(57)【要約】【課題】ミキサー部材の破損を効果的に防止する。【解決手段】排気を流通させる排気管１４内に設けられ、排気管１４内を流れる排気と還元剤とを撹拌混合させるミキサー部材５０であって、排気管１４の軸心側から径方向外側に向かって放射状に延びる複数枚のフィン部５２と、フィン部５２の軸心側の基端部５２Ｂを相互に連結すると共に、フィン部５２の径方向への伸長に伴い変形することにより、基端部５２Ｂとの接合部位に作用する応力を緩和する応力緩和部５３とを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気を流通させる排気管内に設けられ、該排気管内を流れる排気と還元剤とを撹拌混合させるミキサー部材であって、
前記排気管の軸心側から径方向外側に向かって放射状に延びる複数枚のフィン部と、
前記フィン部の前記軸心側の基端部を相互に連結すると共に、前記フィン部の径方向への伸長に伴い変形することにより、前記基端部との接合部位に作用する応力を緩和する応力緩和部と、を備える
ことを特徴とするミキサー部材。
【請求項２】
前記応力緩和部は、排気下流側に向けて断面半円弧状に凸となるように湾曲する円弧部を含み、該円弧部が前記フィン部の径方向への伸長に伴い湾曲変形することにより、前記接合部位に作用する応力を緩和する
請求項１に記載のミキサー部材。
【請求項３】
前記応力緩和部が、複数の凹凸を交互に連続して有する波形に形成されている
請求項１に記載のミキサー部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ミキサー部材に関し、特に、エンジンから排出される排気ガスと還元触媒に供給される還元剤とを撹拌混合させるミキサー部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの排気浄化装置として、尿素水インジェクタから噴射される尿素水を排気熱や排気ガス中の水蒸気によって加水分解することにより生成されるアンモニアを還元剤として、排気ガス中に含まれる窒素酸化物（以下、ＮＯｘ）を還元浄化する選択還元型触媒（Selective Catalytic Reduction：以下、ＳＣＲ触媒）を備えるものが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、排気管内の尿素水インジェクタよりも下流側に複数枚のフィンを有するミキサー部材を配置し、フィンにより排気ガスを旋回させることにより、還元剤と排気ガスとの均一な混合を図る技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１１１９２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記文献記載のミキサー部材では、各フィンの基端部を排気管の軸中心に配される内側リングの外周に略垂直に接合固定している。このため、例えば、各フィンが排気熱等の影響により熱膨張して径方向に伸長すると、各フィンと内側リングとの接合部位に応力が集中して亀裂を生じさせることで、ミキサー部材の破損を招く可能性がある。
【０００６】
本開示の技術は、ミキサー部材の破損を効果的に防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の技術は、排気を流通させる排気管内に設けられ、該排気管内を流れる排気と還元剤とを撹拌混合させるミキサー部材であって、前記排気管の軸心側から径方向外側に向かって放射状に延びる複数枚のフィン部と、前記フィン部の前記軸心側の基端部を相互に連結すると共に、前記フィン部の径方向への伸長に伴い変形することにより、前記基端部との接合部位に作用する応力を緩和する応力緩和部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、前記応力緩和部は、排気下流側に向けて断面半円弧状に凸となるように湾曲する円弧部を含み、該円弧部が前記フィン部の径方向への伸長に伴い湾曲変形することにより、前記接合部位に作用する応力を緩和することが好ましい。
【０００９】
また、前記応力緩和部が、複数の凹凸を交互に連続して有する波形に形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本開示の技術によれば、ミキサー部材の破損を効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態に係るエンジンの排気系を示す模式的な全体構成図である。
【図２】本実施形態に係るミキサー部材を示す模式的な斜視図である。
【図３】本実施形態に係るミキサー部材を軸方向に切り欠いて示す模式的な断面図である。
【図４】本実施形態に係るミキサー部材と、比較例のミキサー部材とを説明する模式図である。
【図５】他の実施形態に係るミキサー部材を軸方向に切り欠いて示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面に基づいて、本実施形態に係るミキサー部材を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１３】
［全体構成］
図１は、本実施形態に係るエンジン１０の排気系を示す模式的な全体構成図である。
【００１４】
図１に示すように、エンジン１０は、シリンダヘッドや複数の気筒が形成されたシリンダブロック等を含むエンジン本体部１１を備えている。エンジン本体部１１のシリンダヘッドには、各気筒から排出される排気ガスを集合させる排気マニホールド１２が設けられている。
【００１５】
排気マニホールド１２には、排気上流側から順に、上流排気管１３、前段後処理装置２０の前段ケーシング２１、接続排気管１４、後段後処理装置４０の後段ケーシング４１及び、下流排気管１５等が接続されている。
【００１６】
上流排気管１３は、略円筒状に形成されており、その上流端を排気マニホールド１２の排気集合部１２Ａに接続されている。上流排気管１３の下流端は、前段ケーシング２１の上流側開口部に接続されている。
【００１７】
前段ケーシング２１は、略円筒状に形成されており、その内部には、排気上流側から順に、酸化触媒２２及び、フィルタ２３が収容されている。
【００１８】
酸化触媒２２は、例えば、コーディエライトハニカム構造体等のセラミック製担体の表面に触媒成分等を担持して形成されている。酸化触媒２２は、エンジン１０のポスト噴射や図示しない排気管インジェクタの排気管噴射によって未燃燃料（炭化水素：ＨＣ）が供給されると、これを酸化して排気温度を上昇させる。
【００１９】
フィルタ２３は、例えば、多孔質性の隔壁で区画された多数のセルを排気の流れ方向に沿って配置し、これらセルの上流側と下流側とを交互に目封止して形成されている。フィルタ２３は、排気ガス中の粒子状物質（Particulate Matter：以下、ＰＭ）を隔壁の細孔や表面に捕集すると共に、ＰＭ堆積量が所定量に達すると、これを燃焼除去するフィルタ強制再生が実施される。
【００２０】
接続排気管１４は、全体として略Ｓ字状の円筒状に形成されており、前段ケーシング２１の下流側開口部と後段ケーシング４１の上流側開口部とを接続する。接続排気管１４の所定部位には、尿素水噴射装置３０の一部を構成する尿素水インジェクタ３５が設けられている。
【００２１】
尿素水噴射装置３０は、尿素水を貯留する尿素水タンク３１と、尿素水タンク３１内の尿素水に浸漬されて異物を除去するストレーナ３２と、ストレーナ３２に接続された供給配管３３と、供給配管３３に設けられて尿素水タンク３１から尿素水を汲み上げる尿素水ポンプ３４と、供給配管３３から供給される尿素水を接続排気管１４内に噴射する尿素水インジェクタ３５とを備えている。
【００２２】
尿素水インジェクタ３５から接続排気管１４内に噴射された尿素水は、排気熱や排気ガス中の水蒸気により加水分解されてアンモニア（ＮＨ３）に生成され、下流側のＳＣＲ触媒４８に還元剤として供給される。
【００２３】
後段ケーシング４１は、略円筒状に形成されている。後段ケーシング４１の内部には、ＳＣＲ触媒４８が収容されている。
【００２４】
ＳＣＲ触媒４８は、例えば多孔質のセラミック製担体にゼオライト等を担持して形成されている。ＳＣＲ触媒４８は、尿素水インジェクタ３５から還元剤として供給されるアンモニアを吸着すると共に、吸着したアンモニアで通過する排気ガス中からＮＯｘを選択的に還元浄化する。
【００２５】
下流排気管１５は、略円筒状に形成されており、その上流端を後段ケーシング４１の下流側開口部に接続されている。下流排気管１５の下流側には、排気ガスを大気に放出する不図示のテールパイプ等が接続されている。
【００２６】
本実施形態において、尿素水インジェクタ３５よりも下流側の接続排気管１４内には、接続排気管１４内を流れる排気ガスと還元剤とを撹拌混合するミキサー部材５０が設けられている。以下、本実施形態に係るミキサー部材５０の詳細を図２，３に基づいて説明する。
【００２７】
［ミキサー部材］
図２は、本実施形態に係るミキサー部材５０を示す模式的な斜視図である。
【００２８】
図２に示すように、ミキサー部材５０は、接続排気管１４に固定される固定リング部５１と、排気ガスを旋回させる複数枚のフィン部５２と、応力を緩和する応力緩和部５３とを備えている。
【００２９】
固定リング部５１は、接続排気管１４の内径と略同径の外径を有する略円環状に形成されている。固定リング部５１は、その外周を接続排気管１４の内周に溶接等で接合することにより、接続排気管１４の尿素水インジェクタ３５（図１参照）よりも下流側の所定部位に固定されている。なお、固定リング部５１は、ボルト・ナット等により接続排気管１４に固定してもよい。また、固定リング部５１の形状は、円環状に限定されず、接続排気管１４に固定可能な形状であれば、他の形状であってもよい。
【００３０】
複数枚のフィン部５２は、固定リング部５１（又は、接続排気管１４）の軸心Ｘ側から径方向外側に向かって放射状に設けられている。具体的には、各フィン部５２は、その面方向を固定リング部５１の軸心Ｘに対して所定の角度で傾けた状態で、径方向外側の縁部５２Ａを固定リング部５１の内周面に溶接等で接合固定されている。なお、各フィン部５２の固定は溶接に限定されず、ボルト・ナット等で固定リング部５１に固定してもよい。また、フィン部５２の枚数は、図示例の４枚に限定されず、接続排気管１４の管内径等に応じて適宜に設定することができる。
【００３１】
応力緩和部５３は、固定リング部５１の軸心Ｘに位置して設けられており、各フィン部５２の径方向内側の基端部５２Ｂを相互に連結する。以下、図３に基づいて、応力緩和部５３の詳細を説明する。
【００３２】
図３は、本実施形態に係るミキサー部材５０を軸方向に切り欠いて示す模式的な断面図である。
【００３３】
図３に示すように、各フィン部５２は、径方向内側の基端部５２Ｂが、固定リング部５１に固定される径方向外側の縁部５２Ａよりも排気下流側に位置するように、その面方向を固定リング部５１の軸心Ｘに対して所定の角度で傾けて設けられている。
【００３４】
応力緩和部５３は、排気下流側に向けて断面半円弧状に凸となるように湾曲形成されており、各フィン部５２の基端部５２Ｂを相互に連結する。具体的には、応力緩和部５３は、各フィン部５２の基端部５２Ｂから排気下流側に向けて軸心Ｘ方向に延びる直線部５４と、各直線部５４の排気下流側端を繋ぐ半円弧状の円弧部５５とを備えている。フィン部５２の軸心Ｘ側に臨む面と直線部５４の軸心Ｘ側に臨む面とがなす角度θは、１８０°（度）よりも大きい角度とされている。各フィン部５２と、これら直線部５４及び、円弧部５５を含めた応力緩和部５３とは、好ましくは、一枚のプレート材をプレス加工等することにより一体に形成されている。
【００３５】
すなわち、高温の排気ガスの影響等により、各フィン部５２が固定側の縁部５２Ａを支点に径方向内側に向けて伸長すると、これに伴い円弧部５５が湾曲変形して各フィン部５２の伸長を吸収することにより、各フィン部５２と応力緩和部５３との接合部位Ａに作用する応力の緩和が図られるようになっている。
【００３６】
以下、図４に基づいて、比較例を用いながら、本実施形態に係るミキサー部材５０の作用効果を説明する。
【００３７】
図４（Ｂ）に示す比較例のミキサー部材５０’において、各フィン部５２’の基端部５２Ｂ’は、軸心Ｘと略直交する面を有する中央部５８によって相互に連結されている。すなわち、各フィン部５２’の面方向と中央部５８の面方向とがなす角度θ’は、１８０°（度）よりも小さい角度とされている。
【００３８】
このため、例えば、高温の排気ガスの影響等により、各フィン部５２’が固定側の縁部５２Ａ’を支点に径方向内側に向けて図中Ｙ方向へ伸長すると、当該伸長を吸収することができず、各フィン部５２’及び、中央部５８が角度θ’を減少させるように屈曲することで、これら各フィン部５２’と中央部５８との接合部位Ａ’に応力を集中させることになる。このような状態で、各フィン部５２’に、例えば排気ガスの脈動等により繰り返し圧力が作用すると、各フィン部５２’と中央部５８との接合部位Ａ’に亀裂が生じ、各フィン部５２’と中央部５８とを分離させることにより、ミキサー部材５０’を破損させる可能性がある。
【００３９】
これに対し、図４（Ａ）に示す本実施形態では、各フィン部５２の基端部５２Ｂを、排気下流側に向けて断面半円弧状に湾曲する応力緩和部５３によって相互に連結している。応力緩和部５３は、各フィン部５２の基端部５２Ｂから延びる直線部５４と、各直線部５４の排気下流側端を繋ぐ半円弧状の円弧部５５とを備えている。
【００４０】
すなわち、高温の排気ガスの影響等により、各フィン部５２が固定側の縁部５２Ａを支点に径方向内側に向けて図中Ｙ方向へ伸長すると、これに伴い円弧部５５が図中破線で示すように湾曲変形し、各フィン部５２の伸長を吸収することにより、各フィン部５２と直線部５４とのなす角度θの大きな変化が効果的に抑えられるように構成されている。これにより、各フィン部５２と応力緩和部５３との接合部位Ａの応力集中が確実に緩和されるようになり、各フィン部５２が接合部位Ａの亀裂により分離するミキサー部材５０の破損を効果的に防止することが可能になる。
【００４１】
［その他］
なお、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
【００４２】
例えば、図５に示すように、各フィン部５２の基端部５２Ｂから排気下流側に向けて断面半円弧状に湾曲する応力緩和部５３に、複数の凹凸を交互に連続して設けることにより、応力緩和部５３全体を略波形のセレーション状に形成してもよい。この場合も、波形の応力緩和部５３が湾曲変形することにより、各フィン部５２の伸長を効果的に吸収することが可能となり、上記実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００４３】
また、応力緩和部５３の形状は、図３及び図５に示す形状に限定されず、各フィン部５２の伸長に追従して変形することにより、該伸長を吸収できるものであれば、他の形状であってもよい。
【００４４】
また、上記実施形態において、ミキサー部材５０の向きは、排気上流側と排気下流側とを反転させて設けることも可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１０  エンジン
１４  接続排気管（排気管）
３５  尿素水インジェクタ
５０  ミキサー部材
５１  固定リング部
５２  フィン部
５３  応力緩和部
５４  直線部
５５  円弧部
【図１】
2020153313.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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