JP2013136975A - 混合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】羽根に付着した液滴の成長を抑制することができる混合装置を提供する。
【解決手段】排気に含まれる窒化酸化物を還元する排気浄化装置の上流側で、排気管内に液状の還元剤としての尿素水を噴霧する添加弁と、その排気下流側に添加弁によって噴霧された尿素水と排気ガスとを混合させる混合装置が設けられている。この混合装置は、添加弁によって噴霧された尿素水が分散される領域を広くする機能も有している。混合装置を構成する各羽根３２のうち、少なくとも一つの羽根３２の下流端部３７には、低圧領域５１に近づくほど排気上流側に傾斜する斜辺４０が形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、液状の添加剤を内燃機関の排気管内に噴霧する添加弁よりも同排気管の下流側に設けられ、排気と添加剤とを混合して排気下流側に導く混合装置に関する。

内燃機関には、排気に含まれる窒化酸化物（ＮＯ_ｘ）を水及び窒素に還元して浄化する排気浄化装置が設けられている。こうした排気浄化装置では、排気管内に尿素水といった液状の添加剤を添加弁から噴霧し、その添加剤を添加弁よりも排気下流側に配設された排気浄化触媒に供給するようにしている。また、排気浄化装置には、排気管内において添加弁と排気浄化触媒との間に配置される混合装置が設けられている（特許文献１参照）。

特許文献１に記載の混合装置は、図７及び図８に示すように、排気管内での排気の流動方向（紙面と直交する方向）に直交する仮想平面（紙面と平行な平面）内で、その中心１００から排気管の内壁の周方向に同一方向への所定角度θ１，θ２をもって傾斜して配列される複数の羽根１１０を備えている。なお、図８は、仮想平面の中心１００を挟んだ両側に位置する羽根１１０Ａ及び羽根１１０Ｂを、当該中心１００から見た場合の模式図である。

また、仮想平面の中心１００を含む領域は、排気の流動抵抗となる羽根１１０が配置されない低圧領域１０１となっている。そして、排気管内を流動する排気の一部はこの低圧領域１０１を通って上流側から下流側に導かれ、残りは周方向において互いに隣り合う羽根１１０同士の間を通って上流側から下流側に導かれる。

低圧領域１０１に排気上流側から流入する排気は、流速がほぼ維持された状態で同低圧領域１０１を通過して排気下流側に流れる。一方、低圧領域１０１よりも径方向外側の領域、即ち複数の羽根１１０が位置する領域（以下、「外側領域１０２」ともいう。）を排気上流から流入する排気の流速は、各羽根１１０が流動抵抗として機能してしまうために遅くなる。そして、混合装置の排気下流側では、低圧領域１０１を排気及び尿素水が通過することにより発生した流れと、外側領域１０２を排気及び尿素水が通過することにより発生した旋回流とによって、排気と尿素水との混合が促進される。

そして、排気に混合された尿素水に含まれる水分は、排気からの受熱によって蒸発する。すると、尿素水に含まれる尿素と水蒸気とが反応して加水分解することにより、アンモニアガスが発生する。こうしたアンモニアガスは、排気と共に排気下流側に流動して排気浄化触媒に取り込まれる。すると、排気浄化触媒では、排気に含まれる窒化酸化物がアンモニアガスによって水及び窒素に還元される。

特開２００８−２７４９４１号公報

ところで、図９に示すように、混合装置の羽根１１０の表面１１１には、排気と共に排気下流側に流動する尿素水の一部が付着することにより液滴２００が生じる。こうした液滴２００は、羽根１１０の表面１１１に沿った気流、即ち排気の流れに沿って、羽根１１０の排気上流側の端部１１２側（図９では左端部側）から排気下流側の端部１１３側（図９では右端部側）に向けて移動して該排気下流側の端部１１３に達する。なお、排気下流側の端部１１３に達しても、その液滴２００には該液滴２００と羽根１１０との間に生じる表面張力が付与される。そのため、排気下流側の端部１１３に達した液滴２００は、排気下流側（図７では右方）に吹き飛ばされ難い。

ここで、上述したように、低圧領域１０１には排気の流動抵抗となる羽根が存在していないため、低圧領域１０１を通過する排気の通過速度は、外側領域１０２を通過する排気の通過速度よりも速い。その結果、排気が混合装置を通過する場合には、低圧領域１０１の圧力のほうが外側領域１０２の圧力よりも低圧となる。これにより、外側領域１０２では、低圧領域１０１に吹き寄せられるような流れも発生する。

そのため、羽根１１０の表面１１１を排気上流側の端部１１２側から排気下流側の端部１１３側に移動する液滴２００には、こうした流れにより、低圧領域１０１に吹き寄せるような力（以下、「吸引力」ともいう）が付与される。すると、図９にて矢印で示すように、羽根１１０の排気下流側の端部１１３に達した液滴２００は、吸引力によって、当該排気下流側の端部１１３を伝って低圧領域１０１に近づいていく。その結果、羽根１１０の排気下流側の端部１１３における低圧領域１０１に近い側の端部１１３ａに多くの液滴が集まるようになり、当該端部１１３ａでは液滴２００が大きく成長してしまう。

このように成長した液滴２００は、羽根１１０との間に発生する表面張力に抗して該羽根１１０から排気下流側に吹き飛ばされて離脱したとしても、質量が大きい分、蒸発しにくい。そのため、液滴２００の水分が蒸発しないまま排気浄化触媒に取り込まれるおそれがある。このように尿素水が液体のままで排気浄化触媒に取り込まれると、その分だけ排気管内でのアンモニアガスの発生量が少なくなる。その結果、排気に含まれる窒化酸化物の還元効率が低下するおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものである。その目的は、羽根に付着した液滴の成長を抑制することができる混合装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
混合装置にかかる請求項１に記載の発明は、液状の添加剤を内燃機関の排気管内に噴霧する添加弁よりも該排気管の下流側に設けられ、前記排気管内での排気の流動方向に直交する仮想平面内で、その中心から前記排気管の内壁の周方向に同一方向への傾斜をもって配列される複数の羽根を備えた混合装置において、前記各羽根のうち少なくとも一つの羽根の排気下流側の端部には、前記仮想平面の中心に近づくほど排気上流側に傾斜する斜辺が形成されていることを要旨とする。

上記構成によれば、混合装置の各羽根によって排気の流動方向が変更され、排気管内において混合装置の排気下流側には排気の旋回流が発生する。ここで、添加弁から排気管内に噴霧された液状の添加剤の一部は、羽根の表面に付着して液滴となる。このように羽根の表面に付着して液滴となった添加剤には、羽根の表面を排気上流側から排気下流側に移動させる力に加え、排気の流動方向に直交する仮想平面内の中心に吹き寄せる力（以下、「吸引力」ともいう。）が付与される。これにより、羽根の表面に付着して液滴となった添加剤は、羽根の表面上を排気上流側から排気下流側に向けて移動する際に、吸引力によって、仮想平面内の中心を含む低圧領域側に移動する。そのため、羽根の表面に付着している液滴が羽根の排気下流側の端部における低圧領域側の端部に集まらないようにするためには、羽根の排気下流側の端部に達した液滴を、該排気下流側の端部を伝って低圧領域に近づかないようにすることが好ましい。

羽根の排気下流側の端部に達した液滴を低圧領域に近づかせないためには、羽根の表面を排気下流側の端部まで移動した液滴の移動方向（以下、「液滴移動方向」ともいう。）と、排気下流側の端部において液滴が達した位置を接点とした接線の延びる方向（以下、「接線方向」ともいう。）とを直交させることが好ましい。この場合、排気下流側の端部に達した液滴は、該排気下流側の端部を伝って低圧領域側に移動しなくなる。そのため、排気下流側の端部に達した液滴が、羽根の排気下流側の端部における低圧領域側の端部に集まることが抑制され、ひいては羽根での液滴の成長が抑制される。また、液滴移動方向と接線方向とが直交する場合、液滴に付与される液滴移動方向への力が、当該液滴を羽根の排気下流側の端部から排気下流側に吹き飛ばして離脱させる力（以下、「離脱力」ともいう。）として液滴に作用することになる。そのため、液滴を羽根から吹き飛ばすための離脱力が、当該液滴と羽根との間に発生する表面張力よりも大きくなりやすくなる。すなわち、羽根に付着した液滴を、大きく成長する前に羽根から吹き飛ばすことが可能となる。

しかしながら、液滴移動方向は、排気管内を流動する排気の流速の変化などによって変わってしまう。そのため、排気の流速などに関係なく、液滴移動方向と接線方向とを直交させることは、現実的に非常に困難である。

そこで、本発明では、少なくとも一つの羽根の排気下流側の端部に、仮想平面内の中心に近い位置ほど排気上流側に傾斜する斜辺を形成した。その結果、羽根の表面を排気下流側の端部の斜辺まで移動してきた液滴の液滴移動方向と、斜辺において液滴が達した位置を接点とした接線の延びる方向である接線方向とのなす角度が直角に近くなる。これにより、液滴を羽根の排気下流側の端部から吹き飛ばすための離脱力を大きくすることが可能となる。その結果、羽根に付着した液滴が大きく成長する前に、当該液滴を羽根から吹き飛ばして離脱させることが可能となる。したがって、羽根に付着した液滴の成長を抑制することが可能となる。

また、これにより、混合装置よりも排気下流側に配置される排気浄化触媒に、液状の添加剤が液体のまま取り込まれる量が少なくなる。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の混合装置において、前記斜辺は、前記仮想平面の中心に近づくほど急勾配で傾斜することを要旨とする。

羽根の排気下流側の端部に達した液滴に作用する吸引力は、低圧領域に近い位置ほど大きい。そこで、上記構成では、斜辺は、低圧領域に近い位置ほど急勾配で排気上流側に傾斜するように形成されている。そのため、斜辺を、低圧領域からの距離に関係なく一定の勾配で排気上流側に傾斜させる場合と比較して、斜辺においては、低圧領域に近い位置での離脱力と、低圧領域から遠い位置での離脱力との差が小さくなる。これにより、羽根の排気下流側の端部においては、低圧領域に近い位置からでも液滴が排気下流側に吹き飛ばされやすくなる。したがって、羽根に付着した液滴の成長を抑制することが可能となる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の混合装置において、前記斜辺には、異なる半径で形成された複数の円弧領域が連続して設けられており、前記円弧領域の半径は、前記仮想平面の中心に近い位置に設けられた円弧領域ほど小さいことを要旨とする。

上記構成により、各円弧領域の半径は、低圧領域に近い位置に位置する円弧領域ほど小さい。そのため、斜辺においては、低圧領域に近い位置での離脱力と、低圧領域から遠い位置での離脱力との差が小さくなる。これにより、斜辺においては、低圧領域に近い位置からでも液滴が排気下流側に吹き飛ばされやすくなり、当該斜辺を有する羽根から液滴を離脱させやすくなる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のうち何れか一項に記載の混合装置において、前記斜辺は、前記複数の羽根の全てに形成されてなることを要旨とする。
上記構成によれば、一部の羽根の排気下流側の端部にのみ斜辺を形成する場合と比較して、全ての羽根で液滴の成長が抑制されるため、大粒の液滴が混合装置から排気下流側に吹き飛ばされることが抑制される。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のうち何れか一項に記載の混合装置において、前記羽根のうち少なくとも一つの羽根の排気上流側の端部は、前記仮想平面の中心に近づくほど排気下流側に傾斜するように形成されていることを要旨とする。

排気管内における外径側よりも内径側のほうが、排気管内を排気上流側から排気下流側に流動する排気の流速は速い、即ち排気の流量が多いと考えられる。そこで、本発明では、少なくとも一つの羽根の排気上流側の端部を、仮想平面の中心に近づくほど排気下流側に傾斜するように形成した。これにより、排気の流量の多い排気管内の内側での流動抵抗が小さくなる。その結果、上記の混合装置が配置された排気管による排気の排出効率を向上させることが可能となる。

本発明の一実施形態の混合装置を備える排気浄化装置を示す模式図。 （ａ）は混合装置を排気下流側からみた場合の平面図、（ｂ）は混合装置の一部を示す斜視図。 排気及び尿素水が混合装置を通過する様子を示す作用図。 液滴が羽根の下流端部に達した様子を示す作用図。 別の実施形態の羽根を示す模式図。 他の別の実施形態の羽根を示す模式図。 従来の混合装置を模式的に示す正面図。 羽根を仮想平面の中心から見た場合の模式図。 排気及び尿素水が従来の混合装置を通過する様子を示す作用図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図４に従って説明する。なお、本実施形態においては、図１における上下方向が「重力方向」と一致するものとする。
図１に示すように、内燃機関の排気浄化装置２０は、排気管１１内を流動する排気に含まれる窒化酸化物（ＮＯ_ｘ）を水及び窒素に還元させる装置である。こうした排気浄化装置２０には、排気管１１内に液状の還元剤としての尿素水を排気下流側（図１では右方側）に噴霧する添加弁２１と、貯留タンク２２に貯留される尿素水を添加弁２１に供給すべく作動する供給ポンプ２３とが設けられている。

また、排気管１１内における添加弁２１の排気下流側には、排気上流側から排気下流側（図１では左側から右側）に向けて流動する排気と、添加弁２１によって噴霧された尿素水とを混合させる混合装置２５が設けられている。この混合装置２５は、添加弁２１によって噴霧された尿素水が分散される領域を広くする機能も有している。

このように排気に混合（添加）された尿素水に含まれる水分は、排気管１１内を共に流動する排気からの受熱によって蒸発する。すると、水分の蒸発によって生じた水蒸気と尿素水に含まれる尿素とが反応して加水分解することにより、アンモニアガスが発生する。このように発生したアンモニアガスは、排気と共に排気下流側に流動する。

排気管１１における混合装置２５よりも排気下流側には、排気及びアンモニアガスを取り込む排気浄化触媒２７が設けられている。そして、この排気浄化触媒２７に取り込まれた排気に含まれる窒素化合物が、該排気と共に排気浄化触媒２７に取り込まれたアンモニアガスによって水と窒素とに還元される。

次に、本実施形態の混合装置２５について、図２及び図３を参照して説明する。なお、図２（ａ）は、排気下流側からみた混合装置２５の平面図である。
図２（ａ）（ｂ）に示すように、混合装置２５には、排気管１１の中心線１１ａを中心とする略円筒形状をなす本体部３０が設けられている。この本体部３０の排気上流側には、排気管１１に混合装置２５を取り付けるためのフランジ３１が設けられている。また、本体部３０の排気下流側からは、複数の羽根３２が内側に突出している。

本実施形態では、本体部３０及び各羽根３２は、長方形状をなす板材によって構成されている。すなわち、板材の短手方向における一端側には、該短手方向に対して交差する斜状の切込みがほぼ等間隔に複数形成される。そして、板材の長手方向における一端部と他端部とを重ねると共に、複数の切込みによって生じた短冊状の部位を内側に折り曲げることにより、円筒形状の本体部３０と、複数の羽根３２とが形成される。

こうした各羽根３２は、排気管１１内での排気の流動方向に直交する仮想平面（図２（ａ）では、紙面と平行な平面）内で、その中心３４から排気管１１の内壁１１ｂ（図１参照）の周方向に同一方向への傾斜をもって配列されている。そのため、羽根３２の周方向における一端部は、羽根３２の周方向における他端部よりも排気上流側に位置しており、羽根３２の表面３８は、排気管１１内における排気の流動方向に対して傾斜している。

なお、本実施形態では、羽根３２において排気上流側の端部のことを、「上流端部３６」といい、羽根３２において排気下流側の端部のことを、「下流端部３７」というものとする。また、図２（ｂ）においては、羽根３２の表面３８には、説明理解の便宜上、ドット（細点）が付してある。

そして、混合装置２５において各羽根３２が設けられた領域（以下、「外側領域５０」という。）を排気が通過する場合、当該排気は、羽根３２の表面３８によって流動方向が変更され、該表面３８に沿って上流側から下流側に向けて流動する。その結果、混合装置２５における排気下流側には、中心線１１ａを中心とする排気の旋回流が発生する。

また、混合装置２５の中央には、各羽根３２の先端３２ａによって包囲されると共に、上記仮想平面の中心３４を含む低圧領域５１が形成されている。この低圧領域５１には、排気の流動抵抗となる羽根３２が存在していない。そのため、低圧領域５１を排気上流側から排気下流側に通過する排気の通過速度は、外側領域５０を排気上流側から排気下流側に通過する排気の通過速度よりも速くなる。そして、混合装置２５の排気下流側には、低圧領域５１を通過する排気によって、排気上流側から排気下流側に向かう流れが発生する。その結果、外側領域５０を排気が通過することにより生成された旋回流と、低圧領域５１を排気が通過することにより生成される流れとによって、排気と該排気と共に流動する尿素水との混合が促進される。

図３に示すように、本実施形態の羽根３２の下流端部３７において低圧領域５１に近い側に位置する内側部分は、低圧領域５１に近づくに連れて排気上流側に傾斜する斜辺４０となっている。また、羽根３２の上流端部３６は、低圧領域５１に近づくに連れて排気下流側に傾斜している。すなわち、羽根３２の幅（即ち、周方向における長さ）は、低圧領域５１に近づくに連れて狭くなる。

斜辺４０には、半径が互いに異なる複数（本実施形態では３つ）の円弧領域４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃが形成されている。これら各円弧領域４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃは連続して設けられている。なお、本実施形態では、図３にて二点鎖線で示す部分を切断することにより、羽根３２の下流端部３７に、各円弧領域４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃを含む斜辺４０が形成される。

各円弧領域４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃのうち、最も低圧領域５１から離れた位置に位置する第１の円弧領域４１Ａの曲率半径を「Ｒ１」とし、第１の円弧領域４１Ａよりも低圧領域５１に近い位置に位置する第２の円弧領域４１Ｂの曲率半径を「Ｒ２」とし、第２の円弧領域４１Ｂよりも低圧領域５１に近い位置であって且つ最も低圧領域５１に近い位置に位置する第３の円弧領域４１Ｃの曲率半径を「Ｒ３」としたとする。このとき、各曲率半径「Ｒ１」、「Ｒ２」、「Ｒ３」の間には、「Ｒ１」＞「Ｒ２」＞「Ｒ３」の関係が成立している。すなわち、本実施形態の斜辺４０は、低圧領域５１に近づくほど急勾配で排気上流側に傾斜するように形成されている。

次に、排気及び尿素水が混合装置２５を通過する際の作用について、図３及び図４を参照して説明する。
さて、排気管１１内を流動する排気の一部は混合装置２５の中央に位置する低圧領域５１内を通過する一方、残りは外側領域５０を通過する。上述したように、低圧領域５１には排気の流動抵抗となる羽根３２が存在していない。そのため、低圧領域５１を排気上流側から排気下流側に通過する排気の通過速度は、外側領域５０を排気上流側から排気下流側に通過する排気の通過速度よりも速くなる。その結果、低圧領域５１内の圧力は、外側領域５０よりも低圧となる。そのため、外側領域５０には、低圧領域５１内の圧力と外側領域５０の圧力との差圧によって、低圧領域５１側に吹き寄せるような力（以下、「吸引力」ともいう。）が作用している。

また、外側領域５０を排気が通過する場合、排気は、周方向において互いに隣り合う羽根３２同士の間の隙間を通過することになる。このとき、羽根３２の表面３８には、排気と共に排気管１１内を流動する尿素水の一部が付着することがある。このように羽根３２の表面３８に付着した尿素水によって形成される液滴は、図３にて矢印で示すように、排気の流れに沿って羽根３２の上流端部３６から下流端部３７に向けて移動する。

上述したように、外側領域５０には、吸引力が作用している。そのため、羽根３２の付着した液滴には吸引力が付与される。こうした吸引力は、外側領域５０でも低圧領域５１に近いほど強い。その結果、羽根３２の下流端部３７における斜辺４０に向かう液滴は、上流端部３６から下流端部３７側に向けて移動する過程で、徐々に低圧領域５１側に吹き寄せられる。

そして、羽根３２の下流端部３７に達した液滴は、吸引力によって、下流端部３７を伝って低圧領域５１に近づいていく。しかし、本実施形態の下流端部３７には、低圧領域５１に近い位置ほど排気上流側に傾斜する斜辺４０が形成されている。これにより、図４に示すように、羽根３２の表面３８を斜辺４０まで移動した液滴６０の移動方向（図４では一点鎖線の矢印で示す方向であって、「液滴移動方向」ともいう。）と、斜辺４０において液滴６０が達した位置を接点とした接線の延びる方向（以下、「接線方向」ともいう。）とのなす角度θが直角に近くなる。その結果、液滴６０を羽根３２の斜辺４０から吹き飛ばして離脱させる力（以下、「離脱力Ａ」）が大きくなる。この離脱力Ａは、液滴６０を斜辺４０まで移動させてきた力のうち、上記接線方向と直交する方向に作用する分力である。すなわち、離脱力Ａは、液滴移動方向と接線方向とのなす角度θが直角に近づくほど大きくなる。そのため、液滴移動方向と接線方向とのなす角度θを直角に近づけたことにより、羽根３２の表面３８上で液滴６０を移動させる力が、羽根３２から液滴６０を吹き飛ばして離脱させるために有効に活用される。したがって、羽根３２に付着した液滴６０が、羽根３２上で成長する前に当該羽根３２から吹き飛ばされて離脱しやすくなる。

しかも、本実施形態の斜辺４０には、低圧領域５１に近い位置の円弧領域ほど曲率半径が小さくなるように、３つの円弧領域４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃが形成されている。そのため、斜辺４０においては、低圧領域５１に近い位置と遠い位置とでの液滴移動方向と接線方向とのなす角度θの差が大きくならない。すなわち、低圧領域５１に近い位置であって且つ吸引力Ｂが大きくなる位置での離脱力Ａと、低圧領域５１から遠い位置であって且つ吸引力Ｂが小さい位置での離脱力Ａとの差は余り大きくならない。そのため、斜辺４０においては、低圧領域５１に近い位置であっても低圧領域５１から遠い位置であっても、斜辺４０に達した液滴６０は、羽根３２上で成長する前に表面張力に抗して羽根３２から吹き飛ばされやすい。

本実施形態では、上述したように、羽根３２からは、大きく成長する前の液滴６０が排気下流側に吹き飛ばされるようになる。そのため、羽根３２から吹き飛ばされる液滴６０の質量が小さい分、羽根３２から吹き飛ばされた液滴６０に含まれる水分は、排気浄化触媒２７に取り込まれる前に蒸発しやすくなる。その結果、液滴６０に含まれていた尿素と水蒸気との反応量が多くなり、排気管１１内でのアンモニアガスの発生量が多くなる。すると、排気浄化触媒２７に取り込まれるアンモニアガスの取り込み量が多くなる。

また、羽根３２の斜辺４０に達しても排気下流側に吹き飛ばされ難い液滴は、吸引力Ｂによって、斜辺４０を伝って低圧領域５１に近づいていく。この吸引力Ｂは、図４に示すように、液滴６０を斜辺４０まで移動させてきた力のうち、上記接線方向と平行な方向に作用する分力である。すなわち、吸引力Ｂは、液滴移動方向と接線方向とのなす角度θが直角に近づくほど小さくなる。そのため、液滴移動方向と接線方向とのなす角度θを直角に近づけた分、斜辺４０に達した液滴６０は、低圧領域５１にゆっくりと近づくようになる。

このように液滴６０が斜辺４０に沿って低圧領域５１にゆっくりと近づく過程においては、液滴６０の移動速度が遅いほど、羽根３２からの液滴６０への受熱量、及び周方向において互いに隣り合う羽根３２同士の間を通過する排気から液滴６０への受熱量が多くなる。その結果、斜辺４０に達した液滴６０に含まれる水分は、低圧領域５１側にゆっくりと移動する過程で蒸発しやすくなる。そのため、斜辺４０を伝って低圧領域５１に近づく液滴６０が下流端部３７の低圧領域５１側の端部に到達する前に消滅する可能性が高くなる。また、液滴６０が下流端部３７の低圧領域５１側の端部に到達したとしても、該端部に到達した液滴６０の液量は非常に少ない。

こうした点からも、羽根３２では液滴６０が成長しにくくなり、排気管１１内でのアンモニアガスの発生量が多くなる。その結果、排気浄化触媒２７に取り込まれるアンモニアガスの取り込み量が多くなり、排気に含まれる窒化酸化物の還元効率が高くなる。

以上説明したように、本実施形態では、以下に示す効果を得ることができる。
（１）羽根３２の下流端部３７における斜辺４０は、低圧領域５１に近づくに連れて排気上流側に傾斜している。そのため、羽根３２の表面３８を斜辺４０まで移動してきた液滴６０の液滴移動方向と、斜辺４０において液滴６０が達した位置を接点とした接線の延びる方向である接線方向とのなす角度θが直角に近くなる。その結果、液滴移動方向と接線方向とのなす角度θが直角に近づいた分、液滴６０を羽根３２の斜辺４０から吹き飛ばすための力である離脱力Ａが大きくなる。その結果、羽根３２に付着した液滴６０を、羽根３２上で成長する前に当該羽根３２から吹き飛ばし易くなる。したがって、下流端部３７における低圧領域５１側の端部に液滴６０が集まりにくくなり、羽根３２に付着した液滴６０の成長を抑制することができる。

（２）斜辺４０は、低圧領域５１に近づくほど急勾配で排気上流側に傾斜するように形成されている。具体的には、斜辺４０を構成する各円弧領域４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃの曲率半径は、低圧領域５１に近い位置の円弧領域ほど小さい。そのため、斜辺４０においては、低圧領域５１に近い位置であって且つ吸引力Ｂの大きな位置での離脱力Ａと、低圧領域５１から遠い位置であって且つ吸引力Ｂの小さな位置での離脱力Ａとの差が小さくなる。したがって、斜辺４０においては、低圧領域５１に近い位置に達した液滴６０を、大きく成長する前に排気下流側に吹く飛ばすことが可能となる。したがって、羽根３２に付着した液滴６０の成長を抑制することが可能となる。

（３）また、上述したように、液滴移動方向と接線方向とのなす角度θが直角に近づいた分、羽根３２の斜辺４０に達した液滴６０を該斜辺４０に沿って低圧領域５１に近づけさせる力である吸引力Ｂが小さくなる。これにより、羽根３２の斜辺４０に達した液滴のうち羽根３２から吹き飛ばされない液滴６０は、低圧領域５１にゆっくりと近づくようになる。そのため、斜辺４０を伝ってゆっくりと低圧領域５１に近づく際の液滴６０の受熱量が多くなり、当該液滴６０に含まれる水分を蒸発させやすくなる。こうした点からも、下流端部３７における低圧領域５１側の端部に液滴６０が集まりにくくなり、羽根３２に付着した液滴６０の成長を抑制することができる。

（４）羽根３２での液滴６０の成長が抑制されるため、羽根３２からは、大きく成長した液滴６０が排気下流側に吹き飛ばされにくくなる。そのため、尿素水がそのまま排気浄化触媒２７に取り込まれることが抑制される。その結果、尿素水に含まれる尿素の加水分解によって発生するアンモニアガスの発生量が多くなる分、排気浄化触媒２７に取り込まれるアンモニアガスの取り込み量が多くなる。したがって、排気に含まれる窒化酸化物の還元効率を向上させることができる。

（５）本実施形態では、羽根３２を構成する粗材（ここでは、「各円弧領域４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃを形成する前の羽根」のことを示す。）の一部を切断することにより、下流端部３７の斜辺４０に各円弧領域４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃが形成される。そのため、本実施形態の羽根３２の表面３８の面積は、各円弧領域４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃを設けない羽根の表面の面積よりも狭くなっている。その結果、排気管１１を流動する排気に対する流動抵抗を小さくすることができる。したがって、排気の排出効率を向上させることができる。

（６）さらに、本実施形態では、羽根３２の上流端部３６を、低圧領域５１に近づくほど排気下流側に傾斜している。そのため、上流端部３６を、低圧領域５１に近づいても排気下流側に傾斜しないように構成した場合と比較して、排気の流量の多い排気管１１の中央側での流動抵抗をさらに小さくすることができる。したがって、排気の排出効率を向上させることができる。

なお、実施形態は以下のような別の実施形態に変更してもよい。
・羽根３２の下流端部３７における斜辺４０には、３つ以外の任意数（例えば、１つや４つ）の円弧領域を設けてもよい。複数の円弧領域を設ける場合、低圧領域５１に近い位置に設けられる円弧領域の曲率半径ほど小さくすることが好ましい。

・羽根３２の下流端部３７における斜辺４０は、低圧領域５１に近い位置ほど急勾配で排気上流側に傾斜する形状であれば、曲率半径の異なる複数の円弧領域４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃを設ける以外の他の任意の構成であってもよい。例えば、図５に示すように、羽根３２の斜辺４０を、楕円の周縁と同等の形状にしてもよい。このように構成しても、上記実施形態と同等の効果を得ることができる。

・羽根３２の下流端部３７における斜辺４０は、低圧領域５１に近づくほど排気上流側に傾斜するような形状であれば、曲率半径の異なる複数の円弧領域４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃを設ける以外の他の任意の構成であってもよい。例えば、図６に示すように、斜辺４０を、一定の勾配で上流端部３６側に傾斜するように構成してもよい。このように構成しても、羽根３２の表面３８を下流端部３７に向けて移動する液滴の液滴移動方向と、下流端部３７において液滴が達した位置を接点とした場合における接線の延びる方向である接線方向とのなす角度θを直角に近づけることができる。その結果、上記（１）（３）（４）と同等の効果を得ることができる。

・羽根３２などのように排気の流動を妨げる部材が設けられない低圧領域５１を、排気管１１の中央から偏心した位置に設けてもよい。この場合、上記仮想平面の中心３４は、排気管１１の中心線１１ａと異なる位置に位置することになる。

・各羽根３２の一部の羽根３２の下流端部３７にのみ、斜辺４０を設けてもよい。例えば、斜辺４０を有する羽根３２と、斜辺４０を有しない羽根とを、周方向に交互に配置してもよい。

・各羽根３２の一部の羽根３２の上流端部３６のみを、低圧領域５１に近づくほど排気下流側に傾斜させてもよい。例えば、低圧領域５１に近づくほど排気下流側に傾斜する上流端部３６を有する羽根３２と、低圧領域５１に近づいても排気下流側に傾斜しない上流端部を有する羽根とを、周方向に交互に配置してもよい。

・各羽根３２を、本体部３０とは別部材で構成してもよい。この場合、各羽根３２は、本体部３０に溶接などによって取り付けられる。
・実施形態において、液状の還元剤は、尿素水の他、アンモニア水溶液、炭化水素水溶液、ディーゼル燃料やガソリン燃料などの内燃機関の燃料であってもよい。

１１…排気管、１１ｂ…内壁、２１…添加弁、２５…混合装置、２７…排気浄化触媒、３２…羽根、３４…仮想平面の中心、３６…上流端部（排気上流側の端部）、３７…下流端部（排気下流側の端部）、３８…表面、４０…斜辺、４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ…円弧領域、５０…液滴。

Claims (5)

1. 液状の添加剤を内燃機関の排気管内に噴霧する添加弁よりも該排気管の下流側に設けられ、
   前記排気管内での排気の流動方向に直交する仮想平面内で、その中心から前記排気管の内壁の周方向に同一方向への傾斜をもって配列される複数の羽根を備えた混合装置において、
   前記各羽根のうち少なくとも一つの羽根の排気下流側の端部には、前記仮想平面の中心に近づくほど排気上流側に傾斜する斜辺が形成されていることを特徴とする混合装置。
2. 前記斜辺は、前記仮想平面の中心に近づくほど急勾配で傾斜することを特徴とする請求項１に記載の混合装置。
3. 前記斜辺には、異なる半径で形成された複数の円弧領域が連続して設けられており、
   前記円弧領域の半径は、前記仮想平面の中心に近い位置に設けられた円弧領域ほど小さいことを特徴とする請求項２に記載の混合装置。
4. 前記斜辺は、前記複数の羽根の全てに形成されてなることを特徴とする請求項１〜請求項３のうち何れか一項に記載の混合装置。
5. 前記羽根のうち少なくとも一つの羽根の排気上流側の端部は、前記仮想平面の中心に近づくほど排気下流側に傾斜するように形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のうち何れか一項に記載の混合装置。