(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気管内を流動する排気と添加弁により同排気管内に噴霧された添加剤とを混合させるための羽根がその内部に設けられた筒状部と、同筒状部が挿通される挿通孔を有し同筒状部の外周面から径方向外方に延びるフランジと、同フランジに設けられて前記筒状部を支持する複数の支持部とを備える混合装置において、
前記支持部は、前記フランジに接続される部位から前記筒状部の周方向に延出する延出片からなることを特徴とする混合装置。
【請求項２】
前記延出片は、前記フランジに接続される部位と前記筒状部の外周面との間に隙間が介在する態様でその一部が前記筒状部の外周面に接続されてなる請求項１に記載の混合装置。
【請求項３】
前記延出片は、前記筒状部の周方向と平行に延出する請求項１又は請求項２に記載の混合装置。
【請求項４】
前記各延出片は、前記フランジに接続される部位から前記筒状部の周方向一方側にのみ延出する請求項３に記載の混合装置。
【請求項５】
前記フランジの内周縁と前記筒状部の外周面との間には隙間が介在しており、
前記延出片は、前記排気管内における排気の流動方向に対して平行に配置されてなる請求項１〜請求項４のうち何れか一項に記載の混合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気管内を流動する排気と添加弁により排気管内に噴霧された添加剤とを混合させる混合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関には、排気に含まれる窒化酸化物（ＮＯｘ）を水及び窒素に還元して浄化する排気浄化装置が設けられている。こうした排気浄化装置では、排気管内に尿素水といった添加剤を添加弁から噴霧し、その添加剤を添加弁よりも排気下流側に配設された排気浄化触媒に供給するようにしている。また、排気浄化装置には、排気管内において添加弁と排気浄化触媒との間に混合装置が設けられている（特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の混合装置は、円筒形状をなす筒状部と、該筒状部内に流入した排気及び添加剤を混合させるためのプレートと、筒状部の外周面から径方向外方に延びる環状のフランジとを備えている。このフランジの内周縁には複数の支持部が設けられており、フランジは各支持部を介して筒状部に取り付けられている。そして、混合装置は、フランジが排気上流側の排気管と排気下流側の排気管とにより挟まれた状態で排気管内に設けられている。
【０００４】
図７は、混合装置の分解斜視図である。図７に示すように、支持部１００はフランジ１１０の内周縁から内側に延出する延出片を折り曲げた構成となっており、支持部１００の延びる方向は筒状部１２０の軸方向と一致している。そして、フランジ１１０を筒状部１２０に取り付ける場合、筒状部１２０がフランジ１１０の内側に圧入されると、支持部１００が同筒状部１２０の外周面に面接触する。この状態で筒状部１２０に各支持部１００が溶接されるようになっている。なお、筒状部１２０の軸方向は、フランジ１１０の平面に直交する方向と一致している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２８０９９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、排気上流側の排気管と排気下流側の排気管との連結部分での高い気密性を確保するためには、フランジ１１０の平面度を高めることが望ましい。しかしながら、筒状部１２０にフランジ１１０を取り付けることにより同フランジ１１０に歪みが生じ、フランジ１１０の平面度が低くなるおそれがある。
【０００７】
すなわち、筒状部１２０がフランジ１１０の内側に圧入されると、図８に示すように、支持部１００は、その先端が筒状部１２０の径方向外側に変位するように変形し、フランジ１１０に支持される部分を支点として回動しようとする。このとき、図８にて二点鎖線で示すように、こうした支持部１００の回動に起因した力（「変形力Ｐ」ともいう。）によって、フランジ１１０において支持部１００が接続される部位の周辺が部分的に押し出されるように変形するおそれがある。そして、こうしたフランジ１１０の部分的な変形が生じる結果、フランジ１１０の平面度の低下を招くこととなる。
【０００８】
このような平面度の低いフランジ１１０でもって混合装置を排気管に取り付ける場合、排気上流側の排気管と排気下流側の排気管との連結部分での気密性を確保するためには、こうした変形が生じないようにフランジの厚さを厚くするなどその剛性を高めたり、強固なシール機構を設けたりすることが必要となる。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものである。その目的は、筒状部に取り付けられたフランジの平面度を向上させることができる混合装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
混合装置にかかる請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気管内を流動する排気と添加弁により同排気管内に噴霧された添加剤とを混合させるための羽根がその内部に設けられた筒状部と、同筒状部が挿通される挿通孔を有し同筒状部の外周面から径方向外方に延びるフランジと、同フランジに設けられて前記筒状部を支持する複数の支持部とを備える混合装置において、前記支持部は、前記フランジに接続される部位から前記筒状部の周方向に延出する延出片からなることを要旨とする。
【００１１】
上記構成によれば、フランジに設けられた各支持部は、フランジに形成された挿通孔内に挿入された筒状部に弾性接触する。そのため、筒状部へのフランジの取り付け時において挿通孔内に筒状部が圧入されると、支持部が回動しようとするため、フランジにおいて支持部を支持する部分を含む周辺部位には支持部の回動に応じた力（以下、「変形力」ともいう。）が作用する。
【００１２】
本発明では、支持部を構成する延出片は、フランジに接続される部位から筒状部の周方向に延出しているため、フランジの周辺部位に作用する変形力を、フランジの平面に直交する方向成分の分力と該平面に沿う方向成分の分力とに分解することができる。これら２種類の分力のうち、平面に直交する方向成分の分力は、フランジを同平面に直交する方向に押し出そうとする力であり、こうした平面に直交する方向成分の分力は、筒状部の軸方向と平行に延出する延出片によって同筒状部をフランジに支持するようにした従来の構成と比較して小さくなる。その結果、フランジの上記周辺部位の部分的な変形を抑制することができ、筒状部に取り付けられたフランジの平面度を向上させることができるようになる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の混合装置において、前記延出片は、前記フランジに接続される部位と前記筒状部の外周面との間に隙間が介在する態様でその一部が前記筒状部の外周面に接続されてなることを要旨とする。
【００１４】
上記構成によれば、延出片においてフランジに接続される部位と筒状部の外周面との間に隙間が介在させるようにしているため、筒状部にフランジを取り付ける際に延出片が弾性変形することで同延出片からフランジに作用する変形力を小さく抑えることができる。また、フランジを取り付けた状態で筒状部が振動するような場合でもこれを延出片の弾性変形によって吸収することができるようになる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の混合装置において、前記延出片は、前記筒状部の周方向と平行に延出することを要旨とする。
上記構成によれば、フランジの平面に直交する方向成分の変形力を極力小さくすることができる。そのため、こうした変形力によってフランジが部分的に変形することを抑制することができ、筒状部へのフランジの取り付けに伴う同フランジの平面度の低下を抑制することができるようになる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の混合装置において、前記各延出片は、前記フランジに接続される部位から前記筒状部の周方向一方側にのみ延出することを要旨とする。
【００１７】
上記構成によれば、延出片が筒状部の周方向一方側にのみ延出するため、周方向で互いに隣り合う延出片が干渉しにくくなる分、１つの延出片の周方向における長さを長くすることが可能となる。これにより、延出片が撓みやすくなり、筒状部にフランジを取り付ける際に延出片が弾性変形することで同延出片からフランジに作用する変形力を小さく抑えることができる。その結果、フランジの平面度の低下を抑制することができるようになる。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のうち何れか一項に記載の混合装置において、前記フランジの内周縁と前記筒状部の外周面との間には隙間が介在しており、前記延出片は、前記排気管内における排気の流動方向に対して平行に配置されてなることを要旨とする。
【００１９】
上記構成によれば、フランジと筒状部との間に介在する隙間を通過する排気に対する流動抵抗を低くすることが可能となる。したがって、排気管による排気効率を向上させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態の混合装置を備える排気浄化装置を示す模式図。
【図２】（ａ）は混合装置の斜視図、（ｂ）はフランジの斜視図。
【図３】混合装置の一部を拡大した平面図。
【図４】混合装置を排気管に取り付ける様子を示す側断面図。
【図５】別の実施形態の混合装置の一部を拡大した平面図。
【図６】別の実施形態の延出片を示す斜視図。
【図７】従来の混合装置を示す分解斜視図。
【図８】従来の混合装置において筒状部にフランジを取り付けた際の状態を模式的に示す側断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図４に従って説明する。
図１に示すように、内燃機関の排気浄化装置２０は、排気管１１内を流動する排気に含まれる窒化酸化物（ＮＯｘ）を水及び窒素に還元させる装置である。こうした排気浄化装置２０には、排気管１１内に還元剤としての尿素水を排気下流側（図１では右方側）に噴霧する添加弁２１と、貯留タンク２２に貯留される尿素水を添加弁２１に供給すべく作動する供給ポンプ２３とが設けられている。
【００２２】
また、排気管１１内における添加弁２１の排気下流側には、排気上流側から排気下流側（図１では左側から右側）に向けて流動する排気と、添加弁２１によって噴霧された尿素水とを混合させる混合装置２５が設けられている。
【００２３】
このように排気に混合された尿素水に含まれる水分は、排気管１１内を共に流動する排気からの受熱によって蒸発する。すると、水分の蒸発によって生じた水蒸気と尿素水に含まれる尿素との加水分解反応により発生したアンモニアガスが、排気と共に排気下流側に流動する。
【００２４】
排気管１１における混合装置２５よりも排気下流側には、排気及びアンモニアガスを取り込む排気浄化触媒２７が設けられている。そして、この排気浄化触媒２７に取り込まれた排気に含まれる窒素化合物が、該排気と共に排気浄化触媒２７に取り込まれたアンモニアガスによって水と窒素とに還元される。
【００２５】
次に、本実施形態の混合装置２５について、図２〜図４を参照して説明する。
図２（ａ）に示すように、混合装置２５は、円筒形状をなす筒状部３０と、この筒状部３０に取り付けられる板状のフランジ３１とを備えている。筒状部３０内には、筒状部３０の周方向（以下、単に「周方向」という。）に沿って配列される複数の羽根３２が設けられている。これら各羽根３２は、筒状部３０内に排気上流側から流入した排気を整流し、混合装置２５よりも排気下流側に排気の旋回流を発生させる。これにより、排気と尿素水との混合が促進される。
【００２６】
図２（ａ）（ｂ）に示すように、フランジ３１は、筒状部３０が挿通される挿通孔３１１を有するとともに、この挿通孔３１１に挿通された筒状部３０の外周面３０１から同筒状部３０の径方向外方に延びている。こうしたフランジ３１の外周縁側には、複数のボルト挿通孔３１２が、筒状部３０の軸方向（図２において一点鎖線が延びる方向）に貫通形成されている。また、フランジ３１の内周縁３１３は、隙間ＳＰ１を介在させた状態で筒状部３０の外周面３０１に対向している。
【００２７】
こうしたフランジ３１の内周縁３１３には、筒状部３０を弾性支持する複数の支持部３３が設けられている。これら各支持部３３は、周方向に沿って略等間隔に配置されている。こうした支持部３３は、図２（ｂ）及び図３に示すように、フランジ３１の排気下流側に位置する１つの延出片３４からなる。本実施形態の延出片３４は、フランジ３１に接続される基端部位３４１から屈曲して筒状部３０の周方向と平行に延出している。そして、延出片３４の周方向において基端部位３４１とは反対側に位置する先端部位３４２が筒状部３０の外周面３０１に接続されている。なお、図３では、羽根３２の図示を省略している。
【００２８】
こうした延出片３４において、基端部位３４１と筒状部３０の外周面３０１との間には隙間ＳＰ２が介在しているとともに、延出片３４の一部である先端部位３４２は筒状部３０の外周面３０１に弾性接触している。そして、この先端部位３４２が、筒状部３０に溶接されている。なお、こうした延出片３４は、排気管１１内における排気の流動方向に対して平行に配置されている。
【００２９】
本実施形態の混合装置２５は、フランジ３１を介して排気管１１に取り付けられる。具体的には、図４に示すように、フランジ３１は、排気上流側の排気管１１Ａと排気下流側の排気管１１Ｂとによって挟まれた状態で、複数セット（図４では１セットのみ図示）のボルト４１及びナット４２によって排気管１１Ａ，１１Ｂに固定される。フランジ３１と排気上流側の排気管１１Ａとの間、及びフランジ３１と排気下流側の排気管１１Ｂとの間には、環状をなすガスケット４３がそれぞれ介在している。なお、図４では、羽根３２の図示を省略している。
【００３０】
次に、本実施形態の混合装置２５の組み立て方法について説明する。
フランジ３１の挿通孔３１１内に筒状部３０が挿入されると、この筒状部３０は、フランジ３１に設けられた各支持部３３によって支持される。このとき、フランジ３１の内周縁３１３は、隙間ＳＰ１を介在させた状態で筒状部３０の外周面３０１に対向する。また、支持部３３を構成する延出片３４は、その先端部位３４２が筒状部３０の外周面３０１に弾性接触することにより撓み変形する。
【００３１】
すなわち、筒状部３０にフランジ３１が取り付けられると、延出片３４は、その先端部位３４２が筒状部３０の外周面３０１から径方向外側に離れるように回動する。このとき、こうした延出片３４の回動に基づいた力（以下、「変形力」ともいう。）が、フランジ３１において支持部３３を支持する箇所を含む周辺部位に作用する。
【００３２】
ここで、本実施形態のフランジ３１は板材によって構成されている。そのため、フランジ３１は、その平面に直交する方向に作用する力が付与された場合には変形しやすい一方、その平面に沿う方向に作用する力が付与された場合には変形しにくい。換言すると、フランジ３１の平面に直交する方向に作用する力を小さくするほど、フランジ３１が変形しにくくなり、フランジ３１の平面度を向上させることが可能となる。
【００３３】
本実施形態では、延出片３４は、その基端部位３４１から周方向と平行に延出しているため、延出片３４の回動する方向は、フランジ３１の平面に沿う方向とほぼ平行となる。その結果、フランジ３１の周辺部位に作用する変形力を、フランジ３１の平面に直交する方向成分の分力（第１分力）と、フランジ３１の平面に沿う方向成分の分力（第２分力）とに分解した場合、第１分力はほぼ「０（零）」となる。そのため、フランジ３１の周辺部位は、フランジ３１を筒状部３０に取り付けた際にほとんど変形しない。したがって、筒状部３０に取り付けられたフランジ３１の平面度は、取り付け前のフランジ３１の平面度と同程度となる。
【００３４】
その後、各延出片３４の先端部位３４２は、筒状部３０に溶接される。そして、平面度が維持されたフランジ３１を介して、混合装置２５が排気管１１に取り付けられる。そのため、フランジ３１の剛性を特別に高めたり、強固なシール機構を設けたりすることなく、排気上流側の排気管１１Ａと排気下流側の排気管１１Ｂとの連結部分での気密性が容易に確保される。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態では、以下に示す効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、支持部３３を構成する延出片３４は、フランジ３１に接続される基端部位３４１から筒状部３０の周方向に延出している。そのため、基端部位３４１から筒状部３０の軸方向に平行に延出する延出片を有する従来の支持部をフランジ３１に設ける場合と比較して、フランジ３１の周辺部位に作用する第１分力を小さくすることが可能となる。このように第１分力を小さくできる分、フランジ３１の周辺部位が変形しにくくなる。したがって、フランジ３１において支持部３３が接続される部位の部分的な変形を抑制することができ、筒状部３０に取り付けられたフランジ３１の平面度を向上させることができるようになる。
【００３６】
（２）延出片３４においてフランジ３１に接続される基端部位３４１と筒状部３０の外周面３０１との間に隙間ＳＰ２が介在させるようにしている。そのため、筒状部３０にフランジ３１を取り付ける際に延出片３４が弾性変形することで、この延出片３４からフランジ３１に作用する第１分力を小さく抑えることができる。また、フランジ３１を取り付けた状態で筒状部３０が振動するような場合でも、こうした振動を延出片３４の弾性変形によって吸収することができるようになる。
【００３７】
（３）本実施形態では、延出片３４は、筒状部３０の周方向と平行に延びているため、フランジ３１の周辺部位に作用する第１分力は、ほぼ「０（零）」となる。したがって、フランジ３１において支持部３３が接続される部位の部分的な変形を抑制することができ、筒状部３０に取り付けられたフランジ３１の平面度を向上させることができるようになる。
【００３８】
（４）延出片３４は、その基端部位３４１から周方向一方側にのみ延出しており、延出片３４において筒状部３０に接続される部位（先端部位３４２）は、延出片３４の周方向一方側の端部となっている。このように一の延出片３４においてフランジ３１に接続される部位（基端部位３４１）と筒状部３０に接続される部位（先端部位３４２）との間隔を極力広くすることにより、延出片３４を撓みやすくすることができる。その結果、こうした延出片３４を有する支持部３３によって筒状部３０を支持させることにより、筒状部３０に取り付けられたフランジ３１の平面度を向上させることができるようになる。
【００３９】
（５）本実施形態では、全ての延出片３４が、フランジ３１に接続される基端部位３４１から筒状部３０の周方向一方側にのみ延出している。そのため、周方向で互いに隣り合う延出片３４同士が干渉しにくくなる分、１つの延出片３４の周方向における長さを長くすることが可能となる。これにより、延出片３４が撓みやすくなり、筒状部３０にフランジ３１を取り付ける際に延出片３４が弾性変形することで、この延出片３４からフランジ３１に作用する第１分力を小さく抑えることができる。そのため、フランジ３１の平面度の低下を抑制することができるようになる。
【００４０】
（６）延出片が周方向と交差する方向に延びる構成であったとすると、こうした延出片の撓みやすくするためには、軸方向における長さが比較的長い筒状部を用意する必要が生じる。この点、本実施形態の延出片３４は、周方向と平行な方向に延びている。そのため、筒状部３０の軸方向における長さとは関係なく、延出片３４の長さをある程度確保することができる。
【００４１】
（７）延出片３４は、排気管１１内における排気の流動方向に対して平行に配置されているため、フランジ３１の内周縁３１３と筒状部３０の外周面３０１との間の隙間ＳＰ２を通過する排気に対する流動抵抗が低くなる。したがって、排気管１１による排気効率を向上させることができるようになる。
【００４２】
なお、実施形態は以下のような別の実施形態に変更してもよい。
・図５に示すように、支持部３３Ａは、フランジ３１に接続される部位３４１Ａから周方向における両側に延出する延出片３４Ａを備えた構成であってもよい。この場合、延出片３４Ａの周方向における両端部３４２Ａを筒状部３０の外周面３０１に弾性接触させてもよい。こうした支持部３３Ａをフランジ３１に設けても、筒状部３０に取り付けられたフランジ３１の平面度を向上させることができるようになる。
【００４３】
・延出片は、筒状部３０の周方向に延びる構成であれば、この周方向と平行な方向とは異なる方向に延びる延出片であってもよい。例えば、図６に示すように、延出片は、延びる方向を、筒状部３０の軸方向と平行な第１の方向Ａと筒状部３０の周方向に平行な第２の方向Ｂとに分解できる延出片３４Ｂであってもよい。この場合、延出片３４Ｂの長手方向における一端部３４１Ｂをフランジ３１に接続させるとともに、長手方向における他端部３４２Ｂを筒状部３０の外周面３０１に接続させるようにしてもよい。このように構成しても、延出片が軸方向と平行な第１の方向Ａに延びる構成の場合と比較して、フランジ３１の周辺部位に作用する第１分力を小さく抑えることができ、この周辺部位が変形しにくくなる。したがって、フランジ３１の平面度を向上させることができるようになる。
【００４４】
・延出片３４は、その周方向における端部（一端及び他端）以外の箇所がフランジ３１に接続されるような構成であってもよい。また、延出片３４は、その周方向における端部（一端及び他端）以外の箇所が筒状部３０に接続されるような構成であってもよい。
【００４５】
・延出片は、筒状部３０に弾性接触するのであれば、延出片においてフランジ３１に支持される部位と筒状部３０の外周面３０１との間に隙間ＳＰ１が介在しない構成であってもよい。
【００４６】
・支持部は、フランジ３１よりも排気上流側に位置する延出片を備えた構成であってもよい。
・還元剤は、尿素水の他、アンモニア水溶液、炭化水素水溶液、ディーゼル燃料やガソリン燃料などの内燃機関の燃料であってもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１１，１１Ａ，１１Ｂ…排気管、２１…添加弁、２５…混合装置、３０…筒状部、３０１…外周面、３１…フランジ、３１１…挿通孔、３１３…内周縁、３２…羽根、３３，３３Ａ…支持部、３４，３４Ｂ，３４Ａ…延出片、ＳＰ１，ＳＰ２…隙間。
【図１】
0005478648.tif 000002
【図２】
0005478648.tif 000003
【図３】
0005478648.tif 000004
【図４】
0005478648.tif 000005
【図５】
0005478648.tif 000006
【図６】
0005478648.tif 000007
【図７】
0005478648.tif 000008
【図８】
0005478648.tif 000009