(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス中の粒状物質を捕集するフィルタ装置と、前記フィルタ装置の下流側に配置された選択還元触媒装置との間に配置されるとともに、排気ガス中に還元剤水溶液を添加する還元剤水溶液ミキシング装置であって、
前記フィルタ装置の出口管に装着され、前記フィルタ装置から流れてくる排気ガスの流れ方向を変更するエルボー管と、
前記エルボー管の下流側に接続され、前記フィルタ装置の出口管の軸線と交差する方向に延びるストレート管と、
前記エルボー管に取り付けられ、前記ストレート管に向かって前記エルボー管内部に還元剤水溶液を噴射するインジェクタと、
前記エルボー管内において、前記インジェクタから噴射される還元水溶液の周囲を覆うように配置されるミキシングパイプとを備え、
前記ミキシングパイプの前記インジェクタ側の周壁には複数の大開口が設けられ、
前記ミキシングパイプの前記ストレート管側の周壁には、複数の小開口が設けられ、
前記大開口の開口面積は、前記小開口の開口面積よりも大きく、
前記ミキシングパイプを前記ストレート管の軸線側から前記エルボー管の入口部に向かって見たときに、前記複数の大開口は前記ミキシングパイプの周方向の所定幅にわたって省かれる
ことを特徴とする還元剤水溶液ミキシング装置。
【請求項２】
請求項１に記載の還元剤水溶液ミキシング装置において、
前記複数の大開口は、前記ミキシングパイプの周方向に沿って設けられる
ことを特徴とする還元剤水溶液ミキシング装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の還元剤水溶液ミキシング装置において、
前記複数の大開口は、前記周壁の周方向の一部の角度領域にのみ設けられる
ことを特徴とする還元剤水溶液ミキシング装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の還元剤水溶液ミキシング装置において、
前記複数の小開口は、前記周壁の周方向の一部の角度領域にのみ設けられる
ことを特徴とする還元剤水溶液ミキシング装置。
【請求項５】
排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタ装置と、
前記フィルタ装置の下流側において当該フィルタ装置と並列に配置された請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の還元剤水溶液ミキシング装置と、
前記還元剤水溶液ミキシング装置の下流側に配置され、排気ガス中の窒素酸化物を還元浄化する選択還元触媒装置とを備える
ことを特徴とする排気ガス後処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、還元剤水溶液ミキシング装置およびこれを備えた排気ガス後処理装置に係り、選択還元触媒に尿素水溶液を供給して排気ガスを浄化する際に用いられる還元剤水溶液ミキシング装置およびこれを備えた排気ガス後処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの排気ガス中に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を選択還元触媒（Selective Catalytic Reduction；以下「ＳＣＲ」と記す）にて浄化する排気ガス後処理装置が知られている。このようなＳＣＲに対しては、インジェクタから噴射された尿素水溶液が供給される。インジェクタは、ＳＣＲの上流側に設けられたミキシング装置に取り付けられる。ミキシング装置内を流れる排気ガス中にインジェクタから尿素水溶液を噴射し、この尿素水溶液と排気ガスとをミキシング装置内で混ぜ合わせる。この結果、尿素水溶液が排気ガスの熱によって熱分解され、アンモニアが得られる。このアンモニアがＳＣＲにて還元剤として用いられる。【０００３】
このような排気ガス後処理装置においては、噴射された尿素水溶液と排気ガスとが十分に混合されないと、外側が外気によって冷やされたミキシング装置の内壁に尿素水溶液の一部が付着し、ＳＣＲでのアンモニアが不足するおそれがある。また、ミキシング装置の内壁で液滴となった尿素水溶液が結晶化し、内壁に堆積して排気ガスの流れを阻害することもある。このような問題を解決するために、外管および内管を有した２重管構造のミキシング装置を採用することがある。ミキシング装置の内管は、内外周の両面が排気ガスと接触していることで加熱されるため、この内管の内部に尿素水溶液を噴射することで、内壁に付着した尿素水溶液もが熱分解することとなり、液滴として付着して結晶化したり、堆積したりするのを抑制できる。【０００４】
また、特許文献１，２では、尿素水溶液が十分に熱分解されるよう、ミキシング装置内において、インジェクタジェクタの下流側にミキシングパイプを設けることが提案されている。ミキシングパイプの外周面には、複数の開口が設けられている。これらの開口を通じて排気ガスをミキシングパイプの内部に流入させることによって、ミキシングパイプ内で乱流や旋回流を発生させる。このような流れの排気ガス中にインジェクタから尿素水溶液を噴射することで、尿素水溶液を微細化して排気ガスとの混合を促進し、尿素水溶液のアンモニアへの分解効率を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１０／０２６３３５９号明細書
【特許文献２】特開２００８−２０８７２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ミキシング装置内に露出するインジェクタの噴射ノズルは、ミキシング装置に設けられた凹状のリセス内に位置しており、噴射ノズル先端の周囲がリセスの壁面によって囲まれている。このようなリセスが設けられていると、噴射された尿素水溶液の一部は、負圧気味となるリセス部側に渦を巻くように戻されて滞留する。滞留した尿素水溶液が結晶化して堆積すると、噴射ノズルからの尿素水溶液の噴射が阻害されるという問題が生じる。【０００７】
そこで、ミキシングパイプ内で旋回流を生じさせるための開口を、噴射ノズルに近い側にも設けることで排気ガスを噴射ノズルの近辺に流入させ、当該近辺を加熱して尿素水溶液の加熱分解を促進し、よって尿素水溶液の滞留を抑制することが考えられる。しかし、ミキシングパイプに単に開口を設けたのでは、排気ガスを十分に噴射ノズルの近辺に向かわせることができない可能性があり、その解決が望まれる。【０００８】
本発明の目的は、インジェクタの噴射ノズル周辺での尿素水溶液の滞留を抑制できる還元剤水溶液ミキシング装置およびこれを備えた排気ガス後処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１発明に係る還元剤水溶液ミキシング装置は、排気ガス中の粒状物質を捕集するフィルタ装置と、前記フィルタ装置の下流側に配置された選択還元触媒装置との間に配置されるとともに、排気ガス中に還元剤水溶液を添加する還元剤水溶液ミキシング装置であって、前記フィルタ装置の出口管に装着され、前記フィルタ装置から流れてくる排気ガスの流れ方向を変更するエルボー管と、前記エルボー管の下流側に接続され、前記フィルタ装置の出口管の軸線と交差する方向に延びるストレート管と、前記エルボー管に取り付けられ、前記ストレート管に向かって前記エルボー管内部に還元剤水溶液を噴射するインジェクタと、前記エルボー管内において、前記インジェクタから噴射される還元水溶液の周囲を覆うように配置されるミキシングパイプとを備え、前記ミキシングパイプの前記インジェクタ側の周壁には複数の大開口が設けられ、前記ミキシングパイプの前記ストレート管側の周壁には、複数の小開口が設けられ、大開口の開口面積は、小開口の開口面積よりも大きく、前記ミキシングパイプを前記ストレート管の軸線側から前記エルボー管の入口部に向かって見たときに、前記複数の大開口は前記ミキシングパイプの周方向の所定幅にわたって省かれることを特徴とする。
ここで、複数の大開口の総開口面積および複数の小開口の総開口面積の大小は問わない。
【００１０】
第２発明に係る還元剤水溶液ミキシング装置では、前記複数の大開口は、前記ミキシングパイプの周方向に沿って設けられることを特徴とする。【００１２】
第３発明に係る還元剤水溶液ミキシング装置では、前記複数の大開口は、前記周壁の周方向の一部の角度領域にのみ設けられることを特徴とする。
【００１３】
第４発明に係る還元剤水溶液ミキシング装置では、前記複数の小開口は、前記周壁の周方向の一部の角度領域にのみ設けられることを特徴とする。
【００１４】
第５発明に係る排気ガス後処理装置は、排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタ装置と、前記フィルタ装置の下流側において当該フィルタ装置と並列に配置された前記第１発明ないし第４発明のいずれかの還元剤水溶液ミキシング装置と、前記還元剤水溶液ミキシング装置の下流側に配置され、排気ガス中の窒素酸化物を還元浄化する選択還元触媒装置とを備えることを特徴とする。
【００１５】
第１発明および第５発明によれば、ミキシングパイプのインジェクタ側において、小開口よりも大きな開口面積の複数の大開口を設けるから、大開口を通して排気ガスをより効率よくミキシングパイプ内に流入させることができる。このことによってミキシングパイプ内に流入する排気ガスをインジェクタの噴射ノズルに向かわせることができ、噴射ノズルがリセスで囲われている場合でも、噴射ノズルの周辺を排気ガスで良好に加熱できる。従って、渦流となって噴射ノズル側に戻る尿素水溶液を確実に熱分解でき、噴射ノズル周辺での尿素水溶液の滞留を抑制できる。
また、ミキシングパイプのうち、エルボー管の入口部から見える位置にある領域には大開口を設けず、そのような領域を周壁で形成する。従って、入口部から入ってくる排気ガスは、勢いよくミキシングパイプ内に流入してそのまま噴射ノズル側に向かうといったことがない。このため、噴射ノズルから噴射された還元剤水溶液は、そのような排気ガスにて煽られる心配がなく、還元剤水溶液を適正な方向へ噴射できる。
【００１６】
第２発明によれば、複数の大開口を周方向に沿って設けるので、排気ガスを噴射ノズルに向けてより流入させ易くできる。【００１８】
第３発明によれば、所定の角度領域にのみ大開口を設けるので、大開口から流入した排気ガスを旋回させることができ、還元剤水溶液を噴射直後から排気ガスと混合させることができ、混合をさらに促進できる。
【００１９】
第４発明によれば、小開口をもそのような所定の角度領域にのみ設けるため、その角度領域によっては、小開口から流入した排気ガスをもミキシングパイプ内で旋回させることができ、還元剤水溶液との混合を一層効果的に行える。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態に係る排気ガス後処理装置を示す平面図。
【図２】排気ガス後処理装置のミキシング装置を示す断面図。
【図３】ミキシング装置の要部を示す断面図。
【図４】ミキシング装置内に設けられるミキシングパイプの断面図であり、図３のIV-IV線断面図。
【図５Ａ】ミキシングパイプの断面図であり、図３のV-V線断面図。
【図５Ｂ】ミキシングパイプの断面図であり、図５Ａの断面部分の別の方向からの断面図。
【図６】本発明の第２実施形態に係るミキシング装置の要部を示す断面図。
【図７】第２実施形態のミキシング装置内に設けられるミキシングパイプの断面図であり、図６のVII-VII線断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１には、本実施形態の排気ガス後処理装置１の平面図が示されている。なお、以下の説明において、「上流」とは、排気ガスの流れ方向の上流側をいい、「下流」とは、排気ガスの流れ方向の下流をいう。
【００２２】
図１において、排気ガス後処理装置１は、排気ガスの流れ方向における上流側から順に、ディーゼル・パーティキュレート・フィルタ（Diesel particulate filter；以下「ＤＰＦ」と記す）装置２と、ミキシング装置３と、選択還元触媒（Selective Catalytic Reduction；以下「ＳＣＲ」と記す）装置４とを備える。これらの装置２〜４は、図示しないディーゼルエンジンからの排気ガスが流通する排気管の途中に設けられる。また、油圧ショベルやホイールローダ、ブルドーザといった建設機械の場合、排気ガス後処理装置１がエンジンと共にエンジンルーム内に収容される。
【００２３】
ＤＰＦ装置２は、円筒状のケース２１の内部に円柱状のＤＰＦ２２を収容した構成である。ＤＰＦ２２は、通過する排気ガス中の粒子状物質を捕集するものである。ケース２１内においては、ＤＰＦ２２の上流側に酸化触媒を設けてもよい。酸化触媒は、その上流側で供給されるポスト噴射燃料やドージング燃料（共にディーゼルエンジンの燃料と同じ）を酸化活性化し、ＤＰＦ２２へ流入する排気ガスの温度をＤＰＦ２２の再生可能温度まで上昇させる。この高温の排気ガスにより、ＤＰＦ２２で捕集された粒子状物質が自己燃焼して焼失し、ＤＰＦ２２が再生される。
【００２４】
ミキシング装置３は、排気ガス中に還元剤水溶液としての尿素水溶液を添加するものである。このようなミキシング装置３は、ＤＰＦ装置２の出口管２３に接続され、ＤＰＦ装置２から流出した排気ガスの流れ方向を略９０°変更するエルボー管としての上流側エルボー管３１と、上流側エルボー管３１の下流端に接続され、ＤＰＦ装置２の出口管２３の軸線ＣＬ２（図２）と交差する方向に延びるストレート管３２と、ストレート管３２の下流端に接続され、ストレート管３２からの排気ガスの流れ方向をさらに略９０°変更する下流側エルボー管３３と、上流側エルボー管３１に取り付けられ、ストレート管３２に向かって上流側エルボー管３１内部に尿素水溶液を噴射するインジェクタ５とを備える。この下流側エルボー管３３のさらに下流端にＳＣＲ装置４が接続される。
【００２５】
ＳＣＲ装置４は、円筒状のケース４１の内部に円柱状のＳＣＲ４２を収容した構造である。ＳＣＲ４２は、ミキシング装置３で生成されたアンモニアを還元剤とすることで、排気ガス中の窒素酸化物を還元浄化するものである。ケース４１内においては、ＳＣＲ４２の下流側にアンモニア低減触媒を設けてもよい。アンモニア低減触媒は、ＳＣＲ４２で未使用とされたアンモニアを酸化処理して無害化するものであり、排気ガスのエミッションをより低減させる。
【００２６】
インジェクタ５から排気ガス中に噴射された尿素水溶液は、排気ガスの熱によって熱分解され、アンモニアとなる。アンモニアは、還元剤として排気ガスと共にＳＣＲ装置４へ供給される。
【００２７】
以上に説明したＤＰＦ装置２、ミキシング装置３、およびＳＣＲ装置４は、それぞれの内部を流れる排気ガスの流れ方向が略平行となるように並設されている。この際、ＤＰＦ装置２およびＳＣＲ装置４の内部を流れる排気ガスの流れの向きと、ミキシング装置３の内部を流れる排気ガスの流れの向きとは逆である。このため、それらの装置２〜４は平面視にて略Ｓ字形状に配置されることとなり、エンジンルームのような限られた配置スペースでも、エンジン上にマウントする等して確実に配置できるよう、全体としてコンパクトな排気ガス後処理装置１を構成している。
【００２８】
図２には、ミキシング装置３の断面図が示されている。図２に基づき、ミキシング装置３を具体的に説明する。
図２に示すミキシング装置３おいて、上流側エルボー管３１で排気ガスの流れ方向を変える部分は、方向変換部３１Ａとされている。上流側エルボー管３１は、ＤＰＦ装置２の出口管２３側に開口して接合される円形の入口部３１Ｂと、ストレート管３２側に開口して接続される円形の出口部３１Ｃとを備え、これらの間に方向変換部３１Ａを有する。方向変換部３１Ａの外側には、取付部６が設けられている。この取付部６の外側には、インジェクタ５が取り付けられ、内側（方向変換部３１Ａの内部側）には、インジェクタ５から噴射される尿素水溶液の周囲を覆うミキシングパイプ３４が取り付けられる。取付部６およびミキシングパイプ３４については、後に詳細に説明する。
【００２９】
ストレート管３２は、外管３５およびその内部に配置された内管３６を有する２重管構造になっている。内管３６は、外管３５に設けられた複数の支持用凹部３５Ａに溶接等され、下流側の端部にて、環状の支持部材３５Ｂを介して外管３５の内壁に溶接等されている。また、内管３６の上流端は、上流側エルボー管３１内に入り込んでいる。内管３６の上流端の位置は、インジェクタ５から約２５°の噴射角度θ１（図２の１点鎖線参照）で噴射される尿素水溶液が内管３６の内側に確実に入り込むように設定されている。内管３６の下流端側には、複数の開口３６Ａ…が設けられている。
【００３０】
ここで、外管３５と内管３６との間の空隙部分には、排気ガスが流れ込む。流れ込んだ排気ガスは、支持用凹部３５Ａが周方向に不連続に設けられていることで、支持用凹部３５Ａ間を通って支持部材３５Ｂまで流れる。支持部材３５Ｂは環状であることから、排気ガスは流れが止められ、ここから開口３６Ａを通って内管３６内に入り込み、内部を流れる排気ガスと合流して下流側へと流れる。つまり、内管３６は、その内部を流れる排気ガスと外周側を流れる排気ガスとによって良好に加熱される。このため、内管３６の内部に噴射された尿素水溶液は、内壁に付着しても液滴化せずに確実に熱分解する。
【００３１】
図３には、ミキシング装置３の上流側エルボー管３１の部分が拡大して示されている。図４、図５Ａにはそれぞれ、図３でのIV-IV線断面、V-V線断面が示されている。また、図５Ｂでは、上記断面部分を図中の上方から見た図が示されている。
図３において、インジェクタ５およびミキシングパイプ３４の取付部６は、方向変換部３１Ａに設けられたインジェクタ取付開口３１Ｄを塞ぐ第１プレート６１と、第１プレート６１に取り付けられる第２プレート６２とを備えて構成される。
【００３２】
第１プレート６１の中央には、方向変換部３１Ａの内部に向かって拡開した凹状のリセス６３が設けられている。リセス６３の窪んだ奥側の部分は噴射開口６４とされ、この噴射開口６４部分にインジェクタ５を構成する噴射ノズル５１の先端が表出している。リセス６３を形成するロート状の傾斜壁６５の開度θ２（図２）は、特に限定されるものではないが、９０°以上、好ましくは１２０〜１４０°程度と大きく、排気ガスがリセス６３の奥側、つまり噴射ノズル５１の周辺まで流れ込み易くなっている。
【００３３】
リセス６３の外周側には、ストレート管３２の軸線ＣＬ１に対して直交する平坦な環状の固定部６６が設けられている。本実施形態では、固定部６６には、ミキシングパイプ３４の端部が溶接されている。ミキシングパイプ３４は、噴射ノズル５１の下流側を囲っており、これら噴射ノズル５１、ミキシングパイプ３４、および前述のストレート管３２はそれぞれ、上流側から順に同一の軸線ＣＬ１上に配置されている。方向変換部３１Ａ内に収容されるミキシングパイプ３４に対しては、上流側エルボー管３１の入口部３１Ｂに近い図中の下方から排気ガスがあたる。また、下方からの排気ガスは、方向変換部３１Ａにてその流れ方向が軸線ＣＬ１に沿った流れへと変換される。
【００３４】
一方、第１プレート６１および第２プレート６２の間の空隙は、断熱空間として機能する。断熱空間を設けることで、排気ガスに曝される第１プレート６１から第２プレート６２への熱伝達を抑制し、第２プレート６２に取り付けられるインジェクタ５への熱影響を軽減している。
【００３５】
図３、図４、および図５Ａに示すように、ミキシングパイプ３４は、その特徴的な構造として、ストレート管３２側の周壁に設けられた小開口としての複数の丸孔３４Ａ…と、インジェクタ５側の周壁に設けられた大開口としての３つの方形の切欠開口３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄとを有し、これらを通して内部に外気ガスが流入するようになっている。丸孔３４Ａは、ミキシングパイプ３４の中程からストレート管３２側であって、ミキシングパイプ３４の長さ方向において、略満遍なく設けられている。
【００３６】
切欠開口３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄは、ミキシングパイプ３４の周方向に沿って設けられ、長さ方向においては、固定部６６側の端部に設けられている。切欠開口３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄが端部に設けられることで、これらを通ってミキシングパイプ３４内に流入する排気ガスが噴射ノズル５１に向かうようになる。切欠開口３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄの長さＬ２は、ミキシングパイプ３４の全体の長さＬ１の約３４％（Ｌ２／Ｌ１≒０．３４）程度である。
【００３７】
従って、切欠開口３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄを通る排気ガスは、固定部６６の表面をなぞるようにしてリセス６３側にスムーズに流入し、噴射ノズル５１に向かうようになる。この結果、リセス６３部分は排気ガスで加熱されて温度が上昇するため、インジェクタ５から噴射された尿素水溶液がリセス６３側に戻った場合でも、尿素水溶液が加熱分解し易くなり、リセス６３内で滞留して結晶化したり、堆積したりするのが抑制される。
【００３８】
このようなミキシングパイプ３４は、平板状の金属プレートに打抜加工を施す等して丸孔３４Ａおよび方形の切欠開口３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄを設けるとともに、所定の展開形状に打ち抜いたものを筒状に湾曲させてその突き合わせ部分を溶接することで製作される。ミキシングパイプ３４の径寸法および長さ寸法は、インジェクタ５から噴射した尿素水溶液が接触しない大きさに設定されている（図２中に１点鎖線で示すθ１を参照）。
【００３９】
図４において、ミキシングパイプ３４を周方向に９０°間隔で４等分したとき、すなわちＤＰＦ装置２からの排気ガスがあたる最下部分を起点として、反時計回りに第１領域Ａ１、第２領域Ａ２、第３領域Ａ３、および第４領域Ａ４としたとき、丸孔３４Ａは第１領域Ａ１およびこれと点対称な位置にある第３領域Ａ３にのみ設けられている。丸孔３４Ａは、第１、第３領域Ａ１，Ａ３の全体にわたって設けられている。
【００４０】
丸孔３４Ａが第１、第３領域Ａ１，Ａ３といった所定の領域に集約して設けられることにより、丸孔３４Ａを通してミキシングパイプ３４内に流入する排気ガスに旋回流が生じ、噴射される尿素水溶液との混合が効果的に行える。丸孔３４Ａの大きさや数は、ミキシングパイプ３４の径寸法や長さ寸法、排気ガスと尿素水溶液との混合状況などを勘案し、その実施にあたって適宜決められる。
【００４１】
図５Ａにおいて、ミキシングパイプ３４の切欠開口３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄは、図中の鉛直な中心線Ｏｖを対称線として線対称な位置に設けられている。切欠開口３４Ｂ，３４Ｄの開口面積は等しく、これらの開口面積よりも切欠開口３４Ｃの開口面積の方が大きい開口面積となっている。
【００４２】
具体的に切欠開口３４Ｂは、第１領域Ａ１の略２／３を占めるとともに、第２領域Ａ２に入り込んだ位置まで設けられている。切欠開口３４Ｃは、中心線Ｏｖを境にして第２領域Ａ２の略１／２および第３領域Ａ３の略１／２を占めるように設けられている。切欠開口３４Ｄは、切欠開口３４Ｂと線対称な位置にあり、第４領域Ａ４の略２／３を占めるとともに、第３領域Ａ３に入り込んだ位置まで設けられている。
【００４３】
ミキシングパイプ３４の固定部６６側の端部では、これら切欠開口３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ以外の部分が、周壁からなる３つの支持部３４Ｅ，３４Ｆ、３４Ｇとして存在する。支持部３４Ｅ，３４Ｆ、３４Ｇも、中心線Ｏｖを対称線として線対称な位置に設けられることになる。これらの支持部３４Ｅ，３４Ｆ、３４Ｇの端縁が固定部６６に溶接される。支持部３４Ｅの周方向の長さは、支持部３４Ｆ，３４Ｇの長さよりも長い。支持部３４Ｆ，３４Ｇの周方向の長さは同じである。
【００４４】
支持部３４Ｅは、第１、第４領域Ａ１，Ａ４に跨って設けられることで、切欠開口３４Ｂ，３４Ｄに挟まれた位置にあり、中心線Ｏｖを対称線として線対称に設けられている。支持部３４Ｅの周方向の両縁とミキシングパイプ３４の中心Ｏ（軸線ＣＬ１と同じ）との成す角度αは、大凡６０〜７０°程度である。支持部３４Ｆ，３４Ｇはそれぞれ、第２，第３領域Ａ２，Ａ３内に位置している。また、ミキシングパイプ３４を軸線ＣＬ１（中心Ｏ）側から上流側エルボー管３１の入口部３１Ｂ（図２、図３）に向けて見たときには、図５Ｂに示すように、尿素水溶液の噴射領域（図中に噴射角度θ１で示した領域）は、切欠開口が設けられていない支持部３４Ｅの軸線ＣＬ１と直交する方向の投影幅Ｗ内に収まっており、ＤＰＦ装置２側から流入する排気ガスが直接的に尿素水溶液にあたるのを防いでいる。すなわち、支持部３４Ｅが本発明に係る開口部が省かれた所定幅の領域のことであり、この領域内に噴射領域が収まっている。
【００４５】
このように、支持部３４Ｅは、ミキシングパイプ３４の図中の最下部を覆う位置にある。ＤＰＦ装置２側から流入してくる排気ガスの多くは、支持部３４Ｅにあたるため、その流れ方向を変えずに勢いよくミキシングパイプ３４内に入り込むことがない。このことから、噴射された直後の尿素水溶液は、排気ガスによって第２、第３領域Ａ２，Ａ３側に煽られることがなく、大きくなびくこともない。
【００４６】
以下、図３ないし図５Ｂに基づき、上流側エルボー管３１内での排気ガスの流れについて説明する。各図では、排気ガスの流を実線矢印で図示してある。
ＤＰＦ装置２から流出した排気ガスは、図３に示すように、上流側エルボー管３１の入口部３１Ｂから流入し、方向変換部３１Ａへと向かう。方向変換部３１Ａでは、その内側を通る排気ガスは、そのまま方向変換部３１Ａの内壁に倣って内管３６側に流れる。一方、他の排気ガスの大部分は、ミキシングパイプ３４に向かうこととなる。
【００４７】
ミキシングパイプ３４の周辺においては、図４にも示すように、丸孔３４Ａを通して排気ガスがミキシングパイプ３４内に流入する。このとき、丸孔３４Ａが第１、第３領域Ａ１，Ａ３にのみ設けられていることから、排気ガスはミキシングパイプ３４内で旋回流となる。このような旋回流の中へ尿素水溶液を噴射することにより、尿素水溶液が微細化して排気ガスとの混合が良好に行われ、熱分解が促進される。その後、排気ガスは内管３６側へと流れる。
【００４８】
これに対して、ミキシングパイプ３４周辺であっても、切欠開口３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄの近辺では、図５Ａおよび図５Ｂにも示すように、排気ガスがそれらの切欠開口３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄを通してミキシングパイプ３４内に流入する。そのような排気ガスは、特に固定部６６に近い側において、その固定部６６に沿って流入した後、大きな開度θ２（図２）で拡開したリセス６３の傾斜壁６５を伝うように噴射ノズル５１側に向かい、噴射ノズル５１周辺をなぞるように流れて、最終的に旋回流に巻き込まれる。このことから、リセス６３部分が排気ガスよって加熱されて温度が高い状態に維持されるため、リセス６３側に渦を巻いて戻った尿素水溶液の噴射ノズル５１周辺での滞留、ひいては結晶化による堆積を抑制できる。
【００４９】
また、固定部６６に近い側では、ＤＰＦ装置２側から流れてくる排気ガスの多くは、前述したように、切欠開口３４Ｂ，３４Ｄ間に設けられた支持部３４Ｅにあたってその流が阻害されるため、そのままミキシングパイプ３４内に流入することがない。このため、排気ガスは、切欠開口３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄに回り込むこととなり、３方向からミキシングパイプ３４内に流入する。従って、ミキシングパイプ３４内に噴射された尿素水溶液は、排気ガスに煽られて噴射直後から一方向に偏ってなびくことがなく、適正な方向に噴射されて排気ガスとの混合が良好に行われる。
【００５０】
［第２実施形態］
図６は、本発明の第２実施形態に係るミキシング装置３の上流側エルボー管３１部分を示す断面図である。図７は、上流側エルボー管３１内に配置されるミキシングパイプ３４の断面図であり、図６のVII-VII線断面図である。なお、本実施形態において、前述の第１実施形態と同一部材および同一機能を有した部材には同じ符号を付し、本実施形態でのそれらの説明を省略または簡略化する。
【００５１】
図６、図７において、本実施形態では、ミキシングパイプ３４の切欠開口の数、位置、および軸線方向の長さが第１実施形態とは大きく異なる。その他の構成、例えば切欠開口が切り欠き状に設けられている点や、丸孔が設けられる領域等に関しては、第１実施形態と同じである。
【００５２】
本実施形態のミキシングパイプ３４は、第１、第３領域Ａ１，Ａ３にのみそれぞれ設けられた大開口としての一対の切欠開口３４Ｈ，３４Ｊを有している。切欠開口３４Ｈ，３４Ｊの軸線方向の長さは、第１実施形態の切欠開口３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄと比較して小さく、その分、丸孔３４Ａの数が多くなっている。切欠開口３４Ｈ，３４Ｊの長さＬ２は、ミキシングパイプ３４の全体の長さＬ１の約８％（Ｌ２／Ｌ１≒０．０８）程度である。
【００５３】
その反面、切欠開口３４Ｈは、周方向において、第１領域Ａ１の略全体にわたる長さを有している。つまり、切欠開口３４Ｈ，３４Ｊ間に存在する支持部３４Ｋ，３４Ｌの切欠開口３４Ｈ側の辺縁は、第１領域Ａ１に僅かに入り込んで設けられる程度であり、第１領域Ａ１の大部分は切欠開口３４Ｈが占める。切欠開口３４Ｊは、周方向の長さが切欠開口３４Ｈよりも短く、第３領域Ａ３内でも第２領域Ａ２側に寄せた位置に設けられている。支持部３４Ｋ，３４Ｌはそれぞれ、周方向において、第２、第４領域Ａ２，Ａ４を完全に覆う大きな長さを有している。
【００５４】
本実施形態においては、切欠開口３４Ｈが周方向において大きく開口しており、隣接する支持部３４Ｌは、ミキシングパイプ３４の図中の下部側で、第１領域Ａ１側までをも覆う十分な長さを有していない。
【００５５】
しかしながら、切欠開口３４Ｈの軸方向の長さが短く、その開口面積は第１実施形態ほど大きくはない。また、切欠開口３４Ｈ，３４Ｊは、丸孔３４Ａと同じく、点対称の位置関係で設けられ、切欠開口３４Ｈ，３４Ｊからミキシングパイプ３４内へ流入する排気ガスも、丸孔３４Ａを通して流入する排気ガスと同様、旋回流となる。さらに、支持部３４Ｋ，３４Ｌの周方向の長さが長く、第２、第４領域Ａ２，Ａ４を完全に覆っている。
【００５６】
従って、切欠開口３４Ｈ，３４Ｊからミキシングパイプ３４内に流入する排気ガスは、流入直後から旋回成分を伴うこととなり、旋回しながらリセス６３の傾斜壁６５を伝うように噴射ノズル５１側に向かい、噴射ノズル５１周辺をなぞるように流れる。これにより、リセス６３部分が排気ガスによって高い温度に維持されるから、噴射ノズル５１から噴射された尿素水溶液が渦流となってリセス６３側に戻っても、その滞留を防止可能である。
【００５７】
そして、切欠開口３４Ｈ，３４Ｊから流入した排気ガスがより大きな旋回成分を伴うことから、支持部３４Ｋによってミキシングパイプ３４のＤＰＦ装置２側（図７中の下部側）が十分に覆われていなくとも、噴射ノズル５１からの尿素水溶液は、そのような排気ガスによって第２、第３領域Ａ２，Ａ３側に極端に煽られることがなく、適正な方向に噴射される。
【００５８】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態では、大開口としての切欠開口３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ，３４Ｈ，３４Ｊは方形であり、小開口としては丸孔３４Ａであったが、それらの開口形状は任意であり、方形や丸孔に限定されない。さらに、大開口の数等もその実施にあたって任意に決められてよい。
また、大開口としては、切り欠き状に設けられている場合に限定されず、周囲が閉じた開口として設けられていてもよい。
【００６０】
前記実施形態では、還元剤水溶液として尿素水溶液が用いられていたが、還元剤水溶液としてその他の液体が用いられた場合でも、本発明に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、建設機械に搭載される排気ガス後処理装置として好適に利用できる。
【符号の説明】
【００６２】
１…排気ガス後処理装置、２…フィルタ装置であるＤＰＦ装置、３…還元剤水溶液ミキシング装置、４…選択還元触媒（ＳＣＲ）装置、５…インジェクタ、２３…出口管、３１…エルボー管である上流側エルボー管、３２…ストレート管、３４…ミキシングパイプ、３４Ａ…小開口である丸孔、３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ，３４Ｈ，３４Ｊ…大開口である切欠開口、３４Ｅ…周壁で形成され支持部、Ａ１…角度領域である第１領域、Ａ３…角度領域である第３領域、ＣＬ１，ＣＬ２…軸線。
【要約】
ミキシング装置（３）は、フィルタ装置（２）の出口管（２３）に装着され、フィルタ装置（２）から流れてくる排気ガスの流れ方向を変更するエルボー管（３１）と、エルボー管（３１）の下流側に接続され、フィルタ装置（２）の出口管（２３）の軸線（ＣＬ２）と交差する方向に延びるストレート管（３２）と、エルボー管（３１）に取り付けられ、ストレート管（３２）に向かってエルボー管（３１）内部に還元剤水溶液を噴射するインジェクタ（５）と、エルボー管（３１）内において、インジェクタ（５）から噴射される還元水溶液の周囲を覆うように配置されミキシングパイプ（３４）とを備え、ミキシングパイプ（３４）のインジェクタ（５）側の周壁には複数の大開口（３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ，３４Ｈ，３４Ｊ）が設けられ、ミキシングパイプ（３４）のストレート管（３２）側の周壁には、複数の小開口（３４Ａ）が設けられる。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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