JP2009024654A - 内燃機関の排気浄化装置、ミキサープレート、及びミキサーユニット、並びにミキサープレート用プレス成型装置 - Google Patents

Abstract

【課題】還元剤を排気ガス中に効率的に混合拡散させるとともに、通過した還元剤の噴霧分布を定常化させて、還元触媒の入口面に対して流入させることができる排気浄化装置、ミキサープレート、ミキサーユニット及びミキサープレート用プレス成型装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の排気通路中に配置された還元触媒と、還元触媒の上流側で排気通路内に還元剤を噴射するための還元剤噴射部と、を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、還元触媒の上流側、かつ、還元剤噴射部による噴射位置よりも下流側に、還元剤及び排気ガスを混合拡散させるための混合拡散手段として、基板としてのプレートに切り込みが加えられるとともに一部がプレートと繋がれた状態で形成された複数のフィン部がプレート面から折り曲げられて構成され、複数のフィン部が折り曲げられることにより形成された開口部が排気ガスの通過路とされたミキサープレートを備えることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関から排出される排気ガス中の窒素酸化物を還元浄化するための排気浄化装置、及びそのような排気浄化装置に用いられるミキサープレート、ミキサーユニット、並びにミキサープレート用プレス成型装置に関する。

従来、内燃機関から排出される排気ガス中に含まれる窒素酸化物（以下、ＮＯ_Xと称する。）を除去するために、液体還元剤の噴射装置と選択還元触媒とを備えた排気浄化装置が知られている。かかる排気浄化装置は、還元触媒の上流側で排気ガス中に尿素水溶液等の液体還元剤を噴霧し、混合した上で還元触媒に流入させ、還元触媒中で液体還元剤が加水分解して生成されるアンモニアと窒素酸化物とを還元反応させることによって窒素酸化物が浄化されるようになっている。

排気通路中に還元剤を供給する装置としては、混合室内で圧縮空気を液体還元剤と混合して霧化した後に排気管中のノズルから供給する、いわゆるエアアシストタイプの装置や、排気管に取り付けられたインジェクタに液体還元剤を圧送し、噴射孔上流部のニードルバルブを開弁することによってインジェクタから排気通路内に還元剤の噴霧を行うインジェクションタイプの装置がある。このうち、インジェクタを用いて還元剤の噴霧を行うタイプでは、還元剤の粒子が拡散されにくく、還元触媒の入口面に流入する噴霧分布が偏りやすくなっている。

噴霧された還元剤の分布が偏った状態で還元触媒の入口面に対して流入すると、還元剤の流入量が多い領域においては生成されるアンモニアのうち窒素酸化物の還元反応に用いられなかったアンモニアがそのまま大気中に放出され、還元剤の流入量が少ない領域においては排気ガス中の窒素酸化物が十分に還元されずにそのまま大気中に放出されるおそれが生じる。そのため、還元触媒に到達する液体還元剤の分布が均一になるように、排気通路中にミキサを配置することが行われている。

例えば、図１０に示すように、エンジン３１１の排気管３１６に設けられた選択還元型触媒３２４と、選択還元型触媒３２４より排ガス上流側の排気管３１６に設けられ選択還元型触媒３２４に向けて尿素系液体３３２を噴射可能な液体噴射ノズル３２９とを備え、液体噴射ノズル３２９から噴射された液体３３２を排ガスに混合可能に構成されたミキサ３５１が液体噴射ノズル３２９と選択還元型触媒３２４の間の排気管３１６に設けられ、ミキサ３５１が、軸線方向に排ガスを通過可能な筒部３５２ａを有するミキサ本体３５２と、筒部３５２ａの内部の排ガスの通過を遮るようにミキサ本体３５２に所定の間隔をあけて設けられ複数のガス孔がそれぞれ形成された複数枚の仕切板３５３とを備え、複数のガス孔は隣接する仕切板３５３に形成された複数のガス孔と筒部３５２ａの軸線方向に重ならないように形成される排気浄化装置が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００３−２３２２１８号公報 （図２）

しかしながら、特許文献１に記載の排気浄化装置では複数の仕切板３５３のそれぞれのガス孔を、筒部３５２ａの軸線方向に重ならないようにすることによって排気ガスを蛇行させ、混合性を高めるようにされているものの、ミキサ本体３５２を通過した還元剤混合排気ガスの分布を強制的に定常化させることについては特に考慮されていない。すなわち、特許文献１に記載の排気浄化装置は、ミキサ本体３５２の上流側で排気ガスの分布にばらつきがある場合には、ミキサ本体３５２を通過した排気ガスについても分布のばらつきをもったまま還元触媒に流入するおそれがある。そのため、還元触媒の全面を利用してＮＯ_Xの還元を行うことができず、ＮＯ_Xの還元効率が低下するおそれがある。

そこで、本発明の発明者は鋭意努力し、排気浄化装置に備えられる混合拡散手段として、プレート部材からフィン部を切り出して折り曲げ、折り曲げ箇所を排気ガスの通過路として構成したミキサープレートを用いることによりこのような問題が解決できることを見出し、本発明を完成させたものである。
すなわち、本発明は、還元剤を排気ガス中に効率的に混合拡散させるとともに、通過した還元剤の噴霧分布を定常化させて、還元触媒の入口面に対して流入させることができる排気浄化装置を提供することを目的とする。また、本発明の別の目的は、そのような排気浄化装置に用いられるミキサープレート及びミキサーユニット、並びに、そのようなミキサープレートを効率的に製造可能なミキサープレート用プレス成型装置を提供することである。

本発明によれば、内燃機関の排気通路中に配置された還元触媒と、還元触媒の上流側で排気通路内に還元剤を噴射するための還元剤噴射部と、を備えた内燃機関の排気浄化装置であって、還元触媒の上流側、かつ、還元剤噴射部による噴射位置よりも下流側に、還元剤及び排気ガスを混合拡散させるための混合拡散手段として、基板としてのプレートに切り込みが加えられるとともに一部がプレートと繋がれた状態で形成された複数のフィン部がプレート面から折り曲げられて構成され、複数のフィン部が折り曲げられることにより形成された開口部が排気ガスの通過路とされたミキサープレートを備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置が提供され、上述した問題を解決することができる。

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、複数のフィン部の折り曲げ方向が少なくとも二方向以上とされることが好ましい。

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、ミキサープレートの上流側の面に、複数の通路に区分されたパイプ通路部を備えることが好ましい。

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、ミキサープレートのそれぞれの開口部は、パイプ通路部を構成する複数の通路と連通することが好ましい。

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置を構成するにあたり、ミキサープレート又はパイプ通路部のうちの少なくとも一つを加熱するための加熱装置を備えることが好ましい。

また、本発明の別の態様は、排気ガス中のＮＯ_Xを還元剤を用いて還元浄化する内燃機関の排気浄化装置に用いられ、排気通路中に供給される還元剤及び排気ガスを混合拡散させるためのミキサープレートであって、基板としてのプレートに切り込みが加えられるとともに一部がプレートと繋がれた状態で形成された複数のフィン部がプレート面から折り曲げられて構成され、複数のフィン部が折り曲げられることにより形成された開口部が排気ガスの通過路とされることを特徴とするミキサープレートである。

また、本発明のさらに別の態様は、排気ガス中のＮＯ_Xを還元剤を用いて還元浄化する内燃機関の排気浄化装置に用いられ、排気通路中に供給される還元剤及び排気ガスを混合拡散させるためのミキサーユニットであって、基板としてのプレートに切り込みが加えられるとともに一部がプレートと繋がれた状態で形成された複数のフィン部がプレート面から折り曲げられて構成され、複数のフィン部が折り曲げられることにより形成された開口部が排気ガスの通過路とされたミキサープレートと、複数の通路に区分けされ、ミキサープレートの上流側の面に取り付けられたパイプ通路部と、を備えることを特徴とするミキサーユニットである。

また、本発明のさらに別の態様は、内燃機関の排気浄化装置に用いられ、基板としてのプレートに切り込みが加えられるとともに一部がプレートと繋がれた状態で形成された複数のフィン部がプレート面から折り曲げられて構成され、複数のフィン部が折り曲げられることにより形成された開口部が排気ガスの通過路とされたミキサープレートを成型するためのミキサープレート用プレス成型装置であって、互いの間にプレート部材を挟みこんでプレスを行う上部治具及び下部治具を備え、上部治具及び下部治具は、それぞれ、プレス方向に対して傾斜したプレス面を有する複数のプレス治具本体と、複数のプレス治具本体が固定された固定治具と、を備え、上部治具及び下部治具の複数のプレス治具本体は、それぞれ対をなすように配置され、対をなす上部治具及び下部治具のプレス治具本体のプレス面は、プレス方向に対して同一方向に傾斜したプレス面を有しており、上部治具及び下部治具の複数のプレス治具本体は着脱可能に構成されることを特徴とするミキサープレート用プレス成型装置である。

本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、プレートから切り出され折り曲げられたフィン部を備え、フィン部の折り曲げ箇所が排気ガスの通過路とされたミキサープレートを備えることにより、還元剤が噴霧された排気ガスに乱流や方向流を発生させることができる。したがって、還元剤を排気ガス中に混合拡散させるとともに、ミキサープレートの上流側で排気ガス及び還元剤の分布にばらつきがある場合であっても、還元触媒の入口面に対して均一に分散させて流入させることができる。その結果、還元触媒の全面を利用してＮＯ_Xを還元させることができ、効率的にＮＯ_Xの低減を図ることができる。

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、複数のフィン部の折り曲げ方向が少なくとも二方向以上となっていることにより、ミキサープレートを通過する還元剤混合排気ガスの進行方向の偏りをなくして乱流や方向流を生じさせ、還元剤混合排気ガスを効率的に分散させることができる。

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、ミキサープレートの上流側に所定のパイプ通路部を備えることにより、噴霧された還元剤を確実に衝突させることができるとともに、パイプ通路部における還元剤の噴霧の分布を定常的に管理できるようになる。そのため、後段のミキサープレートのフィン部の折り曲げ方向を調節することによって、還元触媒の入口面に対して還元剤混合排気ガスを均一に分布させて流入させることができる。

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、ミキサープレートの開口部とパイプ通路部の複数の通路とが連通していることにより、定常的に管理される還元剤の噴霧の分布を維持しつつ、ミキサープレートの開口部を通過させてフィン部によって乱流及び方向流を与えることができる。

また、本発明の内燃機関の排気浄化装置において、ミキサープレート又はパイプ通路部に加熱装置を備えることにより、付着する還元剤の結晶化が防止されるとともに、還元剤の蒸発を促進させて排気ガス中に拡散させやすくすることができる。

また、本発明のミキサープレートによれば、所定の開口部及びフィン部を備えているために、開口部を通過する還元剤混合排気ガスに乱流や方向流を発生させて、還元剤を排気ガス中に混合拡散させることができるとともに、還元触媒の入口面に対して均一に分散させて流入させることができる。したがって、還元触媒の全面を利用してＮＯ_Xを還元させることができるようになる。

また、本発明のミキサーユニットによれば、ミキサープレートの上流側にパイプ通路部を備えているために、ミキサープレートを通過させる還元剤の噴霧の分布を定常的に管理することができるようになる。そのため、ミキサープレートのフィン部の折り曲げ方向を調節することによって、還元触媒の入口面に対して還元剤混合排気ガスを均一に分布させて流入させることができる。

また、本発明のミキサープレート用プレス成型装置によれば、フィン部に対応するブロックごとに独立したプレス治具本体を備えているために、フィン部の折り曲げ方向が異なる複数種のミキサープレートであっても、それぞれ別個にプレス金型を準備することなく同一のプレス成型装置でプレス成型することができる。したがって、複数種のミキサープレートを生産したり、仕様変更があったりした場合であっても、生産コストの上昇を抑えて、安価にミキサープレートを製造することができる。

以下、図面を参照して、本発明の内燃機関の排気浄化装置、ミキサープレート及びミキサーユニットに関する実施形態について具体的に説明する。ただし、かかる実施形態は本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。
なお、図面中、同一の符号が付されたものについては同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。

［第１の実施の形態］
１．排気浄化装置
図１は、本発明の実施の形態にかかるミキサーユニットを備えた内燃機関の排気浄化装置（以下、単に「排気浄化装置」と称する）１０の構成を示す断面図である。
本実施形態にかかる排気浄化装置１０は、内燃機関５に接続された排気管２５と、排気管２５の途中に接続された還元触媒１３と、還元触媒１３の上流側で排気通路内に還元剤を噴射する還元剤噴射装置３０とを備えている。また、還元触媒１３の上流側及び下流側には、上流側酸化触媒１９及び下流側酸化触媒１７がそれぞれ配置されている。

内燃機関５はディーゼルエンジンやガソリンエンジンが典型的であるが、現状において排気ガス中のＰＭやＮＯ_Xの浄化度合いが課題とされるディーゼルエンジンを対象とすることが適している。

また、還元剤噴射装置３０は、還元剤の貯蔵タンク３１と、貯蔵タンク３１内の還元剤を圧送するポンプ３３と、還元剤を排気通路内に噴射する還元剤噴射弁３５とを備えている。ポンプ３３は、例えば電動ポンプが用いられ、還元剤の供給経路３７内の圧力が所定の圧力に維持されるように制御されている。また、還元剤噴射弁３５は、例えば、ＤＵＴＹ制御により開弁のＯＮ−ＯＦＦを制御するＯＮ−ＯＦＦ弁からなり、還元触媒１３の上流側において、噴射孔が排気通路内を望むように排気管２５に取り付けられている。
この還元剤噴射装置３０によって噴射される還元剤の量は、内燃機関５の回転数や負荷状態、燃料噴射量等を基に推定される排出ＮＯ_X量に応じて決定され、この噴射量に応じて還元剤噴射弁３５のＤＵＴＹ制御が行われるようになっている。

用いられる還元剤としては、尿素水溶液が典型的である。例えば、この尿素水溶液を使用した場合には、排気通路中に噴射された尿素が排気ガス中の熱によって加水分解することによりアンモニア（ＮＨ₃）が生成され、このＮＨ₃と排気ガス中のＮＯ_X（ＮＯやＮＯ₂）が還元触媒中で反応することによりＮＯ_Xが還元され、窒素（Ｎ₂）と水（Ｈ₂Ｏ）に分解されて排出される。
これ以外にも、未燃燃料（ＨＣ）等、ＮＯ_Xを還元させることができる材料を液体還元剤として使用することができる。

本実施形態の排気浄化装置１０に用いられる還元触媒１３は、排気ガス中に含まれるＮＯ_Xを選択的に還元浄化する、選択還元式の還元触媒である。この還元触媒１３は、公知のもの、例えば、多孔質担体上に、活性成分としてのストロンチウム又はバリウム、及びマグネシウム等のアルカリ土類金属や、セリウムとランタン等の希土類金属、白金とロジウム等の貴金属等を含むものを用いることができる。

また、この還元触媒１３の上流側であって、かつ、還元剤噴射弁３５の噴射位置の下流側では、後述するミキサーユニット１１が排気管に挟み込まれるようにして取り付けられている。そして、上述の還元剤噴射弁３５は、噴射された還元剤がミキサーユニット１１に対して衝突するように噴射方向を定められて取り付けられている。

また、還元触媒１３の下流側には下流側酸化触媒１７が配置され、仮に、還元剤としての尿素水溶液が加水分解されて生成されたアンモニアがスリップして、還元触媒１３をそのまま通過した場合であっても、この下流側酸化触媒１７によって酸化させ、比較的有害性の低いＮＯ₂にして放出させることができるようになっている。
また、還元触媒１３の上流側には上流側酸化触媒１９が配置され、排気ガス中に含まれるＮＯが酸化されてより還元剤と反応しやすいＮＯ₂が生成されるとともに、一酸化炭素（ＣＯ）が酸化されて二酸化炭素（ＣＯ₂）が生成され、還元反応を生じさせやすい比率となるようにされている。そして、これらの酸化反応を生じる際に発生する酸化熱を後述するミキサーユニット１１や還元触媒１３に流入させることができ、ミキサーユニット１１を加熱するとともに還元触媒１３を昇温活性化させることができる。
これらの上流側酸化触媒１９及び下流側酸化触媒１７としては、公知のもの、例えば、アルミナに白金を担持させたものに所定量のセリウム等の希土類元素を添加したものを用いることができる。

２．ミキサーユニット
次に、本実施形態の排気浄化装置１０に備えられたミキサーユニット１１について詳細に説明する。図２（ａ）はミキサーユニット１１の構成例を示す斜視図であり、図２（ｂ）はミキサーユニット１１をミキサープレート５４側から見た正面図であり、図２（ｃ）はミキサーユニット１１の側面図である。また、図３は図２のミキサーユニット１１を構成部品ごとに分解して示した分解斜視図である。
このミキサーユニット１１は、噴射された還元剤を微粒化しつつ排気ガスと混合し、拡散させるためのものであり、前面プレート５１と、パイプ通路５２と、ガイドフランジ５３と、ミキサープレート５４とを備えた構成となっている。

ガイドフランジ５３は、ステンレス製のパイプを切断し、追加工されて構成されたものであり、所定の厚みを有するとともに、内周部５３ａにパイプ通路５２が配置固定されている。パイプ通路５２は、引抜成形又は押出成形によって形成されたステンレスパイプ５２ａを複数個束ねて溶接するとともに、所望の長さに切断して構成されたものである。このパイプ通路５２の長さはガイドフランジ５３の厚みと実質的に一致するようにされている。

また、内周部５３ａにパイプ通路５２が配置固定されたガイドフランジ５３を挟み込むように、前段の前面プレート５１及び後段のミキサープレート５４が溶接等によって固定されている。
前面プレート５１は、ステンレス等のプレートを打ち抜き加工されたものであり、パイプ通路５２を構成する複数のステンレスパイプ５２ａの開口部の外形に一致するように開口部５１ａが形成されている。これによって、ミキサーユニット１１に流れ込む排気ガスは、パイプ通路５２の複数のステンレスパイプ５２ａを確実に通過するようになっている。

また、ミキサープレート５４は、基板としてのプレート５８に切り込みが加えられるとともに一部がプレート５８と繋がれた状態で形成された複数のフィン部５５がプレート面から折り曲げられて構成され、複数のフィン部５５が折り曲げられることにより形成された開口部５６が排気ガスの通過路とされたものである。
このミキサープレート５４は、ステンレス等のプレート５８を打ち抜き加工やレーザー加工により不要な部分を切除して、底辺がプレート５８に繋がれた台形状の複数のフィン部５５を形成するとともに、このフィン部５５を折り曲げることによって構成されている。図２の例では、複数のフィン部５５は一列置きに図中上側及び下側に交互に折り曲げられている。そして、フィン部５５が折り曲げられた方向が後段を向くようにして、ミキサープレート５４がガイドフランジ５３に固定されている。

ミキサープレート５４における複数のフィン部５５の、プレートと繋げられる位置や折り曲げ方向については、生じさせる還元剤混合排気ガスの流れによって様々な選択が可能である。
例えば、図２に示すミキサープレート５４では、複数のフィン部５５が一列置きに交互に上下方向に折り曲げられており、通過する排気ガスに乱流を発生させることができるように構成されている。また、図４（ａ）は、複数のフィン部５５のうちの外側に位置するフィン部５５を一定の円周方向に向けて折り曲げたミキサープレート５４Ａであり、通過する還元剤混合排気ガスにスワール流を発生させることができるように構成されている。また、図４（ｂ）は、図中上下左右方向への折り曲げを組み合わせて構成した複数のフィン部５５を備え、通過する還元剤混合排気ガスに乱流を発生させることができるように構成されたミキサープレート５４Ｂである。さらに、図４（ｃ）は、複数のフィン部５５が全体的にミキサープレート５４Ｃの中央から外側方向に向くように折り曲げられるとともに、外側に位置するフィン部５５を一定の円周方向に向けて折り曲げたミキサープレート５４Ｃである。

このように構成されるミキサーユニット１１の各部材は、互いに一部が溶接されて固定されているとともに、ミキサーユニット１１は排気管に挟み込まれるようにして取り付けられるために、気密性が確保されるとともに強度が確保されるようになっている。
なお、フィン部５５の折り曲げ方向に関して、図２及び図３の例では、複数のフィン部５５がガイドフランジ５３側とは反対側に向けて折り曲げられているが、一部あるいはすべてのフィン部５５をガイドフランジ５３側に折り曲げて構成することもできる。

次に、図２に示すミキサーユニット１１中を還元剤が通過する際の様子について、図５を参照しつつ説明する。図５は、図２（ｂ）のＸＸ断面を矢印方向に見た断面図を示している。
上述したように、本実施形態の排気浄化装置では、還元剤噴射弁から噴射供給される還元剤は、排気通路の軸方向に対して斜め方向からミキサーユニット１１に向けて噴射されるため、パイプ通路５２を構成するステンレスパイプ５２ａの内面（図中ステンレスパイプ５２ａの下側の面）に衝突する。このステンレスパイプ５２ａは長さを持った通路となっているために、噴射された還元剤は確実に衝突するようになっている。そのため、パイプ通路５２が排気ガスの熱によって高温になっているのであれば、蒸発作用によっても微粒化が促進されるようになる。

また、パイプ通路５２は複数の通路（ステンレスパイプ５２ａ）に区分けされて構成されているため、ミキサーユニット１１に向けられて噴射される還元剤が各通路内を通過するようになり、このパイプ通路５２を通過する時点で、軸方向断面方向の還元剤の分布が定常化させられることになる。

次いで、それぞれの通路（ステンレスパイプ５２ａ）を通過した還元剤は、それぞれ連通するミキサープレート５４の開口部５６を通過して、フィン部５５によって流れ方向が制御されてミキサーユニット１１の下流側に導かれる。図５は、フィン部５５が上方側を向くように折り曲げられている位置での断面図であるため、この断面上のパイプ通路５２を通過する還元剤は、複数のフィン部５５によって進行方向を上方側に向けられて通過する（図中の実線の矢印）。また、この断面以外の位置での複数のフィン部５５は下方側を向くように折り曲げられているものもあり、そのような位置では、還元剤は進行方向を下方側に向けられて通過する（図中の点線の矢印。）したがって、このミキサーユニット１１を通過する還元剤混合排気ガスは乱流となって、下流側の排気管中に拡散されるようになる。

ミキサーユニット１１を通過する還元剤混合排気ガスにいかなる流れが生じるようになるかは、フィン部５５の折り曲げ方向によって制御することができ、図４（ａ）〜（ｃ）に例示されるように、フィン部５５の折り曲げ方向を適宜変更すれば、所望の流れを生じさせることができる。また、本実施形態のようにパイプ通路５２を備えた構成であれば、パイプ通路５２を通過する段階で還元剤の分布を一定化できるために、ミキサープレート５４を通過し、所望の流れが生じる還元剤が比較的均一に分布して拡散されるようになる。

このように、本実施形態のミキサーユニット１１では、還元剤噴射弁３５から噴射された還元剤がパイプ通路５２によって分布を一定化された後、ミキサープレート５４によってスワール流や乱流を生じさせられるために、排気通路の軸方向全面に比較的均一に拡散させることができる。その結果、還元触媒の入口面全面に対して均一に流入させることができるため、還元触媒全体を利用してＮＯ_Xの還元を効率的に行うことができる。

また、図１に示すように、本実施形態の排気浄化装置１０では、還元剤噴射弁３５の噴射方向が還元剤拡散手段１１に向けられるように配置されており、噴射される還元剤は還元剤拡散手段１１に向かって進行するようになっている。したがって、還元剤は還元剤拡散手段１１に向けて直接的に吹き付けられ、還元剤の蒸発による霧化がより促進させられる。このとき、噴射される還元剤がミキサーユニット１１に到達するときの噴射範囲が、ミキサーユニット１１の外側にはみ出さないように配置されれば、還元剤の微粒化、拡散効果を最大限に得ることができるとともに、還元剤がミキサーユニット１１以外の箇所に付着して結晶化するおそれを低減することができる。

３．応用例
これまで説明した排気浄化装置は、パイプ通路とミキサープレートとを含む構成のミキサーユニットを混合拡散手段として備えていたが、これ以外にも種々の変形が可能である。
例えば、ミキサーユニットのうちのパイプ通路等を省略してミキサープレート５４のみを備えた構成とすることができる。このように構成した場合には、噴射された還元剤がミキサープレート５４の開口部５６を通過する際に液膜破壊されて微粒化が促進されるとともに、フィン部５５によって流れ方向を制御され、スワール流や乱流を生じさせることができる。したがって、還元剤が排気ガス中に拡散させられ、還元触媒の入口面全面に均一に分布して流入し、還元触媒の全体を利用してＮＯ_Xの還元を行うことができる。このように構成する場合においても、噴射方向を直接ミキサープレート５４側に向けて還元剤噴射弁を配置することが好ましい。

また、図２に示すようなミキサーユニット１１の下流側に、さらに一つあるいは複数のミキサープレート５４を配置したり、ミキサープレート５４を複数枚配置したりして構成することもできる。このように全体として複数のミキサープレート５４を備える場合において、フィン部の折り曲げの構成が同一のミキサープレートをそれぞれ回転位置を異ならせて配置したり、あるいは、フィン部の折り曲げ構成が異なる複数のミキサープレート５４を使用したりすることが好ましい。このような構成であれば、それぞれのミキサープレートを通過する還元剤の噴霧が蛇行させられ、還元剤の微粒化がさらに促進されるとともに、排気ガス中へ効率的に拡散させることができる。

また、還元剤の微粒化を促進し、排気ガス中に拡散させやすくするために、パイプ通路やミキサープレートを加熱するための加熱装置を備えることもできる。例えば、電熱線やグロープラグをパイプ通路やミキサープレートに接するように取り付けることができる。

［第２の実施の形態］
本発明にかかる第２の実施の形態は、第１の実施の形態で説明したミキサープレート５４を製造するためのプレス成型装置８０であって、複数のフィン部５５の折り曲げ方向が異なるミキサープレート５４を製造する場合であっても、それぞれ金型を準備することなくプレス成型することができるミキサープレート用プレス成型装置（以下、単に「プレス成型装置」と称する。）８０である。

図６は、本実施形態のプレス成型装置８０を示す斜視図を示し、図７は、プレス成型装置８０を分解して表した分解斜視図を示している。
これらの図に示すように、本実施形態のプレス成型装置８０は、上部治具８１と下部治具９１とを備えている。これらの上部治具８１及び下部治具９１は、それぞれ固定治具８２、９２と複数のプレス治具本体８３、９３と長さ調整用リング８４、９４とを主たる要素として構成されている。

このうち、下部治具９１のプレス治具本体９３は、ミキサープレートの各フィン部に対応して個々独立して備えられ、それぞれのプレス治具本体９３の上端面がプレス方向に対して傾斜したプレス面９３ａとされ、下端面にはスナップリング９５が係止される係止溝（図示せず）が設けられた突起部９３ｂを備えている。プレス治具本体９３のプレス面９３ａの傾斜角度は、形成するミキサープレートのフィン部の折り曲げ角度に合わせて調整されている。

また、下部治具９１の固定治具９２には、ガイドピン挿入孔９２ａと、固定用ボルト挿入孔９２ｂと、スプリング挿入孔９２ｃと、プレス治具本体９３が挿入される矩形の溝部９２ｄとが設けられている。このうち、ガイドピン挿入孔９２ａには、上部治具８１との位置決め用のガイドピン９６が圧入固定されており、スプリング挿入孔９２ｃには、プレス時に上部治具８１からの加重を受けて変形するスプリング９７が配設されている。また、固定用ボルト挿入孔９２ｂには固定用ボルト９８が挿入され、プレス機本体に対して固定されるようになっている。

また、プレス治具本体９３が挿入される矩形の溝部９２ｄはプレス治具本体９３に対応して複数設けられており、この溝部９２ｄの底面にはプレス治具本体９３の突起部９３ｂが挿入される孔部（図示せず）が設けられている。そして、溝部９２ｄ内にプレス治具本体９３を挿入するとプレス治具本体９３の突起部９３ｂが溝部９２ｄ内の孔部から突き出るようになっており、突起部９３ｂに形成された係止溝にスナップリング９５が係止されてプレス治具本体９３が固定されるようになっている。

また、長さ調整用リング９４は、ガイドピン摺動孔９４ｂが設けられ、ガイドピン９６によって位置決めされるとともにスプリング９７によって支持されている。また、長さ調整用リング９４の中央の開口部９４ａからは、プレス治具本体９３が突出するようになっている。

また、上部治具８１のプレス治具本体８３は、下部治具９１のプレス治具本体９３と同様に、ミキサープレートの各フィン部に対応して個々独立して備えられ、それぞれのプレス治具本体８３の下端面がプレス方向に対して傾斜したプレス面８３ａとされ、上端面にはスナップリング８５が係止される係止溝（図示せず）が設けられた突起部８３ｂを備えている。ただし、上部治具８１のプレス治具本体８３のプレス面８３ａと、対応する下部治具９１のプレス治具本体９３のプレス面９３ａとは、プレス方向に対して同一方向に傾斜したプレス面８３ａとなっており、互いのプレス面でフィン部をプレスできるようになっている。

また、上部治具８１の固定治具８２には、固定用ボルト挿入孔８２ａと、プレス治具本体が挿入される矩形の溝部（図示せず）とが設けられている。矩形の溝部については、下部治具９１の固定治具９２の溝部９２ｄと同様に構成され、プレス治具本体８３が挿入されるとプレス治具本体８３の突起部８３ｂが孔部８２ｃを介して突き出るようになり、突起部８３ｂに設けられた係止溝にスナップリング８５が係止されて、プレス治具本体８３が固定されている。

また、長さ調整用リング８４には、ガイドピン摺道孔８４ｂ及び固定用ボルト挿入孔８４ｃが設けられている。ガイドピン摺道孔８４ｂは、下部治具９１に備えられたガイドピン９６が摺動可能になっている。また、固定用ボルト挿入孔８４ｃには、固定治具８２の固定用ボルト挿入孔８２ａとともに固定用ボルト８８が挿入され、プレス機本体に対して固定されるようになっている。また、長さ調整用リング８４の中央の開口部８４ａには、各プレス治具本体８３が挿通できる開口８９ａが設けられたプレート８９が配設されており、プレス時には、プレス治具本体８３が突出するようになっている。

次に、上述したプレス成型装置を用いてミキサープレートのプレス成型を行う動作について説明する。
まず、ミキサープレートの基体としてのステンレス等からなるプレートを、レーザー加工や打ち抜き加工によって不要な部分を切除し、図８（ａ）に示すように、一部においてプレート５８に繋がったフィン部５５を形成するとともに、ガイドピン挿入孔５８ａを外周部に形成する。

次いで、図８（ｂ）に示すように、ミキサープレート５４を、ガイドピン挿入孔５８ａとガイドピン９６によって位置決めした上で、下部治具９１上に載置する。このとき、それぞれのフィン部５５におけるプレート５８との接続部分は、下部治具９１のプレス治具本体（図示せず）のプレス面（図示せず）のうちの最下端の位置（傾斜面の最下部）に対応するようになっている。

次いで、図９（ａ）〜（ｂ）に示すように、上部治具８１を下降させて、ミキサープレート５４のプレス成型を行う。上部治具８１を上方から押圧すると、下部治具９１のスプリング９７が縮み、下部治具９１のプレス治具本体（図示せず）が長さ調整用リング９４の上面から突き出るとともに、上部治具８１の長さ調整用リング８４に配置されたプレートの各開口に入り込み、上部治具８１のプレス治具本体（図示せず）と協働してミキサープレート５４のフィン部５５が折り曲げ加工される。

このミキサープレート用プレス成型装置であれば、プレートを切り出し加工又はレーザー加工し形成するフィン部の配置方向を適宜変更するとともに、上部治具及び下部治具における一対のプレス治具本体のプレス面の傾斜方向を変えることにより、各フィン部の折り曲げ方向を自由に変えることができる。したがって、製造するミキサープレートの種類ごとに金型を用意する必要がなく、生産コストを低減することができる。
また、プレス治具本体のプレス面の傾斜角度を調節することによりミキサープレートのフィン部の折り曲げ角度が容易に調整できるため、フィン部の折り曲げ角度が異なるミキサープレートであっても柔軟に対応でき、様々な形状のミキサープレートを生産することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る排気浄化装置の構成を説明するための図である。 第１の実施の形態の排気浄化装置に備えられたミキサーユニットの構成を説明するための図である。 第１の実施の形態の排気浄化装置に備えられたミキサーユニットの構成を説明するための分解図である。 ミキサープレートのフィン部の折り曲げ方向の例を示す図である。 第１の実施の形態のミキサーユニットを通過する還元剤の流れを説明するための図である。 本発明の第２の実施の形態に係るプレス成型装置の構成を説明するための図である。 本発明の第２の実施の形態に係るプレス成型装置の構成を説明するための分解図である。 プレス成型装置を用いたプレス成型方法を説明するための図である（その１）。 プレス成型装置を用いたプレス成型方法を説明するための図である（その２）。 従来の排気浄化装置の構成例を示す図である。

符号の説明

５：内燃機関、１０：排気浄化装置、１１：ミキサーユニット、１３：還元触媒、１７：下流側酸化触媒、１９：上流側酸化触媒、５１：前面プレート、５２：パイプ通路、５２ａ：ステンレスパイプ、５３：ガイドフランジ、５４：ミキサープレート、５５：フィン部、５６：通過路、５８：プレート、８０：プレス成型装置、８１：上部治具、８２・９２：固定治具、８３・９３：プレス治具本体、８４・９４：長さ調整用リング、８５・９５：スナップリング、８８・９８：固定用ボルト、８９：プレート、９１：下部治具、９６：ガイドピン、９７：スプリング

Claims (8)

1. 内燃機関の排気通路中に配置された還元触媒と、前記還元触媒の上流側で前記排気通路内に還元剤を噴射するための還元剤噴射部と、を備えた内燃機関の排気浄化装置において、
   前記還元触媒の上流側、かつ、前記還元剤噴射部による噴射位置よりも下流側に、前記還元剤及び前記排気ガスを混合拡散させるための混合拡散手段として、
   基板としてのプレートに切り込みが加えられるとともに一部が前記プレートと繋がれた状態で形成された複数のフィン部がプレート面から折り曲げられて構成され、前記複数のフィン部が折り曲げられることにより形成された開口部が前記排気ガスの通過路とされたミキサープレートを備えることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
2. 前記複数のフィン部の折り曲げ方向が少なくとも二方向以上とされることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気浄化装置。
3. 前記ミキサープレートの上流側の面に、複数の通路に区分されたパイプ通路部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気浄化装置。
4. 前記ミキサープレートのそれぞれの開口部は、前記パイプ通路部を構成する複数の通路と連通することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気浄化装置。
5. 前記ミキサープレート又は前記パイプ通路部のうちの少なくとも一つを加熱するための加熱装置を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。
6. 排気ガス中のＮＯ_Xを還元剤を用いて還元浄化する内燃機関の排気浄化装置に用いられ、排気通路中に供給される還元剤及び前記排気ガスを混合拡散させるためのミキサープレートであって、
   基板としてのプレートに切り込みが加えられるとともに一部が前記プレートと繋がれた状態で形成された複数のフィン部がプレート面から折り曲げられて構成され、前記複数のフィン部が折り曲げられることにより形成された開口部が前記排気ガスの通過路とされることを特徴とするミキサープレート。
7. 排気ガス中のＮＯ_Xを還元剤を用いて還元浄化する内燃機関の排気浄化装置に用いられ、排気通路中に供給される還元剤及び前記排気ガスを混合拡散させるためのミキサーユニットであって、
   基板としてのプレートに切り込みが加えられるとともに一部が前記プレートと繋がれた状態で形成された複数のフィン部がプレート面から折り曲げられて構成され、前記複数のフィン部が折り曲げられることにより形成された開口部が前記排気ガスの通過路とされたミキサープレートと、
   複数の通路に区分けされ、前記ミキサープレートの上流側の面に取り付けられたパイプ通路部と、
   を備えることを特徴とするミキサーユニット。
8. 内燃機関の排気浄化装置に用いられ、基板としてのプレートに切り込みが加えられるとともに一部が前記プレートと繋がれた状態で形成された複数のフィン部がプレート面から折り曲げられて構成され、前記複数のフィン部が折り曲げられることにより形成された開口部が前記排気ガスの通過路とされたミキサープレートを成型するためのミキサープレート用プレス成型装置であって、
   互いの間にプレート部材を挟みこんでプレスを行う上部治具及び下部治具を備え、
   前記上部治具及び前記下部治具は、それぞれ、プレス方向に対して傾斜したプレス面を有する複数のプレス治具本体と、前記複数のプレス治具本体が固定された固定治具と、を備え、
   前記上部治具及び前記下部治具の複数のプレス治具本体は、それぞれ対をなすように配置され、前記対をなす前記上部治具及び前記下部治具のプレス治具本体のプレス面は、前記プレス方向に対して同一方向に傾斜したプレス面を有しており、
   前記上部治具及び前記下部治具の複数のプレス治具本体は着脱可能に構成されることを特徴とするミキサープレート用プレス成型装置。

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