CN102782408B - 废气升温用燃烧器 - Google Patents

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Abstract

具备燃料喷射喷嘴（7），电极棒（8、9）（点火装置），和包围在其周围的双层圆筒形的保焰器（10）；该保焰器的内筒（11）与外筒（12）之间在前端一侧被圆环状的封闭板（13）封闭，另一方面，从基端一侧将引导燃烧空气（14）的燃烧空气导入管线（15）连接在内筒（11）与外筒（12）之间，在内筒（11）的基端一侧穿设有多个燃烧空气流入孔（16），在从此处向前端一侧偏离的内筒（11）的周面上向半径方向内侧切起地形成有多个周面翅片（17），从而能够从圆周方向导入燃烧空气（14），并在内筒（11）内形成旋流，在封闭板（13）上也沿燃料的喷射方向切起地形成有多个端面翅片（18），从而能够将燃烧空气（14）沿圆周方向排出，并在火焰（21）的周围形成旋流。

Description

废气升温用燃烧器
技术领域
本发明涉及一种废气升温用燃烧器。
背景技术
以往以来，柴油发动机中在废气流通的排气管的中途装备有微粒过滤器，通过该微粒过滤器收集废气中所包含的微粒（Particulate Matter：粒子状物质），这种微粒过滤器中一体地载持有以Pt或Pd等为活性种的氧化催化剂，使收集到的微粒从非常低的排气温度开始自我燃烧。
但是，由于在排气温度低的运行区域中收集量大于微粒的处理量，所以当这种低排气温度下的运行状态持续时，存在微粒过滤器的再生不能够良好地进行而该微粒过滤器陷于过收集状态的可能性。
因此，以往以来提出了如下的方案，即，在微粒过滤器的前级设置废气升温用燃烧器，通过该废气升温用燃烧器形成的喷焰燃烧将产生的废气升温，将该高温的废气导入微粒过滤器，从而主动提高微粒过滤器的催化剂床温度，使收集的微粒燃尽，谋求微粒过滤器的再生化。
另外，作为与这样使用喷焰将微粒过滤器等升温的技术相关联的现有技术文献信息，例如存在有下述的专利文献1及专利文献2等。
专利文献1：日本国特开平5-86845号公报，
专利文献2：日本国特开平6-167212号公报。
但是，在废气升温用燃烧器装备在汽车的排气系统中的情况下，汽车因重复加减速而运行状态发生很大变化，废气的流量也发生很大变动，存在废气升温用燃烧器熄火或未完全燃烧的可能性。
发明内容
本发明是鉴于上述实情而提出的，其目的在于提供一种具备高保焰性能，能够有效地防止熄火或未完全燃烧的废气升温用燃烧器。
本发明的废气升温用燃烧器装备在排气管的弯曲部，能够通过喷焰燃烧谋求废气的升温，其特征在于，具备：在上述排气管的弯曲部将燃料朝向废气的流动方向下游一侧喷射的燃料喷射喷嘴，点燃从该燃料喷射喷嘴喷射的燃料喷雾的点火装置，和将这些燃料喷射喷嘴以及点火装置的周围包围成以上述燃料喷射喷嘴为中心的同心状的双层圆筒形的保焰器；该保焰器的内筒与外筒之间在上述保焰器的前端一侧被圆环状的封闭板封闭，另一方面，从上述保焰器的基端一侧将引导燃烧空气的燃烧空气导入管线连接在上述内筒与外筒之间，在上述内筒的基端一侧周面上，遍及整周地穿设有多个燃烧空气流入孔，并且在从该燃烧空气流入孔向前端一侧偏离的上述内筒的周面上向上述内筒的半径方向内侧切起地形成有多个周面翅片，从而能够从圆周方向导入燃烧空气，并在上述内筒内形成旋流，在上述封闭板上也沿燃料的喷射方向切起地形成有多个端面翅片，从而能够将燃烧空气沿圆周方向排出，并在从上述内筒内喷出的火焰的周围形成旋流。
然而，在这样构成的废气升温用燃烧器中，虽然在未暴露在废气流中的保焰器内通过点火装置点燃从燃料喷射喷嘴喷射的燃料喷雾，其火焰从保焰器的内筒部喷出与废气混合，从而谋求了该废气的升温，但此时从燃烧空气导入管线导入到保焰器的内筒与外筒之间的燃烧空气从燃烧空气流入孔向内筒内的基端一侧导入，从而可靠地避免了点燃时的缺氧，并且燃烧空气从周面翅片导入内筒内而形成旋流，从而促进了燃料喷雾与燃烧空气的早期混合，结果谋求了相对于燃料喷雾的点燃稳定性。
进而，从燃料喷射喷嘴喷射的燃料喷雾乘着周面翅片产生的旋流一边螺旋状地形成漩涡一边扩散，从而燃烧反应所必需的滞留时间加长，而且其间谋求了与周围的燃烧空气的良好混合化，所以上述燃料喷雾的燃烧性提高，保焰性能大幅度提高，而且，由于在从保焰器的内筒内喷出的火焰与废气混合之际，在其周围形成端面翅片产生的旋流，从而有效地补充了燃烧空气，并谋求了与废气的良好混合化，所以保焰性能也因该端面翅片产生的旋流而大幅度提高。
进而，在本发明中，优选地是，在保焰器的前端一侧具备朝向燃料的喷射方向扩径成喇叭口的混合器，并且在该混合器的锥面上向上述混合器的半径方向内侧切起地形成有多个锥面翅片，从而能够从圆周方向导入废气，并在上述混合器内形成旋流。
这样，从保焰器的内筒内喷出的火焰不会被从其侧方流入的废气流扰乱地稳定扩大，并且来自侧方的废气从混合器的锥面翅片导入，在混合器内的火焰周围形成旋流，谋求了与混合器内的火焰的良好混合。
而且，在本发明中，优选地是，周面翅片与端面翅片在圆周方向上逆向地切起，从而能够相对于周面翅片产生的旋流逆向地形成端面翅片产生的旋流，进而，优选地是，端面翅片与锥面翅片在圆周方向上同向地切起，从而能够相对于端面翅片产生的旋流顺向地形成锥面翅片产生的旋流。
而且，在本发明中，优选地是，相对于燃烧空气流入孔和周面翅片与端面翅片的总开口面积，端面翅片的开口面积为50～70％，其余的开口面积分配给燃烧空气流入孔以及周面翅片的开口面积，尤其是可以将燃烧空气流入孔的开口面积分配成相对于总开口面积为10％。
另外，在相对于燃烧空气流入孔和周面翅片与端面翅片的总开口面积，燃烧空气流入孔的开口面积为10％，端面翅片的开口面积为50～70％，其余的开口面积分配给周面翅片的开口面积的情况下，可以使周面翅片相对于内筒的周面的切起角度为40～55°。
根据本发明的废气升温用燃烧器，能够具有如下各种优良效果。
（Ⅰ）通过燃烧空气从燃烧空气流入孔向内筒内的基端一侧的导入而可靠地避免点燃时的缺氧，并且能够通过周面翅片产生的燃烧空气的旋流促进该燃烧空气与燃料喷雾的早期混合，谋求燃烧喷雾的点燃稳定化，而且，由于通过周面翅片以及端面翅片产生的旋流能够提高燃烧性，谋求保焰性能的大幅度提高，所以能够在有效地防止熄火或未完全燃烧的同时谋求废气的升温。
（Ⅱ）由于若在保焰器的前端一侧具备朝向燃料的喷射方向扩径成喇叭口的混合器，并且在该混合器的锥面上向上述混合器的半径方向内侧切起地形成多个锥面翅片，从而能够从圆周方向导入废气，并在上述混合器内形成旋流，则能够使从保焰器的内筒内喷出的火焰不被废气流扰乱地稳定扩大，并且能够通过从混合器的锥面翅片导入其废气而谋求与混合器内的火焰的良好混合，所以能够显著地抑制与废气混合时的燃烧性的降低，更有效地防止熄火或未完全燃烧。
（Ⅲ）周面翅片与端面翅片在圆周方向上逆向地切起，从而能够相对于周面翅片产生的旋流逆向地形成端面翅片产生的旋流，或者端面翅片与锥面翅片在圆周方向上同向地切起，从而能够相对于端面翅片产生的旋流顺向地形成锥面翅片产生的旋流，或者相对于燃烧空气流入孔和周面翅片与端面翅片的总开口面积，端面翅片的开口面积为50～70％，其余的开口面积分配给燃烧空气流入孔以及周面翅片的开口面积，特别是将燃烧空气流入孔的开口面积分配成相对于总开口面积为10％，或者进行这种分配的情况下，通过使周面翅片相对于内筒的周面的切起角度为40～55°，能够更有效地提高燃烧性，防止熄火或未完全燃烧。
附图说明
图1是表示本发明的一实施例的剖视图；
图2是详细表示图1的保焰器的侧视图；
图3是图2中Ⅲ－Ⅲ方向的向视图；
图4是与图3的周面翅片与端面翅片的旋流有关的说明图；
图5是详细表示图1的混合器的侧视图；
图6是图5中Ⅵ－Ⅵ方向的向视图；
图7是表示因周面翅片与端面翅片的旋流朝向不同而产生的泄漏HC浓度的不同的曲线图；
图8是表示因周面翅片与端面翅片的旋流朝向不同而产生的泄漏CO浓度的不同的曲线图；
图9是表示因端面翅片与锥面翅片的旋流朝向不同而产生的泄漏HC浓度的不同的曲线图；
图10是表示端面翅片的开口面积比例与泄漏CO浓度的关系的曲线图；
图11是表示周面翅片的切起角度与泄漏HC浓度的关系的曲线图。
附图标记说明：
1：废气，2：排气管，3：废气升温用燃烧器，4：壳体（弯曲部），7：燃料喷射喷嘴，8：电极棒（点火装置），9：电极棒（点火装置），10：保焰器，11：内筒，12：外筒，13：封闭板，14：燃烧空气，15：燃烧空气导入管线，16：燃烧空气流入孔，17：周面翅片，18：端面翅片，19：混合器，20：锥面翅片，21：火焰，θ：切起角度。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1表示本发明的一实施例，图1中附图标记1表示引导经过了未图示的涡轮增压器的涡轮机后的废气1的排气管2，在该排气管2上弯曲成L字型的弯曲部上装备有能够通过喷焰燃烧而谋求废气1的升温的废气升温用燃烧器3。
在此，上述排气管2的弯曲部由相对于来自上游一侧的排气管2为大致直角地配置、并朝向废气1的流动方向下游一侧的壳体4构成，上述废气升温用燃烧器3收容在该壳体4内，在上述壳体4与下游一侧的排气管2之间夹装有被其它的壳体5抱持的微粒过滤器6。
并且上述废气升温用燃烧器3在上述壳体4上与微粒过滤器6相对的一侧装备有将燃料朝向废气1的流动方向下游一侧喷射的燃料喷射喷嘴7，和相互之间产生火花放电而点燃从该燃料喷射喷嘴7的前端部喷射的燃料喷雾的一对电极棒8、9（点火装置：图1中由于以与壳体4的截面相位不同的相位配置而作为假想线的图示），这些燃料喷射喷嘴7以及电极棒8、9的周围由双层圆筒形的保焰器10包围成以上述燃料喷射喷嘴7为中心的同心状。
上述保焰器10的详细如图2以及图3所示，上述保焰器10的内筒11与外筒12之间在上述保焰器10的前端一侧被圆环状的封闭板13封闭，在上述保焰器10的基端一侧连接有燃烧空气导入管线15，从未图示的涡轮增压器的压缩机输出一侧对吸气的一部分进行抽气，并将其作为燃烧空气14向上述保焰器10的内筒11与外筒12之间引导。
另外，在上述内筒11的基端一侧的周面上，遍及全周地穿设有多个燃烧空气流入孔16，并且在从该燃烧空气流入孔16向前端一侧偏离的上述内筒1的周面上，向上述内筒11的半径方向内侧切起地形成多个周面翅片17，从而能够从圆周方向导入燃烧空气14，并在上述内筒11内形成旋流。
另一方面，在上述封闭板13上也是沿燃料的喷射方向切起而形成多个端面翅片18，从而能够将燃烧空气14沿圆周方向排出，并在从上述内筒11内喷出的火焰21的周围形成旋流，但如图4所示，周面翅片17与端面翅片18在圆周方向上逆向地切起，从而能够相对于上述周面翅片14产生的旋流逆向地形成端面翅片18产生的旋流。
而且，在本实施例中，尤其是如图5以及图6详细说明的那样，在上述保焰器10的前端一侧具备朝向燃料的喷射方向扩径成喇叭口的混合器19，在该混合器19的锥面上，向上述混合器19的半径方向内侧切起地形成多个锥面翅片20，从而能够从圆周方向导入废气1，并在上述混合器19内形成旋流，但端面翅片18与锥面翅片20在圆周方向上同向地切起，从而能够相对于上述端面翅片18产生的旋流顺向地形成锥面20产生的旋流。
而且，在这样构成的废气升温用燃烧器3中，在置于废气1的流动中的保焰器10内，通过电极棒8、9的火花放电将从燃料喷射喷嘴7喷射的燃料喷雾点燃，其火焰21从保焰器10的内筒11内喷出并与废气1混合，从而谋求了该废气1的升温，但此时，从燃烧空气导入管线15导入到保焰器10的内筒11与外筒12之间的燃烧空气14从燃烧空气流入孔16向内筒11内的基端一侧导入，从而可靠地避免了点燃时的缺氧，并且燃烧空气14从周面翅片17向内筒11内导入并形成旋流，从而促进了燃料喷雾与燃烧空气14的早期混合，其结果谋求了相对于燃料喷雾的点燃稳定化。
进而，从燃料喷射喷嘴7喷射的燃料喷雾乘着周面翅片17产生的旋流一边螺旋状形成旋涡一边扩散，从而燃烧反应所必需的滞留时间加长，而且，由于其间谋求了与周围的燃烧空气14的良好混合化，所以上述燃料喷雾的燃烧性提高，保焰性能大幅度提高，而且，由于在从保焰器10的内筒11内喷出的火焰21与废气1混合之际，在其周围形成端面翅片18产生的旋流，从而有效地补充了燃烧空气14，谋求了与废气1的良好的混合化，所以保焰性能因该端面翅片18的旋流而大幅度提高。
而且，由于在保焰器10的前端一侧具备朝向燃料的喷射方向扩径成喇叭口的混合器19，所以从保焰器10的内筒11内喷出的火焰21不会被从其侧方流入的废气1的流动扰乱地稳定扩大，另一方面，来自侧方的废气1从混合器19的锥面翅片20导入，在混合器18内火焰21的周围形成旋流，谋求了与混合器19内的火焰21的良好混合。
因此，根据上述实施例，通过燃烧空气14从燃烧空气流入孔16向内筒1内的基端一侧的导入，可靠地避免了点燃时的缺氧，并且能够通过周面翅片14产生的燃烧空气14的旋流促进该燃烧空气14与燃料喷雾的早期混合，谋求了燃料喷雾的点燃稳定化，而且，由于能够通过周面翅片17以及端面翅片18产生的旋流的生成提高燃烧性，谋求保焰性能的大幅度提高，所以能够在有效地防止熄火或未完全燃烧的同时谋求废气1的升温。
而且，由于能够使从保焰器10的内筒11内喷出的火焰21不被废气1的流动扰乱地稳定扩大，并且通过将该废气1从混合器19的锥面翅片20导入，能够谋求与混合器19内的火焰21的良好混合，所以能够显著地抑制与废气1混合时燃烧性的降低，更有效地防止熄火或未完全燃烧。
而且，在本实施例中，由于相对于周面翅片17产生的旋流逆向地形成端面翅片18产生的旋流，所以与双方的旋流为顺向的情况相比，能够更有效地提高燃烧性，防止熄火或未完全燃烧。
事实上，根据本发明者的验证实验，如图7以及图8中曲线所示，确认了相对于周面翅片17产生的旋流逆向地形成端面翅片18产生的旋流的情况与双方的旋流为顺向的情况相比，前者泄漏HC浓度和泄漏CO浓度均减少（燃烧性降低的情况下未燃烧燃料量的HC及未完全燃烧产生的CO增加），燃烧状态得到了改善，即使逐渐改变A/F（空燃比）,这一倾向也未变化。
进而，在本实施例中，由于相对于端面翅片18产生的旋流顺向地形成锥面翅片20产生的旋流，所以与双方的旋流为逆向的情况相比，能够更有效地提高燃烧性，防止熄火或未完全燃烧。
事实上，根据本发明者的验证实验，如图9中曲线所示，确认了相对于端面翅片18产生的旋流顺向地形成锥面20产生的旋流的情况与双方的旋流为逆向的情况相比，前者泄漏CO浓度减少，燃烧状态得到了改善。即使逐渐改变A/F（空燃比）,这一倾向也未变化。
而且，优选地是相对于燃烧空气流入孔16和周面翅片17与端面翅片18的总开口面积，端面翅片18的开口面积为50～70％，其余的开口面积分配给燃烧空气流入孔16以及周面翅片17的开口面积，这样一来，能够更有效地提高燃烧性，防止熄火或未完全燃烧。
事实上，根据本发明者的验证实验，如图10中曲线所示，确认了在使端面翅片18的开口面积为50～70％时泄漏CO浓度最少，在该范围内燃烧状态显著改善。
尤其是可以将燃烧空气流入孔16的开口面积分配成相对于总开口面积为10％，但在这样使燃烧空气流入孔16的开口面积相对于上述总开口面积为10％，使端面翅片18的开口面积为50～70％，将其余的开口面积（20～40％）分配给周面翅片17的开口面积的情况下，周面翅片17相对于内筒11的周面的切起角度为40～55°为好。这样一来，能够更有效地提高燃烧性，防止熄火或不完全燃烧。
事实上，根据本发明者的验证实验，如图11中曲线所示，确认了周面翅片17相对于内筒11的周面的切起角度为40～55°时泄漏HC浓度最少，在该范围内燃烧状态显著改善。
在此，若预先对周面翅片17的切起角度进行补充说明，则该切起角度是以相对于周面翅片17的基端位置的周面的切线为基准计量的切起角度，是指图3中θ所示的角度。
另外，本发明的废气升温用燃烧器并不仅限于上述实施例，本文中以用于进行微粒过滤器的再生的废气升温用燃烧器为例进行了说明，但除了用于微粒过滤器的再生之外，也可以用于使各种催化剂升温到活性温度，除此之外，当然能够在不脱离本发明的宗旨的范围内加入各种变更。

Claims (15)

1.一种废气升温用燃烧器，装备在排气管的弯曲部，能够通过喷焰燃烧谋求废气的升温，其特征在于，具备：在上述排气管的弯曲部将燃料朝向废气的流动方向下游一侧喷射的燃料喷射喷嘴，点燃从该燃料喷射喷嘴喷射的燃料喷雾的点火装置，和将这些燃料喷射喷嘴以及点火装置的周围包围成以上述燃料喷射喷嘴为中心的同心状的双层圆筒形的保焰器；该保焰器的内筒与外筒之间在上述保焰器的前端一侧被圆环状的封闭板封闭，另一方面，从上述保焰器的基端一侧将引导燃烧空气的燃烧空气导入管线连接在上述内筒与外筒之间，在上述内筒的基端一侧周面上，遍及整周地穿设有多个燃烧空气流入孔，并且在从该燃烧空气流入孔向前端一侧偏离的上述内筒的周面上向上述内筒的半径方向内侧切起地形成有多个周面翅片，从而能够从圆周方向导入燃烧空气，并在上述内筒内形成旋流，在上述封闭板上也沿燃料的喷射方向切起地形成有多个端面翅片，从而能够将燃烧空气沿圆周方向排出，并在从上述内筒内喷出的火焰的周围形成旋流，
周面翅片与端面翅片在圆周方向上逆向地切起，从而能够相对于周面翅片产生的旋流逆向地形成端面翅片产生的旋流，
在保焰器的前端一侧具备朝向燃料的喷射方向扩径成喇叭口的混合器，并且在该混合器的锥面上向上述混合器的半径方向内侧切起地形成有多个锥面翅片，从而能够从圆周方向导入废气，并在上述混合器内形成旋流。
2.如权利要求1所述的废气升温用燃烧器，其特征在于，端面翅片与锥面翅片在圆周方向上同向地切起，从而能够相对于端面翅片产生的旋流顺向地形成锥面翅片产生的旋流。
3.如权利要求1所述的废气升温用燃烧器，其特征在于，端面翅片与锥面翅片在圆周方向上同向地切起，从而能够相对于端面翅片产生的旋流顺向地形成锥面翅片产生的旋流。
4.如权利要求1所述的废气升温用燃烧器，其特征在于，相对于燃烧空气流入孔和周面翅片与端面翅片的总开口面积，端面翅片的开口面积为50～70％，其余的开口面积分配给燃烧空气流入孔以及周面翅片的开口面积。
5.如权利要求1所述的废气升温用燃烧器，其特征在于，相对于燃烧空气流入孔和周面翅片与端面翅片的总开口面积，端面翅片的开口面积为50～70％，其余的开口面积分配给燃烧空气流入孔以及周面翅片的开口面积。
6.如权利要求2所述的废气升温用燃烧器，其特征在于，相对于燃烧空气流入孔和周面翅片与端面翅片的总开口面积，端面翅片的开口面积为50～70％，其余的开口面积分配给燃烧空气流入孔以及周面翅片的开口面积。
7.如权利要求3所述的废气升温用燃烧器，其特征在于，相对于燃烧空气流入孔和周面翅片与端面翅片的总开口面积，端面翅片的开口面积为50～70％，其余的开口面积分配给燃烧空气流入孔以及周面翅片的开口面积。
8.如权利要求1所述的废气升温用燃烧器，其特征在于，相对于燃烧空气流入孔和周面翅片与端面翅片的总开口面积，燃烧空气流入孔的开口面积为10％，端面翅片的开口面积为50～70％，其余的开口面积分配给周面翅片的开口面积。
9.如权利要求1所述的废气升温用燃烧器，其特征在于，相对于燃烧空气流入孔和周面翅片与端面翅片的总开口面积，燃烧空气流入孔的开口面积为10％，端面翅片的开口面积为50～70％，其余的开口面积分配给周面翅片的开口面积。
10.如权利要求2所述的废气升温用燃烧器，其特征在于，相对于燃烧空气流入孔和周面翅片与端面翅片的总开口面积，燃烧空气流入孔的开口面积为10％，端面翅片的开口面积为50～70％，其余的开口面积分配给周面翅片的开口面积。
11.如权利要求3所述的废气升温用燃烧器，其特征在于，相对于燃烧空气流入孔和周面翅片与端面翅片的总开口面积，燃烧空气流入孔的开口面积为10％，端面翅片的开口面积为50～70％，其余的开口面积分配给周面翅片的开口面积。
12.如权利要求8所述的废气升温用燃烧器，其特征在于，周面翅片相对于内筒的周面的切起角度为40～55°。
13.如权利要求9所述的废气升温用燃烧器，其特征在于，周面翅片相对于内筒的周面的切起角度为40～55°。
14.如权利要求10所述的废气升温用燃烧器，其特征在于，周面翅片相对于内筒的周面的切起角度为40～55°。
15.如权利要求11所述的废气升温用燃烧器，其特征在于，周面翅片相对于内筒的周面的切起角度为40～55°。
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