JP2017002745A - 還元剤噴射システム - Google Patents

Abstract

【課題】浄化装置への還元剤の流入ムラを低減させることでＮＯｘ浄化率の向上を図る。
【解決手段】還元剤噴射システムは、内燃機関１０の排気に含まれるＮＯｘを還元浄化する浄化装置２０を備えた排気浄化システムに適用される。還元剤噴射システムは、噴射弁３０、噴射弁制御部５１ａ（分布可変装置）およびポンプ制御部５１ｂ（分布可変装置）を備える。噴射弁３０は、浄化装置２０のうち排気が流入する開口部である排気流入口２２ｂへ向けて、排気流れ上流側から還元剤を噴射する。分布可変装置は、噴射弁３０から噴射された還元剤の排気流入口２２ｂに対する分布を、周期的に変化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気に含まれるＮＯｘを還元浄化する排気浄化システムに適用された、還元剤噴射システムに関する。

特許文献１には、内燃機関の排気通路のうち浄化装置の上流側に、噴射弁から還元剤を噴射する技術が開示されている。浄化装置は還元触媒を有しており、噴射弁から噴射された還元剤は、浄化装置の排気流入口から排気とともに流入し、還元触媒上でＮＯｘと反応してＮＯｘを還元して浄化する。

特許第４７９９３４０号公報

さて、噴射弁を浄化装置の近傍に配置せざるを得ない場合があり、その場合には、噴射弁から排気流入口までの距離が短くなる。すると、排気流入口の特定部分に偏って多くの還元剤が流入するといった、流入ムラが生じる。その結果、還元剤の噴射量に対するＮＯｘ浄化量の割合（ＮＯｘ浄化率）が低下することが懸念される。

この対策として、還元剤を噴射する噴孔の数を増やしたり噴孔をテーパ形状にしたりして、還元剤の噴霧が短距離で広範囲に拡がるようにすることが挙げられる。しかしながら、このように噴霧の形状が拡げられても、噴霧内で還元剤の高密度部分および低密度部分が生じることは避けられないので、上記流入ムラを十分に低減させることは困難である。そして、このような流入ムラが生じると、排気流入口へ均一に流入してくるＮＯｘのうち、特定部分から流入したＮＯｘに対しては還元剤の供給量に過不足が生じてしまい、浄化装置全体としてのＮＯｘ浄化率が低下する。

本発明は、上記問題を鑑みてなされたもので、その目的は、ＮＯｘ浄化率の向上を図った還元剤噴射システムを提供することにある。

ここに開示される発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。

開示される発明のひとつは、内燃機関（１０）の排気に含まれるＮＯｘを還元浄化する浄化装置（２０）を備えた排気浄化システムに適用され、浄化装置のうち排気が流入する開口部である排気流入口（２２ｂ）へ向けて、排気流れ上流側から還元剤を噴射する噴射弁（３０、３０Ａ、３０Ｂ）と、噴射弁から噴射された還元剤の排気流入口に対する分布を、周期的に変化させる分布可変装置（５１ｂ、３４、５１ａ）と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、噴射弁から噴射された還元剤の分布が周期的に変化する。そのため、瞬時的な分布にムラが生じていても、その分布が周期的に変化することで、所定時間に排気流入口から流入した還元剤の累積量の分布は、均一化される。換言すると、還元剤の噴霧中の高密度部分が、排気流入口の特定箇所から常時流入することを回避でき、高密度部分の流入箇所を周期的に変化させることができる。以上により、上記発明によれば還元剤の累積流入量については流入ムラを低減できる。よって、排気流入口に均一に流入してくるＮＯｘのうち、特定部分から流入したＮＯｘに対する還元剤の供給量に過不足が生じることを低減できるので、ＮＯｘ浄化率を向上できる。

本発明の第１実施形態において、還元剤噴射システムおよび浄化装置が車両に搭載された状態を示す模式図。 図１に示す浄化装置が備える基材の全体形状を表した斜視図。 図２に示す浄化装置が備える基材および触媒層を表した断面図。 図１に示す噴射弁を表した、図１のIV矢視図。 図１に示す噴霧の形状を表した、図１のＶ矢視図。 第１実施形態において、噴射圧力の違いに起因した噴霧の分布変化を示す模式図。 第１実施形態において、供給圧力、噴射指令および回転角度と、経過時間との関係を示す図。 本発明の第２実施形態において、噴射弁を噴孔の下流側から見た正面図。 第２実施形態において、噴霧の形状を表した模式図。 第２実施形態において、噴射圧力の違いに起因した噴霧の分布変化を示す模式図。 本発明の第３実施形態において、噴霧の分布変化を示す模式図。 図１１のXII矢視図。 第３実施形態において、噴射指令および回転角度と、経過時間との関係を示す図。 本発明の第４実施形態において、噴射指令および回転角度と、経過時間との関係を示す図。 本発明の第５実施形態において、目標噴射時間および噴射指令と、経過時間との関係を示す図。 第５実施形態において、噴孔絞りによる全開モードの状況を示す、噴射弁の断面図。 第５実施形態において、シート絞りによる非全開モードの状況を示す、噴射弁の断面図。

以下、本発明にかかる還元剤噴射システムを、車両に搭載された排気浄化システムに適用した各実施形態について、図面を参照しつつ説明する。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と、通路部材２１の内部に収容されて排気を浄化する本体部２２と、を備える。本体部２２は、基材２３（図２参照）と、基材２３に支持された触媒層２４（図３参照）と、を備える。

基材２３は、セラミックス製であり、排気が流通する内部通路２２ａを複数本形成するハニカム形状に形成されている。本体部２２の外形形状、つまり基材２３の外形形状は、排気流れ方向に延びる円柱形状である。内部通路２２ａは排気流れ方向に延びる形状である。基材２３の円柱両端面のうち排気流れ上流側の端面は、特許請求の範囲に記載の「排気流入口２２ｂ」に相当する。厳密には、上記端面に位置する複数本の内部通路２２ａの流入口が、浄化装置２０のうち排気が流入する開口部である排気流入口２２ｂに相当する。これら流入口の集合体である排気流入口２２ｂの外形形状は円形である。

触媒層２４は内部通路２２ａに面して排気に晒される。触媒層２４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。還元触媒成分および吸着成分は均一に混合され、図３に示すように単層に形成される。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、例えば銅、鉄もしくはバナジウムが用いられる。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。

図１の説明に戻り、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、排気に含まれる水と反応して加水分解する。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２２ｂから内部通路２２ａへ流入し、触媒層２４に吸着される。具体的には、触媒層２４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２４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、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。

排気に含まれる粒子状物質（ＰＭ）は、内部通路２２ａに堆積して捕集される。ＰＭ堆積量が所定量以上になると、本体部２２の温度を上昇させて堆積したＰＭを燃焼して除去する。例えば、浄化装置２０の上流側と下流側との差圧が閾値以上になると、ＰＭ堆積量が所定量以上であると判定し、排気に含まれる未燃燃料を増大させるよう、内燃機関１０の作動を制御する。これにより、未燃燃料が排気通路１１ａまたは内部通路２２ａで燃焼し、本体部２２が昇温して堆積ＰＭが燃焼する。

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３１ａから尿素水が噴射される。

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３１ａが複数形成されている（図４参照）。各々の噴孔３１ａから噴射された尿素水は円錐形状の噴霧を形成し、これら複数の噴霧が１纏まりとなって、円錐形状の噴霧Ｆ（図１参照）を形成する。図５中の点線は、各々の噴孔３１ａから噴射された噴霧の外形形状を模式的に示す。１纏まりとなった噴霧Ｆの外形形状は、模式的には円錐形状であると言えるが、噴霧Ｆ中の尿素水の分布は不均一である。例えば、図５中の符号Ｆｂに示す部分は、２つの噴孔３１ａからの噴霧が重複する領域であるため尿素水の量が多い。つまり、排気中の尿素水濃度が高い。一方、図５中の符号Ｆｃに示す部分は尿素水濃度が低い。なお、符号Ｆａに示す部分は、１つの噴孔３１ａからの噴霧が占める領域である。

図１の説明に戻り、車両には、尿素水を貯留するタンク４０と、タンク４０に貯留された尿素水を噴射弁３０へ圧送するポンプ４１が搭載されている。ポンプ４１は、電動モータにより駆動する電動式である。ポンプ４１へ供給する電力を制御することで、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３１ａからの尿素水の噴射圧力が制御される。

さらに車両には、電子制御ユニット（ＥＣＵ５０）が搭載されている。ＥＣＵ５０は、マイクロコンピュータ（マイコン５１）、入力処理回路、および出力処理回路等を有する。マイコン５１は、プログラムが記憶されたメモリ、およびそのプログラムにしたがって演算処理するプロセッサを有する。ＥＣＵ５０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３１ａからの尿素水の噴射開始と噴射停止を制御する。さらにＥＣＵ５０は、ポンプ４１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。このように、噴射弁３０の作動を制御している時のマイコン５１は、尿素水の噴射開始と停止を制御する噴射弁制御部５１ａとして機能する。

なお、噴射弁制御部５１ａは、噴射期間を制御することで噴射量を制御しているとも言える。また、ポンプ４１の作動を制御している時のマイコン５１は、尿素水の噴射圧を制御するポンプ制御部５１ｂとして機能する。本実施形態に係る還元剤噴射システムは、ＥＣＵ５０および噴射弁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。

噴射弁制御部５１ａは、所定時間あたりに浄化装置２０へ流入するＮＯｘ量を推定し、推定したＮＯｘ量、触媒層２４の温度（触媒温度）、排気温度、およびアンモニア吸着量等に基づき、所定時間あたりに噴射する尿素水の目標噴射量を算出する。例えば、ＮＯｘ量が多いほど目標噴射量を増大させる。また、触媒温度が低いほど還元率が低くなることを鑑みて、触媒温度が低いほど目標噴射量を増大させる。但し、触媒層２４が活性化する温度よりも触媒温度が低温である場合には、還元剤がＮＯｘと反応することなく本体部２２を通過することが懸念されるので、活性化温度未満の場合には活性化温度以上である場合に比べて目標噴射量を減少させる。

本体部２２へ流入するアンモニアの一部は、触媒層２４の吸着成分に吸着されることなく、本体部２２へ流入したＮＯｘを還元触媒成分上で還元させる。また、本体部２２へ流入するアンモニアの他の一部は、触媒層２４の吸着成分に吸着され、その後、本体部２２へ流入したＮＯｘを還元触媒成分上で還元させる。そのため、噴射弁制御部５１ａは、アンモニアの吸着量を推定し、推定した吸着量が多いほど目標噴射量を減少させる。

さらに噴射弁制御部５１ａは、目標噴射量、および尿素水の供給圧力に基づき、噴射弁３０からの噴射開始時期および噴射時間を設定する。つまり、弁体３２の開弁作動開始時期、および開弁時間を設定する。具体的には、噴射時間が長いほど１回の開弁による噴射量が多くなることを鑑み、目標噴射量が多いほど噴射時間を長く設定する。また、供給圧力が高いほど、同じ噴射時間であっても噴射量が多くなることを鑑み、噴射時間を短く設定する。

ポンプ制御部５１ｂは、噴射弁３０へ供給される還元剤の供給圧力を周期的に変化させるよう、ポンプ４１への供給電力を制御する。例えば、ポンプ４１が有する電動モータへの通電時間に関するデューティ比を制御することで、ポンプ制御部５１ｂは供給電力を制御する。以下、供給圧力を周期的に変化させることによる技術的意義を、図６を用いて説明する。

図６に示すように、供給圧力が高圧の場合における噴霧（高圧噴霧Ｆｈ）は、低圧の場合における噴霧（低圧噴霧Ｆｌ）に比べて、排気通路１１ａを直進する力（貫徹力）が大きい。また、本実施形態では、排気通路１１ａの中心線Ｃｅｘ（図１参照）に対して噴射弁３０の中心線Ｃｉｎｊ（図６参照）が交差することとなる向きに、噴射弁３０は排気管１１に取り付けられている。そのため、図６に示すように、高圧噴霧Ｆｈは、排気通路１１ａのうち排気流れに抗して直進した位置に分布し、低圧噴霧Ｆｌは、排気通路１１ａのうち排気流れに押された位置に分布する。

よって、排気流入口２２ｂに対する噴霧の位置（分布）は、高圧噴霧Ｆｈと低圧噴霧Ｆｌとで異なってくる。換言すれば、噴射弁３０の中心線Ｃｉｎｊに対する噴霧の中心線Ｃｈ、Ｃｌの角度は、高圧噴霧Ｆｈと低圧噴霧Ｆｌとで異なってくる。その結果、排気流入口２２ｂに対する噴霧の分布、つまり排気流入口２２ｂに対する噴霧の投影領域Ａｈ、Ａｌは、高圧噴霧Ｆｈと低圧噴霧Ｆｌとで異なってくる。したがって、供給圧力（つまり噴射圧力）を周期的に変化させるポンプ制御部５１ｂは、排気流入口２２ｂに対する還元剤の分布を周期的に変化させる「分布可変装置」に相当する。

図７（ａ）は、ポンプ制御部５１ｂによる供給圧力の周期的な変化の一例を示す。図示されるように、最低圧力Ｐｍｉｎから最高圧力Ｐｍａｘまで、供給圧力を連続的に常時変化させている。図７（ｂ）は、噴射弁制御部５１ａによる噴射指令パルスを示す。パルスオンの期間が電気アクチュエータ３３への通電時間Ｔｑ、つまり噴射時間または開弁期間に相当する。図７（ｃ）に示す回転角度θは、排気流入口２２ｂに対する還元剤の分布が周期的に変化するにあたり、最も高圧で噴射した時の噴霧（高圧噴霧Ｆｈ）の中心線Ｃｈを基準とした角度のことである。例えば図６に示す低圧噴霧Ｆｌの回転角度θは、高圧噴霧Ｆｈの中心線Ｃｈと低圧噴霧Ｆｌの中心線Ｃｌとのなす角度である。

図７の例では、通電時間Ｔｑ中、回転角度θは常時変化している。また、最低圧力Ｐｍｉｎになった最低ピーク時期ｔｐ１、および最高圧力Ｐｍａｘになった最高ピーク時期ｔｐ２が、通電時間Ｔｑに含まれている。つまり、これらのピーク時期ｔｐ１、ｔｐ２が噴射インターバル期間（噴射停止期間）に含まれないように、噴射開始時期が設定される。

以上により、本実施形態に係る還元剤噴射システムは、浄化装置２０の排気流入口２２ｂへ向けて、排気流れ上流側から還元剤を噴射する噴射弁３０と、分布可変装置としてのポンプ制御部５１ｂとを備える。ポンプ制御部５１ｂは、噴射弁３０から噴射された還元剤の排気流入口２２ｂに対する位置を周期的に変化させる。

これによれば、噴射弁３０から噴射された還元剤の分布が周期的に変化する。そのため、瞬時的な分布にムラが生じていても、排気流入口２２ｂに対する噴霧位置が周期的に変化することで、所定時間に排気流入口２２ｂから流入した還元剤の累積量の分布は、均一化される。

上述した瞬時的な分布ムラ（瞬時ムラ）の具体例としては、図５の符号Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃに示す各々の領域で尿素水濃度が異なることが挙げられる。仮に、本実施形態に反して噴霧位置を周期的に変化させなければ、排気流入口２２ｂのうち符号Ｆｂに対応する部分からは多くの尿素水が流入し、アンモニアの吸着量が多くなる。一方、排気流入口２２ｂのうち符号Ｆｃに対応する部分からは尿素水があまり流入せず、アンモニアの吸着量が少なくなる。つまり、流入した還元剤の累積量の分布にムラ（累積ムラ）が生じる。これに対し本実施形態では、分布が周期的に変化することで、瞬時ムラについては抑制できないものの累積ムラを抑制できる。よって、複数本の内部通路２２ａの各々について、ＮＯｘ浄化量のばらつきを抑制できるので、ひいては、噴射弁３０からの尿素水噴射量に対するＮＯｘ浄化量（つまりＮＯｘ浄化率）を向上できる。

さらに、本実施形態に係る分布可変装置は、噴射弁３０から噴射される還元剤の噴射圧力を周期的に変化させるポンプ制御部５１ｂにより実現される。そのため、噴孔３１ａの向きを変化させる機構や、いずれの噴孔から噴射させるかを切り替える機構を要すること無く、上述した累積量の分布変化を実現できる。よって、分布可変装置を容易に提供できる。

さらに、本実施形態に係る分布可変装置は、噴射弁３０へ供給される還元剤の供給圧力を周期的に変化させることで、上記分布を周期的に変化させる。そのため、ポンプ４１への供給電力を制御することで還元剤の分布を変化させることができるので、ハードウェアの変更箇所を少なくしつつ、上述した累積量の分布変化を実現できる。よって、分布可変装置を容易に提供できる。

さらに、本実施形態に係る分布可変装置は、供給圧力を連続的に常時変化させる。これによれば、噴霧の分布が連続的に常時変化するので、断続的に変化する場合に比べて、還元剤の累積量分布の均一化を促進できる。

さらに、本実施形態に係る分布可変装置は、供給圧力のピーク時期ｔｐ１、ｔｐ２が弁体３２の開弁期間（通電時間Ｔｑ）に含まれることとなるよう、その開弁期間を設定する。これによれば、供給圧力を変化させて噴射圧力を変化させるにあたり、噴射圧力の変化量が最高圧力Ｐｍａｘと最低圧力Ｐｍｉｎとの差分になり、その変化量を最大にできる。そのため、分布の変化を大きくできるので、上述した累積ムラの均一化を促進できる。

さらに、本実施形態に係る還元剤噴射システムは、ＮＯｘを還元浄化する還元触媒を有するとともに、排気に含まれる粒子状物質を捕集する捕集部（内部通路２２ａ）を有した浄化装置２０に適用される。ここで、浄化装置２０がＰＭ捕集の機能を有する場合、燃焼室から浄化装置２０までの距離を短くして、より高温の排気を本体部２２へ流入させることが望まれる。その結果、排気通路１１ａの上流端から浄化装置２０までの距離を短くすることが要求される。よって、噴射弁３０から排気流入口２２ｂまでの距離も短くなり、還元剤の分布ムラが生じやすくなる。したがって、このようなＰＭ捕集機能を有する浄化装置２０に本実施形態に係る分布可変装置を適用させる本実施形態によれば、分布を周期的に変化させることによる累積ムラ抑制の効果が顕著に発揮される。

さらに、本実施形態に係る還元剤噴射システムは、排気に含まれるＮＯｘを吸着する吸着成分を有した浄化装置２０に適用される。そのため、上記吸着の機能を有していない浄化装置２０に適用させた場合に比べて、還元剤分布の周期的な変化がゆっくりであっても、累積ムラ低減の効果が十分に得られる。

（第２実施形態）
図４に示す第１実施形態では、複数の噴孔３１ａが、噴射弁３０の中心線Ｃｉｎｊを中心とした同心円上に配置されている。その結果、噴霧Ｆの形状が、断面円形の円錐形状である（図５参照）。これに対し本実施形態では、複数の噴孔３１ａを同心円上に配置することを廃止して、例えば複数の噴孔３１ａを所定方向に並べて配置している（図８参照）。その結果、噴霧Ｆは、断面が偏平した円形の形状となる（図９参照）。噴霧Ｆの偏平の長手方向は、複数の噴孔３１ａが並ぶ上記所定方向に一致する。図１０中の矢印は、噴射圧力の変化に伴い噴霧Ｆの位置が移動する方向を示す。そして、図９および図１０の左右方向、つまり上記長手方向が、圧力変化で移動する噴霧Ｆの移動方向に対して垂直となるように、噴射弁３０Ａは排気管１１に取り付けられている。

以上により、本実施形態によれば、噴霧Ｆを偏平させるように複数の噴孔３１ａが配置され、その偏平の長手方向が噴霧Ｆの移動方向に対して垂直となるように、噴射弁３０Ａの向きが設定されている。そのため、図１０中の符号Ａｘに示すような、噴霧Ｆが行き届きにくくなる領域を小さくできる。よって、排気流入口２２ｂに対する累積ムラの均一化を促進できる。

（第３実施形態）
上記第１および第２実施形態では、噴射圧力を周期的に変化させることで、還元剤の累積量分布を均一化させている。これに対し本実施形態では、噴孔３１ａの向きを周期的に変化させることで、還元剤の累積量分布を均一化させる。

具体的には、図１１に示すように噴射弁３０Ｂの構造を変更している。すなわち、噴射弁３０Ｂは、噴孔３１ａが形成された先端部３４を備える。先端部３４は、弁体３２と一体に形成されている。弁体３２が開弁した状態では、先端部３４および弁体３２は、回転可能な状態でボデー３１に保持される。噴孔３１ａは、噴射弁３０Ｂの中心線Ｃｉｎｊに対して噴霧Ｆの中心線が傾くように形成されている。

上記構造の噴射弁３０Ｂによれば、通電により弁体３２Ｂを開弁作動させて噴孔３１ａから尿素水が噴射させると、その反動を受けて先端部３４は弁体３２とともに回転する。これにより、ボデー３１に対する噴孔３１ａの向きが変化しつつ尿素水が噴射される。つまり、先端部３４は弁体３２とともにボデー３１に対して回転する。したがって、排気流入口２２ｂに対する噴霧の投影領域Ａは、図１１および図１２に示すように回転移動していく。先端部３４は、還元剤を噴射する噴孔３１ａの向きを周期的に変化させる「分布可変装置」に相当する。

本実施形態に係るポンプ制御部５１ｂは、供給圧力を周期的に変化させることはせず、予め設定された目標圧力となるようにポンプ４１の作動を制御する。また、本実施形態に係る噴射弁制御部５１ａは、上記第１実施形態と同様にして、目標噴射量に基づき噴射時間を設定し、噴射指令パルスを出力する。

図１３（ａ）は、噴射弁制御部５１ａによる噴射指令パルスを示す。パルスオンの期間が噴射時間に相当する。パルスの立ち上がり時期が噴射開始時期ｔｓに相当し、立ち下がり時期が噴射終了時期ｔｅに相当する。図１３（ｂ）に示す回転角度θは、投影領域Ａが回転移動する際の、所定位置を基準にした回転角度のことであり、先端部３４が１回転する毎に回転角度θが３６０°変化することになる。図１３（ｂ）に示されるように、噴射期間中、回転角度θは連続的に常時変化する。

以上により、本実施形態に係る分布可変装置は、還元剤を噴射する噴孔３１ａの向きを周期的に変化させる装置であり、具体的には先端部３４により提供される。これによれば、噴霧の投影領域Ａが周期的に変化する。そのため、噴霧中の分布に瞬時的な分布ムラが生じていても、その噴霧の排気流入口２２ｂに対する位置（分布）が周期的に変化することで、所定時間に排気流入口から流入した還元剤の累積量の分布は、均一化される。

さらに本実施形態によれば、投影領域Ａが回転移動する。そのため、排気流入口２２ｂが円形である場合において、排気流入口２２ｂのうち噴霧Ｆが行き届きにくくなる領域を小さくできる。

（第４実施形態）
上記第３実施形態では、噴孔３１ａから尿素水が噴射する反動で先端部３４を回転させ、その結果、噴孔３１ａの向きを周期的に変化させている。これに対し、本実施形態に係る噴射弁は、先端部３４を回転させる回転用モータ（図示せず）を備えており、ＥＣＵ５０は、回転用モータの作動を制御することで、噴孔３１ａの向きを周期的に変化させている。

図１４（ａ）は、噴射弁制御部５１ａによる噴射指令パルスを示す。図１４（ｂ）に示す回転角度θは、上記第３実施形態と同様にして、投影領域Ａが回転移動する角度のことである。図１４（ｂ）に示されるように、噴射期間は回転用モータの作動を停止させ、噴孔３１ａの向きを固定させている。一方、噴射停止期間は回転用モータを作動させ、噴孔３１ａの向きを変化させている。したがって、噴射を開始する毎に、前回噴射時とは噴孔３１ａの向きが変化する。

以上により、本実施形態に係る分布可変装置は、還元剤を噴射する噴孔３１ａの向きを周期的に変化させる装置であり、具体的には回転用モータにより提供される。これによれば、噴霧の投影領域Ａが噴射毎に周期的に変化する。そのため、上記第３実施形態と同様にして、還元剤の累積量の分布を均一化できる。

（第５実施形態）
本実施形態では、図１５に示すように、噴射弁制御部５１ａによる通電時間Ｔ１、Ｔ２を変化させることで、以下に説明する全開モードと非全開モードとを周期的に切り替える。なお、本実施形態に係る噴射弁３０には、上記第１実施形態と同じ噴射弁３０が用いられている。

図１６に示すように、ボデー３１の内部には、尿素水の流通路３１ｂ、および流通路３１ｂの下流側に位置するサック室３１ｃが形成されている。流通路３１ｂは、弁体３２の外周面とボデー３１の内壁面との間で形成された環状の通路である。尿素水が流れる上流側から下流側へ向かって順に、流通路３１ｂ、サック室３１ｃおよび噴孔３１ａが連通している。ポンプ４１から噴射弁３０へ供給された尿素水は、流通路３１ｂを流通した後、サック室３１ｃへ流れ込み、サック室３１ｃから各々の噴孔３１ａに分配されて噴射される。

ボデー３１の内壁面には、弁体３２が離着座する着座面３１ｓが形成されている。弁体３２の外周面には、着座面３１ｓに密着するシート面３２ｓが形成されている。弁体３２が着座面３１ｓに着座すると、シート面３２ｓが着座面３１ｓに密着して流通路３１ｂが閉弁され、噴孔３１ａからの噴射が停止される。弁体３２が着座面３１ｓから離座すると、流通路３１ｂが開弁され、噴孔３１ａから尿素水が噴射される。

さて、弁体３２のリフトアップ量が十分であり、流通路３１ｂの開度が十分に大きくなった図１６の状態では、噴孔３１ａからの噴射量は、噴孔３１ａの通路断面積に依存して決まる。つまり、噴孔３１ａで絞られた状態で噴射される。このように弁体３２の開度を全開にして噴孔絞り状態で噴射するモードを「全開モード」と呼ぶ。

一方、弁体３２が開弁作動を開始した直後であり、流通路３１ｂの開度が小さい図１７の状態では、噴孔３１ａからの噴射量は、流通路３１ｂのうち、着座面３１ｓとシート面３２ｓの間で形成される部分の通路断面積に依存して決まる。つまり、シート面３２ｓで絞られた状態で噴射される。このように弁体３２の開度を非全開にしてシート絞り状態で噴射するモードを「非全開モード」と呼ぶ。

いずれのモードで噴射させるかに応じて、供給圧力が同じであっても噴射圧力は異なってくる。具体的には、非全開モードで噴射した時の噴射圧力は、全開モード時に比べて低くなる。この点を鑑みた本実施形態では、全開モードと非全開モードとを周期的に切り替えることで、噴射圧力を周期的に変化させ、還元剤の分布を周期的に変化させる。

図１５（ａ）は、先述した目標噴射量に対応する通電時間の目標値、つまり目標噴射時間を示す。図１５（ｂ）は、目標噴射時間に対応して設定された、噴射弁制御部５１ａによる噴射指令パルスを示す。図中の符号Ｔａは、シート絞りによる非全開モードで噴射させている期間を示す。非全開モードでは、目標噴射時間を複数回に分割して噴射させている。これにより、分割された各々がシート絞りによる低圧で噴射される。図中の符号Ｔｂは、噴孔絞りによる全開モードで噴射させている期間を示す。全開モードでは、噴射指令のパルスオン時間を目標噴射時間と同じに設定しているため、噴孔絞りによる高圧で噴射される。図示されるように、非全開モード期間Ｔａと全開モード期間Ｔｂとを、交互に切り替えて噴射させている。

以上により、本実施形態に係る分布可変装置は、全開モードと非全開モードとを周期的に切り替えることで、還元剤の累積分布を周期的に変化させる装置であり、具体的には噴射弁制御部５１ａにより提供される。これによれば、還元剤の噴射圧力がモード切り替え毎に周期的に変化するので、噴射弁３０から噴射された還元剤の分布が周期的に変化する。そのため、上記第１実施形態と同様にして、所定時間に排気流入口２２ｂから流入した還元剤の累積量の分布は、均一化される。

（他の実施形態）
以上、発明の好ましい実施形態について説明したが、発明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。

・上記各実施形態では、複数本の内部通路２２ａの流入口を、浄化装置２０のうち排気が流入する開口部である排気流入口２２ｂとしているが、通路部材２１の上流側開口部を排気流入口としてもよい。

・図１に示す実施形態では、排気通路１１ａの中心線Ｃｅｘに対して噴霧の中心線Ｃｈ、Ｃｌが交差する向きとなるよう、噴射弁３０は排気管１１に取り付けられている。これに対し、排気通路１１ａの中心線Ｃｅｘに対して噴霧の中心線が平行となる向きに、噴射弁３０を排気管１１に取り付けてもよい。

・図７に示す実施形態では、供給圧力の最低ピーク時期ｔｐ１および最高ピーク時期ｔｐ２の両方を通電時間Ｔｑに含ませている。これに対し、いずれか一方のピーク時期を通電時間Ｔｑに含ませてもよいし、いずれのピーク時期も通電時間Ｔｑに含ませないようにしてもよい。

・第３実施形態では、投影領域Ａが回転移動するように噴射弁３０Ｂは構成されている。これに対し、投影領域Ａが所定方向に往復移動するように噴射弁を構成させてもよい。

・上記各実施形態では、噴射弁３０、３０Ａ、３０Ｂへ液体の還元剤を供給しているが、気体の還元剤を供給する構成であってもよい。

・図１に示す実施形態では、浄化装置２０がＰＭ捕集の機能を有している。これに対し、ＰＭ捕集用のフィルタ装置と、ＮＯｘ浄化用の浄化装置とを別体に構成してもよい。また、上記第１実施形態に係る浄化装置２０はＮＯｘを吸着する吸着成分を有しているが、該吸着成分を有していない浄化装置であってもよい。

・上述した各実施形態では、車両に搭載された内燃機関１０の排気浄化システムに還元剤噴射システムを適用させているが、定置式の内燃機関の排気浄化システムに適用させてもよい。

・ＥＣＵ５０（制御装置）が提供する手段および／または機能は、実体的な記憶媒体に記録されたソフトウェアおよびそれを実行するコンピュータ、ソフトウェアのみ、ハードウェアのみ、あるいはそれらの組合せによって提供することができる。例えば、制御装置がハードウェアである回路によって提供される場合、それは多数の論理回路を含むデジタル回路、またはアナログ回路によって提供することができる。

１０…内燃機関、２０…浄化装置、２２ｂ…排気流入口、３０…噴射弁、３４…先端部（分布可変装置）、５１ａ…噴射弁制御部（分布可変装置）、５１ｂ…ポンプ制御部（分布可変装置）。

Claims (9)

1. 内燃機関（１０）の排気に含まれるＮＯｘを還元浄化する浄化装置（２０）を備えた排気浄化システムに適用され、前記浄化装置のうち排気が流入する開口部である排気流入口（２２ｂ）へ向けて、排気流れ上流側から還元剤を噴射する噴射弁（３０、３０Ａ、３０Ｂ）と、
   前記噴射弁から噴射された還元剤の前記排気流入口に対する分布を、周期的に変化させる分布可変装置（５１ｂ、３４、５１ａ）と、
   を備えることを特徴とする還元剤噴射システム。
2. 前記分布可変装置（５１ｂ）は、前記噴射弁から噴射される還元剤の噴射圧力を周期的に変化させることを特徴とする請求項１に記載の還元剤噴射システム。
3. 前記分布可変装置は、前記噴射弁へ供給される還元剤の供給圧力を周期的に変化させることで、前記分布を周期的に変化させることを特徴とする請求項２に記載の還元剤噴射システム。
4. 前記分布可変装置は、前記供給圧力を連続的に常時変化させることを特徴とする請求項３に記載の還元剤噴射システム。
5. 前記分布可変装置により変化する前記供給圧力のピーク時期（ｔｐ１、ｔｐ２）が、前記噴射弁からの還元剤の噴射期間に含まれていることを特徴とする請求項４に記載の還元剤噴射システム。
6. 前記噴射弁は、還元剤を噴射する噴孔（３１ａ）、還元剤を前記噴孔へ導く流通路（３１ｂ）、および前記流通路を開閉する弁体（３２）を有し、
   前記分布可変装置（５１ａ）は、前記弁体の開度を全開にして噴射する全開モードと、前記開度を全開にさせずに噴射する非全開モードとを周期的に切り替えることで、前記分布を周期的に変化させることを特徴とする請求項２に記載の還元剤噴射システム。
7. 前記噴射弁は、還元剤を噴射する噴孔（３１ａ）を有し、
   前記分布可変装置（３４）は、還元剤を噴射する前記噴孔の向きを周期的に変化させる装置であることを特徴とする請求項１に記載の還元剤噴射システム。
8. 前記浄化装置は、ＮＯｘを還元浄化する還元触媒を有するとともに、排気に含まれる粒子状物質を捕集する捕集部（２２ａ）を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の還元剤噴射システム。
9. 前記浄化装置は、排気に含まれるＮＯｘを吸着する吸着成分を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の還元剤噴射システム。

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