バーナ装置
【課題】ディーゼル酸化触媒を迅速に昇温して、フィルタ再生処理を早期に実行する。
【解決手段】ディーゼルエンジン１００の排気経路１１０において、排気ガスを酸化するディーゼル酸化触媒１３０の前段に配置される本発明のバーナ装置２００は、排気経路から分流した排気ガスが流入する流入路２１０と、排気ガスと燃料との混合気を燃焼し、燃焼後の排気ガスを排気経路に流出させる燃焼室２１２と、燃焼室に設けられ、燃焼を促進するバーナ触媒２１４と、バーナ触媒に燃料を供給する燃焼燃料供給部２１６と、流入路から燃焼室へ流入する流量を制限する燃焼流量制限機構と、バーナ触媒を火炎で加熱する火炎加熱部２２０とを備える。
【解決手段】ディーゼルエンジン１００の排気経路１１０において、排気ガスを酸化するディーゼル酸化触媒１３０の前段に配置される本発明のバーナ装置２００は、排気経路から分流した排気ガスが流入する流入路２１０と、排気ガスと燃料との混合気を燃焼し、燃焼後の排気ガスを排気経路に流出させる燃焼室２１２と、燃焼室に設けられ、燃焼を促進するバーナ触媒２１４と、バーナ触媒に燃料を供給する燃焼燃料供給部２１６と、流入路から燃焼室へ流入する流量を制限する燃焼流量制限機構と、バーナ触媒を火炎で加熱する火炎加熱部２２０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を燃焼させてディーゼルエンジンの排気ガスを昇温するバーナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれる煤等の粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を除去するパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter）が普及している。このパティキュレートフィルタに粒子状物質が堆積すると目詰まりを起こす。その場合、排気ガスを昇温し堆積した粒子状物質を燃焼させるフィルタ再生処理が必要となる。そこで、排気経路におけるパティキュレートフィルタの前段に、燃料を燃焼して排気ガスを昇温するディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）が設けられている。
【０００３】
しかし、ディーゼル酸化触媒は、エンジンの始動時や低負荷時等、排気ガスの温度が低く酸化が促進される活性温度に達していない間、排気ガスを昇温できず、その後段のパティキュレートフィルタにおいてフィルタ再生処理を行うことができない。そのため、ディーゼル酸化触媒を迅速に温める技術が望まれる。触媒を温める手段としては、例えば、第１触媒体とそれに隣接する第２触媒体とを備え、第２触媒体を電気ヒータで加熱して燃焼を開始させ、その燃焼熱が第１触媒体に伝熱することで第１触媒体を活性温度以上に昇温する燃焼装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３７９３６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、電気ヒータでディーゼル酸化触媒を温める場合、排気ガスの熱のみでディーゼル酸化触媒を温めるより、迅速に活性温度以上にすることができる。しかし、ディーゼル酸化触媒は、排気ガスの流れを直接受けて放熱しているため、昇温には、ディーゼル酸化触媒に放熱流量以上の熱を与えて活性温度まで昇温可能な大容量の電気ヒータが必要であった。
【０００６】
また、上述した特許文献１の技術をディーゼル酸化触媒に用い、パティキュレートフィルタの前段に２つのディーゼル酸化触媒を設け、その一方のみを電気ヒータで温める場合、仮に電気ヒータで温める方のディーゼル酸化触媒を、比較的小さい体積として昇温し易くしたとしても、その燃焼熱も体積に比例して小さくなるため、もう一方のディーゼル酸化触媒の昇温に時間を要する結果を招く。
【０００７】
さらに、ディーゼル酸化触媒に、着火部で着火した火炎を直接当てて昇温する場合、排気ガスの流速が速かったり、排気ガスの酸素濃度が低かったりして、失火してしまう可能性がある。
【０００８】
本発明は、このような課題に鑑み、ディーゼル酸化触媒を迅速に昇温して、フィルタ再生処理を早期に実行することが可能なバーナ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、ディーゼルエンジンの排気経路において、排気ガスを酸化するディーゼル酸化触媒の前段に配置される、本発明のバーナ装置は、排気経路から分流した排気ガスが流入する流入路と、排気ガスと燃料との混合気を燃焼し、燃焼後の排気ガスを排気経路に流出させる燃焼室と、燃焼室に設けられ、燃焼を促進するバーナ触媒と、バーナ触媒に燃料を供給する燃焼燃料供給部と、流入路から燃焼室へ流入する排気ガスの流量を制限する燃焼流量制限機構と、バーナ触媒を火炎で加熱する火炎加熱部とを備えることを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決するために、ディーゼルエンジンの排気経路において、排気ガスを酸化するディーゼル酸化触媒の前段に配置される、本発明の他のバーナ装置は、排気経路から分流した排気ガスが流入する流入路と、排気ガスと燃料との混合気を燃焼し、燃焼後の排気ガスを排気経路に流出させる燃焼室と、燃焼室に設けられ、燃焼を促進するバーナ触媒と、バーナ触媒に燃料を供給する燃焼燃料供給部と、流入路から燃焼室へ流入する排気ガスの流量を制限する燃焼流量制限機構と、バーナ触媒に併置されたヒータとを備えることを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決するために、ディーゼルエンジンの排気経路において、排気ガスを酸化するディーゼル酸化触媒の前段に配置される、本発明の他のバーナ装置は、排気経路から分流した排気ガスが流入する流入路と、排気ガスと燃料との混合気を燃焼し、燃焼後の排気ガスを排気経路に流出させる燃焼室と、燃焼室に設けられ、燃焼を促進するバーナ触媒と、バーナ触媒に燃料を供給する燃焼燃料供給部と、流入路から燃焼室へ流入する排気ガスの流量を制限する燃焼流量制限機構と、バーナ触媒を通電させる電源部とを備えることを特徴とする。
【００１２】
上記バーナ装置は、ディーゼルエンジンにおける、吸気絞り、排気絞り、またはポスト噴射によって、排気温度を上昇させるエンジン制御部をさらに備えてもよい。
【００１３】
上記バーナ装置は、バーナ触媒の温度を検知する温度検知部と、バーナ触媒の温度が活性温度未満である場合に、火炎加熱部、ヒータ、電源部、または、エンジン制御部を機能させる機能制御部とをさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のバーナ装置によれば、ディーゼル酸化触媒を迅速に昇温して、フィルタ再生処理を早期に実行することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ディーゼルエンジンの排気構造を説明するための説明図である。
【図２】第１の実施形態におけるバーナ装置の構造を説明するための説明図である。
【図３】第１の実施形態におけるバーナ装置の構造を説明するための説明図である。
【図４】吸気絞りによる排気ガスの昇温効果を説明するための説明図である。
【図５】第２の実施形態におけるバーナ装置の構造を説明するための説明図である。
【図６】第３の実施形態におけるバーナ装置の構造を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１７】
図１は、ディーゼルエンジン１００の排気構造を説明するための説明図である。図１（ａ）に示すように、ディーゼルエンジン１００は、ピストンによってシリンダ内の空気を圧縮して高温高圧化し、燃料タンク１０２に蓄えられた、軽油、および重油等の燃料を燃料ポンプ１０４や噴射ポンプ１０６で昇圧して噴射し、爆発を起こして、その爆発によって生じるエネルギーを動力に変えるレシプロエンジンである。過給機１０８は、ディーゼルエンジン１００の排気ガスのエネルギーでタービンを回転し、吸気を圧縮して吸気圧を高めることでエンジン出力を向上する装置である。
【００１８】
排気経路１１０は、ディーゼルエンジン１００から排出された排気ガスを外部に排気するための配管１１２によって形成され、配管１１２の一端部がディーゼルエンジン１００の排気口と接続され、他端部がディーゼル酸化触媒１３０に接続される。パティキュレートフィルタ１２０は、ディーゼルエンジン１００の排気ガスに含まれる煤等の粒子状物質を、例えば、１０ミクロン程度の孔で捕集して除去する、セラミックや金属のフィルタで構成される。パティキュレートフィルタ１２０のフィルタ１２０ａは、図１（ｂ）の断面図に示すように、粒子状物質１２２が堆積し過ぎると目詰まり１２４を起こす。目詰まり１２４は排気圧の上昇を招き燃費の悪化や出力低下につながる。
【００１９】
ディーゼル酸化触媒１３０は、ディーゼルエンジン１００とパティキュレートフィルタ１２０の間に設けられ、例えばプラチナ、パラジウム等の触媒で構成され、ディーゼルエンジン１００の排気ガス中に含まれる酸素を利用し未燃の燃料を触媒燃焼させることによって排気ガスを昇温する。昇温された排気ガスは、後段のパティキュレートフィルタ１２０に流れ、パティキュレートフィルタ１２０に堆積した粒子状物質１２２を燃やし二酸化炭素として排気させ、パティキュレートフィルタ１２０の目詰まりを解消する（フィルタ再生処理）。
【００２０】
このようなフィルタ再生処理は、パティキュレートフィルタ１２０が目詰まりを起こしたとき、例えば、目詰まりが解消されるまで実行されるバッチ処理である。しかし、フィルタ再生処理を試みるとき、ディーゼルエンジン１００の始動時や低負荷時等、ディーゼル酸化触媒１３０が活性温度に達していない場合、触媒燃焼が生じず排気ガスを昇温できないため、パティキュレートフィルタ１２０のフィルタ再生処理を行うことができない。
【００２１】
そこで、以下の実施形態では、ディーゼルエンジン１００とディーゼル酸化触媒１３０との間の排気経路１１０に設けられ、ディーゼル酸化触媒１３０を迅速に昇温して、パティキュレートフィルタ１２０のフィルタ再生処理を実行することが可能なバーナ装置２００、３００、４００についてそれぞれ詳述する。
【００２２】
（第１の実施形態）
図２、３は、第１の実施形態におけるバーナ装置２００の構造を説明するための説明図である。図２に示すように、バーナ装置２００は、流入路２１０と、燃焼室２１２と、バーナ触媒２１４と、燃焼燃料供給部２１６と、仕切部材２１８と、火炎加熱部２２０と、エンジン制御部２２２と、過給機制御部２２４と、温度検知部２２６と、機能制御部２２８とを備える。
【００２３】
流入路２１０は、排気経路１１０から分流した排気ガス（Ｅｘｈａｕｓｔｅｄ Ｇａｓ：図中、Ｅｘｈ．Ｇａｓで示す）が、排気経路１１０を流れる排気ガスの流量の２０％程度流入する。燃焼室２１２は、流入路２１０からの排気ガスと燃料との混合気を燃焼するための領域であり、仕切部材２１８、２６０と、バーナ装置２００の外形を形成する外壁２３０と、配管１１２の外周面に相当する開口部２３２とで囲まれている。
【００２４】
バーナ触媒２１４は、基材（図示せず）と、その基材を覆う例えばプラチナ、パラジウム等の触媒のコーディング材で構成され、燃焼室２１２内に設けられており、混合気の燃焼を促進する。ここでは、より触媒燃焼を促進するため、バーナ触媒２１４を２重に配置しているが１重としてもよいし、３重以上としてもよい。燃焼燃料供給部２１６は、例えば燃料噴射装置（インジェクタ）で構成され、燃焼室２１２内に燃料を霧状に噴霧して、バーナ触媒２１４に燃料を供給する。
【００２５】
仕切部材２１８は、孔２１８ａと共に燃焼流量制限機構として機能する。燃焼流量制限機構は、流入路２１０と燃焼室２１２とを隔て、流入路２１０から燃焼室２１２へ流入する流量を、例えば、流入路２１０を流れる排気ガスの流量の８０％程度、すなわち排気経路１１０を流れる排気ガスの流量の１６％程度に制限する。具体的に、燃焼流量制限機構は、孔２１８ａ（図３（ａ）のＸＸ断面図参照）が開いており、この孔２１８ａを介して流入路２１０から燃焼室２１２に流入する排気ガスの流量を制限することによって、燃焼室２１２内の排気ガスの流速が抑制される。
【００２６】
かかる流速を抑制する構成により、バーナ触媒２１４による触媒燃焼が安定化する。そのため、流速を抑制する構成を取らない場合より、低温、低酸素濃度の排気ガスでも、バーナ触媒２１４は、触媒燃焼を開始可能となる。また、本実施形態のバーナ装置２００は、さらに触媒燃焼を迅速に開始するため、火炎加熱部２２０を備える。
【００２７】
火炎加熱部２２０は、バーナ触媒２１４を火炎や高温の排気ガスで加熱する。火炎加熱部２２０は、火炎生成室２５０と、火炎燃料供給部２５２と、着火部２５４と、燃料保持部２５６と、仕切部材２５８、２６０と、邪魔板２６２とを含んで構成される。
【００２８】
火炎生成室２５０は、バーナ触媒２１４を加熱するための火炎が生成されるための領域であり、火炎流量制限機構である仕切部材２５８、２６０と外壁２３０とで囲まれる。火炎燃料供給部２５２は、例えば燃料噴射装置で構成され、火炎生成室２５０に燃料を供給する。着火部２５４は、燃料（液体燃料を用いる場合、着火部２５４の熱で液体燃料が気化した燃料）と排気ガスとの混合気を、着火温度以上に加熱して着火させるグロープラグで構成されている。燃料保持部２５６は、例えば、金網、焼結金属、金属繊維、ガラス布、セラミック多孔体、セラミックファイバ、軽石等によって形成され、着火部２５４の先端に設置され、火炎燃料供給部２５２から供給された燃料を燃焼するまで一時的に保持する。
【００２９】
仕切部材２５８は、流入路２１０と火炎生成室２５０とを隔て、仕切部材２６０は、火炎生成室２５０と燃焼室２１２とを隔てる。そして、仕切部材２５８、２６０は、それぞれに設けられた孔２５８ａ、２６０ａに基づいて、火炎流量制限機構として機能する。火炎流量制限機構は、火炎生成室２５０への流入流量および火炎生成室２５０からの流出流量のいずれか一方または両方を制限する。例えば、火炎流量制限機構は、火炎生成室２５０に流入する流量を、流入路２１０を流れる排気ガスの流量の２０％程度、すなわち排気経路１１０を流れる排気ガスの流量の４％程度に制限する。
【００３０】
具体的に、火炎流量制限機構は、孔２５８ａ（図３（ｂ）のＹＹ断面図参照）を通じて流入路２１０から火炎生成室２５０に排気ガスを通気可能とし、孔２６０ａによって火炎生成室２５０から燃焼室２１２に燃焼後の排気ガスを通気可能としており、この孔２５８ａ、２６０ａを介して火炎生成室２５０への流入流量および火炎生成室２５０からの流出流量を制限することによって、火炎生成室２５０内の排気ガスの流速が抑制される。
【００３１】
邪魔板２６２は、流入路２１０から流入する排気ガスの着火部２５４に直接衝突する流路を妨げるように配置される。かかる構成により、着火部２５４付近の排気ガスや混合気の流速を抑制でき、着火性が向上する。
【００３２】
エンジン制御部２２２は、ディーゼルエンジン１００における、吸気絞り、排気絞り、またはポスト噴射によって、排気温度を上昇させる。ここで、ポスト噴射は、ディーゼルエンジン１００におけるメイン噴射の後、排気工程が終了するまでに、シリンダ内に燃料を噴射する処理である。ポスト噴射によって、膨張工程で熱を奪われた排気ガス中でさらに燃焼を起こし排気ガスの温度を昇温することができる。
【００３３】
図４は、吸気絞りによる排気ガスの昇温効果を説明するための説明図である。図４では、図１に示す位置Ａ〜Ｄにおける排気ガスの温度を示す。図４に示すように、吸気圧２０ｋＰａ、０ｋＰａ、−２０ｋＰａ、−４０ｋＰａのそれぞれの条件において、位置Ａ〜Ｄの排気ガスの温度を測定すると、吸気絞りを行って吸気圧が低いときの方が排気ガスの温度が高いことが分かる。これは、燃焼によって生じる熱量が変わらなければ、ディーゼルエンジン１００を通過する気体の質量が少ない方が熱容量が減り昇温し易いためである。また、特に、吸気圧が−４０ｋＰａのとき、位置Ｄでは、２０ｋＰａのときに比べて約１２０度の温度上昇が見られ、他の位置に比べて温度の上昇幅が大きい。これは、排気ガスに含まれる未燃の燃料が、活性温度以上に温められたディーゼル酸化触媒１３０によって酸化され排気ガスが昇温したためである。
【００３４】
ディーゼルエンジン１００は、吸気絞りに限らず、排気絞りやポスト噴射によっても、排気ガスに含まれる熱量を増やすことができる。これらの制御を行った場合、ディーゼルエンジン１００から排気される段階で排気ガスの温度をある程度高めることができる。しかし、ディーゼルエンジン１００の制御による排気ガスの高温化のみでは、昇温時間は短いものの、昇温できる温度幅に限界がある。そこで、本実施形態のバーナ装置２００は、ディーゼルエンジン１００の制御による排気ガスの高温化と、バーナ触媒２１４による燃焼とを併用する。かかる構成により、ディーゼルエンジン１００から排気される段階で高温である排気ガスと、火炎加熱部２２０によって、バーナ装置２００のバーナ触媒２１４をより迅速に活性温度まで昇温でき、また、バーナ装置２００で排気ガスを昇温する温度幅も小さくて済むため、ディーゼル酸化触媒１３０をより迅速に活性温度まで昇温することが可能となる。
【００３５】
過給機制御部２２４は、過給機１０８のウェイストゲートバルブまたは可変ノズルの開度を制御して、排気温度を上昇させる。具体的に、過給機制御部２２４は、過給機１０８がウェイストゲートバルブを備える構成の場合、ウェイストゲートバルブを比較的大きく開くことで、排気ガスを過給機１０８で仕事をさせることなく（排気ガスの温度を下降させることなく）バーナ装置２００に流入させ、排気ガスの温度を昇温することができる。また、過給機１０８が可変ノズルを備える構成の場合、過給機制御部２２４は、可変ノズルを比較的大きく開くことで、同様に、排気ガスの温度を昇温可能となる。
【００３６】
本実施形態のバーナ装置２００は、ディーゼルエンジン１００の制御による排気ガスの高温化と、バーナ触媒２１４による燃焼に加え、過給機１０８の制御による排気ガスの高温化も併用する。かかる構成により、ディーゼル酸化触媒１３０をさらに迅速に活性温度まで昇温できる。
【００３７】
温度検知部２２６は、バーナ触媒２１４の温度を検知する。機能制御部２２８は、バーナ触媒２１４の温度が活性温度未満である場合に、火炎加熱部２２０、エンジン制御部２２２、または過給機制御部２２４を機能させる。
【００３８】
フィルタ再生処理を行う場合、バーナ装置２００のバーナ触媒２１４の温度がすでに活性温度以上であれば、燃料を供給するだけで触媒燃焼を起こすことができる。このとき、火炎加熱部２２０の火炎燃料供給部２５２、着火部２５４、エンジン制御部２２２、または過給機制御部２２４を機能させると、電気や燃料を浪費することになってしまう。そこで、温度検知部２２６と機能制御部２２８によって、バーナ触媒２１４の温度に応じて火炎燃料供給部２５２、着火部２５４、エンジン制御部２２２、および過給機制御部２２４の機能を制限することで、電気や燃料の浪費を回避できる。
【００３９】
続いて、バーナ装置２００における排気ガスの流れを説明する。流入路２１０に分流した排気ガスは、燃焼室２１２および火炎生成室２５０に流入する。火炎生成室２５０では、着火部２５４が、着火温度以上に加熱され、排気ガスと燃料の混合気を着火し燃焼して火炎を生成する。
【００４０】
火炎生成室２５０における燃焼後の排気ガスは、孔２６０ａを通過して、燃焼室２１２に流入し、バーナ触媒２１４を加熱する。また、火炎生成室２５０で生成された火炎も、孔２６０ａを通ってバーナ触媒２１４を加熱する。バーナ触媒２１４は、活性温度以上に加熱されると、燃焼燃料供給部２１６から供給された燃料と、孔２１８ａから流入した排気ガスとが混合した混合気を触媒燃焼させる。そして、燃焼後の高温の排気ガス（図中、Ｈｅａｔｅｄ Ｅｘｈ．Ｇａｓで示す）は、排気経路１１０に流入し、排気経路１１０を通過する排気ガスの温度を高める。
【００４１】
このように、本実施形態のバーナ装置２００は、火炎流量制限機構や燃焼流量制限機構を備える構成により、ディーゼルエンジン１００が高回転であっても、火炎生成室２５０や燃焼室２１２では排気ガスの流速が抑制され着火性や保炎性を向上できるため、バーナ触媒２１４を昇温して触媒燃焼を安定化することが可能となる。そのため、燃焼室２１２から流出した高温の排気ガスで排気経路１１０の排気ガスを昇温し、後段のディーゼル酸化触媒１３０を迅速かつ確実に活性温度まで昇温することができる。
【００４２】
また、例えば、排気ガスの酸素濃度が低い場合、仮に、酸素を補充すべく酸素を供給する機構を設けるとなると、排気経路１１０の圧力より高圧で酸素を供給しなければならず、大幅にコストがかかってしまう。しかし、バーナ装置２００は、混合気の流速を抑制することで触媒燃焼が安定しているため、排気ガスの酸素濃度が低い場合であっても、酸素を供給する機構を設ける必要がなく、低コスト化を図ることができる。
【００４３】
（第２の実施形態）
上述した実施形態では、火炎加熱部２２０がバーナ触媒２１４を加熱する構成を有するバーナ装置２００について説明した。続いて、火炎加熱部２２０とは異なる構成でバーナ触媒２１４を加熱するバーナ装置３００について詳述する。
【００４４】
図５は、第２の実施形態におけるバーナ装置３００の構造を説明するための説明図である。バーナ装置３００は、流入路２１０と、燃焼室２１２と、バーナ触媒２１４と、燃焼燃料供給部２１６と、仕切部材２１８と、ヒータ３２０と、エンジン制御部２２２と、過給機制御部２２４と、温度検知部２２６と、機能制御部３２８とを備える。第１の実施形態における構成要素として既に述べた、流入路２１０、燃焼室２１２、バーナ触媒２１４、燃焼燃料供給部２１６、仕切部材２１８、エンジン制御部２２２、過給機制御部２２４、温度検知部２２６は、実質的に機能が等しいので重複説明を省略し、ここでは、構成が相違するヒータ３２０、機能制御部３２８を主に説明する。
【００４５】
ヒータ３２０は、その加熱部分３２０ａがバーナ触媒２１４に接触するように併置される。特に、本実施形態においては加熱部分３２０ａがバーナ触媒２１４内部に挿入して併置される。そして、ヒータ３２０は、バーナ触媒２１４を活性温度以上となるように加熱する。
【００４６】
本実施形態のバーナ装置３００は、燃焼流量制限機構を備える構成により、燃焼室２１２では排気ガスの流速が抑制されるため、バーナ触媒２１４から排気ガスへの放熱流量が低く、ヒータ３２０でバーナ触媒２１４を活性温度まで迅速に昇温できる。そのため、ディーゼルエンジン１００が高回転であったり、排気ガスの酸素濃度が低かったりしても、バーナ触媒２１４を昇温して触媒燃焼を安定化することができ、燃焼室２１２から流出した触媒燃焼後の混合気で排気経路１１０の排気ガスを昇温し、後段のディーゼル酸化触媒１３０を迅速かつ確実に活性温度まで昇温することが可能となる。
【００４７】
機能制御部３２８は、バーナ触媒２１４の温度が活性温度未満である場合に、ヒータ３２０、エンジン制御部２２２、または過給機制御部２２４を機能させる。
【００４８】
上述したように、フィルタ再生処理を行う場合、バーナ装置３００のバーナ触媒２１４の温度がすでに活性温度以上であれば、燃料を供給するだけで触媒燃焼を起こすことができる。このとき、ヒータ３２０、エンジン制御部２２２または過給機制御部２２４を機能させると、電気や燃料を浪費することになってしまう。そこで、温度検知部２２６と機能制御部３２８によって、バーナ触媒２１４の温度に応じてヒータ３２０、エンジン制御部２２２および過給機制御部２２４の機能を制限することで、電気や燃料の浪費を回避できる。
【００４９】
（第３の実施形態）
続いて、ヒータ３２０よりも簡易な構成でバーナ触媒２１４を加熱するバーナ装置４００について詳述する。
【００５０】
図６は、第３の実施形態におけるバーナ装置４００の構造を説明するための説明図である。バーナ装置４００は、流入路２１０と、燃焼室２１２と、バーナ触媒２１４と、燃焼燃料供給部２１６と、仕切部材２１８と、電源部４２０と、エンジン制御部２２２と、過給機制御部２２４と、温度検知部２２６と、機能制御部４２８とを備える。第１の実施形態および第２の実施形態における構成要素として既に述べた、流入路２１０、燃焼室２１２、バーナ触媒２１４、燃焼燃料供給部２１６、仕切部材２１８、エンジン制御部２２２、過給機制御部２２４、温度検知部２２６は、実質的に機能が等しいので重複説明を省略し、ここでは、構成が相違する電源部４２０、機能制御部４２８を主に説明する。
【００５１】
電源部４２０は、バーナ触媒２１４の基材を通電させ、電気抵抗によって基材を加熱し、基材にコーティングされている触媒に伝熱することで、触媒を活性温度以上となるように加熱する。
【００５２】
本実施形態のバーナ装置４００は、第２の実施形態と同様、燃焼室２１２では排気ガスの流速が抑制されるため、バーナ触媒２１４から排気ガスへの放熱流量が低く、電源部４２０による通電でバーナ触媒２１４を活性温度まで迅速に昇温できる。ディーゼルエンジン１００が高回転であったり、排気ガスの酸素濃度が低かったりしても、バーナ触媒２１４を昇温して触媒燃焼を安定化することができ、後段のディーゼル酸化触媒１３０を迅速かつ確実に活性温度まで昇温することが可能となる。また、排気ガスの酸素濃度が低い場合でも、第１の実施形態と同様、バーナ装置４００は、触媒燃焼が安定しているため、酸素を供給する機構を設ける必要がなく、低コスト化を図ることができる。また、バーナ装置４００は、バーナ触媒２１４の基材に通電するのみの簡易な構成のため、バーナ触媒２１４の表面を遮る面積が小さく、触媒効果を最大限発揮させることができる。さらに、バーナ装置４００は、バーナ触媒２１４の基材を直接加熱できるため、輻射や対流による伝熱に比べて、より確実にバーナ触媒２１４を昇温できる。
【００５３】
機能制御部４２８は、バーナ触媒２１４の温度が活性温度未満である場合に、電源部４２０、エンジン制御部２２２、または過給機制御部２２４を機能させる。
【００５４】
上述したように、バーナ触媒２１４の温度が活性温度以上であれば、フィルタ再生処理は可能である。そこで、機能制御部４２８は、バーナ触媒２１４の温度に応じて電源部４２０、エンジン制御部２２２および過給機制御部２２４の機能を制限することで、第２の実施形態における機能制御部３２８と同様、電気や燃料の浪費を回避できる。
【００５５】
また、第１の実施形態と同様、第２、第３の実施形態においても、エンジン制御部２２２は、ディーゼルエンジン１００における、吸気絞り、排気絞り、またはポスト噴射によって、排気温度を上昇させ、過給機制御部２２４は、過給機１０８のウェイストゲートバルブまたは可変ノズルの開度を制御して、排気温度を上昇させる。かかる構成により、ディーゼル酸化触媒１３０をより迅速に活性温度まで昇温することが可能となる。
【００５６】
以上、説明したバーナ装置２００、３００、４００によって、ディーゼル酸化触媒１３０を迅速に昇温して、フィルタ再生処理を実行することが可能となる。
【００５７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、燃料を燃焼させてディーゼルエンジンの排気ガスを昇温するバーナ装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１００ …ディーゼルエンジン
１１０ …排気経路
１３０ …ディーゼル酸化触媒
２００ …バーナ装置
２１０ …流入路
２１２ …燃焼室
２１４ …バーナ触媒
２１６ …燃焼燃料供給部
２１８ …仕切部材（燃焼流量制限機構）
２２０ …火炎加熱部
２２２ …エンジン制御部
２２６ …温度検知部
２２８、３２８、４２８ …機能制御部
３２０ …ヒータ
４２０ …電源部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を燃焼させてディーゼルエンジンの排気ガスを昇温するバーナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれる煤等の粒子状物質（ＰＭ：Particulate Matter）を除去するパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter）が普及している。このパティキュレートフィルタに粒子状物質が堆積すると目詰まりを起こす。その場合、排気ガスを昇温し堆積した粒子状物質を燃焼させるフィルタ再生処理が必要となる。そこで、排気経路におけるパティキュレートフィルタの前段に、燃料を燃焼して排気ガスを昇温するディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）が設けられている。
【０００３】
しかし、ディーゼル酸化触媒は、エンジンの始動時や低負荷時等、排気ガスの温度が低く酸化が促進される活性温度に達していない間、排気ガスを昇温できず、その後段のパティキュレートフィルタにおいてフィルタ再生処理を行うことができない。そのため、ディーゼル酸化触媒を迅速に温める技術が望まれる。触媒を温める手段としては、例えば、第１触媒体とそれに隣接する第２触媒体とを備え、第２触媒体を電気ヒータで加熱して燃焼を開始させ、その燃焼熱が第１触媒体に伝熱することで第１触媒体を活性温度以上に昇温する燃焼装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３７９３６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えば、電気ヒータでディーゼル酸化触媒を温める場合、排気ガスの熱のみでディーゼル酸化触媒を温めるより、迅速に活性温度以上にすることができる。しかし、ディーゼル酸化触媒は、排気ガスの流れを直接受けて放熱しているため、昇温には、ディーゼル酸化触媒に放熱流量以上の熱を与えて活性温度まで昇温可能な大容量の電気ヒータが必要であった。
【０００６】
また、上述した特許文献１の技術をディーゼル酸化触媒に用い、パティキュレートフィルタの前段に２つのディーゼル酸化触媒を設け、その一方のみを電気ヒータで温める場合、仮に電気ヒータで温める方のディーゼル酸化触媒を、比較的小さい体積として昇温し易くしたとしても、その燃焼熱も体積に比例して小さくなるため、もう一方のディーゼル酸化触媒の昇温に時間を要する結果を招く。
【０００７】
さらに、ディーゼル酸化触媒に、着火部で着火した火炎を直接当てて昇温する場合、排気ガスの流速が速かったり、排気ガスの酸素濃度が低かったりして、失火してしまう可能性がある。
【０００８】
本発明は、このような課題に鑑み、ディーゼル酸化触媒を迅速に昇温して、フィルタ再生処理を早期に実行することが可能なバーナ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、ディーゼルエンジンの排気経路において、排気ガスを酸化するディーゼル酸化触媒の前段に配置される、本発明のバーナ装置は、排気経路から分流した排気ガスが流入する流入路と、排気ガスと燃料との混合気を燃焼し、燃焼後の排気ガスを排気経路に流出させる燃焼室と、燃焼室に設けられ、燃焼を促進するバーナ触媒と、バーナ触媒に燃料を供給する燃焼燃料供給部と、流入路から燃焼室へ流入する排気ガスの流量を制限する燃焼流量制限機構と、バーナ触媒を火炎で加熱する火炎加熱部とを備えることを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決するために、ディーゼルエンジンの排気経路において、排気ガスを酸化するディーゼル酸化触媒の前段に配置される、本発明の他のバーナ装置は、排気経路から分流した排気ガスが流入する流入路と、排気ガスと燃料との混合気を燃焼し、燃焼後の排気ガスを排気経路に流出させる燃焼室と、燃焼室に設けられ、燃焼を促進するバーナ触媒と、バーナ触媒に燃料を供給する燃焼燃料供給部と、流入路から燃焼室へ流入する排気ガスの流量を制限する燃焼流量制限機構と、バーナ触媒に併置されたヒータとを備えることを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決するために、ディーゼルエンジンの排気経路において、排気ガスを酸化するディーゼル酸化触媒の前段に配置される、本発明の他のバーナ装置は、排気経路から分流した排気ガスが流入する流入路と、排気ガスと燃料との混合気を燃焼し、燃焼後の排気ガスを排気経路に流出させる燃焼室と、燃焼室に設けられ、燃焼を促進するバーナ触媒と、バーナ触媒に燃料を供給する燃焼燃料供給部と、流入路から燃焼室へ流入する排気ガスの流量を制限する燃焼流量制限機構と、バーナ触媒を通電させる電源部とを備えることを特徴とする。
【００１２】
上記バーナ装置は、ディーゼルエンジンにおける、吸気絞り、排気絞り、またはポスト噴射によって、排気温度を上昇させるエンジン制御部をさらに備えてもよい。
【００１３】
上記バーナ装置は、バーナ触媒の温度を検知する温度検知部と、バーナ触媒の温度が活性温度未満である場合に、火炎加熱部、ヒータ、電源部、または、エンジン制御部を機能させる機能制御部とをさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のバーナ装置によれば、ディーゼル酸化触媒を迅速に昇温して、フィルタ再生処理を早期に実行することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ディーゼルエンジンの排気構造を説明するための説明図である。
【図２】第１の実施形態におけるバーナ装置の構造を説明するための説明図である。
【図３】第１の実施形態におけるバーナ装置の構造を説明するための説明図である。
【図４】吸気絞りによる排気ガスの昇温効果を説明するための説明図である。
【図５】第２の実施形態におけるバーナ装置の構造を説明するための説明図である。
【図６】第３の実施形態におけるバーナ装置の構造を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１７】
図１は、ディーゼルエンジン１００の排気構造を説明するための説明図である。図１（ａ）に示すように、ディーゼルエンジン１００は、ピストンによってシリンダ内の空気を圧縮して高温高圧化し、燃料タンク１０２に蓄えられた、軽油、および重油等の燃料を燃料ポンプ１０４や噴射ポンプ１０６で昇圧して噴射し、爆発を起こして、その爆発によって生じるエネルギーを動力に変えるレシプロエンジンである。過給機１０８は、ディーゼルエンジン１００の排気ガスのエネルギーでタービンを回転し、吸気を圧縮して吸気圧を高めることでエンジン出力を向上する装置である。
【００１８】
排気経路１１０は、ディーゼルエンジン１００から排出された排気ガスを外部に排気するための配管１１２によって形成され、配管１１２の一端部がディーゼルエンジン１００の排気口と接続され、他端部がディーゼル酸化触媒１３０に接続される。パティキュレートフィルタ１２０は、ディーゼルエンジン１００の排気ガスに含まれる煤等の粒子状物質を、例えば、１０ミクロン程度の孔で捕集して除去する、セラミックや金属のフィルタで構成される。パティキュレートフィルタ１２０のフィルタ１２０ａは、図１（ｂ）の断面図に示すように、粒子状物質１２２が堆積し過ぎると目詰まり１２４を起こす。目詰まり１２４は排気圧の上昇を招き燃費の悪化や出力低下につながる。
【００１９】
ディーゼル酸化触媒１３０は、ディーゼルエンジン１００とパティキュレートフィルタ１２０の間に設けられ、例えばプラチナ、パラジウム等の触媒で構成され、ディーゼルエンジン１００の排気ガス中に含まれる酸素を利用し未燃の燃料を触媒燃焼させることによって排気ガスを昇温する。昇温された排気ガスは、後段のパティキュレートフィルタ１２０に流れ、パティキュレートフィルタ１２０に堆積した粒子状物質１２２を燃やし二酸化炭素として排気させ、パティキュレートフィルタ１２０の目詰まりを解消する（フィルタ再生処理）。
【００２０】
このようなフィルタ再生処理は、パティキュレートフィルタ１２０が目詰まりを起こしたとき、例えば、目詰まりが解消されるまで実行されるバッチ処理である。しかし、フィルタ再生処理を試みるとき、ディーゼルエンジン１００の始動時や低負荷時等、ディーゼル酸化触媒１３０が活性温度に達していない場合、触媒燃焼が生じず排気ガスを昇温できないため、パティキュレートフィルタ１２０のフィルタ再生処理を行うことができない。
【００２１】
そこで、以下の実施形態では、ディーゼルエンジン１００とディーゼル酸化触媒１３０との間の排気経路１１０に設けられ、ディーゼル酸化触媒１３０を迅速に昇温して、パティキュレートフィルタ１２０のフィルタ再生処理を実行することが可能なバーナ装置２００、３００、４００についてそれぞれ詳述する。
【００２２】
（第１の実施形態）
図２、３は、第１の実施形態におけるバーナ装置２００の構造を説明するための説明図である。図２に示すように、バーナ装置２００は、流入路２１０と、燃焼室２１２と、バーナ触媒２１４と、燃焼燃料供給部２１６と、仕切部材２１８と、火炎加熱部２２０と、エンジン制御部２２２と、過給機制御部２２４と、温度検知部２２６と、機能制御部２２８とを備える。
【００２３】
流入路２１０は、排気経路１１０から分流した排気ガス（Ｅｘｈａｕｓｔｅｄ Ｇａｓ：図中、Ｅｘｈ．Ｇａｓで示す）が、排気経路１１０を流れる排気ガスの流量の２０％程度流入する。燃焼室２１２は、流入路２１０からの排気ガスと燃料との混合気を燃焼するための領域であり、仕切部材２１８、２６０と、バーナ装置２００の外形を形成する外壁２３０と、配管１１２の外周面に相当する開口部２３２とで囲まれている。
【００２４】
バーナ触媒２１４は、基材（図示せず）と、その基材を覆う例えばプラチナ、パラジウム等の触媒のコーディング材で構成され、燃焼室２１２内に設けられており、混合気の燃焼を促進する。ここでは、より触媒燃焼を促進するため、バーナ触媒２１４を２重に配置しているが１重としてもよいし、３重以上としてもよい。燃焼燃料供給部２１６は、例えば燃料噴射装置（インジェクタ）で構成され、燃焼室２１２内に燃料を霧状に噴霧して、バーナ触媒２１４に燃料を供給する。
【００２５】
仕切部材２１８は、孔２１８ａと共に燃焼流量制限機構として機能する。燃焼流量制限機構は、流入路２１０と燃焼室２１２とを隔て、流入路２１０から燃焼室２１２へ流入する流量を、例えば、流入路２１０を流れる排気ガスの流量の８０％程度、すなわち排気経路１１０を流れる排気ガスの流量の１６％程度に制限する。具体的に、燃焼流量制限機構は、孔２１８ａ（図３（ａ）のＸＸ断面図参照）が開いており、この孔２１８ａを介して流入路２１０から燃焼室２１２に流入する排気ガスの流量を制限することによって、燃焼室２１２内の排気ガスの流速が抑制される。
【００２６】
かかる流速を抑制する構成により、バーナ触媒２１４による触媒燃焼が安定化する。そのため、流速を抑制する構成を取らない場合より、低温、低酸素濃度の排気ガスでも、バーナ触媒２１４は、触媒燃焼を開始可能となる。また、本実施形態のバーナ装置２００は、さらに触媒燃焼を迅速に開始するため、火炎加熱部２２０を備える。
【００２７】
火炎加熱部２２０は、バーナ触媒２１４を火炎や高温の排気ガスで加熱する。火炎加熱部２２０は、火炎生成室２５０と、火炎燃料供給部２５２と、着火部２５４と、燃料保持部２５６と、仕切部材２５８、２６０と、邪魔板２６２とを含んで構成される。
【００２８】
火炎生成室２５０は、バーナ触媒２１４を加熱するための火炎が生成されるための領域であり、火炎流量制限機構である仕切部材２５８、２６０と外壁２３０とで囲まれる。火炎燃料供給部２５２は、例えば燃料噴射装置で構成され、火炎生成室２５０に燃料を供給する。着火部２５４は、燃料（液体燃料を用いる場合、着火部２５４の熱で液体燃料が気化した燃料）と排気ガスとの混合気を、着火温度以上に加熱して着火させるグロープラグで構成されている。燃料保持部２５６は、例えば、金網、焼結金属、金属繊維、ガラス布、セラミック多孔体、セラミックファイバ、軽石等によって形成され、着火部２５４の先端に設置され、火炎燃料供給部２５２から供給された燃料を燃焼するまで一時的に保持する。
【００２９】
仕切部材２５８は、流入路２１０と火炎生成室２５０とを隔て、仕切部材２６０は、火炎生成室２５０と燃焼室２１２とを隔てる。そして、仕切部材２５８、２６０は、それぞれに設けられた孔２５８ａ、２６０ａに基づいて、火炎流量制限機構として機能する。火炎流量制限機構は、火炎生成室２５０への流入流量および火炎生成室２５０からの流出流量のいずれか一方または両方を制限する。例えば、火炎流量制限機構は、火炎生成室２５０に流入する流量を、流入路２１０を流れる排気ガスの流量の２０％程度、すなわち排気経路１１０を流れる排気ガスの流量の４％程度に制限する。
【００３０】
具体的に、火炎流量制限機構は、孔２５８ａ（図３（ｂ）のＹＹ断面図参照）を通じて流入路２１０から火炎生成室２５０に排気ガスを通気可能とし、孔２６０ａによって火炎生成室２５０から燃焼室２１２に燃焼後の排気ガスを通気可能としており、この孔２５８ａ、２６０ａを介して火炎生成室２５０への流入流量および火炎生成室２５０からの流出流量を制限することによって、火炎生成室２５０内の排気ガスの流速が抑制される。
【００３１】
邪魔板２６２は、流入路２１０から流入する排気ガスの着火部２５４に直接衝突する流路を妨げるように配置される。かかる構成により、着火部２５４付近の排気ガスや混合気の流速を抑制でき、着火性が向上する。
【００３２】
エンジン制御部２２２は、ディーゼルエンジン１００における、吸気絞り、排気絞り、またはポスト噴射によって、排気温度を上昇させる。ここで、ポスト噴射は、ディーゼルエンジン１００におけるメイン噴射の後、排気工程が終了するまでに、シリンダ内に燃料を噴射する処理である。ポスト噴射によって、膨張工程で熱を奪われた排気ガス中でさらに燃焼を起こし排気ガスの温度を昇温することができる。
【００３３】
図４は、吸気絞りによる排気ガスの昇温効果を説明するための説明図である。図４では、図１に示す位置Ａ〜Ｄにおける排気ガスの温度を示す。図４に示すように、吸気圧２０ｋＰａ、０ｋＰａ、−２０ｋＰａ、−４０ｋＰａのそれぞれの条件において、位置Ａ〜Ｄの排気ガスの温度を測定すると、吸気絞りを行って吸気圧が低いときの方が排気ガスの温度が高いことが分かる。これは、燃焼によって生じる熱量が変わらなければ、ディーゼルエンジン１００を通過する気体の質量が少ない方が熱容量が減り昇温し易いためである。また、特に、吸気圧が−４０ｋＰａのとき、位置Ｄでは、２０ｋＰａのときに比べて約１２０度の温度上昇が見られ、他の位置に比べて温度の上昇幅が大きい。これは、排気ガスに含まれる未燃の燃料が、活性温度以上に温められたディーゼル酸化触媒１３０によって酸化され排気ガスが昇温したためである。
【００３４】
ディーゼルエンジン１００は、吸気絞りに限らず、排気絞りやポスト噴射によっても、排気ガスに含まれる熱量を増やすことができる。これらの制御を行った場合、ディーゼルエンジン１００から排気される段階で排気ガスの温度をある程度高めることができる。しかし、ディーゼルエンジン１００の制御による排気ガスの高温化のみでは、昇温時間は短いものの、昇温できる温度幅に限界がある。そこで、本実施形態のバーナ装置２００は、ディーゼルエンジン１００の制御による排気ガスの高温化と、バーナ触媒２１４による燃焼とを併用する。かかる構成により、ディーゼルエンジン１００から排気される段階で高温である排気ガスと、火炎加熱部２２０によって、バーナ装置２００のバーナ触媒２１４をより迅速に活性温度まで昇温でき、また、バーナ装置２００で排気ガスを昇温する温度幅も小さくて済むため、ディーゼル酸化触媒１３０をより迅速に活性温度まで昇温することが可能となる。
【００３５】
過給機制御部２２４は、過給機１０８のウェイストゲートバルブまたは可変ノズルの開度を制御して、排気温度を上昇させる。具体的に、過給機制御部２２４は、過給機１０８がウェイストゲートバルブを備える構成の場合、ウェイストゲートバルブを比較的大きく開くことで、排気ガスを過給機１０８で仕事をさせることなく（排気ガスの温度を下降させることなく）バーナ装置２００に流入させ、排気ガスの温度を昇温することができる。また、過給機１０８が可変ノズルを備える構成の場合、過給機制御部２２４は、可変ノズルを比較的大きく開くことで、同様に、排気ガスの温度を昇温可能となる。
【００３６】
本実施形態のバーナ装置２００は、ディーゼルエンジン１００の制御による排気ガスの高温化と、バーナ触媒２１４による燃焼に加え、過給機１０８の制御による排気ガスの高温化も併用する。かかる構成により、ディーゼル酸化触媒１３０をさらに迅速に活性温度まで昇温できる。
【００３７】
温度検知部２２６は、バーナ触媒２１４の温度を検知する。機能制御部２２８は、バーナ触媒２１４の温度が活性温度未満である場合に、火炎加熱部２２０、エンジン制御部２２２、または過給機制御部２２４を機能させる。
【００３８】
フィルタ再生処理を行う場合、バーナ装置２００のバーナ触媒２１４の温度がすでに活性温度以上であれば、燃料を供給するだけで触媒燃焼を起こすことができる。このとき、火炎加熱部２２０の火炎燃料供給部２５２、着火部２５４、エンジン制御部２２２、または過給機制御部２２４を機能させると、電気や燃料を浪費することになってしまう。そこで、温度検知部２２６と機能制御部２２８によって、バーナ触媒２１４の温度に応じて火炎燃料供給部２５２、着火部２５４、エンジン制御部２２２、および過給機制御部２２４の機能を制限することで、電気や燃料の浪費を回避できる。
【００３９】
続いて、バーナ装置２００における排気ガスの流れを説明する。流入路２１０に分流した排気ガスは、燃焼室２１２および火炎生成室２５０に流入する。火炎生成室２５０では、着火部２５４が、着火温度以上に加熱され、排気ガスと燃料の混合気を着火し燃焼して火炎を生成する。
【００４０】
火炎生成室２５０における燃焼後の排気ガスは、孔２６０ａを通過して、燃焼室２１２に流入し、バーナ触媒２１４を加熱する。また、火炎生成室２５０で生成された火炎も、孔２６０ａを通ってバーナ触媒２１４を加熱する。バーナ触媒２１４は、活性温度以上に加熱されると、燃焼燃料供給部２１６から供給された燃料と、孔２１８ａから流入した排気ガスとが混合した混合気を触媒燃焼させる。そして、燃焼後の高温の排気ガス（図中、Ｈｅａｔｅｄ Ｅｘｈ．Ｇａｓで示す）は、排気経路１１０に流入し、排気経路１１０を通過する排気ガスの温度を高める。
【００４１】
このように、本実施形態のバーナ装置２００は、火炎流量制限機構や燃焼流量制限機構を備える構成により、ディーゼルエンジン１００が高回転であっても、火炎生成室２５０や燃焼室２１２では排気ガスの流速が抑制され着火性や保炎性を向上できるため、バーナ触媒２１４を昇温して触媒燃焼を安定化することが可能となる。そのため、燃焼室２１２から流出した高温の排気ガスで排気経路１１０の排気ガスを昇温し、後段のディーゼル酸化触媒１３０を迅速かつ確実に活性温度まで昇温することができる。
【００４２】
また、例えば、排気ガスの酸素濃度が低い場合、仮に、酸素を補充すべく酸素を供給する機構を設けるとなると、排気経路１１０の圧力より高圧で酸素を供給しなければならず、大幅にコストがかかってしまう。しかし、バーナ装置２００は、混合気の流速を抑制することで触媒燃焼が安定しているため、排気ガスの酸素濃度が低い場合であっても、酸素を供給する機構を設ける必要がなく、低コスト化を図ることができる。
【００４３】
（第２の実施形態）
上述した実施形態では、火炎加熱部２２０がバーナ触媒２１４を加熱する構成を有するバーナ装置２００について説明した。続いて、火炎加熱部２２０とは異なる構成でバーナ触媒２１４を加熱するバーナ装置３００について詳述する。
【００４４】
図５は、第２の実施形態におけるバーナ装置３００の構造を説明するための説明図である。バーナ装置３００は、流入路２１０と、燃焼室２１２と、バーナ触媒２１４と、燃焼燃料供給部２１６と、仕切部材２１８と、ヒータ３２０と、エンジン制御部２２２と、過給機制御部２２４と、温度検知部２２６と、機能制御部３２８とを備える。第１の実施形態における構成要素として既に述べた、流入路２１０、燃焼室２１２、バーナ触媒２１４、燃焼燃料供給部２１６、仕切部材２１８、エンジン制御部２２２、過給機制御部２２４、温度検知部２２６は、実質的に機能が等しいので重複説明を省略し、ここでは、構成が相違するヒータ３２０、機能制御部３２８を主に説明する。
【００４５】
ヒータ３２０は、その加熱部分３２０ａがバーナ触媒２１４に接触するように併置される。特に、本実施形態においては加熱部分３２０ａがバーナ触媒２１４内部に挿入して併置される。そして、ヒータ３２０は、バーナ触媒２１４を活性温度以上となるように加熱する。
【００４６】
本実施形態のバーナ装置３００は、燃焼流量制限機構を備える構成により、燃焼室２１２では排気ガスの流速が抑制されるため、バーナ触媒２１４から排気ガスへの放熱流量が低く、ヒータ３２０でバーナ触媒２１４を活性温度まで迅速に昇温できる。そのため、ディーゼルエンジン１００が高回転であったり、排気ガスの酸素濃度が低かったりしても、バーナ触媒２１４を昇温して触媒燃焼を安定化することができ、燃焼室２１２から流出した触媒燃焼後の混合気で排気経路１１０の排気ガスを昇温し、後段のディーゼル酸化触媒１３０を迅速かつ確実に活性温度まで昇温することが可能となる。
【００４７】
機能制御部３２８は、バーナ触媒２１４の温度が活性温度未満である場合に、ヒータ３２０、エンジン制御部２２２、または過給機制御部２２４を機能させる。
【００４８】
上述したように、フィルタ再生処理を行う場合、バーナ装置３００のバーナ触媒２１４の温度がすでに活性温度以上であれば、燃料を供給するだけで触媒燃焼を起こすことができる。このとき、ヒータ３２０、エンジン制御部２２２または過給機制御部２２４を機能させると、電気や燃料を浪費することになってしまう。そこで、温度検知部２２６と機能制御部３２８によって、バーナ触媒２１４の温度に応じてヒータ３２０、エンジン制御部２２２および過給機制御部２２４の機能を制限することで、電気や燃料の浪費を回避できる。
【００４９】
（第３の実施形態）
続いて、ヒータ３２０よりも簡易な構成でバーナ触媒２１４を加熱するバーナ装置４００について詳述する。
【００５０】
図６は、第３の実施形態におけるバーナ装置４００の構造を説明するための説明図である。バーナ装置４００は、流入路２１０と、燃焼室２１２と、バーナ触媒２１４と、燃焼燃料供給部２１６と、仕切部材２１８と、電源部４２０と、エンジン制御部２２２と、過給機制御部２２４と、温度検知部２２６と、機能制御部４２８とを備える。第１の実施形態および第２の実施形態における構成要素として既に述べた、流入路２１０、燃焼室２１２、バーナ触媒２１４、燃焼燃料供給部２１６、仕切部材２１８、エンジン制御部２２２、過給機制御部２２４、温度検知部２２６は、実質的に機能が等しいので重複説明を省略し、ここでは、構成が相違する電源部４２０、機能制御部４２８を主に説明する。
【００５１】
電源部４２０は、バーナ触媒２１４の基材を通電させ、電気抵抗によって基材を加熱し、基材にコーティングされている触媒に伝熱することで、触媒を活性温度以上となるように加熱する。
【００５２】
本実施形態のバーナ装置４００は、第２の実施形態と同様、燃焼室２１２では排気ガスの流速が抑制されるため、バーナ触媒２１４から排気ガスへの放熱流量が低く、電源部４２０による通電でバーナ触媒２１４を活性温度まで迅速に昇温できる。ディーゼルエンジン１００が高回転であったり、排気ガスの酸素濃度が低かったりしても、バーナ触媒２１４を昇温して触媒燃焼を安定化することができ、後段のディーゼル酸化触媒１３０を迅速かつ確実に活性温度まで昇温することが可能となる。また、排気ガスの酸素濃度が低い場合でも、第１の実施形態と同様、バーナ装置４００は、触媒燃焼が安定しているため、酸素を供給する機構を設ける必要がなく、低コスト化を図ることができる。また、バーナ装置４００は、バーナ触媒２１４の基材に通電するのみの簡易な構成のため、バーナ触媒２１４の表面を遮る面積が小さく、触媒効果を最大限発揮させることができる。さらに、バーナ装置４００は、バーナ触媒２１４の基材を直接加熱できるため、輻射や対流による伝熱に比べて、より確実にバーナ触媒２１４を昇温できる。
【００５３】
機能制御部４２８は、バーナ触媒２１４の温度が活性温度未満である場合に、電源部４２０、エンジン制御部２２２、または過給機制御部２２４を機能させる。
【００５４】
上述したように、バーナ触媒２１４の温度が活性温度以上であれば、フィルタ再生処理は可能である。そこで、機能制御部４２８は、バーナ触媒２１４の温度に応じて電源部４２０、エンジン制御部２２２および過給機制御部２２４の機能を制限することで、第２の実施形態における機能制御部３２８と同様、電気や燃料の浪費を回避できる。
【００５５】
また、第１の実施形態と同様、第２、第３の実施形態においても、エンジン制御部２２２は、ディーゼルエンジン１００における、吸気絞り、排気絞り、またはポスト噴射によって、排気温度を上昇させ、過給機制御部２２４は、過給機１０８のウェイストゲートバルブまたは可変ノズルの開度を制御して、排気温度を上昇させる。かかる構成により、ディーゼル酸化触媒１３０をより迅速に活性温度まで昇温することが可能となる。
【００５６】
以上、説明したバーナ装置２００、３００、４００によって、ディーゼル酸化触媒１３０を迅速に昇温して、フィルタ再生処理を実行することが可能となる。
【００５７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、燃料を燃焼させてディーゼルエンジンの排気ガスを昇温するバーナ装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１００ …ディーゼルエンジン
１１０ …排気経路
１３０ …ディーゼル酸化触媒
２００ …バーナ装置
２１０ …流入路
２１２ …燃焼室
２１４ …バーナ触媒
２１６ …燃焼燃料供給部
２１８ …仕切部材（燃焼流量制限機構）
２２０ …火炎加熱部
２２２ …エンジン制御部
２２６ …温度検知部
２２８、３２８、４２８ …機能制御部
３２０ …ヒータ
４２０ …電源部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジンの排気経路において、排気ガスを酸化するディーゼル酸化触媒の前段に配置されるバーナ装置であって、
前記排気経路から分流した排気ガスが流入する流入路と、
前記排気ガスと燃料との混合気を燃焼し、燃焼後の排気ガスを前記排気経路に流出させる燃焼室と、
前記燃焼室に設けられ、前記燃焼を促進するバーナ触媒と、
前記バーナ触媒に前記燃料を供給する燃焼燃料供給部と、
前記流入路から前記燃焼室へ流入する前記排気ガスの流量を制限する燃焼流量制限機構と、
前記バーナ触媒を火炎で加熱する火炎加熱部と、
を備えることを特徴とするバーナ装置。
【請求項２】
ディーゼルエンジンの排気経路において、排気ガスを酸化するディーゼル酸化触媒の前段に配置されるバーナ装置であって、
前記排気経路から分流した排気ガスが流入する流入路と、
前記排気ガスと燃料との混合気を燃焼し、燃焼後の排気ガスを前記排気経路に流出させる燃焼室と、
前記燃焼室に設けられ、前記燃焼を促進するバーナ触媒と、
前記バーナ触媒に前記燃料を供給する燃焼燃料供給部と、
前記流入路から前記燃焼室へ流入する前記排気ガスの流量を制限する燃焼流量制限機構と、
前記バーナ触媒に併置されたヒータと、
を備えることを特徴とするバーナ装置。
【請求項３】
ディーゼルエンジンの排気経路において、排気ガスを酸化するディーゼル酸化触媒の前段に配置されるバーナ装置であって、
前記排気経路から分流した排気ガスが流入する流入路と、
前記排気ガスと燃料との混合気を燃焼し、燃焼後の排気ガスを前記排気経路に流出させる燃焼室と、
前記燃焼室に設けられ、前記燃焼を促進するバーナ触媒と、
前記バーナ触媒に前記燃料を供給する燃焼燃料供給部と、
前記流入路から前記燃焼室へ流入する前記排気ガスの流量を制限する燃焼流量制限機構と、
前記バーナ触媒を通電させる電源部と、
を備えることを特徴とするバーナ装置。
【請求項４】
前記ディーゼルエンジンにおける、吸気絞り、排気絞り、またはポスト噴射によって、排気温度を上昇させるエンジン制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のバーナ装置。
【請求項５】
前記バーナ触媒の温度を検知する温度検知部と、
前記バーナ触媒の温度が活性温度未満である場合に、前記火炎加熱部、前記ヒータ、前記電源部、または、前記エンジン制御部を機能させる機能制御部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のバーナ装置。
【請求項１】
ディーゼルエンジンの排気経路において、排気ガスを酸化するディーゼル酸化触媒の前段に配置されるバーナ装置であって、
前記排気経路から分流した排気ガスが流入する流入路と、
前記排気ガスと燃料との混合気を燃焼し、燃焼後の排気ガスを前記排気経路に流出させる燃焼室と、
前記燃焼室に設けられ、前記燃焼を促進するバーナ触媒と、
前記バーナ触媒に前記燃料を供給する燃焼燃料供給部と、
前記流入路から前記燃焼室へ流入する前記排気ガスの流量を制限する燃焼流量制限機構と、
前記バーナ触媒を火炎で加熱する火炎加熱部と、
を備えることを特徴とするバーナ装置。
【請求項２】
ディーゼルエンジンの排気経路において、排気ガスを酸化するディーゼル酸化触媒の前段に配置されるバーナ装置であって、
前記排気経路から分流した排気ガスが流入する流入路と、
前記排気ガスと燃料との混合気を燃焼し、燃焼後の排気ガスを前記排気経路に流出させる燃焼室と、
前記燃焼室に設けられ、前記燃焼を促進するバーナ触媒と、
前記バーナ触媒に前記燃料を供給する燃焼燃料供給部と、
前記流入路から前記燃焼室へ流入する前記排気ガスの流量を制限する燃焼流量制限機構と、
前記バーナ触媒に併置されたヒータと、
を備えることを特徴とするバーナ装置。
【請求項３】
ディーゼルエンジンの排気経路において、排気ガスを酸化するディーゼル酸化触媒の前段に配置されるバーナ装置であって、
前記排気経路から分流した排気ガスが流入する流入路と、
前記排気ガスと燃料との混合気を燃焼し、燃焼後の排気ガスを前記排気経路に流出させる燃焼室と、
前記燃焼室に設けられ、前記燃焼を促進するバーナ触媒と、
前記バーナ触媒に前記燃料を供給する燃焼燃料供給部と、
前記流入路から前記燃焼室へ流入する前記排気ガスの流量を制限する燃焼流量制限機構と、
前記バーナ触媒を通電させる電源部と、
を備えることを特徴とするバーナ装置。
【請求項４】
前記ディーゼルエンジンにおける、吸気絞り、排気絞り、またはポスト噴射によって、排気温度を上昇させるエンジン制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のバーナ装置。
【請求項５】
前記バーナ触媒の温度を検知する温度検知部と、
前記バーナ触媒の温度が活性温度未満である場合に、前記火炎加熱部、前記ヒータ、前記電源部、または、前記エンジン制御部を機能させる機能制御部と、
をさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のバーナ装置。
【図３】
【図４】
【図１】
【図２】
【図５】
【図６】
【図４】
【図１】
【図２】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−２４５２０（Ｐ２０１３−２４５２０Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６１９５４（Ｐ２０１１−１６１９５４）
【出願日】平成２３年７月２５日（２０１１．７．２５）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２５日（２０１１．７．２５）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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