(57)【要約】【課題】還元剤の分散性を高めつつデポジットの発生を抑制できる撹拌装置を提供する。【解決手段】本開示の一態様は、排気ガスを撹拌する撹拌装置である。撹拌装置は、上流管と、下流管と、外殻部材と、噴射部と、筒状の撹拌部と、を備える。上流管は、内部を排気ガスが通過するように構成される。下流管は、排気ガスの流れ方向において上流管の下流側に配置される。外殻部材は、上流管の下流側端部と下流管の上流側端部との間を接続する接続流路を構成する。噴射部は、接続流路内に還元剤を噴射するように構成される。撹拌部は、下流管の上流側端部から接続流路内に突出すると共に、外周面の少なくとも一部が上流管の下流側端部と対向する。また、撹拌部は、外周面において噴射部が噴射した還元剤が衝突する衝突部と、衝突部の周囲に配置された複数の貫通孔と、撹拌部の中心軸を挟んで上流管の下流側端部とは反対側に設けられた開口と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスを撹拌する撹拌装置であって、
内部を排気ガスが通過するように構成された上流管と、
前記排気ガスの流れ方向において前記上流管の下流側に配置される下流管と、
前記上流管の下流側端部と前記下流管の上流側端部との間を接続する接続流路を構成する外殻部材と、
前記接続流路内に還元剤を噴射するように構成された噴射部と、
前記下流管の前記上流側端部から前記接続流路内に突出すると共に、外周面の少なくとも一部が前記上流管の前記下流側端部と対向する筒状の撹拌部と、
を備え、
前記撹拌部は、
前記外周面において前記噴射部が噴射した前記還元剤が衝突する衝突部と、
前記衝突部の周囲に配置された複数の貫通孔と、
前記撹拌部の中心軸を挟んで前記上流管の前記下流側端部とは反対側に設けられた開口と、
を有する、撹拌装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撹拌装置であって、
前記衝突部は、無孔である、撹拌装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の撹拌装置であって、
前記複数の貫通孔は、前記衝突部の全周を囲うように配置される、撹拌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、撹拌装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気ガス成分に関する規制に対応することを目的として、内燃機関の排気ガス流路には、選択触媒還元（ＳＣＲ）用触媒等の排気ガス浄化部材が配置される。ＳＣＲは、還元剤と還元触媒とによって、排気ガス中のＮＯｘを還元し、無害な窒素に改質する方法である。
【０００３】
ＳＣＲにおいて、還元触媒を効率的に機能させ、排気ガスの浄化率を向上させるには、還元剤をミキシングして排気ガス中に均質に分散させることが必要である。そこで、排気ガスの流路中に撹拌部を設け、この撹拌部で排気ガスの旋回流を発生させて流体を撹拌する撹拌装置が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１７／１２６１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の撹拌装置では、円筒状の撹拌部に向かって噴射部から還元剤が噴射される。還元剤は撹拌部に衝突して微細化されるが、微細化した還元剤の液滴の一部は撹拌部を格納している外殻部材の内側に滞留する。その結果、外殻部材の内側に尿素由来の白色析出物であるデポジットが析出する。
【０００６】
本開示の一局面は、還元剤の分散性を高めつつ、デポジットの発生を抑制できる撹拌装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様は、排気ガスを撹拌する撹拌装置である。撹拌装置は、上流管と、下流管と、外殻部材と、噴射部と、筒状の撹拌部と、を備える。上流管は、内部を排気ガスが通過するように構成される。下流管は、排気ガスの流れ方向において上流管の下流側に配置される。外殻部材は、上流管の下流側端部と下流管の上流側端部との間を接続する接続流路を構成する。噴射部は、接続流路内に還元剤を噴射するように構成される。撹拌部は、下流管の上流側端部から接続流路内に突出すると共に、外周面の少なくとも一部が上流管の下流側端部と対向する。また、撹拌部は、外周面において噴射部が噴射した還元剤が衝突する衝突部と、衝突部の周囲に配置された複数の貫通孔と、撹拌部の中心軸を挟んで上流管の下流側端部とは反対側に設けられた開口と、を有する。
【０００８】
このような構成によれば、衝突部によって還元剤が微細化されることで還元剤の排気ガスにおける分散性が向上する。同時に、複数の貫通孔によって微細化された還元剤が撹拌部の内部に取り込まれるので、外殻部材の内面における還元剤の滞留によるデポジットの発生を抑制できる。
【０００９】
本開示の一態様では、衝突部は、無孔であってもよい。このような構成によれば、還元剤をより確実に微細化することができる。その結果、還元剤の分散性をより高めることができる。
【００１０】
本開示の一態様では、複数の貫通孔は、衝突部の全周を囲うように配置されてもよい。このような構成によれば、微細化された還元剤をより確実に撹拌部の内部に誘導することができる。その結果、デポジットの発生をより確実に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施形態の撹拌装置の模式的な部分透過斜視図である。
【図２】図２は、図１の撹拌装置の模式的な中央断面図である。
【図３】図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線での模式的な断面図である。
【図４】図４Ａは、図１の撹拌装置における撹拌部の模式的な斜視図であり、図４Ｂは、図４Ａの撹拌部に還元剤を噴射した状態を示す模式的な斜視図である。
【図５】図５Ａは、図４Ａの撹拌部を上流管の排気ガスの流れ方向から視た模式的な平面図であり、図５Ｂは、図４Ａの撹拌部を開口側から視た模式的な平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．構成］
図１に示す撹拌装置１は、内燃機関の排気ガス流路内において、ＳＣＲ装置の上流側に設けられる。
【００１３】
撹拌装置１は、上流管２と、下流管３と、外殻部材４と、噴射部５と、撹拌部６とを備える。撹拌装置１は、排気ガスに還元剤を供給しつつ、排気ガスを撹拌するように構成されている。
【００１４】
撹拌装置１が設けられる内燃機関は、特に限定されないが、自動車、鉄道、船舶、建機等の輸送機器、発電施設などで、駆動用又は発電用として用いられる内燃機関が挙げられる。
【００１５】
＜上流管＞
上流管２は、内部を排気ガスが通過する。上流管２を通過した排気ガスは、上流管２の下流側端部２Ａから後述する外殻部材４が構成する接続流路１０に排出される。
【００１６】
＜下流管＞
下流管３は、排気ガスの流れ方向において上流管２の下流側に配置される。下流管３の内部を通過した排気ガスは、ＳＣＲ装置（図示省略）に供給される。
【００１７】
＜外殻部材＞
外殻部材４は、上流管２の下流側端部２Ａと下流管３の上流側端部３Ａとの間を接続する接続流路１０を構成している。
【００１８】
本実施形態では、外殻部材４は、２つの筒体が互いの中心軸が交差するように一体化された形状を有する。具体的には、外殻部材４は、上流管２の下流側端部２Ａに接続された第１パイプ４Ａと、下流管３の上流側端部３Ａに接続された第２パイプ４Ｂとを有する。
【００１９】
第２パイプ４Ｂは、図２に示すように、下流管３の上流側端部３Ａと反対側の端部が閉塞されている。また、第２パイプ４Ｂは、外周面のうち、上流管２の下流側端部２Ａと対向する部分に開口が設けられ、この開口に第１パイプ４Ａの上流管２の下流側端部２Ａと反対側の端部が接続されている。
【００２０】
したがって、上流管２を通過した排気ガスは、第１パイプ４Ａを通過して第２パイプ４Ｂに進入し、第２パイプ４Ｂから後述する撹拌部６を介して下流管３に供給される。つまり、接続流路１０は、第１パイプ４Ａ及び第２パイプ４Ｂの内部空間によって構成されている。
【００２１】
なお、図１では、上流管２の中心軸（つまり排気ガスの流れ方向）と下流管３の中心軸とは直交しているが、上流管２の中心軸と下流管３の中心軸とは９０°以外の角度で交差していてもよいし、平行であってもよい。
【００２２】
＜噴射部＞
噴射部５は、接続流路１０内に還元剤である尿素水を噴射する。具体的には、噴射部５は、後述する撹拌部６の衝突部６Ａに向かって還元剤を噴射するインジェクタを有する。このインジェクタは、図１に示すように、外殻部材４を貫通する接続管５Ａに取り付けられる。
【００２３】
なお、噴射部５のインジェクタは、公知のものを用いることができる。また、図１等では、噴射部５として、接続管５Ａのみを図示しており、インジェクタ等の部材は図示を省略している。
【００２４】
本実施形態では、噴射部５は、図３に示すように、下流管３の中心軸方向から視て、上流管２における排気ガスの流れ方向Ｄ１において下流管３の中心軸Ｐ１よりも上流管２の下流側端部２Ａに近い位置に設けられている。
【００２５】
＜撹拌部＞
撹拌部６は、図２に示すように、下流管３の上流側端部３Ａから接続流路１０内に突出する筒状体である。また、撹拌部６は、外周面の少なくとも一部が上流管２の下流側端部２Ａと対向するように配置されている。
【００２６】
撹拌部６は、図４Ａに示すように、本体６１と、接続部６２とを有する。
本体６１は、中心軸が下流管３の中心軸と平行に配置され、一方の端部が接続部６２に接続された円筒体である。本体６１の接続部６２と反対側の端部は、底壁６１Ａにより閉塞されている。底壁６１Ａは、図２に示すように、外殻部材４の第１パイプ４Ａの端部と対向している。
【００２７】
本体６１には、図４Ａに示すように、衝突部６Ａと、複数の貫通孔６Ｂと、開口６Ｃとが設けられている。
衝突部６Ａは、図４Ｂに示すように、本体６１の外周面において噴射部５が噴射した還元剤Ｒが衝突する部位である。つまり、衝突部６Ａは、本体６１の外周面のうち、噴射部５のインジェクタの噴射領域と重なる位置に設けられている。
【００２８】
本実施形態では、衝突部６Ａは、無孔である。また、衝突部６Ａは、図５Ａに示すように、上流管２の下流側端部２Ａにおける中心軸方向（つまり排気ガスの流れ方向Ｄ１）から視て、全体が視認できる位置に配置されている。つまり、衝突部６Ａは、上流管２の下流側端部２Ａと対向している。
【００２９】
複数の貫通孔６Ｂは、図４Ａに示すように、衝突部６Ａの周囲に配置されている。具体的には、複数の貫通孔６Ｂは、本体６１の外周面上において、衝突部６Ａの全周を囲うように一定間隔で配置されている。
【００３０】
複数の貫通孔６Ｂは、例えばパンチングによって形成される。なお、複数の貫通孔６Ｂは、必ずしも同じ間隔で配置される必要はない。また、複数の貫通孔６Ｂの径は互いに異なっていてもよい。
【００３１】
本実施形態では、本体６１の外周面のうち、衝突部６Ａと開口６Ｃとの間の部分（図４Ａ中、衝突部６Ａの下側の部分）と、衝突部６Ａと本体６１の底壁６１Ａとの間の部分（図４Ａ中、衝突部６Ａの右側の部分）とにおいて、複数の貫通孔６Ｂが多列に配置されている。
【００３２】
また、本体６１の周方向において、上流管２の下流側端部２Ａに最も近接する部分（図４Ａ中、本体６１の最も上の部分）と開口６Ｃとに挟まれる２つの領域のうち、衝突部６Ａが形成されていない領域には、貫通孔６Ｂが設けられていない（図５Ａ，５Ｂ参照）。
【００３３】
なお、図４Ａに示すように、本体６１の複数の貫通孔６Ｂが配置されている領域の本体６１の軸方向Ｄ２における最大幅Ｗ１は、開口６Ｃの本体６１の軸方向Ｄ２における最大幅Ｗ２よりも大きい。
【００３４】
最大幅Ｗ２が最大幅Ｗ１よりも小さいことで、衝突部６Ａ周辺の貫通孔６Ｂを通過して微細化された尿素水が、開口６Ｃから流入した旋回流とよく混合される。一方、最大幅Ｗ２が最大幅Ｗ１よりも大きいと、還元触媒へのガス流路が短くなって還元触媒への排気ガスの接触が悪くなるほか、尿素水との混合が不十分な排気ガスが還元触媒に供給されるおそれがある。
【００３５】
開口６Ｃは、図１に示すように、撹拌部６の中心軸Ｐ０を挟んで上流管２の下流側端部２Ａとは反対側に設けられている。開口６Ｃは、本体６１の側壁を軸方向及び周方向の一定の幅で切り取ることで形成されている。なお、本実施形態では、撹拌部６の中心軸Ｐ０は、下流管３の下流管３の中心軸Ｐ１と一致しているが、これらの中心軸は必ずしも一致する必要はない。
【００３６】
接続部６２は、円錐状の筒体である。接続部６２は、小径端部が本体６１に接続され、大径端部が下流管３の上流側端部３Ａに接続されている。大径端部は、上流側端部３Ａを閉塞している。
【００３７】
したがって、接続流路１０内の排気ガスは、撹拌部６の開口６Ｃから撹拌部６内部に流れ込み、下流管３内に流通する。なお、一部の排気ガスは、複数の貫通孔６Ｂを通過して撹拌部６内に流動する。
【００３８】
［１−２．機能］
次に、撹拌装置１における撹拌のメカニズムについて説明する。
撹拌装置１では、上流管２から接続流路１０に排出された排気ガスが撹拌部６の外周面に衝突する。外周面に衝突した排気ガスは、撹拌部６の外周面に沿って移動し、開口６Ｃに吸い込まれる。これにより、排気ガスは、撹拌部６の内部で旋回流を生成する。また、排気ガスの一部は、複数の貫通孔６Ｂを通過して、撹拌部６の内部において上記旋回流と衝突する。
【００３９】
一方、噴射部５から噴射された還元剤は、撹拌部６の衝突部６Ａに衝突し、微細化される。微細化された還元剤は、排気ガスの旋回流に巻き込まれ、排気ガスとミキシングされる。その結果、アンモニアの分散性が向上し、下流管３からＳＣＲ装置に供給された還元剤及び排気ガスが還元触媒と均質に接触する。
【００４０】
また、微細化した還元剤の一部は、複数の貫通孔６Ｂを通過して、下流管３に流動する。そのため、外殻部材４の内面に微細化した還元剤が付着することによるデポジットの発生が抑制される。
【００４１】
［１−３．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）衝突部６Ａによって還元剤が微細化されることで還元剤の排気ガスにおける分散性が向上する。同時に、複数の貫通孔６Ｂによって微細化された還元剤が撹拌部６の内部に取り込まれるので、外殻部材４の内面における還元剤の滞留によるデポジットの発生を抑制できる。
【００４２】
また、撹拌部６における衝突部６Ａ及び複数の貫通孔６Ｂの位置は、噴射部５による還元剤の噴射位置に合わせて容易に変更することができる。そのため、設計変更が比較的容易に行える。
【００４３】
（１ｂ）噴射部５が噴射した還元剤が衝突する衝突部６Ａが無孔であるため、還元剤をより確実に微細化することができる。その結果、還元剤の分散性をより高めることができる。
【００４４】
（１ｃ）複数の貫通孔６Ｂが衝突部６Ａの全周を囲うように配置されているので、微細化された還元剤をより確実に撹拌部６の内部に誘導することができる。その結果、デポジットの発生をより確実に抑制できる。
【００４５】
［２．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
【００４６】
（２ａ）上記実施形態の撹拌装置１において、衝突部６Ａには、還元剤を衝突により微細化可能な範囲で、１又は複数の微細孔が設けられていてもよい。この微細孔の径は、複数の貫通孔６Ｂの径よりも小さい。
【００４７】
（２ｂ）上記実施形態の撹拌装置１において、複数の貫通孔６Ｂは、必ずしも衝突部６Ａの全周を囲うように配置されなくてもよい。例えば、複数の貫通孔６Ｂは、衝突部６Ａと開口６Ｃとの間の部分（図４Ａ中、衝突部６Ａの下側の部分）と、衝突部６Ａと本体６１の底壁６１Ａとの間の部分（図４Ａ中、衝突部６Ａの右側の部分）とのみに配置されていてもよい。
【００４８】
（２ｃ）上記実施形態の撹拌装置１において、外殻部材４及び撹拌部６の形状は一例である。外殻部材４は、必ずしもパイプの組み合わせで構成される必要はない。また、外殻部材４で構成される接続流路１０及び撹拌部６の断面形状は、多角形、楕円形等であってもよい。
【００４９】
（２ｄ）上記実施形態の撹拌装置１において、衝突部６Ａは、上流管２の下流側端部２Ａと必ずしも対向しなくてもよい。つまり、衝突部６Ａは、上流管２の下流側端部２Ａにおける中心軸方向から視て、一部又は全体が視認できなくてもよい。
【００５０】
（２ｅ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
【符号の説明】
【００５１】
１…撹拌装置、２…上流管、２Ａ…下流側端部、３…下流管、３Ａ…上流側端部、
４…外殻部材、４Ａ…第１パイプ、４Ｂ…第２パイプ、５…噴射部、５Ａ…接続管、
６…撹拌部、６Ａ…衝突部、６Ｂ…貫通孔、６Ｃ…開口、１０…接続流路、
６１…本体、６１Ａ…底壁、６２…接続部。
【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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