(57)【要約】【課題】羽根部に付着した還元剤が混合部材の上流側に滴下することを抑制することが可能な混合部材、排気浄化装置および車両を提供する。【解決手段】混合部材は、排気管内の排気方向に流れる排気ガスと、排気管内に供給される還元剤とを混合する混合部材であって、排気管内に、その内壁から離れて配置される基部と、基部から内壁に向けて延び、混合部材よりも排気方向の下流側に排気ガスの旋回流を発生させる複数の羽根部と、を備え、羽根部は、基部との接続部の位置が排気方向の最下流位置となるように、排気方向に対して傾斜して配置され、基部は、排気方向における両端面を貫通し、混合部材の排気方向の上流側から下流側に還元剤を通過させる還元剤通路を有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管内の排気方向に流れる排気ガスと、前記排気管内に供給される還元剤とを混合する混合部材であって、
前記排気管内に、その内壁から離れて配置される基部と、
前記基部から前記内壁に向けて延び、前記混合部材よりも前記排気方向の下流側に前記排気ガスの旋回流を発生させる複数の羽根部と、
を備え、
前記羽根部は、前記基部との接続部の位置が前記排気方向の最下流位置となるように、前記排気方向に対して傾斜して配置され、
前記基部は、前記排気方向における両端面を貫通し、前記混合部材の前記排気方向の上流側から下流側に前記還元剤を通過させる還元剤通路を有する、
混合部材。
【請求項２】
前記羽根部は、前記基部における前記排気方向の上流側の端面から、前記内壁に向けて延びている、
請求項１に記載の混合部材。
【請求項３】
前記羽根部は、前記排気管内の前記排気ガスを、前記還元剤通路の還元剤流入口に導くように傾斜して配置されている、
請求項１または請求項２に記載の混合部材。
【請求項４】
前記基部および前記複数の羽根部は、一体に構成されている、
請求項１〜３の何れか１項に記載の混合部材。
【請求項５】
前記基部と前記羽根部との接続部分と、前記還元剤通路の縁とを繋ぐ面は、前記排気方向の下流側に向かうにつれ、前記混合部材の内側に向かうように傾斜している、
請求項１〜４の何れか１項に記載の混合部材。
【請求項６】
前記基部と前記羽根部との接続部分には、前記排気方向に対する前記羽根部の傾斜方向に沿う溝が形成されている、
請求項１〜５の何れか１項に記載の混合部材。
【請求項７】
前記排気管と、
前記排気管に設けられ、前記排気ガス中の窒素酸化物の還元を促進する選択還元型触媒と、
前記排気管における前記選択還元型触媒の前段に設けられ、前記還元剤を前記排気管内に供給する還元剤供給部と、
前記排気管において、前記還元剤供給部の供給口と対向配置される請求項１〜６の何れか１項に記載の混合部材と、
を備える排気浄化装置。
【請求項８】
請求項７に記載の排気浄化装置を備える、
車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、混合部材、排気浄化装置および車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気浄化装置では、尿素水等の還元剤によりアンモニアを生成し、選択還元型触媒を用いて当該アンモニアと排気ガス中の窒素酸化物との還元作用を促進する構成が知られている。このような構成においては、還元剤と排気ガスとを混合するための混合部材を有する構成が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、還元剤と排気ガスとを混合するための旋回流を発生させる複数の羽根部と、複数の羽根部を支持する支持部とを有する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１７／１２６１２０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の構成では、羽根部に付着した還元剤が、混合部材の上流側に滴下して、排気管内で白色堆積物となる可能性がある。この白色堆積物により、排気管内が閉塞されて所定の排気ガス処理を行うことができなくなるおそれがあった。
【０００６】
本開示の目的は、羽根部に付着した還元剤が混合部材の上流側に滴下することを抑制することが可能な混合部材、排気浄化装置および車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示に係る混合部材は、
排気管内の排気方向に流れる排気ガスと、前記排気管内に供給される還元剤とを混合する混合部材であって、
前記排気管内に、その内壁から離れて配置される基部と、
前記基部から前記内壁に向けて延び、前記混合部材よりも前記排気方向の下流側に前記排気ガスの旋回流を発生させる複数の羽根部と、
を備え、
前記羽根部は、前記基部との接続部の位置が前記排気方向の最下流位置となるように、前記排気方向に対して傾斜して配置され、
前記基部は、前記排気方向における両端面を貫通し、前記混合部材の前記排気方向の上流側から下流側に前記還元剤を通過させる還元剤通路を有する。
【０００８】
本開示に係る排気浄化装置は、
前記排気管と、
前記排気管に設けられ、前記排気ガス中の窒素酸化物の還元を促進する選択還元型触媒と、
前記排気管における前記選択還元型触媒の前段に設けられ、前記還元剤を前記排気管内に供給する還元剤供給部と、
前記排気管において、前記還元剤供給部の供給口と対向配置される、上記の混合部材と、
を備える。
【０００９】
本開示に係る車両は、
上記の排気浄化装置を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本開示によれば、羽根部に付着した還元剤が混合部材の上流側に滴下することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の実施の形態に係る排気浄化装置が適用された内燃機関の排気系を示す概略構成図である。
【図２】混合部材を排気方向から見た図である。
【図３】混合部材の断面図である。
【図４Ａ】混合部材の作用を説明するための図である。
【図４Ｂ】混合部材の作用を説明するための図である。
【図５】変形例に係る混合部材の断面図である。
【図６】変形例に係る混合部材の断面図である。
【図７】変形例に係る混合部材の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本開示の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本開示の実施の形態に係る排気浄化装置１００が適用された内燃機関１の排気系を示す概略構成図である。
【００１３】
図１に示すように、内燃機関１は、車両Ｖに搭載される、例えばディーゼルエンジンである。内燃機関１には、内燃機関１で生じた排気ガスを大気中に導くための排気浄化装置１００が設けられている。排気浄化装置１００は、排気管１１０と、還元剤供給部１２０と、選択還元型触媒１３０と、混合部材１４０とを備えている。
【００１４】
排気管１１０では、内燃機関１から生じた排気ガスが流れる。排気管１１０には、排気ガスが流れる方向（以下、「排気方向」という）の上流側から順に、還元剤供給部１２０、混合部材１４０、選択還元型触媒１３０等が設けられている。
【００１５】
還元剤供給部１２０は、アンモニアを生成するための還元剤（尿素水）を排気管１１０内に供給する。また、還元剤供給部１２０は、選択還元型触媒１３０の前段に設けられており、混合部材１４０に向けて還元剤を供給する。還元剤供給部１２０により、還元剤が排気管１１０内に供給されると、排気管１１０内の温度により還元剤が加水分解されて、アンモニアが生成される。
【００１６】
選択還元型触媒１３０は、排気管１１０における還元剤供給部１２０の後段に設けられ、還元剤供給部１２０により供給された還元剤に基づいて生成されたアンモニアを吸着する。選択還元型触媒１３０は、吸着したアンモニアと、自身を通過する排気ガス中に含まれる窒素酸化物とを反応させることで、当該窒素酸化物を還元する。
【００１７】
図２に示すように、混合部材１４０は、排気ガスと、還元剤供給部１２０が供給した還元剤と排気ガスとを混合する部材である。混合部材１４０は、排気管１１０において、還元剤供給部１２０と対向配置されており、本体部１４１と、複数の羽根部１４２と、基部１４３とを有する。
【００１８】
本体部１４１は、排気管１１０に挿入可能なように、例えば円形の外周面を有する形状に構成されている。なお、本体部１４１の形状は、これに限定されず、排気管１１０の形状に合わせて適宜変更可能である。
【００１９】
本体部１４１は、円筒状に構成されており、排気管１１０内のガス流路に設けられている。これにより、本体部１４１には、排気ガスと、還元剤供給部１２０から供給された還元剤とが内部に流れ込まれる。本体部１４１の内部には、複数の羽根部１４２および基部１４３が設けられている。
【００２０】
複数の羽根部１４２は、排気ガス等が本体部１４１内を通過することで、排気管１１０よりも排気方向の下流側に排気ガスの旋回流を発生させる。これにより、排気管１１０内に供給される還元剤と排気ガスとが混合される。基部１４３は、円柱状に構成されており、例えば、溶接等により複数の羽根部１４２と一体に構成されている。
【００２１】
各羽根部１４２は、基部１４３の周囲を囲むようにそれぞれ設けられている。各羽根部１４２は、図２の時計回り方向における下流側で隣接する羽根部１４２を向くように、基部１４３に設けられている。なお、本実施の形態では、羽根部１４２が６つ設けられているが、上記の旋回流を発生可能な数である限り、その個数は適宜設定され得る。
【００２２】
複数の羽根部１４２は、基部１４３における排気方向の上流側の上流端面Ａ１から排気管１１０の内壁、つまり、本体部１４１の内壁に向けて延びている。図３に示すように、羽根部１４２は、基部１４３との接続部の位置が排気方向の最下流位置となるように、排気方向に対して傾斜して配置されている。なお、図３における排気方向は、左から右に向かう方向である。
【００２３】
具体的には、羽根部１４２は、排気ガスＧを、後述する還元剤流入口Ｂ１に導くように傾斜して配置されている。羽根部１４２の排気方向に対する傾斜角度は、排気ガスＧが羽根部１４２に衝突した際に、羽根部１４２の面に沿って還元剤流入口Ｂ１にスムーズに流れ込むような角度であり、実験等により適宜設定され得る。
【００２４】
基部１４３は、排気方向における両端面を貫通する還元剤通路１４３Ａを有する。具体的には、基部１４３は、上流端面Ａ１における羽根部１４２との接続部分よりも内側に形成された還元剤流入口Ｂ１と、排気方向の下流側の下流端面Ａ２に形成された還元剤流出口Ｂ２と、還元剤流入口Ｂ１および還元剤流出口Ｂ２を連通する還元剤路通路１４３Ａとを有する。
【００２５】
還元剤通路１４３Ａには、排気ガスＧとともに、排気ガスＧに含まれる還元剤Ｎが還元剤流入口Ｂ１から入り込んで、還元剤流出口Ｂ２を介して混合部材１４０の下流側に流れ出るようになっている。
【００２６】
ところで、還元剤Ｎを含む排気ガスＧと羽根部１４２とが衝突することにより、図４Ａに示すように、複数の羽根部１４２には、還元剤Ｎ１が付着する。還元剤Ｎ１は、排気ガスの流れによって、基部１４３側に集められると還元剤Ｎ１に基づく液滴となる。
【００２７】
このように液滴が生成されると、例えば、基部１４３に還元剤通路１４３Ａが形成されていない構成の場合、当該液滴が混合部材１４０よりも下流側に行くことなく、排気管１１０における混合部材１４０よりも上流側に滴下する。その結果、当該液滴が上流側で堆積していき、ひいては還元剤による白色堆積物が生成される可能性がある。
【００２８】
白色堆積物が混合部材１４０の上流側に生成されると、白色堆積物により、排気管１１０内が閉塞されて所定の排気ガス処理を行うことができなくなるおそれがあった。この現象は、排気ガスが比較的低温の状態になったり、還元剤供給部１２０により供給された還元剤の量が過剰に多くなる場合に発生する。
【００２９】
しかし、本実施の形態では、基部１４３に還元剤通路１４３Ａが形成されているので、図４Ｂに示すように、排気ガスＧにより、還元剤Ｎ１が還元剤流入口Ｂ１を介して還元剤通路１４３Ａに入り込む。還元剤通路１４３Ａに入り込んだ還元剤Ｎ１は、排気ガスＧにより、還元剤流出口Ｂ２を介して混合部材１４０の下流側に流れ出る。
【００３０】
混合部材１４０の下流側に流れ出た還元剤Ｎ１は、混合部材１４０が発生させる旋回流等によって、排気ガスと還元剤Ｎ１とが効果的に混合される。
【００３１】
このように、本実施の形態では、羽根部１４２に付着した還元剤Ｎ１が混合部材１４０の上流側に滴下することを抑制することができる。その結果、白色堆積物が生成されることを抑制し、ひいては排気ガス処理を効果的に行うことができる。
【００３２】
また、基部１４３が複数の羽根部１４２と一体に構成されているので、混合部材１４０の強度を高めることができる。例えば、複数の羽根部のそれぞれが独立している構成の場合、排気ガスに複数の羽根部それぞれが煽られ、ひいては各羽根部が損傷する可能性がある。
【００３３】
それに対し、本実施の形態では、基部１４３および複数の羽根部１４２が一体に構成されているので、複数の羽根部１４２が基部１４３に支持されることで、排気ガスに煽られにくくなり、ひいては混合部材１４０の強度を高めることができる。
【００３４】
また、複数の羽根部１４２は、ガス流路における排気ガスを、還元剤流入口Ｂ１に導くように傾斜して配置されているので、羽根部１４２に付着した還元剤Ｎ１が還元剤流入口Ｂ１に入り込みやすくなる。ここで、羽根部１４２が排気方向に対して垂直な構成や、排気方向に対して微小な角度だけ傾斜した構成の場合、排気ガスが羽根部１４２と衝突した際、羽根部１４２に沿って流れにくいので、還元剤Ｎ１が還元剤流入口Ｂ１に入りにくい。
【００３５】
しかし、本実施の形態では、羽根部１４２が、排気ガスＧを、還元剤流入口Ｂ１に導くように傾斜して配置されているので、排気ガスＧが羽根部１４２に衝突した後、そのまま、羽根部１４２に沿って流れて、還元剤流入口Ｂ１に入り込む。その結果、還元剤Ｎ１が排気ガスＧにより、還元剤流入口Ｂ１に導かれやすくなるので、還元剤Ｎ１が混合部材１４０の上流側に滴下することを、さらに抑制することができる。
【００３６】
また、図５に示すように、基部１４３と羽根部１４２との接続部分Ｃ１と還元剤流入口Ｂ１の縁Ｃ２とを繋ぐ面１４３Ｂが、排気方向の下流側に向かうにつれ、混合部材１４０の内側に向かうように傾斜していても良い。
【００３７】
このようにすることで、羽根部１４２を伝って移動する還元剤Ｎ１が、面１４３Ｂにスムーズに移動して還元剤通路１４３Ａに入り込みやすくなるので、還元剤Ｎ１が混合部材１４０の上流側に滴下することを、さらに抑制することができる。
【００３８】
また、図６に示すように、基部１４３と羽根部１４２との接続部分、例えば、上記の面１４３Ｂの部分に、排気方向に対する羽根部１４２の傾斜方向に沿う溝１４３Ｃが形成されていても良い。
【００３９】
このようにすることで、羽根部１４２に付着した還元剤Ｎ１が羽根部１４２に沿って溝１４３Ｃに入り、スムーズに還元剤通路１４３Ａに入り込むことができる。その結果、還元剤Ｎ１が混合部材１４０の上流側に滴下することを、さらに抑制することができる。
【００４０】
また、このような溝１４３Ｃは、図７に示すように、羽根部１４２全体に設けても良い。このようにすることで、羽根部１４２に付着した還元剤Ｎ１がスムーズに還元剤通路１４３Ａに入り込むことができる。なお、溝１４３Ｃは、径方向に直線状に延びるように設けられていても良いし、羽根部１４２の傾きにあわせて螺旋状に延びるように設けられていても良い。
【００４１】
なお、上記実施の形態では、溶接により羽根部１４２と、基部１４３とが接続されていたが、本開示はこれに限定されず、１枚の板状の部材を折り曲げる等して、羽根部１４２および基部１４３が構成されていても良い。
【００４２】
また、上記実施の形態では、羽根部１４２は、基部１４３の上流端面Ａ１から延びていたが、本開示はこれに限定されず、基部１４３の側面から延びていても良い。ただし、羽根部１４２と、当該側面との間に還元剤が溜まることにより、液滴が生成される可能性があることを考慮すると、羽根部１４２は、基部１４３の上流端面Ａ１から延びていることが好ましい。
【００４３】
その他、上記実施の形態は、何れも本開示を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本開示の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本開示はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本開示の混合部材は、羽根部に付着した還元剤が混合部材の上流側に滴下することを抑制することが可能な混合部材、排気浄化装置および車両として有用である。
【符号の説明】
【００４５】
１  内燃機関
１００  排気浄化装置
１１０  排気管
１２０  還元剤供給部
１３０  選択還元型触媒
１４０  混合部材
１４１  本体部
１４２  羽根部
１４３  基部
Ｖ  車両
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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