JP2004003400A - Filter regeneration fitment in internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関におけるフィルター再生装置にかかるもので、とくにディーゼルエンジンその他の内燃機関におけるフィルター再生装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のディーゼルエンジンその他の内燃機関には、その排気ガス中におけるディーゼル微粒子(PM)その他の粒子状物質を除去するためのフィルターなどによるディーゼル微粒子補集装置が設けられている。
さらに近年、大気中の浮遊粒子状物質の問題をはじめとした地球環境問題に対する関心の高まりとともに、ディーゼルエンジン本体などからのPM低減技術の研究開発と同時に、排気ガスの後処理としてのディーゼルパティキュレートフィルター(DPF)の開発が行われている。
しかして、このDPFに補集されたPMその他の粒子状物質をフィルターから取り除き、フィルターを再生する必要がある。
【0003】
このDPFの再生方式としては、電気ヒーターによる再生、触媒による再生、および軽油バーナーによる再生がある。
電気ヒーターによる再生は、供給電力の制約があり、熱の散逸が大きくなる熱伝導率の大きなフィルターには適していないという問題がある。
触媒による再生は、エンジンの排気温度が低い走行条件では適さないという問題がある。
一方、軽油バーナーによる再生は、高熱量を与えて比較的短時間で再生を終了することができる。また、燃料を直接燃焼して熱に変える軽油バーナーは、エネルギー変換回数が多い電力をエネルギー源とする電気ヒーターよりも省エネルギーである。
【0004】
しかしながら、軽油などの液体燃料を用いている軽油バーナーは、高温の排気系にインジェクターなどを直接取り付けることができないため、再生用の燃焼に必要な微粒化が充分に得ることができないという問題がある。
また、エンジンの運転条件、とくにその回転数に応じて排気ガスを昇温するバーナー出力が異なるため、その出力調整が難しいという問題がある。
さらに、バーナー運転終了時にバーナー配管内に残った燃料をそのまま放置すると、排気ガスの熱により炭化され、バーナー配管の燃料処理が不完全となって、信頼性上好ましくないという問題がある。
【0005】
なおまた、軽油を蒸発してガス状にしたものを燃料とする軽油蒸発バーナーも、上述の軽油バーナーと同様に、電気ヒーターによる再生、および触媒による再生に対して利点はあるものの、エンジンの運転条件、とくにその回転数に応じて排気ガスを昇温する蒸発バーナー出力が異なるため、出力調整が難しいという問題がある。
さらに、蒸発バーナー運転終了時に蒸発バーナー配管内に残ったガスをそのまま放置すると、冷却され液化し、その後に排気ガスの流入により炭化したり、汚染され、蒸発バーナー配管のガス処理が不完全となって、信頼性上好ましくないという問題がある。
【0006】
DPFの再生用バーナーとして、上述の軽油バーナーあるいは軽油蒸発バーナーなどを採用し、燃料の噴霧を排気管に直接供給することは、一般的には非常に困難である。なぜなら、排気管は常に高温状態であり、バーナーの冷却に寄与する媒体が周辺には存在しないからである。したがって、燃料噴霧を供給するためのインジェクターや間欠噴射用のノズルを使用することは困難である。
インジェクターや間欠噴射用のノズルを使用した場合には、以下のような不具合が予想される。
インジェクターを使用した場合には、その作動コイルの溶着による破損、およびその樹脂部の溶損などによる燃料漏れなどの問題がある。
間欠噴射用のノズルを使用した場合には、そのニードルバルブの摺動部の固着による噴射不能あるいは連続噴射の問題がある。
唯一実現性があると考えられる構成は、排気管から離れた場所で噴射した燃料を圧縮空気によりパイプを通じて輸送して噴射させるエアーアシスト方式のみである。ただし、この方式によっても、大量の圧縮空気が必要で、装置が大がかりになるばかりか、輸送の過程でパイプ内面に燃料が付着し、噴射の安定性もあまりよいものとはいえない。また噴射終了時も燃料をパイプ内面から排出するために、圧縮空気を流し続ける必要がある。その後も、排気ガスがパイプ内に流入するので、内面の汚染は否定することができないという問題がある。
【0007】
また、軽油蒸発バーナー用の燃料蒸発装置の燃料供給系に間欠噴射のインジェクターなどを用いた場合、単位時間あたりの噴射量を変化させることは、噴射パルスの時間や噴射周期を変えることにより容易に制御可能ではあるが、逆に蒸発ガスの瞬時流量にバラツキを発生させる。このような蒸発ガスでは、安定的な燃焼は期待することができないもので、蒸発装置への燃料供給系は、連続流である必要がある。
【0008】
さらに、軽油バーナーや軽油蒸発バーナーなどのバーナーに要求される出力は、エンジンの運転条件により異なる。
一般に、エンジンの回転数が高いほど、排気ガス流量は多い。また、負荷が高いほど、排気ガス温度は高い。したがって、バーナーの出力が一定では、運転状態によって燃焼温度が高すぎて、フィルターを焼損させたり、あるいはPMが燃焼するための温度に到達しない場合が生じる。
つまり、バーナーの出力を調整する機構が不可欠と考えられる。ただし、フィルターに熱電対などの温度センサーを付加することにより、温度管理は制御可能である。
【0009】
なお、バーナー停止時の蒸発ガスおよび燃料配管内の燃料処理は、再生装置の信頼性に影響する重要な問題である。たとえば、軽油蒸発バーナーの停止と同時に燃料蒸発装置も停止すれば、噴出することができなかった残存ガスは、冷却され液化する。また、蒸発装置内にも液体燃料が存在する。あるいは雰囲気状態に排気ガスが流入すれば、内部の汚染やカーボニングの発生は容易に想像される。すなわち、燃料配管内の蒸発ガスや燃料が完全に排出され、かつ排気ガスの流入がない構成を採用する必要がある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上のような諸問題にかんがみなされたもので、DPF(ディーゼルパティキュレートフィルター)などのフィルターの再生を有効に行うことができる内燃機関におけるフィルター再生装置を提供することを課題とする。
【0011】
また本発明は、フィルターの再生のための燃焼用として燃料の微粒化を充分に行うことができる内燃機関におけるフィルター再生装置を提供することを課題とする。
【0012】
また本発明は、燃焼用のバーナーの出力を容易に調整することができる内燃機関におけるフィルター再生装置を提供することを課題とする。
【0013】
また本発明は、バーナーの配管内に燃料が液体状態でも気体状態でも残ることがないようにすることができる内燃機関におけるフィルター再生装置を提供することを課題とする。
【0014】
また本発明は、簡単な構成で、軽油バーナーあるいは軽油蒸発バーナーによりフィルターの再生を確実に行うことができる内燃機関におけるフィルター再生装置を提供することを課題とする。
【0015】
また本発明は、燃焼効率ないし再生効率が良好な内燃機関におけるフィルター再生装置を提供することを課題とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、高速の排気ガスあるいは空気流を作り、軽油バーナーや軽油蒸発バーナーの噴出部にアスピレーター機構(吸引器機構)を採用して、液状あるいはガス状の燃料の流出部を常に負圧状態に維持することができる構成とすることに着目したもので、内燃機関の排気ガスを浄化するためのフィルターを再生する内燃機関におけるフィルター再生装置であって、上記排気ガスの排気管に設けたバイパス管と、このバイパス管に取り付けたアスピレーターバーナーと、このアスピレーターバーナーに開口する燃料供給管と、この燃料供給管から上記アスピレーターバーナーに供給される燃料に点火するための点火用プラグと、を有することを特徴とする内燃機関におけるフィルター再生装置である。
【0017】
上記アスピレーターバーナーは、上記排気管から縮流する縮小部と、この縮小部が臨む負圧室と、この負圧室に臨んで上記燃料供給管からの上記燃料を供給可能とする調量オリフィスと、を有することができる。
【0018】
上記排気管の流路面積を可変とする切替えバルブを、上記アスピレーターバーナーの上流側に設けることができる。
【0019】
上記バイパス管は、上記排気管の流路面積を可変とする切替えバルブの上流側にこれを開口させることができる。
【0020】
上記燃料供給管からは、上記燃料の蒸発ガスを供給可能とすることができる。
【0021】
上記燃料の燃料タンクと上記燃料供給管との間に、上記燃料の蒸発機構を設けることができる。
【0022】
本発明による内燃機関におけるフィルター再生装置においては、バイパス管により排気ガスを利用して高速の排気ガスあるいは空気流を作り、燃料供給管からの燃料の噴出部にアスピレーターバーナーを採用し、燃料の流出部を常に負圧状態に維持することができるようにしたので、噴出した燃料は、高速の気流の流れにより微粒化された上で、点火用プラグにより点火され、燃焼によりフィルター内のディーゼル微粒子(PM)その他の粒子状物質を除去することができる。さらに、燃料の流出部の負圧を制御することにより、バーナーの出力調整を行うことができる。
また、噴出部が常に負圧であるため、バーナー配管内に残る燃料も確実に排出され、残った燃料が炭化されるという問題も解消される。
【0023】
【発明の実施の形態】
つぎに本発明の第1の実施の形態による内燃機関におけるフィルター再生装置を図1ないし図3にもとづき説明する。
図1は、内燃機関たとえばディーゼルエンジンの排気管1部分に取り付けたフィルター2およびフィルター再生装置3の断面図であって、フィルター2は、たとえばセラミック材料によりこれを構成し、排気ガス中のPMその他の微粒子を補集してこれを浄化し、目詰まり状態となってきたときに、フィルター再生装置3によりこれを加熱して、再生するものである。
【0024】
フィルター再生装置3は、切替えバルブ4と、バイパス管5と、アスピレーターバーナー6と、燃料供給管7と、点火用プラグ8と、を有する。
なおフィルター再生装置3は、たとえば、エンジンの運転時とフィルター2の再生時とを切り替える切替え再生方式を採っており、アスピレーターバーナー6用の流体に排気ガスを流用し、燃料供給管7から燃焼用の燃料を供給する。
【0025】
切替えバルブ4は、排気管1内にこれを設け、排気管1およびバイパス管5を適宜開閉して排気管1の流路面積を可変とするもので、エンジンの運転時およびフィルター2の再生時にそれぞれ排気ガスの流量を適正な割合に分配する。
すなわち、エンジンの運転時には、排気管1内の排気ガスの大部分をそのままフィルター2方向に流すとともにわずかな流量をバイパス管5に分岐させる。また、フィルター再生装置3によるフィルター2の再生時には、排気管1の通路を所定の割合で閉鎖し、バイパス管5方向に排気ガスを流す。ただし、この再生時にも完全に排気管1を遮断する必要はなく、一部がバイパス管5に、他の一部がアスピレーターバーナー6部分に流れるようにする。
【0026】
バイパス管5は、排気ガスの排気管1をバイパスするもので、切替えバルブ4の上流側に開口し、その下流側先端部にアスピレーターバーナー6および燃料供給管7を取り付けてある。
【0027】
アスピレーターバーナー6は、たとえば軽油バーナーであって、バイパス管5の先端部(接続管部9)にこれを取り付けるとともに、排気管1内において切替えバルブ4の下流側にこれを位置させており、図2は、アスピレーターバーナー6の拡大断面図を示す。
図2に示すように、アスピレーターバーナー6は、バイパス管5の接続管部9と、アスピレーターボディ10と、支持ステー11と、縮流部材12と、衝突板13と、を有する。
【0028】
接続管部9は、バイパス管5からの排気ガスあるいは空気その他の流体をアスピレーターバーナー6の縮流部材12に導く。
【0029】
アスピレーターボディ10は、縮流部材12を上流側に取り付け、下流側の端部に衝突板13を固定し、縮流部材12による縮小部14、その出口部の負圧室15(混合室)、および拡大部16を形成してあるとともに、燃料供給管7を取り付けた部分に燃料供給管7と負圧室15とを連通する調量オリフィス17を形成してある。
【0030】
支持ステー11は、アスピレーターバーナー6(アスピレーターボディ10)を排気管1に固定している。
【0031】
縮流部材12は、その縮小部14により排気ガスを導入して流速を増加させ、流体の流れがある限りは負圧室15を常に負圧状態とし、負圧室15および調量オリフィス17とともに燃料供給管7からの燃料のアスピレーター18(吸引器)を構成している。
すなわち、どのエンジンの運転条件でも負圧室15が負圧状態となるようになっており、導入される流量が多いほど、負圧室15における負圧の値は大きくなる。ただし、流速が音速に到達すると、そのときの負圧以下には小さくならない。
【0032】
衝突板13は、拡大部16の下流側にこれを位置させてある。
調量オリフィス17から噴出した燃料は、高速の気流によりせん断され、微粒子化され、気流により拡大部16をとおり噴出される。ただし、この噴霧は、貫徹力が強く、拡散性が良いとはいえないので、噴出部下流側に衝突板13を置き、飛来する燃料ガスをここに衝突させて貫徹力を弱めると同時に、さらなる微粒化および拡散性の向上を図り、下流側の点火用プラグ8で着火させる。
【0033】
点火用プラグ8とフィルター2との間には、耐熱ワイヤー19の集合体を配置し、アスピレーターバーナー6からの熱を下流側のフィルター2に均一に供給可能とする。この耐熱ワイヤー19は、流路抵抗を与えるものではない。
【0034】
調量オリフィス17は、燃料供給管7と負圧室15とを連通して、燃料供給管7が調量オリフィス17を介してアスピレーターバーナー6に開口可能とし、供給する燃料量を調整可能としている。
すなわち、調量オリフィス17から負圧室15に流出する燃料の量は、調量オリフィス17の径、送油圧力、および負圧の差圧値により決定される。すなわち、負圧が大きくなるほど、噴出燃料量は増加し、アスピレーターバーナー6の出力が増加する。
【0035】
アスピレーター18は、かくして、アスピレーターバーナー6における燃料の微粒化および拡散の機能を有し、かつ、エンジンの運転状態に応じた排気ガスの流量に合わせて、負圧室15の負圧状態を可変とすることができる。
【0036】
なお、図示していないが、フィルター2の内部あるいは後部その他任意の位置に、温度、圧力あるいは残存酸素濃度などの計測機構ないしはセンサーを設けて、再生モードあるいは運転モードへの切替えの制御、再生時のバーナー出力制御その他任意の制御を行うこともできる。
【0037】
図3は、燃料供給管7に燃料を供給する燃料供給機構20の概略図であって、燃料供給機構20は、燃料タンク21と、燃料ポンプ22と、プレッシャーレギュレーター23と、燃料供給をオンオフする電磁弁24と、燃料供給管7と、を有する。
【0038】
燃料ポンプ22を作動して燃料タンク21からの燃料を加圧送油し、余分な燃料はプレッシャーレギュレーター23により燃料タンク21に戻して、燃料ポンプ22およびプレッシャーレギュレーター23間の燃料圧力を一定に保持した状態で、電磁弁24を介して燃料供給管7さらにアスピレーターバーナー6に所定圧で燃料を供給可能としており、アスピレーターバーナー6の作動時のみにアスピレーターバーナー6に所定の送油圧力で燃料が供給される。すなわち、燃料ポンプ22はアスピレーターバーナー6の作動時のみに運転し、通常運転時には作動させない。
なお、さらに細かくアスピレーターバーナー6の出力を調整したい場合には、燃料供給機構20の燃料配管系に圧力可変機構(図示せず)を設けることもできる。
【0039】
点火用プラグ8(図1)は、アスピレーターバーナー6の下流側の任意の位置にこれを配置してアスピレーターバーナー6からの燃料噴霧に着火し、燃焼を発生させるためのもので、たとえば点火用のグロープラグその他任意のプラグを用いる。なお、この点火用プラグ8は、図示の例のようにフィルター2の上流側に設けるか、あるいは下流側にこれを配置することができる。
【0040】
こうした構成のフィルター再生装置3において、エンジンの通常の運転時から、フィルター2の再生時には、切替えバルブ4(図1)を閉鎖する。ただし、切替えバルブ4を完全に密閉するのではなく、ある程度の開度を確保して、再生時のアスピレーターバーナー6への燃焼用酸素の量を確保する。
切替えバルブ4を閉鎖すると、切替えバルブ4の上流側の排気ガス導入部の圧力が増加し、バイパス管5を介してアスピレーターバーナー6に排気ガスが所定の流量だけ容易に導入される。
なお、切替えバルブ4を開けているエンジンの運転時においても、切替えバルブ4による圧力損失の分だけ、バイパス管5への導入部の圧力が高いので、排気ガスは常にバイパス管5を介してアスピレーターバーナー6内を流れ、負圧室15は負圧状態を維持する。
【0041】
フィルター2の再生時には、燃料供給機構20の電磁弁24をオンとしてこれを開放するとともに、燃料ポンプ22による燃料の圧送により燃料タンク21からの燃料供給を可能とする。
アスピレーターバーナー6内に流入した排気ガスは、負圧室15を負圧とし、調量オリフィス17を介して燃料供給管7から負圧室15内に噴出する燃料を微粒化するとともに衝突板13により拡散させ、点火用プラグ8で点火して燃焼を発生し、耐熱ワイヤー19を介してフィルター2を加熱し、フィルター2が補集しているPMその他の微粒子を焼ききって、フィルター2の再生を行う。
【0042】
フィルター再生装置3においては、エンジンの回転数が増加するほど、アスピレーターバーナー6(アスピレーター18)内に導かれる排気ガスの流量は増加するため、アスピレーター18(負圧室15)内の負圧が大きくなり、アスピレーターバーナー6作動時に流出する燃料の量は増加し、その出力を上げることができる。
【0043】
本発明においては、アスピレーターバーナーに供給する燃料を液体状態でもよく、気体状態のガス化した燃料であってもよい。
すなわち図4は、本発明の第2の実施の形態によるフィルター再生装置30および燃料供給機構20の概略図であって、このフィルター再生装置30においては、電磁弁24と燃料供給管7との間に、燃料蒸発機構31を設けている。
【0044】
図5は、燃料蒸発機構31の断面図、図6は、エンジンを搭載した車両の進行方向から後方部を見た側面図であって、燃料蒸発機構31は、蒸発機構ハウジング32と、下段、中断および上段にそれぞれ配置した3本の加熱用グロープラグ33ならびにウィック34と、を有する。
【0045】
蒸発機構ハウジング32は、電磁弁24からの燃料導入部35および調量オリフィス36と、燃料供給管7への燃料導出部37と、を形成するとともに、燃料導入部35および燃料導出部37を連通する下段、中断および上段にそれぞれ形成した3個のプラグ収容部38ならびにそれぞれのプラグ収容部38を下段側から上段側に順次つなぐ3本の連通路39を形成してある。
【0046】
加熱用グロープラグ33はそれぞれ、接続端子部40、ねじ込み部41および加熱部42(シース部)を有し、プラグ収容部38内に横置き、すなわち、水平状態にこれを配置してその3本を縦配列してある。加熱部42にウィック34が接触し、ウィック34に燃料が浸透して燃料の加熱効率を高めている。
また、調量オリフィス36、プラグ収容部38、連通路39および燃料導出部37による燃料の通路は、蒸発機構ハウジング32内を一方向に蛇行してこれを形成し、導入された燃料が加熱部42に最大限の長さにわたって接触していることができるようにしている。
【0047】
加熱用グロープラグ33は、たとえばニッケル(Ni)線あるいは鉄(Fe)線を用いたもので、図7は、加熱用グロープラグ33の温度と抵抗比との関係を示すグラフである。
この加熱用グロープラグ33に定電圧を供給し、加熱部42を加熱する。ただし、この供給電圧は、加熱用グロープラグ33周辺に吸熱部がない状態でもコイルの断線が発生しない温度1000℃以下の温度に維持可能な電圧値である。
このような加熱用グロープラグ33では、その周辺に液体燃料がある場合には、コイル温度が低いため、コイル抵抗は小さく大電流が流れ、したがって、加熱用グロープラグ33の出力は大きくなる。また、周辺部に吸熱部がない場合には、加熱部42を高温状態に保ったまま出力は最小値となるため、蒸発出力を自動的に補正することができる。
【0048】
ウィック34は、耐熱ステンレスなどの耐熱性の金網状、繊維状もしくは多孔質の金属、あるいは多孔質セラミックなどからこれを構成し、液体状の燃料を加熱用グロープラグ33の加熱部42に効率よく接触させ、そのガス化を促進する。なお、このウィック34は、蒸発機構ハウジング32におけるプラグ収容部38の内壁面に接触しないことが望ましく、熱を蒸発機構ハウジング32に奪われないようにする。
【0049】
接続端子部40から通電することにより、加熱部42を所定の温度に加熱する。最底部の燃料導入部35および調量オリフィス36から供給され、ウィック34にしみこんだ液体の燃料を加熱する。ただし、液体燃料の流入量が多い場合は、最底部では暖められた液体燃料の状態で供給される場合もある。
最底部(最上流部)の調量オフィリス36からの燃料は、下段のプラグ収容部38の最奥部に開口する下段の連通路39に至り、さらに中段の加熱部42に至って、最後のプラグ収容部38から燃料導出部37に出るときにはガス状になっている。
【0050】
なお、図5および図6に示すように、燃料蒸発機構31は、加熱用グロープラグ33の接続端子部40側を車両の進行方向に向け、つまり加熱部42を進行方向の後方側に位置させて放熱面積をできるだけ少なくし、車両の走行にともなう燃料蒸発機構31への送風により加熱部42部分が冷却されることを極力抑制している。
【0051】
さらに、フィルター再生装置30(図4)におけるアスピレーターバーナー43の構成自体は、フィルター再生装置3(図1)におけるアスピレーターバーナー6(図2)と一部を除いて事実上同一であり、燃料供給管7を通して供給する燃料を燃料の蒸発ガスとする。すなわちアスピレーターバーナー43は、軽油蒸発バーナーである。
図8は、アスピレーターバーナー43の拡大断面図で、アスピレーターバーナー43は、図2のアスピレーターバーナー6における調量オリフィス17の代わりに単純な開口窓44を負圧室15に臨んで形成してあるもので、調量オリフィス17に機能は、図5の燃料蒸発機構31における調量オリフィス36が行うことになる。
【0052】
こうした構成のフィルター再生装置30においては、既述のフィルター再生装置3(図1)と同様に、燃料ガスをアスピレーターバーナー43(アスピレーター18)によりさらに微粒化し、拡散して点火用プラグ8により着火し、フィルター2を再生することができる。
【0053】
とくにアスピレーターバーナー43に供給される燃料が気体状態であるため、その燃焼状態ないし燃焼特性が良好で、フィルター2の再生効率を向上させることができる。
【0054】
なお、アスピレーターバーナー43の停止時に燃料供給機構20における電磁弁24をオフとして燃料の供給を遮断しても、その下流側の燃料蒸発機構31の運転を所定短時間だけ続行し、燃料蒸発機構31内の液体燃料を完全にガス化し、アスピレーターバーナー43に供給してこれを燃焼させ、燃料蒸発機構31からアスピレーターバーナー43までの間に燃料ないしそのガスが残存させないようにすることが望ましい。
【0055】
かくして本発明においては、アスピレーターバーナー6、43の噴出部に排気ガスあるいは空気流を導入することができるアスピレーター18の機構を用いたので、排気管1内にアスピレーターバーナー6、43および点火用プラグ8を配置して燃料ないし燃料ガスを燃焼させ、フィルター2の再生を実行することができる。
アスピレーター18の縮小部14は、ここに流体の流れがあれば、常に負圧状態を維持することができ、アスピレーターバーナー6、43に燃料が残存するおそれもなく、この負圧の程度を制御することにより、アスピレーターバーナー6、43の出力を調整することができる。
【0056】
なお、上述の第1の実施の形態によるフィルター再生装置3(図1)、および第2の実施の形態によるフィルター再生装置30(図4)は、切替え再生方式のものであるが、本発明においては、エンジンによる運転時にも同時に再生を行う連続再生方式とすることもできる。
たとえば、バイパス管5を排気管1から分岐せず、排気管1内にそのまま取り付ければ、排気ガスがアスピレーターバーナー6、43のアスピレーター18内に導かれて、上述と同様にエンジンの運転状態においても再生を同時に実行し、連続して再生することができる。
【0057】
あるいは、排気管1およびフィルター2を二系列設け、それぞれの排気管1にフィルター再生装置3、30を設け、運転と再生を交互に行うこともできる。
【0058】
あるいは、排気管1およびフィルター2を二系列設け、エンジンを運転し排気ガスを流してPMの補集を現在行っている一方の排気管1側から他方の排気管1側のフィルター再生装置3、30に排気ガスを導入してアスピレーターバーナー6、43による燃料の微粒化を行うようにすることもできる。
【0059】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、フィルター再生用バーナーの噴出部に排気ガスあるいは空気流を導入するアスピレーター機構を採用したので、常に高温状態の排気管にも良好な燃料噴霧を供給し、その微粒化が促進されて、アスピレーターバーナーの燃焼が安定し、フィルターの再生時間が短縮されて、燃料消費量を減少させることができるとともに、フィルターの小型化を図ることができ、良好なフィルター再生装置とすることができる。
さらに、アスピレーターバーナーの出力は、排気管内の排気ガスの流量に応じて自動的に変化し、アスピレーターバーナーの出力調整が容易となる。アスピレーターバーナーの出力が大きいとフィルターが焼損するし、小さい場合には、PMが燃焼しないが、本発明においては柔軟に対応することができ、燃料消費も軽減する。なお、アスピレーターバーナーのさらなる出力調整が必要な場合は、燃料供給管7からの燃料の送油圧を変化させることにより、出力調整が可能である。ただし、電磁弁による制御で十分である可能性がある。
また、アスピレーターバーナーの停止時にあっても、燃料供給管からの燃料噴出部は、負圧状態が維持されるため電磁弁から調量オリフィスに存在する燃料は、排出され、カーボンなどの堆積の心配がなく、信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態によるフィルター再生装置3をディーゼルエンジンの排気管1部分に取り付けた状態の断面図である。
【図2】同、アスピレーターバーナー6の拡大断面図である。
【図3】同、燃料供給管7に燃料を供給する燃料供給機構20の概略図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態によるフィルター再生装置30および燃料供給機構20の概略図である。
【図5】同、燃料蒸発機構31の断面図である。
【図6】同、エンジンを搭載した車両の進行方向から後方部を見た燃料蒸発機構31の側面図である。
【図7】同、加熱用グロープラグ33の温度と抵抗比との関係を示すグラフである。
【図8】同、アスピレーターバーナー43の拡大断面図である。
【符号の説明】
1 ディーゼルエンジンの排気管
2 フィルター
3 フィルター再生装置(第1の実施の形態、図1)
4 切替えバルブ
5 バイパス管
6 アスピレーターバーナー(軽油バーナー、図2)
7 燃料供給管
8 点火用プラグ
9 バイパス管5の接続管部
10 アスピレーターボディ
11 支持ステー
12 縮流部材
13 衝突板
14 縮小部
15 負圧室(混合室)
16 拡大部
17 調量オリフィス
18 アスピレーター(吸引器)
19 耐熱ワイヤー
20 燃料供給機構(図3)
21 燃料タンク
22 燃料ポンプ
23 プレッシャーレギュレーター
24 燃料供給オンオフ用の電磁弁
30 フィルター再生装置(第2の実施の形態、図4)
31 燃料蒸発機構(図5)
32 蒸発機構ハウジング
33 下段、中段および上段の加熱用グロープラグ
34 下段、中段および上段のウィック
35 燃料導入部
36 調量オリフィス
37 燃料導出部
38 下段、中段および上段のプラグ収容部
39 下段、中段および上段の連通路
40 加熱用グロープラグ33の接続端子部
41 加熱用グロープラグ33のねじ込み部
42 加熱用グロープラグ33の加熱部(シース部)
43 アスピレーターバーナー(軽油蒸発バーナー、図8)
44 開口窓[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a filter regeneration device for an internal combustion engine, and more particularly to a filter regeneration device for a diesel engine and other internal combustion engines.
[0002]
[Prior art]
BACKGROUND ART Conventional diesel engines and other internal combustion engines are provided with a diesel particulate collection device such as a filter for removing diesel particulates (PM) and other particulate matter in exhaust gas.
In recent years, with the growing interest in global environmental problems, including the problem of suspended particulate matter in the atmosphere, research and development of PM reduction technologies from diesel engines, etc., and at the same time, diesel particulates as post-treatment of exhaust gas A filter (DPF) is being developed.
Therefore, it is necessary to remove PM and other particulate matter collected by the DPF from the filter and regenerate the filter.
[0003]
The DPF regeneration method includes regeneration using an electric heater, regeneration using a catalyst, and regeneration using a light oil burner.
Regeneration by an electric heater has a problem in that it is not suitable for a filter having a large thermal conductivity, which has a limitation in supply power and dissipates heat.
There is a problem that regeneration with a catalyst is not suitable under running conditions where the exhaust temperature of the engine is low.
On the other hand, the regeneration by the light oil burner can end the regeneration in a relatively short time by giving a high heat value. A light oil burner that directly burns fuel to convert it to heat is more energy-saving than an electric heater that uses electric power, which has a large number of energy conversions, as an energy source.
[0004]
However, a gas oil burner using a liquid fuel such as gas oil has a problem that atomization required for combustion for regeneration cannot be sufficiently obtained because an injector or the like cannot be directly attached to a high-temperature exhaust system. .
In addition, since the burner output for raising the temperature of the exhaust gas varies depending on the operating conditions of the engine, particularly the number of revolutions, it is difficult to adjust the output.
Further, if the fuel remaining in the burner pipe is left as it is at the end of the burner operation, the fuel is carbonized by the heat of the exhaust gas, and the fuel treatment of the burner pipe becomes incomplete, which is not preferable in terms of reliability.
[0005]
In addition, a light oil evaporation burner that uses gaseous gas obtained by evaporating light oil as a fuel also has an advantage for regeneration by an electric heater and regeneration by a catalyst, similarly to the above-described light oil burner, but has an advantage in engine operation. Since the output of the evaporative burner for raising the temperature of the exhaust gas varies depending on the conditions, particularly the number of revolutions, it is difficult to adjust the output.
Further, if the gas remaining in the evaporative burner pipe is left as it is at the end of the evaporative burner operation, the gas is cooled and liquefied, and then carbonized or contaminated by the inflow of exhaust gas, resulting in incomplete gas treatment of the evaporative burner pipe. Therefore, there is a problem that reliability is not preferable.
[0006]
It is generally very difficult to employ the light oil burner or light oil evaporation burner described above as a DPF regeneration burner and directly supply fuel spray to the exhaust pipe. This is because the exhaust pipe is always in a high temperature state, and there is no medium contributing to the cooling of the burner around. Therefore, it is difficult to use an injector for supplying fuel spray or a nozzle for intermittent injection.
When an injector or a nozzle for intermittent injection is used, the following problems are expected.
When an injector is used, there are problems such as breakage due to welding of the working coil and fuel leakage due to erosion of the resin portion.
When the nozzle for intermittent injection is used, there is a problem that injection is impossible or continuous injection due to sticking of the sliding portion of the needle valve.
The only configuration that is considered to be feasible is the air-assist system, in which fuel injected away from the exhaust pipe is transported through a pipe by compressed air and injected. However, even with this method, a large amount of compressed air is required, which not only increases the size of the apparatus, but also causes fuel to adhere to the inner surface of the pipe in the course of transportation, and the injection stability is not very good. Also, at the end of the injection, it is necessary to keep the compressed air flowing to discharge the fuel from the inner surface of the pipe. After that, since exhaust gas flows into the pipe, there is a problem that contamination of the inner surface cannot be denied.
[0007]
In addition, when an intermittent injector is used in the fuel supply system of the fuel evaporator for the light oil evaporation burner, it is easy to change the injection amount per unit time by changing the injection pulse time and injection cycle. Although controllable, the instantaneous flow rate of the evaporative gas varies. With such evaporative gas, stable combustion cannot be expected, and the fuel supply system to the evaporator needs to be a continuous flow.
[0008]
Further, the output required for a burner such as a light oil burner or a light oil evaporation burner differs depending on the operating conditions of the engine.
In general, the higher the engine speed, the higher the exhaust gas flow rate. Also, the higher the load, the higher the exhaust gas temperature. Therefore, if the output of the burner is constant, the combustion temperature may be too high depending on the operating condition, causing the filter to burn out or not reaching the temperature for burning PM.
That is, it is considered that a mechanism for adjusting the output of the burner is indispensable. However, the temperature control can be controlled by adding a temperature sensor such as a thermocouple to the filter.
[0009]
It is to be noted that the treatment of the evaporated gas and the fuel in the fuel pipe when the burner is stopped is an important problem affecting the reliability of the regenerator. For example, if the fuel evaporator is also stopped at the same time as the light oil evaporation burner is stopped, the remaining gas that could not be jetted is cooled and liquefied. Liquid fuel also exists in the evaporator. Alternatively, if exhaust gas flows into the atmosphere, the occurrence of internal contamination and carbonization can easily be imagined. That is, it is necessary to adopt a configuration in which the evaporated gas and the fuel in the fuel pipe are completely discharged, and the exhaust gas does not flow.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and has as its object to provide a filter regeneration device for an internal combustion engine that can effectively regenerate a filter such as a DPF (diesel particulate filter).
[0011]
Another object of the present invention is to provide a filter regeneration device for an internal combustion engine that can sufficiently atomize fuel for combustion for regeneration of a filter.
[0012]
Another object of the present invention is to provide a filter regeneration device for an internal combustion engine that can easily adjust the output of a burner for combustion.
[0013]
Another object of the present invention is to provide a filter regeneration device for an internal combustion engine that can prevent fuel from remaining in a liquid state or a gas state in a pipe of a burner.
[0014]
Another object of the present invention is to provide a filter regenerating apparatus for an internal combustion engine that can reliably regenerate a filter using a light oil burner or a light oil evaporation burner with a simple configuration.
[0015]
Another object of the present invention is to provide a filter regeneration device for an internal combustion engine having good combustion efficiency or regeneration efficiency.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
That is, the present invention creates a high-speed exhaust gas or air flow, employs an aspirator mechanism (aspirator mechanism) at the ejection part of a light oil burner or a light oil evaporation burner, and always creates a negative pressure at the liquid or gaseous fuel outlet. A filter regeneration device for an internal combustion engine that regenerates a filter for purifying exhaust gas of an internal combustion engine, wherein the filter regeneration device is provided in an exhaust pipe of the exhaust gas. A bypass pipe, an aspirator burner attached to the bypass pipe, a fuel supply pipe opening to the aspirator burner, and an ignition plug for igniting fuel supplied from the fuel supply pipe to the aspirator burner. A filter regeneration device for an internal combustion engine, characterized in that:
[0017]
The aspirator burner includes a reducing part that contracts from the exhaust pipe, a negative pressure chamber facing the reducing part, and a metering orifice that can supply the fuel from the fuel supply pipe facing the negative pressure chamber. , Can be provided.
[0018]
A switching valve for changing the flow path area of the exhaust pipe may be provided on the upstream side of the aspirator burner.
[0019]
The bypass pipe can be opened upstream of a switching valve that makes the flow path area of the exhaust pipe variable.
[0020]
The fuel supply pipe may be capable of supplying an evaporative gas of the fuel.
[0021]
The fuel evaporation mechanism may be provided between the fuel tank for the fuel and the fuel supply pipe.
[0022]
In the filter regeneration device for an internal combustion engine according to the present invention, a high-speed exhaust gas or air flow is created by utilizing the exhaust gas by a bypass pipe, and an aspirator burner is adopted at a fuel ejection portion from a fuel supply pipe, and the fuel is discharged. The fuel can be maintained in a negative pressure state at all times, so that the ejected fuel is atomized by a high-speed airflow, ignited by an ignition plug, and burned to produce diesel particulates in a filter by combustion. PM) Other particulate matter can be removed. Further, by controlling the negative pressure at the fuel outlet, the output of the burner can be adjusted.
In addition, since the ejection portion is always at a negative pressure, the fuel remaining in the burner pipe is reliably discharged, and the problem that the remaining fuel is carbonized is also solved.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, a filter regeneration device for an internal combustion engine according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a
[0024]
The filter regeneration device 3 includes a switching
The filter regeneration device 3 employs, for example, a switching regeneration system for switching between the operation of the engine and the regeneration of the
[0025]
The switching
That is, during operation of the engine, most of the exhaust gas in the
[0026]
The
[0027]
The
As shown in FIG. 2, the
[0028]
The
[0029]
The
[0030]
The support stay 11 fixes the aspirator burner 6 (aspirator body 10) to the
[0031]
The
That is, the
[0032]
The
The fuel ejected from the
[0033]
An assembly of heat-
[0034]
The
That is, the amount of fuel flowing from the
[0035]
The
[0036]
Although not shown, a measurement mechanism or a sensor for measuring the temperature, pressure, residual oxygen concentration, or the like is provided inside or at the rear of the
[0037]
FIG. 3 is a schematic diagram of a
[0038]
The
In order to further finely adjust the output of the
[0039]
The ignition plug 8 (FIG. 1) is provided at an arbitrary position downstream of the
[0040]
In the filter regeneration device 3 having such a configuration, the switching valve 4 (FIG. 1) is closed during the regeneration of the
When the switching
Note that, even during operation of the engine with the switching
[0041]
When the
The exhaust gas flowing into the
[0042]
In the filter regeneration device 3, the flow rate of the exhaust gas guided into the aspirator burner 6 (aspirator 18) increases as the engine speed increases, so that the negative pressure in the aspirator 18 (negative pressure chamber 15) increases. That is, the amount of fuel flowing out when the
[0043]
In the present invention, the fuel supplied to the aspirator burner may be in a liquid state or a gasified fuel in a gas state.
That is, FIG. 4 is a schematic diagram of the
[0044]
FIG. 5 is a cross-sectional view of the
[0045]
The evaporating
[0046]
Each of the heating glow plugs 33 has a
A fuel passage formed by the
[0047]
The
A constant voltage is supplied to the
In such a
[0048]
The
[0049]
The fuel from the
[0050]
As shown in FIGS. 5 and 6, the
[0051]
Further, the configuration itself of the
FIG. 8 is an enlarged sectional view of the
[0052]
In the
[0053]
In particular, since the fuel supplied to the
[0054]
Even if the
[0055]
Thus, in the present invention, since the mechanism of the
The reducing
[0056]
The filter regeneration device 3 (FIG. 1) according to the first embodiment and the filter regeneration device 30 (FIG. 4) according to the second embodiment are of a switching regeneration type. May be a continuous regeneration system that performs regeneration at the same time during operation by the engine.
For example, if the
[0057]
Alternatively, the
[0058]
Alternatively, a filter regeneration device 3 from one
[0059]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the aspirator mechanism for introducing the exhaust gas or the airflow to the ejection portion of the filter regeneration burner is employed, the good fuel spray is also supplied to the exhaust pipe which is always in a high temperature state. Atomization is promoted, the combustion of the aspirator burner is stabilized, the regeneration time of the filter is shortened, the fuel consumption can be reduced, and the filter can be downsized. It can be.
Further, the output of the aspirator burner automatically changes according to the flow rate of the exhaust gas in the exhaust pipe, so that the output of the aspirator burner can be easily adjusted. If the output of the aspirator burner is large, the filter will burn out, and if it is small, the PM will not burn. However, in the present invention, it is possible to respond flexibly and reduce fuel consumption. If further adjustment of the output of the aspirator burner is necessary, the output can be adjusted by changing the oil pressure of the fuel supplied from the fuel supply pipe 7. However, control by a solenoid valve may be sufficient.
Also, even when the aspirator burner is stopped, the fuel ejecting portion from the fuel supply pipe is maintained in a negative pressure state, so that the fuel present in the metering orifice is discharged from the solenoid valve, and there is a concern that carbon or the like may accumulate. And reliability is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a state in which a filter regeneration device 3 according to a first embodiment of the present invention is attached to an
FIG. 2 is an enlarged sectional view of the
FIG. 3 is a schematic view of a
FIG. 4 is a schematic diagram of a
FIG. 5 is a cross-sectional view of the same
FIG. 6 is a side view of the
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the temperature of the
FIG. 8 is an enlarged sectional view of the
[Explanation of symbols]
1 Diesel engine exhaust pipe
2 Filter
3. Filter regeneration device (first embodiment, FIG. 1)
4 Switching valve
5 Bypass pipe
6. Aspirator burner (light oil burner, Fig. 2)
7 Fuel supply pipe
8 Ignition plug
9 Connecting pipe part of
10 Aspirator body
11 Support stay
12 Contraction member
13 Collision plate
14 Reduction part
15 Negative pressure chamber (mixing chamber)
16 Enlargement
17 Metering orifice
18 Aspirator (aspirator)
19 Heat-resistant wire
20 Fuel supply mechanism (Fig. 3)
21 Fuel tank
22 Fuel pump
23 Pressure Regulator
24 Solenoid valve for fuel supply on / off
30 Filter regeneration device (second embodiment, FIG. 4)
31 Fuel evaporation mechanism (Fig. 5)
32 Evaporation mechanism housing
33 Lower, middle and upper heating glow plugs
34 Lower, middle and upper wicks
35 Fuel introduction section
36 Metering orifice
37 Fuel derivation section
38 Lower, middle and upper plug housings
39 Lower, middle and upper communication paths
40 connection terminal of
41 Threaded part of
42 Heating part (sheath part) of
43 Aspirator burner (light oil evaporation burner, Fig. 8)
44 Open window
Claims (6)
前記排気ガスの排気管に設けたバイパス管と、
このバイパス管に取り付けたアスピレーターバーナーと、
このアスピレーターバーナーに開口する燃料供給管と、
この燃料供給管から前記アスピレーターバーナーに供給される燃料に点火するための点火用プラグと、
を有することを特徴とする内燃機関におけるフィルター再生装置。A filter regeneration device in an internal combustion engine that regenerates a filter for purifying exhaust gas of the internal combustion engine,
A bypass pipe provided in an exhaust pipe of the exhaust gas,
Aspirator burner attached to this bypass pipe,
A fuel supply pipe opening to the aspirator burner,
An ignition plug for igniting fuel supplied from the fuel supply pipe to the aspirator burner;
A filter regeneration device for an internal combustion engine, comprising:
前記排気管から縮流する縮小部と、
この縮小部が臨む負圧室と、
この負圧室に臨んで前記燃料供給管からの前記燃料を供給可能とする調量オリフィスと、を有することを特徴とする請求項1記載の内燃機関におけるフィルター再生装置。The aspirator burner,
A contraction section that contracts from the exhaust pipe;
A negative pressure chamber facing this reduction section,
2. A filter regeneration device for an internal combustion engine according to claim 1, further comprising a metering orifice capable of supplying said fuel from said fuel supply pipe facing said negative pressure chamber.
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---|---|---|---|---|
JP2010106680A (en) * | 2008-10-28 | 2010-05-13 | Ihi Corp | Method and device for operating particulate filter regeneration burner |
JP2012115772A (en) * | 2010-12-01 | 2012-06-21 | Funken Pautekkusu:Kk | Disintegrating/transporting apparatus of powder |
-
2002
- 2002-05-31 JP JP2002160815A patent/JP2004003400A/en active Pending
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