JP2011220155A - 後処理バーナシステムの燃料凍結防止方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】外気温度が低い条件下で走行してもバーナと燃料タンクとの間を繋ぐフィード配管とリターン配管とに凍結が生じないようにする。
【解決手段】排気管の途中に装備したパティキュレートフィルタ１２（排気浄化材）の上流にバーナ１４を設け、該バーナ１４に対しディーゼルエンジン１（エンジン）と共用の燃料タンク１６からフィード配管１７を介して燃料を供給し且つ余剰の燃料をリターン配管１８を介して前記燃料タンク１６に戻すようにした後処理バーナシステムの燃料凍結防止方法に関し、車両走行中に外気温度が所定温度以下となっている条件下でフィード配管１７及びリターン配管１８を介し定期的に燃料をバーナ１４と燃料タンク１６との間で循環する。
【選択図】図１
【解決手段】排気管の途中に装備したパティキュレートフィルタ１２（排気浄化材）の上流にバーナ１４を設け、該バーナ１４に対しディーゼルエンジン１（エンジン）と共用の燃料タンク１６からフィード配管１７を介して燃料を供給し且つ余剰の燃料をリターン配管１８を介して前記燃料タンク１６に戻すようにした後処理バーナシステムの燃料凍結防止方法に関し、車両走行中に外気温度が所定温度以下となっている条件下でフィード配管１７及びリターン配管１８を介し定期的に燃料をバーナ１４と燃料タンク１６との間で循環する。
【選択図】図１
Description
本発明は、後処理バーナシステムの燃料凍結防止方法及び装置に関するものである。
従来より、ディーゼルエンジンにおいては、排気ガスが流通する排気管の途中にパティキュレートフィルタを装備し、該パティキュレートフィルタを通して排気ガス中に含まれるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）を捕集するようにしているが、通常のディーゼルエンジンの運転状態においては、パティキュレートが自己燃焼するほどの高い排気温度が得られる機会が少ないため、ＰｔやＰｄ等を活性種とする酸化触媒をパティキュレートフィルタに一体的に担持させるようにしている。
即ち、このような酸化触媒を担持させたパティキュレートフィルタを採用すれば、捕集されたパティキュレートの酸化反応が促進されて着火温度が低下し、従来より低い排気温度でもパティキュレートを燃焼除去することが可能となる。
ただし、斯かるパティキュレートフィルタを採用した場合であっても、排気温度の低い運転領域では、パティキュレートの処理量よりも捕集量が上まわってしまうので、このような低い排気温度での運転状態が続くと、パティキュレートフィルタの再生が良好に進まずに該パティキュレートフィルタが過捕集状態に陥る虞れがある。
そこで、パティキュレートフィルタの前段にフロースルー型の酸化触媒を付帯装備させ、パティキュレートの堆積量が増加してきた段階で前記酸化触媒より上流の排気ガス中に燃料を添加してパティキュレートフィルタを強制再生することが考えられている。
つまり、酸化触媒より上流の排気ガス中に燃料を添加すれば、その添加燃料（ＨＣ）が前段の酸化触媒を通過する間に酸化反応するので、その反応熱で昇温した排気ガスの流入により直後のパティキュレートフィルタの触媒床温度が上げられてパティキュレートが燃やし尽くされ、パティキュレートフィルタの再生化が図られることになる。
ただし、渋滞路ばかりを走行する都市部の路線バス等のように排気温度の低い運転状態が長く続く運行形態の車輌にあっては、前段の酸化触媒が十分な触媒活性を発揮し得る触媒床温度まで昇温し難く、該酸化触媒における添加燃料の酸化反応が活発化してこないため、パティキュレートフィルタを短時間のうちに効率良く再生することができないという問題があった。
このため、近年においては、パティキュレートフィルタの入側にバーナを設け、車輌の運転状態に拘わらず前記バーナの燃焼により捕集済みパティキュレートを焼却し、パティキュレートフィルタを短時間のうちに効率良く再生させることが検討されている。
尚、この種の排気浄化触媒や排気ガスをバーナを用いて加熱する技術に関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献１や特許文献２がある。
しかしながら、パティキュレートフィルタの強制再生は、車両運行１日につき１〜２回程度行うことが考えられているが、パティキュレートフィルタの強制再生を行う時以外はバーナが停止して該バーナへの燃料が配管内で停滞することになるため、外気温度が低い条件下で走行すると、燃料タンクから燃料をバーナに送るフィード配管と、余剰の燃料を燃料タンクに戻すリターン配管とが走行風により冷やされて凍結（粘度の高いワックスが析出して流動性が著しく低下した後に全体が凍結）を起こし、これにより前記フィード配管及びリターン配管が目詰まりを起こして必要時にバーナを燃焼させられなくなる虞れがあった。
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、外気温度が低い条件下で走行してもバーナと燃料タンクとの間を繋ぐフィード配管とリターン配管とに凍結が生じないようにすることを目的とする。
本発明は、排気管の途中に装備した排気浄化材の上流にバーナを設け、該バーナに対しエンジンと共用の燃料タンクからフィード配管を介して燃料を供給し且つ余剰の燃料をリターン配管を介して前記燃料タンクに戻すようにした後処理バーナシステムの燃料凍結防止方法であって、車両走行中に外気温度が所定温度以下となっている条件下でフィード配管及びリターン配管を介し定期的に燃料をバーナと燃料タンクとの間で循環することを特徴とするものである。
而して、車両の走行中にあっては、燃料タンクからエンジンに送られた燃料の余剰分が前記燃料タンクに戻され、該燃料タンク内の燃料が前記エンジンから戻る燃料により温められた状態になっているので、車両走行中に外気温度が所定温度以下となっている条件下でフィード配管及びリターン配管を介し定期的に燃料をバーナと燃料タンクとの間で循環させると、バーナの停止時にフィード配管及びリターン配管で停滞する燃料の温度を定期的に昇温させることが可能となる。
更に、本発明の方法においては、外気温度が所定温度以下となっている条件下で定期的に燃料を循環する時のインターバルを外気温度に応じて変更することが好ましく、このようにすれば、外気温度が低いほど燃料の循環のインターバルが短くなるようにして燃料の循環の頻度を上げることが可能となる。
また、本発明は、排気管の途中に装備した排気浄化材の上流にバーナを設け、該バーナに対しエンジンと共用の燃料タンクからフィード配管を介して燃料を供給し且つ余剰の燃料をリターン配管を介して前記燃料タンクに戻すようにした後処理バーナシステムの燃料凍結防止装置であって、外気温度を検出する温度センサと、フィード配管の途中に装備されて燃料をバーナへ送り込むポンプと、前記温度センサからの検出信号を入力し且つ該検出信号に基づき外気温度が所定温度以下となっている条件下でフィード配管及びリターン配管を介し定期的に燃料をバーナと燃料タンクとの間で循環し得るよう前記ポンプを駆動せしめる制御装置とを備えたことを特徴とするものでもある。
更に、本発明の装置においては、外気温度が所定温度以下となっている条件下で定期的に燃料を循環させるためのポンプ駆動のインターバルを外気温度に応じて変更し得るよう制御装置を構成することが好ましい。
上記した本発明の後処理バーナシステムの燃料凍結防止方法及び装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
（Ｉ）本発明の請求項１及び３に記載の発明によれば、車両走行中に外気温度が所定温度以下となっている条件下で、車両の走行中にエンジンから戻される燃料の余剰分により温められた燃料タンク内の燃料を定期的にバーナと燃料タンクとの間で循環させるようにしているので、バーナの停止時にフィード配管及びリターン配管で停滞する燃料の温度を定期的に昇温させることができ、これらフィード配管及びリターン配管における燃料の凍結を未然に防止することができる。
（ＩＩ）本発明の請求項２及び３に記載の発明によれば、外気温度が低いほど燃料の循環のインターバルが短くなるようにして燃料の循環の頻度を上げることができるので、より確実にフィード配管及びリターン配管における燃料の凍結を防止することができると共に、過剰な燃料の循環を極力回避して該循環に要する消費電力を必要最小限に抑制することができる。
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１及び図２は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１は本形態例と直接関連するバーナへの燃料配管系統を示すものであるが、先に図２により後処理バーナシステムの基本構成について説明する。
図２中における符号１はターボチャージャ２を装備したディーゼルエンジンを示しており、エアクリーナ３から導かれた吸気４が吸気管５を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへと送られ、該コンプレッサ２ａで加圧された吸気４がインタークーラ６へと送られて冷却され、該インタークーラ６から更に吸気マニホールド７へと吸気４が導かれてディーゼルエンジン１の各気筒８（図１では直列６気筒の場合を例示している）に分配されるようになっており、また、前記ディーゼルエンジン１の各気筒８から排出された排気ガス９は、排気マニホールド１０を介しターボチャージャ２のタービン２ｂへと送られ、該タービン２ｂを駆動した後に排気管１１へと送り出されるようになっている。
そして、前記排気管１１の途中に、酸化触媒を一体的に担持したパティキュレートフィルタ１２（排気浄化材）がマフラ１３に抱持されて装備されていると共に、該パティキュレートフィルタ１２の前段には、適量の燃料を噴射して着火燃焼せしめるバーナ１４が装備されており、該バーナ１４は、ここには図示されていない適量の燃料を噴射する燃料噴射ノズルと、その噴射口から噴射された燃料に点火するための点火プラグとを備えて構成されている。
尚、前記バーナ１４に対しては、ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａの下流から分岐した燃焼用空気供給管１５が接続されており、該燃焼用空気供給管１５により前記コンプレッサ２ａで過給された吸気４の一部を抜き出して燃焼用空気として導き得るようにしてある。
斯かる図２の後処理バーナシステムにおいて、バーナ１４への燃料の供給は、図１に示す如き燃料配管系統を介して行われるようになっており、バーナ１４に対しディーゼルエンジン１と共用の燃料タンク１６からフィード配管１７を介して燃料を供給し且つ余剰の燃料をリターン配管１８を介して前記燃料タンク１６に戻すようになっている。
より詳細に述べると、前記フィード配管１７には、燃料をバーナ１４へ送り込むポンプ１９が装備されており、該ポンプ１９の駆動により燃料タンク１６の燃料が燃料フィルタ２０で濾過されてからバーナ１４直前のエアアトマイザ２１に送られ、ここでエアタンク（図示せず）からの加圧エア（霧化用エア）と混合された上で燃料噴射ノズルから霧状に噴射されるようにしてあり、燃料噴射量の制御により燃焼に使用されずに余剰となった燃料は、前記エアアトマイザ２１からリターン配管１８を介し燃料タンク１６に戻されるようになっている。
また、キャブ２２（図１の図示ではトラック等のキャブを想定）内における適宜位置には、外気温度を検出する温度センサ２３が設けられ、該温度センサ２３からの検出信号２３ａが制御装置２４に入力されるようになっており、該制御装置２４においては、前記温度センサ２３からの検出信号２３ａに基づき外気温度が所定温度以下となっている条件下でフィード配管１７及びリターン配管１８を介し定期的に燃料をバーナ１４と燃料タンク１６との間で循環する制御が前記ポンプ１９に向けた制御信号１９ａの出力により実行されるようになっている。
ここで、外気温度が所定温度以下となっている条件下で定期的に燃料を循環させるためのポンプ１９の駆動のインターバルは、図３にグラフで示す通り、外気温度が低いほど燃料の循環のインターバルが短くなるように外気温度に応じて制御装置２４内で随時変更されるようになっている。
尚、図１中において符号の２５はキャブ２２の車幅方向両側に装備された車輪、２６はトランスミッションを夫々示している。
而して、従来より周知である通り、車両の走行中にあっては、燃料タンク１６からディーゼルエンジン１に送られた燃料の余剰分が前記燃料タンク１６に戻され、該燃料タンク１６内の燃料が前記ディーゼルエンジン１から戻る燃料により温められた状態になっているので、車両走行中に外気温度が所定温度以下となっていることが温度センサ２３からの検出信号２３ａに基づき制御装置２４で認識され、該制御装置２４からの制御信号１９ａによりポンプ１９が定期的に駆動されてフィード配管１７及びリターン配管１８を介しバーナ１４と燃料タンク１６との間で燃料が循環されると、バーナ１４の停止時にフィード配管１７及びリターン配管１８で停滞する燃料の温度が定期的に昇温されることになる。
従って、上記形態例によれば、車両走行中に外気温度が所定温度以下となっている条件下で、車両の走行中にディーゼルエンジン１から戻される燃料の余剰分により温められた燃料タンク１６内の燃料を定期的にバーナ１４と燃料タンク１６との間で循環させるようにしているので、バーナ１４の停止時にフィード配管１７及びリターン配管１８で停滞する燃料の温度を定期的に昇温させることができ、これらフィード配管１７及びリターン配管１８における燃料の凍結を未然に防止することができる。
図４はポンプ１９の駆動と燃料温度との関係を示すグラフで、燃料タンク１６に対するリターン配管１８の接続部近傍で検温した結果を示したものであるが、ここに示してある通り、ポンプ１９を駆動してバーナ１４と燃料タンク１６との間で燃料の循環を開始すると直ぐに燃料温度が上昇し、ポンプ１９の駆動を停止してからも次のポンプ１９の駆動までのインターバルのうちは燃料温度を凍結の心配がない温度域に保つことが可能である。
ここで、図４のグラフに示されている通り、ポンプ１９の駆動を停止した後は燃料温度が徐々に低下してくるが、その低下の度合は外気温度に応じて変わってくるため、本形態例のように、ポンプ１９の駆動のインターバルを外気温度に応じて変更し、外気温度が低いほど燃料の循環のインターバルが短くなるようにして燃料の循環の頻度を上げるようにすれば、より確実にフィード配管１７及びリターン配管１８における燃料の凍結を防止することができ、しかも、過剰な燃料の循環を極力回避して該循環に要する消費電力を必要最小限に抑制することもできる。
尚、本発明の後処理バーナシステムの燃料凍結防止方法及び装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、上述の形態例に関する説明では、排気浄化材がパティキュレートフィルタの場合について説明しているが、本発明の後処理バーナシステムは、酸素共存下でも選択的にＮＯxを還元剤と反応させる性質を備えた選択還元型触媒や、排気空燃比がリーンの時に排気ガス中のＮＯxを酸化して硝酸塩の状態で一時的に吸蔵し且つ排気ガス中のＯ2濃度が低下した時に未燃ＨＣやＣＯ等の介在によりＮＯxを分解放出して還元浄化する性質を備えたＮＯx吸蔵還元触媒等といった各種の排気浄化触媒を排気浄化材とする場合にも同様に適用できる、即ち、これらの排気浄化触媒を冷間時に活性温度域まで昇温させるためにバーナを使用する形態の後処理バーナシステムにも同様に適用できることは勿論である。
１ ディーゼルエンジン（エンジン）
１１ 排気管
１２ パティキュレートフィルタ（排気浄化材）
１４ バーナ
１６ 燃料タンク
１７ フィード配管
１８ リターン配管
１９ ポンプ
１９ａ 制御信号
２３ 温度センサ
２３ａ 検出信号
２４ 制御装置
１１ 排気管
１２ パティキュレートフィルタ（排気浄化材）
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２３ 温度センサ
２３ａ 検出信号
２４ 制御装置
Claims (4)
- 排気管の途中に装備した排気浄化材の上流にバーナを設け、該バーナに対しエンジンと共用の燃料タンクからフィード配管を介して燃料を供給し且つ余剰の燃料をリターン配管を介して前記燃料タンクに戻すようにした後処理バーナシステムの燃料凍結防止方法であって、車両走行中に外気温度が所定温度以下となっている条件下でフィード配管及びリターン配管を介し定期的に燃料をバーナと燃料タンクとの間で循環することを特徴とする後処理バーナシステムの燃料凍結防止方法。
- 外気温度が所定温度以下となっている条件下で定期的に燃料を循環する時のインターバルを外気温度に応じて変更することを特徴とする請求項１に記載の後処理バーナシステムの燃料凍結防止方法。
- 排気管の途中に装備した排気浄化材の上流にバーナを設け、該バーナに対しエンジンと共用の燃料タンクからフィード配管を介して燃料を供給し且つ余剰の燃料をリターン配管を介して前記燃料タンクに戻すようにした後処理バーナシステムの燃料凍結防止装置であって、外気温度を検出する温度センサと、フィード配管の途中に装備されて燃料をバーナへ送り込むポンプと、前記温度センサからの検出信号を入力し且つ該検出信号に基づき外気温度が所定温度以下となっている条件下でフィード配管及びリターン配管を介し定期的に燃料をバーナと燃料タンクとの間で循環し得るよう前記ポンプを駆動せしめる制御装置とを備えたことを特徴とする後処理バーナシステムの燃料凍結防止装置。
- 外気温度が所定温度以下となっている条件下で定期的に燃料を循環させるためのポンプ駆動のインターバルを外気温度に応じて変更し得るよう制御装置を構成したことを特徴とする請求項３に記載の後処理バーナシステムの燃料凍結防止装置。
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