JP2011117354A

JP2011117354A - Ｄｐｆ再生用バーナ

Info

Publication number: JP2011117354A
Application number: JP2009275079A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Kuge; 喬弘久下; Yoichi Marutani; 洋一丸谷; Taigi Ashikaga; 泰宜足利; Akihiko Ogasawara; 昭彦小笠原
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2009-12-03
Filing date: 2009-12-03
Publication date: 2011-06-16

Abstract

【課題】簡便な構成で燃焼噴射弁を冷却できるようにする。
【解決手段】エンジン本体の排気ガス流路におけるＤＰＦの設置個所の上流側位置に燃焼器１２を取り付ける。燃焼器１２の所要個所に、燃料噴射弁取付穴１４とその三方を囲む配置の流路１５を備えたアダプター１３を取り付ける。燃料噴射弁取付穴１４に燃料噴射装置１６の燃料噴射弁１７を取り付ける。流路１５の両端部には、燃料ポンプ１８と燃料噴射装置１６を、燃料ライン１９と燃料供給ライン２０を介しそれぞれ接続する。更に、燃焼器１２に、点火装置２２と空気供給装置を取り付けてＤＰＦ再生用バーナ１１を形成する。ＤＰＦ再生用バーナ１１の使用時には、燃料噴射弁１７を、燃料ポンプ１８より燃料噴射装置１６へ供給される途中でアダプター１３の流路１５を流れる燃料２１と熱交換させて冷却させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ディーゼルエンジンの排気ガスの流路に設けたディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）に蓄積する粒子状物質（ＰＭ）を燃焼させる再生処理のために用いるＤＰＦ再生用バーナに関するものである。

ディーゼルエンジンの排気ガス中には、粒子状物質（ＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭａｔｔｅｒ：以下、ＰＭと記す）が含まれており、該ＰＭ等の浮遊粒子状物質は環境基準の対象となる。

そのために、ディーゼルエンジンでは、排気流路の途中にディーゼルパティキュレートフィルター（以下、ＤＰＦと記す）を設けて、排気ガス中に含まれるＰＭを捕集することで、排気ガスを浄化して大気中に排出されるＰＭの量を低減させるようにする対策が採られるようになってきている。

ところで、上記ＤＰＦの機能は、基本的には、上記排気ガス中のＰＭを漉し取ることで捕集するようにしてあるため、捕集した粒子状物質が堆積して目詰まりを起こすと、圧力損失が上昇し、エンジン性能の低下を招く虞が生じる。

なお、高速高負荷運転では排気温度が高くなるため、上記ＤＰＦに捕集されたＰＭが再燃焼されるため、目詰まりが生じる虞は生じないが、低速や低負荷のような排気温度が低くなる運転条件においては、目詰まりが生じ易くなることから、ＤＰＦの温度を積極的に上昇させて、該ＤＰＦに堆積したＰＭを強制的に燃焼させて除去する再生処理が必要になる。

上記ＤＰＦを再生処理する手法の１つとしては、ディーゼルエンジンの排気ガスの流路におけるＤＰＦの設置個所よりも上流側となる個所に、バーナを設置した構成として、該バーナにて燃料を燃焼させて発生させる高温の燃焼ガスを上記ＤＰＦへ導くことで、該ＤＰＦを所要温度まで昇温させて、堆積したＰＭを燃焼させて除去するようにする手法が従来提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

なお、一般に、バーナは、少なくとも燃焼器と、該燃焼器に取り付けた燃料噴射装置と、上記燃焼器内へ燃焼用空気を供給する空気供給装置を備えた構成として、上記燃料噴射装置より燃焼器内へ噴射する燃料を、該燃焼器内にて、上記空気供給装置より供給される燃焼用空気により燃焼させるようにしてある。

特開平８−２６０９４４号公報

ところが、上記特許文献１に示されたように、ディーゼルエンジンの排気ガスの流路におけるＤＰＦ設置個所よりも上流側位置にＤＰＦ再生用のバーナを設ける場合、該ＤＰＦ再生用バーナにおける燃焼器を上記ディーゼルエンジンの排気ガスの流路に取り付けることに伴い、該燃焼器内に、上記排気ガス流路よりディーゼルエンジンの高温の排気ガスが流入する可能性がある。更に、上記燃焼器は、上記ディーゼルエンジンの高温の排気ガスによって高温に加熱される排気ガス流路からの熱伝導により加熱されるようになる。

そのために、上記ＤＰＦ再生用バーナの燃焼器に取り付けてある燃料噴射装置では、該燃料噴射装置の先端部に設けてあって上記燃焼器内に露出される燃料噴射弁が、上記燃焼器内での燃料の燃焼により発生させるバーナ火炎に加えて、上記排気ガス流路より燃焼器内へ流入する高温の排気ガスの熱により加熱されると共に、上記排気ガス流路と燃焼器を介した熱伝導によっても加熱されるようになることから、該燃料噴射弁が高温に加熱され易いというのが実状である。

しかし、上記燃料噴射装置の燃料噴射弁が許容温度を超える温度まで加熱されると、該燃料噴射弁自体の動作が悪くなる虞が生じることから、上記燃料処理装置の燃料噴射弁として、許容温度が高く設定された高温仕様の燃料噴射弁を用いるようにするか、又は、上記燃料処理装置における燃料噴射弁の周りにウォータージャケットを設けて、燃料噴射弁を、上記ウォータージャケットに流通させる冷却水により冷却させるようにする必要がある。

ところで、高温仕様の燃料噴射弁は、特殊なものとなるため、許容温度がそれほど高くない通常仕様の燃料噴射弁に比してコストが嵩むというのが実状である。

一方、ウォータージャケットを設けて燃料噴射弁を冷却するようにすれば、高温仕様の燃料噴射弁ではなく、通常仕様の燃料噴射弁でも使用可能になると考えられるが、この場合は、上記ウォータージャケットに冷却水を循環させるための機構や、上記噴射弁の冷却に供した後の冷却水を循環利用するために外部へ放熱させる放熱手段を設ける必要があることから、装置構成が複雑になるというのが実状である。

そこで、本発明は、ウォータージャケットを設ける場合のように装置構成の複雑化を招くことなく燃料噴射装置の燃料噴射弁を冷却でき、且つ高温仕様の燃料噴射弁を用いる必要のないＤＰＦ再生用バーナを提供しようとするものである。

本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に対応して、エンジン本体の排気ガス流路におけるＤＰＦの設置個所よりも上流側位置に設けるＤＰＦ再生用バーナにおいて、上記排気ガス流路に取り付けた燃焼器に、該燃焼器に取り付ける燃料噴射装置の燃料噴射弁を囲むように流路を備えると共に、該流路の両端部の接続口を、燃料ポンプと、上記燃料噴射装置にそれぞれ接続してなる構成とする。

又、請求項２に対応して、エンジン本体の排気ガス流路におけるＤＰＦの設置個所よりも上流側位置に設けるＤＰＦ再生用バーナにおいて、上記排気ガス流路に取り付けた燃焼器に、燃料噴射弁取付穴と流路を備えたアダプターを取り付け、該アダプターの燃料噴射弁取付穴に燃料噴射装置の燃料噴射弁を取り付けると共に、該アダプターの流路の両端部の接続口を、燃料ポンプと、上記燃料噴射装置にそれぞれ接続してなる構成とする。

更に、上記構成において、アダプターを、燃料噴射弁取付穴を囲む位置に流路を設けてなる構成とする。

本発明のＤＰＦ再生用バーナによれば、以下のような優れた効果を発揮する。
（１）エンジン本体の排気ガス流路におけるＤＰＦの設置個所よりも上流側位置に設けるＤＰＦ再生用バーナにおいて、上記排気ガス流路に取り付けた燃焼器に、該燃焼器に取り付ける燃料噴射装置の燃料噴射弁を囲むように流路を備えると共に、該流路の両端部の接続口を、燃料ポンプと、上記燃料噴射装置にそれぞれ接続してなる構成としてあるので、燃料ポンプより燃料噴射装置へ供給する燃料が、燃料噴射弁を囲むように設けてある流路を流通するようになるため、燃焼器が、バーナ火炎に加えて、排気ガス流路より流入するエンジン本体の高温の排気ガスや、排気ガス流路からの熱伝導により高温に加熱されても、燃料噴射装置の燃料噴射弁を、上記流路を流通する燃料との熱交換により冷却できて、該燃料噴射弁が許容温度を超えて加熱される虞を未然に防止することができ、よって、燃料噴射弁自体の動作が悪くなる虞を防止することができる。したがって、高温仕様の燃料噴射弁を用いる必要をなくすことができる。
（２）しかも、燃料噴射弁の冷却に供した後の燃料は、燃料噴射装置へ供給して燃焼させるようにしてあるため、燃料を循環させる必要はない。よって、燃料ポンプより上記流路を経て燃料噴射装置へ至る一連の燃料供給経路を形成するのみでよく、燃料噴射弁の冷却に供した後の燃料を放熱させる必要もないため、燃料噴射弁にウォータージャケットを装備する場合に比して、装置構成を大幅に簡便なものとすることができる。
（３）更に、燃料噴射弁との熱交換に供した後の燃料を燃料噴射装置へ供給することで、燃料噴射弁より燃焼器内へ噴射する燃料の温度が上昇するため、該燃焼器内に噴射された燃料の着火を容易なものとさせることができる。
（４）エンジン本体の排気ガス流路におけるＤＰＦの設置個所よりも上流側位置に設けるＤＰＦ再生用バーナにおいて、上記排気ガス流路に取り付けた燃焼器に、燃料噴射弁取付穴と流路を備えたアダプターを取り付け、該アダプターの燃料噴射弁取付穴に燃料噴射装置の燃料噴射弁を取り付けると共に、該アダプターの流路の両端部の接続口を、燃料ポンプと、上記燃料噴射装置にそれぞれ接続してなる構成とすることにより、上記（１）（２）（３）の効果を有するＤＰＦ再生用バーナの構成を容易に実現することができる。
（５）アダプターを、燃料噴射弁取付穴を囲む位置に流路を設けてなる構成とすることにより、燃料噴射弁取付穴に取り付けた燃料噴射弁を、上記流路を流通させる燃料により効率よく冷却することができる。よって、燃料噴射弁の冷却効率をより高めることができるため、該燃料噴射弁が許容温度を超えて加熱される虞をより確実に防止することが可能になる。

本発明のＤＰＦ再生用バーナの実施の一形態を示す概要図である。図１のＡ−Ａ方向矢視拡大図である。図２のＢ−Ｂ方向矢視図である。図１のＤＰＦ再生用バーナを適用したディーゼルエンジンを示す概要図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。

図１乃至図４は本発明のＤＰＦ再生用バーナの実施の一形態を示すもので、図４に示す如き構成のディーゼルエンジンに適用する場合の例を示すもので、以下のようにしてある。

ここで、先ず、図４に示したディーゼルエンジンについて概説すると、該ディーゼルエンジンは、エンジン本体１の排気ポート２に接続してある排気ガス流路３の途中位置に、ＤＰＦ４を設けた構成とする。これにより、上記エンジン本体１の運転により生じる排気ガス５を、排気ポート２より排気ガス流路３を経てＤＰＦ４へ導くようにして、該ＤＰＦ４において上記排気ガス５中に含まれている図示しないＰＭの捕集を行って、該排気ガス５の浄化を行うことができるようにしてある。

６は排気バルブ、７は吸気ポート、８は吸気バルブ、９は上記吸気ポート７に接続してある吸気流路、１０は上記エンジン本体１に設けた燃料噴射装置である。

上記のようにＤＰＦ４を付設した構成としてあるディーゼルエンジンに適用する本発明のＤＰＦ再生用バーナ１１は、図４に示す如く、上記ディーゼルエンジンの排気ガス流路３におけるＤＰＦ４の設置個所よりも所要量上流側位置に設けるようにしてあり、具体的には、図１乃至図３に示す如き構成としてある。

すなわち、上記ディーゼルエンジンの排気ガス流路３における上記所定位置に、燃焼器１２を、該排気ガス流路３に連通させて取り付ける。

更に、所要厚みのブロック形状として、中央部に燃料噴射弁取付穴１４を貫通させて設け、且つブロック内部に上記燃料噴射弁取付穴１４の三方を囲む流路１５を設けてなるアダプター１３を形成して、該アダプター１３を、上記燃焼器１２の壁面の所要個所に設けた開口部１２ａに取り付ける。なお、この際、上記アダプター１３の流路１５の両端の接続口１５ａ，１５ｂは、共に上記燃焼器１２の外部側に開口するようにしてあるものとする。

上記アダプター１３の燃料噴射弁取付穴１４には、燃料噴射装置１６の燃料噴射弁１７を取り付ける。なお、この取り付けは、たとえば、上記燃料噴射弁取付穴１４の内面に雌ねじを刻設しておき、この燃料噴射弁取付穴１４に、外面に雄ねじを設けた燃料噴射弁１７をねじ込んで取り付けるようにすればよい。

更に、該アダプター１３の流路１５の一端側の接続口１５ａに、燃料ポンプ１８を燃料ライン１９を介して接続すると共に、該流路１５の他端側の接続口１５ｂに、上記燃料噴射装置１６を燃料供給ライン２０を介して接続した構成とする。これにより、上記燃料ポンプ１８より燃料ライン１９へ送給される燃料２１を、上記アダプター１３の流路１５に一端側の接続口１５ａから他端側の接続口１５ｂまで流通させた後、燃料供給ライン２０を経て上記燃料噴射装置１６へ供給できるようにしてある。よって、上記燃料ポンプ１８より上記燃料噴射装置１６へ連続的に燃料２１を供給するときには、該燃料２１が上記アダプター１３の流路１５を順次流通するようになることから、上記アダプター１３の燃料噴射弁取付穴１４に取り付けた燃料噴射装置１６の燃料噴射弁１７と、燃料噴射弁取付穴１４を囲むように設けてある上記流路１５を流通する上記燃料ポンプ１８より供給された常温の燃料２１とを、アダプター１３を介して間接的に熱交換させることで、上記燃料噴射弁１７を冷却することができるようにしてある。

２２は上記燃焼器１２における所要個所より上記燃料噴射装置１６の燃料噴射弁１７による燃料噴射位置付近に突出させて設けた点火装置である。又、図示してないが、上記燃焼器１２の所要個所には、空気供給装置を接続して、該空気供給装置より供給される燃料用空気を上記燃焼器１２内に供給できるようにしてあるものとする。

以上の構成としてある本発明のＤＰＦ再生用バーナ１１を使用する場合は、燃料ポンプ１８の運転により、燃料２１を、燃料ライン１９、アダプター１３の流路１５、燃料供給ライン２０を介して燃料噴射装置１６へ供給して、該燃料噴射装置１６の燃料噴射弁１７より燃焼器１２内へ噴射させると共に、該燃焼器１２内へ上記図示しない空気供給装置より燃焼用空気を供給した状態で、上記点火装置２２を用いて点火すると、上記燃料噴射装置１６の燃料噴射弁１７より燃焼器１２内へ噴射される燃料２１が、上記図示しない空気供給装置より供給される燃焼用空気により燃焼させられ、この燃焼により生じた高温の燃焼ガス２３が、燃焼器１２より排気ガス流路３へ放出される。

上記のようにして本発明のＤＰＦ再生用バーナ１１の燃焼器１２より上記排気ガス流路３へ放出された高温の燃焼ガス２３は、図４に示すように、該排気ガス流路３の下流側に設けてあるＤＰＦ４に導かれるようになるため、該ＤＰＦ４の昇温が行われて、堆積したＰＭの燃焼による除去が行われることで、該ＤＰＦ４の再生が行われるようになる。

この際、上記本発明のＤＰＦ再生用バーナ１１では、燃焼器１２が、該燃焼器１２内で燃料２１の燃焼により発生させるバーナ火炎に加えて、排気ガス流路３から該燃焼器１２内へ流入する上記エンジン本体１の高温の排気ガス５や、該高温の排気ガス５が流れる上記排気ガス流路３からの熱伝導によって加熱されるようになるが、該燃焼器１２にアダプター１３を介して取り付けてある上記燃料噴射装置１６の燃料噴射弁１７は、該アダプター１３内部に設けた流路１５を流通する燃料２１による冷却が行われることで、過剰な加熱が未然に防止されるようになる。

このように、本発明のＤＰＦ再生用バーナ１１によれば、燃焼器１２がバーナ火炎に加えて、排気ガス流路３より流入するエンジン本体１の高温の排気ガス５や、排気ガス流路３からの熱伝導により高温に加熱されても、燃料噴射装置１６の燃料噴射弁１７が許容温度を超えて加熱される虞を未然に防止することができる。よって、燃料噴射弁１７自体の動作が悪くなる虞を防止することができる。したがって、高温仕様の燃料噴射弁を用いる必要をなくすことができる。

しかも、上記燃料噴射弁１７の冷却に用いる燃料２１は、該燃料噴射弁１７との熱交換に供した後は燃料噴射装置１６へ供給して燃焼に用いるようにしてあるため、循環させる必要はない。よって、燃料ポンプ１８より燃料を流通させる経路としては、燃料ライン１９、アダプター１３の流路１５、燃料供給ライン２０を経て燃料噴射装置１６に至る一連の流路を形成するのみでよく、上記燃料噴射弁１７との熱交換に供した後の燃料２１を放熱させる必要もないため、ウォータージャケットを設ける場合に比して、装置構成を大幅に簡便なものとすることができる。

更には、上記燃料噴射弁１７との熱交換に供した後の燃料２１を燃料噴射装置１６へ供給することで、該燃料噴射装置１６の燃料噴射弁１７より燃焼器１２内へ噴射する燃料２１の温度が上昇することになるため、該燃焼器１２内に噴射された燃料２１の着火が容易になる。

なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、アダプター１３は、燃料噴射弁取付穴１４と、流路１５を備えて、該流路１５に流通させる燃料２１を、上記燃料噴射弁取付穴１４に取り付けた燃料噴射装置１６の燃料噴射弁１７と熱交換させて該燃料噴射弁１７を冷却できるようにしてあれば、アダプター１３の外形やサイズ、流路１５の経路や流路断面形状、流路断面積は適宜変更してもよい。

又、上記流路１５の両端部の接続口１５ａ，１５ｂは、燃焼器１２の外部側から燃料ポンプ１８と燃料噴射装置１６を、燃料ライン１９と燃料供給ライン２０を介してそれぞれ接続できるようにしてあれば、該アダプター１３における流路１５の両接続口１５ａ，１５ｂの位置は適宜変更してもよい。

燃焼器１２の形状は適宜変更してもよく、更に、燃焼器１２における燃料噴射装置１６の取付個所、燃料ポンプ１８の配置、燃料ライン１９や燃料供給ライン２０の配置経路は適宜変更してもよい。

燃焼器１２に対するアダプター１３の取り付けと、該アダプター１３の燃料噴射弁取付穴１４に対する燃料噴射装置１６の燃料噴射弁１７の取り付けは、気密性を保持できるようにしてあれば、いかなる取付手法を採用してもよい。

流路１５を、アダプター１３を介さずに、燃焼器１２に取り付けられる燃料噴射装置１６の燃料噴射弁１７を囲むように形成して設けるようにしてもよい。

本発明のＤＰＦ再生用バーナ１１は、排気ガス流路にＤＰＦを装着したディーゼルエンジンであれば、いかなる形式のものにも適用してよい。

その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。

１エンジン本体
３排気ガス流路
４ＤＰＦ
１１ＤＰＦ再生用バーナ
１２燃焼器
１３アダプター
１４燃料噴射弁取付穴
１５流路
１５ａ，１５ｂ接続口
１６燃料噴射装置
１７燃料噴射弁
１８燃料ポンプ
２１燃料

Claims

エンジン本体の排気ガス流路におけるＤＰＦの設置個所よりも上流側位置に設けるＤＰＦ再生用バーナにおいて、上記排気ガス流路に取り付けた燃焼器に、該燃焼器に取り付ける燃料噴射装置の燃料噴射弁を囲むように流路を備えると共に、該流路の両端部の接続口を、燃料ポンプと、上記燃料噴射装置にそれぞれ接続してなる構成を有することを特徴とするＤＰＦ再生用バーナ。
エンジン本体の排気ガス流路におけるＤＰＦの設置個所よりも上流側位置に設けるＤＰＦ再生用バーナにおいて、上記排気ガス流路に取り付けた燃焼器に、燃料噴射弁取付穴と流路を備えたアダプターを取り付け、該アダプターの燃料噴射弁取付穴に燃料噴射装置の燃料噴射弁を取り付けると共に、該アダプターの流路の両端部の接続口を、燃料ポンプと、上記燃料噴射装置にそれぞれ接続してなる構成を有することを特徴とするＤＰＦ再生用バーナ。
アダプターを、燃料噴射弁取付穴を囲む位置に流路を設けてなる構成とした請求項２記載のＤＰＦ再生用バーナ。