JP4614448B2 - Exhaust gas purification device for internal combustion engine - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の排気浄化装置に関し、特に、装置の大型化を防止しつつ、燃焼バーナを安定的に燃焼させることができる内燃機関の排気浄化装置に関する
The present invention relates to an exhaust gas purification equipment for an internal combustion engine, while preventing the size of the device relates to an exhaust gas purification equipment for an internal combustion engine capable of combusting stably combustion burner

従来、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガス中には、環境汚染を促す黒煙微粒子(以下、PMと称する)や窒素酸化物(以下、NOXと称する)等が含まれている。これらのPMやNOXを除去すべく、PMの捕集フィルタやNOXを還元除去するための触媒を排気通路中に配置することにより、排気ガスを浄化して排出している。
このうち捕集フィルタは、使用につれてPMが蓄積されていくために、所定の時期に、フィルタ上のPMを燃焼させて、フィルタを再生させる必要がある。また、NOX触媒は、排気ガスの温度によっては触媒が活性化せず、NOXの還元効率が低くなるために、運転状態等から判断して、NOX触媒を昇温活性化させる必要がある。
Conventionally, in exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as a diesel engine black smoke particles to promote environmental pollution (hereinafter, referred to as PM) and nitrogen oxides (hereinafter, referred to as NO X), etc. are included . In order to remove these PM and NO X, by placing a catalyst for reducing and removing the collection filter and NO X of PM in the exhaust passage, and discharged to purify the exhaust gas.
Among these, the collection filter accumulates PM as it is used, so it is necessary to regenerate the filter by burning the PM on the filter at a predetermined time. Further, the NO x catalyst is not activated depending on the temperature of the exhaust gas, and the reduction efficiency of NO x is lowered. Therefore, it is necessary to activate the NO x catalyst by raising the temperature based on the operating state and the like. is there.

このように、捕集フィルタを燃焼させたり、NOX触媒を昇温活性化させたりする方法として、捕集フィルタやNOX触媒の上流側に燃焼バーナを配置して、燃焼ガスの熱量を利用する方法が知られている。しかしながら、燃焼バーナを用いた再生、昇温を行うためには、燃料を燃焼させるための空気を供給する必要があることから、空気供給系統を備える必要があり、装置が大型化するおそれがあった。
そこで、燃焼バーナの燃焼用の空気を、酸素が残存する排気ガスを用いた排ガス浄化用燃焼器が提案されている(例えば、特許文献1参照)。より具体的には、図12に示すように、排ガス中の残存酸素を用いて燃料を確実に燃焼して当該排ガス自身の温度をエンジン運転中に所要の温度まで昇温するため、エンジンの運転状況に応じて、燃焼器401内での燃料の確実なる着火と安定燃焼状態を維持するための三要素である酸素濃度及び排ガス温度並びに排ガス流量もしくはそれに変わり得る信号を使用して燃焼器401の着火・燃焼タイミングをコントロールする排ガス浄化用燃焼器400である。
特開2002−242661号公報 (特許請求の範囲 図1)
Thus, or by burning collection filter, as a method or raised activate the NO X catalyst, by placing the combustion burner upstream of the collection filter and NO X catalyst, utilizing heat of the combustion gas How to do is known. However, in order to perform regeneration and temperature increase using a combustion burner, it is necessary to supply air for burning the fuel. Therefore, it is necessary to provide an air supply system, which may increase the size of the apparatus. It was.
In view of this, an exhaust gas purifying combustor using exhaust gas in which oxygen remains as combustion air of a combustion burner has been proposed (for example, see Patent Document 1). More specifically, as shown in FIG. 12, since the fuel is reliably burned using residual oxygen in the exhaust gas and the temperature of the exhaust gas itself is raised to a required temperature during engine operation, Depending on the situation, the combustor 401 uses the oxygen concentration and the exhaust gas temperature and the exhaust gas flow rate or signals that can be changed to the three elements to ensure reliable ignition and stable combustion of the fuel in the combustor 401. An exhaust gas purifying combustor 400 that controls ignition and combustion timing.
JP 2002-242661 A (Claims Fig. 1)

しかしながら、特許文献1に開示された排ガス浄化用燃焼器は、排気通路中において燃料を着火して燃焼させる構成であり、高速回転運転時等に、着火された火炎が排気ガスの早い流れによって吹き消されたり、部分的に酸欠状態になったりして、安定的に燃焼させることができない場合があった。特に、火炎が消えてしまった場合には、燃料がそのまま排気ガス中に放出されるため、排気通路や捕集フィルタ等に燃料が付着して汚染されるというおそれもあった。   However, the exhaust gas purifying combustor disclosed in Patent Document 1 is configured to ignite and burn fuel in an exhaust passage, and the ignited flame is blown by a fast flow of exhaust gas during high-speed rotation operation or the like. In some cases, it was erased or partially deficient and could not be stably burned. In particular, when the flame is extinguished, the fuel is released into the exhaust gas as it is, so that there is a risk that the fuel adheres to the exhaust passage and the collection filter and is contaminated.

そこで、本発明の発明者らは鋭意努力し、燃焼バーナを燃焼させる際の空気として、排気ガスの一部を、本流から分流して取り入れるとともに、燃焼バーナから放射される火炎が排気ガスの本流と直接的に重ならないように、燃焼バーナを配置することにより、上述した問題を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、本発明の目的は、装置全体の大型化を防止しつつ、排気浄化部材を再生又は昇温させるための燃焼バーナを安定的に燃焼させることができる内燃機関の排気浄化装置を提供することである。
Accordingly, the inventors of the present invention have made diligent efforts to take in a part of the exhaust gas as the air when the combustion burner is burned, and to divide a part of the exhaust gas from the main flow, and the flame radiated from the combustion burner is the main flow of the exhaust gas. The present invention has been completed by finding that the above-mentioned problems can be solved by arranging a combustion burner so that they do not directly overlap with each other.
An object of the present invention, while preventing an increase in the overall size of the device, to provide an exhaust gas purifying equipment for an internal combustion engine combustion burner for reproducing or temperature of the exhaust purifying member can be burnt stably That is.

本発明によれば、内燃機関の排気通路中に配置され、前記内燃機関から排出される排気ガスを浄化するための排気浄化部材を含む内燃機関の排気浄化装置であって、排気浄化部材の上流側に配置され、排気浄化部材を再生又は昇温するための燃焼バーナであって、燃料が噴射される燃料噴射部の周囲を包囲する管状部材を備えるとともに、燃焼用のエアの少なくとも一部として、排気ガスの一部を本流から分流することにより取り入れて燃焼することができ、分流された排気ガスが管状部材の外周を経由し、燃料噴射部より後方から管状部材の内側に導かれる燃焼バーナを、放射される火炎が、排気ガスの本流と直接的に重ならないように配置した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。
なお、「火炎が排気ガスの本流と直接的に重ならない」とは、視認できる程度に着色された火炎が、排気通路中を流れる排気ガスの流れまで到達していない状態を意味する。
According to the present invention, there is provided an exhaust purification device for an internal combustion engine that is disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine and includes an exhaust purification member for purifying exhaust gas discharged from the internal combustion engine, the upstream side of the exhaust purification member. A combustion burner disposed on the side for regenerating or raising the temperature of the exhaust purification member, comprising a tubular member surrounding the fuel injection part into which fuel is injected, and as at least part of the combustion air Combustion burner in which a part of the exhaust gas can be taken in and combusted by diverting it from the main flow, and the diverted exhaust gas is guided from the rear side of the fuel injection part to the inside of the tubular member via the outer periphery of the tubular member Is provided so that the radiated flame does not directly overlap the main flow of exhaust gas, and the above-described problems can be solved.
“The flame does not directly overlap the main flow of the exhaust gas” means that the flame colored to the extent that it is visible does not reach the flow of the exhaust gas flowing in the exhaust passage.

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、燃焼バーナにおける燃料が噴射される燃料噴射部と排気通路との間に、放射される火炎を安定燃焼させるための保炎部を備えることが好ましい。   Further, when configuring the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention, a flame holding unit for stably burning the radiated flame is provided between the fuel injection unit to which the fuel in the combustion burner is injected and the exhaust passage. It is preferable.

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、燃焼バーナにおける火炎が放射される燃料噴射部を、排気通路の内面から後退させた位置に配置することが好ましい。   Further, when configuring the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention, it is preferable to arrange the fuel injection portion, to which the flame in the combustion burner is radiated, at a position retracted from the inner surface of the exhaust passage.

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、燃焼バーナを排気通路内に配置することが好ましい。
Further, Ri per To configure the exhaust gas purifying apparatus for an internal combustion engine of the present invention, it is preferable to dispose the combustion burner in the exhaust passage.

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、排気通路から分岐するとともに燃焼バーナに合流し、排気ガスの一部を燃焼バーナに流入させるための支流管を備えることが好ましい。   Further, in configuring the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention, it is preferable to include a branch pipe for branching from the exhaust passage and joining the combustion burner to allow a part of the exhaust gas to flow into the combustion burner.

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、排気通路中に、排気ガスの一部を本流から分流させるための弁部を備えることが好ましい。   In configuring the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to the present invention, it is preferable that a valve portion for diverting a part of the exhaust gas from the main flow is provided in the exhaust passage.

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、支流管における燃焼バーナ側とは反対側の端部を、排気通路中に配置することが好ましい。   Further, when configuring the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention, it is preferable to arrange the end of the branch pipe on the side opposite to the combustion burner side in the exhaust passage.

本発明の内燃機関の排気浄化装置によれば、排気浄化部材を再生又は昇温させるための燃焼バーナにおける燃焼用の空気を、排気ガスの本流から分流した排気ガスを用いることにより、空気供給系統を比較的簡易な構成で対応させることができるために、装置全体の大型化を防止することができるようになった。また、燃焼バーナから放射される火炎が、排気ガスの本流と直接的に重ならないように配置することにより、バーナの安定的な燃焼を可能とすることができた。   According to the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention, an air supply system is provided by using the exhaust gas that is divided from the main flow of the exhaust gas as the combustion air in the combustion burner for regenerating or raising the temperature of the exhaust gas purification member. Can be handled with a relatively simple configuration, so that the overall size of the apparatus can be prevented from increasing. Further, by arranging the flame radiated from the combustion burner so as not to directly overlap the main flow of the exhaust gas, the burner can be stably burned.

以下、本発明にかかる内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法の実施の形態について詳細に説明する。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。   Hereinafter, embodiments of an exhaust gas purification apparatus and an exhaust gas purification method for an internal combustion engine according to the present invention will be described in detail. However, this embodiment shows one aspect of the present invention and does not limit the present invention, and can be arbitrarily changed within the scope of the present invention.

[第1の実施の形態]
本実施形態は、内燃機関の排気通路中に配置され、内燃機関から排出される排気ガスを浄化するための排気浄化部材を含む内燃機関の排気浄化装置である。
かかる排気浄化装置は、排気浄化部材の上流側に配置され、排気浄化部材を再生又は昇温するための燃焼バーナ(以下、単にバーナと称する場合がある)であって、燃焼用のエアの一部として、排気ガスの一部を本流から分流することにより取り入れて燃焼することができる燃焼バーナを、放射される火炎が、排気ガスの本流と直接的に重ならないように配置してあることを特徴とする。
[First Embodiment]
The present embodiment is an exhaust purification device for an internal combustion engine that is disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine and includes an exhaust purification member for purifying exhaust gas discharged from the internal combustion engine.
Such an exhaust purification device is disposed on the upstream side of the exhaust purification member, and is a combustion burner (hereinafter sometimes simply referred to as a burner) for regenerating or raising the temperature of the exhaust purification member. As a part, a combustion burner capable of taking in and burning a part of the exhaust gas from the main flow is arranged so that the radiated flame does not directly overlap the main flow of the exhaust gas. Features.

1.基本的構成
本実施形態の排気浄化装置10は、図1に示すように、内燃機関5に接続された排気通路13と、排気浄化部材11と、排気浄化部材11を再生又は昇温させるためのバーナ20とを備えている。すなわち、排気浄化部材としてPMの捕集フィルタを備えている場合には、内燃機関から排出される排気ガス中に含まれ、捕集フィルタによって捕集されたPMが所定量を超えた場合に、バーナを用いて排気ガスの温度を高温にすることにより、捕集フィルタに付着したPMを燃焼させることができる。また、排気浄化装置としてNOX触媒を備えている場合には、NOX触媒が活性化温度よりも著しく低い場合などに、バーナを用いて排気ガスの温度を高温にすることにより、NOX触媒を昇温活性化させて、NOXの還元反応を効率化させることができる。
1. Basic Configuration As shown in FIG. 1, the exhaust purification device 10 of the present embodiment is configured to regenerate or raise the temperature of the exhaust passage 13 connected to the internal combustion engine 5, the exhaust purification member 11, and the exhaust purification member 11. And a burner 20. That is, when a PM collection filter is provided as an exhaust purification member, when the PM contained in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine and collected by the collection filter exceeds a predetermined amount, By making the temperature of the exhaust gas high using a burner, the PM adhering to the collection filter can be burned. Further, when provided with a NO X catalyst as an exhaust gas purification apparatus, such as when NO X catalyst is significantly lower than the activation temperature, by the temperature of the exhaust gas to a high temperature by using a burner, NO X catalyst Can be activated at an elevated temperature to make the NO X reduction reaction more efficient.

また、排気浄化装置10において、排気浄化部材11として捕集フィルタを備える場合に、捕集フィルタの上流側及び下流側に圧力センサ18を配置することもできる。この場合、圧力センサ18によって測定される圧力差を検証することにより、捕集フィルタによって捕集されたPMの量を検証することができる。
また、排気浄化部材としてNOX触媒を備える場合には、NOX触媒の上流側及び下流側に、圧力センサの代わりに、ラムダセンサを配置することもできる。この場合、NOX触媒に流入する排気ガスをリーン状態からリッチ状態に切り換えるとともに、ラムダセンサによって測定される空燃比を比較することによって、NOX触媒に吸蔵されていたNOX量を検証でき、NOX触媒の劣化具合を判断することができる。
さらに、排気浄化部材11の上流側に、排気ガスの空燃比を測定するためのラムダセンサ12を配置することもできる。このラムダセンサ12によって、排気浄化部材11に流入する排気ガスの空燃比を測定し、得られた空燃比をもとに、浄化効率を向上させるべく内燃機関5の運転条件や燃焼バーナ20の燃焼条件等を制御することができる。
Further, when the exhaust gas purification device 10 includes a collection filter as the exhaust gas purification member 11, the pressure sensors 18 can be arranged on the upstream side and the downstream side of the collection filter. In this case, by verifying the pressure difference measured by the pressure sensor 18, the amount of PM collected by the collection filter can be verified.
Further, when the NO x catalyst is provided as the exhaust purification member, a lambda sensor can be arranged on the upstream side and the downstream side of the NO x catalyst instead of the pressure sensor. In this case, the exhaust gas flowing into the NO x catalyst is switched from the lean state to the rich state, and by comparing the air-fuel ratio measured by the lambda sensor, the amount of NO x stored in the NO x catalyst can be verified, The degree of deterioration of the NO x catalyst can be determined.
Furthermore, a lambda sensor 12 for measuring the air-fuel ratio of the exhaust gas can be arranged upstream of the exhaust purification member 11. The lambda sensor 12 measures the air-fuel ratio of the exhaust gas flowing into the exhaust purification member 11, and based on the obtained air-fuel ratio, the operating conditions of the internal combustion engine 5 and the combustion of the combustion burner 20 are improved to improve the purification efficiency. Conditions and the like can be controlled.

2.内燃機関
排気ガスを排出する内燃機関5としては、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、排気浄化部材の取り付けが必須であ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、図1中に示される運転状態検出手段15は、内燃機関5の運転状態、すなわち、内燃機関5の回転数や、排気温度、燃料噴射タイミング等を検出する手段であって、当該検出結果に基づいて、バーナ20の出力や、バーナ20に導入させる排気ガス量を制御できるように構成してあることが好ましい。
2. Internal combustion engine As the internal combustion engine 5 that exhausts exhaust gas, a diesel engine or a gasoline engine is typical, but it is suitable to target a diesel engine in which an exhaust purification member is essential.
1 is a means for detecting the operating state of the internal combustion engine 5, that is, the rotational speed of the internal combustion engine 5, the exhaust gas temperature, the fuel injection timing, and the like. It is preferable that the output of the burner 20 and the amount of exhaust gas introduced into the burner 20 can be controlled based on the above.

3.排気通路
また、排気通路13は、内燃機関の排気口に接続されており、当該排気通路13の途中に、バーナ20や排気浄化部材11が備えられている。かかる排気通路13の断面形状は、円形、楕円、あるいは角柱の排気通路13であれば特にその形態は特に制限されるものではない。
ただし、排気通路の途中にバーナ20を取り付けやすくするために、図1に例示するように、排気通路13の途中に屈曲部14を設けることが好ましい。
3. Exhaust passage The exhaust passage 13 is connected to an exhaust port of the internal combustion engine, and a burner 20 and an exhaust purification member 11 are provided in the middle of the exhaust passage 13. The cross-sectional shape of the exhaust passage 13 is not particularly limited as long as it is a circular, elliptical, or prismatic exhaust passage 13.
However, in order to make it easier to attach the burner 20 in the middle of the exhaust passage, it is preferable to provide a bent portion 14 in the middle of the exhaust passage 13 as illustrated in FIG.

4.排気浄化部材
また、排気ガスを浄化するための排気浄化部材11としては、PMの捕集フィルタやNOX触媒が典型的である。
このうち捕集フィルタは公知材料から構成することができ、例えば、セラミック材料から構成されたハニカム構造のフィルタであって、排気ガス中のPMその他の微粒子を補集してこれを浄化するものである。また、かかる捕集フィルタはフィルタ単体であっても構わないが、例えば、触媒やNOX吸着剤がコーティングされたものとすることもできる。
4). Exhaust purifying member As the exhaust purifying member 11 for purifying exhaust gas, PM collection filter and NO X catalyst are typical.
Among these, the collection filter can be made of a known material, for example, a honeycomb structure filter made of a ceramic material, which collects PM and other fine particles in exhaust gas and purifies it. is there. Furthermore, such collection filter is may be a filter alone, for example, it can also be assumed that the catalyst and NO X adsorbent is coated.

また、NOX触媒についても、公知のものを使用することができる。例えば、排気ガスの空燃比がリーン状態においてNOXを吸蔵するとともに空燃比をリッチ状態とした場合にNOXを放出して還元させるものや、アンモニア水溶液(尿素)等の還元剤を排気ガス中にあらかじめ混合して流し込むことによりNOXと還元剤との還元反応を促進させるものがある。 As the NO x catalyst, a known one can be used. For example, and one which reduced by releasing NO X when the air-fuel ratio of the exhaust gas has an air-fuel ratio rich state while absorbing the NO X in the lean state, the exhaust gas a reducing agent such as aqueous ammonia solution (urea) In some cases, the reduction reaction between NO x and the reducing agent is promoted by mixing them in advance.

また、本発明の排気浄化装置において、図2に示すように、捕集フィルタやNOX触媒等の排気浄化部材11の上流側に、酸化触媒(DOC)17を備えることも好ましい。
この理由は、バーナの熱によって酸化触媒が昇温活性化され、排気ガス中に残存するCOやHC等が酸化触媒17で酸化されることにより、その酸化熱によって排気ガスをさらに昇温させることができるためである。したがって、捕集されたPMをより効率的に燃焼させたり、NOX触媒を効率的に活性化させて、NOXの還元反応をより効率化させたりすることができる。
Further, in the exhaust purification apparatus of the present invention, as shown in FIG. 2, on the upstream side of the collection filter and NO X catalyst exhaust purifying device 11, such as, it is also preferable to provide an oxidation catalyst (DOC) 17.
The reason for this is that the oxidation catalyst is heated and activated by the heat of the burner, and CO, HC, etc. remaining in the exhaust gas are oxidized by the oxidation catalyst 17, and the exhaust gas is further heated by the oxidation heat. It is because it can do. Therefore, the collected PM can be burned more efficiently, or the NO x catalyst can be activated more efficiently, and the NO x reduction reaction can be made more efficient.

5.燃焼バーナ
(1)基本的態様
また、本発明の内燃機関の排気浄化装置に用いられる燃焼バーナ20は、排気浄化部材の上流側に配置され、排気浄化部材を再生又は昇温するためのバーナであって、燃焼用のエアの一部として、排気ガスの一部を本流から分流することにより取り入れて燃焼することができるバーナ20である。また、かかるバーナ20は、放射される火炎が排気ガスの本流と直接的に重ならないように配置されている。
5. Combustion Burner (1) Basic Aspect The combustion burner 20 used in the exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine of the present invention is a burner that is disposed upstream of the exhaust gas purification member and regenerates or raises the temperature of the exhaust gas purification member. The burner 20 can take in and burn a part of the exhaust gas as a part of the combustion air by diverting it from the main stream. Further, the burner 20 is arranged so that the radiated flame does not directly overlap the main flow of exhaust gas.

すなわち、燃料を燃焼させる際に要する酸素の一部を排気ガス中に残存する酸素を利用することにより、バーナに対して酸素を効率的に供給することができる。したがって、エアポンプ等の空気供給系統を比較的小型のものとすることができるため、排気浄化装置全体として大型化することを防止することができる。
また、バーナから放射される火炎が排気ガスの本流と直接的に重ならないようにバーナを配置することにより、高速回転運転時に排気ガスの一部を利用してバーナから火炎を放射させた場合であっても、比較的大流量の排気ガスによって火炎が吹き消されたり、部分的に酸欠状態になったりすることを防ぐことができる。したがって、内燃機関の運転状態がどのような状態であっても、バーナを安定的に燃焼させることができ、排気浄化部材の再生や昇温を効率的に行うことができる。
なお、「火炎が排気ガスの本流と直接的に重ならない」とは、視認できる程度に着色された火炎が、排気通路中を流れる排気ガスの流れまで到達していない状態を意味する。
That is, oxygen can be efficiently supplied to the burner by utilizing oxygen remaining in the exhaust gas as part of oxygen required for burning the fuel. Therefore, since the air supply system such as an air pump can be made relatively small, it is possible to prevent the exhaust purification device from being enlarged as a whole.
In addition, by arranging the burner so that the flame radiated from the burner does not directly overlap the main flow of exhaust gas, the flame is emitted from the burner using a part of the exhaust gas during high-speed rotation operation. Even in such a case, it is possible to prevent the flame from being blown out by a relatively large flow rate of exhaust gas or partially becoming oxygen deficient. Therefore, regardless of the operating state of the internal combustion engine, the burner can be stably burned, and the regeneration and temperature increase of the exhaust purification member can be performed efficiently.
“The flame does not directly overlap the main flow of the exhaust gas” means that the flame colored to the extent that it is visible does not reach the flow of the exhaust gas flowing in the exhaust passage.

(2)構成例1
このようなバーナとしては、例えば、図3に示すように、燃料が噴射される燃料噴射部(ノズル)21を、排気通路13の内面13aから後退させた位置に配置したバーナ20Aとすることができる。このバーナ20Aは、排気通路13から分岐するとともにバーナ20Aに合流し、排気ガスの一部D´をバーナ20Aに流入させるための支流管23を備えている。このバーナ20Aは、エアアシスト式の拡散燃焼型のバーナであって、バーナ20Aを燃焼させる際には、インジェクタ25から燃料を噴射させるとともに、エアポンプ27から導入される空気と混合して霧状の燃料とし、点火装置29によって点火することにより火炎Fを放射する。このとき、排気ガスの一部D´をバーナ20Aに流入させるとともに、点火装置29近傍に供給することにより、燃料の燃焼を補助している。
したがって、エアポンプ27から導入される空気量を少なくすることができるために、当該エアによる火炎の立ち消えを防ぐことができる。また、比較的少ない空気量で済むために、エアポンプ27の容量を小さくすることができ、排気浄化装置全体が大型化することを防ぐことができる。
(2) Configuration example 1
As such a burner, for example, as shown in FIG. 3, a burner 20 </ b> A in which a fuel injection portion (nozzle) 21 through which fuel is injected is disposed at a position retracted from the inner surface 13 a of the exhaust passage 13 is used. it can. The burner 20A is provided with a branch pipe 23 that branches from the exhaust passage 13 and joins the burner 20A to allow a part of exhaust gas D ′ to flow into the burner 20A. This burner 20A is an air-assisted diffusion combustion type burner. When burning the burner 20A, fuel is injected from the injector 25 and mixed with air introduced from the air pump 27 to form a mist-like burner. Flame F is emitted by using the ignition device 29 as fuel and igniting. At this time, a part of the exhaust gas D ′ flows into the burner 20A and is supplied to the vicinity of the ignition device 29, thereby assisting the combustion of the fuel.
Therefore, since the amount of air introduced from the air pump 27 can be reduced, it is possible to prevent the flame from extinguishing due to the air. Further, since a relatively small amount of air is sufficient, the capacity of the air pump 27 can be reduced, and the entire exhaust emission control device can be prevented from increasing in size.

また、燃料噴射部21を排気通路13の内面13aから後退させた位置にバーナ20Aが配置されているために、火炎Fが排気ガスの本流Dと直接的に重ならないようにできる。したがって、排気ガスDによって火炎Fが吹き消されたり、一部が酸欠状態になったりなど、不安定になることを抑止して、安定的に燃焼させることができる。よって、捕集フィルタに捕集されたPMの燃焼や、NOX触媒に吸蔵されたNOXの還元を効率的に行うことができる。
さらに、図3に示す燃焼バーナ20Aは、燃料噴射部21から排気通路13の内面13aまでの間をつなぐ流路としての管状部材(燃焼管)22の出口部分の周囲を囲むように、保炎部26を備えている。したがって、火炎に淀みが形成されるように構成され、排気通路内まで火炎が届きにくくなっているとともに、排気ガスが火炎に影響を与えることが少ないために、より安定的にバーナを燃焼させることができる。
Further, since the burner 20A is disposed at a position where the fuel injection portion 21 is retracted from the inner surface 13a of the exhaust passage 13, the flame F can be prevented from directly overlapping the main flow D of the exhaust gas. Therefore, it is possible to suppress instability such as the flame F being blown out by the exhaust gas D, or a part of the oxygen being deficient, and combustion can be stably performed. Therefore, the combustion of PM collected by the collection filter and the reduction of NO x stored in the NO x catalyst can be performed efficiently.
Further, the combustion burner 20 </ b> A shown in FIG. 3 holds the flame so as to surround the periphery of the outlet portion of the tubular member (combustion tube) 22 as a flow path connecting the fuel injection portion 21 to the inner surface 13 a of the exhaust passage 13. A portion 26 is provided. Therefore, it is configured so that stagnation is formed in the flame, and it is difficult for the flame to reach into the exhaust passage, and the exhaust gas hardly affects the flame, so that the burner can be burned more stably. Can do.

このような構成のバーナ20Aにおいて、排気通路13から分流してバーナ20Aに供給される排気ガスの一部D´が燃料噴射部21近傍に供給されるような構成であれば、その態様は特に制限されるものではないが、例えば、排気ガスの支流管23の出口23aが、燃料噴射部21の周囲に設けられた燃焼管22の外周部に面する箇所に配置されていることが好ましい。すなわち、燃料噴射部21を排気通路13の内面13aから後退させるように燃焼管22が備えられており、排気ガスD´が当該燃焼管22の外周部に供給されるように構成されていることが好ましい。
この理由は、排気通路13から分流させた排気ガスD´を、バーナ20Aから放射された熱で暖められた燃焼管22によって予熱させた状態で、燃焼用のエアの一部として供給することができるため、噴霧された燃料の蒸発が促進され、着火性が向上し、燃焼安定性を向上させることができるためである。
In the burner 20 </ b> A having such a configuration, if the configuration is such that a part of the exhaust gas D ′ diverted from the exhaust passage 13 and supplied to the burner 20 </ b> A is supplied to the vicinity of the fuel injection portion 21, the mode is particularly Although not limited, for example, the outlet 23 a of the exhaust gas branch pipe 23 is preferably disposed at a location facing the outer peripheral portion of the combustion pipe 22 provided around the fuel injection section 21. That is, the combustion pipe 22 is provided so as to retract the fuel injection section 21 from the inner surface 13 a of the exhaust passage 13, and the exhaust gas D ′ is supplied to the outer peripheral portion of the combustion pipe 22. Is preferred.
This is because the exhaust gas D ′ branched from the exhaust passage 13 is supplied as a part of combustion air in a state preheated by the combustion pipe 22 heated by the heat radiated from the burner 20A. This is because evaporation of the sprayed fuel is promoted, ignitability is improved, and combustion stability can be improved.

また、排気通路13から支流管23中へ排気ガスの一部D´を導く方法として、例えば、図3に示すように、排気通路13の内面の一部に配管23を連通させることができる。このように構成すれば、バーナ20Aから放射される火炎によるベンチュリ効果によって、排気ガスの一部D´が支流管23へと導かれる。
一方、排気通路13から支流管23中へ排気ガスの一部D´を導く別の方法として、図4に示すように、支流管23の入口23bを、排気通路13の上流側に向けた状態で排気通路13中に突出させて配置することも好ましい。このように構成すれば、排気ガスが直接支流管23に流れ込むために、上述のベンチュリ効果と相俟って、より流入させやすくなる。
Further, as a method for guiding a part D ′ of the exhaust gas from the exhaust passage 13 into the branch pipe 23, for example, as shown in FIG. 3, the pipe 23 can be communicated with a part of the inner surface of the exhaust passage 13. If comprised in this way, some D 'of exhaust gas will be guide | induced to the branch pipe 23 by the venturi effect by the flame radiated | emitted from 20 A of burners.
On the other hand, as another method for guiding a part D ′ of the exhaust gas from the exhaust passage 13 into the branch pipe 23, as shown in FIG. 4, the inlet 23 b of the branch pipe 23 faces the upstream side of the exhaust passage 13. It is also preferable to project the gas in the exhaust passage 13. If comprised in this way, since exhaust gas flows directly into the branch pipe 23, it will become easier to flow in with the above-mentioned venturi effect.

また、図5に示すように、排気通路13中に、排気ガスDの一部を本流から分流させるための絞り部31を設けることが好ましい。この理由は、本流の流れを一部遮ることにより、支流管23との圧力差を利用して排気ガスを流入させやすくできるためである。
また、かかる弁部を、図6(a)〜(b)に示すように、絞り量を切換可能な弁体33、35とすることが好ましい。この理由は、バーナ20Aへ排気ガスの一部D´を流入させる際に、本流を絞ることにより、排気ガスDを流入させやすくすることができるためである。また、絞り量を可変とすることにより、バーナ20Aへの流入量を制御できるため、バーナ20Aの火力や内燃機関の運転状態に対応させて、適量の残存酸素を含む排気ガスD´を供給することができるためである。
このような可動式の弁部としては、例えば、図6(a)に示すシャッター式の弁体や、図6(b)に示す回転式の弁体とすることができる。
Further, as shown in FIG. 5, it is preferable to provide a throttle portion 31 for diverting a part of the exhaust gas D from the main flow in the exhaust passage 13. The reason for this is that by partially blocking the flow of the main flow, the exhaust gas can be easily introduced using the pressure difference with the branch pipe 23.
Moreover, it is preferable to make this valve part into the valve bodies 33 and 35 which can switch throttle amount, as shown to Fig.6 (a)-(b). This is because the exhaust gas D can be easily introduced by narrowing the main flow when the exhaust gas part D ′ is introduced into the burner 20A. Further, since the amount of flow into the burner 20A can be controlled by making the throttle amount variable, the exhaust gas D ′ containing an appropriate amount of residual oxygen is supplied in accordance with the thermal power of the burner 20A and the operating state of the internal combustion engine. Because it can.
As such a movable valve portion, for example, a shutter-type valve body shown in FIG. 6A or a rotary valve body shown in FIG. 6B can be used.

(2)構成例2
また、別の構成例として、図7に示すように、バーナ20Bにおける火炎が放射される燃料噴射部41の周囲を包囲する管状部材(燃焼管)42を備えるとともに、排気通路13内に配置されたバーナ20Bとすることができる。このバーナ20Bは、排気通路13内に配置されるとともに、排気ガスの一部D´を点火装置49近傍に流入させるための流入口43を備えている。図7に示すバーナ20Bはエアアシスト式のバーナであって、構成例1のバーナ20Aと同様に、バーナを燃焼させる際には、インジェクタ45から燃料を噴射させるとともに、エアポンプ47から導入される空気と混合して霧状の燃料とし、点火装置49によって点火することにより火炎Fを放射する。このとき、排気ガスの一部D´をバーナ20Bに流入させるとともに、点火装置49近傍に供給することにより、燃料の燃焼を補助している。
したがって、エアポンプ47から導入される空気量を少なくすることができるために、当該エアによる火炎の立ち消えを防ぐことができる。また、比較的少ない空気量で済むために、エアポンプ47の容量を小さくすることができ、排気浄化装置全体が大型化することを防ぐことができる。
(2) Configuration example 2
Further, as another configuration example, as shown in FIG. 7, a tubular member (combustion tube) 42 surrounding the fuel injection portion 41 from which the flame in the burner 20B is radiated is provided and disposed in the exhaust passage 13. Burner 20B. The burner 20 </ b> B is disposed in the exhaust passage 13 and includes an inlet 43 for allowing a part of exhaust gas D ′ to flow into the vicinity of the ignition device 49. The burner 20B shown in FIG. 7 is an air-assist burner. Like the burner 20A of the configuration example 1, when the burner is burned, fuel is injected from the injector 45 and air introduced from the air pump 47 is used. To form a mist fuel and ignite by an ignition device 49 to radiate a flame F. At this time, part of the exhaust gas D ′ flows into the burner 20B and is supplied to the vicinity of the ignition device 49, thereby assisting the combustion of the fuel.
Therefore, since the amount of air introduced from the air pump 47 can be reduced, it is possible to prevent the flame from extinguishing due to the air. Further, since a relatively small amount of air is sufficient, the capacity of the air pump 47 can be reduced, and the entire exhaust emission control device can be prevented from becoming large.

また、バーナ20Bの燃料噴射部41の周囲が燃焼管42で包囲されているために、排気ガスの本流Dが直接的に火炎Fと重ならないようにされている。したがって、排気ガスDによって火炎Fが吹き消されたり、一部酸欠状態になったりなど、不安定になることを防止して、安定的に燃焼させることができる。
さらに、図7に示す燃焼バーナ20Bは、燃焼管42の出口部分近傍において、その周囲を囲むように、保炎部46を備えている。したがって、火炎に淀みが形成されるように構成され、排気通路内まで火炎が届きにくくなっているとともに、排気ガスが火炎に影響を与えることが少ないために、より安定的にバーナを燃焼させることができる。
Further, since the periphery of the fuel injection portion 41 of the burner 20B is surrounded by the combustion pipe 42, the main flow D of the exhaust gas is prevented from directly overlapping the flame F. Therefore, it is possible to prevent the flame F from being blown out by the exhaust gas D, or to be partly in an oxygen deficient state, thereby preventing instability and stable combustion.
Further, the combustion burner 20B shown in FIG. 7 includes a flame holding portion 46 so as to surround the periphery of the combustion tube 42 in the vicinity of the outlet portion. Therefore, it is configured so that stagnation is formed in the flame, and it is difficult for the flame to reach into the exhaust passage, and the exhaust gas hardly affects the flame, so that the burner can be burned more stably. Can do.

かかる構成のバーナ20Bにおいても、図8(a)〜(b)に示すように、排気ガスD´の流入口43に可動式の弁部53、55を設けることが好ましい。この理由は、バーナ20Bに流入する排気ガスD´の量を、バーナの火力や内燃機関の運転状態に対応させて制御することができるためである。   Also in the burner 20B having such a configuration, it is preferable to provide movable valve parts 53 and 55 at the inlet 43 of the exhaust gas D ′ as shown in FIGS. This is because the amount of the exhaust gas D ′ flowing into the burner 20B can be controlled in accordance with the burner thermal power and the operating state of the internal combustion engine.

また、図9に示すように、バーナ20Bに流入する排気ガスの一部D´を燃料噴射部41に導く際に、燃焼管42の外周部を通過させることにより、排気ガスD´を予熱させることも好ましい。
この理由は、排気通路13から分流させた排気ガスD´を、バーナ20Bから放射された火炎Fで暖められた管状部材42によって予熱させた状態で、燃焼用のエアの一部として供給することにより、上述したとおり燃焼安定性を向上させることができるためである。
Further, as shown in FIG. 9, when part of the exhaust gas D ′ flowing into the burner 20 </ b> B is guided to the fuel injection unit 41, the exhaust gas D ′ is preheated by passing through the outer periphery of the combustion pipe 42. It is also preferable.
The reason for this is that the exhaust gas D ′ diverted from the exhaust passage 13 is supplied as part of combustion air in a state preheated by the tubular member 42 warmed by the flame F emitted from the burner 20B. This is because the combustion stability can be improved as described above.

(3)構成例3
また、さらに別の構成例として、図10(a)及び(b)に示すように、構成例1及び2のバーナとして、エアアシスト式でない拡散燃焼型のバーナを用いた構成とすることもできる。かかるバーナ20C、20Dは、バーナを燃焼させる際に、インジェクタ55、65から燃料を噴射させつつ、点火装置59、69により点火することにより火炎Fを放射するバーナであって、燃焼用のエアとして排気ガスD´のみを用いたバーナ20C、20Dである。
(3) Configuration example 3
Further, as another configuration example, as shown in FIGS. 10A and 10B, a configuration using a diffusion combustion type burner that is not an air assist type as the burners of the configuration examples 1 and 2 may be used. . The burners 20C and 20D are burners that emit a flame F by being ignited by the ignition devices 59 and 69 while injecting fuel from the injectors 55 and 65 when the burner is burned. Burners 20C and 20D using only the exhaust gas D ′.

図10(a)に示すバーナ20Cにおいては、燃料噴射部51が排気通路13の内面13aから後退させた位置に配置されているために、火炎Fが排気ガスの本流Dと直接的に重ならないようにできる。また、図10(b)に示すバーナ20Dにおいては、燃料噴射部61の周囲が管状部材(燃焼管)62で包囲されているために、火炎Fが排気ガスの本流Dと直接的に重ならないようにできる。したがって、バーナの安定的な燃焼を可能とすることができる。
さらに、それぞれのバーナ20C、20Dが、燃焼管52、62の出口部分近傍において、その周囲を囲むように、保炎部56、66を備えている。したがって、火炎に淀みが形成されるように構成され、排気通路内まで火炎が届きにくくなっているとともに、排気ガスが火炎に影響を与えることが少ないために、より安定的にバーナを燃焼させることができる。
また、エアアシスト式でない拡散燃焼型のバーナを用いて構成することにより、燃料消費量は増えるものの、エアポンプを備える必要がなくなるために、排気浄化装置全体をより小型化させることができる。
In the burner 20C shown in FIG. 10A, since the fuel injection portion 51 is disposed at a position retracted from the inner surface 13a of the exhaust passage 13, the flame F does not directly overlap the main flow D of the exhaust gas. You can Further, in the burner 20D shown in FIG. 10B, since the periphery of the fuel injection portion 61 is surrounded by a tubular member (combustion tube) 62, the flame F does not directly overlap the main flow D of exhaust gas. You can Therefore, stable combustion of the burner can be enabled.
Further, the respective burners 20C and 20D are provided with flame holding portions 56 and 66 in the vicinity of the outlet portions of the combustion tubes 52 and 62 so as to surround the periphery thereof. Therefore, it is configured so that stagnation is formed in the flame, and it is difficult for the flame to reach into the exhaust passage, and the exhaust gas hardly affects the flame, so that the burner can be burned more stably. Can do.
In addition, by using a diffusion combustion type burner that is not an air assist type, although the fuel consumption increases, there is no need to provide an air pump, so that the entire exhaust emission control device can be further downsized.

(4)構成例4
また、さらに別の構成例として、図11(a)及び(b)に示すように、構成例1及び2のバーナとして、予混合燃焼型のバーナ20E、20Fを用いた構成とすることもできる。かかるバーナ20E、20Fは、バーナを燃焼させる際に、インジェクタ75、85から燃料を噴射させつつ、導入する排気ガスD´と予め混合した上で、点火装置79、89によって点火することにより火炎Fを放射するバーナであって、燃焼用のエアとして排気ガスのみを用いたバーナ20E、20Fである。
(4) Configuration example 4
Further, as another configuration example, as shown in FIGS. 11A and 11B, a configuration using premixed combustion type burners 20E and 20F can be used as the burners of the configuration examples 1 and 2. . The burners 20E and 20F are preliminarily mixed with the exhaust gas D ′ to be introduced while injecting fuel from the injectors 75 and 85 when the burners are burned, and then ignited by the igniters 79 and 89, whereby the flame F Are burners 20E and 20F that use only exhaust gas as combustion air.

図11(a)に示すバーナ20Eにおいては、予め空気と混合された燃料ガスが着火される火炎発生部71が排気通路13の内面13aから後退させた位置に配置されているために、火炎Fが排気ガスの本流Dと直接的に重ならないようにできる。また、図11(b)に示すバーナ20Fにおいては、火炎発生部81の周囲が管状部材82で包囲されているために、火炎Fが排気ガスの本流Dと直接的に重ならないようにできる。さらに、図11に示す燃焼バーナ20E、20Fは、燃焼管72、82の途中であって、燃料噴射部75、85と燃焼管72、82の出口との間に金網状部材76、86を備えており、火炎が予混合室内に回り込んでバーナが壊れることを防いでいる。
また、このような予混合燃焼型のバーナとすることにより、予混合気が燃焼するため燃焼速度が大きく、火炎が短いことから、バーナ全体の小型化を図ることができる。また、着火前に燃焼ガスが形成されるために、着火の安定化を図ることができる。
In the burner 20E shown in FIG. 11 (a), the flame generating portion 71 where the fuel gas previously mixed with air is ignited is disposed at a position retracted from the inner surface 13a of the exhaust passage 13, so that the flame F Can be prevented from directly overlapping the main stream D of the exhaust gas. Further, in the burner 20F shown in FIG. 11 (b), since the periphery of the flame generating portion 81 is surrounded by the tubular member 82, the flame F can be prevented from directly overlapping the main flow D of the exhaust gas. Further, the combustion burners 20E and 20F shown in FIG. 11 include wire mesh members 76 and 86 in the middle of the combustion pipes 72 and 82 and between the fuel injection portions 75 and 85 and the outlets of the combustion pipes 72 and 82. The flame prevents the burner from breaking into the premixing chamber.
Further, by using such a premixed combustion type burner, the premixed gas burns, the combustion speed is high, and the flame is short, so that the entire burner can be reduced in size. Moreover, since combustion gas is formed before ignition, stabilization of ignition can be achieved.

以上説明した構成例(1)〜(4)以外にも、燃焼バーナの種類自体は特に制限されるものではなく、液体あるいは気体の燃料を用いて火炎を放射するような燃焼バーナであれば好適に使用することができる。   In addition to the configuration examples (1) to (4) described above, the type of the combustion burner is not particularly limited, and any combustion burner that emits a flame using liquid or gaseous fuel is suitable. Can be used for

[第2の実施の形態]
本実施形態は、第1の実施の形態の排気浄化装置を用いて行われ、内燃機関から排出される排気ガスを浄化するための内燃機関の排気浄化方法である。
かかる排気浄化方法は、排気ガス中に含まれる物質を捕集又は還元するための排気浄化部材を、当該排気浄化部材の上流側に配置され、燃焼用のエアの少なくとも一部として、排気ガスの一部を本流から分流することにより取り入れて燃焼することができる燃焼バーナであって、放射される火炎が、排気ガスの本流と直接的に重ならないように配置された燃焼バーナを用いて排気浄化部材を再生又は昇温しながら、排気ガスを浄化することを特徴とする。
以下、本実施形態の排気浄化方法の一例として、図3で示す構成例1の燃焼バーナ20Aを備えた排気浄化装置を用いて行う排気浄化方法について説明する。
[Second Embodiment]
The present embodiment is an exhaust gas purification method for an internal combustion engine for purifying exhaust gas discharged from the internal combustion engine, which is performed using the exhaust gas purification apparatus of the first embodiment.
In such an exhaust purification method, an exhaust purification member for collecting or reducing substances contained in exhaust gas is disposed on the upstream side of the exhaust purification member, and at least part of the combustion air is used as exhaust gas. Exhaust gas purification using a combustion burner that can be introduced and combusted by diverting a part from the main stream and arranged so that the radiated flame does not directly overlap the main stream of exhaust gas The exhaust gas is purified while the member is regenerated or heated.
Hereinafter, as an example of the exhaust purification method of the present embodiment, an exhaust purification method performed using an exhaust purification device including the combustion burner 20A of the configuration example 1 shown in FIG. 3 will be described.

1.黒煙微粒子(PM)の捕集
まず、排気浄化部材としてPMの捕集フィルタを用いて、内燃機関から排出される排気ガス中のPMを捕集フィルタを用いて捕集する、排気浄化方法について説明する。
1. Collection of Black Smoke Fine Particles (PM) First, an exhaust purification method for collecting PM in exhaust gas discharged from an internal combustion engine using a collection filter using a PM collection filter as an exhaust purification member explain.

まず、内燃機関から排出される排気ガス中のPMを捕集フィルタを用いて捕集する。これによって、排気ガス中のPMを除去することができるが、捕集フィルタにPMが堆積するにつれて排気圧力損失が上昇し、エンジンの燃費が悪化したり、出力が低下したりするために、捕集フィルタに捕集されたPMを強制的に燃焼させて、捕集フィルタを再生する必要がある。
なお、この状態では、排気通路からバーナへ排気ガスの一部を導くための支流管にも排気ガスの一部が流入するが、バーナが点火されていないために、バーナ中をそのまま流れて捕集フィルタに流入している。
First, PM in exhaust gas discharged from the internal combustion engine is collected using a collection filter. This makes it possible to remove PM in the exhaust gas. However, as PM accumulates on the collection filter, the exhaust pressure loss increases, and the fuel consumption of the engine deteriorates and the output decreases. It is necessary to regenerate the collection filter by forcibly burning the PM collected by the collection filter.
In this state, a part of the exhaust gas also flows into the branch pipe for guiding a part of the exhaust gas from the exhaust passage to the burner. However, since the burner is not ignited, it flows in the burner as it is and is captured. It flows into the collector filter.

PMを捕集し続けながら、例えば、捕集フィルタの上流側及び下流側における圧力差を測定するなどして、捕集フィルタに捕集されたPMが所定量を超えたことが検知された場合に、バーナの燃焼を開始する。すなわち、インジェクタから燃料を噴射させつつ、エアポンプから導入される空気と混合して霧状の燃料とし、点火プラグによって点火して、火炎を放射させる。このとき、本実施形態の排気浄化方法においては、霧状の燃料を燃焼させるためのエアの少なくとも一部として、排気ガスの一部を本流から分流することにより取り入れて燃焼させるとともに、このバーナから放射される火炎が、排気ガスの本流と直接的に重ならないように火炎を放射させながら燃焼させることを特徴とする。   When it is detected that the amount of PM collected by the collection filter exceeds a predetermined amount, for example, by measuring the pressure difference between the upstream side and the downstream side of the collection filter while collecting PM. Then, burning of the burner is started. That is, while injecting fuel from an injector, it is mixed with air introduced from an air pump to form a mist-like fuel, ignited by an ignition plug, and radiates a flame. At this time, in the exhaust purification method of the present embodiment, as at least a part of the air for combusting the mist-like fuel, a part of the exhaust gas is taken in and combusted from the main stream, and from this burner It is characterized by burning while radiating the flame so that the radiated flame does not directly overlap the main flow of exhaust gas.

すなわち、バーナを燃焼させるための酸素として、排気ガス中に残存する酸素を用いることにより、エアポンプ等の空気供給系統から供給する空気量を少なくできるために、バーナが高出力を要求される場合であってもエアポンプから導入させる空気量を少なくでき、当該エアによる火炎の立ち消えを防止することができるとともに、動力を抑えたバーナ燃焼をすることができる。また、放射される火炎が排気ガスの本流と直接的に重ならないように火炎を放射させることにより、内燃機関が高速回転運転の状態であっても、排気ガスによって、火炎が吹き消されたり、一部が酸欠になったりすることがなくなり、安定的に燃焼させることができる。
したがって、捕集されたPMを効率的に燃焼させて、捕集フィルタを効率的に再生させることができる。よって、排気ガスの浄化効率を著しく向上させることができる。
That is, when the burner is required to have a high output because the amount of air supplied from an air supply system such as an air pump can be reduced by using the oxygen remaining in the exhaust gas as the oxygen for burning the burner. Even in such a case, the amount of air introduced from the air pump can be reduced, the extinction of the flame due to the air can be prevented, and burner combustion with reduced power can be performed. In addition, by radiating the flame so that the radiated flame does not directly overlap the main flow of exhaust gas, even if the internal combustion engine is in a state of high-speed rotation operation, the exhaust gas blows off the flame, Part of the oxygen deficiency is eliminated, and stable combustion can be achieved.
Therefore, it is possible to efficiently burn the collected PM and efficiently regenerate the collection filter. Therefore, the exhaust gas purification efficiency can be significantly improved.

2.NOXの還元除去
次に、排気浄化部材としてNOX触媒を用いて、内燃機関から排出される排気ガス中のNOX(NO、NO2)をNOX触媒を用いて吸蔵するとともに、還元剤を用いて還元除去する排気浄化方法について説明する。
2. NO x reduction and removal Next, a NO x catalyst is used as an exhaust purification member, and NO x (NO, NO 2 ) in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine is occluded using the NO x catalyst and a reducing agent. Exhaust gas purification method for reducing and removing using the above.

まず、内燃機関から排出される排気ガス中のNOXをNOX触媒に吸蔵する。これによって、排気ガス中のNOXを除去して放出することができるが、NOX触媒に吸蔵されたNOX量が増えるにつれて、NOXの吸蔵効率が低下するために、NOX触媒に対して、還元剤(COやHC)を供給して、吸蔵されたNOXを還元して放出させる必要がある。
なお、この状態では、排気通路からバーナへ排気ガスの一部を導くための支流管にも排気ガスの一部が流入するが、バーナが点火されていないために、バーナ中をそのまま流れてNOX触媒に流入している。
First, NO X in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine is stored in the NO X catalyst. Thereby, it can be released by removing the NO X in the exhaust gas, as the amount of NO X occluded in the NO X catalyst is increased, for storage efficiency of the NO X is reduced, NO X catalyst to Thus, it is necessary to supply a reducing agent (CO or HC) to reduce and release the stored NO x .
In this state, a part of the exhaust gas also flows into the branch pipe for guiding a part of the exhaust gas from the exhaust passage to the burner. However, since the burner is not ignited, it flows through the burner as it is and NO. X is flowing into the catalyst.

NOXを吸蔵し続けながら、例えば、NOX触媒の上流側及び下流側におけるNOX濃度を測定するなどして、NOX触媒に吸蔵されたNOXが所定量を超えたことが検知された場合に、還元剤を供給する。このとき、内燃機関が通常運転あるいは高負荷運転状態にある場合には、排気ガスも比較的高温状態にあるため、NOX触媒も活性化しており、NOXを効率よく還元除去させることができる。一方、内燃機関がアイドリング状態等、排気ガスの温度が低い状態にある場合には、NOX触媒が活性化状態になく、NOXの還元効率が低下している。そこで、排気ガスの温度が低い状態等において、NOXを還元させる必要がある場合に、バーナの燃焼を開始し、NOX触媒を昇温活性化させる。すなわち、インジェクタから燃料を噴射させつつ、エアポンプから導入される空気と混合して霧状の燃料とし、点火プラグによって点火して、火炎を放射させる。このとき、本実施形態の排気浄化方法においては、霧状の燃料を燃焼させるためのエアの少なくとも一部として、排気ガスの一部を本流から分流することにより取り入れて燃焼させるとともに、このバーナから放射される火炎が、排気ガスの本流と直接的に重ならないように火炎を放射させながら燃焼させることを特徴とする。 While continuing to absorb NO X, for example, such as by measuring the NO X concentration at the upstream side and the downstream side of the NO X catalyst, it occluded NO X is detected that exceeds a predetermined amount in the NO X catalyst In some cases, a reducing agent is supplied. At this time, when the internal combustion engine is in a normal operation state or a high load operation state, the exhaust gas is also in a relatively high temperature state, so the NO x catalyst is also activated, and NO x can be efficiently reduced and removed. . On the other hand, when the temperature of the exhaust gas is low, such as when the internal combustion engine is idling, the NO x catalyst is not activated and the NO x reduction efficiency is reduced. Therefore, when NO x needs to be reduced in a state where the temperature of the exhaust gas is low or the like, combustion of the burner is started and the temperature of the NO x catalyst is activated. That is, while injecting fuel from an injector, it is mixed with air introduced from an air pump to form a mist-like fuel, ignited by an ignition plug, and radiates a flame. At this time, in the exhaust purification method of the present embodiment, as at least a part of the air for combusting the mist-like fuel, a part of the exhaust gas is taken in and combusted from the main stream, and from this burner It is characterized by burning while radiating the flame so that the radiated flame does not directly overlap the main flow of exhaust gas.

すなわち、バーナを燃焼させるための酸素として、排気ガス中に残存する酸素を用いることにより、エアポンプ等の空気供給系統から供給する空気量を少なくできるために、当該エアによる火炎の立ち消えを防止できるとともに、動力を抑えたバーナ燃焼をすることができる。また、放射される火炎が排気ガスの本流と直接的に重ならないように火炎を放射させることにより、低負荷運転から高速回転運転状態に移行した場合や、あるいは、高速回転運転状態でのNOX触媒の昇温活性化を行う場合であっても、排気ガスによって、火炎が吹き消されたり、一部が酸欠になったりすることがなくなり、安定的に燃焼させることができる。
したがって、NOX触媒を効率的に昇温活性化させて、NOX触媒に吸蔵されたNOXを効率的に還元させることができる。よって、排気ガスの浄化効率を著しく向上させることができる。
That is, by using the oxygen remaining in the exhaust gas as the oxygen for burning the burner, the amount of air supplied from the air supply system such as an air pump can be reduced, so that the flame can be prevented from extinguishing due to the air. Burner combustion with reduced power can be achieved. In addition, by radiating the flame so that the emitted flame does not directly overlap with the main flow of exhaust gas, the NO X in the case of shifting from the low load operation to the high speed operation state or in the high speed operation state. Even in the case where the temperature increase activation of the catalyst is performed, the exhaust gas does not blow out the flame or part of the catalyst becomes deficient in oxygen and can be stably burned.
Therefore, NO X catalyst efficiently warmed activate, it is possible to reduce the NO X occluded in the NO X catalyst efficiently. Therefore, the exhaust gas purification efficiency can be significantly improved.

以上のように、本発明にかかる内燃機関の排気浄化方法によれば、内燃機関があらゆる運転状態にある場合であっても、排気ガス中の残存酸素を有効利用して、排気浄化部材を効率的に再生又は昇温させることができる。また、燃焼バーナの火炎が、高速回転運転状態等における比較的大流量の排気ガスによって、火炎が吹き消されたり、一部酸欠状態になったりすることがないため、バーナを安定的に燃焼させることができる。したがって、排気ガスを効率的に浄化することができるようになる。   As described above, according to the exhaust gas purification method for an internal combustion engine according to the present invention, even if the internal combustion engine is in any operating state, the remaining oxygen in the exhaust gas is effectively used, and the exhaust gas purification member is efficiently used. Can be regenerated or heated. In addition, the flame of the combustion burner is not burned out or partially deficient by a relatively large flow of exhaust gas during high-speed rotation operation, etc., so the burner burns stably. Can be made. Therefore, the exhaust gas can be efficiently purified.

以下、エアアシスト式の拡散燃焼型のバーナを用いて行った、排気ガスの導入の有無によるバーナの燃焼状態について説明する。
いずれも、排気量が3000ccのディーゼルエンジンを用い、アイドリング状態(800rpm)、高速回転運転状態(3200rpm)、通常運転状態(1500rpm)、それぞれにおいて、エアポンプからのみ空気を導入してバーナの燃焼を行った場合と、エアポンプと併せて、排気ガスの一部を導入してバーナの燃焼を行った場合(図3に示す構成のバーナ)とにおける、バーナの火炎の安定性を測定した。さらに、排気ガスの一部をバーナ導入した場合においては、バーナの火炎が排気ガスの本流と直接的に重なるようにバーナを配置した状態での火炎の安定性を併せて測定した。測定結果を表1に示す。
Hereinafter, the combustion state of the burner according to whether or not exhaust gas is introduced, which is performed using an air-assisted diffusion combustion type burner, will be described.
In each case, a diesel engine with a displacement of 3000 cc is used, and the burner is burned by introducing air only from the air pump in the idling state (800 rpm), the high speed rotation operation state (3200 rpm), and the normal operation state (1500 rpm). In addition, the flame stability of the burner was measured when the burner was burned by introducing a part of the exhaust gas together with the air pump (burner having the configuration shown in FIG. 3). Further, when a part of the exhaust gas was introduced, the stability of the flame in a state where the burner was arranged so that the flame of the burner directly overlaps the main flow of the exhaust gas was also measured. The measurement results are shown in Table 1.

Figure 0004614448

○…バーナが着火し、立ち消えることなく燃焼を続けた
×…バーナが着火しないか、着火しても、立ち消えるか、一部酸欠状態となった
Figure 0004614448

○… The burner ignited and continued to burn without extinguishing ×… The burner did not ignite, or even if ignited, it disappeared or became partially oxygen deficient

表1に示すように、本発明のように、バーナの燃焼用のエアとして、排気ガスの一部を導入することにより、内燃機関の運転状態にかかわらず、バーナを安定的に燃焼させることができた。また、バーナから放射される火炎が排気ガスの本流と直接的に重ならないように配置することにより、高速回転運転時における排気ガスの流れによって、バーナの燃焼が不安定になることを防ぐことができた。   As shown in Table 1, as in the present invention, by introducing a part of the exhaust gas as burner combustion air, the burner can be stably burned regardless of the operating state of the internal combustion engine. did it. Also, by arranging the flame emitted from the burner so that it does not directly overlap the main flow of exhaust gas, it is possible to prevent the burner from becoming unstable due to the flow of exhaust gas during high-speed rotation operation. did it.

以上のことから、バーナの燃焼用のエアとして排気ガスの一部を導入して利用できるとともに、放射される火炎と排気ガスの本流とが直接的に重ならないように配置した燃焼バーナを用いることにより、内燃機関があらゆる運転状態に変化した場合であっても、エアポンプから導入されるエアや、大流量の排気ガスによって、火炎が吹き消されたり、一部酸欠状態になったりすることがないため、バーナを安定的に燃焼させることができることが理解できる。   From the above, use a combustion burner that can be used by introducing a part of the exhaust gas as combustion air for the burner, and that the radiated flame and the main flow of the exhaust gas do not directly overlap. Thus, even when the internal combustion engine changes to any operating state, the flame may be blown out or partially deficient due to air introduced from the air pump or a large flow rate of exhaust gas. Therefore, it can be understood that the burner can be burned stably.

第1の実施の形態の排気浄化装置の基本構成を説明するために供する図である。It is a figure provided in order to demonstrate the basic composition of the exhaust emission control device of a 1st embodiment. 排気浄化部材の上流側に酸化触媒を備えた排気浄化装置を示す図である。It is a figure which shows the exhaust gas purification apparatus provided with the oxidation catalyst in the upstream of the exhaust gas purification member. 支流管を含むエアアシスト式の燃焼バーナの構成を説明するために供する図である。It is a figure provided in order to demonstrate the structure of the air assist type combustion burner including a branch pipe. 支流管の入口を排気通路内に突出させた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which made the entrance of the branch pipe protrude in the exhaust passage. 排気通路中に絞り部を設けた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which provided the throttle part in the exhaust passage. 排気通路中に弁部を設けた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which provided the valve part in the exhaust passage. 排気通路内に備えられるエアアシスト式の燃焼バーナを説明するために供する図である。It is a figure provided in order to demonstrate the air assist type combustion burner with which it is provided in an exhaust passage. 排気ガスの流入部に弁体を設けた状態を示す図である。It is a figure which shows the state which provided the valve body in the inflow part of exhaust gas. 排気ガスを予熱して導くバーナの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the burner which preheats and guides exhaust gas. 拡散燃焼型の燃焼バーナの構成を説明するために供する図である。It is a figure provided in order to demonstrate the structure of a diffusion combustion type combustion burner. 予混合燃焼型の燃焼バーナの構成を説明するために供する図である。It is a figure provided in order to demonstrate the structure of the premixed combustion type combustion burner. 従来の排気浄化装置を説明するために供する図である。It is a figure provided in order to demonstrate the conventional exhaust gas purification apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

5・内燃機関、10:排気浄化装置、11:排気浄化部材、13:排気通路、15:運転状態検出手段、17:酸化触媒、20・20A・20B・20C・20D・20E・20F:バーナ、21:ノズル(燃料噴射部)、22:燃焼管、23:支流管、25:インジェクタ、27:エアポンプ、29:点火装置、31:絞り部、33・35:弁部、43:流入口 5. Internal combustion engine, 10: Exhaust purification device, 11: Exhaust purification member, 13: Exhaust passage, 15: Operating state detection means, 17: Oxidation catalyst, 20 / 20A / 20B / 20C / 20D / 20E / 20F: Burner, 21: Nozzle (fuel injection part), 22: Combustion pipe, 23: Branch pipe, 25: Injector, 27: Air pump, 29: Ignition device, 31: Throttle part, 33/35: Valve part, 43: Inlet

Claims (7)

内燃機関の排気通路中に配置され、前記内燃機関から排出される排気ガスを浄化するための排気浄化部材を含む内燃機関の排気浄化装置において、
前記排気浄化部材の上流側に配置され、前記排気浄化部材を再生又は昇温するための燃焼バーナであって、燃料が噴射される燃料噴射部の周囲を包囲する管状部材を備えるとともに、燃焼用のエアの少なくとも一部として、前記排気ガスの一部を本流から分流することにより取り入れて燃焼することができ、前記分流された排気ガスが前記管状部材の外周を経由し、前記燃料噴射部より後方から前記管状部材の内側に導かれる燃焼バーナを、放射される火炎が、前記排気ガスの本流と直接的に重ならないように配置してあることを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
In an exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine, which is disposed in an exhaust passage of the internal combustion engine and includes an exhaust gas purification member for purifying exhaust gas exhausted from the internal combustion engine.
A combustion burner disposed upstream of the exhaust purification member for regenerating or raising the temperature of the exhaust purification member, comprising a tubular member surrounding the periphery of a fuel injection portion into which fuel is injected, and for combustion As a part of the air, a part of the exhaust gas can be taken in and combusted by diverting it from the main flow, and the diverted exhaust gas passes through the outer periphery of the tubular member and is supplied from the fuel injection unit. An exhaust emission control device for an internal combustion engine, characterized in that a combustion burner guided from the rear to the inside of the tubular member is arranged so that a radiated flame does not directly overlap the main flow of the exhaust gas.
前記燃焼バーナにおける前記燃料が噴射される燃料噴射部と前記排気通路との間に、前記放射される火炎を安定燃焼させるための保炎部を備え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。 2. The internal combustion engine according to claim 1, further comprising a flame holding portion for stably burning the radiated flame between the fuel injection portion in which the fuel is injected in the combustion burner and the exhaust passage. Engine exhaust purification system. 前記燃料噴射部を、前記排気通路の内面から後退させた位置に配置す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。 3. The exhaust gas purification apparatus for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the fuel injection unit is disposed at a position retracted from an inner surface of the exhaust passage. 記燃焼バーナを前記排気通路内に配置す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。 An exhaust purification system of an internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in placing a pre-Symbol combustion burner to the exhaust passage. 前記排気通路から分岐するとともに前記燃焼バーナに合流し、前記排気ガスの一部を前記燃焼バーナに流入させるための支流管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。 5. The apparatus according to claim 1, further comprising a branch pipe that branches from the exhaust passage and merges with the combustion burner to allow a part of the exhaust gas to flow into the combustion burner. Exhaust gas purification device for internal combustion engine. 前記排気通路中に、前記排気ガスの一部を前記本流から分流させるための弁部を備えることを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The exhaust purification device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 5 , further comprising a valve portion for diverting a part of the exhaust gas from the main flow in the exhaust passage. 前記支流管の入口を、前記排気通路の上流側に向けた状態で前記排気通路中に突出させて配置することを特徴とする請求項5又は6のいずれか一項に記載の内燃機関の排気浄化装置。 The exhaust of the internal combustion engine according to any one of claims 5 and 6 , wherein an inlet of the branch pipe is disposed so as to protrude into the exhaust passage in a state of being directed toward the upstream side of the exhaust passage. Purification equipment.
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