(57)【要約】【課題】排気ガス流量に拘わらない排気ガスの適切な攪拌を複雑な構成を用いることなく実現可能な混合装置を提供する。【解決手段】混合装置１は、筒状部材１０と、固定フィン２０と、可動フィン３０と、付勢部材１５とを備える。可動フィン３０は、固定フィン２０に設けられた軸部材を回動軸として可動範囲内で回動するように構成されている。付勢部材１５は、可動フィン３０の複数の羽根の各々が固定フィン２０の複数の羽根のいずれかと重なる面積が減る方向に可動フィン３０を付勢するように構成されている。可動フィン３０の複数の羽根３５の各々は、付勢部材による付勢方向側ほど排気ガス流入方向の下流側に寄るように傾斜している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスを攪拌するように構成された混合装置であって、
前記排気ガスが流入するように構成された筒状部材と、
前記排気ガスの流入方向から見た場合における前記筒状部材の中央部から放射状に延びる複数の羽根を含み、かつ、前記筒状部材に固定されている固定フィンと、
前記中央部から放射状に延びる複数の羽根を含み、かつ、前記中央部から前記流入方向に延びる軸を回動軸として可動範囲内で回動するように構成された可動フィンとを備え、
前記流入方向から見た場合に前記可動範囲内において、前記可動フィンの複数の羽根の各々は、前記固定フィンの複数の羽根のいずれかと重なるように構成されており、
前記可動フィンの複数の羽根の各々が前記固定フィンの複数の羽根のいずれかと重なる面積が減る方向に前記可動フィンを付勢するように構成された付勢部材をさらに備え、
前記可動フィンの複数の羽根の各々は、前記付勢部材による付勢方向側ほど前記流入方向の下流側に寄るように傾斜している、混合装置。
【請求項２】
前記可動フィンは、前記固定フィンに対して、前記流入方向の上流側に配置されている、請求項１に記載の混合装置。
【請求項３】
前記可動範囲内において、前記可動フィンの複数の羽根の各々は、前記固定フィンの複数の羽根のいずれかと接触可能に構成されている、請求項１又は２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、混合装置に関し、特に、排気ガスを攪拌するように構成された混合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１２−４７１１９号公報（特許文献１）は、排気ガスを攪拌するように構成された混合装置を開示する。この混合装置は、排気流れに対する角度が可変な複数の羽根と、羽根の角度を調整可能なアクチュエータとを備える。この混合装置においては、排気ガス流量に応じて羽根の角度が変更されることによって、排気ガス流量に拘わらず排気ガスを適切に攪拌することができる（特許文献１参照）。
【０００３】
特開２００８−１２７９９８号公報（特許文献２）は、第１及び第２の流路を備える排気浄化装置を開示する。第１及び第２の流路の各々は、内燃機関側と還元触媒側とを連通している。第１及び第２の流路の各々には、異なる混合装置が配置されている。一方の混合装置は排気流れに対して第１の角度傾斜した複数の羽根を備え、他方の混合装置は排気流れに対して第１の角度よりも大きい第２の角度傾斜した複数の羽根を備える。この排気浄化装置においては、排気ガス流量に応じて、排気ガスが通過する流路が第１及び第２の流路の間で切り替えられる。これにより、排気ガス流量に拘わらず排気ガスを適切に攪拌することができる（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−４７１１９号公報
【特許文献２】特開２００８−１２７９９８号公報
【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、排気ガス流量に拘わらない排気ガスの適切な攪拌を実現するために、上記特許文献１においては複数のアクチュエータを用いた複雑な構成が採用されており、上記特許文献２においては複数の流路を設けた複雑な構成が採用されている。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、その目的は、排気ガス流量に拘わらない排気ガスの適切な攪拌を複雑な構成を用いることなく実現可能な混合装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に従う混合装置は、排気ガスを攪拌するように構成されている。混合装置は、筒状部材と、固定フィンと、可動フィンとを備える。筒状部材は、排気ガスが流入するように構成されている。固定フィンは、排気ガスの流入方向から見た場合における筒状部材の中央部から放射状に延びる複数の羽根を含み、かつ、筒状部材に固定されている。可動フィンは、上記中央部から放射状に延びる複数の羽根を含み、かつ、上記中央部から上記流入方向に延びる軸を回動軸として可動範囲内で回動するように構成されている。上記流入方向から見た場合に上記可動範囲内において、可動フィンの複数の羽根の各々は、固定フィンの複数の羽根のいずれかと重なるように構成されている。混合装置は、付勢部材をさらに備える。付勢部材は、可動フィンの複数の羽根の各々が固定フィンの複数の羽根のいずれかと重なる面積が減る方向に可動フィンを付勢するように構成されている。可動フィンの複数の羽根の各々は、付勢部材による付勢方向側ほど上記流入方向の下流側に寄るように傾斜している。
【０００８】
この混合装置においては、排気ガス流量が小さい場合には可動フィンと固定フィンとが重なる面積が減ることによって排気ガスがフィンに当たりやすくなり、フィンによって生じる排気ガスの旋回力が大きくなる。その結果、排気ガス流量が小さかったとしても、排気ガスが適切に攪拌される。また、この混合装置においては、排気ガス流量が大きい場合には可動フィンと固定フィンとが重なる面積が増えることによって排気ガスがフィンに当たりにくくなり、フィンによって生じる排気ガスの旋回力が小さくなる。その結果、排気ガス流量が大きかったとしても、排気ガスが必要以上に旋回することはなく、排気ガスが適切に攪拌される。したがって、この混合装置によれば、フィンによって生じる排気ガスの旋回力が排気ガス流量に応じて自動的に調整されるため、排気ガス流量に拘わらない排気ガスの適切な攪拌を簡単な構成で実現することができる。
【０００９】
好ましくは、可動フィンは、固定フィンに対して、上記流入方向の上流側に配置されている。
【００１０】
この混合装置においては、可動フィンと固定フィンとが重なる面積が増えたとしても、可動フィンは排気ガスの圧力をフィン全体で受ける。したがって、この混合装置によれば、可動フィンが排気ガス流量に応じて適切な位置に回動するため、排気ガス流量に拘わらない排気ガスの適切な攪拌を実現することができる。
【００１１】
好ましくは、可動範囲内において、可動フィンの複数の羽根の各々は、固定フィンの複数の羽根のいずれかと接触可能に構成されている。
【００１２】
この混合装置においては、可動フィンの各羽根が固定フィンのいずれかの羽根と接触することによって、重なったフィンの熱容量が増大する。したがって、この混合装置によれば、フィンの温度低下が抑制されるため、フィン上に排気ガスに含まれる物質が析出される可能性を低減することができる。たとえば、混合装置が尿素還元式ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）装置に採用される場合には、尿素がフィン上に析出される可能性を低減することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、排気ガス流量に拘わらない排気ガスの適切な攪拌を複雑な構成を用いることなく実現可能な混合装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】排気浄化装置の構成を示す図である。
【図２】混合装置の斜視図である。
【図３】混合装置の分解斜視図である。
【図４】混合装置の側方断面図である。
【図５】固定フィンと可動フィンとが重なる面積が最小である場合に、排気ガスの流入方向から混合装置を見た図である。
【図６】排気ガスに起因する可動フィンの回転方向の力が可動フィンの羽根のストッパ係合時における付勢部材の力よりも大きい場合に、排気ガス流入方向から混合装置を見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１６】
［排気浄化装置の概要］
図１は、本実施の形態に従う混合装置１が適用される排気浄化装置１００の構成を示す図である。図１を参照して、排気浄化装置１００内には、排気通路１０５が形成されている。排気通路１０５の途中には、混合装置１と、選択還元型触媒（ＳＣＲ触媒）１１０とが配設されている。
【００１７】
ＳＣＲ触媒１１０は、たとえば、排気ガスの流通する方向に多数の貫通孔（セル）が形成されたモノリシックタイプのもので、コージェライト等によって形成されている。セルの壁面には触媒のコート層が形成されて、たとえばゼオライト系の活性成分（触媒）が担持されている。その活性成分が還元剤の供給を受けて活性化し、排気ガス中のＮＯｘを選択的に還元する。
【００１８】
ＳＣＲ触媒１１０を用いて排気ガス中のＮＯｘを処理する手法のうち、還元剤としてアンモニア（ＮＨ３）を使用する手法が、いわゆる尿素還元式ＳＣＲである。本実施の形態においては、排気通路１０５におけるＳＣＲ触媒１１０の上流側に、添加剤として尿素水を噴射する噴射ノズル１０７が配設されている。噴射ノズル１０７から噴射された尿素水が排気熱により加水分解することによって、アンモニアが生成される。生成されたアンモニアは、ＳＣＲ触媒１１０において排気ガス中のＮＯｘと選択的に反応し、窒素及び水が生成される。
【００１９】
混合装置１は、排気通路１０５において、ＳＣＲ触媒１１０の上流側に配設されている。混合装置１は、排気通路１０５の上流から流入する排気ガス及び尿素水を攪拌するように構成されている。混合装置１によって攪拌された排気ガス及び尿素水は、ＳＣＲ触媒１１０に流入する。排気ガス及び尿素水が適切に攪拌されることによって、ＳＣＲ触媒１１０に流入する排気ガス中の尿素水の濃度の均一化が図られている。
【００２０】
［混合装置の構成］
図２は、本実施の形態に従う混合装置１の斜視図である。図３は、本実施の形態に従う混合装置１の分解斜視図である。図２、図３を参照して、混合装置１は、筒状部材１０と、筒状部材１０の内部に固定された固定フィン２０と、固定フィン２０に対して回動可能な可動フィン３０と、蓋部材４０とを含む。
【００２１】
筒状部材１０は、中空の円柱状の部材である。筒状部材１０の内部には、固定フィン２０が固定されている。固定フィン２０は、複数（４枚）の羽根２５を含む。複数の羽根２５は、排気ガスの流入方向Ｇ１（以下、単に「方向Ｇ１」とも称する。）から見た場合における筒状部材１０の中央部から放射状に延びている。固定フィン２０の複数の羽根２５の各々は、方向Ｇ１に直交する仮想平面に対して所定角度傾斜している。所定角度は、排気ガス及び尿素水が適切に攪拌されるように、たとえば、実験等を通じて決定された角度である。固定フィン２０の中央部においては、孔部２８内に軸部材２７が設けられている。
【００２２】
軸部材２７には、付勢部材１５が取り付けられ、さらに、付勢部材１５よりも方向Ｇ１の上流側には可動フィン３０が取り付けられる。付勢部材１５の一端は孔部２８の内側に設けられた第１係合部２１（後述）に係合され、付勢部材１５の他端は可動フィン３０に設けられた第２係合部２２（後述）に係合される。付勢部材１５は、たとえば、バネ等の弾性部材である。
【００２３】
可動フィン３０は、軸部材２７を回動軸として回動可能である。なお、付勢部材１５は、方向Ｇ１から見た場合に、可動フィン３０の複数の羽根の各々が固定フィン２０の複数の羽根のいずれかと重なる面積が減る方向に可動フィン３０を付勢する。また、可動フィン３０の複数の羽根の各々は、付勢部材１５による付勢方向側ほど方向Ｇ１の下流側に寄るように傾斜している。軸部材２７の端部には、さらに、蓋部材４０が取り付けられる。蓋部材４０によって、付勢部材１５及び可動フィン３０が軸部材２７から抜けないようになっている。
【００２４】
図４は、混合装置１の側方断面図である。図４を参照して、付勢部材１５の一端は、第１係合部２１に係合され、他端は第２係合部２２に係合されている。可動フィン３０は付勢部材１５によって付勢されるが、可動フィン３０の複数の羽根３５の各々と固定フィン２０の複数の羽根２５のいずれかとが重なる面積が最小となる位置で、複数の羽根３５のうちの１枚がストッパ１２に係合し、可動フィン３０の回動は制限される。
【００２５】
［混合装置の動作］
図５は、固定フィン２０と可動フィン３０とが重なる面積が最小である場合に、方向Ｇ１から混合装置１を見た図である。図５を参照して、排気ガスの流量が小さく、排気ガスが可動フィン３０に加える圧力に起因する回転方向の力が、羽根３５ａがストッパ１２に係合している状態における付勢部材１５の力よりも小さい場合に、固定フィン２０と可動フィン３０とが重なる面積が最小となる。
【００２６】
図６は、排気ガスに起因する可動フィン３０の回転方向の力が、羽根３５ａのストッパ１２係合時における付勢部材１５の力よりも大きい場合に、方向Ｇ１から混合装置１を見た図である。図６を参照して、排気ガスの流量が大きくなり、排気ガスが可動フィン３０に加える圧力に起因する回転方向の力が、羽根３５ａがストッパ１２に係合している状態における付勢部材１５の力よりも大きくなると、固定フィン２０に対して可動フィン３０が回動し始める。これにより、可動フィン３０と固定フィン２０とが重なる面積が増加する。排気ガスの流量がさらに大きくなると、可動フィン３０は、複数の羽根３５の各々が固定フィン２０の複数の羽根２５のいずれかと接触するまで回動する。すなわち、可動フィン３０の可動範囲は、羽根３５ａがストッパ１２に係合する位置から羽根３５ａが羽根２５ａに接触するまでの範囲である。
【００２７】
［作用効果等］
以上のように、本実施の形態に従う混合装置１は、排気ガスを攪拌するように構成されている。混合装置１は、筒状部材１０と、固定フィン２０と、可動フィン３０とを備える。筒状部材１０は、排気ガスが流入するように構成されている。固定フィン２０は、排気ガスの流入方向Ｇ１から見た場合における筒状部材１０の中央部から放射状に延びる複数の羽根２５を含み、かつ、筒状部材１０に固定されている。可動フィン３０は、上記中央部から放射状に延びる複数の羽根３５を含み、かつ、上記中央部から方向Ｇ１に延びる軸部材２７を回動軸として可動範囲内で回動するように構成されている。方向Ｇ１から見た場合に、可動範囲内において、可動フィン３０の複数の羽根３５の各々は、固定フィン２０の複数の羽根２５のいずれかと重なるように構成されている。混合装置１は、付勢部材１５をさらに備える。付勢部材１５は、可動フィン３０の複数の羽根３５の各々が固定フィン２０の複数の羽根２５のいずれかと重なる面積が減る方向に可動フィン３０を付勢するように構成されている。可動フィン３０の複数の羽根３５の各々は、付勢部材１５による付勢方向側ほど方向Ｇ１の下流側に寄るように傾斜している。
【００２８】
一般的に、排気ガス流量が小さい場合には排気ガスの旋回力が十分ではなく、排気ガス中に尿素水が均一に攪拌されない可能性がある。一方、排気ガス流量が大きい場合には、排気ガスの旋回力が大きすぎて、排気ガスが必要以上に旋回してしまい、排気ガス中に尿素水が均一に攪拌されない可能性がある。本実施の形態に従う混合装置１においては、排気ガス流量が小さい場合には可動フィン３０と固定フィン２０とが重なる面積が減ることによって排気ガスがフィンに当たりやすくなり、フィンによって生じる排気ガスの旋回力が大きくなる。その結果、排気ガス流量が小さいとしても、排気ガス及び尿素水が適切に攪拌される。また、排気ガス流量が大きい場合には可動フィン３０と固定フィン２０とが重なる面積が増えることによって排気ガスがフィンに当たりにくくなり、フィンによって生じる排気ガスの旋回力が小さくなる。その結果、排気ガス流量が大きいとしても、排気ガス及び尿素水が必要以上に旋回することはなく、排気ガス及び尿素水が適切に攪拌される。したがって、この混合装置１によれば、フィンによって生じる排気ガスの旋回力が排気ガス流量に応じて自動的に調整されるため、排気ガス流量に拘わらない排気ガス及び尿素水の適切な攪拌を簡単な構成で実現することができる。
【００２９】
また、本実施の形態に従う混合装置１において、可動フィン３０は、固定フィン２０に対して、方向Ｇ１の上流側に配置されている。
【００３０】
このような構成においては、可動フィン３０と固定フィン２０とが重なる面積が増加したとしても、可動フィン３０は排気ガスの圧力をフィン全体で受ける。したがって、この混合装置１によれば、可動フィン３０が排気ガス流量に応じて適切な位置に回動するため、排気ガス流量に拘わらない排気ガス及び尿素水の適切な攪拌を実現することができる。
【００３１】
また、本実施の形態に従う混合装置１において、可動範囲内において、特に可動フィン３０と固定フィン２０とが重なる面積が最大となる場合に、可動フィン３０の複数の羽根３５の各々は、固定フィン２０の複数の羽根２５のいずれかと接触可能に構成されている。
【００３２】
このような構成においては、可動フィン３０の各羽根３５が固定フィン２０のいずれかの羽根２５と接触することによって、重なったフィンの熱容量が増大する。したがって、この混合装置１によれば、フィンに低温の尿素水が噴射されたとしても、フィンの温度低下が抑制されるため、フィン上に尿素が析出される可能性を低減することができる。
【００３３】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３４】
１  混合装置、１０  筒状部材、１２  ストッパ、１５  付勢部材、２０  固定フィン、２１  第１係合部、２２  第２係合部、２５  羽根、２７  軸部材、２８  孔部、３０  可動フィン、３５  羽根、４０  蓋部材、１００  排気浄化装置、１０５  排気通路、１０７  噴射ノズル、１１０  ＳＣＲ触媒。
【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５】
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【図６】
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