JP2018112347A - バーナー - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼ガスの未燃燃料を低減させることができるバーナーを提供する。
【解決手段】バーナー２０は、内筒３０と、内筒３０の内部空間を予混合室７０と燃焼室７７とに区画するとともに連通路５６を有する区画部４５とを備える。区画部４５は、燃焼ガスの燃焼熱と予混合室７０に供給される燃料との間で熱交換を行う受熱管４７を有している。バーナー２０は、受熱管４７に液体の燃料を供給する第２供給部８２と、第２供給部８２による燃料の供給量を制御する制御装置１００とをさらに備える。制御装置１００は、受熱管４７から予混合室への燃料の供給状態が判定可能な液化判定量と気化判定量とが受熱管４７の温度である一次側温度ごとに規定された状態マップをメモリ１０２に格納している。制御装置１００は、燃料流量と一次側温度とを取得して、その取得した燃料流量と一側温度とを状態マップに適用することにより供給状態を特定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気を昇温させるバーナーであって、特に燃料と空気との混合気が燃焼室に供給される予混合式のバーナーに関する。

従来から、ディーゼルエンジンの排気通路には、排気に含まれる微粒子（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）を捕捉するディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ：Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）が配設されている。こうしたＤＰＦにおいては、微粒子の捕捉機能を保持するために、ＤＰＦの捕捉した微粒子を排気を用いて焼却する再生処理が行なわれる。

例えば、特許文献１の排気浄化装置では、ＤＰＦの前段にバーナーが配設されており、このバーナーの燃焼室にて燃料と空気との混合気を燃焼させた燃焼ガスが生成される。そして、排気通路内の排気に燃焼ガスを供給することによって、ＤＰＦに流入させる排気を昇温させている。

こうしたバーナーには、混合気の着火性や燃焼性を向上させて燃焼ガスに含まれる未燃燃料を低減させるべく、燃焼室に対して燃料と空気とを個別に供給することなく、燃料と空気との混合気を燃焼室に供給する予混合方式のバーナーも知られている。

特開２０１１−１８５４９３号公報

ところで、上述した予混合方式のバーナーで生成される燃焼ガスにも少なからず未燃燃料が含まれてしまう。こうした燃料は、エンジンの動力として使用されているものではないため、エンジンを搭載した車両の燃料消費量を抑えるうえでは、排気の昇温に使用される燃料が少ない方が好ましい。そのため、所定の熱量を得るうえで必要とされる燃料が少なくなるように燃焼時における未燃燃料を低減させることが望まれている。

本発明は、燃焼ガスの未燃燃料を低減させることができるバーナーを提供することを目的とする。

上記課題を解決するバーナーは、混合気を燃焼させた燃焼ガスが噴き出す噴出し口が形成された筒部と、前記筒部の内部空間を前記混合気が生成される予混合室と前記混合気が燃焼する燃焼室とに区画する区画部であって、前記燃焼ガスの燃焼熱と前記予混合室に供給される燃料との間で熱交換を行う熱交換部を有する前記区画部と、前記熱交換部に液体の燃料を供給する燃料供給部と、前記燃料供給部による燃料の供給量を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記熱交換部から前記予混合室に供給される燃料の供給状態が液体であると判定可能な供給量である液化判定量と前記供給状態が気体であると判定可能な供給量であって前記液化判定量よりも少ない気化判定量とが前記熱交換部の温度ごとに規定された状態マップを記憶する記憶部を備え、前記熱交換部の温度と前記燃料の供給量とを取得し、前記取得した温度と供給量とを前記状態マップに適用することにより、前記供給状態が液体であるか否かを判定する第１の判定と前記供給状態が気体であるか否かを判定する第２の判定とを行い、前記第１の判定の結果が液体であり、かつ、前記第２の判定の結果が気体でない場合に前記供給状態が液体であると特定し、前記第１の判定の結果が液体ではなく、かつ、前記第２の判定の結果が気体である場合に前記供給状態が気体であると特定する。

上記構成によれば、熱交換部から予混合室に供給される燃料の状態が特定可能である。そのため、特定された供給状態に応じて燃料供給部の駆動量を制御することが可能となる。その結果、供給状態に応じてバーナーを制御することが可能であるから、燃焼ガスの未燃燃料を低減することができる。また、第１の判定と第２の判定とを各別に行い、これらの判定の結果に基づいて供給状態が特定される。これにより、供給状態が切り替わる頻度を低減することができる。

上記バーナーにおいて、前記制御部は、前記第１の判定の結果が液体ではなく、かつ、前記第２の判定の結果が気体でない場合に前回の特定結果を保持することが好ましい。
上記構成によれば、燃料の供給量が液化判定量と気化判定量との間に生じている乖離の部分に該当する場合には前回の特定結果が保持される。これにより、例えば燃料の供給量が乖離の部分に該当する場合に供給状態が切り替わる場合に比べて供給状態が切り替わる頻度を低減することができる。また、特定結果に応じて制御マップを選択する構成においては、制御マップの切り替えの頻度をさらに低減することができる。

上記バーナーにおいて、前記燃料供給部は、前記熱交換部に燃料を供給する供給管と、前記供給管に配設されて前記熱交換部への燃料の供給量を調整する制御弁とを有し、前記制御部は、前記供給管において前記制御弁を通過した燃料の圧力である燃料圧力をさらに取得し、前記第１の判定について、前記取得した供給量が前記液化判定量よりも多く、かつ、前記燃料圧力が設定圧力以下の場合に前記供給状態が液体であると判定してもよい。

上記構成によれば、第１の判定の結果として液体が得られたときの信頼度が高まる。
上記バーナーにおいて、前記燃料供給部は、前記熱交換部に燃料を供給する供給管と、前記供給管に配設されて前記熱交換部への燃料の供給量を調整する制御弁とを有し、前記制御部は、前記供給管において前記制御弁を通過した燃料の圧力である燃料圧力をさらに取得し、前記第２の判定について、前記取得した供給量が前記気化判定量よりも少なく、かつ、前記燃料圧力が設定圧力よりも大きい場合に前記供給状態が気体であると判定してもよい。
上記構成によれば、第２の判定の結果として気体が得られたときの信頼度が高まる。

バーナーの一実施形態の概略構成を示す概略構成図。 熱交換部の一例の概略構成を示す斜視図。 状態マップの一例を測定点とともに模式的に示す図。 液化判定処理の一例を示すフローチャート。 気化判定処理の一例を示すフローチャート。 液化判定処理の結果および気化判定処理の結果に対する状態フラグの値の一例を示す図。 第１制御マップの一例と第２制御マップの一例を模式的に示すグラフ。

図１を参照してバーナーの一実施形態について説明する。
図１に示すように、ディーゼルエンジン１０（以下、単にエンジン１０という。）の排気通路１１には、排気中に含まれる微粒子を吸着するディーゼルパティキュレートフィルター１２（以下、ＤＰＦ１２という。）が搭載されている。

排気浄化装置を構成するＤＰＦ１２は、例えば多孔質の炭化ケイ素で形成されたハニカム構造を有し、ハニカム構造を構成する柱体の内壁面に排気中の微粒子を捕捉する。そして、このＤＰＦ１２の前段には、ＤＰＦ１２に流入する排気を昇温させることでＤＰＦ１２の再生処理を実行するバーナー２０が搭載されている。

バーナー２０の基板２１には、第１筒部の一例である円筒状を有した内筒３０が固定されている。内筒３０の基端である筒端は、基板２１によって閉塞されている。内筒３０の先端部には、環状の噴出し板３１が固定され、噴出し板３１の内側縁によって噴出し口３２が区画されている。

内筒３０の内側には、円筒状の筒部４０が位置している。この筒部４０は、筒部４０と一体的に形成された環状の連結壁部４１によって内筒３０の内周面に連結されている。これにより、連結壁部４１は、内筒３０の内周面と筒部４０の外周面との隙間を閉塞している。連結壁部４１は、筒部４０に近い部位ほど噴出し口３２側に位置する形状を有している。筒部４０は、連結壁部４１と連結する部分から噴出し口３２へ向けて延び、噴出し口３２に近い筒端が開口している。

内筒３０は、内筒３０の中で連結壁部４１と連結する部分から基板２１に向かって延出する延出部３３を有する。延出部３３には、第１空気導入口３４が周方向に沿って所定間隔ごとに形成されている。第１空気導入口３４は、延出部３３によって囲まれる空間である混合室７１内に燃焼用空気を導入する。延出部３３には、第１空気導入口３４の開口縁から延出部３３の周壁の一部を内側へ切り起こした切り起こし片３５が形成されている。切り起こし片３５により、混合室７１には、第１空気導入口３４を通過した燃焼用空気によって内筒３０の軸線方向周りの旋回流が生成される。混合室７１に導入された空気は、噴出し口３２側に位置した筒部４０内の空間によって構成された混合室７２に流入する。

内筒３０の内側には、内筒３０の内部空間を、混合気を生成する予混合室７０と予混合室７０にて生成された混合気が燃焼する燃焼室７７とに区画する区画部４５が配設されている。区画部４５は、支持筒４６、複数の受熱管４７、および、カバー４８で構成された第２筒部５０と、内筒３０に対して第２筒部５０を固定する環状のバーナーヘッド５５とで構成されている。なお、内筒３０には、後述する着火部６２よりも噴出し口３２側に、燃焼室７７に燃焼用空気を導入するための複数の第２空気導入口３６が形成されている。

図１および図２に示すように、第２筒部５０を構成する支持筒４６、受熱管４７、および、カバー４８は、バーナーとして機能し得るように耐熱性に優れ、さらに熱伝導性に優れたＳＵＳ３１０（ＪＩＳ規格）といった金属材料で形成されている。

支持筒４６は、内筒３０の軸線方向に沿って延びる円筒形状を有する筒状部４９と、筒状部４９が有する２つの筒端のうち噴出し口３２側に位置する筒端を閉塞する閉塞部５１とを有している。筒状部４９が有する２つの筒端のうち閉塞部５１の反対側に位置する筒端は開放されており、支持筒４６には、その開放端を通じて筒部４０が内挿されている。

閉塞部５１は、後述する第２供給部８２の第２供給管８６を通過した燃料を各受熱管４７に分配する分配部５２を有している。分配部５２は、閉塞部５１における他の部位よりも肉厚に形成されており、筒状部４９の外径よりも小さな外径を有して噴出し口３２に向かって突出する円柱形状の突出部分を有している。分配部５２には、第２供給管８６の端部が差し込まれるとともに第２供給管８６の内部通路と連通する空間である分配室５３と、分配室５３から筒状部４９の径方向に沿って放射状に延びる複数の分配通路５４（本実施形態では１３個）とが周方向において等間隔で形成されている。

受熱管４７は、燃焼ガスの燃焼熱と予混合室７０に供給される燃料との間で熱交換を行う熱交換部として機能する。受熱管４７は、燃料の流れ方向における上流側に位置する端部である上流側端部４７ａと燃料の流れ方向における下流側の端部である下流側端部４７ｂとを有しており、これら上流側端部４７ａと下流側端部４７ｂとが支持筒４６に支持されている。受熱管４７の上流側端部４７ａは、分配部５２の突出部分における分配通路５４の開口部に差し込まれた状態で分配部５２に連結されている。受熱管４７は、分配通路５４が延出するように上流側端部４７ａから筒状部４９の径方向に沿って延びたのち、支持筒４６の筒状部４９の外周面に対して螺旋状に巻き回されている。受熱管４７の下流側端部４７ｂは、閉塞部５１の反対側における筒状部４９の端部に形成された供給口４９ｂに差し込まれた状態で筒状部４９に連結されている。供給口４９ｂは、複数の受熱管４７に対して各別に対応するように形成されており、筒状部４９の周方向において等間隔に配置されている。各受熱管４７は、同じ方向に巻き回されて互いに重なることなく供給口４９ｂに到達している。

カバー４８は、受熱管４７が連結された状態の支持筒４６が差し込み可能な大きさを有して支持筒４６の軸線方向に沿って延びる円筒状の形状を有するカバー本体部５８と、カバー本体部５８における２つの筒端のうち噴出し口３２側に位置する筒端を閉塞するカバー閉塞部５９とを有している。このカバー４８によって受熱管４７が覆われていることにより、燃焼状態の変化にともなう受熱管４７の温度変化が緩やかとなり、例えば受熱管４７内を流れる燃料の突沸が抑えられる。

バーナーヘッド５５の内周縁は、支持筒４６の筒状部４９に対して全周にわたって連結され、バーナーヘッド５５の外周縁は、内筒３０の内周面に対して全周にわたって連結されている。また、バーナーヘッド５５には、内周縁寄りの位置にカバー本体部５８の開放端が連結されている。バーナーヘッド５５は、支持筒４６の筒状部４９とカバー４８のカバー本体部５８との隙間を閉塞しているとともに、カバー４８の外周面よりも外側に位置する部位に予混合室７０と燃焼室７７とを連通する複数の連通路５６を有している。

上述した区画部４５は、例えば、支持筒４６に対して各受熱管４７を連結したのち、バーナーヘッド５５の内周縁に対して支持筒４６の筒状部４９の開放端を連結する。そして、カバー４８のカバー本体部５８に支持筒４６を差し入れたのち、カバー本体部５８の開放端をバーナーヘッド５５に連結することにより作製される。区画部４５は、バーナーヘッド５５の外周縁を内筒３０の内周面に連結することにより内筒３０に組み付けられる。

バーナーヘッド５５に対する噴出し口３２側には、点火プラグ６１の着火部６２が位置している。点火プラグ６１は、円筒形状を有して内筒３０が内挿される外筒６０に固定されている。着火部６２は、外筒６０及び内筒３０に形成された貫通孔を通じて内筒３０内に位置している。

こうした構成のバーナー２０は、予混合室７０を構成する空間として、上記混合室７１，７２の他、筒部４０よりも噴出し口３２側において支持筒４６及び閉塞部５１に囲まれる空間であって混合室７２に連通する混合室７３を有する。また、バーナー２０は、予混合室７０を構成する空間として、筒部４０と支持筒４６との間の空間であって混合室７３に連通する混合室７４と、連結壁部４１とバーナーヘッド５５との間の空間であって混合室７４に連通する混合室７５を有する。また、バーナー２０は、燃焼室７７を構成する空間として、カバー４８と内筒３０との間の空間である第１燃焼室７８と、カバー４８よりも噴出し口３２側において内筒３０に囲まれる空間である第２燃焼室７９とを有する。

バーナー２０は、予混合室７０に燃料を供給する燃料供給部８０を有している。燃料供給部８０は、予混合室７０に対して気化燃料を供給する第１供給部８１と、予混合室７０に対して受熱管４７を通じて燃料を供給する第２供給部８２とを備える。

第１供給部８１は、例えば電気ヒーターによる加熱によって燃料を気化させる気化燃料生成部８３と、基板２１の中央部分に固定されて気化燃料生成部８３の生成した気化燃料を混合室７１に供給する第１供給管８４とで構成されている。第１供給部８１によって混合室７１に供給された気化燃料は、混合室７１で燃焼用空気と混合して混合気を生成する。この混合気は、混合室７２，７３，７４，７５の順に各混合室を流通したのち、バーナーヘッド５５の連通路５６を通じて燃焼室７７に流入する。そして、燃焼室７７に流入した混合気が着火部６２によって着火されることで、燃焼室７７には、燃焼中の混合気である火炎、燃焼後の混合気である燃焼ガス、これらを含む燃焼反応ガスが生成される。燃焼反応ガスは、噴出し口３２に向かって流れるとともに、カバー４８、受熱管４７、および、支持筒４６で構成される第２筒部５０を加熱する。なお、着火後における混合気の燃焼は、燃焼室７７に対して混合気が連続して供給されることにより維持される。

第２供給部８２は、燃料タンク８５内の液体の燃料を熱交換部である受熱管４７に供給する第２供給管８６を有している。第２供給管８６には、上流側から順に、エンジン１０を動力源とする機械式の燃料ポンプ８７、受熱管４７に供給される燃料量を制御する制御弁８８が配設されている。制御弁８８は、例えば、デューティ制御により第２供給管８６を開閉するノーマリークローズ型の電磁弁である。

燃料ポンプ８７が圧送した燃料は、第２供給管８６を通過すると分配室５３で分配通路５４の各々に分配されたのちに受熱管４７に流入する。各受熱管４７を流れる燃料は、燃焼室７７で燃焼している燃焼ガスの燃焼熱との間で熱交換を行うことで加熱される。受熱管４７から混合室７４に供給された燃料は、該混合室７４において燃焼用空気と混合して混合気を生成する。そして、その混合気は、混合室７５に流入したのち、バーナーヘッド５５の連通路５６を通じて燃焼室７７に流入する。

また、バーナー２０は、内筒３０が内挿される外筒６０を有している。外筒６０は、外筒６０の２つの筒端のうち基端側の筒端は、基板２１によって閉塞された状態で該基板２１に固定されている。外筒６０の先端側の筒端は、内筒３０と外筒６０との隙間が環状の閉塞板６３によって閉塞されている。

外筒６０には、噴出し口３２側の端部に空気供給管６４の下流端が接続されている。空気供給管６４の上流端は、エンジン１０の吸気通路１３であって排気通路１１に配設されるタービン１４とともに回転するコンプレッサー１５の下流に接続されている。空気供給管６４には空気弁６５が配設される。空気弁６５が開状態にあるとき、内筒３０と外筒６０との隙間の空気流通室６７には、空気供給管６４を通じて吸気通路１３を流れる吸気の一部が燃焼用空気として流入する。この燃焼用空気は、複数の第２空気導入口３６を通じて燃焼室７７に導入され、複数の第１空気導入口３４を通じて混合室７１に導入される。

バーナー２０は、バーナー２０の駆動に関する情報を検出する各種のセンサーを有している。流量センサー９１は、第２供給管８６における燃料ポンプ８７と制御弁８８との間に配設されており、第２供給管８６を流れている燃料の質量流量である燃料流量Ｇｆを検出する。圧力センサー９２は、第２供給管８６における制御弁８８の下流に配設されており、制御弁８８を通過した燃料の圧力である燃料圧力Ｐｆを検出する。温度センサー９３は、受熱管４７における燃料の受熱量に関する温度として、第２供給管８６の上流側端部４７ａの温度であって熱交換部における一次側（高温側）の温度である一次側温度Ｔ１を検出する。また、センサー群９４は、燃料流量Ｇｆ、燃料圧力Ｐｆ、および、一次側温度Ｔ１以外の情報を検出する複数のセンサーによって構成されている。各センサーは、検出した検出値を示す信号をバーナー２０の駆動を統括制御する制御装置１００に出力する。

制御装置１００は、プロセッサ１０１、メモリ１０２、入力インターフェース１０３、および、出力インターフェース１０４等がバス１０５を介して互いに接続されたマイクロコンピューターを中心に構成される。制御装置１００は、入力インターフェース１０３を介して各種センサーの検出値を取得する。そして、制御装置１００は、取得した各種センサーの検出値とメモリ１０２に格納しているプログラムや各種データとに基づいて各種の処理を実行し、出力インターフェース１０４を介して各種の制御対象を制御する。

制御装置１００は、例えば、ＤＰＦ１２における微粒子の堆積量を所定の制御周期で演算し、その演算した堆積量が再生処理の必要な閾値を超えるとバーナー２０を駆動してＤＰＦ１２の再生処理を開始する。制御装置１００は、微粒子が十分に焼却されたと判断可能な閾値よりも上記堆積量が低くなると再生処理を終了する。

再生処理において、制御装置１００は、ＤＰＦ１２の温度やＤＰＦ１２の目標温度、排気通路１１における排気温度や排気流量に基づき、予混合室７０に供給する燃料の目標値である目標燃料量Ｇｆｔを演算する。また制御装置１００は、目標燃料量Ｇｆｔに基づいて燃焼用空気の目標量である目標空気量Ｇａｔを演算する。制御装置１００は、目標燃料量Ｇｆｔの燃料が予混合室７０に供給されるように燃料供給部８０の駆動を制御し、目標空気量Ｇａｔの空気が空気流通室６７に供給されるように空気弁６５の開閉を制御する。

制御装置１００は、燃料供給部８０の駆動状態として、予混合室７０に対する燃料供給を第１供給部８１のみで行う第１駆動状態と第１供給部８１及び第２供給部８２の双方で行う第２駆動状態とを有する。燃料供給部８０は、再生処理が開始されると第１駆動状態で駆動され、その後、所定の条件が成立すると第２駆動状態で駆動される。

第１駆動状態において制御装置１００は、気化燃料生成部８３の駆動を制御して目標燃料量Ｇｆｔの分の気化燃料を混合室７１に供給する。そして、制御装置１００は、例えば、一次側温度Ｔ１の温度が閾値Ｔ２に到達すると第２駆動状態に移行する。

第２駆動状態において制御装置１００は、目標燃料量Ｇｆｔのうちの一定量（例えば着火する際の燃料量）を第１目標量Ｇｆ１として、目標燃料量Ｇｆｔの残りを第２目標量Ｇｆ２として演算する。制御装置１００は、第１目標量Ｇｆ１の分の燃料が混合室７１に供給されるように気化燃料生成部８３の駆動を制御する。また、制御装置１００は、第２目標量Ｇｆ２の分の燃料が混合室７４に供給されるように制御弁８８の開閉を制御する。

図３〜図７を参照して、制御装置１００による第２供給部８２の制御弁８８の制御についてさらに詳しく説明する。制御弁８８の制御において、制御装置１００は、メモリ１０２に格納されている状態マップを用いて、受熱管４７から混合室７４に供給される燃料の状態である供給状態が液体であるか気体であるかを特定する特定処理を実行する。そして、制御装置１００は、第２供給部８２の駆動量である制御弁８８の制御指示値Ｄが第２目標量Ｇｆ２ごとに規定された制御マップを上記特定処理の結果に応じて選択し、その選択した制御マップを用いて制御弁８８の制御指示値Ｄを演算する。

図３を参照して状態マップについて説明する。本発明者らは、燃焼室７７で燃焼している燃焼ガスの燃焼熱と受熱管４７を流れる燃料との間で熱交換を行うバーナーについて鋭意研究していたところ、同じ制御指示値Ｄで制御弁８８を制御したとしてもバーナー２０から排出される未燃燃料に差が生じることを見出した。すなわち、制御弁８８を同じ制御指示値Ｄで制御していたとしても燃料流量Ｇｆが異なる場合があることを見出した。そのため、本発明者らは、供給状態ごとに、燃料流量Ｇｆ、燃料圧力Ｐｆ、一次側温度Ｔ１、制御弁８８の制御指示値Ｄを調査する実験を行い、その実験の結果に基づいて状態マップを作成した。

図３に示すように、状態マップには、液化判定流量ＧｆＬと気化判定流量ＧｆＶとが規定されている。液化判定流量ＧｆＬは、一次側温度Ｔ１の各々において供給状態が液体であると判定可能な燃料流量Ｇｆの境界であって、供給状態が液体であるときに測定された一次側温度Ｔ１と燃料流量Ｇｆとを回帰分析することにより得られたものである。燃料流量Ｇｆが液化判定流量ＧｆＬよりも多い領域は、供給状態が液体であることを示す液体領域１１０である。なお、図３では、液化判定流量ＧｆＬと気化判定流量ＧｆＶとを測定点とともに示している。

気化判定流量ＧｆＶは、一次側温度Ｔ１の各々で供給状態が気体であると判定可能な燃料流量Ｇｆの境界であって、供給状態が気体であるときに測定された一次側温度Ｔ１と燃料流量Ｇｆとを回帰分析することにより得られたものである。燃料流量Ｇｆが気化判定流量ＧｆＶよりも少ない領域は、供給状態が気体であることを示す気体領域１１１である。

液化判定流量ＧｆＬは、各一次側温度Ｔ１において気化判定流量ＧｆＶよりも高い値である。液化判定流量ＧｆＬと気化判定流量ＧｆＶとの間の領域は、供給状態として液体と気体とが混じっている気液混相状態を示す気液混相領域１１２である。液化判定流量ＧｆＬと気化判定流量ＧｆＶとの乖離は、一次側温度Ｔ１が下限温度Ｔ３以下の範囲ではほぼ０で供給状態による供給量の差異がほとんど無く、一次側温度Ｔ１が下限温度Ｔ３よりも高い範囲においては一次側温度Ｔ１が高くなるほどが大きくなっている。

図４および図５を参照して、制御装置１００が特定部として機能する際に実行する特定処理について説明する。特定処理は、供給状態が液体であるか否かである第１の判定をする液化判定処理と供給状態が気体であるか否かである第２の判定をする気化判定処理とを各別に行う。そして、それら２つの処理の結果に基づいて、第２供給部８２による燃料の供給状態が液体であるか気体であるかを特定する処理である。

図４に示すように、液化判定処理において、制御装置１００は、燃料流量Ｇｆ、一次側温度Ｔ１、および、メモリ１０２に格納されている状態マップに基づいて、燃料流量Ｇｆが液化判定流量ＧｆＬよりも多いか否かを判断する（ステップＳ２１）。燃料流量Ｇｆが液化判定流量ＧｆＬよりも多い場合（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、制御装置１００は、燃料圧力Ｐｆが設定圧力Ｐｆｓ以下であるか否かを判断する（ステップＳ２２）。燃料圧力Ｐｆが設定圧力Ｐｆｓ以下である場合（ステップＳ２２：ＹＥＳ）、制御装置１００は、供給状態が液体であると判定して液化フラグＦＬの値を１に設定し（ステップＳ２３）、一連の処理を一旦終了する。

一方、燃料流量Ｇｆが液化判定流量ＧｆＬ以下である場合（ステップＳ２１：ＮＯ）、また、燃料圧力Ｐｆが設定圧力Ｐｆｓよりも大きい場合（ステップＳ２２：ＮＯ）、制御装置１００は、液化フラグＦＬの値が１である状態の期間ＴＬが第１設定期間ＴＬｓ（例えば１０秒）以上維持されているか否かを判断する（ステップＳ２４）。第１設定期間ＴＬｓは液化判定処理の判定結果が切り替わる頻度を低減するための期間であって、予め設定された固定期間であってもよいし、例えば液化フラグＦＬの値が１であるときの燃料流量Ｇｆの積算値が大きいほど短くなる可変期間であってもよい。期間ＴＬが第１設定期間ＴＬｓ以下である場合（ステップＳ２４：ＮＯ）、制御装置１００は、引き続き液化フラグＦＬの値に１を設定し（ステップＳ２３）、一連の処理を一旦終了する。一方、第１設定期間ＴＬｓよりも大きい場合（ステップＳ２４：ＹＥＳ）、制御装置１００は、液化フラグＦＬの値に０を設定し（ステップＳ２５）、一連の処理を一旦終了する。

図５に示すように、気化判定処理において、制御装置１００は、燃料流量Ｇｆ、一次側温度Ｔ１、および、メモリ１０２に格納されている状態マップに基づいて、燃料流量Ｇｆが気化判定流量ＧｆＶよりも少ないか否かを判断する（ステップＳ３１）。燃料流量Ｇｆが気化判定流量ＧｆＶよりも少ない場合（ステップＳ３１：ＹＥＳ）、制御装置１００は、燃料圧力Ｐｆが設定圧力Ｐｆｓよりも大きいか否かを判断する（ステップＳ３２）。燃料圧力Ｐｆが設定圧力Ｐｆｓよりも大きい場合（ステップＳ３２：ＹＥＳ）、制御装置１００は、供給状態が気体であると判定して気化フラグＦＶの値を１に設定し（ステップＳ３３）、一連の処理を一旦終了する。

一方、燃料流量Ｇｆが気化判定流量ＧｆＶ以上である場合（ステップＳ３１：ＮＯ）、および、燃料圧力Ｐｆが設定圧力Ｐｆｓ以下である場合（ステップＳ３２：ＮＯ）、制御装置１００は、気化フラグＦＶの値が１である状態の期間ＴＶが第２設定期間ＴＶｓ以上維持されているか否かを判断する（ステップＳ３４）。第２設定期間ＴＶｓは、第２設定期間ＴＶｓは液化判定処理の判定結果が切り替わる頻度を低減するための期間であって、予め設定された固定期間であってもよいし、例えば液化フラグＦＬの値が１であるときの燃料流量Ｇｆの積算値が大きいほど短くなる可変期間であってもよい。気化判定処理の判定結果が切り替わる頻度を低減するための期間であり、期間ＴＶが第２設定期間ＴＶｓ以上維持されていない場合（ステップＳ３４：ＮＯ）、制御装置１００は、引き続き気化フラグＦＶの値に１を設定し（ステップＳ３３）、一連の処理を一旦終了する。一方、第２設定期間ＴＶｓ以上維持されている場合（ステップＳ３４：ＹＥＳ）、制御装置１００は、気化フラグＦＶの値に０を設定し（ステップＳ３５）、一連の処理を一旦終了する。

図６に示すように、制御装置１００は、上述した液化判定処理の結果と気化判定処理の結果とに基づき供給状態が液体であるか気体であるかを特定する。
液化フラグＦＬの値が０であり、かつ、気化フラグＦＶの値が１である場合、制御装置１００は、供給状態が気体であると特定して状態フラグＦの値に０を設定する。液化フラグＦＬの値が１であり、かつ、気化フラグＦＶの値が０である場合、制御装置１００は、供給状態が液体であると特定して状態フラグＦの値に１を設定する。液化フラグＦＬの値が０であり、かつ、気化フラグＦＶの値も０である場合、制御装置１００は、供給状態が気液混相状態にあると特定して状態フラグＦの値を前回の特定結果を示す値に保持する。液化フラグＦＬの値が１であり、かつ、気化フラグＦＶの値も１である場合、制御装置１００は、状態フラグＦの値に０を設定する。ここで、液化フラグＦＬおよび気化フラグＦＶの双方の値が１である状態は、一次側温度Ｔ１が下限温度Ｔ３以下の範囲にあり、かつ、燃料流量Ｇｆが少量であるときにとる状態であることが判明している。そのため、状態フラグＦの値に０を設定しても、すなわち制御マップとして第１制御マップを選択しても何ら問題が生じることはない。

図７を参照して、制御装置１００が選択する制御マップについて説明する。制御装置１００は、上述した特定処理の結果である状態フラグＦの値に基づいて、メモリ１０２に格納されている第１制御マップあるいは第２制御マップを制御マップとして選択する。

図７に示すように、第１制御マップは、供給状態が液体である場合（Ｆ＝１）に選択される制御マップであり、第１目標量Ｇｆ１ごとに制御指示値Ｄとして第１指示値Ｄ１が規定されている。第１指示値Ｄ１は、状態マップの作成の際に行った実験の結果に基づき、供給状態が液体であった場合の燃料流量Ｇｆと制御指示値Ｄとを回帰分析することにより得られた値である。

第２制御マップは、供給状態が気体である場合（Ｆ＝０）に選択される制御マップであり、第２目標量Ｇｆ２ごとに制御指示値Ｄとして第２指示値Ｄ２が規定されている。第２指示値Ｄ２は、状態マップの作成の際に行った実験の結果に基づき、供給状態が気体であった場合の燃料流量Ｇｆと制御指示値Ｄとを回帰分析することにより得られた値である。第２指示値Ｄ２は、各目標量において、第１指示値Ｄ１よりも大きな値である。

制御装置１００は、こうして演算した制御指示値Ｄに基づく信号を出力インターフェース１０４を介して制御弁８８に出力することにより、制御弁８８の開閉、すなわち第２供給部８２の駆動を制御する。

上記実施形態のバーナー２０によれば、以下に列挙する作用効果が得られる。
（１）本発明者らは、受熱管４７から混合室７４に供給される燃料の状態である供給状態について下記（ａ）〜（ｄ）を見出した。

（ａ）同じ制御指示値Ｄで制御弁８８を制御したとしても、供給状態が気体である場合よりも供給状態が液体である場合において燃料流量Ｇｆが多くなること。
（ｂ）一次側温度Ｔ１と燃料流量Ｇｆとによって供給状態が特定可能であること。
（ｃ）一次側温度Ｔ１が高くなるほど液化判定流量ＧｆＬと気化判定流量ＧｆＶとの乖離が大きくなること。
（ｄ）供給状態が気体の場合は、供給状態が液体である場合よりも燃料圧力Ｐｆが高くなること。

こうした結果に基づき、制御装置１００には、一次側温度Ｔ１ごとに供給状態が液体であるか気体であるかを示す状態マップがメモリ１０２に格納されている。また、制御装置１００には、第２目標量Ｇｆ２ごとに制御弁８８の制御指示値Ｄが規定された制御マップとして、供給状態が液体である場合の制御マップである第１制御マップと供給状態が気体である場合の制御マップである第２制御マップとが格納されている。そして、制御装置１００は、上述した状態マップに基づいて供給状態を特定し、その特定結果に基づく制御マップを用いて制御弁８８を制御している。

こうした構成によれば、特定された供給状態に適した制御指示値Ｄで制御弁８８の開閉が制御される。その結果、第２供給部８２による燃料の供給量を高い精度のもとで制御することが可能となることから、燃焼ガスに含まれる未燃燃料を低減することができる。

これに関連して、制御装置１００は、液化判定処理の結果が液体であり（ＦＬ＝１）、かつ、気化判定処理の結果が気体でない場合（ＦＶ＝０）に供給状態が液体であると特定する。また、制御装置１００は、液化判定処理の結果が液体でなく（ＦＬ＝０）、かつ、気化判定処理の結果が気体である場合（ＦＶ＝１）に供給状態が気体であると特定する。このように液化判定処理と気化判定処理とを各別に行い、各々の処理の結果に基づき供給状態が特定されることにより、供給状態が切り替わる頻度、ひいては制御マップが切り替えられる頻度を低減することができる。

（２）液化判定処理の結果が液体でなく（ＦＬ＝０）、かつ、気化判定処理の結果が気体でない場合（ＦＶ＝０）、制御装置１００は前回の特定結果を保持する。これにより、例えば、供給状態が液体から気体に変化する過程においては、特定結果として供給状態が液体である状態が維持される。そのため、同過程において第２供給部８２は、特定結果が液体であったにもかかわらず実際の供給状態が気体であったとしても、第１制御マップにおいて各第１指示値Ｄ１に対応付けられている供給量よりも少ない燃料を供給する。その結果、燃焼用空気の不足が生じることがないことから、供給状態が液体から気体に変化する過程における燃焼ガスに含まれる未燃燃料をより確実に低減できる。

（３）燃料流量Ｇｆが液化判定流量ＧｆＬよりも多いこと（ステップＳ２１：ＹＥＳ）に加えて、燃料圧力Ｐｆが設定圧力Ｐｆｓ以下であること（ステップＳ２２：ＹＥＳ）を条件として、制御装置１００は、液化フラグＦＬの値を１に設定する。こうした構成によれば、液化判定処理の結果に対する信頼度が高まるとともに、液化フラグＦＬの値が変わる頻度を低減することができる。

（４）液化判定処理では、液化フラグＦＬの値の０に設定するための条件に、液化フラグＦＬの値が１である状態が第１設定期間ＴＬｓ以上継続していることが設定されている（ステップＳ２４）。これにより、液化判定処理の結果として液化フラグＦＬの値が０になる頻度が少なくなるから、状態フラグＦの値が変わる頻度をより低減できる。

（５）燃料流量Ｇｆが気化判定流量ＧｆＶよりも少ないこと（ステップＳ３１：ＹＥＳ）に加えて、燃料圧力Ｐｆが設定圧力Ｐｆｓよりも大きいこと（ステップＳ３２：ＹＥＳ）を条件として、制御装置１００は、気化フラグＦＶの値を１に設定する。こうした構成によれば、気化判定処理の結果に対する信頼度が高まるとともに、気化フラグＦＶの値が変わる頻度を低減することができる。

（６）気化判定処理では、気化フラグＦＶの値の０に設定するための条件として、気化フラグＦＶの値が１である状態が第２設定期間ＴＶｓ継続以上していることが設定されている（ステップＳ３４）。これにより、気化判定処理の結果として気化フラグＦＶの値が０になる頻度が少なくなるから、状態フラグＦの値が変わる頻度をより低減できる。

なお、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・液化判定処理において、第１設定期間ＴＬｓに関する判断（ステップＳ２４）および燃料圧力Ｐｆに関する判断（ステップＳ２２）の少なくとも一方が割愛されてもよい。また、気化判定処理において、第２設定期間ＴＶｓに関する判断（ステップＳ３４）および燃料圧力Ｐｆに関する判断（ステップＳ３２）の少なくとも一方が割愛されてもよい。

・制御装置１００は、液化判定処理の結果が液体でなく（ＦＬ＝０）、かつ、気化判定処理の結果が気体でない場合（ＦＶ＝０）、供給状態が液体であると特定してもよい。こうした構成によれば、特定結果が液体である期間の割合が高くなる。これにより、第２供給部８２は、実際の供給状態が気体であった場合には第１制御マップで各第１指示値Ｄ１に対応付けられている供給量よりも少ない燃料が供給されることとなる。その結果、燃焼用空気量が不足することがなく、燃焼ガスに含まれる未燃燃料を低減することができる。

・制御装置１００は、液化判定処理の結果が液体であり（ＦＬ＝１）、かつ、気化判定処理の結果が気体である場合（ＦＶ＝１）、状態フラグＦの値を前回の値に保持してもよい。

・区画部は、内筒３０の内部空間を予混合室７０と燃焼室７７とに区画する構成であればよい。そのため、区画部は、内筒３０の内部空間を内筒３０の軸線方向で並ぶ予混合室と燃焼室とに区画する円板状のバーナーヘッドであってもよい。また、区画部は、区画部４５においてカバー４８が割愛され、支持筒４６と受熱管４７とで構成されていてもよい。こうした構成によれば、カバー４８が割愛された分だけ、燃焼ガスの燃焼熱による受熱管４７の昇温を早期に行うことができる。

・熱交換部は、支持筒４６の外周面に巻き回されている受熱管４７に限らず、燃焼ガスの燃焼熱と予混合室７０に供給される燃料との間で熱交換が行われる構成であればよい。例えば、熱交換部は、第２筒部５０における支持筒４６および受熱管４７の代りとして燃料が流れる溝部が外周面に形成された筒状の部材をカバー４８で覆うことにより構成されてもよい。また例えば、熱交換部は、バーナーヘッドに接触する受熱管で構成されてもよいし、燃焼室内に配設された受熱管で構成されてもよい。また、熱交換部である受熱管４７が燃料を供給する混合室も混合室７４に限らず、他の混合室であってもよい。

・熱交換部における一次側の温度は、受熱管４７の上流側端部４７ａの温度に限らず、例えば、支持筒４６における供給口４９ｂ付近の温度であってもよい。
・制御装置１００は、供給状態の特定結果を制御マップの選択に用いた。これに限らず、制御装置１００は、例えば、第２目標量Ｇｆ２の上限値を設定する際に供給状態の特定結果を用いてもよい。

・制御装置１００は、第１の判定の結果と第２の判定の結果とに基づいて供給状態を特定した。これに限らず、制御装置１００は、上述した状態マップを用いた供給状態の特定方法として、燃料流量Ｇｆが液化判定流量ＧｆＬよりも多い場合に供給状態が液体、燃料流量Ｇｆが気化判定流量ＧｆＶよりも少ない場合に供給状態が気体であると特定することも可能である。これにより、上記（１）に準ずる効果を得ることができる。

こうした構成においては、燃料流量Ｇｆが液化判定流量ＧｆＬよりも多く、かつ、燃料圧力Ｐｆが設定圧力Ｐｆｓ以下である場合に供給状態が液体であると特定することも可能である。また、燃料流量Ｇｆが気化判定流量ＧｆＶよりも少なく、かつ、燃料圧力Ｐｆが設定圧力Ｐｆｓよりも大きい場合に供給状態が気体であると特定することも可能である。これにより、特定結果に対する信頼度を高めることができる。

１０…ディーゼルエンジン、２０…バーナー、２１…基板、３０…内筒、３１…噴出し板、３２…噴出し口、３３…延出部、３４…第１空気導入口、３５…切り起こし片、３６…第２空気導入口、４０…筒部、４１…連結壁部、４５…区画部、４６…支持筒、４７…受熱管、４７ａ…上流側端部、４７ｂ…下流側端部、４８…カバー、４９…筒状部、４９ｂ…供給口、５０…第２筒部、５１…閉塞部、５２…分配部、５３…分配室、５４…分配通路、５５…バーナーヘッド、５６…連通路、５８…カバー本体部、５９…カバー閉塞部、６０…外筒、６１…点火プラグ、６２…着火部、６３…閉塞板、６４…空気供給管、６５…空気弁、６７…空気流通室、７０…予混合室、７１，７２，７３，７４，７５…混合室、７７…燃焼室、７８…第１燃焼室、７９…第２燃焼室、８０…燃料供給部、８１…第１供給部、８２…第２供給部、８３…気化燃料生成部、８４…第１供給管、８５…燃料タンク、８６…第２供給管、８７…燃料ポンプ、８８…制御弁、９１…流量センサー、９２…圧力センサー、９３…温度センサー、９４…センサー群、１００…制御装置、１０１…プロセッサ、１０２…メモリ、１０３…入力インターフェース、１０４…出力インターフェース、１０５…バス、１１０…液体領域、１１１…気体領域、１１２…気液混相領域。

Claims (4)

1. 混合気を燃焼させた燃焼ガスが噴き出す噴出し口が形成された筒部と、
   前記筒部の内部空間を前記混合気が生成される予混合室と前記混合気が燃焼する燃焼室とに区画する区画部であって、前記燃焼ガスの燃焼熱と前記予混合室に供給される燃料との間で熱交換を行う熱交換部を有する前記区画部と、
   前記熱交換部に液体の燃料を供給する燃料供給部と、
   前記燃料供給部による燃料の供給量を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記熱交換部から前記予混合室に供給される燃料の供給状態が液体であると判定可能な供給量である液化判定量と前記供給状態が気体であると判定可能な供給量であって前記液化判定量よりも少ない気化判定量とが前記熱交換部の温度ごとに規定された状態マップを記憶する記憶部を備え、
   前記熱交換部の温度と前記燃料の供給量とを取得し、前記取得した温度と供給量とを前記状態マップに適用することにより、前記供給状態が液体であるか否かを判定する第１の判定と前記供給状態が気体であるか否かを判定する第２の判定とを行い、
   前記第１の判定の結果が液体であり、かつ、前記第２の判定の結果が気体でない場合に前記供給状態が液体であると特定し、
   前記第１の判定の結果が液体ではなく、かつ、前記第２の判定の結果が気体である場合に前記供給状態が気体であると特定する
   バーナー。
2. 前記制御部は、前記第１の判定の結果が液体ではなく、かつ、前記第２の判定の結果が気体でない場合に前回の特定結果を保持する
   請求項１に記載のバーナー。
3. 前記燃料供給部は、前記熱交換部に燃料を供給する供給管と、前記供給管に配設されて前記熱交換部への燃料の供給量を調整する制御弁とを有し、
   前記制御部は、前記供給管において前記制御弁を通過した燃料の圧力である燃料圧力をさらに取得し、前記第１の判定について、前記取得した供給量が前記液化判定量よりも多く、かつ、前記燃料圧力が設定圧力以下の場合に前記供給状態が液体であると判定する
   請求項１または２に記載のバーナー。
4. 前記燃料供給部は、前記熱交換部に燃料を供給する供給管と、前記供給管に配設されて前記熱交換部への燃料の供給量を調整する制御弁とを有し、
   前記制御部は、前記供給管において前記制御弁を通過した燃料の圧力である燃料圧力をさらに取得し、前記第２の判定について、前記取得した供給量が前記気化判定量よりも少なく、かつ、前記燃料圧力が設定圧力よりも大きい場合に前記供給状態が気体であると判定する
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のバーナー。