(57)【要約】【課題】排ガスの温度が低温状態であっても、ＮＯｘ浄化触媒におけるＮＯｘ浄化処理を向上させることが可能なミキサおよびミキサユニットを提供する。【解決手段】ミキサは、内燃機関で生じて案内されてきた排ガスに、噴射器により供給された還元剤を混合するミキサであって、配管に挿入される筒状部と、筒状部内において、筒状部が延びる方向に並べて配置された複数のヒータと、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関で生じて案内されてきた排ガスに、噴射器により供給された還元剤を混合するミキサであって、
配管に挿入される筒状部と、
前記筒状部内において、前記筒状部が延びる方向に並べて配置された複数のヒータと、
を備えるミキサ。
【請求項２】
前記筒状部は、内周面において互いに対向する位置に配置される一対の電極を有し、
前記複数のヒータは、一方の電極と他方の電極とを繋ぐように配置されている、
請求項１に記載のミキサ。
【請求項３】
前記ヒータは、一端部が前記一方の電極における、他のヒータの一端部とは異なる位置に配置され、他端部が前記他方の電極における、他のヒータの他端部とは異なる位置に配置されている、
請求項２に記載のミキサ。
【請求項４】
前記ヒータは、前記筒状部の周方向において、他のヒータに対して、各端部が３０°〜６０°ずれた位置に配置されている、
請求項３に記載のミキサ。
【請求項５】
前記ヒータは、コイル状に形成されている、
請求項１〜４の何れか１項に記載のミキサ。
【請求項６】
前記ヒータは、網状に形成されている、
請求項１〜４の何れか１項に記載のミキサ。
【請求項７】
前記筒状部は、絶縁体である、
請求項１〜６の何れか１項に記載のミキサ。
【請求項８】
請求項１〜７の何れか１項に記載のミキサと、
前記ミキサの前記筒状部が挿入される配管と、
を備えるミキサユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関における排気流路に設けられて還元剤と排ガスとを混合するミキサおよびミキサユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関における排気流路に設けられて還元剤と排ガスとを混合するミキサが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の排気浄化装置は、内燃機関の排気管に、上流側から下流側に向けて順に配置される、尿素水噴射装置、ミキサおよびＮＯｘ浄化触媒を備える。尿素水噴射装置は、ＮＯｘ浄化触媒の上流側の排気管内に、還元剤としての尿素水を噴射して供給する。排気管の尿素水噴射装置とＮＯｘ浄化触媒との間に配置されるミキサは、尿素水噴射装置により噴射された尿素水と排ガスとを攪拌混合する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１３０１２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、排ガスの温度が、尿素水が蒸発する蒸発温度より低い低温状態の場合、尿素水から尿素が生成されないので、ＮＯｘ浄化触媒においてＮＯｘの浄化処理を行うことができない。そのため、ＮＯｘ浄化触媒の周辺が当該蒸発温度に上昇するまで、尿素水噴射装置により尿素水を噴射することができず、ひいてはＮＯｘ浄化効率が悪化するという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、排ガスの温度が低温状態であっても、ＮＯｘ浄化触媒におけるＮＯｘ浄化処理を向上させることが可能なミキサおよびミキサユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るミキサは、
内燃機関で生じて案内されてきた排ガスに、噴射器により供給された還元剤を混合するミキサであって、
配管に挿入される筒状部と、
前記筒状部内において、前記筒状部が延びる方向に並べて配置された複数のヒータと、
を備える。
【０００７】
本発明に係るミキサユニットは、
上記したミキサと、
前記ミキサの前記筒状部が挿入される配管と、
を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、排ガスの温度が低温状態であっても、ＮＯｘ浄化触媒におけるＮＯｘ浄化処理を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の形態に係るミキサユニットを用いた排気系の構成を示す図である。
【図２】本実施の形態に係るミキサユニットの斜視図である。
【図３】本実施の形態に係るミキサユニットの断面図である。
【図４】変形例に係るミキサユニットの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、上記図面を参照して、本実施の形態に係るミキサユニット３００および、これを用いた排気系２００を詳説する。
【００１１】
図１に示すように、車両Ｖには、内燃機関１００と、排気系２００と、が搭載されている。
【００１２】
内燃機関１００は、例えばディーゼルエンジンであって、燃焼室１０２と、インジェクタ１０４と、吸気バルブ１０６と、排気バルブ１０８と、を備えている。
【００１３】
インジェクタ１０４は、本開示では、燃焼室１０２内に燃料を噴射する。吸気バルブ１０６および排気バルブ１０８のそれぞれは開閉可能に構成される。吸気バルブ１０６が開くことで、吸気流路１１８からの新気が燃焼室１０２に吸入される。また、排気バルブ１０８が開くことで、燃焼室１０２で燃料が燃焼して生じた排ガスが排気系２００（具体的には、排気流路２０２）に送り出される。
【００１４】
排気系２００は、内燃機関１００で生じた排ガスを大気中（車外）に導く排気流路２０２を有する。また、本開示では、排気流路２０２の中には、後処理装置２０４の例示として、酸化触媒２０６と、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）２０８と、ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒２１０とが、設けられる。また、ＳＣＲ触媒２１０よりも上流側には、噴射器２１２が設けられている。
【００１５】
ＤＰＦ２０８は、排気流路２０２において酸化触媒２０６の下流側に設けられ、自身に流入した排ガス中に含まれる粒子状物質（以下、ＰＭという）を捕集する。また、ＤＰＦ２０８は、排ガスの温度が自己再生温度以上であれば、捕集したＰＭを燃焼させて除去する（所謂、自己再生）。
【００１６】
ＳＣＲ触媒２１０は、ＮＯｘ浄化触媒であり、排気流路２０２においてＤＰＦ２０８の下流側に配置される。また、排気流路２０２においてＤＰＦ２０８およびＳＣＲ触媒２１０の間（より好ましくは、ＳＣＲ触媒２１０の直ぐ上流）には、その位置に尿素水を添加する噴射器２１２が設けられる。
【００１７】
また、排気流路２０２において、噴射器２１２とＳＣＲ触媒２１０との間には、ミキサユニット３００が設けられる。このようなミキサユニット３００を、排気流路２０２の上流側からの尿素水と排ガスとが通過する際、これらは混じり合って、その結果、ＳＣＲ触媒２１０の直ぐ上流側で効率的にアンモニアが生成される。これにより、ＳＣＲ触媒２１０には、排ガスだけでなく、尿素水を排ガスに混合して生成されたアンモニアも供給される。
【００１８】
ＳＣＲ触媒２１０は、自身を通過する排ガスの温度が第一温度以上になると、供給されたアンモニアと、供給された排ガス中に含まれる窒素酸化物（以下、ＮＯｘという）を反応させて、ＮＯｘを無害化する。従って、噴射器２１２は、ＳＣＲ触媒２１０の流入する排ガスの温度が所定温度以上の場合に、尿素水を排ガスに排気流路２０２内に供給することが好ましい。なお、所定温度は、本昇温制御装置の設計開発段階での実験・シミュレーション等により、アンモニアとＮＯｘとの反応温度等を考慮しつつ適宜適切に定められる。
【００１９】
以上の各後処理装置２０４で排ガスを処理して生成される水、窒素、二酸化炭素は、マフラー（図示せず）等を介して、大気中に排出される。
【００２０】
ミキサユニット３００は、図２および図３に示すように、ミキサ３１０と、配管３２０と、を備えている。
【００２１】
ミキサ３１０は、筒状部３１１と、複数のヒータ３１２とを有している。
【００２２】
筒状部３１１は、配管３２０に挿入される部分であり、外径が配管３２０の内径と略一致した円筒状に形成されている。筒状部３１１は、絶縁体で構成されており、内周面において互いに対向する一対の電極３１３を有している。
【００２３】
複数のヒータ３１２は、筒状部３１１内において筒状部３１１が延びる方向に並んで配置されている。ヒータ３１２は、コイル状に形成されており、一端部が一方の電極３１３に配置され、他端部が他方の電極３１３に配置されている。つまり、ヒータ３１２は、一方の電極３１３と他方の電極３１３とを繋ぐように配置されている。
【００２４】
これにより、筒状部３１１の空間にヒータ３１２が位置するので、ミキサ３１０内に流れ込んだ排ガスがヒータ３１２に接触しやすくなる。そのため、ミキサ３１０内に流れ込んだ尿素水及び排ガスが、加熱されたヒータ３１２に接触することで加熱されるので、尿素水及び排ガスを加熱しやすくすることができる。
【００２５】
ヒータ３１２は、一端部が、他のヒータ３１２とは異なる位置に配置され、他端部が他のヒータ３１２とは異なる位置に配置されている。このように配置されることで、筒状部３１１が延びる方向から見た空間において、ヒータ３１２を満遍なく配置することができるので、ミキサ３１０内に流れ込んだ尿素水及び排ガスがヒータ３１２により接触しやすくすることができる。
【００２６】
また、満遍なく尿素水及び排ガスがヒータ３１２に接触しやすくする観点からすると、ヒータ３１２は、筒状部３１１の周方向において、他のヒータ３１２に対して、各端部が３０°〜６０°ずれた位置に配置されていることが望ましい。
【００２７】
配管３２０は、筒状部３１１の外径と略一致する内径の管状形状を有し、内部にミキサ３１０が挿入される。ミキサ３１０が挿入された配管３２０は、排気流路２０２において、噴射器２１２とＳＣＲ触媒２１０との間に接続される。
【００２８】
以上のように構成された本実施の形態に係るミキサユニット３００の作用効果について説明する。
【００２９】
排気流路２０２においてＤＰＦ２０８を通過した排ガスと、噴射器２１２により噴射された尿素水とがミキサ３１０に流れ込むと、互いに混じり合って、ＳＣＲ触媒２１０の直ぐ上流側で効率的にアンモニアが生成される。
【００３０】
ここで、排ガスの温度が、尿素水が蒸発する蒸発温度より低い低温状態の場合、尿素水から尿素が生成されないので、ＳＣＲ触媒２１０においてＮＯｘの浄化処理を行うことができない。
【００３１】
しかし、本実施の形態では、ミキサ３１０内に複数のヒータ３１２が設けられたので、ミキサ３１０内に流れ込んだ尿素水を効率よく加熱することができる。そのため、例えば、排ガスの温度が低温状態の場合においても、ミキサ３１０内がヒータ３１２により加熱されて、ミキサ３１０内で尿素水が蒸発して尿素が生成される。すなわち、本実施の形態では、低温状態であっても、噴射器２１２における尿素水噴射を行うことができるため、ＳＣＲ触媒２１０におけるＮＯｘ浄化処理を向上させることができる。
【００３２】
また、ヒータ３１２が一方の電極３１３と他方の電極３１３とを繋ぐように配置されているので、ミキサ３１０内を通過する尿素水をヒータ３１２に効果的に接触させることができる。そのため、尿素水を直接ヒータ３１２で効率よく加熱することができるので、尿素水の蒸発効率を向上させることができ、ひいてはＳＣＲ触媒２１０におけるＮＯｘ浄化処理をさらに向上させることができる。
【００３３】
また、ヒータ３１２が、筒状部３１１の周方向において、他のヒータ３１２に対してずれた位置に配置されているので、ミキサ３１０内において、各ヒータ３１２の何れかと尿素および排ガスとを接触させやすくすることができる。そのため、ミキサ３１０内に流れ込んだ尿素水を満遍なく加熱することができる。
【００３４】
また、ヒータ３１２がコイル状に形成されているので、ヒータ３１２に接触して蒸発した尿素がコイル部分の隙間において拡散しやすくなる。つまり、本実施の形態では、尿素水の加熱効率を向上させつつ、尿素の拡散性を向上させることができる。
【００３５】
また、筒状部３１１が絶縁体で構成されているので、配管３２０に電気が流れることを抑制することができる。
【００３６】
なお、上記実施の形態では、ヒータ３１２がコイル状に形成されていたが、本発明はこれに限定されず、図４に示すように、ヒータ３１２が網状に形成されていても良い。このような構成であっても、ヒータ３１２の網部分を尿素および排ガスが通過することにより、加熱効率を向上させることができる。
【００３７】
また、上記実施の形態におけるミキサユニット３００は、ディーゼルエンジンを搭載した車両に搭載されていたが、本発明はこれに限定されず、例えば、ガソリンエンジンを搭載した車両に搭載されていても良い。
【００３８】
その他、上記実施の形態は、何れも本発明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、これらによって本発明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、本発明はその要旨、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】
【００３９】
本開示のミキサは、ガスの温度が低温状態であっても、ＮＯｘ浄化触媒におけるＮＯｘ浄化処理を向上させることが可能なミキサおよびミキサユニットとして有用である。
【符号の説明】
【００４０】
３００  ミキサユニット
３１０  ミキサ
３１１  筒状部
３１２  ヒータ
３１３  電極
３２０  配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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