JP6166468B2 - 排気攪拌装置 - Google Patents

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Description

関連出願の相互参照
本国際出願は、２０１４年５月３０日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０１４−１１３１１３号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１４−１１３１１３号の全内容を本国際出願に参照により援用する。
本発明は、排気流路において排ガスを攪拌するための排気攪拌装置に関する。
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排気浄化システムとして、ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ：選択触媒還元）方式の触媒を排気流路に設け、その上流側の排ガス中に還元剤である尿素水を噴射する構成の排気浄化システムが知られている。排ガス中に噴射された尿素水は、排ガスの熱により加水分解し、尿素水の加水分解により生じたアンモニア（ＮＨ3）は、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。
この種の排気浄化システムでは、触媒に流入する排ガス（還元剤を含む）の分布に偏りを生じにくくするため、排気流路を流れる排ガスを攪拌するための排気攪拌装置が触媒の上流側に設けられている。排気攪拌装置は、例えば、特許文献１に記載のように、円筒状の筒状体から複数の羽根が突出した形状であって、１つの金属板部材から形成される。金属板部材は、直線状に形成された帯部と、帯部の幅方向一端側から突出する複数の羽根部とを有している。筒状体は、金属板部材の帯部を円筒状に丸めることによって形成される。複数の羽根部は、筒状体から内方に突出して形成される。
特開２００８−２７４９４１号公報
しかしながら、前述した特許文献１に記載の排気攪拌装置では、筒状体の中心軸に沿った方向から見て筒状体の内側における羽根の存在しない部分（開口部）が大きい。そのため、排ガスの流れが開口部に偏りやすく、排ガスの拡散性が低くなり、さらには排ガス中に噴射された還元剤である尿素水が排気攪拌装置の開口部を通過し、尿素水のすり抜けが生じてしまう。一方で、単に開口部を塞ぐように羽根を形成したのでは、排気流路の圧力損失が大きくなり過ぎてしまう。また、金属板部材の形状を工夫し、開口部を塞ぐように羽根を形成したのでは、製造上の歩留りが悪くなってしまう。
本発明の一側面においては、排気流路における排ガスの拡散性を向上させることができ、かつ形状自由度が高く、製造上の歩留りが良い排気攪拌装置を提供することが望ましい。
本発明の一側面にかかる排気攪拌装置は、排気流路を流れる排ガスを攪拌する排気攪拌装置であって、前記排気流路を形成する流路部材の内面に配設された筒状の枠部と、該枠部に対して径方向に架け渡すように配設された複数の支持部と、前記枠部の中心軸及びその周囲を該枠部の軸方向において遮蔽する遮蔽部とを備え、前記支持部は、前記枠部の中心軸から径方向外側に延びる一対の第１骨格部を有し、前記枠部及び前記複数の支持部は、少なくとも複数の組付部材を組み付けて構成され、該組付部材は、前記第１骨格部と、該第１骨格部の一端から弧状に延設され、前記枠部の一部を構成する第２骨格部とを有し、前記組付部材における前記第１骨格部及び前記第２骨格部には、それぞれ前記第１骨格部及び前記第２骨格部から突出して形成された羽根部が設けられている。
前記排気攪拌装置において、枠部及び複数の支持部は、少なくとも複数の組付部材を組み付けて構成されている。そして、組付部材は、第１骨格部とその第１骨格部の一端から弧状に延設された第２骨格部とを有し、第１骨格部及び第２骨格部にそれぞれ羽根部を設けている。そのため、枠部及び複数の支持部に多くの羽根部を効率良く配置することができ、排ガスの拡散性を向上させることができる。特に、ＳＣＲ方式の触媒を排気流路に設け、その上流側の排ガス中に還元剤（例えば尿素水）を噴射する構成の排気浄化システムにおいては、排ガス中に噴射した還元剤の拡散性及び排ガス浄化性能を向上させることができる。
また、前記排気攪拌装置には、枠部の中心軸及びその周囲を枠部の軸方向において遮蔽する遮蔽部が設けられている。すなわち、枠部の中心軸に沿った方向から見た場合、枠部の内側において羽根部が存在しない開口部が形成されやすい部分に、遮蔽部が設けられている。そのため、排ガスの流れに偏りが生じたり、排ガスの拡散性が低下したりすることを抑制できる。特に、前述の排気浄化システムにおいては、排ガス中に噴射した還元剤のすり抜けを遮蔽部によって抑制できる。また、排ガス中に噴射された還元剤は、遮蔽部に衝突して拡散され、さらに羽根部で拡散されるため、還元剤の拡散性を向上させる効果も得られる。
また、前記排気攪拌装置において、枠部及び複数の支持部は、前述のとおり、少なくとも複数の組付部材を組み付けて構成されている。そのため、要求性能等に合わせて全体の形状を容易に変更することができ、形状自由度を高めることができる。また、組付部材を構成する部分（例えば、第１骨格部、第２骨格部、羽根部等）を同一又は似たような形状とすることで、製造上の歩留りを良くすることができる。
このように、本発明の一側面によれば、排気流路における排ガスの拡散性を向上させることができ、かつ形状自由度が高く、製造上の歩留りが良い排気攪拌装置を提供することができる。
前記排気攪拌装置において、遮蔽部は、枠部の中心軸及びその周囲を枠部の軸方向において遮蔽するように設けられている。遮蔽部は、例えば、１つの支持部（第１骨格部）に設けられていてもよい。また、遮蔽部の一部を構成する遮蔽片部を複数の支持部（第１骨格部）に設け、これらを組み合わせて遮蔽部を構成してもよい。
また、前記組付部材は、前記一対の第１骨格部を有する前記支持部と、該支持部の両端からそれぞれ弧状に延設された一対の前記第２骨格部とを有していてもよい。この場合には、複数の組付部材を組み付けることによって枠部及び複数の支持部を容易に構成することができる。
また、前記組付部材は、前記一対の第１骨格部にそれぞれ設けられた前記羽根部が同一の形状であり、前記一対の第２骨格部にそれぞれ設けられた前記羽根部が同一の形状であってもよい。この場合には、組付部材の製造が容易となる。
また、前記複数の組付部材は、前記第１骨格部に設けられた前記羽根部がすべて同一の形状であり、前記第２骨格部に設けられた前記羽根部がすべて同一の形状であってもよい。この場合には、複数の組付部材の形状を同一の又は似たような形状とすることができ、歩留りの向上を図ることができる。
また、前記組付部材は、１つの金属板部材により構成されていてもよい。この場合には、１つの金属板部材を所定の位置で折り曲げることにより、羽根部が形成された第１骨格部及び第２骨格部を有する組付部材を容易に製造することができる。
また、前記金属板部材は、単一の金属板で形成されていてもよく、複数の金属板を組み合わせて形成されていてもよい（例えば、テーラード材等）。例えば、板厚の異なる２種類の金属板からなる金属板部材を用いて、組付部材の羽根部を板厚の厚い金属板で形成し、組付部材の羽根部以外の部分を板厚の薄い金属板で形成してもよい。この場合には、羽根部の剛性が高くなるため、変形しにくく、耐久性が向上する。
また、前記複数の支持部は、前記枠部の周方向において前記支持部間の距離が等間隔となるように配置されていてもよい。この場合には、排ガスの流れの偏りを抑制し、排ガスの拡散性をより向上させることができる。また、前述の排気浄化システムにおいては、排ガス中に噴射した還元剤の拡散性及び排ガス浄化性能をより向上させることができる。
図１Ａは実施形態１の排気浄化システムの断面図、図１Ｂは第１の流路部材及び第２の流路部材の断面図、図１Ｃは図１Ｂにおける一部の領域を強調した図である。 図２Ａは実施形態１の排気攪拌装置を排気流路の下流側から見た斜視図、図２Ｂは実施形態１の排気攪拌装置をその中心軸に沿って排気流路の上流側となる方向から見た正面図である。 図３Ａは一方の組付部材の材料となる平面状の金属板を示す図、図３Ｂは第２骨格部及び遮蔽片部を折り曲げる工程後の金属板（一方の組付部材）の斜視図である。 図４Ａは他方の組付部材の材料となる平面状の金属板を示す図、図４Ｂは第２骨格部及び遮蔽片部を折り曲げる工程後の金属板（他方の組付部材）の斜視図である。 図５Ａは実施形態２の排気攪拌装置を排気流路の下流側から見た斜視図、図５Ｂは実施形態２の排気攪拌装置を排気流路の上流側から見た斜視図である。 実施形態３の排気攪拌装置を排気流路の下流側から見た斜視図である。 図７Ａは実施形態４の排気攪拌装置を排気流路の下流側から見た斜視図、図７Ｂは実施形態４の排気攪拌装置を排気流路の上流側から見た斜視図である。 図８Ａは実施形態５の排気攪拌装置を排気流路の下流側から見た斜視図、図８Ｂは実施形態５の排気攪拌装置を排気流路の上流側から見た斜視図である。
１０…排気攪拌装置
１０Ａ、１０Ｂ…組付部材
１１…枠部
１１１…第２骨格部
１２…支持部
１２１…第１骨格部
１３…遮蔽部
１４…羽根部
以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
（実施形態１）
図１Ａ、１Ｂ〜図４Ａ、４Ｂに示すように、本実施形態の排気攪拌装置１０は、排気流路を流れる排ガスを攪拌する排気攪拌装置である。排気攪拌装置１０は、排気流路を形成する流路部材（第１の流路部材２）の内面に配設された筒状の枠部１１と、枠部１１に対して径方向に架け渡すように配設された複数の支持部１２と、枠部１１の中心軸Ｘ及びその周囲を枠部１１の軸方向において遮蔽する遮蔽部１３とを備えている。
同図に示すように、支持部１２は、枠部１１の中心軸Ｘから径方向外側に延びる一対の第１骨格部１２１を有している。枠部１１及び複数の支持部１２は、複数の組付部材１０Ａ、１０Ｂを組み付けて構成されている。組付部材１０Ａ、１０Ｂは、第１骨格部１２１と、第１骨格部１２１の一端から弧状に延設され、枠部１１の一部を構成する第２骨格部１１１とを有している。組付部材１０Ａ、１０Ｂにおける第１骨格部１２１及び第２骨格部１１１には、それぞれ第１骨格部１２１及び第２骨格部１１１から突出して形成された羽根部１４が設けられている。以下、この排気攪拌装置１０の詳細について説明する。
図１Ａに示す排気浄化システム１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る。排気浄化システム１は、第１の流路部材２、第２の流路部材３、触媒４、噴射装置５、排気攪拌装置１０等を備える。以下の説明では、図１Ａを基準に上下左右方向（鉛直方向及び水平方向）を表現するが、あくまでも説明の便宜上の表現であり、排気浄化システム１が設けられる向きは特に限定されない。
第１の流路部材２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を形成する。具体的には、第１の流路部材２は、触媒４へ至る排気流路を形成する。第１の流路部材２は、排気流路における上流側（図１Ａでいう左側）から順に、第１の管部２Ａと、第２の管部２Ｂと、第３の管部２Ｃと、第４の管部２Ｄと、第５の管部２Ｅと、を備える。これら第１の管部２Ａ〜第５の管部２Ｅは、説明の便宜上の区分であり、第１の流路部材２を構成する部品の区分は特に限定されない。
第１の管部２Ａは、直線状の円管部である。第３の管部２Ｃは、第１の管部２Ａと内径が同じ直線状の円管部である。第３の管部２Ｃは、排ガスの流れる方向が第１の管部２Ａと異なる。具体的には、第１の管部２Ａは、排ガスが斜め下方へ流れる流路を形成する。第３の管部２Ｃは、排ガスが水平方向へ流れる流路を形成する。このため、第１の管部２Ａと第３の管部２Ｃとは、側面視において円弧状に湾曲した形状の第２の管部２Ｂによって、なだらかに連結されている。
第２の管部２Ｂは、例えば２枚の外装部材を上下に貼り合わせて形成されている。第２の管部２Ｂによって形成された排気流路（第２の流路部材３が挿入された部分）は、第１の管部２Ａ及び第３の管部２Ｃよりも幅方向（図１Ｂ、１Ｃでいう左右方向）両側へ広がる（膨れる）ように拡張されている。ここでいう幅方向とは、第２の流路部材３の外面（具体的には上面）に衝突する排ガスの流れ方向（斜め下方向）である第１の方向と、第２の流路部材３の軸方向である第２の方向（水平方向）と、のいずれにも直交する方向のことである。第１の方向とは、第１の管部２Ａの中心軸線である第１の軸線Ｃ１に沿った方向である。第２の方向とは、第３の管部２Ｃの中心軸線である第２の軸線Ｃ２に沿った方向である。本実施形態では、第１の軸線Ｃ１と第２の軸線Ｃ２とが、互いに交差する位置関係にある。
第５の管部２Ｅは、第３の管部２Ｃと同軸の（第２の軸線Ｃ２を中心軸線とする）直線状の円管部である。第５の管部２Ｅは、第３の管部２Ｃの内径よりも外径が大きい円柱状の触媒４を収容するために、第３の管部２Ｃよりも内径が大きく形成されている。このため、第３の管部２Ｃと第５の管部２Ｅとは、排気流路の内径を徐々に拡大するための拡径流路を形成する形状（本実施形態では円錐台状）の円管部である第４の管部２Ｄによって、なだらかに連結されている。つまり、触媒４へ至る排気流路として、触媒４の上流側に拡径流路を有する排気流路が、第１の流路部材２によって形成されている。
第２の流路部材３は、噴射装置５により噴射された（排気流路外の小孔５Ａから拡散された）還元剤を触媒４よりも上流側の排気流路へ導く還元剤流路を形成する、いわゆるドージングパイプである。第２の流路部材３は、第３の管部２Ｃと同軸の（第２の軸線Ｃ２を中心軸線とする）円管部である。本実施形態では、第２の流路部材３は、噴射された還元剤が内面に直接当たりにくいように（腐食しにくいように）、排気流路へ向かって還元剤流路の内径が徐々に拡大された形状（本実施形態では円錐台状）に形成されている。第２の流路部材３は、第１の流路部材２における第２の管部２Ｂに接続されている。噴射装置５により噴射された還元剤は、第２の管部２Ｂ内を流れる排ガスと合流する。具体的には、第２の流路部材３は、第２の管部２Ｂの側壁を貫通して排気流路に突出するように（第２の流路部材３の先端が排気流路における中心部に位置するように）挿入されている。
前述したように、排気流路における第２の流路部材３が挿入された部分は、幅方向両側へ広がるように拡張されている。このため、図１Ｂに示すように、第１の流路部材２と第２の流路部材３との間に形成された排気流路は、上部よりも幅方向両側の側部の方が広く形成されている。したがって、第１の管部２Ａから流れてきた排ガスは、図１Ｃに示す領域Ｒ（第２の流路部材３の幅方向両側に形成された領域）を回り込むように流れやすくなる。これにより、第２の流路部材３からの還元剤をすくい上げる排ガスの流れが発生する。
触媒４は、窒素酸化物（ＮＯx）を還元する機能を有するＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ
Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ：選択触媒還元）方式の触媒である。触媒４は、排気流路における拡径流路の下流側（具体的には第５の管部２Ｅ内）に設けられている。
噴射装置５は、液状の還元剤を噴射し、第２の流路部材３を介して、排気流路における排気攪拌装置１０よりも上流側（具体的には第２の管部２Ｂ内）へ還元剤を供給する供給装置として機能する。本実施形態では、噴射装置５は、還元剤として尿素水を噴射する。厳密には、排ガス中に噴射された尿素水が、排ガスの熱により加水分解してアンモニア（ＮＨ3）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。ここでは、加水分解前の状態（尿素水）についても還元剤と称する。
排気攪拌装置１０は、排気流路における拡径流路の上流側（第３の管部２Ｃ内）に設けられている。排気攪拌装置１０は、排気攪拌装置１０に流入した排ガスを旋回（攪拌）するように案内して拡径流路へ拡散するように流出させ、触媒４に流入する排ガスの偏りを抑制する（均一に近づける）。
図２Ａ、２Ｂに示すように、排気攪拌装置１０は、枠部１１と２本の支持部１２とを備える。図２Ａにおける矢印Ｆは、排気攪拌装置１０への流入位置における排ガスの流れ方向（第２の軸線Ｃ２に沿った方向）を示す。
枠部１１は、第１の流路部材２（具体的には第３の管部２Ｃ）の内周面に溶接等で接合固定される部分である。枠部１１は、枠部１１の外径が第３の管部２Ｃの内径に対応した（例えば第３の管部２Ｃの内径と同じ又はやや小さい）寸法となるように、円筒状に形成されている。枠部１１は、第３の管部２Ｃと同軸となるように（第２の軸線Ｃ２が中心軸線となるように）配置される。枠部１１は、後述する複数の第２骨格部１１１により構成されている。
支持部１２は、枠部１１の内側において、枠部１１の中心軸Ｘを通るように径方向に架け渡すように配設されている。支持部１２は、枠部１１の中心軸Ｘから径方向外側に延びる一対の第１骨格部１２１を有している。２本の支持部１２は、枠部１１の周方向において支持部１２間の距離が等間隔となるように配置されている。本実施形態では、枠部１１の周方向において第１骨格部１２１間の角度が９０°となっている。
また、排気攪拌装置１０は、２つの組付部材１０Ａ、１０Ｂを組み付けることによって構成されている。組付部材１０Ａ、１０Ｂは、第１骨格部１２１と、第１骨格部１２１の一端（外端）から弧状に延設された第２骨格部１１１とを有している。ここでいう弧状とは、例えば円弧のようになだらかな曲線状だけでなく、複数の線分が折れ線状につながった形状等も含まれる。本実施形態では、組付部材１０Ａ、１０Ｂは、一対の第１骨格部１２１を有する１本の支持部１２と、支持部１２の両端から弧状に延設された一対の第２骨格部１１１とを有している。第２骨格部１１１は、枠部１１の一部を構成している。枠部１１は、２つの組付部材１０Ａ、１０Ｂに設けられた４つの第２骨格部１１１により構成されている。
一方の組付部材１０Ａの支持部１２には、排気流路の上流側から下流側に向かって切り欠いたスリット部１５が形成されている。他方の組付部材１０Ｂの支持部１２には、排気流路の下流側から上流側に向かって切り欠いたスリット部１５が形成されている。２つの組付部材１０Ａ、１０Ｂは、互いのスリット部１５を係合させることにより組み付けられている。
組付部材１０Ａ、１０Ｂにおいて、一対の第１骨格部１２１及び一対の第２骨格部１１１には、それぞれ１枚の羽根部１４が設けられている。すなわち、各組付部材１０Ａ、１０Ｂには、それぞれ４枚の羽根部１４が設けられている。羽根部１４は、第１骨格部１２１から折り曲げられ、または第２骨格部１１１から立設部１６を介して折り曲げられ、排気流路の下流側に突出して形成されている。羽根部１４の表面は、平坦な面に形成されている。支持部１２の第１骨格部１２１に形成された羽根部１４と第２骨格部１１１に形成された羽根部１４とは、それぞれが枠部１１の周方向に沿って等間隔に配置され、さらに１枚ずつ交互に配置されている。
各組付部材１０Ａ、１０Ｂにおいて、一対の第１骨格部１２１に設けられた２枚の羽根部１４は、互いに同一の形状である。一対の第２骨格部１１１に設けられた２枚の羽根部１４は、互いに同一の形状である。２つの組付部材１０Ａ、１０Ｂにおいて、各第１骨格部１２１に設けられた計４枚の羽根部１４は、互いに同一の形状である。各第２骨格部１１１に設けられた計４枚の羽根部１４は、互いに同一の形状である。
複数の羽根部１４は、第２の軸線Ｃ２に沿った方向から見て、周方向に互いに一部を重なり合わせ、羽根部１４の存在しない部分ができるだけ形成されないように設計されている。第２の軸線Ｃ２に沿った方向から見た場合に、枠部１１の内側における枠部１１の中心軸Ｘ及びその周囲（中心部）には、羽根部１４の存在しない部分（非羽根部１７）が形成されている。非羽根部１７には、その非羽根部１７を遮蔽するように板状の遮蔽部１３が設けられている。遮蔽部１３は、複数（本実施形態では４つ）の遮蔽片部１３１により構成されている。遮蔽片部１３１は、組付部材１０Ａ、１０Ｂの各第１骨格部１２１における排気流路の上流側端部にそれぞれ設けられている。
このように、複数の羽根部１４及び遮蔽部１３は、第２の軸線Ｃ２に沿った方向から見て、枠部１１の内側における羽根部１４及び遮蔽部１３が存在しない部分である開口部（開口面積）の割合が、０％に近い割合となるように設計されている。
次に、排気攪拌装置１０の製造方法について説明する。図３Ａ、３Ｂ及び図４Ａ、４Ｂに示すように、排気攪拌装置１０の２つの組付部材１０Ａ、１０Ｂは、それぞれ１つの金属板部材１０ａ、１０ｂから形成される。金属板部材１０ａ、１０ｂは、単一の金属板（例えばステンレス製の板）で形成されている。
一方の組付部材１０Ａを製造するに当たっては、図３Ａに示すように、一対の第１骨格部１２１及び一対の第２骨格部１１１を形成するための帯部１０１と、複数の羽根部１４と、複数の遮蔽片部１３１とが一体となった金属板部材１０ａを形成する。この工程は、例えば、長方形状の金属板材料から、図３Ａに示す形状をプレスにより打ち抜く加工、レーザにより切り抜く加工等により実現される。
帯部１０１は、一対の第１骨格部１２１及び一対の第２骨格部１１１を形成する部分、つまり１本の支持部１２及び枠部１１の一部を形成する部分である。帯部１０１は、直線状であって帯状に形成されている。複数の羽根部１４は、帯部１０１の幅方向一端側（図３Ａでいう上側）から突出するように形成されている。複数の遮蔽片部１３１は、帯部１０１の中間部において、帯部１０１の幅方向他端側（図３Ａでいう下側）から突出するように形成されている。帯部１０１の中間部には、幅方向他端側から一端側に向かって切り欠いたスリット部１５が形成されている。
次いで、金属板部材１０ａに対し、複数の羽根部１４を所望の角度に部分的に折り曲げる加工を施す。このとき、第２骨格部１１１となる部分に形成された２枚の羽根部１４のうち、一方を帯部１０１の手前側、他方を帯部１０１の奥側に折り曲げる。同様に、第１骨格部１２１となる部分に形成された２枚の羽根部１４のうち、一方を帯部１０１の手前側、他方を帯部１０１の奥側に折り曲げる。
次いで、図３Ｂに示すように、金属板部材１０ａに対し、帯部１０１の両端部を折り曲げて円弧状の第２骨格部１１１を形成する加工を施す。このとき、帯部１０１の両端部の折り曲げ方向を周方向において同じ方向とする。さらに、金属板部材１０ａに対し、２つの遮蔽片部１３１を支持部１２（第１骨格部１２１）の手前側と奥側とに互い違いに折り曲げる加工を施す。これにより、一方の組付部材１０Ａが得られる。
また、他方の組付部材１０Ｂを製造するに当たっては、一方の組付部材１０Ａと同様に、図４Ａに示すように、一対の第１骨格部１２１及び一対の第２骨格部１１１を形成するための帯部１０１と、複数の羽根部１４と、複数の遮蔽片部１３１とが一体となった金属板部材１０ｂを形成する。帯部１０１の中間部には、幅方向一端側（図４Ａでいう上側）から他端側（図４Ａでいう下側）に向かって切り欠いたスリット部１５が形成されている。
次いで、一方の組付部材１０Ａと同様に、金属板部材１０ｂに対し、複数の羽根部１４を所望の角度に部分的に折り曲げる加工を施す。次いで、図４Ｂに示すように、金属板部材１０ｂに対し、帯部１０１の両端部を折り曲げて円弧状の第２骨格部１１１を形成する加工を施す。さらに、金属板部材１０ｂに対し、２つの遮蔽片部１３１を支持部１２（第１骨格部１２１）の手前側と奥側とに互い違いに折り曲げる加工を施す。これにより、他方の組付部材１０Ｂが得られる。
次いで、他方の組付部材１０Ｂのスリット部１５に対して一方の組付部材１０Ａのスリット部１５を差し込み、互いのスリット部１５を係合させる。これにより、２つの組付部材１０Ａ、１０Ｂを組み付けて構成された排気攪拌装置１０が製造される。
次に、排気浄化システム１の作用について説明する。
図１Ａに示すように、内燃機関から排出された排ガスは、排気流路によって排気攪拌装置１０へ導かれ、排気攪拌装置１０を通過した後に触媒４へ導かれる。一方、噴射装置５から噴射された還元剤は、還元剤流路によって排気流路の中心部まで導かれてから排ガスと合流する。
第２の流路部材３における排気流路に挿入された部分は、第１の管部２Ａから第２の管部２Ｂへ流れる排ガスのうち、第２の流路部材３の外面における上面に衝突した排ガスを、第２の流路部材３の外面に沿って回り込むように案内する機能を有する。このため、第２の流路部材３から流れ出た還元剤がすくい上げられ、排気流路において分散される。
そして、排気攪拌装置１０へ流入した排ガスは、複数の羽根部１４により旋回（攪拌）するように案内され、拡径流路へ拡散するように流出し、偏りの抑制された状態で触媒４に流入する。また、排ガス中に噴射された還元剤は、排気攪拌装置１０の遮蔽部１３に衝突して拡散する。拡散した還元剤は、さらに複数の羽根部１４により旋回するように案内され、拡径流路へ拡散するように流出し、偏りの抑制された状態で触媒４に流入する。これにより、還元剤が効率よく拡散される。
次に、本実施形態の排気攪拌装置１０の作用効果について説明する。
本実施形態の排気攪拌装置１０において、枠部１１及び複数の支持部１２は、複数の組付部材１０Ａ、１０Ｂを組み付けて構成されている。そして、組付部材１０Ａ、１０Ｂは、第１骨格部１２１とその第１骨格部１２１の一端から弧状に延設された第２骨格部１１１とを有し、第１骨格部１２１及び第２骨格部１１１にそれぞれ羽根部１４を設けている。そのため、枠部１１及び複数の支持部１２に多くの羽根部１４を効率良く配置することができ、排ガスの拡散性を向上させることができる。特に、本実施形態の排気浄化システム１においては、排ガス中に噴射した還元剤の拡散性及び排ガス浄化性能を向上させることができる。
また、排気攪拌装置１０には、枠部１１の中心軸Ｘ及びその周囲を枠部１１の軸方向において遮蔽する遮蔽部１３が設けられている。すなわち、枠部１１の中心軸Ｘに沿った方向から見た場合、枠部１１の内側において羽根部１４が存在しない開口部が形成されやすい部分に、遮蔽部１３が設けられている。そのため、排ガスの流れに偏りが生じたり、排ガスの拡散性が低下したりすることを抑制できる。特に、前述の排気浄化システム１においては、排ガス中に噴射した還元剤のすり抜けを遮蔽部１３によって抑制できる。また、排ガス中に噴射された還元剤は、遮蔽部１３に衝突して拡散され、さらに羽根部１４で拡散されるため、還元剤の拡散性を向上させる効果も得られる。
また、排気攪拌装置１０において、枠部１１及び複数の支持部１２は、前述のとおり、複数の組付部材１０Ａ、１０Ｂを組み付けて構成されている。そのため、要求性能等に合わせて全体の形状を容易に変更することができ、形状自由度を高めることができる。また、組付部材１０Ａ、１０Ｂを構成する部分（例えば、第１骨格部１２１、第２骨格部１１１、羽根部１４等）を同一又は似たような形状とすることで、製造上の歩留りを良くすることができる。
また、本実施形態の排気攪拌装置１０において、組付部材１０Ａ、１０Ｂは、一対の第１骨格部１２１を有する支持部１２と、支持部１２の両端からそれぞれ弧状に延設された一対の第２骨格部１１１とを有している。そのため、複数の組付部材１０Ａ、１０Ｂを組み付けることによって枠部１１及び複数の支持部１２を容易に構成することができる。
また、組付部材１０Ａ、１０Ｂは、一対の第１骨格部１２１にそれぞれ設けられた羽根部１４が同一の形状であり、一対の第２骨格部１１１にそれぞれ設けられた羽根部１４が同一の形状である。そのため、組付部材１０Ａ、１０Ｂの製造が容易となる。
また、複数の組付部材１０Ａ、１０Ｂは、第１骨格部１２１に設けられた羽根部１４がすべて同一の形状であり、第２骨格部１１１に設けられた羽根部１４がすべて同一の形状である。そのため、複数の組付部材１０Ａ、１０Ｂの形状を似たような形状とすることができ、歩留りの向上を図ることができる。
また、組付部材１０Ａ、１０Ｂは、それぞれ１つの金属板部材１０ａ、１０ｂにより構成されている。そのため、金属板部材１０ａ、１０ｂを所定の位置で折り曲げることにより、羽根部１４が形成された第１骨格部１２１及び第２骨格部１１１を有する組付部材１０Ａ、１０Ｂを容易に製造することができる。
また、複数の支持部１２は、枠部１１の周方向において支持部１２間の距離が等間隔となるように配置されている。そのため、排ガスの流れの偏りを抑制し、排ガスの拡散性をより向上させることができる。また、前述の排気浄化システム１においては、排ガス中に噴射した還元剤の拡散性及び排ガス浄化性能をより向上させることができる。
このように、本実施形態によれば、排気流路における排ガスの拡散性を向上させることができ、かつ形状自由度が高く、製造上の歩留りが良い排気攪拌装置１０を提供することができる。
（実施形態２）
本実施形態は、図５Ａ、５Ｂに示すように、排気攪拌装置１０の組付部材１０Ａ、１０Ｂの構成を変更した例である。
同図に示すように、組付部材１０Ａ、１０Ｂは、２つの第１骨格部１２１と、１つの第２骨格部１１１とを有している。２つの第１骨格部１２１のうち、一方は、２本の支持部１２のうちの一方の支持部１２の第１骨格部１２１であり、他方は、他方の支持部１２の第１骨格部１２１である。第２骨格部１１１は、２つの第１骨格部１２１の外端をつなぐように形成されている。
枠部１１は、２つの組付部材１０Ａ、１０Ｂに設けられた２つの第２骨格部１１１により構成され、周方向の一部が欠損した形状となっている。２本の支持部１２は、実施形態１のように、枠部１１の周方向において支持部１２間の距離が等間隔ではない。本実施形態では、枠部１１の周方向において第１骨格部１２１間の角度が６０°又は１２０°となっている。遮蔽部１３は、２つの遮蔽片部１３１により構成されている。遮蔽片部１３１は、組付部材１０Ａ、１０Ｂにそれぞれ設けられている。
組付部材１０Ａ、１０Ｂには、実施形態１のスリット部１５（図３Ａ、３Ｂ及び図４Ａ、４Ｂ参照）が形成されておらず、枠部１１の中心軸Ｘ付近で第１骨格部１２１同士を溶接等により接合して組み付けられている。その他の基本的な構成及び作用効果は、実施形態１と同様である。
（実施形態３）
本実施形態は、図６に示すように、排気攪拌装置１０の羽根部１４の構成を変更した例である。
同図に示すように、組付部材１０Ａ、１０Ｂにおいて、第１骨格部１２１及び第２骨格部１１１に設けられた羽根部１４の先端部が折り曲げられている。第１骨格部１２１に設けられた羽根部１４の折り曲げ部分は、第２骨格部１１１に設けられた羽根部１４の折り曲げ部分よりも大きい。その他の基本的な構成及び作用効果は、実施形態１と同様である。
（実施形態４）
本実施形態は、図７Ａ、７Ｂに示すように、排気攪拌装置１０の羽根部１４の構成を変更した例である。
同図に示すように、組付部材１０Ａ、１０Ｂにおいて、第１骨格部１２１及び第２骨格部１１１に設けられた羽根部１４の表面は、実施形態１のように平坦な面（図２Ａ参照）ではなく、なだらかな曲面となっている。その他の基本的な構成及び作用効果は、実施形態１と同様である。
（実施形態５）
本実施形態は、図８Ａ、８Ｂに示すように、排気攪拌装置１０の構成を変更した例である。
同図に示すように、排気攪拌装置１０は、２つの組付部材１０Ａ、１０Ｂと、１つの補助部材１９とを備え、これらを組み付けて構成されている。補助部材１９は、一対の第１骨格部１２１を有する１本の支持部１２を備えている。補助部材１９の一対の第１骨格部１２１には、それぞれ１枚の羽根部１４が設けられている。組付部材１０Ａの一対の第１骨格部１２１及び一対の第２骨格部１１１には、それぞれ１枚の羽根部１４が設けられている。組付部材１０Ｂの一対の第１骨格部１２１には、それぞれ１枚の羽根部１４が設けられている。組付部材１０Ｂの一対の第２骨格部１１１には、それぞれ２枚の羽根部１４が設けられている。したがって、排気攪拌装置１０には、計１２枚の羽根部１４が設けられている。
３本の支持部１２は、枠部１１の周方向において支持部１２間の距離が等間隔となるように配置されている。本実施形態では、枠部１１の周方向において第１骨格部１２１間の角度が６０°となっている。遮蔽部１３は、６つの遮蔽片部１３１により構成されている。組付部材１０Ａ、１０Ｂ及び補助部材１９には、それぞれ遮蔽片部１３１が２つずつ設けられている。その他の基本的な構成及び作用効果は、実施形態１と同様である。
（その他の実施形態）
なお、本発明は、前述の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
（１）排気攪拌装置１０の形状、例えば羽根部１４の枚数、形状等は、前述の各実施形態で例示したものに限定されない。前述の実施形態では、第１骨格部１２１にそれぞれ１枚の羽根部１４を設けたが、２枚以上の羽根部１４を設けてもよい。第２骨格部１１１も同様である。また、前述の実施形態では、羽根部１４の形状を２種類としているが、１種類としてもよく、３種類以上としてもよい。
（２）排気攪拌装置１０を構成する組付部材は、前述の実施形態のように２つであってもよいし、３つ以上であってもよい。また、枠部１１の断面形状は円形に限定されるものではなく、例えば楕円状や多角形状等としてもよい。また、支持部１２の本数は、複数であればその本数を種々変更可能である。また、遮蔽部１３の形状は、前述の各実施形態で例示したものに限定されない。
（３）排気攪拌装置１０の組付部材１０Ａ、１０Ｂの材料となる１つの金属板部材１０ａ、１０ｂは、例えばテーラード材のように、複数種類の金属板を組み合わせて形成されたものであってもよい。例えば、板厚の異なる２種類の金属板を組み合わせた１つの金属板部材を材料として、板厚の薄い部分で第１骨格部１２１及び第２骨格部１１１を形成し、板厚の厚い部分で羽根部１４を形成してもよい。この場合、羽根部１４の剛性が高くなるため、変形しにくく、耐久性が向上する。
（４）前述の実施形態の排気流路及び還元剤流路はあくまでも一例であり、これに限定されるものではない。例えば、前述の実施形態では、第２の流路部材３が排気流路に突出する構成を前提として、第１の流路部材２における一部の断面形状を横長形状としているが、第２の流路部材３における少なくとも一部の断面形状を縦長形状としてもよい。また例えば、第２の流路部材３が排気流路に突出しない構成としてもよく、第１の流路部材２及び第２の流路部材３の断面形状をそれぞれ円形としてもよい。また例えば、第１の管部２Ａと第３の管部２Ｃとは、内径が異なっていてもよく、第３の管部２Ｃ、第５の管部２Ｅ及び第２の流路部材３は、同軸である必要はない。また例えば、排気流路は、拡径流路を有していることに限定されるものではなく、拡径流路を有していない排気流路であってもよい。
（５）還元剤は、尿素水に限定されるものではなく、触媒における排ガスの浄化に寄与するものであればよい。また、本発明は、還元剤を用いる排気浄化システム以外の排気系に適用してもよい。
（６）前述の実施形態における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、前述の実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、前述の実施形態の構成の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略してもよい。また、前述の実施形態の構成の少なくとも一部を、他の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発明の実施形態である。
（７）本発明は、前述した排気攪拌装置の他、排気攪拌装置を構成要素とする排気浄化システム、排ガスの流れの偏りを抑制する方法等、種々の形態で実現することができる。

Claims (6)

  1. 排気流路を流れる排ガスを攪拌する排気攪拌装置であって、
    前記排気流路を形成する流路部材の内面に配設された筒状の枠部と、
    該枠部に対して径方向に架け渡すように配設された複数の支持部と、
    前記枠部の中心軸及びその周囲を該枠部の軸方向において遮蔽する遮蔽部とを備え、
    前記支持部は、前記枠部の中心軸から径方向外側に延びる一対の第１骨格部を有し、
    前記枠部及び前記複数の支持部は、少なくとも複数の組付部材を組み付けて構成され、
    該組付部材は、前記第１骨格部と、該第１骨格部の一端から弧状に延設され、前記枠部の一部を構成する第２骨格部とを有し、
    前記組付部材における前記第１骨格部及び前記第２骨格部には、それぞれ前記第１骨格部及び前記第２骨格部から突出して形成された羽根部が設けられていることを特徴とする排気攪拌装置。
  2. 前記組付部材は、前記一対の第１骨格部を有する前記支持部と、該支持部の両端からそれぞれ弧状に延設された一対の前記第２骨格部とを有することを特徴とする請求項１に記載の排気攪拌装置。
  3. 前記組付部材は、前記一対の第１骨格部にそれぞれ設けられた前記羽根部が同一の形状であり、前記一対の第２骨格部にそれぞれ設けられた前記羽根部が同一の形状であることを特徴とする請求項２に記載の排気攪拌装置。
  4. 前記複数の組付部材は、前記第１骨格部に設けられた前記羽根部がすべて同一の形状であり、前記第２骨格部に設けられた前記羽根部がすべて同一の形状であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気攪拌装置。
  5. 前記組付部材は、１つの金属板部材により構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の排気攪拌装置。
  6. 前記複数の支持部は、前記枠部の周方向において前記支持部間の距離が等間隔となるように配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の排気攪拌装置。
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