JP2016217260A - バーナ装置およびエンジンシステム - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼室の内壁への煤の堆積を抑制し、燃焼性能を向上させる。【解決手段】排気ガスを昇温するバーナ装置１００は、一次燃焼室１１６ａと、一次燃焼室に燃料を噴射する第１燃料噴射部１２６と、一次燃焼室と連通孔１２４を介して連通し、少なくとも一次燃焼室における燃料の燃焼中、一次燃焼室で生じた排気ガスが連通孔１２４より流入する二次燃焼室１１６ｂと、二次燃焼室に燃料を噴射して燃焼させる第２燃料噴射部１２８と、を備え、第２燃料噴射部は、二次燃焼室における燃料の燃焼中、二次燃焼室における当量比が１以上となる量の燃料を噴射し、第１燃料噴射部は、二次燃焼室における燃料の燃焼中、一次燃焼室における当量比が１未満となる量の燃料を噴射する。【選択図】図２

Description

本発明は、一次燃焼室および二次燃焼室における燃焼熱で排気ガスを昇温するバーナ装置、および、エンジンシステムに関する。

従来、エンジン等の装置の排気ガス中で燃料を燃焼させる場合がある。例えば、ディーゼルエンジンの場合、排気ガスに含まれる煤等の粒子状物質を除去するパティキュレートフィルタの再生処理が必要となる。

この再生処理では、酸化触媒で排気ガスを昇温するが、特許文献１では、酸化触媒を活性温度まで迅速に上昇させるため、補助的にバーナ装置で燃料を燃焼させて排気ガスを昇温する構成が記載されている。このバーナ装置には、一次燃焼室と二次燃焼室が設けられている。一次燃焼室は、二次燃焼室よりも流通するガス流量が少ないことから着火し易い。一方、二次燃焼室は、一次燃焼室よりも流通するガス流量が多いことからより多くの燃料を燃焼させることができる。そして、一次燃焼室で着火した後、一次燃焼室から二次燃焼室に流入する排気ガスの熱などを受けて、二次燃焼室に噴射された燃料が着火する構成となっている。

特開２０１４−４７６９９号公報

ところで、上記のようなバーナ装置においては、二次燃焼室における燃焼に伴い、二次燃焼室の内壁に煤が堆積する。二次燃焼室の内壁への煤の堆積を抑制すれば、燃焼性能を向上させることが可能となることから、このような技術の開発が希求されている。

本発明は、このような課題に鑑み、燃焼室の内壁への煤の堆積を抑制し、燃焼性能を向上させることが可能なバーナ装置、および、エンジンシステムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明の、排気ガスを昇温するバーナ装置は、一次燃焼室と、一次燃焼室に燃料を噴射する第１燃料噴射部と、一次燃焼室と連通孔を介して連通し、少なくとも一次燃焼室における燃料の燃焼中、一次燃焼室で生じた排気ガスが連通孔より流入する二次燃焼室と、二次燃焼室に燃料を噴射して燃焼させる第２燃料噴射部と、を備え、第２燃料噴射部は、二次燃焼室における燃料の燃焼中、二次燃焼室における当量比が１以上となる量の燃料を噴射し、第１燃料噴射部は、二次燃焼室における燃料の燃焼中、一次燃焼室における当量比が１未満となる量の燃料を噴射するか、もしくは燃料の噴射を停止することを特徴とする。

第１燃料噴射部は、二次燃焼室において着火する前に、一次燃焼室における当量比が１以上となる量の燃料を噴射してもよい。

一次燃焼室内に設けられ、第１燃料噴射部から噴射された燃料を受けて燃料を一時的に留め、留めた燃料を燃焼させる保炎部をさらに備え、第１燃料噴射部は、二次燃焼室における燃料の燃焼中、燃料の噴射と休止を交互に繰り返し、噴射期間よりも休止期間の方が長くてもよい。

上記課題を解決するために、本発明のエンジンシステムは、上記のバーナ装置を備えることを特徴とする。

本発明によれば、燃焼室の内壁への煤の堆積を抑制し、燃焼性能を向上させることが可能となる。

ディーゼルエンジンを備えるエンジンシステムの排気系を説明するための説明図である。 バーナ装置の構造を説明するための説明図である。 燃料燃焼方法の処理の流れを示すフローチャートである。 第１燃料噴射部による燃料噴射を説明するための説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、ディーゼルエンジン１を備えるエンジンシステムＳの排気系を説明するための説明図である。図１中、矢印は排気ガスの流れを示す。図１（ａ）に示すように、ディーゼルエンジン１はレシプロエンジンであり、ピストンによってシリンダ内の空気を圧縮して高温高圧化するとともに、燃料タンク２に蓄えられた、軽油、重油等の燃料を燃料ポンプ３や噴射ポンプ４で昇圧して、その高温高圧化された空気中に噴射することで爆発を起こさせ、その爆発によって生じるエネルギーを動力に変える。過給機５は、ディーゼルエンジン１の排気ガスのエネルギーでタービンを回転させ、吸気を圧縮して吸気圧を高めることでエンジン出力を向上させる装置である。

排気管６は、ディーゼルエンジン１の排気口から排出された排気ガスを外部に排出する配管である。そして、排気管６には、ディーゼルパティキュレートフィルタ７（ＤＰＦ：Diesel Particulate Filter）が設けられている。

ディーゼルパティキュレートフィルタ７は、図１（ｂ）の縦断面図に示すように、セラミックや金属をハニカム構造に形成した多孔質材７ａで形成され、ディーゼルエンジン１の排気ガスに含まれる、例えば１０ミクロン以上の大きさの粒子状物質ＰＭを捕集し、排気ガスから粒子状物質ＰＭを分離する。

粒子状物質ＰＭが分離された排気ガスは外部に放出される。このとき、ディーゼルパティキュレートフィルタ７に粒子状物質ＰＭが堆積し過ぎると、多孔質材７ａが目詰まりを起こすことがある。目詰まりは排気圧の上昇を招き、燃費の悪化や出力低下につながる。そこで、排気管６のうち、ディーゼルパティキュレートフィルタ７の上流側には、ディーゼル酸化触媒部８（ＤＯＣ：Diesel Oxidation Catalyst）が設けられている。

ディーゼル酸化触媒部８は、排気管６のうち、ディーゼルパティキュレートフィルタ７の上流に設けられ、例えばプラチナ、パラジウム等の触媒で構成される。そして、ディーゼルエンジン１の排気ガス中に含まれる酸素を利用し、未燃の燃料を触媒燃焼させることによって排気ガスを昇温する。

昇温された排気ガスは、下流のディーゼルパティキュレートフィルタ７に流れ、ディーゼルパティキュレートフィルタ７に堆積した粒子状物質ＰＭを燃焼（酸化）して二酸化炭素として排気させ、ディーゼルパティキュレートフィルタ７の目詰まりを解消する（フィルタ再生処理）。

このようなフィルタ再生処理は、ディーゼルパティキュレートフィルタ７の目詰まりが所定の閾値を超えたことを契機とし、その目詰まりがある程度解消されるまで、所望するタイミングで所望する期間実行されるバッチ処理である。しかし、ディーゼルエンジン１の始動時や低負荷時には排気ガスの温度が低く、ディーゼル酸化触媒部８が活性温度に達していないことがある。

この場合、ディーゼル酸化触媒部８のみでは排気ガスを昇温できず、その下流に位置するディーゼルパティキュレートフィルタ７において、所望するタイミングでフィルタ再生処理を行うことができない。そこで、エンジンシステムＳにおいては、排気管６のうち、ディーゼル酸化触媒部８の上流側に、温度センサ９およびバーナ装置１００を設けている。

温度センサ９は、排気管６のうち、ディーゼル酸化触媒部８の上流側近傍に設けられ、ディーゼル酸化触媒部８に流入する排気ガスの温度を検出し、バーナ装置１００に出力する。バーナ装置１００は、排気管６のうち、温度センサ９の上流側に接続され、排気管６内を流通する排気ガスを昇温する。

図２は、バーナ装置１００の構造を説明するための説明図であり、バーナ装置１００および配管６ａの概略断面図を示す。配管６ａは、円筒形状であって、図２中、左右方向に延在する。配管６ａの左右の両端にはフランジ面６ｂが設けられ、両フランジ面６ｂが不図示の配管と連結されることで、上記の排気管６を形成している。

配管６ａの内部には、円筒形状の内筒１０が設けられている。内筒１０は、図２中、左側の一端１０ａが、配管６ａの左側のフランジ面６ｂと面一に配置され、他端１０ｂが配管６ａの内部に位置する。すなわち、配管６ａと内筒１０は二重管を形成している。

また、配管６ａおよび内筒１０の内部には、排気流路６ｃが形成されており、排気流路６ｃ内を、図２中、白抜き矢印で示すように、左側から右側に向かって排気ガスが流通する。そして、内筒１０の内部には、不図示の整流板が配されている。整流板は、内筒１０の中心軸方向に平行に延在し、内筒１０の内部を流通する排気ガスの流れを整流する。

バーナ装置１００の外壁１０２は、例えば、矩形形状の中空部材であって、配管６ａから、図２中、上側に立設している。ここでは、外壁１０２と配管６ａが鋳造により一体形成されている。外壁１０２のうち、配管６ａと反対側の端部（図２中、上側の端部）は、上蓋１０４によって閉塞されている。上蓋１０４には、ヒートシンク１０６が取り付けられており、ヒートシンク１０６によって上蓋１０４からの放熱を促進している。

外壁１０２の内部には、外壁１０２内部を区画する第１仕切壁１０８が形成されている。第１仕切壁１０８は、例えば、矩形の板形状であって、外壁１０２のうち、図２中、左側の左壁１０２ａと離隔して大凡平行に対向配置される。

第１仕切壁１０８のうち、上蓋１０４側の端部には、左壁１０２ａ側に屈曲する屈曲部１０８ａが形成されている。また、第１仕切壁１０８のうち、配管６ａ側の端部は、配管６ａの内部まで突出する突出部１０８ｂとなっており、突出部１０８ｂに内筒１０の他端１０ｂが当接している。

この第１仕切壁１０８と左壁１０２ａとの対向空間が流入路１１０となっている。そして、突出部１０８ｂと内筒１０が当接しており、流入路１１０のうち、配管６ａ側が、内筒１０によって閉塞されている。

また、左壁１０２ａのうち、上蓋１０４側の端部には、流入孔１１２が設けられている。流入孔１１２は、左壁１０２ａを貫通する孔であって、流入孔１１２のうち、外壁１０２の外側には吸気管１１４が連結されている。この吸気管１１４に、不図示の送気装置（例えば、エアポンプ、ファン、コンプレッサ等）から送出された酸素を含むガス（本実施形態では空気）が導かれ、流入孔１１２から流入路１１０に流入する。

第１仕切壁１０８で区画された外壁１０２の内部空間のうち、流入路１１０と反対側（図２中、右側）は、燃焼室１１６となっている。燃焼室１１６は、第２仕切壁１１８で区画されている。第２仕切壁１１８は、例えば、矩形の板形状であって、燃焼室１１６内に配され、第１仕切壁１０８から、外壁１０２のうち、図２中、右側の右壁１０２ｂまで延在し、上蓋１０４と離隔して大凡平行に対向配置される。

そして、燃焼室１１６のうち、第２仕切壁１１８で区画された上蓋１０４側の空間が一次燃焼室１１６ａであって、排気流路６ｃ側の空間が二次燃焼室１１６ｂとなっている。すなわち、二次燃焼室１１６ｂは、一次燃焼室１１６ａと排気流路６ｃとの間に配される。

また、第１仕切壁１０８の屈曲部１０８ａには、流入路１１０と一次燃焼室１１６ａとを連通する一次吸気口１２０が設けられており、流入路１１０から一次燃焼室１１６ａへ空気を流入させる。

同様に、第１仕切壁１０８のうち、流入路１１０と二次燃焼室１１６ｂとを区画する部位には、流入路１１０と二次燃焼室１１６ｂとを連通する二次吸気口１２２が設けられており、流入路１１０から二次燃焼室１１６ｂへ空気を流入させる。

また、第２仕切壁１１８には、一次燃焼室１１６ａから二次燃焼室１１６ｂまで貫通する連通孔１２４が形成されており、一次燃焼室１１６ａと二次燃焼室１１６ｂが連通している。ここでは、連通孔１２４は、上蓋１０４側から見たとき、大凡矩形形状となっている。

第１燃料噴射部１２６および第２燃料噴射部１２８は、例えばノズルを有するインジェクタ等の燃料噴射装置で構成され、それぞれの本体部が外壁１０２の外側に位置する。第１燃料噴射部１２６は、ノズルの先端が右壁１０２ｂを貫通して一次燃焼室１１６ａ内に突出し、第２燃料噴射部１２８は、ノズルの先端が右壁１０２ｂを貫通して二次燃焼室１１６ｂ内に突出している。

また、一次燃焼室１１６ａのうち、第１燃料噴射部１２６のノズルの噴射方向前方には、保炎部１３０が設けられている。保炎部１３０は、例えば、金網、焼結金属、金属繊維、ガラス布、セラミック多孔体、セラミックファイバ、軽石等の多孔質体で形成され、第１燃料噴射部１２６から噴射された燃料を内部もしくは表面に一時的に留める。

上記のヒートシンク１０６には、グロープラグ１３２が取り付けられており、グロープラグ１３２の先端部が一次燃焼室１１６ａ内に突出している。グロープラグ１３２の先端部は、保炎部１３０に覆われている。

基台１３４は、上蓋１０４の一次燃焼室１１６ａ側の内面に取り付けられた中空部材であって、グロープラグ１３２の先端が貫通するとともに、保炎部１３０を上蓋１０４や外壁１０２から離隔して配置させるための台座となる。

制御部１３６は、温度センサ９からの出力に基づいて、グロープラグ１３２、第１燃料噴射部１２６、および、第２燃料噴射部１２８を制御する。例えば、制御部１３６は、温度センサ９の出力などから排気ガスの昇温が必要と判断すると、グロープラグ１３２の先端部に通電させて燃料の着火温度以上に加熱させるとともに、第１燃料噴射部１２６に燃料を噴射させる。

第１燃料噴射部１２６から噴射された燃料は、保炎部１３０に一時的に留まる。保炎部１３０は、燃料を留めることで、一次吸気口１２０から一次燃焼室１１６ａに流入した空気の酸素と反応させ、グロープラグ１３２の先端部からの熱によって加熱して着火および燃焼させる。こうして、一次燃焼室１１６ａで燃料の燃焼が開始すると、燃焼に伴う高温の排気ガスおよび未燃の燃料が、連通孔１２４を通って二次燃焼室１１６ｂに流入する。このように、少なくとも一次燃焼室１１６ａにおける燃料の燃焼中、一次燃焼室１１６ａで生じた排気ガスが連通孔１２４より二次燃焼室１１６ｂに流入する。

連通孔１２４を形成する第２仕切壁１１８のうち、二次燃焼室１１６ｂ側の面には、連通孔１２４に沿って孔壁１３８が形成される。孔壁１３８は、二次燃焼室１１６ｂ側に突出し、二次燃焼室１１６ｂ側への突出長さが、第１仕切壁１０８側から右壁１０２ｂ側に向かって長くなっている。

第２燃料噴射部１２８は、ノズルの噴射方向前方に孔壁１３８が位置する向きに配置されており、一次燃焼室１１６ａで着火後、制御部１３６の制御によって、第２燃料噴射部１２８から燃料が噴射されると、燃料が孔壁１３８に衝突して霧散する。

二次燃焼室１１６ｂでは、こうして二次燃焼室１１６ｂ内に散布された燃料と、一次燃焼室１１６ａから流入する高温の排気ガスおよび未燃の燃料と、二次吸気口１２２から流入する空気によって、燃料が着火して燃焼が開始する。

このように、燃焼室１１６を一次燃焼室１１６ａおよび二次燃焼室１１６ｂで構成し、一次燃焼室１１６ａでは二次燃焼室１１６ｂよりも空気の流量を抑えることで着火性を向上させ、二次燃焼室１１６ｂでは一次燃焼室１１６ａよりも空気の流量を多くすることで、多量の燃料の燃焼を可能としている。

一次燃焼室１１６ａおよび二次燃焼室１１６ｂの燃焼によって生じた高温の排気ガスは、二次燃焼室１１６ｂから排気流路６ｃ（配管６ａ）に流入する。こうして、排気流路６ｃ内を流れる排気ガスが昇温され、ディーゼル酸化触媒部８を活性温度に昇温し、ディーゼルパティキュレートフィルタ７においてフィルタ再生処理を行うことが可能となる。

ところで、フィルタ再生処理のためバーナ装置１００での燃焼を繰り返し遂行し続けると、二次燃焼室１１６ｂの内壁に煤が堆積してしまう。そこで、本実施形態では、制御部１３６が、第１燃料噴射部１２６および第２燃料噴射部１２８の燃料噴射を適切に制御することで、煤の堆積を抑制する。

表１は、一次燃焼室１１６ａおよび二次燃焼室１１６ｂにおける当量比と、二次燃焼室１１６ｂ内の煤の堆積の関係を示す表である。表１における当量比は、少なくとも二次燃焼室１１６ｂ内において燃料が燃焼しているときのものである。ここで、当量比は、燃料が過不足なく完全燃焼する理論空燃比を、実際の空燃比で除算した値であり、当量比が１を超えていると燃料がリッチ、当量比が１未満であると燃料がリーンとなる。

表１において、「当量比（一次）」は、一次燃焼室１１６ａにおける空気量および燃料噴射量による当量比を示し、「当量比（二次）」は、二次燃焼室１１６ｂにおける空気量および燃料噴射量による当量比を示す。ここで、二次燃焼室１１６ｂには、二次吸気口１２２から流入する空気や第２燃料噴射部１２８から噴射される燃料に加え、一次燃焼室１１６ａからの排気ガスや未燃の燃料も流入する。そのため、二次燃焼室１１６ｂにおける当量比は、これらを含めて計算された値となっている。

実験では、二次燃焼室１１６ｂの内壁に煤が堆積した状態で、「当量比（一次）」および「当量比（二次）」が表１に示す値となる条件で、一定時間燃焼を継続させた。その後、二次燃焼室１１６ｂの内壁上部、内壁下部、吸気口（二次吸気口１２２）付近の煤の堆積量の変化を計測した。

表１において、「堆積（内壁上部）」は、第２仕切壁１１８の二次燃焼室１１６ｂ側の面に堆積した煤の増減を示し、「堆積（内壁下部）」は、右壁１０２ｂの排気流路６ｃ側の部位や突出部１０８ｂにおける、二次燃焼室１１６ｂ側の面に堆積した煤の増減を示す。また、「堆積（吸気口近傍）」は、第１仕切壁１０８のうち、二次吸気口１２２近傍の二次燃焼室１１６ｂ側の面に堆積した煤の増減を示す。

表１に示すように、一次燃焼室１１６ａにおける当量比２．１、二次燃焼室１１６ｂにおける当量比１．１とした１つ目の比較例の場合、煤の堆積量は減少しなかった。さらに、２つ目の比較例として、一次燃焼室１１６ａにおける当量比を２．１としたまま、二次燃焼室１１６ｂにおける当量比を２．７となるまで燃料を増加させた場合であっても、煤の堆積量は減少しなかった。一方、一次燃焼室１１６ａにおける当量比０．４７、二次燃焼室１１６ｂにおける当量比２の場合、１つ目の比較例よりも二次燃焼室１１６ｂにおける当量比がリッチであるにもかからず、二次燃焼室１１６ｂの内壁上部の煤の堆積量が減少した。

このように、一次燃焼室１１６ａをリーン、二次燃焼室１１６ｂをリッチとしたとき、二次燃焼室１１６ｂの煤の堆積量を減少させることが可能となる。すでに堆積した煤を減少させることができる以上、煤の堆積が全くない状態では、新たに煤が堆積する堆積量を減少させることが可能となる。

このように煤の堆積量が減少するのは、以下の理由による。すなわち、一次燃焼室１１６ａがリーンとなることで、一次燃焼室１１６ａでの燃料の燃焼が抑制され、二次燃焼室１１６ｂ内では、連通孔１２４から流入する排気ガスの温度が低下するなど、一次燃焼室１１６ａからの伝熱が抑制される。その結果、二次燃焼室１１６ｂ内では、連通孔１２４付近での燃焼が抑制される代わりに、二次燃焼室１１６ｂ内に噴射された燃料が十分に拡散して空気と混合した後に燃焼するため、燃料が効率的に燃焼して煤の発生が抑制される。

また、表１の４行目に示すように、一次燃焼室１１６ａへの燃料噴射を０、二次燃焼室１１６ｂをリッチとしたとき、二次燃焼室１１６ｂの内壁上部および内壁下部の煤の堆積量が減少した。すなわち、一次燃焼室１１６ａへの燃料噴射を０とすれば、一層、煤の堆積が減少することがわかる。

このように、第１燃料噴射部１２６は、二次燃焼室１１６ｂにおける燃料の燃焼中、燃料の噴射を停止することで、二次燃焼室１１６ｂに堆積する煤をさらに抑制することが可能となる。

表１に示す当量比は、少なくとも二次燃焼室１１６ｂで燃料が燃焼しているときのものであって、燃料の着火前、着火させる燃焼室１１６では、燃料を多量に噴射してリッチとするとよい。そこで、制御部１３６は、下記のフローチャートに示すような制御を遂行する。

図３は、燃料燃焼方法の処理の流れを示すフローチャートである。制御部１３６は、温度センサ９の出力などから排気ガスの昇温が必要と判断すると、図３に示すように、第１燃料噴射部１２６に、一次燃焼室１１６ａへの燃料噴射を開始させる（Ｓ２００）。このとき、一次燃焼室１１６ａにおける当量比が１以上となるように燃料の噴射量が制御される。これと前後して、制御部１３６は、グロープラグ１３２の先端部に通電させて燃料の着火温度以上に加熱させる。

このように、第１燃料噴射部１２６は、二次燃焼室１１６ｂにおいて着火する前に、一次燃焼室１１６ａで着火して火炎が安定化するまで、一次燃焼室１１６ａにおける当量比が１以上となる量の燃料を噴射する。そのため、一次燃焼室１１６ａにおける着火が迅速かつ確実に遂行される。

そして、制御部１３６は、一次燃焼室１１６ａで着火したか否かを判定する（Ｓ２０２）。制御部１３６は、例えば、温度センサ９の出力によって排気ガスの昇温を確認すると、一次燃焼室１１６ａで着火したと判定する。

制御部１３６は、一次燃焼室１１６ａで着火するまで待機し（Ｓ２０２におけるＮＯ）、一次燃焼室１１６ａでの着火を確認すると（Ｓ２０２におけるＹＥＳ）、第２燃料噴射部１２８に二次燃焼室１１６ｂへの燃料噴射を開始させる（Ｓ２０４）。このとき、二次燃焼室１１６ｂにおける当量比が１以上となるように燃料の噴射量が制御される。

そして、制御部１３６は、二次燃焼室１１６ｂで着火したか否かを判定する（Ｓ２０６）。制御部１３６は、例えば、温度センサ９の出力によって排気ガスのさらなる昇温を確認すると、二次燃焼室１１６ｂで着火したと判定する。

制御部１３６は、二次燃焼室１１６ｂで着火するまで待機し（Ｓ２０６におけるＮＯ）、二次燃焼室１１６ｂでの着火を確認すると（Ｓ２０６におけるＹＥＳ）、第１燃料噴射部１２６の燃料の噴射量を低減させる（Ｓ２０８）。このとき、一次燃焼室１１６ａにおける当量比が１未満（例えば、当量比０．８以下）となるように燃料の噴射量が制御される。また、制御部１３６は、二次燃焼室１１６ｂにおける燃料の燃焼中、第１燃料噴射部１２６に燃料の噴射を停止させてもよい。この場合、上述したように二次燃焼室１１６ｂに堆積する煤をさらに抑制することが可能となる。特に、一次燃焼室１１６ａにおける当量比が０．８以下とすると、二次燃焼室１１６ｂにおける当量比を大きくしても、二次燃焼室１１６ｂへの煤の堆積が一層抑制される。

このように、第２燃料噴射部１２８は、二次燃焼室１１６ｂにおける燃料の燃焼中、二次燃焼室１１６ｂにおける当量比が１以上となる量の燃料を噴射し、第１燃料噴射部１２６は、二次燃焼室１１６ｂにおける燃料の燃焼中、一次燃焼室１１６ａにおける当量比が１未満となる量の燃料を噴射する。

その結果、上述したように、一次燃焼室１１６ａで生じる燃焼熱が小さくなり、二次燃焼室１１６ｂ内では、燃料が十分に拡散して空気と混合した後に燃焼するため、燃料が効率的に燃焼して煤の発生が抑制され、燃焼効率を向上することが可能となる。

ところで、第１燃料噴射部１２６は、二次燃焼室１１６ｂで燃料が着火した後、燃料噴射量を少量に抑える必要があるが、ノズルの構造などによっては、燃料噴射を継続しつつ噴射量を絞ることが困難な場合がある。そこで、第１燃料噴射部１２６では、下記の噴射態様を採用している。

図４は、第１燃料噴射部１２６による燃料噴射を説明するための説明図である。図４に示すように、第１燃料噴射部１２６は、二次燃焼室１１６ｂにおける燃料の燃焼中、燃料の噴射と休止を交互に繰り返すことで、噴射量の総量を少量に抑えている。このとき、図４に示すように、燃料を噴射する噴射期間Ａよりも、燃料噴射を休止する休止期間Ｂの方が長く設定されている。

その結果、噴射量の総量を少量に抑えつつ、噴射期間Ａに噴射する噴射量を増量することが可能となる。そのため、第１燃料噴射部１２６からの燃料噴射を安定化させ、噴射量の制御の精度を向上することが可能となる。

上述した実施形態では、第１燃料噴射部１２６は、二次燃焼室１１６ｂにおいて着火する前に、一次燃焼室１１６ａにおける当量比が１以上となる量の燃料を噴射する場合について説明した。しかし、二次燃焼室１１６ｂにおいて着火する前に、一次燃焼室１１６ａにおける当量比が１未満となる量の燃料しか噴射しなくともよい。

また、上述した実施形態では、保炎部１３０を設け、第１燃料噴射部１２６は、二次燃焼室１１６ｂにおける燃料の燃焼中、燃料の噴射と休止を交互に繰り返し、噴射期間Ａよりも休止期間Ｂを長くする場合について説明した。しかし、保炎部１３０は必須の構成ではなく、第１燃料噴射部１２６は、継続的に燃料を噴射してもよいし、噴射期間Ａの長さが休止期間Ｂの長さ以上であってもよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

なお、本明細書の燃料燃焼方法の各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はない。

本発明は、一次燃焼室および二次燃焼室における燃焼熱で排気ガスを昇温するバーナ装置、および、エンジンシステムに利用することができる。

Ｓ エンジンシステム
ＰＭ 粒子状物質
１ ディーゼルエンジン
１００ バーナ装置
１１６ａ 一次燃焼室
１１６ｂ 二次燃焼室
１２４ 連通孔
１２６ 第１燃料噴射部
１２８ 第２燃料噴射部
１３０ 保炎部

Claims (4)

1. 排気ガスを昇温するバーナ装置であって、
   一次燃焼室と、
   前記一次燃焼室に燃料を噴射する第１燃料噴射部と、
   前記一次燃焼室と連通孔を介して連通し、少なくとも該一次燃焼室における燃料の燃焼中、該一次燃焼室で生じた排気ガスが該連通孔より流入する二次燃焼室と、
   前記二次燃焼室に燃料を噴射して燃焼させる第２燃料噴射部と、
   を備え、
   前記第２燃料噴射部は、前記二次燃焼室における燃料の燃焼中、該二次燃焼室における当量比が１以上となる量の燃料を噴射し、
   前記第１燃料噴射部は、前記二次燃焼室における燃料の燃焼中、前記一次燃焼室における当量比が１未満となる量の燃料を噴射するか、もしくは燃料の噴射を停止することを特徴とするバーナ装置。
2. 前記第１燃料噴射部は、前記二次燃焼室において着火する前に、前記一次燃焼室における当量比が１以上となる量の燃料を噴射することを特徴とする請求項１に記載のバーナ装置。
3. 前記一次燃焼室内に設けられ、前記第１燃料噴射部から噴射された燃料を受けて該燃料を一時的に留め、留めた該燃料を燃焼させる保炎部をさらに備え、
   前記第１燃料噴射部は、前記二次燃焼室における燃料の燃焼中、燃料の噴射と休止を交互に繰り返し、噴射期間よりも休止期間の方が長いことを特徴とする請求項１または２に記載のバーナ装置。
4. 前記請求項１から３のいずれか１項に記載のバーナ装置を備えることを特徴とするエンジンシステム。

Images