JP2012002083A - 排気混合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気中での還元剤の拡散効果を促進するコンパクトな構成の排気混合装置を提供する。
【解決手段】筒状ケーシング３１と、筒状ケーシング３１内に、筒状ケーシング３１の周壁と離隔すると共に両端壁とそれぞれ離隔して配置され、両端部が開口した内筒３２と、筒状ケーシング３１と内筒３２との間に形成される環状空間を軸方向に区画して、内筒３２の一端開口３２ａを通じて内筒３２内部と連通する第１環状空間３８と、内筒３２の他端開口３２ｂを通じて内筒３２内部と連通する第２環状空間３９とを形成する隔壁３３と、第１環状空間３８内に周方向に向かって排気が流入する排気入口３４と、第２環状空間３９内から周方向に向かって排気が流出する排気出口３６と、排気入口３４から第１環状空間３８及び内筒３２内部へ流入する排気に、還元剤を供給する還元剤供給装置１５と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、特に排気通路を流通する排気中に還元剤を噴射して下流側の排気浄化装置に送給する際に、還元剤を効率的に拡散させる排気混合装置に関する。

内燃機関（以下、エンジンという）、中でもディーゼルエンジンの排気中には、大気汚染物質である煤等の粒子状物質（Particulate Matter、以下、ＰＭと略称する）やＮＯｘ等が含まれている。そこで、エンジンの排気通路に、ＰＭを捕集するためのパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter、以下、ＤＰＦと略称する）を設置し、大気中にＰＭが放出されないようにした技術が知られている。さらに、エンジンの排気通路に、ＮＯｘを除去するための選択還元型触媒（以下、ＳＣＲ触媒という）を設置し、還元剤としてのアンモニアをＳＣＲ触媒に供給することにより、排気中のＮＯｘを還元して排気を浄化するようにした技術も知られており、これらをエンジンの排気通路に配設した排気浄化装置が用いられている。

このＳＣＲ触媒を用いた排気浄化装置では、ＳＣＲ触媒の上流側でＤＰＦの下流側に、排気中に尿素水を供給するノズルが設けられ、このノズルから尿素水が噴射されると、排気熱によって尿素水から分解して生じたアンモニアがＳＣＲ触媒に供給される。ＳＣＲ触媒は、軸方向に互いに平行な微小な穴が複数連通したハニカム構造の担体に、触媒金属が担持されている。ＳＣＲ触媒に供給されたアンモニアは、一旦ＳＣＲ触媒に吸着し、このアンモニアと排気中のＮＯｘとの間の脱硝反応がＳＣＲ触媒によって促進されることによりＮＯｘの還元が行われる。

尿素水の噴射は、ＤＰＦとＳＣＲ触媒との間で行われるが、排気中に噴射された尿素水はＳＣＲ触媒へ到達するまでにアンモニアと炭酸ガスに熱分解される必要がある。この熱分解は排気中に尿素水が拡散するほど促進されるので、一般的には尿素水の噴射位置からＳＣＲ触媒までの排気の流通距離をある程度長くし、尿素水を含んだ排気がＳＣＲ触媒に到達するまでの時間を確保して、排気中に尿素水を十分に拡散させる必要がある。

そのため、例えば下記の特許文献１に記載の排気後処理装置は、図５に示すように、ケース７０内部に、排気流入部７６から順に第１の通路７１、第１の折り返し部７７、第２の通路７２、第２の折り返し部７８、第３の通路７３、排気流出部７９と、排気が流れる、いわば迷路構造の排気経路が形成されている。この排気後処理装置は、第１の通路７１に内装されたＤＰＦ８２を通過して第１の折り返し部７７で向きを変えて第２の通路７２を直進する排気中に、第１の折り返し部７７に設けられた還元剤供給装置８０により還元剤としての尿素水を添加し、第２の通路７２及び第２の折り返し部７８を流通する間に尿素水が拡散され、第３の通路７３に内装されたＳＣＲ触媒８３に送給される。

また、下記の特許文献２に記載の排気浄化装置は、図６に示すように、ＤＰＦ９４を通過した排気をガス集合室９０内へ導入してからミキシングパイプ９８内へ案内するものであり、ガス集合室９０には３枚の仕切板９１，９２，９３が配設され、ミキシングパイプ９８の入口端部には、直径方向に対峙した２つの開口部９６，９７が形成されている。これにより、ＤＰＦ９４を通過してガス集合室９０内へ導入された排気は、３枚の仕切板９１，９２，９３によって旋回流を生じて、２つの開口部９６，９７からミキシングパイプ９８内へ流入し、還元剤供給装置９５から還元剤としての尿素水が噴射されると、尿素水はミキシングパイプ９８内で旋回する排気と混合され、拡散が促進されるため、尿素水の噴射位置からＳＣＲ触媒までの排気の流通距離をそれほど長くしなくても、ＳＣＲ触媒到達までに、尿素水のアンモニア，炭酸ガスへの熱分解を実現できる。

特開２００９−１３３２２８号公報 特開２００８−２１５２８６号公報

しかしながら、上記の特許文献１に記載の排気後処理装置では、第１の折り返し部７７及び第２の折り返し部７８で排気流の方向を変化させるいわゆる迷路構造を用いて流路長を確保しているが、ＤＰＦ８２，尿素水拡散流路及びＳＣＲ触媒８３を一体化しているので車長方向に大柄な装置となり占有スペースが大きいので搭載自由度が少ない。
また、上記の特許文献２に記載の排気浄化装置では、旋回流を生じてミキシングパイプ９８内へ流入した排気中に尿素水が噴射されるので、ミキシングパイプ９８内では排気旋回流により尿素水の排気への拡散が促進される。しかし、尿素水の排気への拡散をミキシングパイプ９８内の空間のみに頼ると、ミキシングパイプ９８はある程度の長さを必要とする。特許文献２には、選択還元型触媒の入口端部にガス分散室を設け、ミキシングパイプ９８の排気出口端部をこのガス分散室に接続された構成も記載されており、ガス分散室内での尿素水の排気への拡散も期待できるが、装置全体が大型化してしまう。

本発明はこのような課題に鑑み案出されたもので、排気中での還元剤の拡散効果を促進するコンパクトな構成の排気混合装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の排気混合装置は、流入する排気に還元剤を混合させ選択還元型触媒に送給する排気混合装置であって、筒状ケーシングと、前記筒状ケーシング内に、前記筒状ケーシングの周壁と離隔すると共に前記筒状ケーシングの両端壁とそれぞれ離隔して配置され、両端部が開口した内筒と、前記筒状ケーシングと前記内筒との間に形成される環状空間を軸方向に区画して、前記内筒の一端開口を通じて前記内筒内部と連通する第１環状空間と、前記内筒の他端開口を通じて前記内筒内部と連通する第２環状空間とを形成する隔壁と、前記筒状ケーシングの周壁に設けられ、前記第１環状空間内に周方向に向かって排気が流入する排気入口と、前記筒状ケーシングの周壁に設けられ、前記第２環状空間内から周方向に向かって排気が流出する排気出口と、前記排気入口から前記第１環状空間及び前記内筒内部へ流入する排気に、還元剤を供給する還元剤供給装置と、を備えていることを特徴としている。

このとき、前記還元剤供給装置は、前記筒状ケーシングの一端に配設され、前記一端開口から前記内筒内部に還元剤を噴射する噴射ノズルを備えていることが好ましい。
また、前記内筒は前記筒状ケーシングと同心状に配置され、前記排気入口には、前記環状空間の軸心を通らない流心を有するように排気入口管が接続され、前記排気出口には、前記環状空間の軸心を通らない流心を有するように排気出口管が接続されていることが好ましい。

このとき、前記排気入口は、前記筒状ケーシングの軸心線を含み且つ排気の流入方向に沿った平面で仕切られる一方の空間内に形成され、前記排気出口は、前記筒状ケーシングの軸心線を含み且つ排気の流出方向に沿った平面で仕切られる一方の空間内に形成されていることが好ましい。
また、前記隔壁は、前記環状空間の軸方向中心位置よりも前記内筒の一端開口側に偏移して配置され、前記排気出口は、前記環状空間の軸方向中心位置に配置されていることが好ましい。

本発明の排気混合装置によれば、排気は第１環状空間内に周方向に向かって流入し、内筒内部で旋回流を生じ、第１環状空間及び内筒内部へ流入する旋回流となった排気に還元剤を供給するため、還元剤は旋回流により均一に拡散され、排気熱によって効率よく蒸発・分解される。また、第２環状空間内から周方向に向かって排気が流出するため、旋回成分の動圧が排気出口方向の動圧に無駄なく変換され、圧力損失を抑制することができる。また、筒状ケーシング内に内筒を配置して二重管の構造とすることにより、空間を効率よく利用でき、コンパクトな構成でありながら、還元剤が排気と混合するための距離を十分に確保することができる。

さらに、還元剤供給装置が筒状ケーシングの一端に配設された噴射ノズルを備えている場合、内筒内部の旋回流となった排気中へ勢いよく還元剤を噴射させることができ、より拡散が促進される。
また、内筒が筒状ケーシングと同心状に配置されている場合、第１及び第２環状空間が一定幅で形成されるため、排気流の乱れの発生を抑制し、スムーズに排気を流通させることができる。このとき、排気入口に環状空間の軸心を通らない流心を有する排気入口管が接続されている場合、配管内を流れてきた排気を、排気入口を介して第１環状空間内に周方向に向かって流入させ、旋回流を発生させることができる。さらに、排気出口に環状空間の軸心を通らない流心を有する排気出口管が接続されている場合、第２環状空間内から周方向へ向かって排気を流出させることができるため、旋回成分の動圧が排気出口方向の動圧に変換され、圧力損失を抑制することができる。

このとき、排気入口が筒状ケーシングの軸心線を含み且つ排気の流入方向に沿った平面で仕切られる一方の空間内に形成されている場合、第１環状空間内に周方向へ向かって流入する排気の逆流を抑制し、一方向にのみ流れ込ませることができるため、旋回流を容易に発生させることができる。さらに、排気出口が筒状ケーシングの軸心線を含み且つ排気の流出方向に沿った平面で仕切られる一方の空間内に形成されている場合、第２環状空間内から周方向へ向かってスムーズに排気を流出させることができるため、旋回成分の動圧が排気出口方向の動圧に無駄なく変換され、圧力損失を抑制することができる。

また、隔壁が環状空間の軸方向中心位置よりも内筒の一端開口側に偏移して配置され、排気出口が環状空間の軸方向中心位置に配置されている場合、第１環状空間よりも第２環状空間のほうが軸方向に長くなり、還元剤が供給されてから排気と混合される距離も長くなるため、還元剤を排気中により均一に拡散させることができる。

本発明の一実施形態にかかる排気混合装置を説明する模式図であり、図１（ａ）は図１（ｂ）のＺ−Ｚ矢視断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の上面図、図１（ｃ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ矢視断面図、図１（ｄ）は図１（ａ）のＹ−Ｙ矢視断面図である。 本発明の一実施形態にかかる排気混合装置を適用した模式図であり、図２（ａ）は図２（ｂ）のＡ−Ａ矢視断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）及び図２（ｃ）のＢ−Ｂ矢視断面図、図２（ｃ）は図２（ｂ）のＣ−Ｃ矢視断面図である。 本発明の一実施形態にかかる排気混合装置の模式的な斜視図である。 本発明の一実施形態にかかる排気混合装置が適用された排気浄化装置を示す全体構成図である。 従来の課題を説明する模式的な断面図である。 従来の他の課題を説明する模式的な断面図である。

以下、図面により、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の排気混合装置は、流入する排気に還元剤としての尿素水を混合させ、エンジンの排気通路に設けられる選択還元型触媒（以下、ＳＣＲ触媒という）に送給するものである。そのため、まず、本実施形態にかかる排気混合装置が適用される排気浄化装置を示す全体構成図である図４を用いて説明する。

本実施形態の排気浄化装置はトラックに搭載されており、図４ではトラックへの搭載状態での内燃機関１及び排気浄化装置２の配置を示しており、トラックの床下要部を二点鎖線で示している。なお、以下の説明では、車両を主体として前後方向及び左右方向を規定する。
図４に示すように、トラックにはラダーフレームのシャーシ構造が採用されている。ラダーフレーム４０は、車体の前後方向全体に延設した左右一対のサイドレール４０ａを複数のクロスメンバ４０ｂ（１つのみ図示）により連結して構成され、このラダーフレーム４０上に内燃機関１等のパワープラント及び車体のキャビンや荷台４０ｃ等が搭載されている。図４では、ラダーフレーム４０の左右一対のサイドレール４０ａの一部、及び、ラダーフレーム４０上に設置された荷台４０ｃの一部を二点鎖線で示し、この荷台４０ｃの床下に排気浄化装置２が設置されている。

内燃機関１は、ラダーフレーム４０の左右のサイドレール４０ａ間に位置し、ここでは直列６気筒機関として構成されている。内燃機関１の各気筒には燃料噴射弁４１が設けられ、各燃料噴射弁４１はコモンレール４２から加圧燃料を供給され、開弁に伴って対応する気筒の筒内に燃料を噴射する。
内燃機関１の吸気側には吸気マニホールド４３が装着され、吸気マニホールド４３に接続された吸気通路４４には、上流側よりエアクリーナ４５，ターボチャージャ４６のコンプレッサ４６ａ及びインタークーラ４７が設けられている。また、内燃機関１の排気側には排気マニホールド４８が装着され、排気マニホールド４８には、コンプレッサ４６ａと同軸上に連結されたターボチャージャ４６のタービン４６ｂが接続されている。タービン４６ｂには排気通路４９が接続され、排気通路４９の途中に排気浄化装置２が設けられている。

一方、内燃機関１の後部には変速機５０が結合され、変速機５０の出力軸にはプロペラシャフト５１の前端が連結されている。プロペラシャフト５１は車体の床下で左右のサイドレール４０ａ間を後方に向けて延設され、その後端は図示しないディファレンシャルギアを介して左右の後輪に接続されている。
排気通路４９は、右側のサイドレール４０ａの下側において後方に向けて延設されている。一般的なトラックでは、そのまま排気通路４９が車体後部まで延設されて、この排気通路４９の途中に排気浄化装置２の各構成部材が直列配置されるが、本実施形態のトラックでは荷台の長さの関係で床下の前後スペースに制限があるため、排気通路４９を右側に取り回して側方排気している。この排気通路４９の取り回しの関係により、排気通路４９の途中に設置された排気浄化装置２は右側のサイドレールの外側に配置されている。以下、詳述する。

排気通路４９の中流部には、排気の流れが車両の長手方向（車長方向）を向くように配置され、前後方向に沿った円筒状のケーシング１１を有する上流側排気浄化装置１０が、右側のサイドレール４０ａの下側に接続されている。ケーシング１１内の上流側には前段酸化触媒１２が配置され、下流側には排気中に含まれる煤等の粒子状物質（Particulate Matter、以下、ＰＭと略称する）を捕集するためのパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter、以下、ＤＰＦと略称する）１３が配置され、さらにＤＰＦ１３の下流側には混合室と称される排気流出空間１４が形成されている。

排気流出空間１４内でケーシング１１の側面には排気流出口１６が形成され、排気流出口１６には、上流側排気浄化装置１０から排気を下流側へ送給する中間パイプ１９の上流端が接続されている。中間パイプ１９は排気通路４９の一部を構成するものであり、最も一般的な円筒状パイプであって、その内径も排気通路４９と略等しく設定されている。
また、上流側排気浄化装置１０の下流側には、図示しない排気混合装置を介して下流側排気浄化装置２０が設けられている。排気混合装置及び下流側排気浄化装置２０は、ともにケーシング３内に収納されており、下流側排気浄化装置２０の下方に排気混合装置が配設されている。この排気混合装置には、下流側排気浄化装置２０内に配設された触媒に還元剤を供給する還元剤供給装置１５が装備されており、上記の内燃機関１の各気筒の燃料噴射弁４１や還元剤供給装置１５等のデバイス類及び図示しないセンサ類はＥＣＵ（電子コントロールユニット）４２に接続されており、燃料噴射弁４１や還元剤供給装置１５等のデバイス類は、センサ類からの検出情報に基づいてＥＣＵ４２により駆動制御される。

下流側排気浄化装置２０は、右側のサイドレール４０ａの外側で、車長方向に対して上流側排気浄化装置１０の側方に、排気の流れが車幅方向を向くように配置されている。なお、下流側排気浄化装置２０の配置はこれに限られるものではなく、右側のサイドレール４０ａの外側で、車長方向に対して上流側排気浄化装置１０のケーシング１１の後端部１１ａよりも後方に配置されていてもよい。

下流側排気浄化装置２０は、車幅方向に沿った筒状のケーシング２１の内部に、アンモニアの供給により排気中に含まれるＮＯｘを還元して排気を浄化する選択還元型触媒（ＳＣＲ触媒）２２と、余剰アンモニアを除去する後段酸化触媒２３とを備えて構成されている。さらに、下流側排気浄化装置２０には、排気通路４９の一部である出口パイプ２９が設けられ、出口パイプ２９は右側に湾曲形成されて車体側方に開口している。なお、出口パイプ２９は排気通路４９の一部を構成するものであり、最も一般的な円筒状パイプであって、その内径も排気通路４９と略等しく設定されている。

排気通路４９は上記のように構成されているため、上流側排気浄化装置１０内の前段酸化触媒１２及びＤＰＦ１３を通過した排気は、排気流出空間１４から排気流出口１６を介して中間パイプ１９へ流入し、排気混合装置内を流通し、下流側排気浄化装置２０に送給される。
ここで、本実施形態にかかる排気混合装置の模式図である図１を用いて、本実施形態にかかる排気混合装置３０を説明する。なお、図１において、（ａ）は（ｂ）のＺ−Ｚ矢視断面図、（ｂ）は（ａ）の上面図、（ｃ）は（ａ）のＸ−Ｘ矢視断面図、（ｄ）は（ａ）のＹ−Ｙ矢視断面図である。

図１（ａ）〜（ｄ）に示すように、本実施形態にかかる排気混合装置３０は、円筒状の筒状ケーシング３１と、筒状ケーシング３１の内部に配置された円筒状で両端部が開口した内筒３２と、内筒３２を筒状ケーシング３１内に保持する隔壁３３と、中間パイプ１９から排気混合装置３０内へ排気を流入する排気入口３４と、排気混合装置３０から下流側排気浄化装置２０へ排気を流出する排気出口３６とを備えて構成されている。

内筒３２は、筒状ケーシング３１の内周壁と離隔するとともに、筒状ケーシング３１の両端の内壁ともそれぞれ離隔して配置されている。なお、ここでは内筒３２は筒状ケーシング３１と同心状に配置されているが、これに限られるものではなく、内筒３２の軸心が筒状ケーシング３１の軸心に対して偏心して配置されていてもよい。さらに、ここでは、内筒３２は筒状ケーシング３１の両端壁からほぼ等距離ずつ離隔して配置されているが、筒状ケーシング３１の両端壁からの距離は異なっていてもよい。

筒状ケーシング３１と筒状ケーシング３１内に配置された内筒３２とにより、筒状ケーシング３１の内周壁と内筒３２の外周壁との間には環状の空間（環状空間）が形成される。この環状空間は、隔壁３３によって軸方向に第１の環状空間３８と第２の環状空間３９とに区画されている。第１環状空間３８は、内筒３２の一端開口３２ａを通じて内筒３２の内部と連通し、第２環状空間３９は、内筒３２の他端開口３２ｂを通じて内筒３２の内部と連通している。なお、隔壁３３は、環状空間３８，３９の軸方向中心位置よりも内筒３２の一端開口３２ａ側に偏移して配置されているが、これに限られるものではない。隔壁３３の位置により、排気入口３４及び排気出口３６の位置が決まるため、本排気混合装置３０と組み合わせる下流側排気浄化装置に合わせて適宜設定することができる。

排気混合装置３０内へ排気を流入する排気入口３４には、排気入口管３５が接続されており、排気入口管３５の上流側には中間パイプ１９（図４参照）が接続され、中間パイプ１９を介して上流側排気浄化装置１０と連通している。なお、排気入口管３５は中間パイプ１９と接続されるため、中間パイプ１９と同様、最も一般的な円筒状パイプであって、その内径も中間パイプ１９と略等しく設定されている。

排気混合装置３０内へ排気を流入する排気入口３４は、第１環状空間３８内に周方向に向かって排気が流入するように、筒状ケーシング３１の第１環状空間３８側の周壁に設けられ、筒状ケーシング３１の軸心線を含み且つ排気の流入方向に沿った（排気の流入方向と平行な）仮想平面（図１では水平方向の一面）で仕切られる二つの空間のうちの一方の空間内（図１では下方空間）に形成されている。

これにより、排気入口３４から流入する排気は、第１環状空間３８内で一方向［図１（ｃ）中に白矢印で示す時計回り方向］が促進され、これと逆流する方向［図１（ｃ）中の反時計回り方向］は抑制されるので、流入した排気の流れは旋回流となる。
ただし、排気入口管３５及びこれに関連して規定される排気入口３４の設定は、これに限らない。つまり、排気入口管３５は、その流心３５Ｃが環状空間３８，３９の軸心（ここでは筒状ケーシング３１及び内筒３２の軸心と同一）を通らないように、図１（ｃ）中に一点鎖線矢印Ａで示すように、環状空間３８，３９の断面中心線からずれて設けられていれば、第１環状空間３８内で一方向［図１（ｃ）中に白矢印で示す時計回り方向］の旋回成分が、これと逆流する方向［図１（ｃ）中の反時計回り方向］への旋回成分より強くなるので、第１環状空間３８内で一方向［図１（ｃ）中に白矢印で示す時計回り方向］の旋回流が形成される。

排気混合装置３０内から排気を流出する排気出口３６には、排気出口管３７が接続されており、排気出口管３７の下流側には下流側排気浄化装置２０の排気流入口（図２参照）が接続され、排気出口管３７を介して下流側排気浄化装置２０と連通している。なお、排気出口管３７は、最も一般的な円筒状パイプであって、その内径は排気入口管３５と略等しく設定されている。

排気混合装置３０から下流側排気浄化装置２０へ排気を流出する排気出口３６は、第２環状空間３９内から周方向に向かって排気が流出するように、筒状ケーシング３１の第２環状空間３９側の周壁に設けられ、筒状ケーシング３１の軸心線を含み且つ排気の流出方向に沿った（排気の流出方向と平行な）仮想平面（図１では鉛直方向の一面）で仕切られる二つの空間のうちの一方の空間内（図１では排気入口３４と逆側の空間）に形成されている。

これにより、排気出口３６から流出する排気は、第２環状空間３９内で一方向［図１（ｄ）中に白矢印で示す反時計回り方向］のみの旋回成分を有し、これと逆流する方向［図１（ｄ）中の時計回り方向］への旋回成分は有さないことになり、排気がスムーズに流出され、圧力損失が抑制される。
この場合、排気出口管３７は、その全ての排気流が、第２環状空間３９内における、上記仮想平面（図１では鉛直方向の一面）で仕切られる一方の空間内（図１では排気入口３４と逆側の空間）に流出するように配置される。

ただし、排気出口管３７及びこれに関連して規定される排気出口３６の設定は、これに限らない。つまり、排気出口管３７は、その流心３７Ｃが環状空間３８，３９の軸心（ここでは筒状ケーシング３１及び内筒３２の軸心と同一）を通らないように、図１（ｄ）中に一点鎖線矢印Ｂで示すように、環状空間３８，３９の断面中心線からずれて設けられていれば、第２環状空間３９内で一方向［図１（ｄ）中に白矢印で示す反時計回り方向］の旋回成分が、これと逆流する方向［図１（ｄ）中の時計回り方向］への旋回成分より強くなるので、第２環状空間３９内で一方向［図１（ｄ）中に白矢印で示す反時計回り方向］の旋回流が形成される。

なお、ここでは排気出口３６は、環状空間３８，３９の軸方向中心位置に配置されているが、排気混合装置３０と組み合わされる下流側排気浄化装置２０に合わせて適宜設定されるため、軸方向中心位置から内筒３２の他端開口３２ｂ側に偏移して配置されていてもよい。
また、筒状ケーシング３１の一端には、排気入口３４から第１環状空間３８及び内筒３２内部へ流入する排気に還元剤を供給する還元剤供給装置１５が設けられている。この還元剤供給装置１５には、内筒３２の一端開口３２ａから内筒３２内部に、図示しないタンクから圧送される還元剤としての尿素水を噴射する噴射ノズル１５ａが備えられている。

本実施形態にかかる排気混合装置３０は上述のように構成されているため、排気混合装置３０内へ流入する排気と還元剤としての尿素水は、以下のようにして混合される。
排気入口管３５から排気入口３４を介して流入する排気は、図１（ａ）及び図１（ｃ）に示すように、第１環状空間３８内に周方向に向かって流れ込み、第１環状空間３８の形状に沿って環状空間の軸心を中心に旋回して流れる。第１環状空間３８は、内筒３２の一端開口３２ａを通じて内筒３２の内部と連通しているため、第１環状空間３８内を旋回しながら流れてきた排気は、内筒３２の一端開口３２ａから内筒３２内部へ流れ込み、内筒３２内部で旋回流を発生させる。

このとき、還元剤供給装置１５の噴射ノズル１５ａから、還元剤としての尿素水が内筒３２内部へ噴射され、旋回流となった排気中へ供給される。噴射された尿素水は、内筒３２内部において、旋回流によって均一に拡散される。内筒３２内部で旋回流となった排気は、旋回しながら尿素水と混合され内筒３２内を流通し、内筒３２の他端開口３２ｂまで到達する。

内筒３２の内部は、内筒３２の他端開口３２ｂを通じて第２環状空間３９と連通しているため、他端開口３２ｂまで到達した尿素水と混合させた排気は、旋回流のまま第２環状空間３９内へ流れ込む。そして、第２環状空間３９においても旋回し続け、さらに尿素水の拡散が促進される。そして、第２環状空間３９内から周方向に向かって排気が流出するように設けられた排気出口３６を介して排気出口管３７へ流出する。

したがって、本実施形態にかかる排気混合装置３０によれば、内筒３２内部で旋回流を発生させ、旋回流となった排気中に還元剤を供給するため、還元剤は旋回流によって均一に拡散され、排気熱によって効率よく蒸発・分解される。また、第２環状空間３９内から周方向に向かって排気が流出するため、旋回成分の動圧が排気出口３６方向の動圧に無駄なく変換され、圧力損失を抑制することができる。さらに、噴射ノズル１５ａにより、内筒３２内部の旋回流となった排気中へ勢いよく還元剤を噴射させることができるため、より拡散が促進される。

また、筒状ケーシング３１内に内筒３２を配置して二重管の構造とすることにより、空間を効率良く利用でき、コンパクトな構成でありながら、還元剤が排気と混合するための距離を十分に確保することができる。さらに、内筒３２の軸心と筒状ケーシング３１の軸心とが同心状に配置されているため、環状空間３８，３９を一定幅とすることができるため、排気流の乱れの発生を抑制し、スムーズに排気を流通させることができる。

また、排気入口管３５の流心３５Ｃが環状空間３８，３９の軸心を通らないように排気入口管３５を設けることにより、第１環状空間３８内に周方向へ向かって排気が流入するため、内筒３２内部に旋回流を発生させることができる。さらに、本実施形態の場合、排気入口３４が筒状ケーシング３１の軸心線を含み且つ排気の流入方向に沿った一平面で仕切られた場合の一方の空間内に形成されているため、第１環状空間３８内に周方向へ向かって流入する排気の逆流を抑制し、一方向にのみ流れ込ませることができ、容易に旋回流を発生させることができる。

また、同様に、排気出口管３７の流心３７Ｃが環状空間３８，３９の軸心を通らないように排気出口管３５を設けることにより、第２環状空間３９内から周方向へ向かって排気を流出させることができるため、旋回成分の動圧が排気出口方向の動圧に変換され、圧力損失を抑制することができる。さらに、本実施形態の場合、排気出口３６が筒状ケーシング３１の軸心線を含み且つ排気の流出方向に沿った一平面で仕切られた場合の一方の空間内に形成されているため、第２環状空間３９内から周方向へ向かってスムーズに排気を流出させることができるため、旋回成分の動圧が排気出口３６方向の動圧に無駄なく変換され、圧力損失を抑制することができる。

また、隔壁３３が環状空間３８，３９の軸方向中心位置よりも内筒３２の一端開口３２ａ側に偏移して配置され、排気出口３６が環状空間３８，３９の軸方向中心位置に配置されているため、第１環状空間３８よりも第２環状空間３９のほうが軸方向に長くなり、還元剤が供給されてから排気と混合される距離も長くなるため、還元剤を排気中により均一に拡散させることができる。

次に、上記の排気混合装置３０を下流側排気浄化装置２０に適用した一実施形態について、図２及び図３を用いて説明する。なお、図２において、（ａ）は（ｂ）のＡ−Ａ矢視断面図、（ｂ）は（ａ）及び（ｃ）のＢ−Ｂ矢視断面図、（ｃ）は（ｂ）のＣ−Ｃ矢視断面図である。
図２及び図３に示すように、本実施形態にかかる排気混合装置３０及び下流側排気浄化装置２０は、１つのケーシング３内に配設されており、排気混合装置３０が下流側排気浄化装置２０の斜め下方に設けられている。なお、上記の排気混合装置３０には、本発明者が創案した下流側排気浄化装置２０を適用するのが最適であるため、本実施形態ではこの下流側排気浄化装置２０に上記排気混合装置３０を適用した例を説明するが、これに限られるものではなく、種々の下流側排気浄化装置に適用可能である。

本発明者が創案した下流側排気浄化装置２０は、排気入口部２４及び排気出口部２６が円筒状のケーシング２１の軸方向中心位置にそれぞれ設けられている。ケーシング２１の内部には、アンモニアの供給により排気中に含まれるＮＯｘを還元して排気を浄化する選択還元型触媒（ＳＣＲ触媒）２２と、余剰アンモニアを除去する後段酸化触媒２３とが、それぞれ２つずつ配設されている。これらＳＣＲ触媒２２及び後段酸化触媒２３は、ケーシング２１の軸方向に直列に配置されている。

２つのＳＣＲ触媒２２は間隔をあけて配設されており、これらＳＣＲ触媒２２の相互間の空間（第１空間）Ｓ１に、排気入口部２４が設けられている。２つのＳＣＲ触媒２２は、排気入口部２４を挟んで向かい合わせになるように配設されており、ＳＣＲ触媒２２の下流側には後段酸化触媒２３がそれぞれ配設されている。後段酸化触媒２３は、それぞれの下流側からケーシング２１の端面まで間隔があくように設定されており、ケーシング２１の両端にはそれぞれ空間（第２空間）Ｓ２が設けられている。この第２空間Ｓ２は、それぞれ排気流出空間（第３空間）Ｓ３に連通しており、第３空間Ｓ３には排気出口部２６が設けられ、第３空間Ｓ３で集合した排気は排気出口部２６から流出し、出口パイプ２９（図４参照）を通って大気中へ排出される。

上記の下流側排気浄化装置２０は、排気入口部２４がケーシング２１の軸方向中心位置に設けられているため、図２（ａ）に示すように、排気混合装置３０の排気出口３６も筒状ケーシング３１の軸方向中心位置に設けられている。また、上記の下流側排気浄化装置２０は、図２（ｂ）に示すように、リヤ側に排気を集合させる第３空間Ｓ３を有しているため、排気混合装置３０は、下流側排気浄化装置２０の下方でフロント側にシフトして配置されている。そのため、下流側排気浄化装置２０の排気入口部２４に接続される排気混合装置３０の排気出口管３７は、鉛直方向からややリヤ側へ向けて斜めに設けられている。

このように、本実施形態にかかる排気混合装置３０は、適用される下流側排気浄化装置の構造に合わせて、隔壁３３，排気入口３４及び排気出口３６の位置や、排気入口管３５及び排気出口管３７の設け方等は適宜変更可能である。
本実施形態にかかる排気混合装置３０は、上流側排気浄化装置１０と一体化させたり、又は隣接させたりする必要がないため、下流側排気浄化装置２０と１つのケーシング３内に上下に配置して、車長方向にコンパクトにまとめて占有スペースを小さくできるので搭載自由度が大きい。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
例えば、上記実施形態では、図１に示すように、内筒３２の内径２ｒ₁，排気入口３４の内径２ｒ₂及び排気出口３６の内径２ｒ₃のそれぞれ大きさは、還元剤の拡散を考慮し、内筒３２の内径２ｒ₁が排気入口３４の内径２ｒ₂及び排気出口３６の内径２ｒ₃よりも大きく設定されているが、これに限らない。流路抵抗や排気の流れを第１に考慮すれば、最もシンプルにはｒ₁≒ｒ₂≒ｒ₃と略等しい大きさに設定することができる。

また、筒状ケーシング３１の端部内壁から内筒３２の一端開口３２ａまでの間隔ｄについては、還元剤の噴霧供給や圧力損失等を考慮して、内筒３２の断面積Ｓ１（Ｓ１＝πｒ₁ ²）と間隔ｄの側面積Ｓ２（Ｓ２＝２πｒ₁ｄ）とすると、Ｓ１≒Ｓ２と設定されることが好ましい。
また、筒状ケーシング３１の内径２Ｒ₁と内筒３２の内径２ｒ₁は、前記のように、ｒ₁≒ｒ₂≒ｒ₃としてｒ₁〜ｒ₃を可能な限り大きくするという思想によれば、２ｒ₁≒Ｒ₁とすることができるが、むしろ、本実施形態のように２Ｒ₁＜４ｒ₁と設定されていれば、環状空間３８，３９内で旋回流を発生しやすくなり、且つ、内筒３２内部での還元剤の拡散を促進することができる。

１ 内燃機関（エンジン）
２ 排気浄化装置
１０ 上流側排気浄化装置
１３ ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）
１５ 還元剤供給装置
１５ａ 噴射ノズル
２０ 下流側排気浄化装置
２２ 選択還元型触媒（ＳＣＲ触媒）
３０ 排気混合装置
３１ 筒状ケーシング
３２ 内筒
３３ 隔壁
３４ 排気入口
３５ 排気入口管
３６ 排気出口
３７ 排気出口管
３８ 第１環状空間
３９ 第２環状空間

Claims (5)

1. 流入する排気に還元剤を混合させ選択還元型触媒に送給する排気混合装置であって、
   筒状ケーシングと、
   前記筒状ケーシング内に、前記筒状ケーシングの周壁と離隔すると共に前記筒状ケーシングの両端壁とそれぞれ離隔して配置され、両端部が開口した内筒と、
   前記筒状ケーシングと前記内筒との間に形成される環状空間を軸方向に区画して、前記内筒の一端開口を通じて前記内筒内部と連通する第１環状空間と、前記内筒の他端開口を通じて前記内筒内部と連通する第２環状空間とを形成する隔壁と、
   前記筒状ケーシングの周壁に設けられ、前記第１環状空間内に周方向に向かって排気が流入する排気入口と、
   前記筒状ケーシングの周壁に設けられ、前記第２環状空間内から周方向に向かって排気が流出する排気出口と、
   前記排気入口から前記第１環状空間及び前記内筒内部へ流入する排気に、還元剤を供給する還元剤供給装置と、を備えている
   ことを特徴とする、排気混合装置。
2. 前記還元剤供給装置は、前記筒状ケーシングの一端に配設され、前記一端開口から前記内筒内部に還元剤を噴射する噴射ノズルを備えている
   ことを特徴とする、請求項１記載の排気混合装置。
3. 前記内筒は前記筒状ケーシングと同心状に配置され、
   前記排気入口には、前記環状空間の軸心を通らない流心を有するように排気入口管が接続され、
   前記排気出口には、前記環状空間の軸心を通らない流心を有するように排気出口管が接続されている
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載の排気混合装置。
4. 前記排気入口は、前記筒状ケーシングの軸心線を含み且つ排気の流入方向に沿った平面で仕切られる一方の空間内に形成され、
   前記排気出口は、前記筒状ケーシングの軸心線を含み且つ排気の流出方向に沿った平面で仕切られる一方の空間内に形成されている
   ことを特徴とする、請求項３記載の排気混合装置。
5. 前記隔壁は、前記環状空間の軸方向中心位置よりも前記内筒の一端開口側に偏移して配置され、
   前記排気出口は、前記環状空間の軸方向中心位置に配置されている
   ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか１項に記載の排気混合装置。

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