JP2010090853A - 液体燃料バーナの点火方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体の燃料を用いた液体燃料バーナに点火できるまでの時間が短縮される液体燃料バーナの点火方法を提供する。
【解決手段】電気発熱体を有するグロープラグを点火装置として用いるとともに、電気発熱体に接して設けられた燃料通路に液体の燃料及び空気を供給して火炎を放射する構成の液体燃料バーナに点火するための液体燃料バーナの点火方法において、燃料通路に空気を供給するとともに、空気の供給開始と同時に又は供給開始後に、定格電圧を超える電圧でグロープラグを作動させ、電気発熱体の温度が液体の燃料の着火温度に達した後に燃料通路に液体の燃料を供給して点火することを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、グロープラグを点火装置として用いた液体燃料バーナの点火方法に関する。特に、液体の燃料を微粒化させて着火させる方式の液体燃料バーナの点火方法に関する。

従来のディーゼルエンジン等の内燃機関の排気系には、内燃機関から排出される排気ガス中に含まれる排気微粒子や窒素酸化物（以下、「ＮＯ_X」と称する。）を除去するための排気浄化装置が備えられている。このような排気浄化装置には、例えば、排気微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタや、ＮＯ_Xの還元浄化に用いられるＮＯ_X触媒に代表される排気浄化部材が設けられる。

このうちパティキュレートフィルタにおいては、排気微粒子の堆積量が時間の経過とともに増加して所定量に達すると、目詰まり状態となって排気ガスの通過を阻害し、内燃機関の不具合等を生じさせるおそれがある。そのため、パティキュレートフィルタにおける排気微粒子の堆積量が所定量を超えた場合に、堆積した排気微粒子を燃焼させるパティキュレートフィルタの強制再生制御が行われる。

また、ＮＯ_Xの還元浄化に用いられるＮＯ_X触媒は、活性化温度以上のときにＮＯ_X浄化能力を発揮する性質を有しており、内燃機関の始動時等、排気ガスの温度が低くＮＯ_X触媒が活性化温度に満たないような状態においてはＮＯ_Xの還元効率が低く、ＮＯ_X触媒に流入したＮＯ_Xの大部分が浄化されることなくＮＯ_X触媒を通過することになる。そのため、ＮＯ_X触媒が活性化温度に満たないような状態において、ＮＯ_X触媒を加熱して強制的に昇温させ、ＮＯ_Xの還元効率を向上させる制御が行われる。

このようなパティキュレートフィルタの強制再生やＮＯ_X触媒の昇温活性化を行う手段として、ディーゼルエンジンの燃料である軽油を利用した軽油バーナが開示されている。この軽油バーナは、燃料すなわち軽油を着火させて当該軽油を燃焼させ、火炎ガスを放射するものである。
例えば、図８は、燃料の加熱装置としてのグロープラグ３０６と、燃料に点火するための点火プラグ３２０とを備えた補助装置（軽油バーナ）３００を示している。この補助装置３００は、グロープラグ３０６のヒータ部（電気発熱体）３０６Ｂと噴霧ノズル３０７内の円筒状空間３０７Ａとのわずかな隙間に空気と燃料との混合流体を送り、当該混合流体をグロープラグ３０６で昇温させた上で噴霧ノズル３０７の噴孔３０７Ｂからハウジング３０４内に燃料を噴霧して、ハウジング３０４内に備えられた点火プラグ３２０によって燃料に着火（点火）するように構成されている（例えば、特許文献１や特許文献２参照）。

特開２００５−１８０３７１号公報 （全文、全図） 特開２００６−５７４７８号公報 （段落［００４２］〜［００４３］、図４）

しかしながら、軽油は、ガソリン等に比べて発火点が低いものの引火点が高いため、周囲の雰囲気温度を十分に上昇させないと軽油に点火することが困難であるという特性を有している。そのために、特許文献１及び２に開示された軽油バーナは、作動時において、点火プラグが備えられ燃料が噴霧されるハウジング内の雰囲気温度を上昇させるための予熱時間が必要であるため、燃料を噴霧して点火するまでに時間がかかるおそれがある。そうすると、パティキュレートフィルタの強制再生の開始時期が遅れたり、内燃機関の始動時等にＮＯ_X触媒を活性化させるまでに時間がかかったりするおそれがある。
このような問題は、燃料として軽油を用いた場合に限られず、例えば灯油を燃料として用いた場合においても同様の問題が生じ得る。

そこで、本発明の発明者は以上の問題について鋭意検討した結果、グロープラグを点火装置として用いるとともに、液体燃料バーナの作動開始時において、グロープラグの電気発熱体に接して設けられた燃料通路に空気を供給しながら定格電圧を超える電圧でグロープラグを作動させた後、液体燃料を供給することによりこのような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、本発明は、液体の燃料を用いた液体燃料バーナに点火できるまでの時間が短縮される液体燃料バーナの点火方法を提供することを目的とする。

本発明によれば、電気発熱体を有するグロープラグを点火装置として用いるとともに、電気発熱体に接して設けられた燃料通路に液体の燃料及び空気を供給して火炎を放射する構成の液体燃料バーナに点火するための液体燃料バーナの点火方法において、燃料通路に空気を供給するとともに、空気の供給開始と同時に又は供給開始後に、グロープラグの定格電圧を超える電圧でグロープラグを作動させ、電気発熱体の温度が液体の燃料の着火温度に達した後に燃料通路に液体の燃料を供給して点火することを特徴とする液体燃料バーナの点火方法が提供され、上述した問題を解決することができる。

また、本発明の液体燃料バーナの点火方法を実施するにあたり、グロープラグの作動開始から電気発熱体の温度が液体の燃料の着火温度以上になるまでの時間が１〜１０秒の範囲内となるように、空気の供給量及びグロープラグの電圧を調整することが好ましい。

また、本発明の液体燃料バーナの点火方法を実施するにあたり、点火時の液体の燃料の供給量を、点火後の液体の燃料の供給量よりも少なくすることが好ましい。

また、本発明の液体燃料バーナの点火方法を実施するにあたり、液体の燃料として軽油を用いることが好ましい。

また、本発明の別の態様は、先端に電気発熱体を有するグロープラグと、少なくとも電気発熱体の一部を内部に保持するノズルボディと、電気発熱体とノズルボディとの間に形成された燃料通路と、燃料通路に液体の燃料を供給するためのインジェクタと、燃料通路に空気を供給するための気体供給装置と、を備え、電気発熱体の先端部はノズルボディの外部に突出し、燃料通路は燃料及び空気あるいはいずれか一方を外部に突出した電気発熱体に導くようにされ、外部に突出した電気発熱体が点火装置とされてなる液体燃料バーナに点火する液体燃料バーナの点火方法において、気体供給装置を作動させて燃料通路に空気を供給するとともに、気体供給装置の作動と同時に又は作動後に、グロープラグの定格電圧を超える電圧でグロープラグを作動させ、電気発熱体の温度が液体の燃料の着火温度に達した後にインジェクタを作動させて燃料通路に燃料を供給して点火することを特徴とする液体燃料バーナの点火方法である。

本発明の液体燃料バーナの点火方法によれば、グロープラグが点火装置として用いられるとともに、液体燃料バーナの作動開始時に、燃料通路に空気を供給しながら定格電圧を超える電圧でグロープラグを作動させた後、液体燃料の供給が開始される。そのため、グロープラグの電気発熱体の温度が急激に上昇する一方、燃料通路に供給される空気によって電気発熱体の外周部が冷却される。したがって、グロープラグの焼損が防止されつつ、電気発熱体の温度が短時間で液体燃料の着火温度に到達するため、液体燃料バーナの作動開始から液体燃料に点火されるまでに要する時間が大幅に短縮される。

また、本発明の液体燃料バーナの点火方法において、空気の供給開始から電気発熱体の温度が液体燃料の着火温度以上になるまでの時間が１〜１０秒の範囲内となるように、空気の供給量及びグロープラグの電圧を調整することにより、グロープラグの焼損が防止されつつ、液体燃料バーナの作動開始から液体燃料に点火されるまでに要する時間が大幅に短縮される。

また、本発明の液体燃料バーナの点火方法において、点火時の液体燃料の供給量が点火後の液体燃料の供給量よりも少ないことにより、点火時において、燃料通路に供給した液体燃料によって電気発熱体の熱が急激に奪われることが防止される。したがって、電気発熱体の急激な温度低下による失火の危険性が回避され、点火の安定性が確保される。

また、本発明の液体燃料バーナの点火方法において、液体の燃料として軽油が用いられることにより、内燃機関としてのディーゼルエンジンの燃料である軽油を利用して、液体燃料バーナを作動させることができる。したがって、液体燃料バーナが内燃機関の排気系に備えられる場合において、内燃機関の燃料タンクとは別のタンク等を新たに設置する必要がなくなり、コストの低下や省スペース化が図られる。

なお、本明細書において「定格電圧」とは、継続使用することを前提にして安全に使用し得る電圧の限界値を意味する。このような定格電圧は、通常、グロープラグごとに設定されているものである。

以下、本発明の液体燃料バーナの点火方法に関する実施の形態について、適宜図面を参照しながら具体的に説明する。ただし、この実施の形態は本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲内で任意に変更することが可能である。
なお、それぞれの図中、同じ符号を付してあるものについては同一の部材を示しており、適宜説明が省略されている。

１．内燃機関の排気浄化装置
図１は、本実施形態の液体燃料バーナ２０が備えられた内燃機関５１の排気浄化装置５０を示している。この排気浄化装置５０は、内燃機関５１としてのディーゼルエンジンに接続された排気通路５３の途中に配設されたパティキュレートフィルタ５５及びＮＯ_X触媒５７を備えている。また、パティキュレートフィルタ５５の上流側の排気通路５３には接続管５４が接続され、この接続管５４には液体燃料バーナ２０が固定されている。また、図示しないものの、排気浄化装置５０には、液体燃料バーナ２０の出力や作動を制御する制御装置が備えられている。

パティキュレートフィルタ５５は、主に排気ガス中の排気微粒子を捕集するために用いられるフィルタである。パティキュレートフィルタ５５は公知のもの、例えば、セラミック材料から構成されたハニカム構造のパティキュレートフィルタが用いられる。
このパティキュレートフィルタ５５は、捕集された排気微粒子の堆積量が増加してパティキュレートフィルタ５５の目詰まりが生じると、内燃機関５１に圧力の負荷がかかるなど不具合の原因になるおそれがある。そのため、所定の時期にパティキュレートフィルタ５５に捕集された排気微粒子を燃焼させるパティキュレートフィルタ５５の強制再生制御が行われる。図１に示す排気浄化装置５０では、パティキュレートフィルタ５５における排気微粒子の堆積量が所定量を超えたときに、液体燃料バーナ２０を作動して排気ガスを加熱し、この高温の排気ガスの持つ熱量によって堆積した排気微粒子が燃焼させられる。

ＮＯ_X触媒５７は、排気ガス中のＮＯ_Xを還元浄化するために用いられる触媒である。ＮＯ_X触媒５７の代表的な例としては、ＮＯ_X触媒５７の上流側で尿素水溶液や未燃燃料等の還元剤を排気ガス中に混合し、触媒中でＮＯ_Xを選択的に還元浄化する選択還元触媒や、排気ガスの空燃比がリーンの状態で排気ガス中のＮＯ_Xを吸着し、排気ガスの空燃比がリッチになったときにＮＯ_Xを放出して、排気ガス中の未燃燃料と反応させてＮＯ_Xを還元浄化する吸蔵触媒等が挙げられる。これらのＮＯ_X触媒５７は、活性化温度以上のときにＮＯ_X浄化能力を発揮する性質を有しているため、例えば、内燃機関５１の始動時等の排気温度が低い状態において、ＮＯ_X触媒５７を昇温活性化させる制御が行われる。図１に示す排気浄化装置５０では、内燃機関５１の始動時やアイドリング状態時等、排気ガスの温度が低くＮＯ_X触媒５７の温度が活性化温度未満となっている場合に、液体燃料バーナ２０を作動して排気ガスを加熱し、この高温の排気ガスの持つ熱量によってＮＯ_X触媒５７が加熱される。

２．液体燃料バーナ
内燃機関５１の排気通路５３に接続管５４を介して取付けられた液体燃料バーナ２０は、液体燃料に点火して液体燃料を燃焼させ、火炎ガスを放射するバーナである。
図２（ａ）〜（ｂ）及び図３（ａ）〜（ｂ）は、本実施形態の液体燃料バーナ２０の構成の一例を示している。図２（ａ）はインジェクタ９の軸方向側から見た液体燃料バーナ２０の側面図を示し、図２（ｂ）は、図２（ａ）の液体燃料バーナ２０のＸＸ断面を矢印方向に見た断面図を示している。また、図３（ａ）は、図２（ａ）の液体燃料バーナ２０をインジェクタ９を上方にして後方（矢印Ｙの方向）から眺めた後方側面図を示し、図３（ｂ）は、図２（ａ）の液体燃料バーナ２０のＺＺ断面をインジェクタ９を上方にして矢印方向に見た断面図を示している。

この液体燃料バーナ２０は、大径部１ａａ及び小径部１ａｂを有する開口部１ａと、この開口部１ａに臨む通路１ｂ（図３（ｂ）参照）とが形成されたノズルボディ１を備えている。この開口部１ａの大径部１ａａ及び小径部１ａｂそれぞれの内周面には螺旋溝が形成されている。このうち大径部１ａａにはグロープラグ２が螺合されるとともに、小径部１ａｂ内にはグロープラグ２の電気発熱体２ａが配置されている。また、グロープラグ２の先端部２ａａはノズルボディ１の開口部１ａから突出した状態となっている（図２（ｂ）参照）。このノズルボディ１の外部に突出した電気発熱体２ａの先端部２ａａが、点火部を構成する。

グロープラグ２の電気発熱体２ａとノズルボディ１の小径部１ａｂの内周面との間には間隙が設けられ、燃料通路Ｓが形成されている。また、通路１ｂを介してインジェクタ９によって供給されてくる液体燃料が、燃料通路Ｓを通過してグロープラグ２の先端部２ａａ側から噴射される。このとき、燃料通路Ｓを通過する液体燃料がグロープラグ２の電気発熱体２ａによって加熱されるとともに、小径部１ａｂの内周面に螺旋溝が形成されていることも相俟って、液体燃料の微粒化が促進され、また、液体燃料が噴射される際の噴霧の偏りが抑制される。

このグロープラグ２は、例えば電気発熱体２ａをセラミック基盤で保持してなる所謂セラミックグロープラグが用いられる。セラミックグロープラグは、セラミック基盤が用いられているために耐熱性が高く、また、発熱すると抵抗値が増加し、出力が低下させられることで焼損が防止される自己温度飽和型のグロープラグである。また、本実施形態の液体燃料バーナ２０で用いられるグロープラグ２は、低抵抗型で、かつ、定格電圧が低いセラミックグロープラグ（７Ｖ）が用いられている。
ただし、液体燃料バーナ２０に用いられるグロープラグ２はセラミックグロープラグ２に制限されるものではない。

また、ノズルボディ１に形成された通路１ｂに連通するように連結パイプ３が溶接固定され、この連結パイプ３にはさらに連結ジョイント４が溶接固定されている（図３（ｂ）参照）。この連結ジョイント４には、連結パイプ３側に開口する通路４ａと、通路４ａに臨むように形成された空気導入路４ｂ及び燃料供給路４ｃとが設けられており、空気導入路４ｂには空気導入パイプ５が接続され、燃料供給路４ｃには燃料供給パイプ６（図３（ａ）参照）が接続されている。このうち、空気導入路４ｂはオリフィスとして構成され、空気導入パイプ５内の内圧が大きくなるように設定されることで、空気導入パイプ５内への液体燃料の逆流が防止される（図３（ｂ）参照）。

空気導入パイプ５の上流側には、接続ジョイント７に接続された気体供給通路２２を介して気体供給装置２５としてのエアコンプレッサが接続されるとともに（図２（ｂ）参照）、燃料供給パイプ６の上流側にはインジェクタ９が接続されている（図３（ａ）参照）。このインジェクタ９は、ノズルボディ１の外周部に溶接固定された固定フランジ部８及びインジェクタ固定クリップ１０によって固定されている（図２（ｂ）参照）。

インジェクタ９には燃料供給通路２１が接続され、ポンプ２４によって圧送される燃料タンク２３内の液体燃料がレギュレータ（図示せず。）で一定圧力に調圧されてインジェクタ９に供給される（図２（ｂ）参照）。本実施形態の液体燃料バーナ２０の液体燃料は、内燃機関５１としてのディーゼルエンジンの燃料である軽油が用いられる。したがって、燃料タンク２３は、内燃機関５１の気筒内に供給される液体燃料を収容する燃料タンクが兼用され、コストの増加が抑えられるとともに省スペース化が図られている。そして、インジェクタ９への通電制御によって、液体燃料が燃料供給パイプ６に供給される。供給される液体燃料の流量は、インジェクタ９の駆動電流のパルス幅や駆動周波数により任意に設定される。

また、ノズルボディ１の火炎放射方向側の端部にはワイヤーメッシュホルダ１６が溶接固定されており、このワイヤーメッシュホルダ１６の内部には、ノズルボディ１から突出したグロープラグ２の電気発熱体２ａの先端部２ａａの周囲を囲むようにワイヤーメッシュ１５が配置されている（図３（ｂ）参照）。このワイヤーメッシュ１５は例えば耐熱ステンレスを用いて構成され、火炎が直接触れることで赤色化し、保炎効果を高めている。

ノズルボディ１の外周部には、上述の固定フランジ部８以外にも、液体燃料バーナ２０を接続管等の取付対象に取り付けるための取付フランジ部１１が溶接固定されている。この取付フランジ部１１の火炎放射方向の反対側にはボス１２が溶接固定されており、このボス１２に対してシール部材１３を介して熱電対１４が取り付けられている（図２（ａ）参照）。この熱電対１４の計測部はワイヤーメッシュ１５の先端部に位置するように配置され、液体燃料バーナ２０の燃焼状態によって熱電対１４の抵抗値が変化することを利用して、着火状態の判定に用いられる。
なお、液体燃料バーナの着火状態の判定は、熱電対以外にもイオンプラグ等の他の検出手段を用いて行うこともできる。あるいは、液体燃料バーナが取付けられる排気浄化装置側に、温度センサ等の何らかの検出手段が備えられているのであれば、液体燃料バーナ側にそのような検出手段を備えることを省略することもできる。

取付フランジ部１１の火炎放射方向側にはフレームガイド１７が取り付けられている。このフレームガイド１７はパンチングメタル等を用いて構成された円筒部１７ａと、先端側に取り付けられた半球状部材１７ｂとを備えている（図２（ａ）及び（ｂ）参照）。このうち、円筒部１７ａは、外部に気流が発生している場合であっても放射される火炎の方向性を維持するとともに、円筒部１７ａの外部から酸素が導入可能になっている。また、先端側の半球状部材１７ｂは、放射される火炎の放射範囲を広げ、例えば排気ガスなどに積極的に火炎を混合させて、液体燃料バーナ２０からの火炎の放射による黒煙の発生を低減する。
なお、ワイヤーメッシュ１５やフレームガイド１７等は必要に応じて備えられるものであって、省略されていても構わない。

このように構成された液体燃料バーナ２０では、燃料タンク２３内の液体燃料がポンプ２４によって燃料供給通路２１及びインジェクタ９を介して連結ジョイント４に送られるとともに、連結ジョイント４内で気体供給装置２５から送られてくる空気と混合されて、ノズルボディ１の開口部１ａのうちの小径部１ａｂとグロープラグ２の電気発熱体２ａとの間に形成された燃料通路Ｓに供給される。この空気と混合された液体燃料は、燃料通路Ｓを通過する間にグロープラグ２の電気発熱体２ａによって加熱されるとともに、小径部１ａｂ内周面に形成された螺旋溝の作用による流れの乱れの増加作用によってさらに微粒化が促進される。こうして微粒化された液体燃料が燃料通路Ｓから押し出され、着火されることにより火炎が放射される。

３．液体燃料バーナの点火方法
次に、内燃機関５１の排気系に備えられた本実施形態の液体燃料バーナ２０の点火方法について説明する。なお、以下の液体燃料バーナ２０の点火方法は、図示しない制御装置によって実行される。

（１）タイムチャート等
図４は、本実施形態の液体燃料バーナ２０の点火方法を実施した場合の、グロープラグ２への供給電圧、気体供給装置２５の作動のオンオフ及び液体燃料バーナ２０への燃料供給量の時間的変化を示している。また、図５（ａ）〜（ｄ）は、液体燃料バーナ２０への液体燃料及び圧縮空気の供給状態を本実施形態の液体燃料バーナ２０の点火方法のプロセスに沿って表した図であり、ノズルボディ１内に配置されたグロープラグ２の電気発熱体２ａ及びその周辺の拡大断面図を示している。

パティキュレートフィルタ５５の強制再生やＮＯ_X触媒５７の昇温活性化を行う必要があるときには、まず、図４のt1の時点で気体供給装置２５が作動する。その結果、図５（ａ）に示すように、燃料通路Ｓに対して圧縮空気Ａが供給される。

次いで、図４のt2の時点で、定格電圧V0を超える電圧V1がグロープラグ２に供給され、グロープラグ２が作動する。その結果、図５（ｂ）に示すように、電気発熱体２ａの表面温度が上昇し、ノズルボディ１から突出している先端部２ａａを含む電気発熱体２ａが赤色化される。グロープラグ２に定格電圧V0を超える電圧V1が供給されることで、電気発熱体２ａの温度が、短時間で液体燃料の着火温度まで昇温させられる。一方、グロープラグ２に定格電圧V0を超える電圧V1が供給されているものの、電気発熱体２ａに接する燃料通路Ｓに圧縮空気Ａが供給されているために、電気発熱体２ａの表面の熱が圧縮空気Ａに奪われ、過熱によって電気発熱体２ａが焼損するおそれがない。

このときグロープラグ２に供給する電圧V1は、燃料通路Ｓに供給される圧縮空気Ａの流量との関係において、グロープラグ２が焼損しない程度に最大限の電圧とされる。一例としては、点火前の状態において、グロープラグ２の電気発熱体２ａの表面温度が６００〜１０００℃となるように電圧V1が供給される。
本実施形態の液体燃料バーナ２０は、電圧の昇圧回路を有しない構成であることから、供給される電圧V1は少なくともバッテリー電圧以下であることが好ましい。換言すれば、電圧の昇圧回路を有する構成の液体燃料バーナが用いられるのであれば、供給される電圧V1をバッテリー電圧以上とすることは可能である。

本実施形態の液体燃料バーナ２０の点火方法では、t1とt2との間に時間差Δt1を設けている。この時間差Δt1を設けることにより、例えば制御装置による気体供給装置２５の制御の応答遅れ等によって、燃料通路Ｓに圧縮空気Ａが到達する以前に電気発熱体２ａの加熱が開始されることがなくなり、電気発熱体２ａの焼損が確実に防止される。
ただし、気体供給装置２５の作動開始から、圧縮空気Ａが燃料通路Ｓに到達するまでの時間差が極めて短いような場合や、グロープラグ２への定格電圧V0を超える電圧V1の供給に時間がかかる場合等には、気体供給装置２５の作動開始と同時にグロープラグ２への電圧V1の供給を開始するようにしてもよい。

次いで、図４のt3の時点で、インジェクタ９が作動する。その結果、図５（ｃ）に示すように、液体の燃料Ｆは燃料通路Ｓに供給され、燃料通路Ｓに供給されている圧縮空気Ａとともにノズルボディ１の外部に突出した先端部２ａａに導かれる。この状態では、グロープラグ２の電気発熱体２ａの持つ熱量が液体燃料Ｆによっても奪われる。
グロープラグ２が作動し始めたt2からインジェクタ９が作動開始するt3までの期間Δt2は、例えば、予め予備実験等により求められる、グロープラグ２が作動し始めてから電気発熱体２ａの温度が液体燃料Ｆの着火温度以上になるまでの所要時間とされる。本実施形態の液体燃料バーナ２０の点火方法では、グロープラグ２に定格電圧V0を超える電圧V1が供給されるために、電気発熱体２ａの温度が速やかに液体燃料Ｆの着火温度まで到達し、期間Δt2は、例えば１〜１０秒、より好ましくは２〜５秒に設定される。

ただし、本実施形態の液体燃料バーナ２０で用いられるグロープラグ２は自己温度飽和型のセラミックグロープラグであるため、期間Δt2をあらかじめ設定せずに、グロープラグ２の抵抗値や供給電流値の変化等から推定される電気発熱体２ａの温度が、軽油の着火温度である約６００℃以上になったときに、インジェクタ９の作動を開始するようにしてもよい。

本実施形態の液体燃料バーナ２０の点火方法では、点火時に供給する液体燃料Ｆの量Q1は、点火後の液体燃料バーナ２０の定格出力での作動時の液体燃料の供給量Q0よりも少なくされている。したがって、点火時に燃料通路Ｓに供給した液体燃料Ｆによって電気発熱体２ａの有する熱が急激に奪われ、点火が困難になったり、点火直後に失火したりすることが防止される。

図４のt3の時点では、電気発熱体２ａの温度が液体燃料Ｆの着火温度に達しているために、燃料通路Ｓに液体燃料Ｆが供給されると、図５（ｄ）に示すように、速やかに液体燃料Ｆが着火する。その後、図４のt4の時点で液体燃料バーナ２０の出力調整が行われ、液体燃料Ｆの供給量Qが定格出力での作動時の供給量Q0に増量されるとともに、グロープラグ２への供給電圧Vが定格電圧V0まで低下される。この時点t4では、液体燃料Ｆの燃焼熱等によって燃料通路Ｓの周囲の雰囲気温度が十分に上昇しており、グロープラグ２に定格電圧V0を超える電圧を供給しなくても、容易に液体燃料Ｆが着火する。

（２）液体燃料バーナの点火方法のフロー
次に、図１に示す内燃機関５１の排気系に備えられた本実施形態の液体燃料バーナ２０の点火方法について、図６のフロー図に基づいて説明する。
まず、例えば、パティキュレートフィルタ５５の強制再生制御やＮＯ_X触媒５７の昇温制御を行うために、ステップＳ１１で、液体燃料バーナ２０の作動信号が制御装置に入力される。なお、パティキュレートフィルタ５５の強制再生制御やＮＯ_X触媒５７の昇温制御の実行開始の判別は、従来公知の方法で行うことができるが、ここでの説明は省略する。

液体燃料バーナ２０の作動信号が入力されると、ステップＳ１２で気体供給装置２５を作動させ、次いで、ステップＳ１３でグロープラグ２に定格電圧V0を超える電圧V1を供給した後、ステップＳ１４でタイマカウントを開始する。このとき、グロープラグ２の電気発熱体２ａの温度が急激に上昇する一方で、電気発熱体２ａの外表面に接する燃料通路Ｓに圧縮空気Ａが供給されているために、電気発熱体２ａの持つ熱量が圧縮空気Ａによって奪われるため、グロープラグ２の焼損が防止される。

その後、ステップＳ１５で、タイマ値tがあらかじめ設定された所定時間Δt1を経過したか否かを判別し、タイマ値tが所定時間Δt1を経過した場合にはステップＳ１６に進み、インジェクタ９を作動させ、燃料通路Ｓに液体燃料Ｆを供給する。このとき供給される液体燃料Ｆの流量Q1は、液体燃料バーナ２０が定格出力で作動される場合での液体燃料Ｆの供給量Q0よりも少なくされる。次いで、ステップＳ１７では、熱電対１４の抵抗値Rを読み込み、ステップＳ１８で、熱電対１４の抵抗値Rの変化に基づいて、液体燃料バーナ２０が点火されたか否かの判別を行う。本実施形態の液体燃料バーナ２０の点火方法では、熱電対１４の抵抗値変化を利用して着火状態の判定が行われるが、この方法に制限されるものではない。

ステップＳ１８で、液体燃料バーナ２０に点火されていないと判定されると、ステップＳ１９に進み、液体燃料バーナ２０の作動を一旦停止させた後、再びステップＳ１４に戻り、所定時間Δt1の経過後に再びインジェクタ９を作動して着火を試みる。
一方、ステップＳ１８で液体燃料バーナ２０への点火が完了したと判定されると、ステップＳ２０に進み、グロープラグ２への供給電圧Vを定格電圧V0に戻し、さらに、ステップＳ２１で、液体燃料Ｆの供給量Qを、液体燃料バーナ２０の定格出力での作動時の供給量Q0まで増量させる。以降は、液体燃料バーナ２０が定格出力で作動する。

その後、パティキュレートフィルタ５５の強制再生制御やＮＯ_X触媒５７の昇温制御が終了すると、ステップＳ２２において、液体燃料バーナ２０の停止信号が制御装置に入力され、ステップＳ２３でインジェクタ９の作動を停止して液体燃料Ｆの供給を停止する。その後、ステップＳ２４でグロープラグ２の作動を停止した後、ステップＳ２５で気体供給装置２５を停止する。最後に気体供給装置２５を停止することにより、グロープラグ２の周囲の過熱が防止される。

以上説明したように、本実施形態の液体燃料バーナの点火方法によれば、液体燃料バーナの作動開始時に、燃料通路に圧縮空気を供給しながら定格電圧を超える電圧でグロープラグを作動させた後、液体燃料の供給が開始されるため、グロープラグの電気発熱体の温度が急激に上昇する一方、燃料通路に供給される空気によって電気発熱体の外周部が冷却される。したがって、グロープラグの焼損が防止されつつ、電気発熱体の温度が短時間で液体燃料の着火温度に到達するため、液体燃料バーナの作動開始から液体燃料に点火されるまでに要する時間が大幅に短縮される。

以下、液体燃料バーナの点火方法の実施例及び比較例について説明する。

［実施例］
本発明の実施例では、定格電圧が７Ｖのセラミックグロープラグを用いて図２及び図３に示す構成の液体燃料バーナを作成した。そして、液体燃料バーナの点火時において、まず、気体供給装置を作動させて燃料通路に圧縮空気を供給した後、セラミックグロープラグに定格電圧を超える１１Ｖの電圧を供給し、グロープラグの電気発熱体の温度が６００℃を超えたときに軽油を燃料通路に供給して、液体燃料バーナに点火した。

［比較例１］
本発明の比較例１では、定格電圧が１２Ｖの非セラミックグロープラグを用いて図２及び図３に示す構成の液体燃料バーナを作成した。そして、液体燃料バーナの点火時において、定格電圧未満の１１Ｖの電圧を供給し、グロープラグの電気発熱体の温度が６００℃を超えたときに軽油を燃料通路に供給して、液体燃料バーナに点火した。

［比較例２］
本発明の比較例２では、定格電圧が７Ｖのセラミックグロープラグを用いて図２及び図３に示す構成の液体燃料バーナを作成した。そして、液体燃料バーナの点火時において、定格電圧の７Ｖの電圧を供給し、グロープラグの電気発熱体の温度が６００℃を超えたときに軽油を燃料通路に供給して、液体燃料バーナに点火した。

［比較例３］
本発明の比較例３では、定格電圧が７Ｖのセラミックグロープラグを用いて図２及び図３に示す構成の液体燃料バーナを作成した。そして、液体燃料バーナの点火時において、定格電圧を超える１１Ｖの電圧を供給し、グロープラグの電気発熱体の温度が６００℃を超えたときに軽油を燃料通路に供給して、液体燃料バーナに点火した。

図７は、上記実施例及び比較例それぞれにおける、ノズルボディから突出したグロープラグの先端部の温度の経時変化を示す。
この図７に示すように、比較例１の液体燃料バーナでは、グロープラグの先端温度が、軽油が着火可能な６００℃に到達するまでに２０秒以上を要し、液体燃料バーナが安定的に着火するまでには３０秒程度必要になる。なお、グロープラグの先端温度は９５０℃程度で安定し、焼損することはない。

また、比較例２の液体燃料バーナでは、比較例１の液体燃料バーナのグロープラグの先端温度よりは上昇速度は速いが、軽油が着火可能な６００℃に到達するまでに１５秒程度必要になる。なお、グロープラグの先端温度は１２５０℃程度で安定し、焼損することはない。

また、比較例３の液体燃料バーナでは、グロープラグへの初期投入電流が増加するために、グロープラグの先端温度が２秒以内に１０００℃に到達するが、その後もさらに温度上昇が続き、短時間でグロープラグが焼損する。

一方、本発明の実施例にかかる液体燃料バーナでは、グロープラグの先端温度が２秒以内に軽油が着火可能な６００℃に到達するとともに、グロープラグの先端温度の最高温度が１０００℃程度に抑制されるために、グロープラグを焼損させることなく使用することができるようになった。

本発明の液体燃料バーナの点火方法によれば、グロープラグの焼損を回避しつつ、液体燃料バーナの作動開始から液体燃料が着火されるまでに要する時間を従来よりも大幅に短縮することができる。したがって、例えば、内燃機関の排気系に液体燃料バーナを備え、パティキュレートフィルタの強制再生やＮＯ_X触媒の昇温制御に用いることで、パティキュレートフィルタの強制再生やＮＯ_X触媒の昇温活性化を迅速に行うことができる。

また、上述の実施の形態では、主として内燃機関の排気浄化装置に用いられる軽油バーナの点火方法を例にとって説明したが、本発明の液体燃料バーナの点火方法は、これ以外にも暖房装置や家庭用及び業務用ボイラー等、種々の分野で用いられる液体燃料バーナに適用することが可能である。

本発明に用いられる液体燃料バーナを備えた内燃機関の排気浄化装置の構成例を示す図である。 本発明に用いられる液体燃料バーナの構成を示す側面図及び断面図である。 本発明に用いられる液体燃料バーナの構成を示す後方側面図及び断面図である。 本発明の液体燃料バーナの点火方法を示すタイミングチャート図である。 本発明に用いられる液体燃料バーナの点火時の動作について説明するための図である。 本発明の液体燃料供給バーナの点火方法を実行した場合における、電気発熱体の表面温度の時間的変化を示す図である。 本発明の液体燃料バーナの点火方法を示すフローチャート図である。 従来の液体燃料バーナの構成を説明するための図である。

符号の説明

１：ノズルボディ、１ａ：開口部、１ａａ：大径部、１ａｂ：小径部、１ｂ：通路、２：グロープラグ、２ａ：電気発熱体、２ａａ：先端部（点火部）、３：連結パイプ、４：連結ジョイント、４ａ：通路、４ｂ：空気導入路、４ｃ：燃料供給路、５：空気供給パイプ、６：燃料供給パイプ、７：接続ジョイント、８：固定フランジ部、９：インジェクタ、１０：固定クリップ、１１：取付フランジ部、１２：ボス、１３：シール部材、１４：熱電対、１５：ワーヤーメッシュ、１６：ワイヤーメッシュホルダ、１７：フレームガイド部材、２０：液体燃料バーナ、２１：燃料供給通路、２２：気体供給通路、２３：燃料タンク、２４：ポンプ、２５：気体供給装置、５０：排気浄化装置、５１：内燃機関、５３：排気通路、５４：接続管、５５：パティキュレートフィルタ、５７：ＮＯ_X触媒、Ａ：圧縮空気、Ｆ：液体燃料、Ｓ：燃料通路

Claims (5)

1. 電気発熱体を有するグロープラグを点火装置として用いるとともに、前記電気発熱体に接して設けられた燃料通路に液体の燃料及び空気を供給して火炎を放射する構成の液体燃料バーナに点火するための液体燃料バーナの点火方法において、
   前記燃料通路に前記空気を供給するとともに、前記空気の供給開始と同時に又は供給開始後に、前記グロープラグの定格電圧を超える電圧で前記グロープラグを作動させ、前記電気発熱体の温度が前記液体の燃料の着火温度に達した後に前記燃料通路に前記液体の燃料を供給して点火することを特徴とする液体燃料バーナの点火方法。
2. 前記空気の供給開始から前記電気発熱体の温度が前記液体の燃料の着火温度以上になるまでの時間が１〜１０秒の範囲内となるように、前記空気の供給量及び前記グロープラグの電圧を調整することを特徴とする請求項１に記載の液体燃料バーナの点火方法。
3. 前記点火時の前記液体の燃料の供給量を、前記点火後の前記液体の燃料の供給量よりも少なくすることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体燃料バーナの点火方法。
4. 前記液体の燃料として軽油を用いることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の液体燃料バーナの点火方法。
5. 先端に電気発熱体を有するグロープラグと、少なくとも前記電気発熱体の一部を内部に保持するノズルボディと、前記電気発熱体と前記ノズルボディとの間に形成された燃料通路と、前記燃料通路に液体の燃料を供給するためのインジェクタと、前記燃料通路に空気を供給するための気体供給装置と、を備え、前記電気発熱体の先端部は前記ノズルボディの外部に突出し、前記燃料通路は前記燃料及び前記空気あるいはいずれか一方を前記外部に突出した前記電気発熱体に導くようにされ、前記外部に突出した前記電気発熱体が点火装置とされてなる液体燃料バーナに点火する液体燃料バーナの点火方法において、
   前記気体供給装置を作動させて前記燃料通路に前記空気を供給するとともに、前記気体供給装置の作動と同時に又は作動後に、前記グロープラグの定格電圧を超える電圧で前記グロープラグを作動させ、前記電気発熱体の温度が前記液体の燃料の着火温度に達した後に前記インジェクタを作動させて前記燃料通路に前記燃料を供給して点火することを特徴とする液体燃料バーナの点火方法。

Images