JP6948088B2 - 排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気浄化装置に関するものである。

従来、ディーゼルエンジン等の内燃機関における排気浄化装置として、尿素ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）システムが知られている。尿素ＳＣＲシステムは、還元剤となる尿素水を排気流路内に噴射するインジェクタと、インジェクタの下流における排気流路に設けられた還元触媒と、を備えている。
そして、従来の尿素ＳＣＲシステムにおいて、インジェクタによって尿素水が排気中に噴射されると、噴射された尿素水が熱分解及び加水分解の反応をして、ＮＨ３（アンモニア）が生成される。発生したＮＨ３により、排気中のＮＯｘ（窒素酸化物）は、還元触媒において、Ｎ２（窒素）とＨ２Ｏ（水）に還元される。このようにして、従来の排気浄化装置は、排気中のＮＯｘを選択的に還元することにより浄化して、排気を無害にする。

また、従来、還元触媒の上流に螺旋状の排気流路を有する混合器を設け、その排気流路に還元剤を噴射することによって排気と還元剤との混合を促進させる排気浄化装置がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−１９０１７７号公報

しかしながら、例えば、特許文献１に開示されているような排気浄化装置においては、排気中における還元剤の均質度合いを高めるために、混合器の構造が複雑となって大型となり、また、排気の圧力損失が大きくなって内燃機関に作用する背圧が高まるので、車両全体の設計自由度が低下し、好ましくない。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、排気中に還元剤を均質に短い距離で混合できるとともに、排気の圧力損失を抑制できる排気浄化装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、以下の構成によって把握される。
（１）本発明の排気浄化装置は、下流排気流路に配置された選択触媒還元装置と、前記選択触媒還元装置より上流に配置されて内燃機関からの排気の流れを螺旋状に導く螺旋流路を有するミキサと、を備えた排気浄化装置において、前記ミキサは、上流開口部及び下流開口部を有し、前記螺旋流路を内部に有するケーシングと、前記螺旋流路に配置され、前記螺旋流路に還元剤を添加するインジェクタと、前記ケーシングの内部空間を上流側及び下流側に二分するように仕切るように配置されるとともに、前記螺旋流路を画定する分割板と、を備える。
（２）上記（１）の構成において、前記上流開口部は、前記内燃機関からの上流排気流路より狭く、前記下流開口部は、前記下流排気流路より狭い。
（３）上記（１）又は（２）の構成において、前記分割板は、前記上流開口部から前記下流開口部まで連なる。
（４）上記（１）から（３）のいずれかの構成において、前記上流開口部は、流れ方向に見て、前記インジェクタの位置に対して前記ケーシングの中心を基準として反対側に偏心している。
（５）上記（１）から（４）のいずれかの構成において、前記上流開口部は、前記流れ方向に見て、前記インジェクタの位置と重ならないように配置される。
（６）上記（１）から（５）のいずれかの構成において、前記上流開口部及び前記下流開口部は、前記流れ方向に見て左右対称に配置される。
（７）上記（１）から（６）のいずれかの構成において、前記上流開口部及び前記下流開口部は、前記流れ方向に見て重なる部分を有するように配置される。
（８）上記（７）の構成において、前記分割板は、前記重なる部分の縦中心線を中心とする左右対称な形状を有する。
（９）上記（７）又は（８）の構成において、前記重なる部分は、前記流れ方向に見て前記ケーシングの中心部分に形成される。
（１０）上記（１）から（９）のいずれかの構成において、前記分割板は、上流から下流へ排気を通過させる圧損抑制孔を有する。
（１１）上記（１）から（１０）のいずれかの構成において、前記分割板は、逆流を防止する仕切弁を有する。
（１２）上記（１）から（１０）のいずれかの構成において、前記インジェクタは、軸心が前記下流開口部側に傾斜して設けられている。

本発明によれば、排気中に還元剤を均質に短い距離で混合できるとともに、排気の圧力損失を抑制できる排気浄化装置を提供できる。

実施形態に係る排気浄化装置の正面図である。 上流から見たミキサの斜視図である。 下流から見たミキサの斜視図である。 レデューサが非表示とされているミキサの左側面図である。 螺旋流路の下流から見たインジェクタ本体の斜視図である。 インジェクタ本体以外が非表示とされている図４における噴出方向ＩＮＪ矢視図である。 ミキサの平面図である。 図７におけるＡ矢視断面図である。 ミキサの左側面図である。 図８におけるＢ矢視断面図である。 ミキサの右側面図である。 図８におけるＣ矢視断面図である。 本発明の実施形態に係る空気浄化装置のミキサの変形例であって、上流から見たミキサの斜視図である。 ミキサの変形例であって、レデューサが非表示とされているミキサの左側面図である。 ミキサの変形例であって、図８におけるＢ矢視断面図に相当する図面である。

（実施形態）
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態（以下、実施形態）について詳細に説明する。なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ符号が付される。

図１は実施形態に係る排気浄化装置１の正面図である。なお、図１における白抜き矢印は、排気が流れる方向を示している。
本実施形態に係る排気浄化装置１は、ディーゼルエンジン等の内燃機関ＥＮＧから排出される排気を浄化する装置であり、排気の下流に設けられる。排気浄化装置１は、例えば、尿素水（尿素水溶液）を還元剤として利用して、内燃機関ＥＮＧから排出された排気中の窒素酸化物ＮＯｘを選択的に還元する選択触媒還元（ＳＣＲ：Selective Catalytic Reduction）タイプの浄化装置である。

図１に示すように、排気浄化装置１は、気密なスリーブの内部に、上流から順に連続する上流排気流路Ｓ１、螺旋流路Ｓ２及び下流排気流路Ｓ３から構成される排気流路Ｓを形成しており、全体として直線状になっている。上流排気流路Ｓ１及び下流排気流路Ｓ３は、円筒状のコンテナで画定されており、上流排気流路Ｓ１及び下流排気流路Ｓ３（コンテナの内部空間）の断面は、圧力損失をできる限り抑制するために円形となっている。

詳細には、排気浄化装置１は、上流排気流路Ｓ１に配置された酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst）ＤＯＣと、上流排気流路Ｓ１に配置されたディーゼル微粒子捕集フィルタ（Diesel Particulate Filter）ＤＰＦと、下流排気流路Ｓ３に配置された、還元触媒が担持された選択触媒還元装置（Selective Catalytic Reduction）ＳＣＲと、を備えている。排気浄化装置１は、適宜、下流排気流路Ｓ３における選択触媒還元装置ＳＣＲより下流に配置され、アンモニアＮＨ３が通り抜けて外気中に放出されるのを防止するための酸化触媒であるアンモニアスリップ触媒ＡＳＣを備えている。

酸化触媒ＤＯＣは、排気中の有害成分の一つである炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯを酸化浄化するものであり、セラミック製ハニカムや金属製メッシュ等に、炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯの酸化反応を促進させる白金又はパラジウム等の触媒成分を担持させたものである。

ディーゼル微粒子捕集フィルタＤＰＦは、排気ガス中の粒子状物質を捕集するフィルタである。

選択触媒還元装置ＳＣＲは、例えば、コージライト等の多孔質セラミックス基材に、ゼオライト系、酸化バナジウム系、酸化タングステン系等の触媒を担持させたものである。

そして、排気浄化装置１は、還元触媒が担持された選択触媒還元装置ＳＣＲより上流に配置されて、内燃機関ＥＮＧからの排気の流れを螺旋状に導く螺旋流路Ｓ２を有するミキサ１００を備えている。

ミキサ１００は、還元剤となる尿素水を螺旋流路Ｓ２内に噴射するインジェクタ３０を有している。
そして、排気浄化装置１において、インジェクタ３０によって尿素水が螺旋流路Ｓ２を流れる排気中に噴射されると、噴射された尿素水は熱分解及び加水分解の反応をして、アンモニアＮＨ３が生成される。すると、生成されたアンモニアＮＨ３により、排気中の窒素酸化物ＮＯｘは、選択触媒還元装置ＳＣＲにおいて、窒素Ｎ２と水Ｈ２Ｏに還元される。還元された窒素Ｎ２と水Ｈ２Ｏは、外気中に放出される。
このようにして、排気浄化装置１は、排気中の窒素酸化物ＮＯｘを選択的に還元することにより浄化して、排気を無害にする。

（ミキサ１００）
次に、ミキサ１００について詳細に説明する。
図２は、上流から見たミキサ１００の斜視図である。図３は、下流から見たミキサ１００の斜視図である。図７は、ミキサ１００の平面図である。図８は、図７におけるＡ矢視断面図である。図９は、ミキサ１００の左側面図である。図１０は、図８におけるＢ矢視断面図である。図１１は、ミキサ１００の右側面図である。図１２は、図８におけるＣ矢視断面図である。

図２及び図３に示すように、ミキサ１００は、筒状のケーシング２０と、ケーシング２０の内部空間を上流側及び下流側に二分するように仕切るように配置されてケーシング２０とともに螺旋流路Ｓ２を画定する分割板１０と、螺旋流路Ｓ２に突出して配置され、螺旋流路Ｓ２に還元剤を添加するインジェクタ３０と、上流排気流路Ｓ１からケーシング２０までの遷移部分及びケーシング２０から下流排気流路Ｓ３までの遷移部分に設けられるレデューサ４０と、を備えている。
ミキサ１００は、このように構成されていることにより、螺旋流路Ｓ２が短くても（ケーシング２０の内部空間が狭くても、上流開口部２１ａから下流開口部２２ａまでの距離が短くても）、ミキサ１００を通過する排気の流れを螺旋状に向きを変えながら流速を増すことができ、排気中に還元剤を均一に拡散して混合できるとともに、還元剤がケーシング２０の内部に付着することを抑制できる。
以下、ミキサ１００を構成する各部について個別に説明する。

（ケーシング２０及び分割板１０）
主に、図２から図４を用いて、ミキサ１００を構成するケーシング２０及び分割板１０について説明する。
図４は、レデューサ４０が非表示とされているミキサ１００の左側面図である。
図２から図４に示すように、ケーシング２０は流れ方向（図２及び図３において上流排気流路Ｓ１及び下流排気流路Ｓ３を示す矢印方向、すなわち左側面から見た方向である。以下、特に説明のない限り、同様の意味である。）に見て外形が略環状で、流れ方向に所定長さを有する筒状であり、分割板１０とともに螺旋流路Ｓ２を内部に画定している。

ケーシング２０は、上流ケーシング２１と下流ケーシング２２とを備えている。そして、上流排気流路Ｓ１より狭い上流開口部２１ａ及び下流排気流路Ｓ３より狭い下流開口部２２ａを、それぞれ上流ケーシング２１及び下流ケーシング２２に有している。これにより、上流ケーシング２１において、上流排気流路Ｓ１から螺旋流路Ｓ２に向けて排気の流れを滑らかに偏向しながら滑らかに流速を上げることができ、下流ケーシング２２において、排気の流れを螺旋流路Ｓ２から下流排気流路Ｓ３に向けて滑らかに偏向しながら滑らかに流速を下げることができる。

上流開口部２１ａ及び下流開口部２２ａは、互いに略平行に配置されている。上流開口部２１ａ及び下流開口部２２ａは、流れ方向に対して、略垂直に配置されている。上流ケーシング２１と下流ケーシング２２とは別体であり、互いを突き合わせた状態で一体に組み立てることができるので、分割板１０及びインジェクタ３０を組み込みやすくなっている。

上流開口部２１ａは、図４に示すように、流れ方向に見て、インジェクタ３０が配置された位置に対してケーシング２０の中心を基準として反対側に偏心して配置される。具体的には、インジェクタ３０が流れ方向に見て左上部に配置されるので、上流開口部２１ａは、上流ケーシング２１の右下部に配置される。なお、本実施形態に換えて、インジェクタ３０を流れ方向に見て左右反転させて配置し、ミキサ１００を左右反転させた構造としてもよい。
また、上流開口部２１ａは、流れ方向に見て、インジェクタ３０の位置と重ならないように配置される。これにより、ケーシング２０の内部空間にインジェクタ３０を突出させ、インジェクタ３０を螺旋流路Ｓ２に沿って配置できる。よって、還元剤を排気中に効率的に添加でき、両者を効率的に混合できる。

螺旋流路Ｓ２の長さ、すなわち、上流開口部２１ａの中心から下流開口部２２ａの中心までの排気が流れる流路の断面中心を結ぶ線の長さは、図４において矢印で示すように、ケーシング２０の内部空間を略１周（３６０度）か１周に満たない程度の長さであってよい。このように、ミキサ１００によれば、還元剤を排気中に効率的に混合できるので、螺旋流路Ｓ２の長さが短くても、ケーシング２０、すなわち、ミキサ１００、惹いては、排気浄化装置１をコンパクトにできる。

詳細には、上流開口部２１ａは、流れ方向に見て、楕円形状となっており、楕円形状における曲率が小さい部分（右下部）がケーシング２０の外形状に内接するように配置されている。これにより、排気を、上流開口部２１ａからケーシング２０の内部空間へと、滑らかに誘導できる。

一方、下流開口部２２ａは、図４に示すように、流れ方向に見て、上流開口部２１ａが配置された位置に対してケーシング２０の縦中心線ＣＬを基準として左右対称に配置される。具体的には、上流開口部２１ａが流れ方向に見て右下部に配置されるので、下流開口部２２ａは、流れ方向に見て下流ケーシング２２の左下部に配置される。下流開口部２２ａは、流れ方向に見て、楕円形状となっており、楕円形状における曲率が小さい部分（左下部）がケーシング２０の外形状に内接するように配置されている。

ここで、下流開口部２２ａは、上流開口部２１ａと同じ形状となっている。これにより、分割板１０におけるケーシング２０と接続される上流側の上流接続部１１及び下流側の下流接続部１２を、同じ形状にできるので、分割板１０を製造しやすくできる。

また、上流開口部２１ａと下流開口部２２ａとは、流れ方向に見て、重なる部分を有するように配置されている。例えば、図４に示すように、上流開口部２１ａと下流開口部２２ａとが重なる部分は、雫型になっている。これにより、上流開口部２１ａから下流開口部２２ａまでの距離が短くできるので、分割板１０の全体を板状にでき、分割板１０の大きさをできる限り小さく抑えることができ、軽量にできる。また、分割板１０を平面視において略対称形状（図１２参照）で形成でき、分割板１０の上流側と下流側の曲げ加工を同じようにできる（例えば、同型でプレス加工できる）ので、分割板１０を製造しやすくできる。

さらに、重なる部分は、流れ方向に見てケーシング２０の中心部分に形成される。これにより、上流開口部２１ａ及び下流開口部２２ａをできるだけ大きく確保でき、ミキサ１００を通過することによる圧力損失を抑制できる。

ケーシング２０の上部には、螺旋流路Ｓ２に突出して配置され、螺旋流路Ｓ２に還元剤を添加するインジェクタ３０が設けられている。インジェクタ３０については後述する。

また、ミキサ１００は、ケーシング２０の内部に、上流開口部２１ａから下流開口部２２ａまで連なり、ケーシング２０の内部空間を上流側及び下流側に二分するように仕切るように配置されるとともに、螺旋流路Ｓ２を画定する分割板１０を備えている。
これにより、上流排気流路Ｓ１からの排気は上流開口部２１ａを通過し、分割板１０によって螺旋状に流れるように誘導される。よって、短い距離で排気中に還元剤を均質に混合できるとともに、排気の圧力損失を抑制できる。

詳細には、分割板１０は、流れ方向に見て、上流開口部２１ａの左部から、下流開口部２２ａの右部まで連なっている。
具体的には、分割板１０は、上流ケーシング２１の上流開口部２１ａに接続される上流側の上流接続部１１と、下流ケーシング２２の下流開口部２２ａに接続される下流側の下流接続部１２と、仕切弁１３と、圧損抑制孔１４と、を備えている。
分割板１０は、仕切弁１３の上端を除き、ケーシング２０に対して気密に接続されている。すなわち、分割板１０の上流接続部１１は上流ケーシング２１に、分割板１０の下流接続部１２は下流ケーシング２２に、分割板１０の下端における上流側は上流ケーシング２１に、分割板１０の下端における下流側は下流ケーシング２２に、仕切弁１３の上流端は上流ケーシング２１に、仕切弁１３の下流端は下流ケーシング２２に、それぞれ気密に接続されている。

上流接続部１１は、流れ方向に見て、上流開口部２１ａにおける縦中心線ＣＬより左側にある部分である左部に接続されている。上流接続部１１の形状は、上流開口部２１ａの左部の形状と同じとなっている。

同様に、下流接続部１２は、流れ方向に見て、下流開口部２２ａにおける縦中心線ＣＬより右側にある部分である右部に接続されている。下流接続部１２の形状は、下流開口部２２ａの右部の形状と同じとなっている。

分割板１０は、図１２に示すように、平面視において、上流ケーシング２１に上流接続部１１が接続された上流側が、上流開口部２１ａの中心から下流開口部２２ａの中心に向けて凸に湾曲している。同様に、下流ケーシング２２に下流接続部１２が接続された下流側が、下流開口部２２ａの中心から上流開口部２１ａの中心に向けて凸に湾曲している。
また、分割板１０は、図８、図１０及び図１２に示すように、正面視、側面視及び平面視において、略直線状の断面を有している。これにより、分割板１０は、平板を素材として、曲げ加工（プレス加工）により、簡単に製造できる。

ここで、説明は一部重複するが、上流開口部２１ａと下流開口部２２ａとは、流れ方向に見て、一部が重なるように配置されており、上流開口部２１ａと下流開口部２２ａとが重なる部分は、雫型になっている。そして、分割板１０は、流れ方向に見て、上流開口部２１ａと下流開口部２２ａとが重なる部分と同じように、雫型になっている。
また、分割板１０は、流れ方向に見て、上流開口部２１ａと下流開口部２２ａとが重なる部分の縦中心線ＣＬを中心とする略左右対称な形状を有している。これにより、分割板１０の加工がしやすくなっている。

仕切弁１３は、逆流を防止する板状の舌片であり、分割板１０の上部に設けられている。仕切弁１３は、ケーシング２０の内部空間において上流側と下流側との遷移部分に設けられ、上流ケーシング２１と下流ケーシング２２を跨ぐようにして、上流端が上流開口部２１ａにおける縦中心線ＣＬより右側にある部分である右部に接続され、下流端が下流開口部２２ａにおける縦中心線ＣＬより右側にある部分である右部に接続されている。仕切弁１３の上端は、螺旋流路Ｓ２に対して開放されている。このように構成された仕切弁１３により、上流ケーシング２１の内部の流れと下流ケーシング２２の内部の流れとを仕切れるので、下流側から上流側への逆流等によって流れが滞ることを抑制でき、螺旋流路Ｓ２における排気の流速を維持できる。

圧損抑制孔１４は、上流から下流へ排気を通過させる孔である。詳細には、圧損抑制孔１４は、上流排気流路Ｓ１からの排気を、螺旋流路Ｓ２を経ずに、直接、下流排気流路Ｓ３に通じさせ、排気による圧力の損失を抑制する（圧力の変化をなだらかにする）ための孔であり、流れ方向に見て、ケーシング２０の略中央に設けられる。
また、圧損抑制孔１４は、分割板１０の上部に設けられる。
具体的には、図４に示すように、圧損抑制孔１４は、中央に一つの孔を有し、その周囲に６つの孔を有し、６つの孔のそれぞれの中心を結ぶ線が正六角形を形成しており、合計７つの孔が互いに等ピッチで並んで配置されている。これにより、上流排気流路Ｓ１からの排気の主流は、向きを変えながら、螺旋流路Ｓ２を通って螺旋状にケーシング２０の内部空間を通過して下流排気流路Ｓ３に至り、一方で、上流排気流路Ｓ１からの排気の一部は、流れの向きをほとんど変えることなく圧損抑制孔１４を通過して下流排気流路Ｓ３に至ることができる。よって、分割板１０による排気の圧力損失を抑制（分割板１０の前後空間の圧力の変化をなだらかに）でき、内燃機関ＥＮＧの背圧を低減できる。なお、図４に示される実施形態に係る圧損抑制孔１４は、７つの孔で構成されているが、これに限らず、他の数の複数の孔で構成されてよく、単数であってもよく、孔の形状は真円でなくてもよく、各孔の大きさは適宜変えてもよい。

（インジェクタ３０）
次に、主に図４から図６を用いてインジェクタ３０について説明する。
図５は、螺旋流路Ｓ２の下流から見たインジェクタ本体３１の斜視図である。図６は、インジェクタ本体３１以外が非表示とされている図４における噴出方向ＩＮＪ矢視図である。

インジェクタ３０は、螺旋流路Ｓ２に尿素水等の還元剤を添加するための装置である。
図４に示すように、インジェクタ３０は、インジェクタ本体３１と、インジェクタ本体３１の一端に設けられ、タンク及びポンプ等の供給源（不図示）から供給された還元剤を噴出するノズル（不図示）を取り付け可能なノズル取付部３２と、ノズルから噴出された還元剤の経路上に配置され、ノズルから噴出された還元剤を衝突により微細化する当て板３３と、インジェクタ本体３１の他端に設けられ、微細化された還元剤を螺旋流路Ｓ２における排気中に拡散する制御羽根３４と、螺旋流路Ｓ２を流れる排気の一部を取り込む取込開口３５を備えている。なお、ノズルは、還元剤の噴出方向ＩＮＪが螺旋流路Ｓ２に沿うように設けられる。

インジェクタ本体３１は、筒状であり、一端及び他端がそれぞれ開口しており、その軸心が、ノズルからの還元剤の噴出方向ＩＮＪ及び螺旋流路Ｓ２に沿うように配置される。インジェクタ本体３１は、長手方向中央における噴出方向ＩＮＪを基準とする下部に取込開口３５を有している。これにより、ノズルから噴出された還元剤は、インジェクタ本体３１の一端の開口から入って他端の開口を抜けるようになっており、同時に、螺旋流路Ｓ２の上流側からの排気は取込開口３５から入って他端の開口を抜けるようになっている。

ノズル取付部３２は、ノズルからの還元剤の噴出経路となる開口を中央に有し、複数の取り付け孔を周縁に有するフランジを備えている。そして、ノズル取付部３２のフランジには、ボルト等によりノズルが取り付けられる。これにより、ノズルとインジェクタ３０との位置関係を確実に規定できる。

当て板３３は、図６に示すように、噴出方向ＩＮＪ方向に見て、インジェクタ本体３１の軸心（図６中の噴出方向ＩＮＪ）方向に、所定の長さでインジェクタ本体３１の内側に突出した板状体である。当て板３３がインジェクタ本体３１の内側に突出しているので、ノズルから噴出された尿素水等の還元剤を衝突させて粒径を小さくし、微細化できる。また、当て板３３がインジェクタ本体３１の内側に突出しているので、排気の熱によって比較的高温に維持できる。このため、還元剤の熱分解及び加水分解を促進できる。
なお、当て板３３は、噴出方向ＩＮＪ方向に見て、インジェクタ本体３１の内壁面からインジェクタ本体３１の軸心近傍（図６中の噴出方向ＩＮＪ近傍）まで至る長さを有していてもよい。これにより、ノズルから噴出されたより広範囲の還元剤を当て板３３に衝突させることができる。

当て板３３は、インジェクタ本体３１の周壁の一部をアルファベットのＵ字状に切り欠き、切り欠いた部分をインジェクタ本体３１の内側に向けて鋭角（例えば、１０度から６０度の角度）に折ることで形成されている。当て板３３は、折り目が還元剤の噴出方向ＩＮＪの上流側になり、自由端が還元剤の噴出方向ＩＮＪの下流側になるように配置されている。そして、インジェクタ本体３１における当て板３３に隣接する部分は、当て板３３と略同形状の開口となっている。
なお、当て板３３は、上記のようなインジェクタ本体３１の周壁の一部を切り欠くことによって形成する方法に限らず、インジェクタ本体３１とは別体の当て板３３を溶接等によってインジェクタ本体３１の内壁面に固定する方法によって形成してもよい。この際、インジェクタ本体３１における当て板３３に隣接する部分に設けられる当て板３３と略同形状の開口は、なくてもよい。

当て板３３は、図６に示すように、還元剤の噴出方向ＩＮＪに見て、インジェクタ本体３１の周壁の上部に設けられている。これは、螺旋流路Ｓ２を流れる排気の流れの影響により、ノズルから噴出された還元剤が噴出方向ＩＮＪに対して上部に押し流されるので、押し流された還元剤が衝突するようにするためである。これにより、当て板３３を、噴出方向ＩＮＪを基準として、取込開口３５の反対側に設けることができる。よって、当て板３３と取込開口３５とを対向して配置できるため、インジェクタ本体３１の長さを短縮でき、コンパクトにできる。
当て板３３は、図６に示すように、インジェクタ本体３１の周壁の上部に３箇所、円環状に等ピッチ（例えば、略６０度ピッチ）で配設されている。なお、当て板３３の個数は３に限らず、単数でも、３以外の複数であってもよい。
なお、インジェクタ本体３１の周壁に配置された複数の当て板３３は、複数の当て板３３を一体に形成した部品を作成してから、その部品をインジェクタ本体３１の周壁に溶接等の適宜の手段で固定することで形成してもよい。

制御羽根３４は、当て板３３によって微細化された還元剤を含むノズルから噴出された還元剤を、螺旋流路Ｓ２における排気中に拡散するものである。
制御羽根３４は、図５及び図６に示すように、インジェクタ本体３１の他端に設けられ、整流羽根３４ｓと、交差羽根３４ｖとを備えている。整流羽根３４ｓ及び交差羽根３４ｖは、板状体であり、円筒状の部品を素材として、その部品の端部に切り込みを入れた後に曲げ加工を施すことで形成できる。
整流羽根３４ｓは、自由端が、還元剤の噴出方向ＩＮＪと実質的に平行な平坦面を有している。ここで、本実施形態に係る整流羽根３４ｓは、インジェクタ本体３１の他端において、噴出方向ＩＮＪを基準とする対向する位置に、２つ設けられているが、これに限らず、単数であっても、２以外の複数であってもよい。
交差羽根３４ｖは、自由端が、還元剤の噴出方向ＩＮＪに対して斜めに交差する平坦面を有している。本実施形態に係る交差羽根３４ｖは、インジェクタ本体３１の他端において、噴出方向ＩＮＪを基準とする対向する位置に、２つ設けられているが、これに限らず、単数であっても、２以外の複数であってもよい。なお、平坦面は、螺旋形状に沿う曲面であってよい。この平坦面は還元剤の噴出方向ＩＮＪに対して斜めに交差するので、噴出方向ＩＮＪに流れる還元剤及び排気は、この平坦面によって偏向されて、螺旋状に拡散して流れるようになる。
したがって、インジェクタ本体３１を通過する排気及び還元剤は、整流羽根３４ｓの自由端における平坦面によって整流されて真っ直ぐに流れ、交差羽根３４ｖの自由端における平坦面によって螺旋状に拡散して流れる。これにより、螺旋流路Ｓ２の中に、更に螺旋流を形成でき、排気中に還元剤を効率的に混合できる。
このような制御羽根３４によれば、添加された還元剤を微細化するとともに、還元剤の熱分解及び加水分解を促進し、微細化された還元剤に螺旋流を生じさせることができ、螺旋流路Ｓ２を通る排気中に拡散させて混合させることができる。また、流速が高いので、還元剤がケーシング２０の内壁面に付着したままになることを抑制できる。よって、排気中の窒素酸化物ＮＯｘを、短い流れの距離、すなわち、限られた狭い空間で効率的に還元できる。
なお、本実施形態においては、円筒状の部品の素材として、その部品の端部に切り込みを入れた後に曲げ加工を施すことで形成できるようにするため、交差羽根３４ｖを２つ設け、整流羽根３４ｓを２つ設けた構成としたが、これに限らず、例えば、交差羽根３４ｖを３つ設け、整流羽根３４ｓを設けない構成とすることによっても、同様に形成できるとともに、より螺旋状に拡散する流れを強められる。

（レデューサ４０）
次に、主に図２及び図３を用いてレデューサ４０について説明する。
図２及び図３に示すように、レデューサ４０は、上流排気流路Ｓ１から上流開口部２１ａに向かうに連れて流路を縮小する上流レデューサ４１と、下流開口部２２ａから下流排気流路Ｓ３に向かうに連れて流路を拡大する下流レデューサ４２とを備えている。

上流レデューサ４１は、上流排気流路Ｓ１の断面と同等の断面を有する上流レデューサ入口４１ｉｎと、ケーシング２０の上流開口部２１ａの断面と同等の断面を有する上流レデューサ出口４１ｏｕｔと、を有している。
上流レデューサ入口４１ｉｎと上流レデューサ出口４１ｏｕｔとは、互いに断面が略平行になるように配置されている。
上流レデューサ出口４１ｏｕｔの断面は、上流レデューサ入口４１ｉｎの断面より小さくなっている。
上流レデューサ出口４１ｏｕｔは、ケーシング２０の上流開口部２１ａと同じように、楕円形状となっており、排気の流れ方向に見て、上流レデューサ入口４１ｉｎに対して偏心して配置されている。このように、上流レデューサ出口４１ｏｕｔは、楕円形状であるので、上流レデューサ入口４１ｉｎに対して上流レデューサ出口４１ｏｕｔが小さく、偏心していても、流路をできる限り確保できるとともに滑らかに流れを誘導できるので、圧力損失を抑制しつつ流速を変化させることができる。
上流レデューサ４１は、上流レデューサ入口４１ｉｎと上流レデューサ出口４１ｏｕｔを繋ぐように形成され、上流レデューサ入口４１ｉｎ及び上流レデューサ出口４１ｏｕｔを底面とする錐台状の立体における側面となるような側壁４１ｓを有している。
上流レデューサ４１は、上流排気流路Ｓ１を内部に形成するコンテナに対して連結するためのフランジ４１ｆを有している。
このように、上流レデューサ４１は、全体が漏斗のような形状となっているので、上流排気流路Ｓ１からの排気を、偏心させることで流れの向きを変えながら、流路を絞ることで流速を上げて、ケーシング２０の内部に向けて、圧力損失を抑制しつつ滑らかに誘導できる。

一方、下流レデューサ４２は、ケーシング２０の下流開口部２２ａの断面と同等の断面を有する下流レデューサ入口４２ｉｎと、下流排気流路Ｓ３の断面と同等の断面を有する下流レデューサ出口４２ｏｕｔと、を有している。
下流レデューサ入口４２ｉｎと下流レデューサ出口４２ｏｕｔとは、互いに断面が略平行になるように配置されている。
下流レデューサ出口４２ｏｕｔの断面は、下流レデューサ入口４２ｉｎの断面より大きくなっている。
下流レデューサ入口４２ｉｎは、ケーシング２０の下流開口部２２ａと同じように、楕円形状となっており、排気の流れ方向に見て、下流レデューサ出口４２ｏｕｔに対して偏心して配置されている。このように、下流レデューサ入口４２ｉｎは、楕円形状であるので、下流レデューサ出口４２ｏｕｔに対して下流レデューサ入口４２ｉｎが小さく、偏心していても、流路をできる限り確保できるとともに滑らかに流れを誘導できるので、圧力損失を抑制できる。
下流レデューサ４２は、下流レデューサ入口４２ｉｎと下流レデューサ出口４２ｏｕｔを繋ぐように形成され、下流レデューサ入口４２ｉｎ及び下流レデューサ出口４２ｏｕｔを底面とする錐台状の立体における側面となるような側壁４２ｓを有している。
下流レデューサ４２は、下流排気流路Ｓ３を内部に形成するコンテナに対して連結するためのフランジ４２ｆを有している。
このように、下流レデューサ４２は、全体が漏斗のような形状となっているので、螺旋流路Ｓ２からの排気を、滑らかに流路を拡大しながら、下流排気流路Ｓ３に向けて、圧力損失を抑制しつつ誘導できる。

（排気浄化装置１による作用）
以上説明した排気浄化装置１によって排気が浄化されるまでの作用を、排気の流れに沿って説明する。

図１に示すように、内燃機関ＥＮＧから排出された窒素酸化物ＮＯｘを含む排気は、排気浄化装置１に導かれる。

続いて、排気浄化装置１に導かれた排気は、上流排気流路Ｓ１に配置された酸化触媒ＤＯＣを通過する。その際、排気中の有害成分の一つである炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯは、酸化触媒ＤＯＣにより酸化浄化される。

酸化触媒ＤＯＣを通過した排気は、上流排気流路Ｓ１に配置されたディーゼル微粒子捕集フィルタＤＰＦを通過する。その際、排気中の粒子状物質は、ディーゼル微粒子捕集フィルタＤＰＦにより捕集される。

ディーゼル微粒子捕集フィルタＤＰＦを通過した排気は、ミキサ１００に導かれる。
ここで、ディーゼル微粒子捕集フィルタＤＰＦを通過した排気は、まず、上流レデューサ４１によって、偏向されるとともに、流速が増加する。

上流レデューサ４１を通過した排気は、ケーシング２０及び分割板１０によって画定された螺旋流路Ｓ２に沿って螺旋状に流れる。この際、上流レデューサ４１を通過した排気の一部は、圧損抑制孔１４を通じて、上流側から下流側に直接流れる。これにより、圧損抑制孔１４の近傍に圧力が集中することを低減でき、ケーシング２０内部の圧力分布を均一にできる。

螺旋流路Ｓ２に沿って流れる排気は、ケーシング２０における上流側と下流側との遷移部分（分割板１０の仕切弁１３の近傍）を通過すると、遷移部分を通過した排気の一部が取込開口３５を通過してインジェクタ本体３１の内部に至る。

同時に、インジェクタ３０に取り付けられたノズルから噴出されて霧状になった尿素水は、インジェクタ本体３１の内部に突出するように設けられた当て板３３に衝突して、更に微細化されるとともに、熱分解及び加水分解の反応をして、アンモニアＮＨ３を生成する。

生成されたアンモニアＮＨ３は、インジェクタ本体３１の内部に至った排気と合流し、互いに混ざり合いながら、制御羽根３４に至る。

制御羽根３４に至った排気とアンモニアＮＨ３は、制御羽根３４によって、整流と螺旋流とに分けられ、流速が過度に落とされることなく、均質に混ざり合っていく。

互いに混ざり合った排気及びアンモニアＮＨ３は、更に均質に混ざり合いながら、流速を維持しつつ、螺旋状に流れてケーシング２０から出て下流レデューサ４２に至る。

下流レデューサ４２に至った、互いに混ざり合った排気及びアンモニアＮＨ３の流れは、下流レデューサ４２によって徐々に偏向されて螺旋流路Ｓ２に沿う螺旋流から下流排気流路Ｓ３に沿う真っ直ぐな流れになり、流路断面が増加して流速が抑えられる。

下流レデューサ４２を通過した、互いに混ざり合った排気及びアンモニアＮＨ３は、下流レデューサ４２を通過すると、下流排気流路Ｓ３に配置された選択触媒還元装置ＳＣＲを通過する。

選択触媒還元装置ＳＣＲに至った、排気中の窒素酸化物ＮＯｘ及びアンモニアＮＨ３は、選択触媒還元装置ＳＣＲに担持された触媒の作用によって還元反応して分解され、窒素Ｎ２及び水Ｈ２Ｏになる。

そして、選択触媒還元装置ＳＣＲを通過すると、下流排気流路Ｓ３において選択触媒還元装置ＳＣＲより下流に配置されたアンモニアスリップ触媒ＡＳＣによって、選択触媒還元装置ＳＣＲを通過した排気に残存するアンモニアＮＨ３は捕獲され、窒素Ｎ２と水Ｈ２Ｏは、適宜、外気中に放出される。

このようにして、排気浄化装置１は、排気中の窒素酸化物ＮＯｘを効率的に浄化して、排気を無害にする。よって、排気浄化装置１の全体をコンパクトにできる。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明に係る排気浄化装置１は上述した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変化が可能である。

本発明によれば、下流排気流路Ｓ３に配置された選択触媒還元装置ＳＣＲと、選択触媒還元装置ＳＣＲより上流に配置されて内燃機関ＥＮＧからの排気の流れを螺旋状に導く螺旋流路Ｓ２を有するミキサ１００と、を備えた排気浄化装置１において、ミキサ１００は、上流開口部２１ａ及び下流開口部２２ａを有し、螺旋流路Ｓ２を内部に有するケーシング２０と、螺旋流路Ｓ２に突出して配置され、螺旋流路Ｓ２に還元剤を添加するインジェクタ３０と、上流開口部２１ａから下流開口部２２ａまで連なり、ケーシング２０の内部空間を上流側及び下流側に二分するように仕切るように配置されるとともに、螺旋流路Ｓ２を画定する分割板１０と、を備えるので、排気中に還元剤を均質に短い距離で混合できるとともに、排気の圧力損失を抑制できる。

次に、変形例について図１３〜図１５を用いて説明する。図１３は、本発明の実施形態に係る排気浄化装置のミキサの変形例であって、上流から見たミキサの斜視図である。図１４は、ミキサの変形例であって、レデューサが非表示とされているミキサの左側面図である。図１５は、ミキサの変形例であって、図８におけるＢ矢視断面図に相当する図面である。

図１３〜図１５に示すように、変形例のミキサ１０１は、ミキサ１００と同様に、筒状のケーシング２０と、ケーシング２０の内部空間を上流側及び下流側に二分するように仕切るように配置されてケーシング２０とともに螺旋流路Ｓ２を画定する分割板１０と、螺旋流路Ｓ２に突出して配置され、螺旋流路Ｓ２に還元剤を添加するインジェクタ１３０と、上流排気流路Ｓ１からケーシング２０までの遷移部分及びケーシング２０から下流排気流路までの遷移部分に設けられるレデューサ４０と、を備えている。
ケーシング２０は、上流ケーシング２１と下流ケーシング２２とを備えており、上流ケーシング２１には、上流開口部２１ａ、下流ケーシング２２には、下流開口部２２ａが設けられている。

（インジェクタ１３０）
図１３〜１５に示すように、インジェクタ１３０は、インジェクタ本体１３１と、インジェクタ本体１３１の一端に設けられ、タンク及びポンプ等の供給源（不図示）から供給された還元剤を噴出するノズル（不図示）を取り付け可能なノズル取付部１３２等を備えている。

変形例のミキサ１０１では、インジェクタ１３０を取り付ける位置と、インジェクタ１３０の向きを斜めにしている点で、ミキサ１００と異なる。
インジェクタ本体１３１は、筒状であり、一端及び他端がそれぞれ開口しており、その軸心が、ノズルからの還元剤の噴出方向ＩＮＪに沿うように配置されている。
また、インジェクタ１３０は、軸心が下流開口部２２ａ側に傾斜して設けられている。インジェクタ本体１３１は、上流ケーシング２１の上流開口部２１ａの近傍から、軸心が下流開口部２２ａを横切るよう傾斜して設けられている。

上述したミキサ１００の圧損抑制孔１４は、分割板１０に設けられており、中央に一つの孔を有し、その周囲に６つの孔を有し、６つの孔のそれぞれの中心を結ぶ線が正六角形を形成しており、合計７つの孔が互いに等ピッチで並んで配置されていた。
変形例のミキサ１０１の圧損抑制孔１１４は、分割板１０に設けられており、７つの孔の１列と、６つの孔の２列の合計１３個の孔によって構成されている。

上述したミキサ１００の上流レデューサ４１と、下流レデューサ４２は、それぞれフランジ４１ｆ、４２ｆを有していたが、変形例のミキサ１０１では、上流レデューサ１４１と、下流レデューサ１４２は、それぞれフランジが設けられていない構成となっている。

上述したミキサ１００では、逆流を防止する仕切弁１３を設けて構成していたが、変形例のミキサ１０１では、逆流を防止する仕切弁を設けないで構成している。

図４の破線で示したように、上述したミキサ１００では、インジェクタ本体３１がミキサ１００の内部まで突き出している構成であったが、変形例のミキサ１０１では、インジェクタ本体１３１はミキサ１３０の内部まで突き出さないように構成することもできる。この構成により、螺旋流路Ｓ２における排気の圧力損失を軽減させることができる。
変形例で説明したように種々の変形が可能である。

１ 排気浄化装置
１０ 分割板
１１ 上流接続部
１２ 下流接続部
１３ 仕切弁
１４、１１４ 圧損抑制孔
２０ ケーシング
２１ 上流ケーシング
２１ａ 上流開口部
２２ 下流ケーシング
２２ａ 下流開口部
３０、１３０ インジェクタ
３１、１３１ インジェクタ本体
３２、１３２ ノズル取付部
３３ 当て板
３４ 制御羽根
３４ｓ 整流羽根
３４ｖ 交差羽根
３５ 取込開口
４０ レデューサ
４１、１４１ 上流レデューサ
４１ｆ フランジ
４１ｉｎ 上流レデューサ入口
４１ｏｕｔ 上流レデューサ出口
４１ｓ 側壁
４２、１４２ 下流レデューサ
４２ｆ フランジ
４２ｉｎ 下流レデューサ入口
４２ｏｕｔ 下流レデューサ出口
４２ｓ 側壁
１００、１０１ ミキサ
Ｓ 排気流路
Ｓ１ 上流排気流路
Ｓ２ 螺旋流路
Ｓ３ 下流排気流路
ＣＬ 縦中心線
ＩＮＪ 噴出方向
ＡＳＣ アンモニアスリップ触媒
ＣＯ 一酸化炭素
Ｈ２Ｏ 水
ＨＣ 炭化水素
Ｎ２ 窒素
ＮＨ３ アンモニア
ＮＯｘ 窒素酸化物
ＤＯＣ 酸化触媒
ＤＰＦ ディーゼル微粒子捕集フィルタ
ＥＮＧ 内燃機関
ＳＣＲ 選択触媒還元装置

Claims (13)

1. 下流排気流路に配置された選択触媒還元装置と、前記選択触媒還元装置より上流に配置されて内燃機関からの排気の流れを螺旋状に導く螺旋流路を有するミキサと、を備えた排気浄化装置において、
   前記ミキサは、
   上流開口部及び下流開口部を有し、前記螺旋流路を内部に有するケーシングと、
   前記螺旋流路に配置され、前記螺旋流路に還元剤を添加するインジェクタと、
   前記ケーシングの内部空間を上流側及び下流側に二分するように仕切るように配置されるとともに、前記螺旋流路を画定する分割板と、を備え、
   前記上流開口部及び前記下流開口部は、排気の流れ方向に見て、前記ケーシングの中心に対して偏心し、互いに重なる部分を有するように配置される
   ことを特徴とする排気浄化装置。
2. 前記上流開口部は、前記内燃機関からの上流排気流路より狭く、前記下流開口部は、前記下流排気流路より狭い
   ことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 前記分割板は、前記上流開口部から前記下流開口部まで連なる
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の排気浄化装置。
4. 前記上流開口部は、流れ方向に見て、前記インジェクタの位置に対して前記ケーシングの中心を基準として反対側に偏心している
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
5. 前記上流開口部は、前記流れ方向に見て、前記インジェクタの位置と重ならないように配置される
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
6. 前記上流開口部及び前記下流開口部は、前記流れ方向に見て左右対称に配置される
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
7. 前記分割板は、流れ方向に見て、前記上流開口部及び前記下流開口部の前記重なる部分の縦中心線を中心とする左右対称な形状を有する
   ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
8. 前記重なる部分は、前記流れ方向に見て前記ケーシングの中心部分に形成される
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
9. 前記分割板は、上流から下流へ排気を通過させる圧損抑制孔を有する
   ことを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
10. 前記圧損抑制孔は、前記分割板のうち、流れ方向から見て、前記上流開口部と前記下流開口部との前記重なる部分に配置される
    ことを特徴とする請求項９に記載の排気浄化装置。
11. 前記分割板は、逆流を防止する仕切弁を有する
    ことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
12. 前記インジェクタは、軸心が前記下流開口部側に傾斜して設けられている
    ことを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の排気浄化装置。
13. 前記ケーシングは、一端側で前記上流開口部を形成する筒状の第１ケースと、一端側で前記下流開口部を形成する筒状の第２ケースとを、それぞれの他端側同士を結合してなり、前記上流開口部と前記下流開口部とを直接的に連通させる筒状の内部空間を有し、
    前記分割板は、前記ケーシングとは別の一ピースの部材であり、前記第１ケース及び前記第２ケースのそれぞれに結合され、前記ケーシングの前記内部空間内に前記螺旋流路を画定する態様で、前記ケーシングの前記内部空間を上流側及び下流側とに仕切る
    ことを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の排気浄化装置。

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