(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓ字状に湾曲している湾曲部を有する排気流路を形成する第１の筒部と、
前記第１の筒部の上流側端部に接続され、前記第１の筒部とともに前記排気流路を形成する第２の筒部と、
前記排気流路における前記湾曲部に還元剤を噴霧する噴霧装置と、
を備え、
前記第２の筒部の下流側端部は、先端が前記上流側端部から前記湾曲部に突出しており、
前記排気流路における、前記還元剤が前記排気流路を流れる排ガスと合流する合流位置は、前記下流側端部よりも下流に位置する、還元剤混合装置。
【請求項２】
請求項１に記載の還元剤混合装置であって、
前記下流側端部における前記合流位置側の部分は、前記下流側端部における前記下流側端部の中心軸に沿った長さが最も長い最長部分を有しており、
前記下流側端部は、前記下流側端部の中心軸に沿った長さが、前記最長部分よりも短い部分を有する、還元剤混合装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の還元剤混合装置であって、
前記下流側端部は、前記下流側端部の中心軸と垂直な面に対して傾いた面に沿って開口しており、
前記下流側端部における前記下流側端部の中心軸に沿った長さは、前記下流側端部における前記合流位置側の部分が最も長い、還元剤混合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、還元剤混合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排ガス中には、大気汚染物質である窒素酸化物（ＮＯx）が含まれている。こうした排ガスを浄化するための装置として、ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ：選択触媒還元）方式の触媒を有する排気浄化装置が周知である。この種の排気浄化装置は、触媒の浄化性能を高めるために、触媒の上流にて、排気流路を流れる排ガスに、還元剤としての尿素水を噴霧し混合させる還元剤混合装置を備えている場合が多い。排ガス中に噴霧された尿素水は、排ガスの熱により加水分解し、加水分解により生じたアンモニア（ＮＨ3）が排ガスとともに触媒へ供給される。排ガス中の窒素酸化物は、触媒においてアンモニアと反応し、還元浄化される。【０００３】
この種の還元剤混合装置は、車両内のレイアウトの都合上、排気流路を形成する排気管が湾曲している場合がある。しかしながら、このような構成では、当該排気流路における排ガスの流速が偏りやすくなる。そうすると、排ガスと合流した後の排ガスにおける尿素水の分布も偏りやすくなる。その結果、触媒に流入する尿素水の分布にも偏りが生じやすくなってしまい、本来の触媒の浄化性能が十分に発揮されないことが懸念される。そこで、排ガスに尿素水が混合されてから触媒へ到達するまでの排気流路に、排ガスの流れを変更する変更板を設けることにより、排ガスの流速及び尿素水の分布の均一化を促す還元剤混合装置が提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−９９４１５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、前述した特許文献１に記載の構成では、排気管とは別部品である変更板を排気管に設けなければならない。このため、排気管に別部品を設けない場合と比較して、還元剤混合装置の構成が複雑になる問題があった。【０００６】
本開示の一局面においては、湾曲した排気流路を流れる排ガス中における還元剤の分布の偏りを、簡素な構成で抑制することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様は、還元剤混合装置であって、第１の筒部と、第２の筒部と、噴霧装置と、を備える。第１の筒部は、Ｓ字状に湾曲している湾曲部を有する排気流路を形成する。第２の筒部は、第１の筒部の上流側端部に接続され、第１の筒部とともに排気流路を形成する。噴霧装置は、排気流路における湾曲部に還元剤を噴霧する。第２の筒部の下流側端部は、先端が第１の筒部の上流側端部から湾曲部に突出している。排気流路における、還元剤が排気流路を流れる排ガスと合流する合流位置は、第２の筒部の下流側端部よりも下流に位置する。【０００８】
このような構成によれば、第２の筒部の下流側端部が湾曲部に突出しているため、当該下流側端部から湾曲部に流入した排ガスの流れが乱れやすくなる。その結果、湾曲した排気流路を流れる排ガスにおける還元剤の分布の偏りを、簡素な構成で抑制することが可能となる。【０００９】
本開示の一態様は、第２の筒部の下流側端部における、合流位置側の部分が、当該下流側端部の中心軸に沿った長さが最も長い最長部分を有してもよい。また、当該下流側端部は、当該下流側端部の中心軸に沿った長さが、最長部分よりも短い部分を有していてもよい。このような構成によれば、本来は合流位置の方向へ流れる排ガスの流れが、当該最長部分によって遮られる。その結果、当該下流側端部から湾曲部に流入した排ガスが旋回するように第１の筒部を流れやすくなる。このため、噴霧装置から噴霧された還元剤も、排ガスとともに旋回するように第１の筒部を流れやすくなる。したがって、排ガスにおける還元剤の分布の偏りを効果的に抑制することが可能となる。【００１０】
本開示の一態様は、下流側端部が、下流側端部の中心軸と垂直な面に対して傾いた面に沿って開口していてもよい。また、下流側端部における下流側端部の中心軸に沿った長さは、下流側端部における合流位置側の部分が最も長くてもよい。このような構成によれば、下流側端部における下流側端部の中心軸と垂直な面に対して傾いた面によって、当該最も長い部分が形成される。したがって、排ガスが旋回するように第１の筒部を流れやすくなる構成を、簡素な構成で実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態の排気浄化装置の断面図である。
【図２】図１のII-II断面図である。
【図３】実施形態の排気浄化装置内の排ガスの流れを示す模式図である。
【図４】第１変形例における排気浄化装置の断面図である。
【図５】第１変形例における第２の流路部材を示す図である。
【図６】第２変形例における排気浄化装置の断面図である。
【図７】第２変形例における第２の流路部材を示す図である。
【図８】第３変形例における第２の流路部材を示す図である。
【図９】第４変形例における第２の流路部材を示す図である。
【符号の説明】
【００１２】
１…第１の流路部材、２，６，７，８，９…第２の流路部材、３…触媒、４…噴霧装置、５…拡散部材、１１…接続管部、１２…湾曲管部、１３…直線管部、１４…噴霧管部、１５…触媒管部、２１，６１，７１，８１，９１…端部、２２…開口、６１Ａ…突出部、７１Ａ，８１Ａ…切欠き、９１Ａ…孔、１００，２００，３００…排気浄化装置。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本開示の例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。
［１．構成］
図１に示すように、排気浄化装置１００は、自動車の内燃機関（例えばディーゼルエンジン）から排出された排ガスを浄化するためのものであり、第１の流路部材１と、第２の流路部材２と、触媒３と、噴霧装置４と、拡散部材５と、を備える。なお、以下の説明では、図１を基準に上下左右方向を表現するが、あくまでも説明の便宜上の表現であり、排気浄化装置１００が設けられる向きは特に限定されない。
【００１４】
第１の流路部材１は、内燃機関から排出された排ガスを自動車の外部へ導くための排気流路の一部、具体的には触媒３へ至る排気流路を形成する管部材である。第１の流路部材１は、接続管部１１と、湾曲管部１２と、直線管部１３と、噴霧管部１４と、触媒管部１５と、を備える。なお、これら接続管部１１、湾曲管部１２、直線管部１３、噴霧管部１４及び触媒管部１５は、説明の便宜上の区分であり、第１の流路部材１を構成する部品の区分は特に限定されない。
【００１５】
接続管部１１は、第１の流路部材１における上流に位置する、直線状の円管部である。接続管部１１は、第１の流路部材１における、後述する第２の流路部材２と接続される部分である。接続管部１１は、直線状の中心軸Ａを有する。
【００１６】
湾曲管部１２は、接続管部１１の下流かつ直線管部１３の上流に位置する、概略Ｓ字状に湾曲した円管部である。つまり、湾曲管部１２は、接続管部１１と直線管部１３とを接続する部分である。湾曲管部１２は、概略Ｓ字状に湾曲した中心軸Ｂを有する。
【００１７】
直線管部１３は、湾曲管部１２の下流に位置する、直線状の円管部である。直線管部１３は、中心軸Ａと平行に位置する、直線状の中心軸Ｃを有する。
噴霧管部１４は、接続管部１１の下流に位置し、湾曲管部１２と接続されている円管部である。噴霧管部１４は、噴霧装置４により噴霧された還元剤を湾曲管部１２の排気流路へ導く還元剤流路を形成している。噴霧管部１４の内径は、湾曲管部１２の方向へ向かって徐々に拡大されている。
【００１８】
触媒管部１５は、直線管部１３の中心軸Ｃと同軸の直線状の円管部である。ただし、触媒管部１５は、直線管部１３の内径よりも外径が大きい円柱状の触媒３を収容するために、直線管部１３よりも内径が大きく形成されている部分と、直線管部１３からの排気流路の内径を徐々に拡大するための円錐台状の部分とを有する。
【００１９】
第２の流路部材２は、第１の流路部材１と同様、内燃機関から排出された排ガスを自動車の外部へ導くための排気流路の一部を形成する管部材である。第２の流路部材２は、第１の流路部材１の上流に位置する。第２の流路部材２は、接続管部１１の内径とほぼ同じ大きさの外径を有する。第２の流路部材２の下流側端部である端部２１は、直線状の円管部であって、接続管部１１内に挿入され、溶接によって接続管部１１と接続されている。つまり、端部２１は、接続管部１１と同軸であって、接続管部１１と同じ中心軸Ａを有する。図１及び図２に示すように、端部２１の先端は、湾曲管部１２内に突出しており、中心軸Ａと垂直な面に対して傾いた面に沿って開口している開口２２を有する。端部２１の中心軸Ａに沿った長さは、上部、つまり湾曲管部１２内を流れる排ガスと噴霧管部１４内を流れる排ガスとの合流位置Ｘ側、が最も長い。また、当該長さは、下部が最も短い。すなわち、中心軸Ａと垂直かつ上下方向と垂直な方向から見た端部２１の頂点は、合流位置Ｘ側に位置している。なお、端部２１の中心軸Ａに沿った長さとは、中心軸Ａに垂直な面であって端部２１の端面よりも上流側の面を基準とした長さである。
【００２０】
触媒３は、窒素酸化物を還元する機能を有するＳＣＲ方式の触媒である。触媒３は、触媒管部１５内に設けられている。
噴霧装置４は、噴霧管部１４の上流に位置し、液状の還元剤を噴霧管部１４内へ噴霧する装置である。噴霧装置４は、噴霧管部１４と接続されている湾曲管部１２の排気流路に還元剤を供給する供給装置として機能する。噴霧装置４は、還元剤として尿素水を噴霧する。なお、厳密には、排ガス中に噴霧された尿素水が、排ガスの熱により加水分解してアンモニアが生じ、こうして生じたアンモニアが還元剤として機能するが、加水分解前の状態である尿素水についても還元剤と称する。
【００２１】
拡散部材５は、上流側から流入した排ガスを拡散するように流出させる部材である。拡散部材５は、直線管部１３内に設けられている。拡散部材５は、金属製の板材を折り曲げて形成されたものであり、複数の羽根を有する。当該複数の羽根は、拡散部材５に流入した排ガスを旋回させるように案内する。これにより、拡散部材５は、触媒３に流入する排ガスの分布を均一に近づける機能を有する。
【００２２】
［２．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）端部２１の先端は、湾曲管部１２内に突出している。そうすると、接続管部１１から湾曲管部１２への排ガスの流れの一部が、端部２１の上部によって遮られる。一方、端部２１の側部の中心軸Ａに沿った長さは、端部２１の上部と比較して短い。このため、排ガスは、端部２１の上方よりも先に側方から流出し、端部２１の上部を迂回して上方へ流れる。これにより、図３に示すように、排ガスに旋回流が発生し、排ガスに合流した還元剤も、旋回するように湾曲管部１２内を流れやすくなる。したがって、合流位置Ｘを通過した排ガスにおける還元剤の分布の偏りを効果的に抑制することが可能となる。なお、説明の都合上、図３では湾曲管部１２のみを図示する。
【００２３】
（１ｂ）合流位置Ｘよりも上流側で排ガスに旋回流を発生させる構成が、下流側端部が単に斜めに切断されただけの第２の流路部材２を用いることにより実現される。したがって、排ガスが旋回するように湾曲管部１２内を流れやすくなる構成を、簡素な構成で実現することが可能となる。
【００２４】
なお、上記実施形態では、湾曲管部１２の排気流路が湾曲部の一例に相当し、第１の流路部材１が第１の筒部の一例に相当する。また、接続管部１１が第１の筒部の上流側端部の一例に相当し、第２の流路部材２が第２の筒部の一例に相当する。また、端部２１が第２の筒部の下流側端部の一例に相当する。
【００２５】
［３．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。
【００２６】
（２ａ）上記実施形態では、端部２１の先端が、中心軸Ａと垂直な面に対して傾いた面に沿って開口している開口２２を有する構成を例示した。しかし、第２の流路部材の構成はこれに限定されるものではない。
【００２７】
例えば、図４及び図５に示すように、第１変形例の排気浄化装置２００は、上記実施形態の第２の流路部材２に代えて、第２の流路部材６を有する。
第２の流路部材６は、第２の流路部材２と同様の管部材である。ただし、第２の流路部材６は、第２の流路部材２と比較すると、端部２１の代わりに端部６１を有する点が異なる。
【００２８】
端部６１は、端部２１と同様、接続管部１１と接続されている。端部６１の先端は、湾曲管部１２内に突出した突出部６１Ａを有する。突出部６１Ａは、中心軸Ａに垂直な端部６１の先端の面における一部が、中心軸Ａの軸方向に沿って帯状に延びる形状である。また、端部６１は、突出部６１Ａが上部、つまり合流位置Ｘ側になる向きで接続管部１１と接続されている。
【００２９】
このような第１変形例によれば、上記実施形態と同様の効果が得られる。なお、第１変形例では、下流側端部が突出部６１Ａとなる部分を残して切断されることにより形成される端部６１を例示した。しかし、第２の流路部材の端部の構成はこれに限定されるものではない。例えば、当該端部の突出部は、第２の流路部材とは別部品であって、溶接等によって当該端部に固定される構成でもよい。
【００３０】
（２ｂ）また、図６及び図７に示す第２変形例の排気浄化装置３００は、上記実施形態の第２の流路部材２に代えて、第２の流路部材７を有する。
第２の流路部材７は、第２の流路部材２と同様の管部材である。ただし、第２の流路部材７は、第２の流路部材２と比較すると、端部２１の代わりに端部７１を有する点が異なる。
【００３１】
端部７１は、端部２１と同様、接続管部１１と接続されている。端部７１は、端部７１の中心軸に垂直な面に沿って開口している。端部７１の先端は、切欠き７１Ａを有する。切欠き７１Ａは、端部７１の先端の一部が凹状に切り欠かれた部分である。より詳しくは、切欠き７１Ａは、端部７１における、端部７１の中心軸に沿ってスリット状に切欠かれている部分である。また、端部７１は、切欠き７１Ａが真上から少しずれた位置で接続管部１１と接続されている。
【００３２】
このような第２変形例によっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。
（２ｃ）また、第３変形例の排気浄化装置は、図８に示すように、上記実施形態の第２の流路部材２に代えて、第２の流路部材８を有する。
【００３３】
第２の流路部材８は、第２の流路部材２と同様の管部材である。ただし、第２の流路部材８は、第２の流路部材２と比較すると、端部２１の代わりに端部８１を有する点が異なる。
【００３４】
端部８１は、先端に切欠き８１Ａを有する点で端部２１と相違する。切欠き８１Ａは、切欠き７１Ａと同様、端部８１の先端の一部が、端部８１の中心軸に沿って凹状に切り欠かれた部分である。切欠き８１Ａは、端部８１の中心軸Ａに沿った長さが最も長い部分に設けられている。端部８１は、切欠き８１Ａが真上となる位置で接続管部１１と接続されている。
【００３５】
このような第３変形例によっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。なお、第３変形例では、端部８１が、切欠き８１Ａが真上になる向きで接続管部１１と接続されている構成を例示した。しかし、切欠き８１Ａの位置は特に限定されるものではなく、端部８１は、切欠き８１Ａが真上からずれた位置で接続管部１１と接続されていてもよい。
【００３６】
（２ｄ）また、第４変形例の排気浄化装置は、図９に示すように、上記実施形態の第２の流路部材２に代えて、第２の流路部材９を有する。
第２の流路部材９は、第２の流路部材２と同様の管部材である。ただし、第２の流路部材９は、第２の流路部材２と比較すると、端部２１の代わりに端部９１を有する点が異なる。
【００３７】
端部９１は、孔９１Ａを有する点で端部２１と相違する。孔９１Ａは、端部９１の中心軸Ａに沿った長さが最も長い部分に空けられている円状の孔である。端部９１は、下流側先端に孔９１Ａが設けられることにより形成される。端部９１は、孔９１Ａが真上になる向きで接続管部１１と接続されている。
【００３８】
このような第４変形例によっても、上記実施形態と同様の効果が得られる。なお、第４変形例では、端部９１が、孔９１Ａが真上になる向きで接続管部１１と接続されている構成を例示した。しかし、孔９１Ａの位置は特に限定されるものではなく、端部９１は、孔９１Ａが真上からずれた位置で接続管部１１と接続されていてもよい。
【００３９】
（２ｅ）上記実施形態では、第１の流路部材１が、接続管部１１と、湾曲管部１２と、直線管部１３と、噴霧管部１４と、触媒管部１５と、を備える構成を例示した。しかし、第１の流路部材の構成はこれに限定されるものではない。例えば、接続管部は、湾曲した管部であってもよい。また例えば、第１の流路部材は、直線管部の代わりに、湾曲した管部を有してもよい。また、噴霧管部の形状は特に限定されず、例えば直線状であってもよい。更に、第１の流路部材は、噴霧管部を有さず、噴霧装置が直接湾曲管部内に還元剤を噴霧する構成であってもよい。
【００４０】
（２ｆ）上記実施形態では、拡散部材５が直線管部１３に設けられた構成を例示した。しかし、排ガス浄化装置の構成はこれに限定されるものではなく、例えば、拡散部材は他の場所に設けられている構成としてもよく、また、拡散部材が排ガス浄化装置に設けられていない構成としてもよい。
【００４１】
（２ｇ）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。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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