負圧が発生する。この負圧により弁ボディ20の液体供給流路W13、弁体30の内部流路31、及び連通孔33に存在する空気も徐々に排出される。こうした空気の流れにより、液体タンク12に貯留されている尿素水が流体噴射装置10に向かって吸引されて、流体噴射装置10の内部に尿素水が供給される。
その後、圧力制御部150は、流量検出部152により検出される空気の流量に基づいて、尿素水が環状溝34まで達したか否かを判定し、尿素水が環状溝34まで達したと判定した場合には、液体吸入制御を終了する。
具体的には、液体タンク12に貯留されている尿素水が環状溝34に達すると、第1噴射流路W21に空気だけでなく尿素水も流れるようになるため、空気の流れに対して尿素水が抵抗として作用することにより、気体ポンプ11の空気の圧送負荷が急激に増加する。結果として、気体ポンプ11の空気の吐出圧が一時的に増加する。このとき、気体ポンプ11の空気の吐出圧が一定の第1設定圧力に制御されているため、気体ポンプ11では、増加した空気の吐出圧を第1設定圧力まで低下させるために、空気の吐出量を減少させる制御が行われる。これにより、気体ポンプ11から流体噴射装置10に供給されている空気の流量が急激に減少することになる。これを利用し、圧力制御部150は、圧力制御部15により検出される空気の圧力が一時的に増加することに基づいて、あるいは流量検出部152により検出される空気の流量が所定の流量以下になることに基づいて、尿素水が環状溝34に達したと判定する。圧力制御部150は、尿素水が環状溝34に達したと判定した場合には、流体噴射装置10への空気の供給が停止されるように気体ポンプ11を制御して、液体吸入制御を終了する。これにより、弁体30が閉弁状態となり、流体噴射装置10から尿素水を噴射する準備が完了する。以降、圧力制御部150は、通常噴射制御を実行することにより、流体噴射装置10から尿素水を噴射する。
以上説明した本実施形態の流体噴射システム1及び流体噴射装置10によれば、以下の(1)〜(9)に示される作用及び効果を得ることができる。
(1)環状流路W11において弁体30の連通孔33が接続されている部分を接続部C10とするとき、環状流路W11における接続部C10の流路面積は、環状流路W11における接続部C10よりも上流側の部分C20の流路面積と比較して狭くなっている。これにより、連通孔33を流れる尿素水が、環状流路W11を流れる空気により微粒化されるため、微粒化された尿素水を噴射することが可能である。また、環状流路W11の接続部C10の流路面積を狭くするといった構造を採用するだけでよいため、流体噴射装置10の構造を簡素化することが可能である。
(2)液体排出制御では、環状流路W11に流入する空気の圧力により、環状溝34や連通孔33に存在する尿素水が液体タンク12に戻される。このような原理により尿素水を液体タンク12に戻す場合、環状流路W11において弁部35a及び弁座23aとの接触部分から環状溝34までの間に存在する尿素水を液体タンク12に戻すことは困難である。そのため、仮に弁体30において弁部35aに対して連通孔33が空気流れ方向の上流側に離間して形成されているような場合、弁部35a及び弁座23aの接触部分と環状溝34とが離間して配置されることになるため、液体排出制御を実行した際に、環状流路W11において、それらの間に相当する部分に尿素水が残る可能性がある。この点、本実施形態の流体噴射装置10では、弁体30の外周面に、弁部35aと隣り合うように環状溝34が配置されている。このような構成によれば、弁部35a及び弁座23aの接触部分と環状溝34とを近づけることができるため、液体排出制御を実行した際に、環状流路W11に尿素水が残留することを抑制できる。また、弁体30が開弁した際に、第1噴射流路W21が環状流路W11において最も流路面積が狭い部分となるため、その部分で空気の流速が最も速くなる。そのため、より的確に尿素水を微粒化させることができる。
(3)弁体30には、連通孔33が複数形成されている。弁体30の外周面には、複数の連通孔33の開口部を繋げるように環状溝34が形成されている。この構成によれば、複数の連通孔33のそれぞれの開口部から吐出される尿素水が環状溝34に滞留することにより、環状流路W11に対して、連通孔33の開口部が位置する部分だけでなく、全周に亘って尿素水を供給することができる。これにより、噴孔24の全周から均一に尿素水を噴射することが可能となる。なお、通常噴射制御の実行時において弁体30が閉弁状態である場合には、空気と尿素水の境界面は、環状溝34と環状流路W11との間に位置していることが望ましい。
(4)弁体30が閉弁状態であるとき、弁体30のフランジ部32の底面320及び流路縮小部35bに付与される空気の圧力に基づいて弁体30がスプリング40の付勢力に抗して開弁方向に変位して、弁体30の弁部35aが弁ボディ20の弁座23aから離座することにより弁体30が開弁する。このような構成によれば、流体噴射装置10に供給される空気の圧力を調整するだけで弁体30を開閉動作させることができるため、弁体30を開弁動作させるための電磁弁等の駆動装置が不要となる。そのため、構造を簡素化することができる。
(5)液体タンク12が流体噴射装置10よりも鉛直方向上方に配置されている場合、液体タンク12の尿素水と流体噴射装置10の内部の尿素水との液面差に基づく圧力が流体噴射装置10の内部の尿素水に作用する。そのため、仮に流体噴射装置10の環状流路W11から気体供給流路W12に向かって空気が流れることが可能な構成である場合には、液面差に基づき流体噴射装置10の内部の尿素水に作用する圧力により、環状流路W11内の空気が気体供給流路W12に押し戻されると、液体タンク12内の尿素水が次第に流体噴射装置10に流れ込む可能性がある。この点、本実施形態の流体噴射装置10では、弁ボディ20に、環状流路W11から気体供給流路W12に向かう方向の空気の流れを規制する規制部材としての逆止弁50が設けられている。これにより、液面差に基づき流体噴射装置10の内部の尿素水に圧力が作用する場合であっても、環状流路W11の内部の空気が気体供給流路W12に流れ込むことを抑制できる。結果として、液体タンク12から流体噴射装置10への尿素水の流れ込みを抑制できる。
(6)圧力制御部150は、弁体30が閉弁状態であるとき、第2設定圧力の空気が流体噴射装置10に供給されるように気体ポンプ11を制御することにより、環状流路W11を流れる空気を弁体30の連通孔33及び内部流路31に供給して、連通孔33及び内部流路31に存在する尿素水を液体タンク12に排出する液体排出制御を実行する。第2設定圧力は、弁体30が開弁する所定圧力未満の圧力に設定されている。このような構成によれば、流体噴射装置10の停止時に、流体噴射装置10から尿素水を排出することができるため、例えば流体噴射装置10の内部で尿素水が凍結することにより、流体噴射装置10が破損することを未然に防止できる。また、流体排出制御の実行により、仮に流体噴射装置10の内部に存在する尿素水の全てが排出されなかったとしても、流体噴射装置10の内部に残存する尿素水の量を少なくとも減少させることは可能である。そのため、仮に流体噴射装置10の内部で尿素水が凍結した場合であっても、それを解凍するまでに要する時間を短縮することができる。よって、流体噴射装置10の始動性を向上させることができる。また、排気通路を流れる排気から流体噴射装置10に伝わる熱により、流体噴射装置10の内部の尿素水が劣化することを防止できる。
(7)圧力制御部150は、液体排出制御の実行中に、流量検出部152により検出される空気の流量が増加したことを検知したとき、空気が液体タンク12に達したと判断して、液体排出制御を停止する。このような構成によれば、流体噴射装置10内の尿素水の排出が完了するまで液体排出制御が実行されることとなるため、より確実に流体噴射装置10内の尿素水を排出することができる。また、流体噴射装置10内の尿素水が排出された時点で液体排出制御が停止されるため、流体噴射装置10に対する無駄な空気の供給を回避することができる。
(8)圧力制御部150は、流体噴射装置10の始動時に弁体30の内部流路31及び連通孔33に尿素水が充填されていないとき、第1設定圧力の空気が流体噴射装置10に供給されるように気体ポンプ11を制御することにより環状溝34に負圧を発生させて、液体タンク12から環状溝34まで尿素水を吸入する液体吸入制御を実行する。このような構成によれば、液体タンク12から流体噴射装置10に尿素水を供給するための圧送ポンプを用いることなく、液体タンク12から流体噴射装置10に尿素水を供給することができるため、圧送ポンプが不要となる分だけ流体噴射システム1の構造を簡素化することができる。
(9)圧力制御部150は、液体吸入制御の実行中に、流量検出部152により検出される空気の流量が減少したことを検知したとき、環状溝34まで尿素水が到達したと判断して、液体吸入制御を停止するとともに、流体噴射装置10において尿素水及び空気の噴射準備が完了したと判定する。このような構成によれば、流体噴射装置10の内部に尿素水が充填されていない場合に、より的確に流体噴射装置10の噴射準備が完了したか否かを判定することができる。
(第1変形例)
次に、第1実施形態の流体噴射システム1の第1変形例について説明する。
本変形例の制御装置15には、図1に破線で示されるように、流量検出部152に代えて、圧送負荷検出部153が設けられている。圧送負荷検出部153は、気体ポンプ11の駆動電流に基づいて、気体ポンプ11から流体噴射装置10に供給される空気の圧送負荷を検出する。具体的には、圧送負荷検出部153は、気体ポンプ11の駆動電流を検出するとともに、検出された駆動電流が大きいほど空気の圧送負荷が高いと判断するとともに、検出された駆動電流が小さいほど空気の圧送負荷が小さいと判断する。気体ポンプ11の駆動電流と空気の圧送負荷との関係は予め実験等により求められており、制御装置15のメモリに記憶されている。空気の圧送負荷は数値化されており、その値が大きいほど空気の圧送負荷が高いことを示す。
液体排出制御の実行時には、上述の通り、気体ポンプ11から圧送される空気が液体タンク12に達すると、気体ポンプ11の空気の吐出圧が一時的に減少して、その圧送負荷が急激に減少する。この際、気体ポンプ11では、空気の吐出圧を一定の第2設定圧力とする等圧制御が実行されているため、減少した空気の吐出圧を第2設定圧力まで増加させるために、空気の吐出量を増加させる制御が行われる。結果として、気体ポンプ11の圧送負荷が増加する。そこで、本変形例の圧力制御部150は、液体排出制御の実行中に、圧送負荷検出部153により検出される空気の圧送負荷が増加したことを検出したとき、空気が液体タンク12に達したと判断して、流体噴射装置10への空気の供給を停止する。
なお、気体ポンプ11から圧送される空気が液体タンク12に達した直後は、過渡的に気体ポンプ11の圧送負荷が減少するため、圧力制御部150は、これを検出することにより空気が液体タンク12に達したと判断して、流体噴射装置10への空気の供給を停止してもよい。
一方、液体吸入制御の実行時には、上述の通り、液体タンク12に貯留されている尿素水が環状溝34に到達すると、気体ポンプ11の空気の吐出圧が一時的に増加して、その圧送負荷が急激に増加する。この際、気体ポンプ11では、空気の吐出圧を第1設定圧力とする等圧制御が行われているため、減少した空気の吐出圧を一定の第1設定圧力に低下させるために、吐出量を減少させる制御が行われる。結果として、気体ポンプ11の圧送負荷が減少する。そこで、圧力制御部150は、液体吸入制御の実行中に、圧送負荷検出部153により検出される空気の圧送負荷が低下したことを検出したとき、環状溝34まで尿素水が到達したと判断して、液体吸入制御を停止するとともに、流体噴射装置10において尿素水噴射準備が完了したと判断する。
なお、液体タンク12に貯留されている尿素水が環状溝34に到達した直後は、過渡的に気体ポンプ11の圧送負荷が増加するため、圧力制御部150は、これを検出することにより環状溝34まで尿素水が到達したと判断して、液体吸入制御を停止するとともに、流体噴射装置10において尿素水噴射準備が完了したと判断してもよい。
以上説明した本変形例の流体噴射システム1によれば、第1実施形態の流体噴射システム1と同一又は類似の作用及び効果を得ることができる。また、流量センサ14が不要であるため、構造を簡素化することができる。
(第2変形例)
次に、第1実施形態の流体噴射システム1の第2変形例について説明する。
本変形例の流体噴射システム1は、図6に示されるように、気体ポンプ11と流体噴射装置10との間に気体タンク15と調圧弁16とが設けられている。気体タンク15には、気体ポンプ11から供給される空気が貯留されている。気体タンク15の内部には、気体ポンプ11から供給される一定圧力の空気が貯留されている。調圧弁16は、気体タンク15に貯留されている空気の圧力を調整して流体噴射装置10に供給する。調圧弁16は、制御装置15の圧力制御部150により制御されている。本変形例では、調圧弁16が調圧部に相当する。
このような構成によれば、気体ポンプ11から流体噴射装置10に供給される空気の脈動を気体タンク15において低減することができるため、より安定した空気を流体噴射装置10に供給することができる。よって、より均一な尿素水を流体噴射装置10から噴射することが可能となる。
<第2実施形態>
次に、流体噴射システム1及び流体噴射装置10の第2実施形態について説明する。以下、第1実施形態の流体噴射システム1及び流体噴射装置10との相違点を中心に説明する。
図7に示されるように、本実施形態の流体噴射装置10では、弁体30において軸線m1を中心に円筒状に形成されている部分を円筒部36とするとき、円筒部36の外周面に流路縮小部37が形成されている点で、第1実施形態の流体噴射装置10と異なる。
具体的には、流路縮小部37は、円筒部36の外周面の一部が弁ボディ20の弁体収容孔21の内周面に向かって突出した部分として形成されている。流路縮小部37の先端面は、弁ボディ20の弁体収容孔21の内周面に平行な平坦面となっている。流路縮小部37の先端面には、環状溝34が形成されている。環状溝34は、複数の連通孔33を通じて弁体30の内部流路31に連通されている。
以下では、円筒部36のうち、流路縮小部37よりも上方に配置されている部分を「上流側円筒部36a」と称し、流路縮小部37よりも下方に配置されている部分を「下流側円筒部36b」と称する。また、環状流路W11のうち、上流側円筒部36aの外周面と弁ボディ20の弁体収容孔21の内周面との間に形成される流路を「上流側環状流路W11a」と称し、下流側円筒部36bの外周面と弁ボディ20の弁体収容孔21の内周面との間に形成される流路を「下流側環状流路W11b」と称する。
上流側円筒部36aの外径は下流側円筒部36bの外径よりも大きい。これにより、上流側環状流路W11aの流路面積は下流側環状流路W11bの流路面積よりも狭くなっている。
弁ボディ20の弁体収容孔22の下端部の内周面には、内側に突出するように円環状の突出部25が形成されている。この突出部25には、弁体30の上流側円筒部36aの外周面が摺動可能に接している。この摺動構造により、弁体30は弁ボディ20に対して軸線m1に沿った方向に相対移動可能に支持されるとともに、環状流路W11と液体供給流路W13との間の気密性が確保されている。弁体30の外周面における突出部37と上流側円筒部36aとの間には上流側テーパ面38aが形成されている。同様に、弁体30の外周面における突出部37と下流側円筒部36bとの間には下流側テーパ面38bが形成されている。下流側テーパ面38bの面積は上流側テーパ面38aの面積よりも広くなっている。
次に、本実施形態の流体噴射装置10の動作例について説明する。
本実施形態の流体噴射装置10では、第1実施形態の流体噴射装置10と同様に、圧力制御部150が通常噴射制御を実行しているとき、スプリング40の付勢力により弁体30が下方に付勢されることにより、図8に示されるように弁体30が閉弁状態となっている。
圧力制御部150が、図8に示される閉弁状態から弁体30を開弁させるために気体ポンプ11から第1設定圧力の空気を流体噴射装置10に供給すると、上流側環状流路W11aに存在する空気の圧力が弁体30の上流側テーパ面38aに加わるとともに、下流側環状流路W11bに存在する空気の圧力が弁体30の下流側テーパ面38bに加わる。このとき、下流側テーパ面38bの面積の方が上流側テーパ面38aの面積よりも広いことから、下流側テーパ面38bに加わる空気の力の方が大きくなる。よって、下流側テーパ面38bに加わる空気の力と、上流側テーパ面38aに加わる力との差に基づく力が、弁体30に対して開弁方向の力として加わる。この開弁方向の力により、図7に示されるように弁体30がスプリング40の付勢力に抗して上方に変位することで弁体30が開弁するとともに、弁体30の弁部35aが弁ボディ20の弁座23aから離座した開弁状態に維持される。
図7に示されるように、弁体30が開弁状態である場合、環状流路W11において環状溝34が接続される部分である接続部C10の流路面積は、その上流側部分C20の流路面積よりも狭くなっている。よって、環状流路W11の接続部C10を流れる空気の流速を速くすることができるため、第1実施形態の流体噴射装置10と同様に、環状溝34に存在する尿素水を吸い出すことができるとともに、吸い出した尿素水を微粒化させて噴射することが可能である。
なお、本実施形態の圧力制御部150も、第1実施形態の圧力制御部150と同様に、液体排出制御、停止制御、及び液体吸入制御を実行する。それらの制御の実行に応じた流体噴射装置10の動作原理は、基本的には、第1実施形態の流体噴射装置10と同様であるため、それらの詳細な説明は割愛する。
以上説明したように、本実施形態の流体噴射システム1及び流体噴射装置10によれば、第1実施形態の流体噴射システム1及び流体噴射装置10と同一又は類似の作用及び効果を得ることができるとともに、以下の(10)に示される作用及び効果を更に得ることができる。
(10)複数の連通孔33は、弁体30の円筒部36の外周面に開口するように形成されている。このような構成によれば、第1実施形態の流体噴射装置10と比較すると、弁体30の内部に形成される内部流路31の長さを短くすることが可能であるため、弁体30の加工が容易となる。
<第3実施形態>
次に、第3実施形態の流体噴射システム1及び流体噴射装置10について説明する。以下、第1実施形態の流体噴射システム1及び流体噴射装置10との相違点を中心に説明する。
図9に示されるように、本実施形態の流体噴射装置10では、弁体30の円筒部36の外周面に複数の螺旋溝39が形成されている。螺旋溝39は、軸線m1を中心とする螺旋方向に延びるように形成されている。
以上説明した本実施形態の流体噴射システム1及び流体噴射装置10によれば、第1実施形態の流体噴射システム1及び流体噴射装置10と同一又は類似の作用及び効果を得ることができるとともに、以下の(11)に示される作用及び効果を更に得ることができる。
(11)環状流路W11を流れる空気が螺旋溝39に沿って流れることにより、環状流路W11を流れる空気に旋回流を発生させることができる。旋回流となった空気により環状溝34の尿素水が吸い込まれることにより、尿素水が更に微粒化されるようになるため、微粒化された尿素水を噴射し易くなる。
<第4実施形態>
次に、流体噴射システム1及び流体噴射装置10の第4実施形態について説明する。以下、第1実施形態の流体噴射システム1及び流体噴射装置10との相違点を中心に説明する。
図10に示されるように、本実施形態の流体噴射装置10では、弁体30に環状溝34が形成されていない点で、第1実施形態の流体噴射装置10と異なる。また、弁体30の内部流路31において連通孔33が開口する部分を第1開口部331とし、弁体30の外周面において連通孔33が開口する部分を第2開口部332とするとき、連通孔33は、第1開口部331から第2開口部332に向かうほど軸線m1に近づくように、軸線m1に対して傾斜するように形成されている。
また、弁体30の円錐面35は、弁体30の先端部に近い部分ほど、弁ボディ20の円錐面23に近づくように形成されている。これにより、弁体30の円錐面35と弁ボディ20の円錐面23との間に形成される第1噴射流路W21及び第2噴射流路W22のそれぞれの流路面積は、噴孔24に近づくほど狭くなっている。
以上説明した本実施形態の流体噴射システム1及び流体噴射装置10によれば、第1実施形態の流体噴射システム1及び流体噴射装置10と同一又は類似の作用及び効果を得ることができるとともに、以下の(12)に示される作用及び効果を更に得ることができる。
(12)第1開口部331から第2開口部332に向かうほど軸線m1に近づくように連通孔33が形成されることにより、第2噴射流路W22を流れる空気の流れに沿うように、連通孔33を流れる尿素水が合流するようになる。よって、連通孔33に存在する尿素水を吸い出す効果を高めることができる。なお、連通孔33が軸線m1に平行に形成されている場合にも、類似の作用及び効果を得ることは可能である。
<第5実施形態>
次に、流体噴射システム1及び流体噴射装置10の第5実施形態について説明する。以下、第1実施形態の流体噴射システム1及び流体噴射装置10との相違点を中心に説明する。
本実施形態の流体噴射システム1は、流体噴射装置10から尿素水に代えて燃料を排気通路に噴射する点で、第1実施形態の流体噴射システム1と異なる。図10に示される本実施形態の流体噴射システムは、排気中に燃料を噴射することにより、車両の排気通路に設けられる排気浄化触媒の浄化能力の低下を抑制するものである。
具体的には、排気浄化触媒の一つとして、排気中に含まれる窒素酸化物(NOx)を浄化するNOx吸蔵還元触媒がある。NOx吸蔵還元触媒は、そのNOx吸蔵能力に限界があるため、NOxの吸蔵量が増加して飽和状態に近づくとNOxを吸蔵する能力が低下する。本実施形態の流体噴射システム1は、流体噴射装置10から燃料を噴射して、車両の排気通路に設けられたNOx吸蔵還元触媒の近傍の雰囲気を一時的にリッチ状態にすることにより、触媒が吸蔵しているNOxを還元して、NOx吸蔵能力の低下を抑制するものである。このように、本実施形態の流体噴射装置10は、排気通路を流れる排気に燃料を添加する燃料添加弁として用いられている。
図11に示されるように、流体噴射システム1は、車両の燃料が蓄えられる燃料サブタンク17を備えている。燃料サブタンク17には、車両のコモンレールのリーク燃料が配管W40を通じて流入するとともに、流入したリーク燃料が一時的に貯留される。燃料サブタンク17に貯留されている燃料は配管W41を通じて車両の燃料タンクに戻される。本実施形態では、燃料サブタンク17が液体タンクに相当する。
流体噴射装置10には、燃料サブタンク17に貯留されている燃料が供給されている。流体噴射装置10は、燃料サブタンク17から供給される燃料を、気体ポンプ11から供給される空気により微粒化して噴射する。流体噴射装置10から噴射された燃料が、車両の排気通路のNOx吸蔵還元触媒に供給される。
圧力制御部150は、予め定められた周期で、流体噴射装置10から燃料を噴射する。圧力制御部150は、通常噴射制御を実行することで所定量の燃料を流体噴射装置10から噴射した後、液体排出制御を実行することで流体噴射装置10の内部の燃料を燃料サブタンク17に戻す。その後、圧力制御部150は、次の噴射時期を迎えた場合には、液体吸入制御を実行した後、通常噴射制御の実行により流体噴射装置10から排気通路に燃料を噴射する。
なお、本実施形態の流体噴射システム1及び流体噴射装置10の動作は、第1実施形態の流体噴射システム1及び流体噴射装置10の動作と同一又は類似であるため、その詳細な説明は割愛する。
以上説明した本実施形態の流体噴射システム1及び流体噴射装置10によれば、以下の(13)及び(14)に示される作用及び効果を更に得ることができる。
(13)流体噴射装置10の内部に燃料が残っている場合、排気通路を流れる排気から流体噴射装置10に伝わる熱により、流体噴射装置10の内部の燃料が劣化する可能性がある。この点、本実施形態の流体噴射装置10では、圧力制御部150が液体排出制御を実行することにより、流体噴射装置10の内部の燃料が燃料サブタンク17に戻されるため、流体噴射装置10の内部で燃料が劣化し難くなる。結果として、燃料のデポジット化を抑制することができる。また、流体噴射装置10から排気通路への燃料漏れを防止することもできる。
(14)流体噴射装置10に燃料を供給するための燃料タンクとして、コモンレールのリーク燃料を貯留する燃料サブタンク17が用いられている。このような構成によれば、一定量の燃料を流体噴射装置10の近くに常時蓄えることができる。一方、このような燃料サブタンク17を用いずに、車両の燃料タンクから流体噴射装置10に燃料を供給するようにした場合、流体噴射装置10と燃料タンクとの間の距離が長くなる懸念がある。流体噴射装置10と燃料タンクとの間の距離が長くなると、配置の自由度が低下するだけでなく、流体噴射装置10から燃料タンクへの燃料の排出時間が長くなったり、燃料タンクから流体噴射装置10への燃料の導入時間が長くなったりする恐れがある。流体噴射装置10の近くに燃料タンクが配置されていれば、配置の自由度を向上させることが可能なだけでなく、流体噴射装置10の燃料の吸入時間や排出時間を短くすることが可能である。
<他の実施形態>
なお、各実施形態は、以下の形態にて実施することもできる。
・第1〜第4実施形態の流体噴射装置10では、その外部に逆止弁50が配置されていてもよい。また、気体ポンプ11として、その内部の圧送部が逆流を規制する構造を有するポンプを用いている場合には、逆止弁50を排除することも可能である。この場合には、気体ポンプ11が、空気の逆流を規制する規制部材となる。
・流体噴射装置10に空気を供給する構成としては、気体ポンプ11を用いるという構成に限らず、高圧の空気が蓄えられる高圧気体タンクに配管を通じて流体噴射装置10を接続した上で、その配管の途中に開閉バルブを配置するといった構成を採用してもよい。この構成の場合、高圧気体タンクと流体噴射装置10とを接続する配管の途中に減圧装置を設ければ、この減圧装置の開閉制御を通じて、流体噴射装置10に供給される空気の圧力を調整することが可能である。このような構成によれば、気体ポンプ11が不要となるため、構造を簡素化することができる。
・流体噴射システム1は、液体タンク12に貯留されている尿素水、又は燃料サブタンク17に貯留されている燃料を流体噴射装置10に圧送する液体ポンプを更に備えるものであってもよい。この場合、液体ポンプが逆流機能を有するものであれば、液体ポンプにより流体噴射装置10から液体タンク12に尿素水を戻すことができる。この構成によれば、液体吸入制御及び液体排出制御を液体ポンプにより実行することが可能であるため、気体ポンプ11の調圧が不要となる。一方、液体ポンプが逆流機能を有していない場合には、気体ポンプ11の駆動により流体噴射装置10から液体タンク12に尿素水を戻せばよい。この構成によれば、液体タンク12の尿素水を流体噴射装置10に供給する制御を液体ポンプにより実行することが可能となる。
・本開示に記載の制御装置15及びその制御方法は、コンピュータプログラムにより具体化された1つ又は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された1つ又は複数の専用コンピュータにより、実現されてもよい。本開示に記載の制御装置15及びその制御方法は、1つ又は複数の専用ハードウェア論理回路を含むプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。本開示に記載の制御装置15及びその制御方法は、1つ又は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと1つ又は複数のハードウェア論理回路を含むプロセッサとの組み合わせにより構成された1つ又は複数の専用コンピュータにより、実現されてもよい。コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。専用ハードウェア論理回路及びハードウェア論理回路は、複数の論理回路を含むデジタル回路、又はアナログ回路により実現されてもよい。
・本開示は上記の具体例に限定されるものではない。上記の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素、及びその配置、条件、形状等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
m1:軸線
C10:接続部
C20:上流側部分
1:流体噴射システム
10:流体噴射装置
11:気体ポンプ(調圧部)
12:液体タンク
16:調圧弁(調圧部)
17:液体タンク(燃料サブタンク)
20:弁ボディ
23a:弁座
35a:弁部
30:弁体
31:内部流路
33:連通孔
34:環状溝
35b:流路縮小部(受圧面)
36:円筒部
38b:下流側テーパ面(受圧面)
39:螺旋溝
40:スプリング(付勢部材)
50:逆止弁(規制部材)
150:圧力制御部
152:流量検出部
153:圧送負荷検出部
320:底面(受圧面)

Claims (17)

  1. 筒状の弁ボディ(20)と、
    前記弁ボディの内部に収容され、前記弁ボディの内部に形成される弁座(23a)に対して離座及び着座する弁部(35a)を有する弁体(30)と、を備え、
    前記弁体には、
    その内部に設けられ、液体が流れる内部流路(31)と、
    前記内部流路から、前記弁体の外周面における前記弁部よりも気体の流れ方向の上流側の部分に開口するように設けられる連通孔(33)と、が形成され、
    前記弁ボディの内周面と前記弁体の外周面との間に形成される環状流路には、前記内部流路を流れる液体が前記連通孔を通じて供給され、
    前記弁座から前記弁部が離座することで前記弁体が開弁状態であるとき、前記連通孔を通じて前記環状流路に供給される液体が、前記環状流路を流れる気体と共に噴射され、
    前記弁座に前記弁部が着座することで前記弁体が閉弁状態であるとき、前記環状流路が閉塞されて、液体及び気体の噴射が停止され、
    前記環状流路において前記連通孔が接続される部分を接続部(C10)とするとき、前記環状流路における前記接続部の流路面積は、前記環状流路における前記接続部よりも上流側の部分(C20)の流路面積と比較して狭くなっている
    流体噴射装置。
  2. 前記弁体の外周面には、前記弁部と隣り合うように前記連通孔の開口部が配置されている
    請求項1に記載の流体噴射装置。
  3. 前記弁体は、所定の軸線(m1)を中心に円筒状に形成される円筒部(36)を有し、
    前記内部流路は、前記円筒部の内部に形成され、
    前記連通孔は、前記内部流路から前記円筒部の外周面に延びるように形成されている
    請求項1に記載の流体噴射装置。
  4. 前記弁体は、所定の軸線(m1)を中心に円筒状に形成される円筒部(36)を有し、
    前記内部流路は、前記円筒部の内部に形成され、
    前記連通孔は、前記内部流路から前記弁体の外周面に延びるように形成されるとともに、前記軸線に平行な方向に延びるように、又は前記内部流路における開口部から前記弁体の外周面における開口部に向かうほど前記軸線に近づくように形成されている
    請求項1に記載に流体噴射装置。
  5. 前記弁体の外周面には、前記弁体の中心軸を中心とする螺旋方向に延びるように螺旋溝(39)が形成されている
    請求項1〜4のいずれか一項に記載の流体噴射装置。
  6. 前記弁体には、前記連通孔が複数形成され、
    前記弁体の外周面には、複数の前記連通孔の開口部を繋げるように環状溝(34)が形成されている
    請求項1〜5のいずれか一項に記載の流体噴射装置。
  7. 前記弁部が前記弁座に接近する方向を閉弁方向とし、前記弁部が前記弁座から離座する方向を開弁方向とするとき、
    前記弁体を前記閉弁方向に付勢する付勢部材(40)を更に備え、
    前記弁体には、前記環状流路の内部の気体の圧力が前記開弁方向の力として加わる受圧面(35b,38b,320)が形成されており、
    前記付勢部材から前記弁体に付与される付勢力により前記弁部が前記弁座に着座して前記弁体が閉弁するとともに、
    前記弁体が閉弁状態であるとき、前記受圧面に付与される気体の圧力に基づいて前記弁体が前記付勢部材の付勢力に抗して前記開弁方向に変位し、前記弁部が前記弁座から離座することにより前記弁体が開弁する
    請求項1〜6のいずれか一項に記載の流体噴射装置。
  8. 前記弁ボディには、前記環状流路から上流側に向かう方向の気体の流れを規制する規制部材(50)が設けられている
    請求項1〜7のいずれか一項に記載の流体噴射装置。
  9. 請求項1〜8のいずれか一項に記載の流体噴射装置(10)と、
    前記流体噴射装置に供給される気体の圧力を調整する調圧部(11)と、
    前記調圧部を制御する圧力制御部(150)と、を備える
    流体噴射システム。
  10. 前記弁体は、閉弁状態であるとき、前記環状流路の内部の気体の圧力が所定圧力以上になることに基づいて開弁するものであって、
    前記圧力制御部は、前記弁体が閉弁状態であるとき、前記所定圧力未満の気体が前記流体噴射装置に供給されるように前記調圧部を制御することにより、前記環状流路を流れる気体を前記連通孔及び前記内部流路に供給して、前記連通孔及び前記内部流路に存在する液体を前記流体噴射装置の外部の液体タンク(12,17)に排出する液体排出制御を実行する
    請求項9に記載の流体噴射システム。
  11. 前記流体噴射装置に供給されている気体の流量を検出する流量検出部(152)を更に備え、
    前記圧力制御部は、前記液体排出制御の実行中に、前記流量検出部により検出される気体の流量が増加したことを検知したとき、気体が前記液体タンクに達したと判断して、前記液体排出制御を停止する
    請求項10に記載の流体噴射システム。
  12. 前記流体噴射装置に供給されている気体の圧送負荷を検出する圧送負荷検出部(153)を更に備え、
    前記圧力制御部は、前記液体排出制御の実行中に、前記圧送負荷検出部により検出される気体の圧送負荷が増加したことを検知したとき、気体が前記液体タンクに達したと判断して、前記流体噴射装置への気体の供給を停止する
    請求項10に記載の流体噴射システム。
  13. 前記弁体は、閉弁状態であるとき、前記環状流路の内部の気体の圧力が所定圧力以上になることに基づいて開弁するものであって、
    前記圧力制御部は、前記流体噴射装置の始動時に前記流体噴射装置の前記内部流路及び前記連通孔に液体が充填されていないとき、前記所定圧力以上の気体が前記流体噴射装置に供給されるように前記調圧部を制御することにより、前記環状流路における前記連通孔の開口部に負圧を発生させて、前記流体噴射装置の外部の液体タンク(12,17)から前記流体噴射装置の内部の前記連通孔の開口部まで液体を吸入する液体吸入制御を実行する
    請求項9に記載の流体噴射システム。
  14. 前記流体噴射装置に供給されている気体の流量を検出する流量検出部(152)を更に備え、
    前記圧力制御部は、前記液体吸入制御の実行中に、前記流量検出部により検出される気体の流量が減少したことを検知したとき、前記連通孔の開口部まで液体が到達したと判断して、前記液体吸入制御を停止するとともに、前記流体噴射装置において液体及び気体の噴射準備が完了したと判定する
    請求項13に記載の流体噴射システム。
  15. 前記流体噴射装置に供給されている気体の圧送負荷を検出する圧送負荷検出部(153)を更に備え、
    前記圧力制御部は、前記液体吸入制御の実行中に、前記圧送負荷検出部により検出される気体の圧送負荷が低下したことを検知したとき、前記連通孔の開口部まで液体が到達したと判断して、前記液体吸入制御を停止するとともに、前記流体噴射装置において液体及び気体の噴射準備が完了したと判定する
    請求項13に記載の流体噴射システム。
  16. 前記流体噴射装置から噴射される液体として、尿素水が用いられ、
    前記流体噴射装置から噴射される気体として、空気が用いられ、
    前記流体噴射装置は、車両の排気通路を流れる排気に尿素水を添加する尿素水添加弁である
    請求項9〜15のいずれか一項に記載の流体噴射システム。
  17. 車両のコモンレールのリーク燃料を燃料タンクに戻す流路の途中に設けられ、前記リーク燃料が一時的に貯留される燃料サブタンク(17)を更に備え、
    前記流体噴射装置から噴射される液体として、前記燃料サブタンクに貯留されている燃料が用いられ、
    前記流体噴射装置から噴射される気体として、空気が用いられ、
    前記流体噴射装置は、車両の排気通路を流れる排気に燃料を添加する燃料添加弁である
    請求項9〜15のいずれか一項に記載の流体噴射システム。
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