JP2545072Y2 - 触媒加熱用バーナ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は内燃機関の排気ガス浄化
触媒を加熱するセラミックヒータを用いた触媒加熱用バ
ーナに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来よりガソリンエンジンの排気対策と
して、燃焼過程で発生する炭化水素（以降、ＨＣと記
す）、一酸化炭素（以降、ＣＯと記す）、窒素酸化物
（以降、ＮＯ_X と記す）等の有害成分を排気通路の途中
に介装した触媒を用いて浄化するようにしたもの等が知
られている。近年、ガソリンエンジンの排気ガス浄化触
媒には、コージェライト等のセラミックから成るハニカ
ム体を基材とし、該基材の表面にアルミナ薄膜をコーテ
ィングし、該コーティング層を形成するアルミナ粒子に
触媒金属として白金族元素を坦持させ、酸化・還元反応
を同時に行わせ、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯ_X を一度にＮ₂ 、Ｃ
Ｏ₂ 、Ｈ₂ Ｏに転換するた三元触媒が広く採用されてい
る。

【０００３】しかしながら、前記のように排気通路の途
中に触媒を介装した内燃機関にあっては、エンジンの始
動初期には触媒が活性化温度である３５０℃に到達して
いないため、触媒作用が働き難い期間があり、この時、
前記有害成分の内、６０％近くを占める非常に多量のＨ
Ｃが大気中に排出されるという問題点があった。

【０００４】そこで、この問題点を解決するために、排
気通路の途中に触媒を介装した内燃機関においては、触
媒の上流側に触媒専用の加熱源として、通電発熱させる
金属抵抗体、セラミック抵抗体又はハニカム抵抗体や、
燃料を燃焼させるバーナ等を設け、触媒上流側の排気ガ
スの温度を上昇させることが提案されている（実開昭６
３−１２８２２０号公報参照）。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】しかしながら、前記触
媒専用の加熱源として、各種抵抗体を用いた通電発熱に
あっては、急速に触媒を所定温度にまで昇温させること
が困難であり、十秒台から数十秒台で所定温度に昇温さ
せようとすると消費電力が１〜３ＫＷと極めて大とな
り、現状ではバッテリーが複数個必要となる等、実用性
やコスト面での課題を残している。

【０００６】また、燃料を燃焼させる前記バーナは、排
気通路に燃料注入管と着火装置を設けて排気通路そのも
のを燃焼器とし、排気通路を流れる排気ガスを利用して
燃料を燃焼させて触媒を加熱せんとするものである。

【０００７】そのために空気と燃料の混合比、即ち最適
な空燃比の調整ができないことからバーナの燃焼ガスか
ら多量のＨＣが排出され、ガソリンエンジン本体から排
出されるＨＣを軽減するための触媒温度上昇手段自体が
逆に多量のＨＣを排出し、ＨＣの総量を軽減する効果が
低いという課題を有している。

【０００８】

【考案の目的】本考案は上記欠点に鑑み案出されたもの
で、その目的は小さな消費電力で急速に触媒活性化温度
にまで加熱することができ、空燃比の調整及び加熱用燃
料の気化効率の向上を可能とし、触媒温度上昇手段自体
のＨＣ排出量が少ない、かつ耐久性に優れた触媒加熱用
バーナを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本考案の触媒加熱用バー
ナは、排気通路中に排気ガス浄化触媒を介装した内燃機
関において、排気ガス浄化触媒近傍の上流側に設置した
触媒温度上昇手段が、燃焼空気導入口を備えた外装管の
一端に、先端部の内径を一部絞ったノズルを有し、側面
に燃料注入管を備えた円筒部材を、一次燃焼用の空気孔
を穿設した燃焼空気分岐管部材を介して内嵌し、前記外
装管、燃焼空気分岐管部材及び円筒部材の相互の間に同
軸状にそれぞれ燃焼空気供給路を形成した構造とし、前
記円筒部材内に燃料気化用セラミックヒータを装着して
円筒部材と燃料気化用セラミックヒータの発熱部との間
隙を燃料供給路とすると共に、前記円筒部材の先端部近
くに着火源を配置せしめるべく、管状部材を前記外装管
と燃焼空気分岐管部材とを通して気密に貫設し、前記管
状部材内に着火用セラミックヒータを装着して着火源と
し、前記燃焼空気分岐管部材の先端に一次燃焼用の空気
孔を穿設した燃焼筒を接続して一次燃焼室を形成すると
ともに、前記外装管の先端に二次燃焼用の空気孔を穿設
した燃焼筒を接続して二次燃焼室を形成して成る二段燃
焼構造を有するバーナであることを特徴とするものであ
る。

【００１０】

【実施例】以下、本考案を図面に基づき詳細に説明す
る。図１は本考案に係る一実施例の触媒加熱用バーナの
要部断面図であり、図２は本考案の触媒加熱用バーナを
ガソリンエンジン車の排気通路の排気ガス浄化触媒近傍
の上流側に設置した構成図である。

【００１１】図１において、１は触媒加熱用バーナを示
し、３はその外周に燃焼空気導入口２を備えた外装管で
あり、外装管３の内側には同軸状に燃焼空気供給路９を
形成するように、一次燃焼用の空気孔７を穿設した燃焼
空気分岐管部材８が配設され導入空気はここで一次燃焼
用及び二次燃焼用に分岐される。更に、燃焼空気分岐管
部材８の内側には前記同様に燃焼空気供給路１０を形成
するように、先端部の内径を一部絞ったノズル４を有
し、その側面には触媒加熱用バーナ１で燃焼させる燃料
であるガソリンを送り込む燃料注入管５を備えた円筒部
材６のノズル４側を含む部分が内嵌されている。

【００１２】前記円筒部材６内には、燃料注入管５の先
端が燃料気化用セラミックヒータ１１の発熱部１２の所
定温度部分に配設されるように、燃料気化用セラミック
ヒータ１１を装着する。また、円筒部材６の内壁と燃料
気化用セラミックヒータ１１の発熱部１２との外周面と
で形成される間隙は燃料供給路１３となる。

【００１３】一方、供給路１３を通る間に大半が気化し
たガソリンが着火・燃焼し易いように、外装管３と燃焼
空気分岐管部材８を貫通して気密に配設した管状部材１
４内に着火用セラミックヒータ１５を装着し、着火用セ
ラミックヒータ１５の発熱部１６が円筒部材６のノズル
４部のすぐ側に配設されるようにする。

【００１４】更に、燃焼空気分岐管部材８の先端には一
次燃焼用の空気孔１７を穿設した燃焼筒１８を接続して
一次燃焼室１９を、また、外装管３の先端には二次燃焼
用の空気孔２０を穿設した燃焼筒２１を接続して二次燃
焼室２２を形成した二段燃焼構造が構成されている。

【００１５】燃料気化用セラミックヒータ１１及び着火
用セラミックヒータ１５は窒化珪素室焼結体中にタング
ステン線を埋設した棒状発熱体とそれを取り囲む円筒体
及び発熱用電力を供給する電気ターミナルとから成る。
燃料気化用セラミックヒータ１１は気化効率を向上させ
るために、３〜５秒で気化ガスが発生し、３５０℃以上
の温度に発熱する範囲が広くなるように設計したものが
好適である。また、着火用セラミックヒータ１５は少な
くとも吐出した気化状態のガソリンが吹きつけられる発
熱部が２〜４秒で１１００℃となるように設計したもの
が好適である。

【００１６】本考案の触媒加熱用バーナ１の完全燃焼に
至る過程を説明するに、先ず燃焼空気導入口２から毎分
約２５０〜６００ｌの空気流を供給し、一次燃焼室１９
と二次燃焼室２２内に燃焼空気分岐管部材８を境として
供給する。

【００１７】一方、給気開始とほぼ同時に燃料気化用セ
ラミックヒータ１１と着火用セラミックヒータ１５に通
電して、それぞれ約７００〜１０００℃と１１００℃に
昇温する。この状態で燃料注入管５から毎分６〜１８ｃ
ｃのガソリンを燃料供給路１３に供給し、ノズル４より
大半が気化状態のガソリンを一次燃焼室１８内に供給す
る。

【００１８】一次燃焼室１８内では着火用セラミックヒ
ータ１５により３秒前後で着火し、数秒後には安定した
燃焼状態となる。燃焼ガスは空気孔１７を有する燃焼筒
１８により混合が促進され、二次燃焼室２２で完全燃焼
し、ＨＣの少ない燃焼ガスとなって排出される。

【００１９】図２には本考案の触媒加熱用バーナ１を排
気通路２５中に排気ガス浄化触媒２６を介装したガソリ
ンエンジン車に組み込んだ応用例を示す。本考案の触媒
加熱用バーナ１は排気ガス浄化触媒２６のすぐ近くに配
設され、排気ガスＧの流れに影響されないように、図１
に示した二次燃焼室２２を形成する燃焼筒２１は、ここ
では排気ガス浄化触媒２６側に大きく開口した風防筒２
３で構成されている。

【００２０】触媒加熱用バーナ１の燃焼空気Ａはエンジ
ンの始動と同時に制御装置２７により空燃比が１４〜１
７となるようにコンプレッサーやブロアー等からの流量
が制御され、ガソリンＦの供給量も制御装置２７により
制御される。

【００２１】一方、エンジンの始動と同時に制御装置２
７により燃料気化用セラミックヒータ１１と着火用セラ
ミックヒータ１５にも通電されて加熱され、所定の温度
に達するとガソリンＦと燃焼空気Ａが送り込まれ、一次
燃焼室１９内で着火して燃焼し始め、燃焼ガスは一次燃
焼室１９の燃焼筒１８により二次燃焼室２４に供給され
た燃焼空気Ａと混合され、二次燃焼室２４内で完全燃焼
して、風防筒２３の開口部から排出する。

【００２２】排出した燃焼ガスはエンジンからの排気ガ
スＧと混合されて排気ガス浄化触媒２６の触媒を加熱
し、触媒を活性化する。

【００２３】前記のようにガソリンエンジン車に組み込
んだ触媒加熱用バーナ１について、排気通路２５に組付
ける前の一次燃焼室１９だけの状態の触媒加熱用バーナ
１を用い、燃料気化用セラミックヒータ１１に通電して
９００℃に加熱し、燃料注入管１３よりガソリンを毎分
８ｃｃと１６ｃｃ供給し、気化せずに流れ出した１分間
のガソリンの量を測定して気化効率を求めたところ、そ
れぞれ９５％と９２％であった。

【００２４】前記触媒加熱用バーナ１を用い、図２に示
すように排気ガス浄化触媒２６の排気ガス出口側の中央
に熱電対２８を設け、全空気量を毎分３００ｌとしガソ
リンの供給量を１６ｃｃとした場合、排気ガス浄化触媒
２６が活性化される３５０℃に到達する時間を測定した
ところ、９．５秒であった。

【００２５】また、前記装置を用い空燃比を１６に設定
し、燃料気化用セラミックヒータ１１の温度を９００℃
に、着火用セラミックヒータ１５の温度を１１００℃に
設定し、燃料注入管１３より供給するガソリンの量を毎
分８ｃｃと１６ｃｃに設定して、排気ガス浄化触媒２６
の排気ガス出口側の排気通路に設けた排気ガス分析計に
より全ＨＣ量を測定したところ、ガソリンの量が毎分８
ｃｃの場合には０．００３５ｇ、同じく毎分１６ｃｃの
場合には０．００５ｇと低く、極めて効果的であること
が確認できた。

【００２６】

【考案の効果】以上詳述したように、本考案の触媒加熱
用バーナによれば、外部から燃焼空気を供給してセラミ
ックヒータで燃料を燃焼しているので、空燃比の制御が
簡単であり、気化効率が極めて高く、バーナから排出さ
れるＨＣの全重量を少なくすることができるとともに、
排気ガス中のＨＣ成分を再燃焼することもでき、更に、
小さな消費電力で触媒を急速に活性化温度にまで加熱で
き、極めて効率よくＨＣ量の軽減が実現でき、耐久性に
も優れており、ガソリンエンジン車の排気ガス浄化に広
く適用することができる等、その実用性は莫大なものが
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る一実施例の触媒加熱用バーナの要
部断面図である。

【図２】本考案の触媒加熱用バーナをガソリンエンジン
車の排気通路の排気ガス浄化触媒近傍の上流側に設置し
た構成図である。

【符号の説明】

１ 触媒加熱用バーナ ２ 燃焼空気導入口 ３ 外装管 ４ ノズル ５ 燃料注入管 ６ 円筒部材 ７、１７、２０ 空気孔 ８ 燃焼空気分岐管部材 ９、１０ 燃焼空気供給路 １１ 燃料気化用セラミックヒータ １２、１６ 発熱部 １３ 燃料供給路 １４ 管状部材 １５ 着火用セラミックヒータ １８、２１ 燃焼筒 １９ 一次燃焼室 ２２ 二次燃焼室

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】排気通路中に排気ガス浄化触媒を介装した
   内燃機関において、排気ガス浄化触媒近傍の上流側に設
   置した触媒温度上昇手段が、燃焼空気導入口を備えた外
   装管の一端に、先端部の内径を一部絞ったノズルを有
   し、側面に燃料注入管を備えた円筒部材を、一次燃焼用
   の空気孔を穿設した燃焼空気分岐管部材を介して内嵌
   し、前記外装管、燃焼空気分岐管部材及び円筒部材の相
   互の間に同軸状にそれぞれ燃焼空気供給路を形成した構
   造とし、前記円筒部材内に燃料気化用セラミックヒータ
   を装着して円筒部材と燃料気化用セラミックヒータの発
   熱部との間隙を燃料供給路とすると共に、前記円筒部材
   の先端部近くに着火源を配置せしめるべく、管状部材を
   前記外装管と燃焼空気分岐管部材とを通して気密に貫設
   し、前記管状部材内に着火用セラミックヒータを装着し
   て着火源とし、前記燃焼空気分岐管部材の先端に一次燃
   焼用の空気孔を穿設した燃焼筒を接続して一次燃焼室を
   形成するとともに、前記外装管の先端に二次燃焼用の空
   気孔を穿設した燃焼筒を接続して二次燃焼室を形成して
   成る二段燃焼構造を有するバーナであることを特徴とす
   る触媒加熱用バーナ。